hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
筋組織における間葉系前駆細胞のニッチ形成因子としての役割の解明

ある種の病態では骨格筋や心筋に線維化や脂肪化がみられる。これらは間葉系前駆細胞を共通の起源にもつ線維芽細胞の増加や脂肪細胞の出現によるものである。申請者は間葉系前駆細胞特異的マーカーとしてCSPG4分子を同定し、この分子が間葉系前駆細胞自身の分化制御に関与するだけでなく筋細胞に対しても作用している可能性を見いだした。本研究は間葉系前駆細胞ならびにそれを共通の起源にもつ線維芽細胞や脂肪細胞を筋細胞周囲の環境(ニッチ)形成因子と位置づけ、その分化制御機構におけるCSPG4の役割や筋細胞に対するCSPG4の作用について解明するとともに、ゲノム編集技術を用いて生体筋組織におけるCSPG4分子の機能を検証することを目的としたものである。本年度は以下の研究成果が得られた。1.昨年度作出に成功したCSPG4 KOラットと、ジストロフィン遺伝子欠損をもつ筋ジストロフィーモデルラット(DMDラット)との交配を開始し、DMD-CSPG4 KOラットが正常に産まれることを確認した。2.2G11細胞を用いて、ラット間葉系前駆細胞クローンの各分化段階(未分化、線維芽細胞、脂肪細胞)における可塑性について調べた。その結果、ひとたび線維芽細胞へと分化した場合でも細胞密度を低下させる、もしくはbFGFを作用させることで再び未分化な間葉系前駆細胞へと戻ることが判明した。3.老齢ラット骨格筋間質にCSPG4陽性の老化細胞が出現することを見いだした。細胞老化の一つの要因として酸化ストレスが考えられることから、2G11細胞を過酸化水素処理し細胞老化を誘導したところ、脂肪細胞、線維芽細胞への分化能を失い、さらに筋芽細胞の筋分化を著しく抑制することが明らかとなった。本課題でニッチ形成因子と位置づけた間葉系前駆細胞が可塑性をもつこと、さらには老化した間葉系前駆細胞が筋分化を著しく阻害するなど当初の予想を遥かに超えた知見が得られたため。今後も当初の研究計画に加え、新規に得られた間葉系前駆細胞の可塑性や老化間葉系前駆細胞が筋分化を阻害する機序についても解析を進める予定である。研究開始初年度は、一部で動物飼育施設の問題により遺伝子改変ラットの作出に遅れが生じるなどの想定外の事態はあったものの、研究実績は以下の通りである。1.CRISPR/Cas法を用いたCSPG4欠損ラットの作出を行い、CSPG4遺伝子にout-of-frame変異を有する3系統のラットが得られた。2.ラット間葉系前駆細胞クローンである2G11細胞においてCRISPR/Cas法を用いてCSPG4遺伝子の変異を導入し、複数のCSPG4欠損クローンを得ることができた。3.CSPG4分子の各ドメイン(細胞外ドメイン、細胞内ドメイン、リン酸化部位)を欠く発現ベクターの構築を行った。CSPG4遺伝子改変ラットの作出に若干の遅れは生じたものの、研究計画通りにその作出は完了した。また、当初は多少の困難が予想された、2G11細胞のCSPG4欠損クローンについても、導入するプラスミドベクターにCas9とともにmCherry遺伝子を共発現させることでcell sortingを利用した効率的な単離を行うことが出来た。細胞老化の一つの要因として酸化ストレスが考えられることから、2G11細胞を過酸化水素処理し細胞老化を誘導したところ、脂肪細胞、線維芽

細胞への分化能を失い、さらに筋芽細胞の筋分化を著しく抑制することが明らかとなった。本課題でニッチ形成因子と位置づけた間葉系前駆細胞が可塑性をもつこと、さらには老化した間葉系前駆細胞が筋分化を著しく阻害するなど当初の予想を遥かに超えた知見が得られたため。今後も研究計画通りに進める予定である。今後も当初の研究計画に加え、新規に得られた間葉系前駆細胞の可塑性や老化間葉系前駆細胞が筋分化を阻害する機序についても解析を進める予定である。
ヒト唾液腺細胞株におけるレチノイン酸レセプターによる転写制御の分子機構

本年度は、前年度にひきつづきヒト唾液腺細胞株(HSG)におけるレチノイン酸(RA)レセプターによる転写調節に関与するcofactorの検索を行った。coactivatorであるCREB(cAMP response element binding protein)-binding proteinすなわちCBPがcofactor complexの中心的役割を担うことは前年度に既に報告したので、本年度はその他のcoactivatorについて検索を行った。その結果、steroid receptor coactivator-1(SRC-1),p300/CBP-integrating protein (p/CIP)ならびにp300/CBP-associating factor(p/CAF)の発現がイムノブロット法によりそれぞれ明らかになった。またこのうちp/CIPとp/CAFにはヒストンアセチルトランスフェラーゼ(HAT)活性が認められた。また、レチノイン酸レセプター(RAR)の特異抗体による免疫沈降物もHAT活性を示したが、これは細胞内でRARに結合しているこれらcoactivatorによるものと推察された。現在、RARと結合しているcoactivator複合体の構成を免疫沈降イムノブロット法により同定中である。つぎに、私共がHSG細胞でクローニングした転写抑制因子COUP-TFIのRAR転写制御系への関与を調べるために、COUP-TFIをHSG細胞に一過的に導入しRARによる転写活性化への関与をレポータジーン法により検討した。この結果、COUP-TFIの導入によりRA依存性レポーター活性は顕著に抑制され、またこの抑制はCOUP-TFIのアンチセンスオリゴの導入により解除された。これらの結果はレポーター安定導入細胞を用いた実験でも同様であった。RAによる増殖抑制効果に対しては、COUP-TFIの導入はRA依存性[^3H]チミジンの取り込み抑制に対し有意に影響しなかったものの、アンチセンスオリゴの導入はこの抑制を解除、ないしは対照以上に取り込みを増加させた。これらよりCOUP-TFIの増殖抑制経路にはRARの転写活性化を抑制する間接的経路とともに直接にtransrepressする経路があることが示唆された。一方、corepressorのNcoRとSMARTの発現を認めたので、COUP-TFIとこれらcorepressorとの複合体形成を現在検討中である。ヒト唾液腺細胞株(HSG)はレチノイン酸により増殖や分化が制御される。本研究では,レチノイン酸レセプターにより誘導される転写活性化過程におけるcoactivatorの関与を明らかにするため、代表的coactivatorであるCREB-binding protein(CBP)のHSG細胞での発現を調べた。免疫沈降法、ウエスタンブロット法ならびに細胞免疫染色法により調べたところ、本細胞には分子量約270kDaのCBPが発現することが明らかになった。また、CBPによる免疫染色は細胞核内にのみ見られ、CBPが核内タンパクであることと一致した。つづいて、CBPの転写活性化におよぼす効果を調べるために、HSG細胞にレチノイン酸応答配列を有するルシフェラーゼレポータージーンとCBP発現プラスミドをコトランスフェクションし、CBPの過剰発現によるレチノイン酸依存性転写活性化を調べた。レチノイン酸依存性ルシフェラーゼ活性は、CBPを過剰発現させると、CBPを過剰発現させない場合に比べ、数倍に上昇した。

また、遺伝子の転写活性化にヒストンアセチルフェラーゼ(HAT)活性が共役するかを調べるため、HSGライゼートとCBP抗体の結合物を用いて、基質ヒストンへの[^3H]アセチルCoAの取込み、すなわちCBPのHAT活性を調べた。この結果、HSGライゼートとCBP抗体との結合物はライゼートの対照血清との結合物に比べ有意に高いHAT活性を示した。以上より、HSG細胞にはcoactivatorであるCBPが発現し、本細胞の増殖や分化の際のレチノイン酸レセプターによる遺伝子の転写活性化に関与することが明らかになった。また、CBPはHAT活性を有したが、これにより標的遺伝子の転写活性化の際にクロマチン構造にゆらぎをひき起こす可能性が示唆された。本年度は、前年度にひきつづきヒト唾液腺細胞株(HSG)におけるレチノイン酸(RA)レセプターによる転写調節に関与するcofactorの検索を行った。coactivatorであるCREB(cAMP response element binding protein)-binding proteinすなわちCBPがcofactor complexの中心的役割を担うことは前年度に既に報告したので、本年度はその他のcoactivatorについて検索を行った。その結果、steroid receptor coactivator-1(SRC-1),p300/CBP-integrating protein(p/CIP)ならびにp300/CBP-associating factor(p/CAF)の発現がイムノブロット法によりそれぞれ明らかになった。またこのうちp/CIPとp/CAFにはヒストンアセチルトランスフェラーゼ(HAT)活性が認められた。また、レチノイン酸レセプター(RAR)の特異抗体による免疫沈降物もHAT活性を示したが、これは細胞内でRARに結合しているこれらcoactivatorによるものと推察された。現在、RARと結合しているcoactivator複合体の構成を免疫沈降-イムノブロット法により同定中である。つぎに、私共がHSG細胞でクローニングした転写抑制因子COUP-TFIのRAR転写制御系への関与を調べるために、COUP-TFIをHSG細胞に一過的に導入しRARによる転写活性化への関与をレポータジーン法により検討した。この結果、COUP-TFIの導入によりRA依存性レポーター活性は顕著に抑制され、またこの抑制はCOUP-TFIのアンチセンスオリゴの導入により解除された。これらの結果はレポーター安定導入細胞を用いた実験でも同様であった。RAによる増殖抑制効果に対しては、COUP-TFIの導入はRA依存性[^3H]
光感受性物質IR700を結合したヒト抗腫瘍抗体を用いる近赤外線免疫療法の確立

光線力学療法とは、生体に無害な特定波長の光を光感受性物質に照射し、惹起した光化学反応で細胞を傷害する方法で、低侵襲性で安全性が高い。近年報告されたフタロシアニン系化合物IRDye700DXは、生体透過性が高い690 nmの近赤外光線(NIR)で励起される極めて有望な光感受性物質であるが、正常細胞にも光毒性が及ぶという問題は残されている。我々は、腫瘍関連抗原CEAに特異的なヒトモノクローナル抗体C2-45をIRDye700DXで標識した複合体(45IR)を作製し、胃癌や大腸がんなどのCEA産生癌細胞を殺傷する光免疫療法(PIT)の開発を試みた。これまでCEA産生癌細胞に対するインビトロでの増殖抑制効果は確認できているため、今回はインビボでの抗腫瘍効果を検討した。ルシフェラーゼ遺伝子を恒常発現するCEA産生癌細胞を背側両体側に皮下移植したヌードマウスに対して45IRを腹腔内投与し、その24時間後、インビボ・イメージング装置IVISによる蛍光観察によって45IRの腫瘍への集積を調べた。次いで、右体側の腫瘍に対してNIRを照射することでPITを実施した。その結果、45IR投与群では、光照射終了直後においても、非照射の左側腫瘍と比較して顕著な細胞死が認められた。また、腫瘍径の計測からも、45IR投与マウスの被光照射腫瘍にのみ有意な効果が認められた。以上より、45IRを用いたPITはCEA産生癌細胞に対して極めて選択的かつ強力な抗腫瘍効果を示すことが判明した。この方法が実用化できれば、腕バンドやコタツ型のNIR照射装置を開発し、手術や化学療法あるいは放射線療法で根治できなかった患者さんの癌細胞、とくに血中やリンパ管に流出して転移の原因となる癌細胞に対して、仕事中や就寝中の治療で根治できることが期待される。
マウス培養受精卵の子宮内移植とその催奇性発現に関する基礎的研究

発生に伴う細胞の多様化は、核に含まれる遺伝情報発現の多様な様式に対応している。しかしその多様性がDNA上に起こる情報自身の不可逆的変化(突然変異など)によるのか、それとも塩基配列として示される遺伝情報には変化はないが、情報発現の調節機構の安定な変化によるものか、についてはいまだ解明されていない。個体のすべての細胞は一個の受精卵に由来するから、その増殖と分化のどの段階で、いかなる変化が起こるかを知る手がかりとして1)催奇形成作用を有することが判明してBredininの受精卵初期発生に対する作用を検討する。2)受精卵へ第3の核を移植することにより、受精卵初期発生、子宮内移植、催奇形成に対する影響を検討する。以上二方面よりの基礎的な検討を行なった。その結果、催奇形成作用を有するBredininは、受精卵初期発生過程における分化の第一段階(MorulaからBlastocystへの発生)を特に著明に抑制することが判明した。引き続いて受精卵発生の順にBredininの作用の検討を行なったところ、Bredininは着床準備期に相当するBlastocystのHatching,着床期に相当するBlastocystの接着作用(Attaching)、胎盤形成期に相当するTrophoblastの増殖など、すべての段階で抑制作用を示した。しかしながら、すでにTrophoblastの増殖を起こしているEmbryoのICM形成(胎児形成の初期に相当)については、Bredininによる抑制作用は認められなかった。次に受精卵核移殖実験では、受精卵の有する本来の核以外に新らたな核を移殖し、Blastocystへの発生に及ぼす影響を検討した。同系マウスの前核を移殖して三倍体としても50%以上の受精卵は正常にBlastocystに発生することが認められた。異種動物(ハムスター)細胞核を移殖した場合でさえ発生率は減少するがゼロになることはない。本事実は、遺伝疾患マウス受精卵へ正常核を移植することによる遺伝疾患治療の可能性を示すものであり非常に興味深い。
分岐鎖アミノ酸代謝シグナル制御による機能性大豆の作出

ダイズ芽生えにオートファジー誘導を引き起こす糖飢餓処理においてBCAAやプロリンを分解するBCAA特異的アミノ基転移酵素BCATとプロリン脱水素酵素ProDHが顕著に誘導された.また新規bZIP型転写因子の二つのダイズオルソログのうち一方のみが糖飢餓処理時に発現誘導された.BCATとbZIP53転写因子に対する抗ペプチド抗体を作成した.イムノブロットにより,糖飢餓た処理ではBCATとbZIP転写因子のタンパク質レベルが共に顕著に増加した.BCATプロモーターにはbZIP53との結合コンセンサス配列が見つかることから、bZIP53転写因子がBCAT発現を転写レベルで調節することが示唆された.ダイズ芽生えにオートファジー誘導を引き起こす糖飢餓処理においてBCAAやプロリンを分解するBCAA特異的アミノ基転移酵素BCATとプロリン脱水素酵素ProDHが顕著に誘導された.また新規bZIP型転写因子の二つのダイズオルソログのうち一方のみが糖飢餓処理時に発現誘導された.BCATとbZIP53転写因子に対する抗ペプチド抗体を作成した.イムノブロットにより,糖飢餓た処理ではBCATとbZIP転写因子のタンパク質レベルが共に顕著に増加した.BCATプロモーターにはbZIP53との結合コンセンサス配列が見つかることから、bZIP53転写因子がBCAT発現を転写レベルで調節することが示唆された.我々のグループは糖飢餓条件に応答してマメ科作物ササゲ芽生えでオートファジー活性化に伴いオートファジー関連遺伝子(ATG8)やプロリン脱水素酵素(ProDH),分岐鎖アミノ酸(BCAA)アミノ基転移酵素(BCAT)が誘導されることを報告した(Kaneko et al. 2013).そこでダイズの栄養飢餓シグナルに応答したオートファジー誘導とアミノ酸転流関連遺伝子の発現調節関係に着目した.我々の先行研究からスクロース飢餓とタンパク質分解酵素を組み合わせた処理でオートファジー活性化とGmATG8iの発現が誘導されることを報告した(Nang et al. 2009, Okuda et al. 2011).栄養飢餓ストレス処理に応答したオートファジー活性化に伴って,GmATG8iタンパク質の脂質修飾を示す泳動度増加が観察された.またオートファジー誘導に際してダイズ芽生えのBCAA特異的アミノ基転移酵素(GmBCAT)とプロリン脱水素酵素(GmProDH)を顕著に発現誘導することが示された.次に,GmBCATとGmProDH遺伝子の上流プロモーターのcisエレメントに結合する可能性がある二つのbZIP型転写因子ダイズオルソログに注目した.栄養飢餓処理に応答してそれらbZIP転写因子の片方のみが顕著に発現誘導された.さらにbZIP転写因子を特異的に認識するペプチド抗体を作成して,bZIP転写因子のタンパク質レベルを解析したところ.スクロース飢餓とタンパク質分解酵素阻害剤を組み合わせた処理ではbZIP転写因子のmRNA・タンパク質レベルが共に増加した一方,スクロース飢餓処理ではmRNAレベルが増加したが,タンパク質レベルに変動は見られなかった.このことより栄養飢餓応答性bZIP転写因子は栄養飢餓ストレス処理の違いにより転写レベル・タンパク質レベルで複雑な調節を受けることが示唆された.疎水性アミノ酸のうちロイシン,イソロイシン,バリンは分岐鎖アミノ酸(BCAA: Branched-chain amino acid)と呼ばれ,特にエネルギー代謝や細胞増殖,翻訳・転写活性を促進する効果がある.ダイズの子実,植物体におけるBCAA含量を増加することで食品の機能性栄養強化,飼料の畜肉生産効率増大が期待される.分岐鎖アミノ酸アミノ基転移酵素(BCAT:Branched-chain amino acid aminotransferase)はBCAA合成と分解の両方の活性を触媒している.子実肥大期のダイズ子実の分岐鎖アミノ酸含量の変動と,ダイズのBCAT遺伝子の探索および発現レベルの解析を行った.BCAA含量は,子実肥大開始直後に増加し,その後7日目を境に減少に転じた.Totalアミノ酸含量としてはいずれの処理区でも全てのステージでロイシンが最も多く,各処理区において子実肥大に伴いバリン,ロイシン,イソロイシンの全アミノ酸含量は増加し,遊離アミノ酸含量は減少傾向にあった.発現レベルの比較的高いGmBCAT2,3,4について発現プロファイルを調べた.GmBCAT3は子実肥大初期に最も発現が高く,次第に低くなった.一方,残りのGmBCATは子実肥大開始0日目では弱く発現し,その後子実肥大中期に最も発現レベルが上昇した後,再び低下した.胚軸に対するショ糖飢餓処理によりGmBCAT3の発現が顕著に増加した.ダイズ子実のBCAA含量調節において子実肥大に伴って異なるBCAT遺伝子が機能すると共に,ソースからシンクへの栄養転流量がBCATの発現レベルの調節に重要な働きをしている可能性が示唆された.作物分子生物学ダイズのアミノ酸栄養代謝に関わる分岐鎖アミノ酸(BCAA)の合成代謝をになうBCAAアミノ基転移酵素(BCAT)をダイズゲノム情報から初めて同定し、その器官特異的発現と発生段階における発現プロファイルを明らかにした.さらにBCAT酵素を特異的に認識する抗ペプチド抗体を作成し、ダイズおよびマメ科植物での内在性BCATタンパク質レベルを検出することに成功した。さらにBCATやプロロン脱水素酵素(ProDH)、アスパラギン合成酵素(ANS)の遺伝子発現をマスター調節するbZIP転写因子を発見して、ショ糖液飢餓がオートファジーを誘導した際の、分解産物のアミノ酸の転流において、bZIP転写因子を介してBCAT,ProDH,ANSの発現調節を促進することを明らかにした。

このようにしてBCATおよびその他のアミノ酸代謝の調節機構に関わる転写因子の発見とオートファジー調節の結びつきを解明した点において大きく研究が進展しており、今後の展開も期待できるといえる。ダイズBCAT候補遺伝子のGFPやGST融合タンパク質の導入発現実験により生化学的諸性質を解析する.BCATのRNAiノックダウン株を作出する.さらに、並行して佐賀大学農学部の穴井豊昭博士の研究グループと共同してBCAT遺伝子変異体をTILLING法で選抜する.またBCAAによるTOR-LIPIN経路による油脂合成制御を解析するためBCAT-KOダイズの油脂合成関連遺伝子の発現をダイズ66K DNAアレイを用いて解析する.また閉鎖系温室でGMダイズ栽培実験を進める. TILLING選抜ダイズの遺伝子発現プロファイルと代謝物変動をDNAアレイ, LC-MS解析を行う.高発現するGMダイズのT1個体の選抜を進め,閉鎖系温室のGMダイズと圃場のTILLING選抜ダイズの収量構成要素など栽培関連のデータを集積し,特に子実のBCAAを含む代謝物変動をLC-MSによる評価する.
宗教組織による政治への適応・融合としての宗教建築営繕：日本・香港の比較研究

本研究は、宗教空間がどのように生成され、確保されているのかを、香港のカトリック教会堂を具体的対象として明らかにすることである。香港のカトリック教会堂は、社会的(人口変動)、政治的(政教関係、政府土地政策、教育福祉政策)、経済的要因(地価変動)によって変遷したという仮説のもと、調査研究を開始した。まず、教会堂の悉皆調査を開始し、二次資料を収集、個別の教会堂の名前や所在地、併設用途、所有者、礼拝空間の有無を確認し、リスト化した。2018年8月から香港への長期渡航を開始し、現地調査、アーカイブ調査、インタビュー調査をおこなった。その結果、360件以上の教会堂が存在したことを確認した。教会堂は、複合用途、所有者、礼拝専用空間の有無の違いによって形態が規定されていることを明らかにした。これらの指標にしたがい、類型を分類した。香港が植民地となった1841年から1944年の第二次世界大戦期にかけては、布教初期でもあり、宣教師がミッション・ステイションという臨時教会堂を多数開設した。これらは学校としても使われた。同時に、都市域に独立棟の恒久的教会堂を建設した。これらは宗教活動専用空間をもつものであった。この時期の教会堂の大半は、教会組織が所有者であった。政府は教会組織の教会堂建設に協力的であった。植民地の教育福祉活動実務を、教会組織がほとんど担ったためである。この独立棟教会堂は、戦後、人口急増を受け、また政府の土地政策と教育政策転換を受け、建設されなくなった。こうした分析結果を、論文にしてとりまとめ、日本建築学会技術報告集、日本建築学会計画系論文集に計3本投稿し、採択された。また本研究の内容を、九州大学出版会から2019年に学術図書として出版することが決定し、執筆をおこなった。海外長期渡航における調査研究は順調し進んでおり、成果もでている。香港における長期渡航、現地調査研究を継続する。悉皆調査を継続しつつ、特定の教会堂の事例研究をおこない、土地や建設費が確保された詳細な経緯、政府や教会組織、信徒の役割を明らかにし、宗教空間が生成・確保された具体的な条件、要因は何であったかを研究する。受け入れ先である香港中文大學での研究成果発表を予定している。内定年度:2017本研究は、宗教空間がどのように生成され、確保されているのかを、香港のカトリック教会堂を具体的対象として明らかにすることである。
ねじれた兀電子系化合物の合成とクロミズム特性

申請者は、構造化学的に興味が持たれると共に機能面でも新しい物性の発見が期待される、ねじれた兀電子系有機色素化合物類の合成開発を行ない、これらを機能性色素として応用してゆく事を目的として研究を行った。まず、従来より検討を進めている近赤外色素アセチレン類似体の開発研究との関連から、右図の様なねじれたエチレン結合を有するシアニン系色素(II)及びメロシアニン系色素(III)を対応するケトン(I)より合成し、それらのスペクトル特性を検討した。但し、(II)でX=Sは極めて不安定であり、その単離はできなかった。X=Oの場合、目的とする色素が得られ、明らかなリルバトクロミズムが観察されたが、他の明確なクロミズム特性は観察されなかった。色素系(III)もやはり対応するケトン(I)より合成し、興味ある可視吸収スペクトル挙動が見い出されたが、この場合にも顕著なクロミズム特性は観察されなかった。なお、現在R=Hについて更に検討中であり、この結果の一部は第一回機能性色素国際会議にて発表予定である。筆者らは更にねじれたエチレン結合を複数個、あるいはクムレン結合を有する系(IV)についても開発を進め、まずにニロの化合物の合成を試みた。ケトン(I)に対するM.Murry法あるいはチオカルボニル化後銅粉末処理によるカップリング反応を試み、原料回収の他に種々の生成物を得たが、目的物を得るには至っていない。クムレニ結合を有するn=1、n=2の化合物の合成を試みたが、やはり目的物は得られなかった。合成法の改良等が今後の課題である。
大電力マイクロ波発振源を用いた実験研究によるマイクロ波推進器の設計手法の開発

地上から大電力マイクロ波ビームを用いて推進エネルギーを供給するマイクロ波ロケットは低コストの宇宙輸送システムとして期待されている。繰り返しパルス形のマイクロ波ビーミング推進では、大電力のパルス状マイクロ波によって気中放電を発生させ、これに伴う衝撃波が作り出す高圧を利用して推進力を発生させる。気中放電によって生じるプラズマの電離波面は、マイクロ波を吸収しながらビーム上を伝播する。そのため、投入エネルギーを有効に利用するためビーム軸と平行な円管を持った推進器モデルが有効であると考えられる。本研究では、プラズマと衝撃波によるマイクロ波ロケットの推力発生メカニズムを明らかにするとともに、その設計手法を確立することを目指している。これまでに、マイクロ波ロケットの推進器モデルを用いて、発生推力の測定とともに、内部で形成される衝撃波の測定を行った。マイクロ波プラズマによって衝撃波が駆動されるメカニズムとして、マイクロ波支持燃焼(Microwave Supported Combustion)モデルを提案した。このモデルは、レーザープラズマによる衝撃波形成のメカニズムとして知られているデトネーションモデルとことなり、マイクロ波ロケット内で観測されるようなマッハ数が2程度の低速の衝撃波にも適用することができる。モデルに基づく計算結果は、これまでに実験で観測された衝撃波の圧力パラメータなどを再現した。この結果を用いることにより、PDE型推力発生サイクルを用いて推力性能を算出した。その結果、プラズマ波面の伝播速度が超音速となる条件で高い運動量結合係数が得られる要因として、プラズマ波面が超音速で伝播する場合には、強い衝撃波が維持されることを明らかにした。地上から大電力マイクロ波ビームを用いて推進エネルギーを供給するマイクロ波ビーミング推進は低コストの宇宙輸送システムとして期待されている。繰り返しパルス形のマイクロ波ビーミング推進では、大電力のパルス上マイクロ波によって気中放電を発生させ、これに伴う衝撃波が作り出す高圧を利用して推進力を発生させる。本研究では、プラズマと衝撃波によるマイクロ波ビーミング推進器の推力発生メカニズムを明らかにするとともに、その設計手法を確立することを目指している。気中放電によるプラズマ波面は、マイクロ波を吸収しながらビーム上を伝搬する。投入エネルギーを有効に利用するためビーム軸と平行な円管を持った推進器モデルを設計し、その推力測定を行った。測定の結果,投入電力あたりの発生推力を示す運動量結合係数について、円管の長さとマイクロ波のパルス幅について最適条件が存在することが示された。また、プラズマ波面の伝播速度が超音速となる条件で高い運動量結合係数が得られた。これはプラズマ波面が超音速で伝搬することで強い衝撃波が生じたためと考えられる。円管内における衝撃波の伝搬および、その推力発生プロセスについて、衝撃波管モデルが適用できると考えられる。衝撃波管モデルにおいて、衝撃波伝播によって管内に一定の高い圧力状態が実現される。衝撃はが管出口に到達し、その後管出口に発生する膨張波が管端に到達するまでその圧力は維持される。推進力は圧力とその維持時間の積によって決定される。本研究においても、推進器内部の圧力履歴測定と衝撃波の伝播速度の測定を行った。その結果、衝撃波と膨張波の伝搬する時間中、推進器内では一定の圧力が維持されることが確認された。また、衝撃波はプラズマの伝播速度と同じ速度で伝搬することが確認され、エネルギー変換過程においてプラズマと衝撃波の相互作用が大きな役割を持つことが示唆された。気中放電によるプラズマ波面は、マイクロ波を吸収しながらビーム上を伝播する。投入エネルギーを有効に利用するためビーム軸と平行な円管を持った推進器モデルを設計し、その推力測定を行っている。これまでの測定の結果,投入電力あたりの発生推力を示す運動量結合係数について、円管の長さとマイクロ波のパルス幅について最適条件が存在することが示された。これはプラズマ波面が超音速で伝播することで強い衝撃波が生じたためと考えられる。連続的に推力を発生させるには、マイクロ波パルスを繰り返し投入する運転をおこなう必要があるが、これまでの実験では、特に繰り返し周波数が高い場合に、パルス間での給排気プロセスが間に合わず性能が低下する問題があった。2006年度は、給排気プロセスを促進するため、推進器の着火部近傍より強制的に吸気するシステムを開発し、推進器内に10m/s程度の流速を維持させた。圧力履歴を測定し、PDE型の推力発生モデルによって推力を見積もった結果、高い繰り返し周波数においても性能の低下なく運転できることを確認し、50Hz繰り返しにて1秒間の連続運転を行うことに成功した。

本研究では、プラズマと衝撃波によるマイクロ波ロケットの推力発生メカニズムを明らかにするとともに、その設計手法を確立することを目指している。これまでに、マイクロ波ロケットの推進器モデルを用いて、発生推力の測定とともに、内部で形成される衝撃波の測定を行った。マイクロ波プラズマによって衝撃波が駆動されるメカニズムとして、マイクロ波支持燃焼(Microwave Supported Combustion)モデルを提案した。このモデルは、レーザープラズマによる衝撃波形成のメカニズムとして知られているデトネーションモデルとことなり、マイクロ波ロケット内で観測されるようなマッハ数が2程度の低速の衝撃波にも適用することができる。モデルに基づく計算結果は、これまでに実験で観測された衝撃波の圧力パラメータなどを再現した。この結果を用いることにより、PDE型推力発生サイクルを用いて推力性能を算出した。その結果、プラズマ波面の伝播速度が超音速となる条件で高い運動量結合係数が得られる要因として、プラズマ波面が超音速で伝播する場合には、強い衝撃波が維持されることを明らかにした。
アミノ酸組成とその炭素・窒素安定同位体組成から見る生物起源粒子の輸送過程

本研究では海洋生物起源の有機物の変化とアミノ酸組成の変化、ならびにそのアミノ酸の各同位体組成の変化を詳しく見ることによって、海洋の有機物粒子の同位体組成が鉛直輸送過程でどのように変化するかを調べてきた。同位体組成の変化様式で大半の海洋有機物の炭素・窒素同位体の分布は充分説明可能である。有機物の沈降・堆積過程での同位体組成の変化には有機物粒子に含まれるアミノ酸などの生物に利用され易い分子が水柱内で遊離、再利用されることと、その一方で難分解性の分子の深層への選択的輸送が関係していると考えられる。そのような観点で、本研究で分析してきた各種海洋生物のアミノ酸の同位体分析の結果を評価すると次のことが示唆される。本研究で明らかになったアミノ酸の同位体分布は、それぞれの生物種で全体の同位体組成は異なるものの、アミノ酸についてのδ値パターンは共通していることが明らかとなった。炭素ではグリシン、アラニンなどの低分子アミノ酸の^<13>C含量が高いこと、窒素ではバリン、ロイシン、グルタミン酸などの^<15>N含量が高いことがいえるが、むしろ食物連鎖による変化が大きく働いていることが見て取れる。過去の研究ではセディメントトラップ補足粒子のアミノ酸組成では植物プランクトンに比べてバリン、ロイシンなどの存在率が減少していることが報告されている。このことは粒子の分解利用によって有機粒子の同位体組成はδ^<13>Cでより重く、δ^<15>Nでより軽くなる同位体変化を予想させるものである。しかしその変動の幅はせいぜいアミノ酸全体で数〓の変化をもたらす程度のものである。これらのことから、今回得られた珪藻の培養、枯死実験で得られた非常に大きな同位体の変化は、アミノ酸の組成変化よりはむしろ、その他の有機成分(脂質、炭水化物など)に起因すると考えるのが妥当であろう。
稠密GPS可降水量データの非静力学モデルへの同化によるメソγスケール対流の研究

局地豪雨の予報精度を向上させるには、高密度・高頻度な観測データを同化し、より詳細で正確な初期値を作成する必要がある。現在、気象庁では、国土地理院が運用している全国GNSS連続観測システム(GEONET、水平分解能約20km)で観測された可降水量(鉛直積算水蒸気量)を同化しているが、今後、さらに数値モデルや解析のスケールが高解像度化した場合には、より高分解能な可降水量データが必要になると期待される。この研究では、京都大学宇治キャンパスの西方の領域でGNSS受信機を約1km間隔に配置して観測した水蒸気データを用いて、豪雨の降水予報に対する高密度・高頻度なデータのインパクトを調べる事を目的とした。実験では、水平格子間隔15kmの親モデルと水平格子間隔1.875kmの子モデルから構成される局所アンサンブル変換カルマンフィルタ(LETKF)の双方方向ネスティングシステムを用いて、2012年8月14日の宇治豪雨の再現を試みた。親モデルにGEONETの可降水量データを同化し、子モデルに気象ドップラーレーダーの動径風データを同化した結果、下層収束の位置ずれを修正することに成功した。さらに、GEONETで観測した視線方向水蒸気量データを子モデルでの同化に加えた事により、降水強度も改善された。稠密GNSS網で観測された水蒸気データを子モデルに同化した際に、モデルの第一推定値にどのような修正がなされるかを調べた結果、観測値と第一推定値の差(D値)の分布に比べてモデルへの修正量(解析インクリメント)が広い水平範囲に及んでしまった。この問題を解決するため、子モデルの結果に水平格子間隔500mの孫モデルをネストしてLETKF解析を行った。孫モデルに稠密観測データの可降水量値を同化した際の解析インクリメントは、観測網内のD値の分布の特徴をよく捉えていた。今後は、孫モデルへ稠密GNSS観測網で観測した水蒸気データを同化し、局地豪雨の再現性へのインパクトについて調べる。(抄録なし)局地豪雨の予報精度を向上させるには、高密度・高頻度な観測データを同化し、より詳細で正確な初期値を作成する必要がある。(抄録なし)
心臓血管疾患に対する歯周病由来anti-phospholipid抗体の役割

anti-phospholipid抗体でオプソニン化した酸化LDLは,樹状細胞からのIL-12 p70の産生量をより増加した.また,anti-phospholipid抗体でオプソニン化した酸化LDLにより活性化した樹状細胞は,NK細胞からの早期IFN-g産生を誘導した.本研究の結果より,歯周病患者におけるanti-phospholipid抗体価の上昇が,局所における炎症反応を増強し,ひいては動脈硬化症の進行を促進する可能性が示唆された.anti-phospholipid抗体でオプソニン化した酸化LDLは,樹状細胞からのIL-12 p70の産生量をより増加した.また,anti-phospholipid抗体でオプソニン化した酸化LDLにより活性化した樹状細胞は,NK細胞からの早期IFN-g産生を誘導した.本研究の結果より,歯周病患者におけるanti-phospholipid抗体価の上昇が,局所における炎症反応を増強し,ひいては動脈硬化症の進行を促進する可能性が示唆された.疫学的並びに歯周病関連細菌を感染させた動物モデルでの研究から,歯周病は動脈硬化症の発症および進行ひいては冠動脈硬化性心疾患との関連が示唆されている.しかしながら,歯周病がこれら疾患とどのように関連しているのか満足いく証拠は示されていない.歯周病患者は,動脈硬化症との関連が示唆されているanti-PCやanti-CLといったanti-phospholipid抗体の血清レベルが上昇している.我々は, anti-phospholipid抗体が局所において炎症反応を誘導し、動脈硬化の進行を促進すると考えた.具体的には,酸化LDLやP. gingivalisとanti-PC, anti-CLの免疫複合体は動脈壁の血管内皮層下に沿って存在する樹状細胞(単球/マクロファージ)からの免疫調節作用を増強すると仮定し実験を行った.anti-phospholipid抗体でオプソニン化した酸化LDLは,酸化LDL単独に比較し樹状細胞の貪食能を増加した.また、同免疫複合体は,樹状細胞の成熟マーカーであるCD83の発現を増加した.さらに,同免疫複合体は樹状細胞からのIL-12p70の産生量をより増加した.今後は,同免疫複合体で活性化した樹状細胞がNK細胞からの早期IFN-g産生を誘導するかどうかを調べる予定である.また, CRPとoxLDLの免疫複合体は,同様に樹状細胞やNK細胞からの炎症性サイトカイン産生を誘導するかどうかについて上記の実験系を用いて検討する予定である.疫学的並びに歯周病関連細菌を感染させた動物モデルでの研究から,歯周病は動脈硬化症の発症および進行ひいては冠動脈硬化性心疾患との関連が示唆されている.しかしながら,歯周病がこれら疾患とどのように関連しているのか満足いく証拠は示されていない.歯周病患者は,動脈硬化症との関連が示唆されているanti-PCやanti-CLといったanti-phospholipid抗体の血清レベルが上昇している.我々はanti-phospholipid抗体価の上昇している歯周病患者において,LDL,P.gingivalis,活性化血小板,アポトーシス細胞等は,オプソナイズ化され,動脈局所における炎症反応を促進ひいては動脈硬化症を進行させるという仮説を立てた.具体的には,酸化LDLやP.gingivalisとanti-PCの免疫複合体による樹状細胞(単球/マクロファージ)からの免疫調節作用を明らかにすることを目的とした.anti-phospholipid抗体でオプソニン化した酸化LDLにより活性化した樹状細胞は,NK細胞からの早期IFN-g産生を誘導した.一方,CRPとoxLDLの免疫複合体及びP.gingivalisとanti-PCの免疫複合体は,同様の作用を認めなかった.本研究の結果より,歯周病患者におけるanti-phospholipid抗体価の上昇が,局所における炎症反応を増強し,ひいては動脈硬化症の進行を促進する可能性が示唆された.
ヒト過誤腫から多分化能を保持した細胞株を樹立し、骨軟骨分化機構解析に利用する試み

骨軟骨組織を含めた再生医学の発展のためには、ヒト未分化細胞の分化誘導機構を明らかにする必要がある。そのためには外来遺伝子導入が極めて困難な骨髄由来の間葉系幹細胞に対し、遺伝子導入が容易で、かつ骨、軟骨、脂肪、筋肉等への多分化能を有するヒト由来の未分化細胞株が切望される。我々は以前、当教室で新生児背部から摘出した過誤腫の一部から分離した培養細胞が、骨や軟骨、脂肪、筋肉細胞に分化誘導でき、かつリポフェクタミン法で簡便に遺伝子導入が可能であることを確認した。しかし30回以上の長期継代では、徐々に分化能とともに増殖能も低下した。そこで細胞株の樹立を目指し、simian virus由来のプロトオンコジーンであるSV40 Large-T antigenの遺伝子を導入した。その結果in vitro条件下において、BMP-2やデキサメサゾン等の刺激で骨芽細胞に、TGF-betaで軟骨に、PPAR-gammaで脂肪細胞に分化誘導可能である2種の独立した細胞株を樹立することが出来た。また低血清培養で平滑筋細胞にも分化誘導可能であった。この際、それぞれの細胞譜系特異的なマーカー遺伝子の発現を伴っていた。そしてこれら細胞を吸収性のコラーゲンスポンジ内で三次元培養し、SCIDマウス皮下に移植すると、上記の細胞譜系に分化した。以上の結果からこれら細胞株は、間葉系細胞からの分化過程を解析するにあたり、ヒト由来細胞として、今後DNAチップやプロテオミクス技術を用いた初期応答遺伝子や蛋白の検索に有用と考えられる。現在、専門学術誌に投稿中である。骨軟骨組織を視野に入れた再生医学の発展のためには、ヒト未分化細胞の分化誘導機構を明らかにする必要がある。そのためには外来遺伝子導入が極めて困難な骨髄由来の間葉系幹細胞に対し、遺伝子導入が容易でかつ骨、軟骨、脂肪、筋肉等への多分化能を有するヒト由来の未分化細胞株が切望される。我々は以前、当教室で摘出した過誤腫から分離した培養細胞が、骨や軟骨、脂肪、筋肉細胞に分化誘導でき、かつリポフェクタミン法で簡便に遺伝子導入が可能であることを確認した。そこで細胞株の樹立を目指し、simian virus由来のプロトオンコジーンであるSV40 Large-T antigenの遺伝子導入実験を開始した。そして現在まで数種の樹立株を得ると同時に、その機能解析、特に脂肪、骨、軟骨細胞譜系への分化能について,in vivo, in vitroの系で検討してきた。その結果、少なくとも2種の細胞株で、BMP-2やデキサメサゾンの存在下に骨芽細胞に、TGF-betaで軟骨に、PPAR-gammaで脂肪細胞にin vitro条件下に分化誘導可能であることが分かった。更にこれら細胞を吸収性のコラーゲンスポンジ内で三次元培養し、SCIDマウス皮下に移植すると、上記の細胞譜系に分化し得ることも判明した。今後、ヒト由来細胞としての特性だけでなく、分化初期に動く遺伝子や蛋白についてDNAチップやプロテオミクス技術を用いて検討していく予定である。
Helicobacter pyloriの糖脂質受容体接着因子のクローニング

本研究では胃炎・消化性潰瘍の原因として重要と考えられるHelicobacter pylori(HP)がどのように胃粘膜細胞に接着し、その接着にどのような物質が関与しているのかを明らかにするとともに、その接着に関与するHPの接着因子を解明しようとするものである。われわれは薄層クロマトグラム上で、胃粘膜の酸性糖脂質であるスルファチドとガングリオシドGM3へHPが特異的に結合することを見いだし報告しているが、ヒト消化管粘膜の系統的分析においても胃粘膜においてもスルファチドは多く含まれていることを明らかにするとともに、スルファチドに対するモノクローナル抗体による組織染色でこれが胃粘膜上皮細胞に局在していることを明らかにしえた。これらの結果は英文誌に一部発表(Lipids,28,737-742,1993)したが、組織染色については本年消化器病学会等で発表を予定している。一方HPへの組織での結合が薄層クロマトグラム上での糖脂質への結合と同一のものかどうか必ずしも明らかにされていない。それゆえ我々は胃癌由来細胞株を用いて、HPの細胞への接着機構を検討し、それを半定量しうるモデル系を作成し、その系を用いてHPの接着がどのような物質によって影響されるかを検討した。その結果ヘパリン、胃ムチンなどが結合を低下させることがあきらかにされた。この実験に用いたHP標準株は以前我々が用いていた患者からの分離株と異なり、GM3結合能がないことから、この接着には硫酸基がなんらかの関与していることが示唆された。なお接着因子自体のクローニングはなお継続中である。
ネパール仏教文化史の総合的研究

以下を研究代表者(桜井)の指導・助言のもと,研究分担者(Shakya)が実施した。1、「法界語自在曼荼羅」と関連する福徳財宝の女神ヴァスダーラー(Vasudhara)は仏教のみならずヒンドゥー教及びジャイナ教でも崇敬を集める凡インド亜大陸的女神である。一方大地の女神たるヴァスンダラー(Vasundhara)も存在し、両尊の混同が縷々認められる。文献上,両尊が異なった起源と役割を有することをその語源的な解釈も含めて明らかにして,「VasundharaとVasudhara」という論題で『印度学仏教学』第59-2号に寄稿した。また、梵・蔵・漢の資料と共にネワール語にも存在するヴァスダーラーの陀羅尼、成就法などの文献に関しては「ヴァスダーラー女尊の関連文献について」と題して『密教学研究』第43号に掲載した。2、Namasamgiti第12偈所説12母音は本タントラを理解する知る上で重要である。そこで同タントラの諸註釈と共に,ネパールカトマンドゥ盆地の起源と深い関わりを持つ典籍Svayambhupuranaの読解を通じて、それら12母音の意義を明らかにし,成果を国際チベット学会(IATS)で発表した(内容は近刊proceedingsに収載)。3、Durgatiparisodhanatantra第一章のチベット語訳のテクスト校訂および電子ファイル化を行った。その成果は広く研究者の利用に供するべく検索可能な形式で、研究雑誌等において公表する予定である。4、寄稿依頼に応じて,ネパール特にカトマンドゥ盆地に広く伝わっている食人鬼「グルマーパー」の伝説を『世界神話辞典』(近刊)において紹介した。以下を研究代表者(桜井)の指導・助言のもと,研究分担者(Shakya氏)が実施した。(1)Namasamgiti及び関連典籍に関する文献研究タントラ自体及びManjusrikirti註を中心とした諸註釈書の読解により,文殊の異名の一つ「本初仏」がどのように理解されていたかを解明し,その成果を『印度学仏教学研究』誌上に掲載した。(2)Durgatiparisodhanatantraチベット語訳校訂テクスト整定研究計7本の版本を複写によって蒐集し,第1章の電子ファイル化を行った。(3)フィールドワークに基づくネパール密教儀礼研究カトマンドゥ盆地の仏教寺院を中心とした数度の現地調査を実施し,その成果を以下の3点に纏めた。(a)ネパール仏教寺院でしばしば奉祀されている釈尊・般若母・観音の三尊形式がネパール密教独特の曼荼羅である「三宝曼荼羅」に由来することを解明し,『善通寺教学振興紀要』誌上で論じた。(b)福徳財宝神として著名な持世菩薩(Vasudhara)を主尊とする儀礼の場に陪席し,その詳細を文字及び映像として記録に留めた。(c)仏教徒出身の女児をヒンドゥー教の忿怒女尊カーリーの化身と見做して尊崇するいわゆる「クマーリー信仰」を取り上げ,ネパール宗教文化の基層を為す両宗教の交渉史の解明に資することを目的として,関連する文献の読解を行いながら元クマーリーへの聞き取り調査をも実施し,その成果の一端を「ネパールの生き神クマーリー」と題する研究発表において報告した。
水酸化カルシウムの変化と症例別における根管内での特性

水酸化カルシウム製剤は、覆髄剤,生活断髄剤、根管充填剤,根未完成歯の治療に応用され,又根組織を形成,誘発する薬剤として高い評価を受けている。一般には精製水で練和するペーストが有望視され,臨床では約30年前より広く利用され根管貼薬剤として定着している。しかし有効性の確認はあるが、その薬理作用には未解決な部分もあり,使用法次第では水酸化カルシウムの特徴であるその高アルカリ性により周囲組織にも大きな影響を与える事も推測される。そこで今回の研究では実験動物としてイヌを使用し根管貼薬剤としての水酸化カルシウムペーストが根尖孔外に溢出してさいにどのような反応が根尖部歯槽骨内で生じるか、周囲組織にどのような影響を及ぼすかについて検討した。まずイヌの歯に人為的な感染根管の状態を作り,そこに貼薬剤として,水酸化カルシウムのペーストを根管内に貼薬した。その際,ペーストは意図的にアピカルシートを穿通,根尖へ溢出させ、ユージノールにて封鎖した。この貼薬を3本ずつ行い直後,4週後,8週後に分類した。2ヶ月後被験歯を摘出し,固定後H-E染色を行いプレパラート作製しその推移を観察した。根尖部においては48週後においても,ペーストと接した部位に線維化した肉芽組織が多く確認され,確実に炎症は退縮傾向を示していた。今回は意図的に根尖に貼薬剤を溢出させたわけであるが、その部位においても,肉芽組織と癒痕化がみられ大きな炎症の波及には到っていない事が確認された。ただし一部において壊死した組織も確認された.以上の事より,水酸化カルシウムは非常に有効的である事が判明した。しかしその一方で,幾度にもわたる多量の根尖孔外へのペースト供給はその強アルカリによる為害性を考慮した場合溢出は最小限に留める必要があるといえる。根管貼薬剤については最近FC等のホルマリン系貼薬剤に代表されるように、その細胞毒性や発癌性などの危険性が指摘されている。その中で近年水酸化カルシウムを水で練ったペーストが有望視されている。臨床に於いては常にペースト状態であること事が望ましいが、その調整の難しさから広く応用されているには到っていない。又根管内で常に薬理作用である、アルカリ性を保つ為にペースト状である必要がある。そこで人抜去歯を使用し、4つの貼薬法(レンツロ、ファイル、ブローチ、アマルガムキャリア)を用い検討を行なった。又許可を得た患者の患歯を症例別に分類し、貼薬した時の根管内でのpH変化についてアンチンモン電極(先端0.40mm)を使用し、その推移を観察した。貼薬法については抜去歯を分類し、その到達度を試みたが、様々な形態の歯に順応するという点、又水酸化カルシウムの性状を変化させないという点でレンツロ、リーマーが優れているといえる。又症例別に於ける、臨床でのpHの変化ではやはり感染した病巣の大きな症例ではつまり慢性症状での根管のpH変化は緩慢であり除々に改善していくことが判明した。しかし症例別による変化もある程度はパターンがあるものの、同じ症病名の例でもその透過像、つまり進行の程度により治癒は大きく左右される事が分かった。今後は同じ病名であっても進行の程度別に分類しその治癒をpHの変化から読み取り又根管内で、歯周組織と水酸化カルシウムペーストが治癒していく中でどのような変化が根管内に観察されるのかを組織学的所見を行い考察する水酸化カルシウム製剤は、覆髄剤,生活断髄剤、根管充填剤,根未完成歯の治療に応用され,又根組織を形成,誘発する薬剤として高い評価を受けている。
全駆動マルチロータの構造・制御系の統合最適設計フレームワークの確立

一般的に「ドローン」として知られるマルチロータは,通常推力を上向きにしか出力できないことから,機体の傾きを伴わない水平方向への加速や押し付け力の印加が原理的に不可能であり,物体との接触を伴う空中作業や位置・姿勢の高精度な制御が求められる実用例において問題がある.これを解決する方策として,推力を生み出すロータを傾けて取り付けた全駆動マルチロータという新しいタイプの構造が本研究の対象である.全駆動マルチロータは,機体の力を出力しやすい方向とその程度がロータの配置や傾き角などの構造パラメータによって変化する.このことに着目し,用途に基づく制御目標を評価関数として,構造パラメータと制御則を同時に最適化する手法に関して研究を進めている.本研究の主たる貢献として,ある最適制御問題の解析解としての価値関数に基づく構造設計手法を提案した.まず解析的な手法によって最適制御問題を解くことで,評価関数の最小値を表す価値関数が初期状態に依存する解析的な関数として得られた.この価値関数を構造パラメータの関数として再解釈することによって,最適制御入力を与えたときの評価関数の値をさらに小さくする構造パラメータを数値最適化によって求めることができることを示した.結果として,一般的に用いられる二次形式の時間積分に基づく評価関数を用いたとき,機体の全駆動性の指標である動的可操作性を最大化することによって最適な構造が得られるという結論を得た.マルチロータの機体の構造に固有である「得意な運動」を表わす加速度の方向特性を,楕円体を用いて評価する手法を示した.また,立体的なロータ配置をもつすべてのマルチロータが剛体力学的に等価な平面配置に変形できることを示し,従来の平面配置のみに対する解析を立体的な構造にも適用可能となるように拡張した.申請者は,この構造固有の「得意な運動」を制御目標に応じて設計することが,効率的なタスクの遂行につながると考えた.この着想から,機体の「得意な運動」を活用する最適制御則と,その最適制御問題の解である価値関数を最小化する機体構造とを,同時に最適化によって求める手法を提案した.この結果によって,制御目標を評価関数最小化の意味で最適に達成するロータ配置・傾き角を,最適制御入力とともに求めることが可能となった.これらの成果は,2件の国際会議論文にて発表した.今後の研究方針は,得られた成果の実機検証と,より一般のメカニズムや制御目標に対応するための数値的手法の提案である.必要な実験機と実験環境のほとんどは構築が完了している.当初実施を検討していた物体のマニピュレーション実験は,扱う機体のロータどうしの空気力学的干渉や地面効果による外乱力が大きいことから,実施が難しいことが考えられる.代替案として,壁面の検査を模擬し,壁面に対する押付力を維持したまま移動を行うタスクを,従来のマルチロータと本研究で対象とする全駆動マルチロータとで比較する実験を実施する可能性が高い.また,本研究でこれまでに提案した手法は,マルチロータ特有の数学的性質を利用して求めた最適制御問題の解析解を前提としており,マルチロータ以外のメカニズムへの知見の活用が容易ではない.数値的な最適制御手法や,強化学習の分野で盛んに研究されている価値関数の近似手法などを活用して,より一般のメカニズムや評価関数に対して本手法に基づいた最適制御・最適設計を適用できるように研究を遂行したい.一般的に「ドローン」として知られるマルチロータは,通常推力を上向きにしか出力できないことから,機体の傾きを伴わない水平方向への加速や押し付け力の印加が原理的に不可能であり,物体との接触を伴う空中作業や位置・姿勢の高精度な制御が求められる実用例において問題がある.これを解決する方策として,推力を生み出すロータを傾けて取り付けた全駆動マルチロータという新しいタイプの構造が本研究の対象である.全駆動マルチロータは,機体の力を出力しやすい方向とその程度がロータの配置や傾き角などの構造パラメータによって変化する.このことに着目し,用途に基づく制御目標を評価関数として,構造パラメータと制御則を同時に最適化する手法に関して研究を進めている.本研究の主たる貢献として,ある最適制御問題の解析解としての価値関数に基づく構造設計手法を提案した.まず解析的な手法によって最適制御問題を解くことで,評価関数の最小値を表す価値関数が初期状態に依存する解析的な関数として得られた.この価値関数を構造パラメータの関数として再解釈することによって,最適制御入力を与えたときの評価関数の値をさらに小さくする構造パラメータを数値最適化によって求めることができることを示した.結果として,一般的に用いられる二次形式の時間積分に基づく評価関数を用いたとき,機体の全駆動性の指標である動的可操作性を最大化することによって最適な構造が得られるという結論を得た.マルチロータの機体の構造に固有である「得意な運動」を表わす加速度の方向特性を,楕円体を用いて評価する手法を示した.また,立体的なロータ配置をもつすべてのマルチロータが剛体力学的に等価な平面配置に変形できることを示し,従来の平面配置のみに対する解析を立体的な構造にも適用可能となるように拡張した.申請者は,この構造固有の「得意な運動」を制御目標に応じて設計することが,効率的なタスクの遂行につながると考えた.この着想から,機体の「得意な運動」を活用する最適制御則と,その最適制御問題の解である価値関数を最小化する機体構造とを,同時に最適化によって求める手法を提案した.この結果によって,制御目標を評価関数最小化の意味で最適に達成するロータ配置・傾き角を,最適制御入力とともに求めることが可能となった.