hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
反復経頭蓋磁気刺激と促通療法の併用による効果-新たな神経再構築方法の検討-

脳卒中片麻痺患者に対して反復経頭蓋刺激(rTMS)が効果的であることについては、さまざまな報告が成されているが、ニューロモデュレーションに着目し促通療法との関連について研究した報告はみられていない。本研究では、rTMSと促通療法との関連を明らかにし、より効果的な麻痺改善方法を検討した。対象は、回復期リハビリテーション病棟に入院した脳卒中片麻痺患者で、上肢および手指の麻痺機能をBrunnstrom stage III以上に限定した。rTMSと促通反復療法の併用は、rTMS、促通反復療法単独よりも、上肢および手指の機能回復において効果的であった。今後、臨床場面に応用していきたい。【はじめに】本研究では、rTMSと促通療法との関連を明らかにし、より効果的な麻痺改善方法を提唱するものである。今回は、予備的研究として、回復期リハビリテーション病棟における、亜急性期の脳卒中患者に対するrTMSの効果について検討した。【対象】脳出血により片麻痺を来し、研究の同意を得られた6例。男性4例、女性2例。当院にて通常の機能訓練のみを行い、Advanced-FITによる麻痺アプローチの追加訓練を行っていない者で、テント上病変による者とした。【方法】通常の作業療法訓練を行う前に健側大脳に低頻度rTMSを20分間施行した。刺激部位は、健側大脳運動野の手指領域とし、筋電図上で非麻痺側上肢の短母指外転筋のMotor evoked potential(MEP)が最大限に誘発できる部位とした。刺激の強さは、刺激部位においてMEPを誘発できる最小の刺激強度の90%とし、このrTMSを週5日間2週間行った。麻痺側上肢機能を、rTMS施行前、施行後、施行2週間後で、Stroke Impairment Assessment Set(SIAS)運動項目、Brunnstrom stage、STEF、Fugl-Meyertestで評価した。【結果】6例中2例で、SIASおよびBrunnstrom stageにおける機能改善がみられた。また、別の1例では、Fugl-Meyertestでの改善がみられた。2例とも、rTMS終了後と、2週後では機能に大きな変化はなく、rTMSの効果があったと考えられた。【考察】回復期リハビリテーション病棟における、亜急性期の脳卒中片麻痺患者に対してもrTMSは有効であると考えられた。以前からの報告のように、麻痺重度の患者では効果はあまりみられず、今後は、対象症例を麻痺の程度によって選ぶ必要があると思われた。今後は、症例数を増やしながら、効果的なrTMSの方法を検討していきたい。【はじめに】今回は、上肢および手指の麻痺のレベルを限定し、回復期リハビリテーション病棟における、亜急性期の脳卒中患者に対するrTMSと促通反復療法の併用の効果について検討した。【対象】脳卒中により片麻痺を来し、研究の同意を得られた男性2例。上肢および手指の麻痺のレベルは、Brunnstrom stage III以上とした。【方法】健側大脳に低頻度rTMSを20分間施行した。その後、反復促通療法を行った。【結果】2例とも、明らかな機能改善がみられた。rTMS終了後と、2週後では機能に著変なく、rTMSの効果があったと考えられた。【考察】今回は、上肢および手指の麻痺機能をBrunnstrom stage III以上に限定した。回復期リハビリテーション病棟における、亜急性期の脳卒中片麻痺患者において、rTMSと反復促通療法の併用は、上肢および手指の機能回復において有効であると考えられた。また、反復促通療法のみ、rTMSのみ行った症例との差違も検討していく予定である。【はじめに】回復期リハビリテーション病棟における、亜急性期の脳卒中患者に対するrTMSと反復促通療法の併用の効果について検討した。【対象】脳卒中により片麻痺を来した2例。通常の機能訓練のみを行い、麻痺アプローチの追加訓練を行っていない者で、テント上病変患者。上肢および手指の麻痺のレベルは、Brunnstrom stage III以上。【方法】作業療法訓練を行う前に健側大脳に低頻度rTMSを20分間施行した。刺激部位は、健側大脳運動野手指領域とし、非麻痺側上肢の短母指外転筋のMotor evoked potential(MEP)が最大限に誘発できる部位とした。刺激の強さは、刺激部位においてMEPを誘発できる最小刺激強度の90%とし、週5日間2週間行った。作業療法訓練では、促通反復療法を行った。

麻痺側上肢機能を、rTMS施行前、施行後、施行2週間後で、Stroke Impairment Assessment Set(SIAS)運動項目、Brunnstrom stage、STEF、Fugl-Meyertest、WOLF Motor function testで評価した。また、当院にて促通反復療法のみ行った症例との比較も行った。【結果】1例は経過中に肩手症候群を来したため中止した。1例では、SIASおよびBrunnstrom stage、Fugl-Meyer testにおける機能改善が上肢でみられた。手指については、WOLF Motor function testの2課題で改善がみられた。促通反復療法のみの症例よりも、改善は早期にみられる傾向があった。【考察】回復期リハビリテーション病棟における、亜急性期の脳卒中片麻痺患者において、rTMSと反復促通療法の併用は、上肢および手指の機能回復において有効であると考えられた。今後は、さらに効果的なrTMSの方法を検討していきたい。脳卒中片麻痺患者に対して反復経頭蓋刺激(rTMS)が効果的であることについては、さまざまな報告が成されているが、ニューロモデュレーションに着目し促通療法との関連について研究した報告はみられていない。本研究では、rTMSと促通療法との関連を明らかにし、より効果的な麻痺改善方法を検討した。対象は、回復期リハビリテーション病棟に入院した脳卒中片麻痺患者で、上肢および手指の麻痺機能をBrunnstrom stage III以上に限定した。rTMSと促通反復療法の併用は、rTMS、促通反復療法単独よりも、上肢および手指の機能回復において効果的であった。今後、臨床場面に応用していきたい。予想したよりも、適切な麻痺レベルの患者を集めることが困難であったこと、またrTMSを行う際のスケジュール管理が困難であったことから、症例数がまだまだ少ない状態である。リハビリテーション医学積極的に、適切な症例を集め、例数を増やしデータを取っていく。また、治療法による効果の差違を検討し、効果的なrTMSの方法を検討していく。rTMSのスケジュール管理については、セラピストとの調整を密に行い、rTMSの施行者も複数確保して円滑にデータを取っていく。現在、患者の確保をしやすくなるようシステム構築中である。1年目には、当院回復期リハビリテーション病棟にて、通常訓練を行っている脳卒中片麻痺患者に低頻度rTMSを行い、rTMSの安全な適応および効果的な患者層の検討を行う予定であった。現在、まだ症例数が少なく、安全で効果的なプロトコールの作成までは至っていない。今後、症例を増やし、適応を検討していく必要がある。想定していたよりも、実際の学会旅費が少なかったため今後は、症例数を増やし、回復期リハビリテーション病棟において、どのような患者にrTMSが効果的であるかを検討していく必要がある。また、当院で以前から行っている反復促通療法と、低頻度rTMSの併用による麻痺側上肢機能の改善について、検討していく予定である。
抗酸化アミノ酸誘導体によるベータ型リン酸三カルシウム骨補填材の生体親和性の向上

抗酸化アミノ酸誘導体であるN-アセチルシステイン(NAC)を応用することで、β型リン酸三カルシウム(β-TCP)上の骨芽細胞の生存活性と機能発現は改善した。NACはβ-TCP上の骨再生を亢進させることが示唆された。ベータ型リン酸三カルシウム顆粒(β-TCP)は生体吸収性人工合成骨補填材として注目されているにも関わらず、その生体親和性は未だ改善の余地がある。今回、アクリル系レジン材料の解毒をすることが証明された抗酸化アミノ酸誘導体であるN-アセチルシステイン(NAC)を用いて、β-TCPの生体親和性向上を試みた。8週齢のSDラット頭頂骨骨髄由来間葉系幹細胞を骨分化誘導培地を用いて培養し、未添加β-TCP顆粒、NAC添加β-TCP顆粒上に播種し、一定培養期間後、細胞生存率および付着細胞数、アルカリフォスファターゼ(ALP)活性の定量を行うことにより、β-TCPによる細胞生存活性および機能発現への影響と、NACによるその変化を評価した。播種1日後の未添加β-TCP顆粒上の細胞生存率は20%程度だったのに対し、NAC添加β-TCP上では40%だった。播種1日後のNAC添加β-TCP上の接着細胞数は未添加β-TCP顆粒上に比べて20%増加した。培養7日後のALP染色陽性面積率は未添加β-TCP上で4%未満だったのに対し、NAC添加β-TCP上では50%にまで達した。これら結果から、NACを応用することで、β-TCP上の骨芽細胞の生存活性と機能発現は改善し、その結果、β-TCP上の骨再生は亢進することが細胞生物学的に示唆された。NACはすでに医薬品や化粧品の成分として使用されている化合物であり、また、廉価であるため、その臨床応用実現の可能性は潜在的に高い。補綴前処置として行われる骨増生において高い臨床的効果を有し、インプラント補綴をはじめとした顎顔面機能再建の適応拡大、治療効果の向上へと繋がり、また、理論的根拠の高い、明解な細胞生物学的エビデンスを有した、実現性の高い骨補填材機能亢進技術の開発が期待される。8週齢のSDラット頭頂骨骨髄由来間葉系幹細胞を骨分化誘導培地中で培養し、未添加β-TCP顆粒、NAC添加β-TCP顆粒上に播種し、一定培養期間後、細胞生存率および付着細胞数、アルカリフォスファターゼ(ALP)活性の定量を行うことにより、β-TCPによる細胞生存活性および機能発現への影響と、NACによるその変化を評価した。播種1日後のNAC添加p-TCP上の接着細胞数は未添加β-TCP顆粒上に比べて20%増加した。これら結果から、NACを応用することで、p-TCP上の骨芽細胞の生存活性と機能発現は改善し、その結果、β-TCP上の骨再生は亢進することが細胞生物学的に示唆された。補綴前処置として行われる骨増生において高い臨床的効果を有し、インプラント補綴をはじめとした顎顔面機能再建の適応拡大、治療効果の向上へと繋がり、また、理論的根拠の高い、明解な細胞生物学的機序が示された、実現性の高い骨補填材機能亢進技術の開発が期待される
新規脂肪由来間葉系幹細胞における免疫制御分子機構の解明

申請者らは、これまでに低血清培養型脂肪由来幹細胞(LASC)にはT細胞増殖抑制効果やM2型(免疫調整性)マクロファージ(MΦ)分化促進効果があることを発見し、その効果は高血清培養型脂肪由来幹細胞(HASC)や骨髄由来間葉系幹細胞(BM-MSC)に比べて格段に高いものであることを見出している。本研究では、LASC、HASCおよびBM-MSCを比較することによりLASCの免疫抑制効果の分子メカニズムの解明に取り組んだ。中和実験、刺激実験からLASC由来のPGE2,IL-6がM2マクロファージの形質転化に必須であることを見出し、さらにPGE2はEP4レセプターを介してM2マクロファージの形質転化を誘導していることを明らかにした。申請者らは、これまでに低血清培養型脂肪由来幹細胞(LASC)にはT細胞増殖抑制効果やM2型(免疫調整性)マクロファージ(MΦ)分化誘導促進効果があることを発見し、その効果は高血清培養型脂肪由来幹細胞(HASC)や骨髄由来間葉系幹細胞(BM-MSC)に比べて格段に高いことを見出している。本研究では、LASC、HASCおよびBM-MSCを比較することによりLASCがもつ強い免疫調整効果の分子メカニズムの解析に取り組んだ。最初にLASCが免疫調整性マクロファージを誘導する際に、LASCとマクロファージとの接着が必要なのか、LASCから分泌される分子が重要なのかを検討した。その方法として細胞は通ることができないが小分子は通過できる膜により培養皿を上下の培養空間に分けて検討した。その結果、LASCからの分泌分子のみでも免疫調整性マクロファージを誘導することは可能であるが、その効果はLASCとマクロファージの接着により増強されることを見出した。次にLASCがBM-MSCやHASCより多く分泌している分子に注目して、中和実験、刺激実験を行いLASCによる免疫調整性マクロファージへの誘導分子の同定に取り組んだ。その中で、LASC由来のPGE2, IL-6がM2型マクロファージの形質転化に必須であることを見出した。さらにPGE2レセプターとしてEP1, 2 ,3 , 4が知られているが、アンタゴニストを使用した実験よりPGE2はEP4レセプターを介してM2型マクロファージの形質転化を誘導していることを明らかにした。これまで我々は低血清培養脂肪由来間葉系幹細胞(LASC)が高血清培養脂肪由来間葉系幹細胞(HASC)や骨髄由来間葉系幹細胞(BM-MSC)よりも優れた免疫制御作用を持つことを報告してきた。このLASCによる免疫制御作用は主にT細胞に作用すると考えられているが、我々はLASCがT細胞に加え、マクロファージのフェノタイプを変化させることで免疫制御作用を発揮していることを示してきた。MSCによる免疫制御因子としてIDO、HGFなどが報告されているが、我々はLASCの新たな免疫制御因子の解明をHASC、BM-MSCと比較して行う。さらに我々は難治性強皮症に対する臨床試験を目的に、細胞培養の新たな系の立ち上げを行っている。この系で作成したLASCが従来のLASCと同等の性質、機能を保有しているのかを確認し、さらにT細胞やマクロファージへの免疫制御作用についても検討する。また、LASCの新たなマーカーを探索し、LASCの同等性についてより厳密に検討する。このように臨床試験で用いるLASCを解析することで、実際の投与におけるLASCの機能を解析していくことが可能であると考えられる。また、現在までマクロファージのM2誘導はラットLASC及びラットマクロファージで確立した実験系である。しかしながら因子解析を行うにあたり、網羅的に解析するにはライブラリー等の情報が確立しているヒトの細胞を用いるべきであると考えられた。そこで、臨床試験用のヒトLASCの開発を行い、このLASCがラットのマクロファージに効果があるかを検討中である。網羅的解析にはcDNAアレイ、miRNAアレイ、プロテインアレイ、プロテオーム解析、メタボローム解析、ChIP-seq解析を行う予定であり、現在はメタボローム解析用の検体を作成中である。これらの結果を基に、LASCによる新規の免疫抑制剤候補の探索を目的としている。我々はLASCがHASCやBM-MSCに比べて高いT細胞増殖抑制能及びM2誘導能を有していることを証明してきた。これらの免疫制御作用を解明するため網羅的解析を行うに当たり、臨床試験における人への作用に注目する必要があると考えられた。そのため、最初に臨床試験を行うためのhumanize培養液の開発を行った。

Humanize培養液はGMPグレードの試薬を用い、さらに安全性を高めるためにFBSの産地をBSE非発症地域であるオセアニア産のものに変更した培養液であり、この培養液で育てたLASCが従来の培養液で育てたLASCと同等であることの確認を行ってきた。この同等性試験は細胞の形態、1ヶ月間での増殖スピード、6種類からなるMSC表面マーカーの発現率、細胞上清中サイトカイン(HGF、VEGF)の測定で評価している。また、これまでに行ってきた抗体アレイの結果より、HASCに比べ、LASCでは細胞上清中にuPAR、Fas等が多量に含まれていることを確認している。そこで、さらにLASCとしての評価を確立させるため、uPARとFasについてFACS解析を行った。その結果、特にuPARについてLASCで発現率が上昇していることが示された。Humanize培養液で育てたLASCもuPARについて従来のLASCと同等の発現レベルを確認することが出来た。このことから、現在までの検定項目に加え、uPARのFACS結果を基にLASCを規定することが出来ると判断し、これらの項目を満たす細胞を用いて網羅的解析を行うこととした。さらにアレイ解析を行うにあたり、ライブラリーが作成されているヒトで行う必要があると考えられた。そのためM2誘導の実験系について、ラットLASCではなく、ヒトLASCを用いて行えないかを検討している。こうした技術的問題が解決され次第、網羅的な因子解析を進めていく予定である。まずはhumanize培養液を決定し、臨床試験用のヒトLASCの作成を行う。ついでアレイ解析を行うためにヒトLASCを用いたM2誘導の実験系を確立させる予定である。さらに、T細胞の増殖抑制の実験系についてもT細胞の効率的な増殖法を確立するとともに、T細胞やLASCを3ドナー以上から採取し、実験結果が普遍的なものであることを確認していく。また、T細胞の増殖抑制を確認するための手法として、より簡便で安全な実験方法であるRIを用いない増殖assayが利用可能であることを確認していく。これらのT細胞の増殖抑制及びM2誘導に関するヒトLASCを用いた実験系を確立させ次第、MSC(LASC、HASC、BM-MSC)単培養、免疫担当細胞(マクロファージ、T細胞)との共培養、トランズウェルシステムを用いた非接触共培養を行い、細胞上清サンプル、細胞サンプルを作成する。これらのサンプルを用いて既存の免疫制御因子についてELISA解析を行い、さらにMSCにについてFACS解析を行い、形態的、機能的な変化を解析していく予定である。さらにcDNAアレイ、miRNAアレイ、プロテオーム解析、メタボローム解析、ChIP-seq解析を行い、LASCがもつ未知の免疫制御作用因子を特定させていく予定である。最終的にはこれらの解析結果をまとめ、新規の免疫抑制剤の候補となる因子をLASCから作成、その機能評価を行っていく予定である。細胞培養に関して以下の項目に使用する予定である。LASCの採取、培養のためのコラゲナーゼ、培養液、FBS、basic FGF、ファイブロネクチンの購入に当てる。ヒトBM-MSCの購入に当てる。LASCの性質確認を行うためのELISAキット、M2誘導の確認を行うためのFACS用抗体の購入に当てる。
連鎖的流動を考慮した分布交通量の推定アルゴリズムの構築と都市分析への応用

本研究では,連鎖的な空間相互作用を前提とし,地域内流動を効率的に推定・分析するための新たなる手法を提案した.本研究の対象は,都市における周回行動といった,よくある連鎖的な流動であるが,この種の流動は極めて自由度が高いことが特徴として挙げられる.この点に鑑み,本研究では特に計算量の抑制に焦点を当て,過多なパラメータや複雑な構造を持たない明解なモデルを構築し.また,種々の都市分析への応用を試みた.本研究では,連鎖的な空間相互作用を前提とし,地域内流動を効率的に推定・分析するための新たなる手法を提案した.本研究の対象は,都市における周回行動といった,よくある連鎖的な流動であるが,この種の流動は極めて自由度が高いことが特徴として挙げられる.この点に鑑み,本研究では特に計算量の抑制に焦点を当て,過多なパラメータや複雑な構造を持たない明解なモデルを構築し.また,種々の都市分析への応用を試みた.平成20年度は,連鎖的流動のためのエントロピーモデルの構造を分析し,分布交通量を効率的に導出するための方法論を模索した.具体的には,申請者が提案したエントロピーモデルが,マルコフ性を有するために必要な諸条件について分析を行った,マルコフ過程を用いて,連鎖的流動を記述する試みは,交通工学分野における周回行動を想定した一連の研究が挙げられる.したがって,申請者が提案したエントロピーモデルと,マルコフモデルの理論的関係についても考察を行っている.当該エントロピーモデルでは,特に,ゾーン制約を満たすための調整係数の計算が重要なポイントとなる.しかしながら,現在の計算アルゴリズムでは,調整係数やパラメータを導出するにあたり,考え得る連鎖的流動を,逐一個別に取り扱う必要があった.これに対し,特に調整係数のマルコフ構造に着目し,逆行列計算による新たなる計算アルゴリズムの構築を試みた。当該議論を通して,実データへの適用が現実的な時間で実行可能になることを確認した.これらの成果については,今後,更なる対外的発表を行う予定である.一方,都市分析への応用としても,特に本研究の基礎となる空間相互作用モデルを用いた,都市システム分析を中心に分析を試みた.また,これらの研究成果について国内外の学会への積極的な投稿・発表を行った.平成21年度は,前年度に構築した連鎖的流動のための空間相互作用モデル,ならびにその効率的計算アルゴリズムを,様々な都市システム分析へと応用することを試みた.具体的な研究項目は,(i)周回行動を考慮した施設配置問題,(ii)産業連関構造を考慮した都市構造のダイナミクス分析,(iii)経路選択を考慮した情報ネットワークにおけるマルチパス・ルーティング技術の構築,の3項目である.研究項目(i)では,都市システム分析で古くから研究されている施設配置問題に対し,本研究課題の主テーマである連鎖的流動(周回行動)の観点から一般化を試みた.その上で,連鎖的流動が,その配置パターンに大きく影響を与えることを明らかにした.研究項目(ii)は,空間相互作用モデルによって都市構造のダイナミクスを記述し,同時に産業連関構造における連鎖的流動に着目したものである.これにより,従来は考慮できなかった,複数都市活動分布の相互連関構造を考慮することが可能となった.研究項目(iii)では,本研究課題で構築した連鎖的流動のための効率的計算アルゴリズムを,情報ネットワークじょうにおけるマルチパスルーティングへと応用したものである.経路選択(連鎖的流動)ならびに複数経路(計算量の効率化)という観点から,従来のルーティング・アルゴリズムの一般化に成功した.以上の成果については,国内外の学会への積極的な投稿・発表を行った.また,本年度までの公表できなかった部分については,今後も更なる対外的発表を行う予定である.
電動車いす対四輪車の低速衝突事故に関する研究

科研費(課題番号19760366)の成果から、電動車いすの関わる交通事故では車両との衝突時の衝撃よりも乗員が路上に放出される時が危険であるとの知見を得ている。そこで電動車いすの乗員が路上へ放出される過程を詳細に調べるため、四輪車を低速で電動車いすに衝突させる実車実験を実施した。実験により得られた成果は以下の通りである。四輪車の走行速度を18-30km/hで変化させ、6件の実験を実施した。このうち、5件で乗員が路上に落下した。このとき電動車いすの乗降のための機能である回転式座席や収納式アームレストの機構が衝突時に動くため、乗員落下の危険性が増大している可能性が認められた。また電動車いすへ後方斜め45度から四輪車を衝突させた場合、電動車いすは衝突初期に回転し、側面衝突と同様の形態になることがわかった。そのため、これらの機構の利便性と安全性についての検討が必要と考えられる。また電動車いすが転倒する過程を解明した。四輪車との衝突では電動車いすは重心より上の部位で衝撃を受け止めるため、姿勢を崩すことなく、四輪車の進行方向に押し出される。この後、路面とタイヤの摩擦力で電動車いすが回転し、転倒に至る事が判明した。一方、電動車いすの関わる交通事故の調査技術についても知見を得た。電動車いすが四輪車と衝突すると、四輪車の走行速度と同じ速度まで加速し、そのまま四輪車の進行方向に押し出される。この時、電動車いすの移動距離は衝突直後の速度と相関があることがわかった。これにより、実際の交通事故において、電動車いすの最終停止位置より四輪車の事故時の走行速度を推定することが期待できる。
運動パフォーマンスおよびスポーツ傷害に関与する体幹筋機能テストの開発

運動パフォーマンスやスポーツ傷害に関与する体幹筋機能を明らかにし,適切な体幹筋機能を評価する方法を提案するため,次の3つの課題を遂行する.課題1では,新体幹筋機能テスト時における体幹筋活動と慣性センサによる体幹動揺性の評価を行い,双方の関係性を明らかにする.課題2,3においては,新体幹筋機能テストにより評価した体幹筋活動の特徴や体幹部の動揺性を基に,スプリント,方向転換走,ジャンプなどの運動パフォーマンスとの関係やスポーツ傷害との関係について検討していく.運動パフォーマンスやスポーツ傷害に関与する体幹筋機能を明らかにし,適切な体幹筋機能を評価する方法を提案するため,次の3つの課題を遂行する.課題1では,新体幹筋機能テスト時における体幹筋活動と慣性センサによる体幹動揺性の評価を行い,双方の関係性を明らかにする.課題2,3においては,新体幹筋機能テストにより評価した体幹筋活動の特徴や体幹部の動揺性を基に,スプリント,方向転換走,ジャンプなどの運動パフォーマンスとの関係やスポーツ傷害との関係について検討していく.
G蛋白シグナルを軸とした軟骨分化の包括的制御機構の解明

副甲状腺ホルモン関連ペプチド(PTHrP)の主要なシグナル伝達分子であるG蛋白シグナルネットワークの軟骨分化・再生に対する調節機構を、GαsおよびGαq蛋白の軟骨特異的遺伝子改変マウスを解析することによりinvivoとinvitroの両面から多角的に検証することを目的として研究を行った。Gαs、Gαq蛋白の軟骨組織特異的なコンディショナルKOマウスはCre/loxPシステムを用いて作成したが、軟骨分化に至る前に胎生致死となってしまい、軟骨組織の解析が出来なかった。一方、PTHrP受容体のC末側細胞内ドメインに結合する蛋白質を網羅的に探索したところ、新たな結合蛋白としてβカテニンを同定した。PTHrPとβカテニンとの結合によりGαs/cAMPシグナルが抑制され、Gαq/Ca2+を促進しそのシグナルが調節される事が明らかとなり、軟骨分化に重要なコラーゲンタイプ10遺伝子の発現調節をしていることが明らかとなった。副甲状腺ホルモン関連ペプチド(PTHrP)の主要なシグナル伝達分子であるG蛋白シグナルネットワークの軟骨分化・再生に対する調節機構を、GαsおよびGαq蛋白の軟骨特異的遺伝子改変マウスを解析することによりin vivoとin vitroの両面から多角的に検証することを目的として研究を行った。初年度は軟骨特異的Gαs、Gαq蛋白過剰発現マウスの作出およびその軟骨組織の解析の準備を行った。軟骨特異的にG蛋白遺伝子を発現させるために、エンハンサーを含む3.5kbのCOL2alプロモーターを用いGαs、Gαq遺伝子を組み込み、さらに900bpにおよぶタンデムPoly Aを後半に挿入し発現効率を上げたコンストラクトを作成した。現在、作成したコンストラクトをB126種マウス由来の受精卵にマイクロインジェクションし遺伝子導入を行っている。一部、偽妊娠させた母体にもどしF1世代を作成し、サザンプロット法にて各G蛋白遺伝子の過剰発現を確認できたマウスを選別中である。同時に、タモキシフェン誘導型Gαs、GαqコンディショナルKOマウスの作出およびその軟骨組織の解析の準備を行った。Gαs、Gαq蛋白の軟骨組織特異的なコンディショナルKOマウスはCre/loxPシステムを用いて作成するが、Gαs、Gαq蛋白をloxPで挟み込んだFloxマウスと軟骨細胞特異的にCreを発現するマウス(Col2al-Creマウス)との掛け合わせを行った。特に通常の軟骨細胞特異的Creマウスとの掛け合わせでは、出来たコンディショナルKOマウスも胎生致死となったため、本研究ではタモキシフェン投与後に軟骨細胞特異的にCreを発現するタモキシフェン誘導型Col2al-CreマウスとFloxマウスを交配させて、タモキシフェン誘導型コンディショナルKOマウスの作成を行った。次年度より上記マウスの軟骨組織の解析を行う予定である。軟骨特異的Gαs、Gαq蛋白過剰発現マウスの作出およびその軟骨組織の解析の準備を引き続き行った。軟骨特異的にG蛋白遺伝子を発現させるために、エンハンサーを含む3.5kbのCOL2a1プロモーターを用いGαs、Gαq遺伝子を組み込み、さらに900bpにおよぶタンデムPoly Aを後半に挿入し発現効率を上げたコンストラクトを作成し、作成したコンストラクトをB126種マウス由来の受精卵にマイクロインジェクションし作製した。現在その遺伝子発現パターンを解析し、偽妊娠させた母体にもどしF1世代を作成し、サザンプロット法にて各G蛋白遺伝子の過剰発現を確認できたマウスを選別中である。同時に、タモキシフェン誘導型Gαs、GαqコンディショナルKOマウスの作出およびその軟骨組織の解析の準備を行っている。

特に通常の軟骨細胞特異的Creマウスとの掛け合わせでは、出来たコンディショナルKOマウスも胎生致死となったため、本研究ではタモキシフェン投与後に軟骨細胞特異的にCreを発現するタモキシフェン誘導型Col2a1-CreマウスとFloxマウスを交配させて、タモキシフェン誘導型コンディショナルKOマウスの作成を行い、タモキシフェンによる遺伝子欠損が誘導されているか、遺伝子発現を検討している。副甲状腺ホルモン関連ペプチド(PTHrP)の主要なシグナル伝達分子であるG蛋白シグナルネットワークの軟骨分化・再生に対する調節機構を、GαsおよびGαq蛋白の軟骨特異的遺伝子改変マウスを解析することによりin vivoとin vitroの両面から多角的に検証することを目的として研究を行った。軟骨特異的Gαs、Gαq蛋白過剰発現マウスの作出およびその軟骨組織の解析の準備を引き続き行った。軟骨特異的にG蛋白遺伝子を発現させるために、エンハンサーを含む3.5 kbのCOL2a1プロモーターを用いGαs、Gαq遺伝子を組み込み、さらに900 bpにおよぶタンデムPoly Aを後半に挿入し発現効率を上げたコンストラクトを作成し、作成したコンストラクトをB126種マウス由来の受精卵にマイクロインジェクションし作製した。両遺伝子過剰発現マウス共に胎生致死となり、解析不可能であった。現在胎生期の解析を開始した。タモキシフェン誘導型Gαs、GαqコンディショナルKOマウスの作出およびその軟骨組織の解析の準備を継続。Gαs、Gαq蛋白の軟骨組織特異的なコンディショナルKOマウスはCre/loxPシステムを用いて作成するが、Gαs、Gαq蛋白をloxPで挟み込んだFloxマウスと軟骨細胞特異的にCreを発現するマウスとの掛け合わせを行った。出来たコンディショナルKOマウスは胎生致死となり、出生後の軟骨組織の解析には至らなかった。現在過剰発現マウスと同様に胎生期の解析を行っている。タモキシフェン誘導型Col2a1-CreマウスとFloxマウスを交配させ、タモキシフェン誘導型コンディショナルKOマウスの作成を行ったが、タモキシフェンによる遺伝子欠損が誘導されなかった。動物実験の段階で、タモキシフェン誘導型コンディショナルKOマウスの作成段階で、遺伝子の発現が予定通り組織特異的に発現低下が認められないため。24年度が最終年度であるため、記入しない。タモキシフェン投与後に軟骨細胞特異的にCreを発現するタモキシフェン誘導型Col2al-CreマウスとFloxマウスを交配させて、タモキシフェン誘導型コンディショナルKOマウスの作成を行い、タモキシフェンによる遺伝子欠損が誘導されているか、遺伝子発現を検討しているが、組織特異的に発現低下が認められないことかr、新たにコンストラクトを作成し直し、また効率の良い軟骨細胞特異的にCreマウスを入手予定である。
セーフティプロモーションスクールのグローバルスタンダードの開発

イギリス〔ロンドン市〕・アメリカ合衆国〔サンフランシスコ市〕・中華人民共和国〔武漢市・青島市・イ坊市〕・タイ王国〔バンコク市〕・オーストラリア〔シドニー市〕・台湾〔花蓮市〕の研究協力者を通じて、各地区ごとにセーフティプロモーションスクール活動に関心を持っているか、もしくはすでに取り組みを展開している学校を訪問し、前年度に引き続き、それぞれの学校における学校安全の具体的な実践内容(安全教育・安全管理・組織活動)について現地での「第1次調査」を実施した。、調査校は、ロンドン市の1校、サンフランシスコ市の2校、武漢市の3校、青島市の2校園、イ坊市の6校、バンコク市の2校、シドニー市の1校、花蓮市の1校の計18校園であった。平成30年10月に、上海市の華東師範大学の都市安全研究センターにおいて、中日学校安全国際フォーラム・SPS推進員養成セミナーを開催し、日本でセーフティプロモーションスクールの活動を展開している大阪市立堀江小学校、大阪教育大学附属池田小学校、京都市立養徳小学校の実践成果を発表し、参加した中国の学校安全担当者と活動成果の共有と交流を行った。平成31年3月に、海外研究協力者(イギリス、中華人民共和国、タイ王国、アメリカ合衆国)及び国内のセーフティプロモーションスクール実践校の代表者を招聘し、国内外で共有可能なセーフティプロモーションスクール活動評価指標の第1次修正案の妥当性について検証するための国際ワークショップを大阪で開催し、新たなセーフティプロモーションスクールのグローバルスタンダードとなる活動評価指標改訂案に関する理解を共有した。平成30年度中に、日本国内の京都市立養徳小学校をセーフティプロモーションスクールに再認証し、新たに日本国内の4校(1小学校、2中学校、1特別支援学校)と、中華人民共和国の24校園(4幼稚園〔深セン市〕、3小学校〔武漢市〕、1小学校・1幼稚園〔青島市〕、6小学校・9中学校〔イ坊市〕)、イギリスの1小学校〔ロンドン市〕、台湾の1大学〔花蓮市〕を新たにセーフティプロモーションスクールに認証した。また平成30年度末時点で、日本国内から7校、イギリスから2校、中華人民共和国から8校園のセーフティプロモーションスクール認証活動への参加登録を受けており、引き続き日本・中国・イギリスでのセーフティプロモーションスクールに関わる情報の海外発信を継続するとともに、セーフティプロモーションスクール認証活動の海外での普及に務めている。さらに海外におけるセーフティプロモーションスクールの活動を支援するために、新たに5月に台湾の東華大学安全促進学校研究センター、7月に大韓民国の誠信女子大学学校安全研究所、平成31年1月にタイ王国教育省基礎教育局、2月に中華人民共和国の山東省イ坊市教育局と、セーフティプロモーションスクールのグローバルスタンダードの共有を進めることを目的としたセーフティプロモーションスクール学術交流協定を締結した。また平成31年3月に開催した国際ワークショップにおいて、中華人民共和国、イギリス、タイ王国及びアメリカ合衆国から参加した海外研究協力者と、日本国内でセーフティプロモーションスクールに認証・再認証された学校園で取り組まれているセーフティプロモーションスクールの実践内容と課題となっている評価指標の開発に関わる情報の共有を推進することができた。諸外国の教育制度との整合性に配慮しつつ、セーフティプロモーションスクールのグローバルスタンダードの開発とその普及を推進していくために、平成29年度には中華人民共和国の華東師範大学の都市安全研究センターと、平成30年度には、台湾の東華大学安全促進学校研究センター、大韓民国の誠信女子大学学校安全研究所、タイ王国教育省基礎教育局、中華人民共和国の山東省イ坊市教育局とセーフティプロモーションスクール活動への支援を含めた学術交流協定を締結した。この学術交流協定を、さらにイギリスやアメリカ合衆国などの他の海外研究協力者が所属する教育研究機関とも締結していくことを通じて、セーフティプロモーションスクールのグローバルスタンダードの実効性を検証していく取り組みを展開していきたいと考えている。さらに可能であれば、ベトナムやマレーシアなど他の東南アジア諸国をはじめ環太平洋を構成するオセアニア地域や南米地域の教育研究機関にもセーフティプロモーションスクール活動への理解と参加を拡大していく。認証制度の普及とともに、セーフティプロモーションスクール活動の実践を担う人材育成を目的として、学術交流協定を締結したタイ王国教育省基礎教育局や中華人民共和国の山東省イ坊市教育局と共催で、現地の教職員を対象としたセーフティプロモーションスクール推進員養成セミナーを開催し、セミナー講師の相互派遣を通じたセーフティプロモーションスクールの評価指標に関する国際的な理解の推進と認証制度の普及を支援する取り組みを展開する。そしてこの活動を通じて、学校安全をめぐる諸課題や過去の教訓を国際的に共有しつつ、セーフティプロモーションスクールのグローバルスタンダードに基づいた認証制度と人材育成支援活動を、学校安全の推進に関わる互恵的かつ持続可能な国際貢献の実践モデルへ発展させていきたいと考えている。平成28年3月末までにセーフティプロモーションスクール(SPS)に認証された大阪教育大学附属池田小学校、同附属池田中学校、台東区立金竜小学校(東京都)、京都市立養徳小学校(京都府)と、平成28年度に新たにSPSに認証された宿毛市立山奈小学校(高知県)、平成29年上半期中に認証予定の石巻市立鮎川小学校(宮城県)及び大阪市立堀江小学校におけるSPS活動の実践状況について、各学校で実践されている「生活安全」・「災害安全」・「交通安全」領域の安全管理・安全教育・組織活動の内容と課題について「第1次調査」を行った。中華人民共和国及び台湾における研究協力者と共に、深セン市、青島市、台北市及び花蓮市内の小学校を訪問し、同地域における「生活安全」・「災害安全」・「交通安全」領域の安全管理・安全教育・組織活動の内容と課題について聞き取り調査を行うとともに、同地域におけるSPS活動普及の可能性について意見交換を行った。

次いで、イギリスにおける研究協力者であるBrighton大学のDr. Carol Robinsonの協力を得て、SPS活動に参加することになったBrighton市にあるBalfour Primary Schoolの児童を対象に、「安全意識に関するアンケート調査」を実施し、イギリスの児童の安全意識や安全統制観の特徴について分析を行い、その成果をまとめた。またドイツ連邦のバイエルン州教育庁を訪問し、学校安全担当者とバイエルン州内の学校における「生活安全」・「災害安全」・「交通安全」領域の安全管理・安全教育・組織活動の内容と課題について調査を行うとともに、同地域におけるSPS活動普及の可能性について意見交換を行った。当初計画通り、既にSPSに認証されている大阪教育大学附属池田小学校、同附属池田中学校、台東区立金竜小学校(東京都)、京都市立養徳小学校(京都府)及び宿毛市立山奈小学校(高知県)におけるSPS活動の実践状況について「第1次調査」を行うとともに、大阪市及び高知市においてSPS活動を開始する予定の小学校において「第1次調査」を行った。海外では、既にSPSに認証された中華人民共和国深セン市の蛇口育才教育集団第4小学と、新たにSPS活動の開始を検討中の深セン市、青島市、台北市及び花蓮市の小・中学校で「第1次調査」を実施した。当初計画では、アメリカ合衆国西部地区でも「第1次調査」を実施する予定であったが、協力校との間で調査実施のための日程調整ができなかったため、平成29年度以降実施予定であったイギリスのSPS活動実践校で「第1次調査」実施し、その調査結果について平成29年3月に大阪で開催した第1回検討会議(国際ワークショップ)で報告した。一方、国内では石巻市,東京都台東区,京都市,大阪市,高知市のセーフティプロモーションスクール活動に取り組んでいる小・中学校で「第1次調査」を実施した。平成29年9月に、上海市の華東師範大学の都市安全研究センターにおいて、セーフティプロモーションスクール活動評価指標の共有と普及に関わる合同プロジェクト展開のための検討会議を行った。その後、平成30年3月に、海外研究協力者(イギリス,中華人民共和国)及び国内の調査協力を得たセーフティプロモーションスクール実践校の代表者(学校長もしくは学校安全コーディネーター等)を招聘し、「セーフティプロモーションスクール活動評価指標(第1次原案)」の妥当性について検証するための検討会議(国際ワークショップ)を大阪で開催し、セーフティプロモーションスクールの国際的な普及のための評価指標の内容構成について意見交換を行った。
細胞極性制御複合体Exocyst-Par3の機能解析と乳がん治療への応用

細胞極性の消失は多くのがん種で認められており、がんの悪性度を見極める上での一つの指標となっている。細胞極性因子Partitioning defective 3 (Par3)は乳癌細胞で発現が低下しており、予後不良と関連する。一方で、正常乳腺細胞ではPar3はexocyst複合体と結合することで細胞生存を維持していることが報告された。しかし、その分子機構は不明な点が多い。本研究は、正常乳腺細胞において細胞生存に必要なPar3-exocyst複合体の分子機構を解明し、乳癌細胞株におけるPar3-exocyst複合体の役割を明らかにすることを目的とする。CRISPR/Cas9システムを用いて3次元培養が可能であるヒト乳腺上皮細胞MCF10Aのexocyst subunit-sfGFPノックイン細胞を作成した。細胞極性形成過程におけるexocyst subunitの細胞内局在をタイムラプス撮影により解析するために、樹立したノックイン細胞株を用いてMatrigel上にて乳房様構造aciniを作成を試みた。予想に反し、コントロール群と比較するとノックイン細胞株ではacini形成効率が低く、解析に十分な数を得ることができなかった。考えられる理由として(1)オフターゲットによる非特異的機能消失、(2)EGFRシグナル経路に対する応答性の低下が考えられる。(1)に対しては、複数のクローンを用いて実験を行い、クローン間の差異を評価することを検討している。(2)の可能性については、生化学的解析から評価を行う。今回は、内在性発現量が高いサブユニットから優先的にノックイン細胞を作成したが、残りのサブユニットでもノックイン細胞を作成し、3次元培養可能なノックイン細胞株を探索する。研究代表者の異動に伴い、研究環境を新たに構築する必要性が生じたため、進行に遅れが生じている。本研究に最適なノックイン細胞株を選択するためには、複数のノックイン細胞を樹立する必要がある。そのため、高効率にゲノム編集することができるCas9-gRNA ribonucleoproteins (RNP)とsingle-stranded oligodeoxynucleotides (ssODN)を使った方法を試す。また、蛍光タンパク質の遺伝子挿入による機能障害を回避する方法も模索する必要があり、現在取り組んでいる。研究代表者が年度途中に所属研究機関を変更し、研究環境の立ち上げに時間を要したため。
疲労を誘発する脳内因子の検索

本研究において、疲労、または疲労感の中枢神経メカニズムについて以下の3点を明らかにした。(1)PolyI : Cによる感染疲労モデル: Ply I : C(1mg/kg)をラット腹腔内に投与したところ、自発運動量(ホームケージ内の回転カゴの回転数)は、投与当日少なくとも1週間にわたって生理食塩水投与群と比較して有意に低下した。(2)PolyI : Cによる脳内1FN-αおよび5-HTT mRNAの変動: PolyI : Cの投与後、翌日の脳内1FN-αmRNAをリアルタイムRT-PCR法で定量したところ、視床下内側視索前野(MPO)、外側視索前野(LPO)、大脳皮質、および小脳で増加していた。さらにPoly I : C投与後1週間目でも、MPOでは依然として増加しており、室傍核(PVN)、および腹内側核(VMH)で著明に増加していた。また、5-HTT mRNAは、IFN-αmRNAが増加したのとほとんど同じ部位で、Poly I : C投与の翌日、および1週間後に著明に増加していた。(3)発熱および活動量低下の条件付けの試み:1日30分の制限の飲水制限をしたラットで、水の代りに条件刺激としてサッカリン水を与え、直後に無条件刺激としてPoly I : Cを腹腔内投与した。その3日後に、サッカリンのみを与えると、数時間にわたって体温が上昇した。この時、自発行動量も、同一ラットで水を与えた日や対照群の活動量と比較して低下していた。以上から、疲労を誘発する物質として、脳内IFN-αおよびそれによって誘導される5-HTTが重要と考えられ、また、疲労が条件付けされたことから、疲労の神経回路網の存在が示唆された。本研究は、疲労、または疲労感の発現に関与する神経回路や脳内疲労誘発物質の存在を想定し、ラットやマウスを用いてそれらを解析しようとする試みである。本年度は、ラットを用い、疲労の判定法として最も一般的なホームケージ内での自発的運動量の低下を示す実験的疲労動物を作成し、脳内局所(視床下部内の諸核、大脳皮質、小脳など)のサイトカイン類(特にIFN-α、IL-1β、IL-6、TNF-αなど)のmRNA産生量を、キャピラリーを用いたリアルタイムRT-PCR法により定量した。まず、環境疲労モデルとして、暑熱暴露を行った。ラットを33°Cの環境温下に1時間置きこれを3日間連続して行った。その結果、第1日目は、ホームケージ内にあって自由に使用できる回転カゴの回転数が著明に減少したが、その後、暑熱暴露を与えているにもかかわらず、回転数はむしろ増加し、疲労が発現したとは考えられなかった。一方、暑熱暴露直後の脳内(大脳皮質、小脳、海馬)サイトカインを定量したところ、IFN-αmRNAはやや増加し、IL-1βmRNAは低下、IL-6およびTNF-αmRNAは変化しなかった。ところが、ウイルス感染モデルとして、2重鎖RNAであるPoly I:Cを腹腔内投与すると、回転カゴの回転数は、第1日目だけでなく、6日目でも低下していた。血清中のACTHが、6日後でも増加していたことから、感染ストレスの影響が6日目でも存在していると考えられた。また、IFN-αmRNAは、大脳皮質、海馬、視索前野、室傍核、および腹内側核において、有意に増加していた。また、これらの部位に一致して、セロトニントランスポーターのmRNAも増加していたことから、疲労とセロトニン代謝との関連が示唆された。
機能性結晶とアモルファスマトリックスからなる新しい複合材料の作製プロセス

本研究では、融液あるいは溶液から超急冷法、融液急冷法、ゾル-ゲル法などの種々の手法を用いて、高イオン伝導性、光応答性等を有する機能性結晶を析出させることによって新しい結晶-ガラスあるいは結晶-ゲル系の複合体を合成し、これらの特性評価を行うと同時に、結晶およびアモルファス界面を中心にその組織構造を明らかにしたものである。得られた成果を以下に示す。(1)AgI過飽和の融液を双ローラーで超急冷することにより、α-AgI結晶とAgI-Ag_2O-M_xO_yガラスから成る複合体が得られた。電界放射型走査電子顕微鏡を用いて観察したところ、α-AgI常温凍結複合体には、数十nmの粒径を持つα-AgI微粒子がガラスマトリックス中に均一に分散して存在することがわかった。(2)ヘテロポリ酸やビオローゲンのようなフォトクロミック物質をゾル中にドープしゲル化させることにより、フォトクロミック特性を示す有機-無機複合体を作製した。ドーパントの還元によって生じる着色種は、マトリックスのゲル化に伴い急激に安定化することがわかった。(3)様々な水化物を持つブレンステッド酸をドープしたプロトン伝導性複合シリカゲルを作製した。これらのゲルは、室温において、10^<-4>10^<-1>Scm^<-1>と高いプロトン伝導性を示した。(4)機能性有機分子含有複合ゲルの生成過程における分子の周りの局所粘度の変化を調べるために、粘性プローブとして知られるオ-ラミンOをドープした様々なゲルの発光挙動を、ゾル調製直後から追跡した。ゲル化点の前後では局所粘度はほとんど変化せず、乾燥段階で急激な増大のみられることがわかった。本研究では、融液あるいは溶液から超急冷法、融液急冷法、ゾル-ゲル法などの種々の手法を用いて、高イオン伝導性、光応答性等を有する機能性結晶を析出させることによって新しい結晶-ガラスあるいは結晶-ゲル系の複合体を合成し、これらの特性評価を行うと同時に、結晶およびアモルファス界面を中心にその組織構造を明らかにする。また、微結晶が生成する際の核生成、成長のプロセスについても熱分析や分光学的手法を用いて直接検討を加える。本年度得られた成果を以下に示す。1)超急冷法による微結晶分散ガラスの作製と特性評価2)レドックス分子ドープゲルの作製と特性評価ヘテロポリ酸やビオローゲン分子は光により容易に還元を受け着色するフォトクロミック物質である。このような物質をゾル中にドープしゲル化させるこによりフォトクロミック特性を示す有機-無機複合体を作製した。AgIを多量に含む融液を超急冷すると、alpha-AgIをガラスマトリックス中に凍結できる。ここでは、この種の複合体の生成過程を理解するために結晶化の速度論的検討を行った。その結果、alpha-AgIの核は、その数を増すことなく3次元的に成長する結晶成長機構を有し、活性化エネルギーは、通常の酸化物系のガラスよりも小さい値をとることがわかった。本研究では、融液あるいは溶液から超急冷法、融液急冷法、ゾル-ゲル法などの種々の手法を用いて、高イオン伝導性、光応答性等を有する機能性結晶を析出させることによって新しい結晶-ガラスあるいは結晶-ゲル系の複合体を合成し、これらの特性評価を行うと同時に、結晶およびアモルファス界面を中心に組織構造を明らかにすることを目的としている。(1)AgIを多量に含む融液を超急冷すると、α-AgIをガラスマトリックス中に凍結できる。

電界放射型走査電子顕微鏡を用いて観察したところ、α-AgI常温凍結複合体には、数十nmの粒径を持つα-AgI微粒子がガラスマトリックス中に均一に分散して存在することがわかった。また、β-AgIの析出した試料には、数百nm程度の粒径を持つ比較的大きなβ-AgI結晶が密に存在することがわかった。(2)様々な水化物を持つブレンステッド酸をドープしたプロトン伝導性複合シリカゲルを作製した。その結果、HClO_4,WPA,H_2SO_4,H_3PO_4をドープした場合に、室温において、10^<-4>10^<-1>Scm^<-1>と高い伝導性を示す複合シリカゲル薄膜が得られた。高い伝導性を示したドーパントは、H_2Oとの相互作用が強く、酸性度が高い電解質であることが分かった。(3)機能性有機分子含有複合ゲルの生成過程における分子の周りの局所粘度の変化を調べるために、粘性プローブ分子として知られるオ-ラミンOをドープした様々なゲルの発光挙動を、ゾル調製直後から追跡した。ゲル化点の前後ではオ-ラミンOは分子の周りの局所的粘性はほとんど変化せず、乾燥段階で急激な増加のみられることがわかった。
和算で扱われた計算幾何学問題に対する現代的解法の研究

和算で扱われた計算幾何に関する古典的問題から、1シュタイナー環におけるデカルトの円定理の拡張、2円内接多角形問題、の2題を取り上げ、現代の数式処理ソフトウェアの活用により、既知の公式の検証、およびその拡張としての未知の公式の導出において複数の成果があった。特に後者に関して、円に内接する五角形・六角形の面積と外接円の半径を表す関係式は、約1300年間未解決だった問題を完全に解明した、世界の数学史上画期的な成果である。「円内接多角形問題」に取り組んだ。これは、「円に内接するn角形の各辺の長さをa1,...anとするとき、その面積Sおよび外接円の半径Rをa1,...anの式で表せ」という古典的な幾何学の問題である。三角形および四角形については7世紀までに解かれていたが、その後1300年を経て、20世紀末になってようやく五角形に関する「面積公式」「半径公式」が導かれた。ただし、西欧数学とは独立に、江戸時代の日本の数学者(和算家)は、17世紀後半に半径公式を正確に求めている。三角形・四角形においては、「面積を与える公式」「半径を与える公式」がそれぞれ与えられると、「面積と半径の関係を与える公式(統合公式)」が容易に導かれる。これに対し、五角形については、「面積公式」と「半径公式」のそれぞれは求められているものの、「統合公式」は未だに求められていないと見られる。本研究では、この「統合公式」の計算に取り組んだ。数式処理システムを利用して、複数のアルゴリズムの適用を試したものの、途中の式が非常に大きくなり、どの方法によっても、計算困難な難問であることが見えてきた。その中でも、「基本対象式による表現の利用」と「終結式計算」とを組み合わせると、現実的な時間で計算が可能になり、最後に「多項式の因数分解」を行って、目的の「統合公式」とみなせる公式(「面積の2乗×半径の2乗」を変数とする7次方程式)が得られた。この公式の幾何学的な解釈は今後の課題である。また、最後のステップの「多項式の因数分解」に約80時間を要したことから、より効率的なアルゴリズムの考案も課題となっている。「円内接多角形問題における面積公式と半径公式の統合」に関する研究に取り組んだ。これは、「円に内接するn角形の各辺の長さをa1,...anとするとき、その面積S・外接円の半径RおよびSとRの関係をa1,...anで表せ」という古典的な幾何学の問題である。三角形・四角形については、面積公式・半径公式が7世紀までに知られていて、それらを統合した公式もほぼ自明であった。これに対し、五角形に関する面積公式・半径公式が具体的に求められたのは20世紀末である。ただし、西欧数学とは独立に、江戸時代の日本の数学者(和算家)は、17世紀後半に半径公式を正確に求めており、そこで用いられた「終結式による変数消去」のアルゴリズムが本研究においても基本算法となっている。このように研究が進展する中で、21世紀に入ってもなお、「五角形についての面積と半径の関係を表す公式(統合公式)」は未発見の状態にあった。本研究では、この「統合公式」の計算に取り組み、五角形と六角形の場合の公式の導出に世界で初めて成功した。五角形に対する統合公式については、具体的な形を2014年度中に一部報告済みであったが、アルゴリズムの工夫と数式処理システム上の巧妙なプログラミングによって、六角形の場合まで拡張した計算に成功したのが、本年度の研究成果である。五角形の公式と六角形の公式は、新たなパラメータを導入することによりさらに統合されることまで示され、円内接多角形問題(n=5,6)は完全に解明されたことになる。「円内接多角形問題における面積公式と半径公式、およびそれらを統合した公式の関係」についての研究に引き続き取り組んだ。これは、「円に内接するn角形の各辺の長さをa1,...,anとするとき、その面積S・外接円の半径R、およびSとRの関係をa1,...anで表す」という古典的な幾何学の問題である。ただし、西欧数学とは独立に、江戸時代の日本の数学(和算)では、17世紀後半に半径公式を正確に求めており、「終結式による変数消去」のアルゴリズムが世界に先駆けて確立されていた。本研究はこの事実を踏まえ、同アルゴリズムを現代的な数式処理における計算法に適用して、新たな公式の発見に取り組むことを目的としていた。本研究の最大の成果は、「五角形と六角形における、面積と半径の関係を表す公式(統合公式)」を世界で初めて具体的に計算して示したことである。正式な論文が2015年9月に公刊されたことにより、上記の7世紀の結果(n=3,4)以来1300年間未解決だった「n=5,6に対する円内接多角形問題」の完全解決がもたらされたことになる。さらに2015年度においては、統合公式の計算の過程で得られた知見から、アルゴリズムの工夫と数式処理システムの特性を生かした巧妙なプログラミングによって、主として半径公式を対象とした研究を進めた。