hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新規分野における製品・サービスの開発を促進させる技術評価能力と国際競争力の構築

最先端の技術を含む医療機器は、メーカーだけ開発を進めることはできず、ユーザーのフィードバックが不可欠な製品である。では、企業はどのように技術を評価し、国際競争力を構築しているのか。そこで、救急医療で用いられる血液ガス測定装置というニッチな市場で世界売上1位のデンマークの中堅メーカーに聞き取り調査を実施した。その結果、R&Dプロセス上流では医療現場のユーザーを観察しアイディアを出し、技術に落とし込み、製品開発中は常にKAIZEN活動を持続していることが分かった。製品販売後も継続的に技術・営業・マーケティング担当者が一体となって業務効率改善という現場のニーズを集め、技術に展開した能力も鍵であった。今年度は、福祉機器の開発部門を持つリハビリテーション病院施設への聞き取り調査を実施した。具体的な訪問先は、独立行政法人労働者健康福祉機構に所属する総合せき損センター(福岡県飯塚市)および吉備高原リハビリテーションセンター(岡山県)である。これらの施設は、就業中あるいはスポーツや日常生活における不慮の事故によって脊椎を損傷した人たちに向けて、リハビリテーションを行っている。ここで開発し設計する製品は、多くの入院患者の日常生活支援用の機器や、リハビリテーション療法を支援する機器であり、生産は地元の中小企業に委託する。次に、仙台市とフィンランドとの国際共同プロジェクトに基づき設置された仙台フィンランド健康福祉センターにも聞き取り調査を実施した。ここは地域住民に対する行政による福祉サービスを行っており、福祉介護機器の製品開発を行う部門も持っている。本施設に入院することはできない。ここにやってくる患者もリハビリテーションを目的としているが、高齢の患者が多い。最後に、福祉先進国デンマークでの介護器具や福祉機器等の開発を調査しようと試みたがコンタクト先を見つけられなかった。しかしながら、コペンハーゲンに長く居住し、介護の仕事に20年以上携わって介護現場を良く知る方から、介護者の身体的負担を減らすデンマークにおける介護方法についてインタビューすることができた。その結果、デンマークでは福祉・介護機器の設計は患者だけでなく介護者の負担を減らすことが考えられていることが分かった。なお、平成25年度は医療機器に関する製品開発も調査する予定であったが、予備的調査の段階で、手術用ロボット分野の調査は進めないことにした。それらの大型機器の開発は、医師の評価によるところが大きく、パワー関係も存在するためである。24年度で実施したことは医療用機器や生活支援用ロボットが実際にどの程度実用化され、実際に利用されているのかをセミナーや研究会に参加して現状の把握に努めた。その過程で分かったことは、医療用機器は実際に使用する医師の評価がすべてであり、製品開発の意味においては最終的にメーカーの意向が反映されることが少ないことである。これはつまり本研究の目的である医療機器メーカーの既存技術や埋没技術が活用されたとしても最終的な技術評価は自社だけではできないということである。したがって、医師のフィードバックを受けて1台の納入済みの機器や設備を調整しつつ使用することになり、長期的にはその改善点やノウハウは技術の蓄積にもつながるかもしれないが、現状では医療機器メーカーの技術評価能力を大きく高めることには時間がかかることが分かった。一方、生活支援用ロボットは介護の現場等で実用化が始まっており、こちらの使用後のフィードバックの蓄積は比較的短期間でさまざまな利用現場から集積されているようにみえた。たとえば、装置や機器を購入した病院がリハビリテーションや介護で利用することで実際の患者の機能回復度を測定することができている。また、それら機器や装置のデザインによっても患者や介護者の負担軽減につながることが分かるといった具合にメーカーにとってロボット購入者あるいは購入者を介して利用者がフィードバックを出していくことで機器や装置の改善が行われていることが分かった。この分野に関しては、工学系や工業デザイン系の人たちが関与しているが、経営学領域からのアプローチは行われていないようである。しかしながら、それがこの領域を研究することが無駄になるわけではない。むしろ、高齢化社会に向けて介護される側だけでなく介護する側もQOL(生活の質)を高めるための製品開発あるいはデザインを考えるべきであることがこの1年で分かった。この研究期間の3年間に、理論面のレビューを行いつつ、実証部分では生活支援機器や介護機器・用品などが実際に開発され利用されている現場で聞き取り調査を実施した。対象は、生活支援ロボットを現在試作中の企業、生活支援機器や用具を開発する部門を持つ病院、同様の製品を作るメーカーと共同開発する福祉施設などである。最終年度には、医療機器メーカーの中でも特定分野において世界市場で売上No.1を占めるデンマークの中堅企業を訪問し、研究・技術開発関連部門の部門長の方々に話を聞いた。聞き取り調査の結果、技術標準が未確定な分野の製品開発においては、技術評価能力を明らかにする鍵となる概念は「ユーザーイノベーション」であることが分かってきた。また、医療機器や生活支援機器といった製品特性も考慮する必要がある。それは、一口にユーザーといっても2つの立場があるためだ。

すなわち、病院の医師・看護師・検査技師や介護施設の職員という「使う側」と患者や入所者という「使われる側」である。医療機器などにおいて、ユーザーは技術を保有したり、アイディアを提供することはほとんどない。そのため、開発者が利用環境において、ユーザーのフィードバックを主体的に獲得しながら、技術・製品開発を行う。そのインタラクションはユーザーイノベーションの概念ではまだ議論が不十分であることが確認できた。暫定的な結論としては、技術標準などが未成熟な新規分野の技術・製品開発においては、ユーザー環境の丁寧な観察、および製品販売後も常にユーザーの利用状況を見て、技術面での改善活動を行い、それを製品に取り込めるかが重要な鍵になることが分かった。さらに、国際競争力の面では、製品そのものの技術力と共に、ユーザーの利便性を考慮した販売後の迅速な保守修理などサービス・システムの構築が重要な要因の一つであることも明らかになった。経営戦略、技術経営平成24年度および25年度の2年間で、介護用ロボットや新しい医療機器の動向を探ったほか、福祉施設等で介護用品や福祉機器の開発について調査を行うことができた。しかしながら、介護用ロボットや新技術の医療機器についてはメーカーへの聞き取り調査がまだ実現できていない。その理由は、介護用品と医療機器ではかなり使われている技術に大きな違いがあり、あまりにも幅広いために、当初の研究の問いに対する答えが収斂しなくなる可能性を感じ始めている。また、新規技術に関する機能や性能評価をするための組織プロセスやマネジメントについては、筆者がこれまでに医薬品企業が行ってきた研究開発プロセスに近いものがあるのではないかと考えてきたが、これもまた製品分野によって大きく異なることが分かってきた。本研究はもともと現実の事象について問題意識を持ち、それを説明できる理論を探索してきた。しかし、ここに至って、因って立つ理論の探索が困難な状況になってきた。つまり、既存研究で扱われてきた分野は経営学というよりも、デザインや感性を扱う分野であると当初から予想していたが、それらと経営学との接点を見つけることが非常に難しいことが分かり、当初の計画よりもやや遅れている原因となっている。情報収集に関して獲得できたことは、大きく分けて次の3つに集約できる。・当初考えていた研究範囲をある程度限定する必要があることが分かったこと。・現状では生活支援ロボットが必ずしも「人型ロボット」ではなく、機能や目的がさまざまであることが分かったこと。・従来型の産業と比較すると、技術的な機能(機械的、電気的、電子的)の必要性もさることながら、デザイン性も重要な評価基準になることが予想されることが分かった。
陸貝の捕食者適応：野外モニタリング調査とゲノム系統解析によるアプローチ

(1)陸貝の野外調査伊豆諸島に生息する陸貝の野外調査を行った。新島島内に生息するシモダマイマイに関し、黒い体色を示す変異と白い体色を示す変異の他に、それらの中間的な体色を示す変異が相対的に低頻度で存在することが示唆された。標識再捕獲法による生存率推定の結果、中間型の体色変異は、黒体色の変異や白体色の変異よりも生存率が低いことが示唆された。以上の結果は、中間型に不利な選択圧を示す分断選択が陸貝体色に生じていることを示唆している。また、黒体色、白体色、中間型、それぞれの個体群動態を解析した結果、夏季や冬季などの生存上不利な季節において個体群が著しく減少する一方、春季や秋季では個体群が増加する傾向がみられた。以上の結果から気候条件が体色変異の隔離要因になっている可能性が考えられた。しかし、両体色変異とも個体群動態が同調していることから、体色変異が季節多型である可能性は棄却された。(2)捕食者の野外調査と行動実験陸貝の主要な捕食者とされるマイマイカブリは、これまで伊豆諸島に生息していなかったものの、近年、その移入が報告されていた。そこで、新島島内で、ピットフォールトラップ法による採集調査を行った結果、実際、島内の広い範囲においてマイマイカブリの生息が確認された。新島島内の陸貝とマイマイカブリを用いた捕食実験を行い、マイマイカブリの捕食成功率を調べた。(3)系統系統解析シモダマイマイにみられる黒体色と白体色の変異の進化過程を推定するために、シモダマイマイの分子系統学研究を行った。新島島内から採集したシモダマイマイを材料に、ゲノムDNAの抽出、ライブラリー調整、次世代シーケンサーを用いたシーケンスを行った。予定していた研究計画をおおむね実行することができたため。今年度、さらに野外調査を行い、これまで得られた結果と比較し、陸貝形質に対する適応進化を推定する。また、島内でマイマイカブリを採集し、マイマイカブリの形態解析を行うとともに、新島島内で採集した陸貝を用いた捕食実験を行う。シモダマイマイの形質進化について考察をまとめるために、シモダマイマイの祖先系統とされるミスジマイマイを含めた新島と本土間の陸貝の比較を行う。次世代シーケンサーで獲得したシーケンスデータを用い、分子系統解析を行う。新島へのマイマイカブリの移入時期や移入経路を推定するために、マイマイカブリ別集団との比較調査を行う。生物は生物種間での相互作用によって共進化し、多様な形態や体色、行動を適応進化させる傾向がみられる。特に貝類とその捕食者間では、餌となる貝類が殻を厚くさせる、または、殻口を閉じるように形態を進化させることで対捕食者適応をとげる一方、捕食者側は、硬い殻を壊す上で適した強靭な鋏を進化させる、もしくは、軟体部を殻口から引きずり出す上で適した細長い採餌形態を進化させるケースが知られている。そのような貝類と貝類捕食者間でみられる共進化過程はエスカレーションとも呼ばれ、生態学や進化生物学、古生物学等における重要な研究テーマとして活発に研究が行われてきた。このような貝類と貝類捕食者間の共進化過程の解明を目指し、本研究では伊豆諸島新島に生息する陸貝に焦点をあてた。伊豆諸島新島は本土と地理的に隔離されていることから固有の陸貝種が多く生息している。近年、この新島に、陸貝を主要な餌資源として利用するマイマイカブリの移入が確認された。新たに出現したマイマイカブリによる捕食圧により、新島に分布する陸貝に対捕食者戦略が進化するかもしれない。特に新島全域に広く生息するシモダマイマイは、殻色に黒色と白色という著しい変異が見られ、捕食者に対する適応の結果、進化したものとも考えられてきた。そこで、本研究では、シモダマイマイを材料に長期的なモニタリング調査を行い、シモダマイマイの殻形態や殻色といった殻形質に対する選択圧の計測を開始した。予備調査として毎年、野外調査を進めていたが、平成29年度では、さらに十分数の陸貝の採集に成功し、個体の殻計測と殻色の定量化や採集後の個体に対する標識などを行った。また、実験室内で、シモダマイマイを用いた行動実験を行い、樹上性や地上性といった行動の違いの検証とシモダマイマイの殻に関する多変量解析を行った。当初、1年間に10回の野外調査を計画していたが、実際には、初年度1年間に13回、概ね月1回以上のペースで野外調査を行うことがでた。マイマイカブリの移入が認められる新島北部と新島南部で採集したシモダマイマイを用いて行動実験を行い、マイマイカブリに対する対捕食者適応が生じているかを検証することができた。また、新島中央部においては、十分数の陸貝の採集に成功し、その大部分に標識を付け、現在、野外環境下における生存率を調べることができている。

以上の結果は、中間型に不利な選択圧を示す分断選択が陸貝体色に生じていることを示唆している。また、黒体色、白体色、中間型、それぞれの個体群動態を解析した結果、夏季や冬季などの生存上不利な季節において個体群が著しく減少する一方、春季や秋季では個体群が増加する傾向がみられた。以上の結果から気候条件が体色変異の隔離要因になっている可能性が考えられた。しかし、両体色変異とも個体群動態が同調していることから、体色変異が季節多型である可能性は棄却された。(2)捕食者の野外調査と行動実験陸貝の主要な捕食者とされるマイマイカブリは、これまで伊豆諸島に生息していなかったものの、近年、その移入が報告されていた。そこで、新島島内で、ピットフォールトラップ法による採集調査を行った結果、実際、島内の広い範囲においてマイマイカブリの生息が確認された。新島島内の陸貝とマイマイカブリを用いた捕食実験を行い、マイマイカブリの捕食成功率を調べた。(3)系統系統解析シモダマイマイにみられる黒体色と白体色の変異の進化過程を推定するために、シモダマイマイの分子系統学研究を行った。新島島内から採集したシモダマイマイを材料に、ゲノムDNAの抽出、ライブラリー調整、次世代シーケンサーを用いたシーケンスを行った。予定していた研究計画をおおむね実行することができたため。次年度、さらに複数回の調査を行い、殻の形質に対する適応度の有無を調べるとともに個体群動態の季節変動や年変動を調べる。また、新島以外の伊豆諸島や本土側の個体群との比較を行い、仮説検証のデータの収集に努める。殻形質に対する選択勾配を調べ、方向性選択や分断化選択の有無を解析し、野生集団に対する自然選択を検証する。マイマイカブリの採集を行いマイマイカブリの形態解析を行うとともに、新島島内で採集した陸貝を用い実験室内での捕食実験を行う。シモダマイマイの形質進化について考察をまとめるために、シモダマイマイの祖先系統とされるミスジマイマイを含めた新島と本土間の陸貝の比較を行う。今年度、さらに野外調査を行い、これまで得られた結果と比較し、陸貝形質に対する適応進化を推定する。また、島内でマイマイカブリを採集し、マイマイカブリの形態解析を行うとともに、新島島内で採集した陸貝を用いた捕食実験を行う。次世代シーケンサーで獲得したシーケンスデータを用い、分子系統解析を行う。新島へのマイマイカブリの移入時期や移入経路を推定するために、マイマイカブリ別集団との比較調査を行う。今年度、予定よりも野外調査が順調に進み、当初予定していた以上の野外調査を実施する可能性が出てくると共に、ワークステーション購入の必要性が出てきたため、前倒し請求を行った。結果として、実際、13回の野外調査を実施することができたが、一方で、解析環境を検討していたことも有り、未だワークステーションの購入に至っておらず、当該助成金が生じた。翌年分として請求した助成金と合わせて、ワークステーション等の計算機購入を行うか、もしくは、シーケンスに必要な試薬の購入やシーケンス代金に使用することを予定している。当初、次世代シーケンサーのデータ解析用にワークステーションの購入を検討していたが、研究代表者の所属機関や他研究機関の計算機を利用することにより、現状のデータに関しては、解析を進めることがができたため、未だワークステーションの購入に至らなかった。
時間変化するネットワーク構造データの局所特徴的パターンマイニング手法の開発

グラフ系列で表現可能な実世界の対象は多く存在する.例えば,ある時点での人間関係ネットワークは人が頂点,関係が辺であるグラフで表現できる.さらに,人がコミュニティ(ネットワーク)に参加,脱退することで頂点や辺が増減し,そのグラフの構造は時間とともに変化する.本研究では,変化するグラフ構造をグラフの系列として扱い,グラフ系列から特徴的な変化のパターンをマイニングする手法を研究・開発した.さらに,開発した手法を実装し,人工データと実世界データを用いて,計算効率の特徴を実験的に示し,提案手法の実用性を示した.グラフ系列で表現可能な実世界の対象は多く存在する.例えば,ある時点での人間関係ネットワークは人が頂点,関係が辺であるグラフで表現できる.さらに,人がコミュニティ(ネットワーク)に参加,脱退することで頂点や辺が増減し,そのグラフの構造は時間とともに変化する.本研究では,変化するグラフ構造をグラフの系列として扱い,グラフ系列から特徴的な変化のパターンをマイニングする手法を研究・開発した.さらに,開発した手法を実装し,人工データと実世界データを用いて,計算効率の特徴を実験的に示し,提案手法の実用性を示した.本年度は,グラフ系列のマイニングに必須な原理の確立に取り組んだ.具体的には,変化するグラフをグラフ系列データとして表現し,そこから特徴的部分構造の変化をパターンとして列挙する手法を研究・開発した.本研究が対象とする問題を解決するための1点目の課題は,本研究が対象とする問題を効率良く解くために,グラフ変化系列を如何に簡潔に表現し,同時に可能な表現の多様性を小さくすることで探索すべき空間を小さくするかであった.2点目は,どのような特徴をもつパターンを探索するかが課題であった.1点目の課題を解くために, 2つのグラフの編集距離を求める手法を用い,系列中で連続する2つグラフの差異を頂点の挿入,削除,ラベル変更,辺の挿入,削除,ラベル変更の6種の変更オペレータの系列によって表現することで,グラフ系列の表現法を提案した.また2点目の課題では,人間にとっての有用性,理解可読性を考え,系列中で2頂点間の関連性が見出せること,グラフ系列パターン中での変化が元のデータでの変化の順番と同じことに注目して,有用なパターンを定義した.また,上記の手法を実装し,人工的に作成されたデータを用いて,データ量,グラフの密度,系列長,グラフの規模など様々なデータの特性に対する提案手法の計算効率,計算時間の特性を調べた.本研究の目的は,時間とともに変化するグラフをグラフ系列として表わし,グラフ系列の集合が入力として与えられたときに,それらに頻繁に出現する局所的な変化を有用なパターンとして効率的に列挙するアルゴリズムを開発することである.例えば,人間関係ネットワークは人が頂点,関係が辺であるグラフで表現でき,人がコミュニティ(ネットワーク)に参加,脱退することで頂点や辺が増減する.同様に,遺伝子が頂点,相互関係が辺である遺伝子ネットワークは進化の過程で遺伝子を新規獲得,欠落,突然変異するグラフの系列で表現できる.この問題に対して,我々は以前,GTRACEというアルゴリズムを開発した.グラフ系列中の連続する2グラフのごく一部が変化するという仮定のもので,GTRACEはグラフの変化を変換規則で簡潔に表わし,変換規則の系列から頻繁に出現する部分系列を列挙するアルゴリズムである.しかし,上記の仮定が成り立たない系列,例えば,時間分解能が低いために観測されたグラフ系列中の2グラフの大部分が変化するグラフ系列を変換規則で簡潔に表わすことができないため,このようなデータに対してGTRACEは非効率であった.そこで本年度は,上記の仮定が成り立たないグラフ系列から頻繁に出現する局所的な変化パターンを効率良く列挙するため,関連誘導部分グラフ系列という新たな概念を導入し,その性質を巧みに探索方法に活用することで,パターンを効率良く列挙するFRISSMinerと呼ばれるアルゴリズムを提案した.また,提案手法を実装し,人工テータ,実世界データを用いて評価実験を行い,FRISSMinerの性能を評価した.FRISMinerはGTRACEに比べ,数桁高速にパターンを列挙できるため,大規模なグラフ系列データに対しても適用可能である.
ヒトは水中環境で自身の身体動作をどの程度再現できるのか？単関節動作による検討

本研究は,ヒトは水中環境で自身の身体動作をどの程度認識しているのか,について,肘関節の伸展姿勢から屈曲動作を能動的に行い,水中環境と空気環境の間で動作や角度および筋活動などの比較から検討していく.浮力により重力方向への身体負荷が軽減される水中環境では,日常生活環境(空気環境)での身体動作を模擬することができる.従って,水中環境でどの程度空気環境を模擬できるのかを検討することは,日常生活動作機能の維持・改善さらには再獲得を目的とした水中環境での健康増進やリハビリテーションに対して,その効果を高めるための動作に関する教示方法や注意点に対して有益な情報となる.本研究は,ヒトは水中環境で自身の身体動作をどの程度認識しているのか,について,肘関節の伸展姿勢から屈曲動作を能動的に行い,水中環境と空気環境の間で動作や角度および筋活動などの比較から検討していく.浮力により重力方向への身体負荷が軽減される水中環境では,日常生活環境(空気環境)での身体動作を模擬することができる.従って,水中環境でどの程度空気環境を模擬できるのかを検討することは,日常生活動作機能の維持・改善さらには再獲得を目的とした水中環境での健康増進やリハビリテーションに対して,その効果を高めるための動作に関する教示方法や注意点に対して有益な情報となる.
力覚・触覚疑似体験型のものづくり技能学習プログラムの開発

本研究のねらいは,我が国を支えるイノベーターを育むことであり,現在,小学生・中学生には,ものづくり教育が必要である。しかし,その適切な学習プログラムはない。そこで,われわれは,1新しい視点によるものづくり学習プログラムの開発をした。2形式知と暗黙知についての学習課題を構造化した。3動画,静止画,力覚装置を用いて,高度熟練者を対象に,疑似体験型教材を開発した。4ものづくり技能学習プログラムの有効性を検討し,有効性を得た。本研究では,(1)製品設計者と高度熟練技能者を対象に力覚フィードバック装置とビデオ映像を用いた運動解析や,思考発話法によるプロトコル分析を行い,形式知と暗黙知(勘やコツ)についての学習課題の構造化を図る。そして,得られた知見をもとに,(2)視覚・聴覚情報と力覚フィードバック装置を用いた力覚・触覚情報を併用した疑似体験型の教材を開発・検証し,それらを用いた(3)ものづくり技能学習プログラムの有効性を検討することである。そのため本年度は,.やすりがけ作業の技能学習プログラムに関する資料収集・分析を行った。・力覚フィードバック装置等を用いたやすりがけ作業の運動解析と作業分析を行った。・力覚フィードバック装置を利用し,やすりがけ作業の力覚・触覚情報を収集するプログラムの開発と熟練技能者と初心者の技能を比較し,初心者の技能についてアドバイスを与える疑似体験型の教材を開発した。本研究では,1製品設計者と高度熟練技能者を対象に力覚フィードバック装置とビデオ映像を用いた運動解析や,思考発話法によるプロトコル分析を行い,形式知と暗黙知(勘やコツ)についての学習課題の構造化を図る。そして,得られた知見をもとに,2視覚・聴覚情報と力覚フィードバック装置を用いた力覚・触覚情報を併用した疑似体験型の教材を開発・検証し,それらを用いた3ものづくり技能学習プログラムの有効性を検討するものである。本年度は,以下のような成果を得ることができた。(1)初学者用力覚・触覚疑似体験型のものづくり技能学習支援システムの開発「切削・研磨」「塗装」の技能を対象に,主に暗黙知(工具の動かし方,力加減など)を学習できる力覚フィードバック装置による力覚・触覚疑似体験型の学習支援システムを開発した。開発した学習支援システムは,日本産業技術教育学会で発表した。(2)ものづくり技能学習プログラムの開発ものづくりの学習に必要な形式知と暗黙知(勘やコツ)についてR.Mガニエ氏の提唱する「学習のタイプ」に基づき学習課題の構造化を図り,得られた知見をもとにして,ものづくり技能学習プログラムを開発した。そして,熟練技能者の技能の運動解析とそのプロトコル分析等により,技能の言語化・文字化を図るとともに,熟練者のパフォーマンスを初学者でも再現できるようにデジタル動画像・静止画像・アニメーション化を図った。また,力覚フィードバック装置を用いた技能の暗黙知を伝達できる疑似体験システムと同調させるために,工具の持ち方,動かし方,工具に加える力加減などを初学者でも再現できるようにデジタル動画像化した。そして,得られた知見をもとに,2視覚・聴覚情報と力覚フィードバック装置を用いた力覚・触覚情報を併用した疑似体験型の教材を開発・検証し,それらを用いた3ものづくり技能学習プログラムの有効性を検討することである。これまで,「切削・研磨」の技能学習プログラムに関する資料収集・分析を行うとともに,力覚フィードバック装置等を用いて運動解析と作業分析を行い,「切削・研磨」作業の力覚・触覚情報を収集するプログラムの開発と熟練技能者と初心者の技能を比較し,初心者の技能についてアドバイスを与える疑似体験型の教材を開発した。また,「切削・研磨」「塗装」の技能を対象に,主に暗黙知(工具の動かし方など)を学習できる「疑似体験型の学習支援システム」を開発するとともに,ものづくりの学習に必要な形式知と暗黙知(勘やコツ)について,学習課題の構造化を図り,「ものづくり技能学習プログラム」を構築した。そして,熟練者のパフォーマンスを初学者でも再現できるよう「疑似体験型の学習支援システム」と同調させるために,工具の持ち方,動かし方などをデジタル動画像・静止画像・アニメーション化させ,解説を加えた「コンテンツ」を作成した。さらに,開発した「疑似体験型の学習支援システム」と「コンテンツ」のそれぞれの信頼性と有効性について,眼球運動計測装置と思考発話法を用いた予備実験的な実験室研究を通して明らかにし,システム全体の改善について,検討した。本研究は,我が国の技術者養成を支えるイノベーターとしての資質を育み,学んだ知識と技能を社会に役立てようとする意欲を高めるために,小・中学生の段階からものづくり教育の充実が求められている。しかし,そのための適切な学習プログラムはないため,新しい視点によるものづくり学習プログラムの開発をすることを目的としたものである。そこで,1製品設計者と高度熟練技能者を対象に力覚フィードバック装置とビデオ映像を用いた運動解析や,思考発話法によるプロトコル分析を行い,形式知と暗黙知(勘やコツ)についての学習課題の構造化を図った。そして,得られた知見をもとに,2視覚・聴覚情報と力覚フィードバック装置を用いた力覚・触覚情報を併用した疑似体験型の教材を開発した。それらを用いた3ものづくり技能学習プログラムの有効性を検討した。

当該年度では,力覚・触覚疑似体験型のものづくり技能学習支援システムの信頼性と有効性の調査を実施し,まとめを行った。具体的には,大学生を調査対象に,眼球運動計測装置と思考発話法を用いた実験室研究を通して,システムと関連教材の信頼性と有効性を明らかにした。その結果,技能を学習する視覚教材は,有効性が明らかとなった。また,道具の運行技能を3次元で可視化する視覚教材についても,その有効性が明らかとなった。さらに,道具を運行させるときの本人のクセについて明らかにする手法の開発を行い,本人のクセの状況を診断し,行動を修正するよう促すシステムの開発をすることができた。以上のことから,本研究によって開発した力覚・触覚疑似体験型のものづくり技能学習プログラムは,技能の技術的な理解を促す視覚教材,実際の技能訓練過程における修正に必要な視覚教材,クセの傾向分析により本人に修正アドバイスをあたえる疑似体験型の学習システムで構成され,それらは,初学者には有用であるといえる。本研究のねらいは,我が国を支えるイノベーターを育むことであり,現在,小学生・中学生には,ものづくり教育が必要である。しかし,その適切な学習プログラムはない。そこで,われわれは,1新しい視点によるものづくり学習プログラムの開発をした。2形式知と暗黙知についての学習課題を構造化した。3動画,静止画,力覚装置を用いて,高度熟練者を対象に,疑似体験型教材を開発した。4ものづくり技能学習プログラムの有効性を検討し,有効性を得た。予定通りの調査,データが収集できているため。27年度が最終年度であるため、記入しない。教科教育学「力覚・触覚疑似体験型のものづくり技能学習支援システム」の信頼性と有効性の調査を実施し,その成果を発表するために,まず,開発した「疑似体験型の学習支援システム」と「コンテンツ」の同調を図り,有効性を検討する実験計画を作成する。次に,何度かの予備実験を繰り返して,有効性を測定できる実験方法を確立し,実験に臨むことを通して有効性を明らかにする。おおむね以下の通り年度当初の研究実施計画通りの成果を得ることができた。研究実績でも記述したが,「切削・研磨」「塗装」の技能を対象に,主に暗黙知(工具の動かし方,力加減など)を学習できる力覚フィードバック装置による力覚・触覚疑似体験型の学習支援システムを開発できたことは当初の計画通りである。また,ものづくり技能学習プログラムを開発し,初学者でも再現できるようにデジタル動画像化できたことも予定通りである。実験の有効性を検証するために必要な部品の納入価格が,安価に済んだことによる。前年度の調査において得られた知見に基づいて,「切削・研磨」「組立加工」「板金加工」「計測・測定」の技能を対象に,主に暗黙知(工具の動かし方,力加減など)を学習できる力覚フィードバック装置による力覚・触覚疑似体験型の学習支援システムを開発する。
シロイヌナズナ突然変異体を用いた花芽形成開始機構の研究

cop1-6変異体が暗黒下で「もやし植物」にならずに発生分化し花芽状の形態形成することを研究の出発点とした。この植物で、花芽分化関連遺伝子群の発現を調べた。方法は微量なmRNAも同定できるようにRT-PCR法で行った。その結果、微量なRNAの存在量で比較する限り、AP1,CAL, AG遺伝子の発現が野生型より有意にcop1-6変異体暗黒培養で認められることを発見した。二重変異体の解析によりcop1-6変異が作用する点は、co-1,gi-2,ld-1各変異の対応する野生型遺伝子の作用する点より前であり、CRY2産物より下流であることになった。2%ショ糖では、cop1-2,1-4変異体では発生異常をおこすが、各々8%,5%の高濃度ショ糖では花芽様の構造を持った植物体が分化することを見出した。Cop1変異体では、変異により依存度は異なるが至適な濃度のショ糖を与えれば、花芽分化誘導がおこることが示された。したがって、「暗黒下花芽分化誘導」とは、光に換えてショ糖による花芽分化の誘導と言えることを見出した。現在までの研究で、cop1-6変異の理由として、「暗黒下でも核に存在しない変異」ではないかと予測したクラゲ緑蛍光タンパク質遺伝子との融合遺伝子を作成して局在を調べた。COP1野生型遺伝子産物は核に存在。cop1-6変異体産物では、全体的に分布する。よって、変異遺伝子の今まで記述してきた表現型は核への局在が弱まったためであると推定した。暗黒下でも、栄養分の補給があると植物は花芽形成する。シロイヌナズナ野生型植物でも、液体振とう培養すれば、花芽形成することを既に明らかにしていた。その条件下で、シャーレにて静置培養しても「もやし」になるだけであった。その後、cop1-6突然変異体は、前者の条件はもちろん、後者の条件でも花芽形成することを発見した。本研究は、この知見に基づき、その分子的基盤を明らかにするために研究した。1.暗黒下静置培養状態で、野生型植物の「もやし」と、cop1-6変異体の「花芽形成体」の花芽形成関連遺伝子群の発現を解析した。その結果、大部分の遺伝子はきわめて少量発現していることを発見した。2.その中で、AP1遺伝子のみ、「もやし」状態では、発現せず、花芽形成に伴って発現していることを発見した。3.明条件での、花成遅延変異をcop1-6変異体に導入した。そして、暗黒花成の有無・花成日数・葉の発達を調べた。その結果、gi,変異は、明らかな花成遅延を発見した。ld変異では、花成遅延しなかった。co,変異はあまり差がなかった。後者については、弱い変異であることが原因と推察した。4.cop1-6変異によって花成する経路は、GIとおそらくCO両遺伝子産物を使っていることが推定された。5.4.の遺伝子につき、分子レベルでの相互作用を検討した。6.AP1遺伝子の発現を用いれば、暗黒下であっても花芽形成の「発現オン」の状態であることを確認できることになる。したがって、この遺伝子の「構成的発現変異体」を単離すれば、暗黒下であっても花芽形成するシグナルの変異体を同定できると考え、そのような突然変異体を単離した。暗黒下でショ糖濃度を換えて培養した。以上より、cop1変異体では変異により依存度は異なるが至適な濃度のショ糖を与えれば、花芽分化誘導がおこることが示された。

したがって、「暗黒下花芽分化誘導」とは、光に換えてショ糖による花芽分化の誘導と言えることを見出した。cry2,co, gi, ld変異体との二重変異体を作成して、花芽分化誘導を調べた。暗黒下および光のある条件ともに、cry2では、花芽分化誘導は早いままであるが、他は遅延が起こることを見いだした。よって、cop1-6関与のステップはCRY2遺伝子作用より後であることを示す。現在までの研究で、COP1産物は明条件では細胞質に存在し、暗条件で核に局在し機能すると考えられている。すなわち野生型遺伝子では、核に局在しいくつかの遺伝子発現・機能を抑制し「暗黒表現型」を示す。変異遺伝子は、その抑制機能が欠損していると考えられる。cop1-6変異の理由として、「暗黒下でも核に存在しない変異」ではないかと予測した。クラゲ緑蛍光タンパク質遺伝子との融合遺伝子を作成して局在を調べた。野生型遺伝子は、核に存在する。変異体の蛍光は位相差顕微鏡像の核のみではなく、全体的に分布することを示した。核の部分の拡大で粒状の蛍光が見られ、少し核にも存在することがわかる。よって、変異遺伝子の表現型は核への局在が弱まったためであると推定した。
骨・骨髄損傷後の修復過程における骨と血管のシグナルネットワークの解明

(1)骨・骨髄損傷マウスモデルと損傷部修復の経時的変化を骨形態計測から明らかにする。(2)骨・骨髄再構築における骨形成と血管形成に関わる遺伝子発現の経時的変化をリアルタイムRT-PCRから明らかにする。局在については、免疫染色とin situ hybridizationを用いて明らかにする。(3)VEGF受容体ノックアウトマウスを用いて実験を行う。VEGF受容体ノックアウトマウスの骨代謝動態を調べる。また、このマウスを用いて骨・骨髄損傷モデルを作成し、損傷部の骨再構築が遅延するか否かを明らかにする。(4)骨代謝におけるPECAM-1の役割を明らかにする。血管内皮細胞から産生されるPECAM-1のシグナルがブロックされることにより骨芽細胞分化が障害されるか否かを明らかにする。我々は、マウス脛骨の骨と骨髄にドリルで穴をあけ、その修復過程における骨形成系細胞と血管系細胞のシグナルのクロストークについて調べてきた。今年度は、骨・骨髄損傷部修復過程の経時的変化を組織学的および分子生物学的に解析した。損傷後3日目、von Willebrand factorが陽性である新生毛細血管細胞の近くに、アルカリフォスファターゼ陽性細胞が多数出現した。骨芽細胞分化と血管系因子との関連性が示唆された。骨・骨髄損傷後の髄内仮骨において、VEGF(vascular endothelial growth factor)とその受容体であるFlt-1タンパクは骨梁表面の骨芽細胞と血管内皮細胞の両方に発現していた。しかし、VEGFのもうひとつの受容体であるFlk-1タンパクは血管内皮細胞にのみ発現していた。VEGFには3つのsplicing isoform(120、164、188)がある。髄内仮骨の骨芽細胞は損傷後1日目からVEGF120とVEGF164を、損傷後5日目からVEGF188を発現しはじめた。VEGF188の発現開始時期と同期してosteocalcin mRNAの発現が認められた。HIF-1αは低酸素状態や組織損傷等により誘導される。HIF-1αにより,その下流に位置するVEGFをはじめとする血管形成の一連のシグナル伝達にスイッチが入ると考えられている。次年度は,骨、骨髄損傷修復過程におけるHIF-1αの調節機構とVEGF以外の血管形成シグナルの発現,骨芽細胞分化制御との関連性について明らかにする。本年度は、食餌中のビタミンA含有量を制限することにより、血中ビタミンA濃度が低下したマウスを用いて実験を行った。胎生10日よりビタミンA欠乏食を与え続けたビタミンA欠乏(vitamin A-deficiency:VAD)群、胎生10日よりビタミンA欠乏食を与え、離乳期(生後4週)よりスタンダード食へ変更した欠乏後充足(vitamin A-deficiency-sufficiency:VADS)群、及びスタンダード食のみを与えた充足(vitamin A-sufficiency:VAS)群の3群を作成した。これらのC57BL/6J雄マウスの大腿骨骨幹部前面に直径1.0mmの骨孔(骨・骨髄損傷)を作成し、その後の骨修復過程を調べた。In vivo micro-CTによる画像解析では、1週、2週目における髄内仮骨の形成は各群で差が認められなかった。3週目にVADS群、VAS群では皮質骨の形成がみられ、4週で骨孔はほぼ治癒した。しかし、VAD群では皮質骨形成の遅延を認め、4週においても骨孔が閉鎖しなかった。骨孔部のmRNA発現は、1週目で、VADS群、VAS群に比べ、VAD群では、HIF-1、VEGFなど血管・造血シグナルが有意に低下し、オステオカルシン、オステリックス、BMP-2など骨芽細胞分化関連遺伝子にも有意な低下を認めた。破骨細胞分化マーカーであるTRACPの発現には群間差はなかった。ビタミンA欠乏状態では、骨・骨髄損傷後の骨修復過程において、血管・造血シグナルとともに骨芽細胞分化が抑制され、皮質骨再生が遅延していることが明らかとなった。現在、BMP-2を中心としたシグナルネットワークの解析と、BMP-2を補充することでこの骨・骨髄損傷修復遅延がレスキューされるか否かを明らかにする実験を遂行中である。10週齢のC57BL/6J雄マウスの大腿骨中央前面部に直径1.0mmのdrill-holeを開けて、骨・骨髄損傷後の修復過程における骨と血管シグナルの役割について調べた。ビタミンA欠乏(VAD : vitamin A-deficiency)群には、胎児10日目から母マウスにビタミンA欠乏食を与え、離乳期(4週齢)以降も欠乏食を与えた。ビタミンA欠乏・充足(VADS : vitamin A-deficiency and sufficiency)群には、胎児10日目から母マウスにビタミンA欠乏食を与え、離乳期以降は標準食を与えた。ビタミンA充足(VAS : vitamin A-sufficiency)群には、実験期間中ずっと標準食を与えた。上記の3群を作成し比較した。損傷後7、14、21、28日目に検体を採取した。脱灰標本をパラフィンで包埋し、HE染色とTRACP染色を行った。損傷部の海綿骨領域で骨形態計測を行った。マイクロCTによる評価で、VAD群ではVAS群やVADS群と比べて損傷後の皮質骨の修復が遅延していた。一方、損傷部の海綿骨領域において、VAD群はVAS群やVADS

群と比べて海綿骨量(BV/TV)と骨梁表面の骨芽細胞数(Ob.N/BS)が減少していた。VAD群の損傷部では、HIFとVEGFのmRNA発現が低下していた。VEGFシグナルの下流に位置するBMP-2の発現も低下し、一連の骨形成系シグナル(dlx5、msx2、osterix、col1a1、osteocalcin)が低下していた。VAD群にBMP-2を補充することによりこの骨形成遅延と骨・骨髄損傷修復遅延が正常レベルに回復した。これらの結果から、ビタミンA欠乏マウスでは、HIFやVEGFなどの血管関連因子とともにBMP-2やOsteocalcinなどの骨形成因子が低下していた。このマウスにおける骨・骨髄損傷後の修復過程における海綿骨量減少、皮質骨修復遅延は、骨髄細胞におけるBMP-2遺伝子発現の低下と関連していることが明らかとなった。
イネ腋芽の成長評価用４次元MRIマイクロスコピーの開発

本研究では、植物試料の成長をMRI観察することができる4次元マイクロイメージングシステムを開発し、イネ地下茎のメリステムの成長機構や環境応答の知見を得た。イネの地下腋芽の切片試料をMRIで観察するために必要な、高周波コイル(信号送受信用)と勾配磁場コイル(位置情報付加用)を開発し、試料の形態情報、NMRスペクトル情報、緩和時間情報を高速に取得できるようになった。さらに、このシステムで地下茎腋芽のメリステムの成長過程をより詳細に観察し、成長機構解析を行った。MRI(核磁気共鳴イメージング)は生体試料の内部構造を3次元的に画像化できるが、これまで,植物体内の高分解能での撮像(マイクロイメージング)は,切片試料での観察のみに限られていた。そこで本研究では,生きたままの状態の植物試料に対し,時間軸も含めた4次元マイクロイメージングを可能にするMRIシステムを開発することを目的としている。観察対象として、イネの地下茎腋芽内にあるメリステム(幹細胞の一つ)を用いる。メリステムはイネの成長に重要な器官であるが、その成長機構や環境応答はよくわかっておらず、本研究ではこれらの知見を得ることも目的としている。平成27年度は、イネの地下腋芽の切片試料をMRIで観察するために必要な、高周波コイル(信号送受信用)と勾配磁場コイル(位置情報付加用)を設計し、作製した。これらを使って、地下茎腋芽の切片試料を観察したところ、地下茎が成長する様子を撮像することができた。MR画像には、腋芽の解剖学的情報がはっきりと描写されていた。地下茎の成長過程は、光学顕微鏡によって観察したものとよく一致していた。MR撮像に用いた地下茎は、切片試料であるが、地下にある地下茎と同じように成長することがわかった。また、MRIで観察された腋芽の動態は、冬の間養分を蓄えて休眠する樹木の冬芽の様子とよく似ていた。このように、MRIの環境内でも自然状態と同じように地下茎を成長し、その様子をMRIで撮像することが確認できた。観察に用いたMRI用磁石は、静磁場強度が4.7T(プロトン共鳴周波数202MHz)と9.4T(同400MHz)の縦型超伝導磁石である。本年度は主に、これらの磁石で使えるように、高周波コイルと勾配磁場コイルの改良を行った。地下茎腋芽の大きさは約3mmほどと小さいため、信号強度がかなり低くなる。そのため、高周波コイルとして高感度ソレノイドコイルを作製した。また、人口蜂コロニーアルゴリズムを用いて勾配磁場コイルの形状を最適化することで、広い勾配磁場均一性を実現した。さらに、地下茎腋芽の成長の様子をMRIで撮像し、光学顕微鏡観察による結果と同じであることを確認した。さらに撮像用シーケンスの開発を行った。撮像時間短縮のための圧縮センシング技術や、NMRパラメタの同時取得が可能な磁気共鳴指紋法などの初期検討を行った。本研究では、植物試料の成長をMRI観察することができる4次元マイクロイメージングシステムを開発し、その装置によって、イネ地下茎のメリステムの成長機構や環境応答の知見を得ることを目的としている。昨年度までに、イネの地下腋芽の切片試料をMRIで観察するために必要な、高周波コイル(信号送受信用)と勾配磁場コイル(位置情報付加用)を開発した。平成28年度までに、静磁場強度が4.7T(プロトン共鳴周波数202MHz)と9.4T(同400MHz)の縦型超伝導磁石におけるMRIシステムとして、磁気遮蔽性能に優れるアクティブシールドコイルを開発した。また、静磁場均一性を向上させるための、高次の電流シムコイルシムコイル技術を開発した。撮像時間短縮のための圧縮センシング技術を改良した。また、NMRパラメタの同時取得が可能な磁気共鳴指紋法などの検討を行い、画像アーチファクトの出現とハードウェアの不完全性の影響を検討した。その結果、磁場強度が高いほど、緩和時間の推定誤差が大きくなることが分かった。その結果、以下のことが分かった。まず、成長のタイミングが地上部のシュートと地下茎の内部で独立に調節されていることが分かった。茎の伸長や生殖切り替えは地上部のシュートの内部で密接にリンクしているが、地下茎内部では分離していた。地上部のシュートについている芽とは対照的に、地下茎の芽はいくつかの葉を初期化し、元々の地下茎に向かって正しい角度で成長するように曲がっていた。この発見により、地下茎と地上部のシュートの両方に共通の成長システムが使われているが、調節の時間的な変化が、地下茎の成長の可塑性の源である可能性があるという事が示唆された。平成28年度までに、静磁場強度が4.7T(プロトン共鳴周波数202MHz)と9.4T(同400MHz)の縦型超伝導磁石におけるMRIシステムのハードウェア開発をほぼ終えている。また、新規ハードウェア技術として、任意曲面形状の勾配磁場コイルの設計技術を開発した。これにより、より高強度の勾配磁場を生成することが可能となり、エコー時間の短縮による信号の高強度化などが可能となった。また、撮像法として、緩和時間マップを高速に取得する磁気共鳴指紋法を開発した。

本研究では、植物試料の成長をMRI観察することができる4次元マイクロイメージングシステムを開発し、その装置によって、イネ地下茎のメリステムの成長機構や環境応答の知見を得ることを目的としている。昨年度までに、イネの地下腋芽の切片試料をMRIで観察するために必要な、高周波コイル(信号送受信用)と勾配磁場コイル(位置情報付加用)を開発した。さらに、このシステムで地下茎腋芽のメリステムの成長過程をより詳細に観察し、成長機構解析を行った。平成29年度は,より自然に近い環境を実現するため、より280mm水平ボアの1.5T横型超電導磁石(プロトン共鳴周波数64MHz)を用いて、地下茎撮像用システムを構築した。このシステムは、広い磁場均一空間をもっているほか、イネ地下茎の成長方向と同じ水平方向にボアがあるため、自然環境下での観察が可能となるという利点がある。この磁石用に、信号送受信用の高周波プローブと、磁場補正用のシムコイルシステム、高強度勾配磁場システムの開発を行った。また、撮像用シーケンスの開発として、圧縮センシングや磁気共鳴指紋法の開発を行い、撮像の高速化と効率化を図った。さらに4.7Tのシステムで、化学シフトイメージング用のシーケンスとハードウェアの開発を行った。スペクトル線幅を狭くするため、シムコイル、シールド付き勾配磁場コイルの開発を行った。NMR用の標準試料を4種類使ったキャピラリを用いて、化学スペクトルが位置分解できるころを確認した。また、圧縮センシング技術を用いて撮像高速化を行い、一枚の撮像時間を大幅に短縮できた。上記の圧縮センシング、磁気共鳴指紋法、化学シフトイメージングを用いることで、試料の形態情報、NMRスペクトル情報、緩和時間情報を高速に取得できるようになった。本研究では、植物試料の成長をMRI観察することができる4次元マイクロイメージングシステムを開発し、イネ地下茎のメリステムの成長機構や環境応答の知見を得た。イネの地下腋芽の切片試料をMRIで観察するために必要な、高周波コイル(信号送受信用)と勾配磁場コイル(位置情報付加用)を開発し、試料の形態情報、NMRスペクトル情報、緩和時間情報を高速に取得できるようになった。28年度以降は,代謝物イメージングのためのハードウェアの改良と、シーケンスの実装を行う(筑波大)。シーケンスとしては化学シフトイメージングや緩和時間イメージングを採用する。これらのシーケンスでは、勾配磁場コイルのスイッチングに伴う渦電流によって発生する過渡的な磁場が無視できず、スペクトルにアーチファクトが入る可能性がある。これらを改善するために、さらなるハードウェアの改良を行う。まず、渦電流場の補正を行う。これらの問題を,磁気遮蔽性能に優れるアクティブシールドコイルの採用で対処する。また、静磁場均一性を向上させるための、高次の電流シムコイルを導入する。また、撮像用シーケンスの開発を行う。圧縮センシングや磁気共鳴指紋法を本格導入し、高速化と効率化を図る。また、イネの地下茎のイメージング(筑波大)と成長機構解析(東大)を行う。この4次元マイクロイメージングによって得られる解剖学的な情報と,化学シフトや緩和時間イメージングによって得られる情報を元に,イネの成長過程に関する植物学的な知見を得る。
筋萎縮性側索硬化症におけるタンパク質凝集機構の解明と治療応用

構造を特異的に認識する抗体により、可溶性の数量体の存在が推測されていたが、本研究において、一次元目にhigh redolution clear native PAGE (hrCN-PAGE)、二次元目にSDS-AGEを組み合わせた二次元電気泳動を用いることにより、家族性ALSモデルマウスの組織中より、SOD1の可溶性オリゴマー形成の検出に初めて成功した。さらに、それらはSOD1活性を保持していることも分かり、酵素学的にも新たな発見となった。これら可溶性オリゴマーSOD1は、神経系培養細胞(N2a cell)の可溶性細胞質画分だけでなく、ミトコンドリアやマイクロソーム画分からも検出された。特筆すべき点は、発症前は野生型/変異型のヘテロオリゴマーSOD1を形成するが、発症後は変異型のホモオリゴマーSOD1のみが検出され、発症前に認められていたヘテロオリゴマーSOD1は検出されなかったことである。複数の野生型と変異型SOD1のダブルトランスジェニックマウスの実験より、野生型SOD1は変異型SOD1モデルマウスの発症を早めるが、症状の進行に影響は与えないとの結果が報告されていたが、その詳細機構は不明であり、野生型SOD1が変異型SOD1とヘテロ二量体を形成することにより、野生型SOD1のホモダイマーよりも安定化され、毒性が増すのではないかと、培養細胞実験により推測されていた。本研究結果は、野生型SOD1が発症に関与するが進行には関与しないという事実を裏付ける、生体試料による初めての直接的な証拠となり、さらにダイマーだけでなく、オリゴマー形成の関与も示唆した。また、Transglumatinase 2 (TG2)を用いて、野生型・アポ型SOD1のオリゴマーをin vitroで作成することにも成功した。このオリゴマーSOD1を用いて、ALSモデルマウスに対する免疫療法を試み、良好な結果を得ることができた。平成24年度の研究成果を数量多量体検出と免疫療法のプロジェクトを分けて、論文2報にまとめ、投稿中ならびに投稿準備中である。発症前は野生型/変異型のSOD1のヘテロオリゴマー、発症後は変異型SOD1のホモオリゴマーを形成することが確認された。これらのオリゴマーが神経培養細胞に与える影響を、SOD活性の有無やヘテロ、ホモオリゴマーの違いによって毒性に差があるか検討する予定である。免疫療法は野生型・アポ型SOD1のホモオリゴマーを用いて検討したので良好な結果は得られたものの有意差がなかったので、培養細胞の結果を反影させて再検討したい。今年度の研究では、一次元目にhigh resolution clear native PAGE (hrCN-PAGE)、二次元目にSDS-PAGEを用いた二次元電気泳動を用いることにより、家族性ALSモデルマウスの組織中において、SOD1の可溶性数量体と多量体を形成の検出に初めて成功した。驚くべきことに、SOD1の数量体形成は、SOD1の遺伝子異常の有無にかかわらず、野生型SOD1トランスジェニックマウスの組織中からも検出され、脊髄だけでなく肝臓や小脳からも、発症前後にかかわらず検出された。さらに、G93A変異SOD1トランスジェニックマウスの脊髄より、可溶性多量体SOD1の形成が認められた。興味深いことに、発症前は野生型/変異型のSOD1が多量体を形成し、発症後は変異型SOD1のみが多量体を形成しており、発症前に認められていたヘテロSOD1多量体の形成は検出されなかった。複数の野生型と変異型SOD1のダブルトランスジェニックマウスの実験より、野生型SOD1は変異型SOD1モデルマウスの発症を早めるが、症状の進行に影響は与えないとの結果が報告されていたが、その詳細機構は不明であり、野生型SOD1が変異型SOD1とヘテロ二量体を形成することにより、野生型SOD1のホモ二量体よりも安定化され、毒性が増すのではないかと、培養細胞実験により推測されていた。今年度の研究結果は、野生型SOD1が発症に関与するが進行には関与しないという事実を裏付ける、生体試料による初めての直接的な証拠となり、さらに二量体だけでなく、数量多量体形成の関与も示唆した。複数の野生型と変異型SOD1のダブル

トランスジェニックマウスの実験より、野生型SOD1は変異型SOD1モデルマウスの発症を早めるが、症状の進行に影響は与えないとの結果が報告されていたが、その詳細機構は不明であり、野生型SOD1が変異型SOD1とヘテロ二量体を形成することにより、野生型SOD1のホモダイマーよりも安定化され、毒性が増すのではないかと、培養細胞実験により推測されていた。本研究結果は、野生型SOD1が発症に関与するが進行には関与しないという事実を裏付ける、生体試料による初めての直接的な証拠となり、さらにダイマーだけでなく、オリゴマー形成の関与も示唆した。また、Transglumatinase 2 (TG2)を用いて、野生型・アポ型SOD1のオリゴマーをin vitroで作成することにも成功した。このオリゴマーSOD1を用いて、ALSモデルマウスに対する免疫療法を試み、良好な結果を得ることができた。平成23年度の研究成果の論文は、投稿準備中である。平成24年度の研究成果を数量多量体検出と免疫療法のプロジェクトを分けて、論文2報にまとめ、投稿中ならびに投稿準備中である。平成23年度の研究により、発症前は野生型/変異型のSOD1が多量体を形成し、発症後は変異型SOD1のみが多量体を形成することが確認された。平成24年度は、これらの多量体が細胞に与える影響を、SOD活性の有無にも着目して検討する予定である。発症前は野生型/変異型のSOD1のヘテロオリゴマー、発症後は変異型SOD1のホモオリゴマーを形成することが確認された。これらのオリゴマーが神経培養細胞に与える影響を、SOD活性の有無やヘテロ、ホモオリゴマーの違いによって毒性に差があるか検討する予定である。免疫療法は野生型・アポ型SOD1のホモオリゴマーを用いて検討したので良好な結果は得られたものの有意差がなかったので、培養細胞の結果を反影させて再検討したい。