hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
表皮細胞由来サイトカインの役割検討

昭和64年度、平成元年度を通して表皮細胞由来サイトカインについて検討した結果、以下のような成果が得られた。1)種々の表皮細胞由来細胞株中、外毛根鞘腫由来細胞株が胸腺細胞刺激因子を最も良く産生すること。そして、その胸腺細胞刺激因子がインタ-ロイキン1αであることをインタ-ロイキン1に対する特異抗体を用い、また、mRNAの検出において証明しえたこと。2)上記の実験経過中に、ビオチン結合cDNAを用いたインタ-ロイキン(IL)1のmRNAを検出するための感度の高いinsituハイブリダイゼ-ション法を確立しえた。3)In situハイブリダイゼ-ション法を用いて、炎症性角化症の代表的疾患である尋常性乾癬における乾癖におけるIL1、IL6およびIL6受容体(IL6R)のmRNAの検出を行い、IL1は乾癬の病巣形成を逆平行するmRNAの発現を示すことが明らかとなった。一方、IL6の乾癬表皮細胞による産生は乾癬の病巣形成と平行して増加し、病巣が完成するとIL6のmRNA発現が低下傾向示した。IL6RのmRNAの発現を見ると、乾癬の正常にみえる皮膚にも発現されており、病巣を形成する過程でのその発現が増強し、病巣形成と同時にmRNAの発現が減弱する傾向がみられた。この点からIL6およびIL6Rが乾癬病巣形成と深くかかわりをもつことが明らかとなった。以上の研究成果をもとにして、種々の炎症性皮膚疾患におけるサイトカインのかかわりあいを、今後も続けて検討する予定である。表皮細胞由来サイトカインの代表である表皮細胞由来胸腺細胞活性化因子(ETAF)を得るため、種々の表皮細胞由来培養細胞株を培養し、その培養上清中ETAF活性を測定した。有棘細胞癌、外毛根鞘腫、悪性異色腫などから樹立された細胞株中、外毛根鞘腫由来の細胞株の培養上清中に最も高いETAF活性が認められた。そこで、外毛根鞘腫由来の細胞株中最も高いETAF活性を示す細胞株を1つ選び、その細胞株が作るETAFの部分精製を行った。ETAF活性はセファデックスG-75ゲル濾過で、分子量約1.5万の画分に溶出された。得られたETAF活性の性状を検討するため、種々の特異抗体によるETAF活性の阻害試験を行った。ETAF活性は抗IL1β、抗IL6抗体では阻害されなかったが、抗IL1α抗体によってその活性が完全に阻止された。以上の結果から、この外毛根鞘腫由来細胞株の産生するETAF活性がIL1αによる可能性が示唆されたので、この細胞株がIL1α産生のメッセージを示すか否かを、IL1αのCDNAを用いて検討した。培養細胞株から得たDNAおよびRNAとIL1αのCDNAとのハイブリダイゼーションを検討した。DNAは種数のDNA分解酵素で処理したのち電気泳動したところ、このDNA断片の一部がIL1αのCDNAとハイブリダイズすることがわかった。さらに、RNAでは、無処理培養条件下の細胞にもIL1αのCDNAとはいぶりだいずするRNAを微量に検出しえたが、この細胞をLSP存在下で培養することによって、より以上のmRNAが作り出されることが明らかとなった。以上より、今回実験に選んだ外毛根鞘腫由来細胞株はETAFを産生し、そのETAFがIL1αに相当するものであることが明らかとなった。表皮サイトカインの役割を明らかにするため、昨年度の研究過程で開発したmRNAをin situで検出する方法を用いて、表皮細胞の増殖をきたす炎症性皮膚疾患の代表である尋常性乾癬でのインタ-ロイキン(IL)1、IL6、IL6受容体産生の動態を検討した。正常表皮ではIL1のmRNAは発現されていたが、IL6、IL6RのmRNAは発現されていなかった。これに対して、乾癬患者の無疾

部表皮では、IL1、IL6、IL6RのmRNA共に発現されており、無疾部から乾癬病巣への移行部で、IL6、IL6RのmRNAの発現が増強され、完成された乾癬病巣部ではIL1のmRNAは消失、IL6のmRNAの発現も減弱する傾向を示し、IL6RのmRNAの発現も消失する傾向を示した。また、抗IL6、抗IL6R単クロ-ン抗体を用いた乾癬組織の染色にて、乾癬の移行部と病巣部にIL6分子を、乾癬の移行部のみにIL6R分子を検出しえた。以上の結果から、IL1は乾癬の病巣形成と逆平行して減弱し、IL6は乾癬の病巣形成に平行して増加を示したのち、病巣が形成されるとともに減弱する傾向を示し、同様の傾向がIL6R出現にも認められていることから、IL6ならびにその受容体であるIL6Rが乾癬病巣形成に重要な役割を果すことが示唆された。今回、表皮サイトカインが重要な働きをもつと考えられる乾癬において、その動態を検討し、非常に興味ある結果が得られたが、乾癬以外の種々の炎症性皮膚疾患においても、表皮サイトカインが何らかの形で体用していることが予測される。それらについて今後検討を加えていく予定である。
超高頻度観測データを利用した国際株式市場間競争の実証分析

本稿では大阪証券取引所(大証)およびシンガポール取引所(SGX)に上場されている日経225先物の超高頻度観測データから,市場に流入する情報量の代理変数である1分間あたりの取引回数データを作成し,そのモデル化と両取引所における連関性についての検証を行った.両市場において日経225先物の取引回数には日中季節性が存在し,大証では取引の開始時刻直後と終了時刻直前に取引が活発化する,いわゆるU字型の日中季節性が午前の取引時間と午後の取引時間に見られることが明らかになった.これに対しSGXでは,取引開始時刻の直後や取引終了時刻の直前に取引が活発化するのではなく,大証の取引開始,取引終了時刻直前に取引回数が多くなり,大証の取引時間帯については,大証もSGXもほぼ同じ日中季節性を示すことが明らかになった.ただし,午前の取引開始時刻だけは例外で,大証での取引が行われていなくても取引が活発であることが示された.日中季節性を除去したデータについてLog-ACDモデルを推定した結果,両取引所において,取引回数の条件付き平均は過去の条件付き平均に大きく依存することが示され,単位時間あたり取引回数のモデル化にこれらのモデルが有効であることが明らかになった.さらに,Log-ACDモデルの条件付き平均の対数式に,他取引所の1期前の取引回数,今期の取引回数を導入してそれぞれ推定を行った結果から,大証,SGX両取引所には,Engle et al.(1990)におけるメタシャワー的に情報が流入し,取引が行われていることが示唆されるものの,必ずしもすべての取引が両取引所に共通の情報によって行われているわけではないことが示された.以上の分析から,大証とSGXは競争的な関係にある反面,互いを補完しあう関係にあることが示唆された.大阪証券取引所(大証)およびシンガポール取引所(SGX)に上場されている日経225先物のティックデータから1分間隔の取引回数データを作成し,そのモデル化と両取引所の関連性についての検証を行った.両市場において,日経225先物の取引回数には日中季節性が存在し,大証では取引の開始時刻直後と終了時刻直前に取引が活発化する,いわゆるU字型の日中季節性が午前の取引時間と午後の取引時間に見られることが明らかになった.これに対しSGXでは,取引開始時刻の直後や取引終了時刻の直前に取引が活発化するのではなく,大証の取引開始,取引終了時刻直前に取引回数が多くなることが示された.ただし,午前の取引開始時刻だけは例外で,大証での取引が行われていなくても取引が活発であることが分かった.また,大証の取引時間帯については,大証もSGXもほぼ同じ日中季節性を示すことが明らかになった.日中季節性を除去したデータについてMultiplicative Error Model(MEM)を推定した結果,両取引所において,取引回数の条件付き平均は過去の条件付き平均に大きく依存することが示され,単位時間あたり取引回数のモデル化にMEMが有効であることが示された.さらに,MEMの条件付き平均式に,他取引所の1期前の取引回数,今期の取引回数を導入して推定を行った結果,他取引所の1期前の取引回数は今期の条件付き平均にほとんど影響を与えないのに対し,今期の他取引所の取引回数は今期の条件付き平均に影響を与えることが示された.しかし,過去の条件付き平均の影響を打ち消すほど大きな影響を及ぼすものではない.この結果から、大証,SGXで取引される日経225先物は,共通の情報によって取引される一方,各市場で生じる固有の情報によって取引されていることを示唆している.本稿では大阪証券取引所(大証)およびシンガポール取引所(SGX)に上場されている日経225先物の超高頻度観測データから,市場に流入する情報量の代理変数である1分間あたりの取引回数データを作成し,そのモデル化と両取引所における連関性についての検証を行った.両市場において日経225先物の取引回数には日中季節性が存在し,大証では取引の開始時刻直後と終了時刻直前に取引が活発化する,いわゆるU字型の日中季節性が午前の取引時間と午後の取引時間に見られることが明らかになった.これに対しSGXでは,取引開始時刻の直後や取引終了時刻の直前に取引が活発化するのではなく,大証の取引開始,取引終了時刻直前に取引回数が多くなり,大証の取引時間帯については,大証もSGXもほぼ同じ日中季節性を示すことが明らかになった.ただし,午前の取引開始時刻だけは例外で,大証での取引が行われていなくても取引が活発であることが示された.日中季節性を除去したデータについてLog-ACDモデルを推定した結果,両取引所において,取引回数の条件付き平均は過去の条件付き平均に大きく依存することが示され,単位時間あたり取引回数のモデル化にこれらのモデルが有効であることが明らかになった.さらに,Log-ACDモデルの条件付き平均の対数式に,他取引所の1期前の取引回数,今期の取引回数を導入してそれぞれ推定を行った結果から,大証,SGX両取引所には,Engle et al.(1990)におけるメタシャワー的に情報が流入し,取引が行われていることが示唆されるものの,必ずしもすべての取引が両取引所に共通の情報によって行われているわけではないことが示された.以上の分析から,大証とSGXは競争的な関係にある反面,互いを補完しあう関係にあることが示唆された.
口腔粘膜癌の発症、再発に関する細胞生物学的研究

1995年度:口腔粘膜癌症例で周辺の粘膜上皮に組織学的に異常がみられた31症例、45病変の組織学的所見では、過角化ないし上皮過形成のみが4例、軽度異形成16例,中等度異形成6例、高度異形成5例であった。これら異常上皮のDNA Ploidypatternはdiploidyが24病変、aneuploidyが13病変であった。核DNA量は全般的には癌と健常上皮の中間的な値を示していたが、diploidy patternの5病変、aneuploidy patternの6病変では癌の最低値を越えていた。異常上皮の異形成の程度とDNA Ploidy patternとに明らかな関連性はみられなかったが、高度異形成ではDNA量も高い傾向であった。PCNA陽性率は上皮異形成と相関するが、基底層、棘細胞層でかなり明確な局在を示すものがあり、Heterogenityを既に獲得していることが示唆された。1996年度:DMBA誘発ハムスター頬嚢粘膜癌には、組織学的に異形成上皮から生じる浸潤癌と,乳頭状増殖上皮から生じるの疣贅癌2通りがあり、いずれも多中心性に発生していた。頬嚢癌の周辺上皮には組織学的には過角化を示すものが多く、軽度ないし高度の上皮異形成、乳頭状増殖が認められた。これら頬嚢癌周辺上皮の核DNA量は2C域にピークをもつ単峰型の核DNAヒストグラムを呈するが、DNA量の分散化や、4C以上の多倍体細胞の増加がみられた。またPCNA陽性率はAg-NORsは正常頬嚢粘膜では4.45個であるが、上皮異形成では6.05個、乳頭状上皮増殖では7.44個であった。以上の検索結果から、癌周辺異常上皮の悪性潜在能を明らかにすることができた。口腔粘膜癌の一次治療後も、この点を十分、考慮し、再発の予防、早期発見に努める必要がある1995年度:口腔粘膜癌症例で周辺の粘膜上皮に組織学的に異常がみられた31症例、45病変の組織学的所見では、過角化ないし上皮過形成のみが4例、軽度異形成16例,中等度異形成6例、高度異形成5例であった。口腔粘膜癌の一次治療後も、この点を十分、考慮し、再発の予防、早期発見に努める必要がある口腔粘膜癌症例で周辺の粘膜上皮に組織学的に異常がみられた31症例、45病変を対象に検索を行った結果、現在までに以下の結果が得られている。1.周辺異常上皮の肉眼所見では、白斑が21例(67.5%)と最も多く、ついで白斑と紅斑の混在が5例、疣贅が2例の順であった。2.周辺異常上皮と癌の位置関係では、異常上皮内に癌が認められたもの(I型)が15例(48.4%),両者が隣接しているもの(II型)が10例、両者が離れているもの(III型)が2例、II型とIII型の両方がみられるものが4例であった。3.周辺異常上皮の組織学的所見では、過角化ないし上皮過形成のみで明らかな異形成を欠くもの4例、軽度異形成16例(51.6%),中等度異形成6例、高度異形成5例であった。4.周辺異常上皮のDNA Ploidy patternはdiploidy patternが24病変、aneuploidy patternが13病変であった。周辺異常上皮のDNA量(分散、4C以上の細胞頻度)は、全般的には癌と健常上皮の中間的な値を示していたが、diploidy patternの5病変、aneuploidy patternの6病変では癌の最低値を越えていた。

5.組織学的な異形成の程度はDNA Ploidy patternとは明らかな関連性はみられなかったが、DNA量(分散、4C以上の細胞頻度)が高い傾向であった。6.免疫組織学的および銀NORs所見については現在、検索中である、以上のことから、口腔粘膜癌の周辺にみられる異常上皮の多くは癌発生の母地である可能性が示唆された。来年度の実験的誘発癌を用いた検索により、さらに癌周辺異常上皮の生物学的性格をより明らかにしたい。ハムスター頬嚢粘膜癌は、正常粘膜から初期癌病変にいたる、いわゆる発癌過程を検索するために広く用いられているが、発生した癌の周辺粘膜上皮にみられる種々の変化に対する検索は行われていない。今回、著者らは発癌物質である9-10dimethyl 1,2-benz -anthrascene(DMBA)が直接、ないしは間接的に接触する頬嚢全体を1つのCancer fieldと考え、これを癌周辺の異常上皮の実験モデルとしてとらえ、組織学的ならびに細胞化学的検索を行った。その結果、以下の結論を得た。1.DMBA誘発ハムスター頬嚢癌には、組織学的に異形成上皮から生じる浸潤癌と,乳頭状増殖上皮から生じるの疣贅癌2通りがあり、いずれも多中心性に発生していた。2.頬嚢癌の周辺上皮には組織学的には過角化を示すものが多く、軽度ないし高度の上皮異形成、乳頭状増殖が認められた。3.核DNA量の検索では頬嚢癌周辺上皮は2C域にピークをもつ単峰型の核DNAヒストグラムを呈するが、DNA量の分散化や、4C以上の多倍体細胞の増加がみられた。4.PCNA陽性率は正常頬嚢粘膜では14.7【.+-。】1.22%であるが,上皮異形成では19.2【.+-。】2.19%,乳頭状上皮増殖では28.9【.+-。】0.76%であった。5.核内平均Ag-NORsは正常頬嚢粘膜では4.45【.+-。】0.16個であるが、上皮異形成では6.04【.+-。】0.43個、乳頭状上皮増殖では7.44【.+-。】0.59個であった。5.以上の実験的誘発癌の検索結果は、前年度に行った臨床例での検索結果を裏付けるもので、癌周辺上皮の悪性潜在能を明らかにすることができた。
造礁サンゴの着底・変態に関わる化学物質の研究

紅藻類コブイシモの有するルリサンゴ幼生における変態現象に関わる新規マクロリドluminaolideの単離・構造決定に成功した.この新規変態誘因物質luminaolide(25.6 ng/mL)はコブイシモ抽出物が有する変態誘引活性を25.9±7.4%から92.6±2.9%に増強させる役割があることが判明した.またタヤマヤスリサンゴ幼生の変態誘引物質11-deoxyfistularin-3による構造活性相関研究において,そのファーマコアが2つのスピロイソオキサゾリン骨格であることが判った.さらにスピロイソオキサゾリン骨格内のヒドロキシル基が,サンゴ幼生変態現象において重要な役割を果たしていることが判明した.紅藻類コブイシモの有するルリサンゴ幼生における変態現象に関わる新規マクロリドluminaolideの単離・構造決定に成功した.この新規変態誘因物質luminaolide(25.6 ng/mL)はコブイシモ抽出物が有する変態誘引活性を25.9±7.4%から92.6±2.9%に増強させる役割があることが判明した.またタヤマヤスリサンゴ幼生の変態誘引物質11-deoxyfistularin-3による構造活性相関研究において,そのファーマコアが2つのスピロイソオキサゾリン骨格であることが判った.さらにスピロイソオキサゾリン骨格内のヒドロキシル基が,サンゴ幼生変態現象において重要な役割を果たしていることが判明した.1.タヤマヤスリサンゴ幼生の変態誘因物質の標的細胞の同定交付申請書に示した20年度の研究実施計画である「11-deoxyfistularir-3の構造活性相関研究」を進めた.その結果,左右2つのスピロイソオキサゾリン骨格の距離がメチレン鎖C4でもC5でも活性には影響しないことが判った.すなわちC4,C5のいずれも11-deoxyfistularin-3と同等の変態誘因活性があった.これら結果は,今後の蛍光基導入型誘導体合成において重要な知見となった.2.2属3種のサンゴ幼生の変態物質の決定交付申請書に示したトゲスギミドリイシ(沖縄),コユビミドリイシ(沖縄),ルリサンゴ(Guam島)の3種サンゴ幼生において変態誘因物質の探索を行った結果,共通の変態誘因物質として新規マクロライド,Luminaolideの単離・構造決定に成功した.現在,この物質の立体構造の決定や類縁体探索研究も同時に行っている.また,単離された新規Luminaolideは末端にN-methyl-N-vinyformamidを持つ,マクロライドの2量体であり,構造的にも活性的にも大変興味深い化合物である.さらに,これら3種の幼生の変態には少なくとも2種類以上の化学物質の関与が現在までに判っており,今後変態誘因活性に関与する他の化学物質の単離・構造決定を目指す.現在までにタヤマヤスリサンゴも含め,4種の造礁サンゴ幼生の着底と変態には,いずれの種も複合系化学物質の関与が明らかとなってい,る.この複合系物質の中で,Luminaolideは共通の変態誘因物質であるが,他の物質も同様に共通物質なのか?また各物質の有効濃度は種によって違うのか?などが判明すれば,いままでほとんど不明であった,サンゴ幼生の着底場所の選択性を説明することができるこのことは,サンゴ礁保全を考える上で非常に重要な知見となる.1.タヤマヤスリサンゴ幼生の変態誘因物質の標的細胞の同定交付申請書に示した21年度以降の研究実施計画である「11-deoxyfistularin-3の構造活性相関研究」を進めた.その結果,11-deoxyfistularin-3の部分構造である両スピロイソオキサゾリン骨格の間のメチレン鎖に蛍光基導入位置が決定し,現在誘導体合成を進めている.2.2属3種のサンゴ幼生の変態物質の決定20年度に単離・構造決定したサンゴ幼生変態誘因物質である新規マクロライドLuminaolideの詳細な活性機構の解明を行なった.その結果,この物質は単一物質では,幼生の変態誘因活性を示さず,他の分離画分と混合することによって活性を示すことが判明した.これら複合系物質によるサンゴ幼生の変態誘因活性は.海洋の複雑なケミカルコミュニケーションの解明へ役立つものと考える.また,上記示した紅藻類Hydrolithion sp.に含まれる他の変態誘因活性物質の探索は,藻類に含まれる化学物質の量が微量なため,大変困難であることが判明した.そこで,サンゴ幼生変態誘因物質がHydrolithion sp.の表層に局在するバクテリアであるという仮説を立て研究を行なった.その結果Hydrolithion sp.表層から単離培養されたバクテリアのエタノール抽出物に非常に強いサンゴ幼生変態誘因活性があった.それらバクテリアは,Zobell培地という一般的な培地で培養が可能であり,現在これらバクテリアの大量培養を行って,サンゴ幼生変態誘因物質の単離・構造決定を目指している.これらバクテリアからの活性物質の単離は,従来の紅藻類を用いる単離に比べ環境への負荷も軽減さると考えられる.さらにサンゴ幼生変態誘因物質の真の生産者についての知見を与えた.1.タヤマヤスリサンゴ幼生の変態誘因物質の標的細胞の同定タヤマヤスリサンゴ幼生における変態誘引物質11-deoxyfistularin-3の構造活性相関研究によって.

その活性のファーマコアが2つのスピロイソオキサゾリン骨格であることが判った.さらにそのスピロイソオキサゾリン骨格内のヒドロキシル基をアセチル化することによって急激な活性低下が生じることが判った.これら結果より,変態誘引物質とその受容体の相互作用には,スピロイソオキサゾリン骨格内のヒドロキシル基が重要な役割をはたしている推察された.2.2属3種のサンゴ幼生の変態物質の決定紅藻類・無節サンゴモ(CCA)由来の,ルリサンゴ幼生の変態現象を増強させる新規マクロリドluminaolideの単離・構造決定に成功した.この新規変態誘因物質(25.6ng/mL)はコブイシモ抽出物が有する変態誘引活性を25.9±7.4%から92.6±2.9%に増強させる役割があることが判明した.さらに,この物質はトゲスギミドリイシ,コユビミドリイシ幼生の変態現象も増強させる働きを有する.これら研究結果から,サンゴ幼生の着底・変態現象には複合系化学物質が関与していることが判った.またCCA表層から単離されたバクテリアによって,ミドリイシ属サンゴ幼生の着底・変態が非常に強く誘引された.さらにバクテリアの大量培養・エタノール抽出物でもこの活性が保持された.これら結果は,サンゴ幼生変態誘因物質の真の生産者が紅藻類ではなく,海洋バクテリアであるという重要な知見を与えた.
p53非依存性アポトーシス,非アポトーシス型プログラム細胞死と細胞内小器官の研究

1.大気マイクロPIXEによる細胞死の解析:マウス正常組織,ヌードマウス移植ヒト腫瘍(p53野生型;上衣芽腫,他,p53変異型;膠芽腫,他)にX線10-20Gy照射後,3,4.5,6時間に摘出して,凍結乾燥標本を作製し,大気マイクロPIX(Particle Induced X-ray Emission)で元素分布を検索した.さらに同標本を染色して,細胞死の組織所見と元素分布を比較した.各臓器、各腫瘍で細胞に一致してP, K, Cl. S等の元素の分布を認めたがCa, Si, Feと細胞の有意な相関は認めなかった.上衣芽腫では,高率なアポトーシス誘発を認めたが,PIXEでは有意な変化を指摘できず,細胞内小器官との相関も明らかではなかった.膠芽腫,小細胞肺癌では壊死巣が散見され,P, K, Cl, Sの有意な低下を認めたが,他には有意な変化は認めず,非照射時と照射後の壊死の間にも有意な差は認めなかった.ただし,組織・細胞レベルにおけるPIXEの分解能の限界も示唆された。2.重イオン線によるp53依存性,p53非依存性アポトーシスおよび他の検討:マウス正常組織およびヌードマウス移植ヒト腫瘍に,炭素イオン線,X線の,0.25-3.0Gy 1回照射,2回照射,3回照射をおこない,経時的に摘出してパラフィン包埋切片で,アポトーシス,他を検討した.リンパ球,クリプト細胞,精祖細胞,海馬の顆粒屑細胞,上衣芽腫,原始外胚葉性腫瘍で高率にp53依存性アポトーシス誘発が認められた。炭素イオン線の方がX線よりも高率に誘発したが,特に放射線抵抗性でp53変異型の膠芽腫において顕著で,p53非依存性アポトーシスの関与による生物効果比向上が示唆された.ただし,分割照射による増殖遅延では膠芽腫における炭素イオンとX線の差はアポトーシスの差に比して小さく、アポトーシス以外の因子の関与が大きいことも示唆された。さらに,重イオンマイクロビームを使用して、腫瘍細胞へ核、細胞質への直接的な影響とバイスタンダー効果等についても検討した。1.上衣芽腫(ヒト由来,p53野生型),膠芽腫,小細胞肺癌(ヒト由来,p53変異型)をヌードマウス皮下に移植し,X線10Gy照射後3,4.5,6時間に摘出して,凍結切片を作製,乾燥固定後,大気マイクロPIXE (Particle Induced X-ray Emission)で元素分布を検索した.さらに同標本のヘマトキシリン染色後,組織所見(特にアポトーシス,壊死)をPIXEで得られた元素分布と比較した.いずれの腫瘍でも細胞にほぼ一致してP,K,Cl,S等の元素の分布を認めたが,Ca,Si,Feの分布には細胞との有意な相関は認められなかった.上衣芽腫では,高率なアポトーシス誘発を認めたが,PIXEでは有意な変化を指摘できず,細胞内小器官との相関も明らかでなかった.膠芽腫,小細胞肺癌では壊死巣が散見され,P,K,Cl,Sの有意な低下を認めたが,Ca,Si,Feの分布には有意な変化は認められなかった.

2.上衣芽腫、膠芽腫をヌードマウス皮下に移植し,0.25-2.0Gyの炭素イオン線,X線の1回照射後6,48時間に腫瘍,臓器(脳,脾,腎,十二指腸,精巣)を摘出し,パラフィン包埋切片で,アポトーシス,その他を観察した.組織学的検索で6時間後には,脾のリンパ球,十二指腸のクリプト細胞,精巣の精祖細胞,海馬の顆粒層細胞等にアポトーシスの誘発が認められたが,48時間後には大部分が消失していた.腫瘍では,6時間後の上衣芽腫で高率であったが,膠芽腫では比較的低率であった.同一線量の比較では,炭素イオン線の方がX線よりも高率にアポトーシスを誘発していたが,特に放射線抵抗性の膠芽腫でその差が大きく,同一マウスの臓器との比較でも,放射線抵抗性の膠芽腫において炭素イオン線によって誘発されるアポトーシスが相対的に高率で,p53非依存性アポトーシスの関与による生物効果比の向上が示唆された.1.大気マイクロPIXEによる細胞死の解析:マウス正常組織,ヌードマウス移植ヒト腫瘍(p53野生型;上衣芽腫,他,p53変異型;膠芽腫,他)にX線10-20Gy照射後,3,4.5,6時間に摘出して,凍結乾燥標本を作製し,大気マイクロPIXE (Particle Induced X-ray Emission)で元素分布を検索した.さらに同標本を染色して,細胞死の組織所見と元素分布を比較した.各臓器、各腫瘍で細胞に一致してP, K, Cl, S等の元素の分布を認めたが,Ca, Si, Feと細胞の有意な相関は認めなかった.上衣芽腫では,高率なアポトーシス誘発を認めたが,PIXEでは有意な変化を指摘できず,細胞内小器官との相関も明らかでなかった.膠芽腫,小細胞肺癌では壊死巣が散見され,P, K, Cl, Sの有意な低下を認めたが,他には有意な変化は認めず、非照射時と照射後の壊死の問にも有意な差は認めなかった.ただし、組織・細胞レベルにおけるPIXEの分解能の限界も示唆された。2.重イオン線によるp53依存性,p53非依存性アポトーシスおよび他の検討:マウス正常組織およびヌードマウス移植ヒト腫瘍に,炭素イオン線,X線の,0.25-3.OGy1回照射,2回照射,3回照射をおこない、経時的に摘出してパラフィン包埋切片で,アポトーシス,他を検討した.リンパ球,クリプト細胞,精祖細胞,海馬の顆粒層細胞,上衣芽腫,原始外胚葉性腫瘍で高率にp53依存性アポトーシス誘発が認められた。炭素イオン線の方がX線よりも高率に誘発したが,特に放射線抵抗性でp53変異型の膠芽腫で顕著で,p53非依存性アポトーシスの関与による生物効果比向上が示唆された.ただし、分割照射による増殖遅延では膠芽腫における炭素イオンとX線の差はアポトーシスの差に比して小さく、アポトーシス以外の因子の関与が大きいことも示唆された。さらに、重イオンマイクロビームを使用して、腫瘍細胞へ核、細胞質への直接的な影響とバイスタンダー効果等についても検討した.
非同時計数データの有用化に基づいたポジトロンCTの超高感度化の研究

本研究では、同時計数イベントから再構成したRI分布からPET装置の全検出器についての非同時計数イベントを再現することを検討するために、1)東北大学サイクロトロン・ラジオアイソトープセンターのECAT931(CTI社製4リング-BGO-PET)を用いて、H^<18>F-H_2Oを満たしたホットスポット形状の異なる3種類のファントム(φ210mm)の同時計数と非同時計数を種々の統計精度で測定し、2)PET装置固有のFOV全体にわたって陽電子分布を任意に設定してモンテカルロ法に基づいて対消滅γ線の飛行と検出をシミュレートすることにより、解析的画像再構成と非同時計数を事前情報に変換して用いる逐次近似画像再構成(ML-EM法)の一致の度合いを評価しました。その結果、同時計数の再構成画像から再現される非同時計数の分布と測定された分布を比較することによって、逐次近似法における画像の更新の有効性を判定すると、画像に含まれる高周波のノイズへの追随を制限できるために、統計精度に劣る低放射能の測定においても、逐次近似の画像再構成法での画像更新回数を適切に決定できることを確認しました。また、ガントリー上の全検出器に亘る非同時計数分布データは、同時計数より再構成された画像における小さなホットスポットの部分容積効果による歪みを精確に補正するために有効であることを確認しました。以上のことより、陽電子断層撮影(PET)での非同時計数データ(無用イベント)を測定して非同時計数ならびに同時計数とポジトロン濃度分布との相関関係を決定することによって、統計的に有利な非同時計数データをポジトロン分布の事前情報に変換して逐次近似画像再構成法に活用することで、統計精度に劣る同時計測データからポゾトロンの濃度分布を高い精度で再構成できることを明らかにしました。この様な無用イベントのPET画像再構成への利用によって、放射性核種の低投与量および短時間スキャンといった被曝制限下においても高品質な画像が提供できるPETの高感度化が達成できることを明らかにしました。本研究では、陽電子断層撮影(PET)での非同時計数データ(無用イベント)を測定して非同時計数ならびに同時計数とポジトロン濃度分布との相関関係を決定することによって、統計的に有利な非同時計数データをポジトロン分布の事前情報に変換して活用し、統計精度に劣る同時計測データからポジトロンの濃度分布を高い精度で再構成できる逐次近似法を開発して、放射性核種の低投与量および短時間スキャンといった被曝制限下においても高品質なポジトロンCT画像が提供できるPETの高感度化を検討します。今年度は、同時計数イベントから再構成したRI分布からPET装置の全検出器についての非同時計数イベントを再現することを検討するために、東北大学サイクロトロン・ラジオアイソトープセンターのECAT931(CTI社製4リング-BGO-PET)を用いて、H^<18>F-H_2Oを満たしたホットスポット形状の異なる3種類のファントム(φ210mm)の同時計数と非同時計数を種々の統計精度で測定し、解析的画像再構成と非同時計数を事前情報に変換して用いる逐次近似画像再構成(ML-EM法)の一致の度合いを評価しました。同時計数の再構成画像から再現される非同時計数の分布と測定された分布を比較することによって、逐次近似法における画像の更新の有効性を判定すると、画像に含まれる高周波のノイズへの追随を制限できるために、統計精度に劣る低放射能の測定においても、逐次近似の画像再構成法での画像更新回数を適切に決定できることを確認しました。このような非同時計数の有効利用をPET装置の固有のFOV全体にわたって活用することを検討するために、陽電子分布を任意に設定してモンテカルロ法に基づいて対消滅γ線の飛行と検出をシミュレートするmathematical phantomのプログラム開発を行っています。

この様な無用イベントのPET画像再構成への利用によって、放射性核種の低投与量および短時間スキャンといった被曝制限下においても高品質な画像が提供できるPETの高感度化が達成できることを明らかにしました。
並列計算環境上の超大規模組合せ最適化基本技術の研究

VLSIの自動レイアウト設計において発生する超大規模組合せ最適化問題に対して,有効な解法を検討する.研究目的は下記である.(1)発見的手法ではなく,理論的に最適性を保証さた最適手法を適用できるよう問題を定式化する,(2)複雑な組合せ最適化問題を解くために,問題を目標計画問題として定式化する,(3)処理時間の削減に対しては並列処理を適用する.(1)(2)に対しては,初期配置,配置改善,概略配線,及び詳細配線,の各技術開発において,問題を線形計画問題,又は非線形計画問題として定式化した.これは,相反する電気的特性最適化と面積最適化を同時に行う問題を目標計画問題として定式化したためである.この問題を解くために,ランダマイズドアルゴリズムを導入して実験評価した結果,従来より時間がかかるがより質の高い解を得る見通しが得られた.処理時間を削減するために,配置配線を行うための領域と配置配線データを分割し,問題規模を縮小して解を生成し,最終的に得られた解を結合する「領域分割型並列処理」を導入した.(3)に対して,並列処理プラットフォームを構築するためにVoyagerを選定し,実験評価した.その結果,必要とする並列処理プラットフォームを構築できる可能性が高いと判断した.研究実施計画と比較した場合の大きな違いは,全体の処理プログラムを結合してシステムに纏められていないことにある.しかし,個々の処理毎にはベンチマークデータの入出力を独自に開発したり(配線処理では配置処理が完成しないとデータが来ない),人手配置を行うなどにより単独の評価は行ってきた.その意味では,各技術とも3年間にわたって様々な実験と評価を行い,技術を確立してきた.今後集中的にシステム化を行い,高性能を目指すよりもまず全体の処理を結合してベンチマークデータを実行できる状態にする予定である.VLSIの自動レイアウト設計において発生する超大規模組合せ最適化問題に対して,有効な解法を検討する.研究目的は下記である.(1)発見的手法ではなく,理論的に最適性を保証さた最適手法を適用できるよう問題を定式化する,(2)複雑な組合せ最適化問題を解くために,問題を目標計画問題として定式化する,(3)処理時間の削減に対しては並列処理を適用する.(1)(2)に対しては,初期配置,配置改善,概略配線,及び詳細配線,の各技術開発において,問題を線形計画問題,又は非線形計画問題として定式化した.これは,相反する電気的特性最適化と面積最適化を同時に行う問題を目標計画問題として定式化したためである.この問題を解くために,ランダマイズドアルゴリズムを導入して実験評価した結果,従来より時間がかかるがより質の高い解を得る見通しが得られた.処理時間を削減するために,配置配線を行うための領域と配置配線データを分割し,問題規模を縮小して解を生成し,最終的に得られた解を結合する「領域分割型並列処理」を導入した.(3)に対して,並列処理プラットフォームを構築するためにVoyagerを選定し,実験評価した.その結果,必要とする並列処理プラットフォームを構築できる可能性が高いと判断した.研究実施計画と比較した場合の大きな違いは,全体の処理プログラムを結合してシステムに纏められていないことにある.しかし,個々の処理毎にはベンチマークデータの入出力を独自に開発したり(配線処理では配置処理が完成しないとデータが来ない),人手配置を行うなどにより単独の評価は行ってきた.その意味では,各技術とも3年間にわたって様々な実験と評価を行い,技術を確立してきた.今後集中的にシステム化を行い,高性能を目指すよりもまず全体の処理を結合してベンチマークデータを実行できる状態にする予定である.本年度は並列分散処理のための計算機環境を整備、並列分散処理を実現するための手法の研究、並列分散処理、及び、逐次計算環境での並列分散処理シミュレーションを実施した。1.計算機環境本研究ではパーソナルコンピュータ(以下PCと呼ぶ)とエンジニアリングワークステーション(以下EWSと呼ぶ)を複数台ネットワークで接続した並列分散処理環境を構築する計画である。従来のPC、EWSに加えて、10台の計算機から成る計算機環境を整えた。2.手法の研究開発VLSI(超大規模集積回路)チップの自動レイアウト設計を行うシステムを開発中である。それに組み込む以下の手法を開発し、実験評価して、チップ面積縮小と高速動作に関して、それらの有効性を確認した。その結果、並列分散処理環境を整えた後、これらを並列化して行くという研究の方針を得た。ランダマイズドクラスタリング手法、階層化クラスタ配置手法、遺伝的手法に基づく配置改善手法、ネットワークフローに基づく概略配線手法、予測線分探索法に基づく詳細配線手法、領域分割型並列詳細配線手法、ランダマイズドマッチングに基づくクロック論理自動レイアウト手法。3.並列分散処理ネットワーク接続したEWS4台の並列分散処理環境において、配線領域を4分割してそれらの内部の詳細配線を、独立、並列に実行する手法を開発して実験している。本年度、EWSの処理速度を考慮して領域を分割する手法により、処理時間を従来の約40分から約20分に削減した。4.シミュレーション階層化クラスタ配置手法の並列処理方法を研究開発し、待ち行列を設定することで並列処理の効率化を図り、階層間に処理の優先度を設けることで、同期を取り、逐次処理環境で並列処理をシミュレートした。その結果、EWSの台数を増大と処理速度、及び配置の性能の関係を明らかにした。本年度は下記の6テーマに絞って、昨年度以来のアルゴリズムとプログラム開発を継続した。研究テーマ(1)電気的特性最適化配置手法に関する研究(2)階層化並列配置手法に関する研究(3)遺伝的アルゴリズムに基づく配置手法に関する研究

(4)領域分割型並列詳細配線手法に関する研究(5)高密度詳細配線手法に関する研究(6)並列処理の枠組みに関する研究特に大きく進歩した(1)(6)の研究テーマの概要を示す。尚、これらの研究テーマの成果は論文発表可能なレベルにあるが、実データに対する評価が十分ではないため、現在実データを企業に提供依頼中である。1.電気的特性最適化配置手法に関する研究新規性は次の2点である。(a)制約値を目標値として扱い、最適化する、(b)確率的アルゴリズムを導入して、最適性を高める。問題は、高速マイクロプロセッサを設計するために電気的制約を最適化してチップのレイアウト設計を行うことである。従来、制約を「完全に遵守すべきもの」として取り扱い、制約以外の目的関数、例えば面積縮小などを大幅に悪化させていた。本手法では制約値を目標値として取り扱い、目的関数全てを調和させて最適化する。配置問題は組合せ最適化問題である。この種の問題では如何にして局所最適解から抜け出して大域的最適解に到達するかが重要である。本手法では、局所最適解から確率的に抜け出す手法を提案し、実験的にその有効性を予測した。2.並列処理の枠組みに関する研究本研究では開始以来様々な並列処理環境を調査し実験してきた。しかし、数年前に新しい計算機言語、Javaが提案され、それを利用したHORBという言語が提案された。本年度その言語を使用して、全処理が使用可能な並列処理の枠組みを開発し、実験によりその有効性を確認した。来年度以降、この枠組み上に配置配線の各処理を構築する。尚、この言語本分野への導入は例がない。本年度は下記の5テーマに絞って、昨年度以来のアルゴリズムとプログラム開発を継続した。研究テーマ(1)階層型並列配置手法関する研究(2)領域分割型遺伝的アルゴリズムによる配置手法に関する研究(3) Voyagerに基づく並列処理エンジンに関する研究(4)非線形計画法に基づくクロストーク考慮チャネル配線手法に関する研究(5)アナログ回路の概略配線手法に関する研究特に大きく進歩した(3)(4)の研究テーマの概要を示す。尚、これらの研究テーマの成果は論文発表可能に近づきつつあるが、実データに対する評価が十分ではないため、現在プログラムを拡張して実験評価中である.1. Voyagerに基づく並列処理エンジンに関する研究昨年度まではHORBと呼ぶJava上の並列分散処理言語をもとに並列分散処理環境を構築してきた.この言語は機能,性能的に優れているが,フリーソフトウェアのために将来性が見えず,今後の進化もそれほど期待できない.このことから今年度から言語をVoyagerに変更し並列処理環境を構築することにした.その結果,エージェントと呼ぶ機能を使用して並列分散処理環境を更に容易に構築でき,処理速度を評価した結果十分に実用に耐えることを確認した.
神経変性疾患に関連したタンパク質凝集形成を防ぐシャペロンRNAの実証

TDP-43のカルボキシル末端断片をMBPおよびポリヒスチジンタグ融合型として大腸菌において発現させることができた.ただし,ほぼ全てのタンパク質が非イオン性界面活性剤存在下で不溶性であったことから,尿素またはグアニジン塩酸による可溶化を試みた.どちらの変性剤でも可溶化でき,その変性可様化状態でNi-NTAカラムを通して精製することができた.この状態から変性剤を透析法またはスピンカラム法にて除去し,可溶化させる条件検討を行った.しかしながら,可溶化効率が極めて悪く,多くのタンパク質が析出した.このため,変性剤の除去ステップの検討を行ったが,完全な変性剤除去条件を確立するには至っていない.次に,細胞内でのRNAシャペロン効果を実証するために,蛍光標識合成RNAを培養細胞へ導入するための条件検討を行った.その結果,ビーズローディング法を用いて蛍光標識RNAを生細胞内へ導入する系を確立できた.さらに,生細胞内に導入したRNAの動態を,Fluorescence recovery after photobleaching (FRAP)法を用いて解析したところ,RNA配列の違いにより様々な動態を示すことがわかった.特にAU-richなRNAでは動的割合が大きく,GC-richなRNAでは動的割合が低い(不動性分子も存在する)ことがわかった.さらにこの不動性は核内だけでなく細胞質でも見られることから,これらのRNAはおそらくDNAではなくタンパク質またはタンパク質-RNA複合体と相互作用し,拡散性が遅くなっているのではないかと考えられた.このことは,RNAのシャペロン機能,特に細胞内のそれを実証していく上で重要な基礎的知見となった.TDP-43のカルボキシ末端断片を大腸菌リコンビナントタンパク質として発現・精製する条件は確立した.またそれらのタンパク質の可溶性や適切に可溶化する変性剤の選定・検討,変性剤除去後の可溶化率など基礎的条件検討までは確立できた.ただし,これらの変性剤除去後,予想に反して可溶化率が低かったことから,RNAの効果をみる実験に着手できていない.そのため,研究全体としては概ね順調ではあるものの,予想以上の進展ではないと判断した.可溶化条件の確立できていないTDP-43カルボキシル末端断片の可溶化条件の検討を引き続き行う.具体的には,変性剤を低濃度で添加した状態で可溶性を維持するか,あるいは結合することが判明しているRNAを変性剤除去時に添加しておくことにより可溶化率が上昇するか検討する.このことにより,RNAのシャペロン様効果を実証できると考えられる.リコンビナントタンパク質の系には可溶性という困難さも伴うため,ある程度の可用性を維持して発現することがわかっているNeuro2AやHEK293などの哺乳類培養細胞に発現させたものを精製することなども検討する.TDP-43のカルボキシル末端断片をMBPおよびポリヒスチジンタグ融合型として大腸菌において発現させることができた.ただし,ほぼ全てのタンパク質が非イオン性界面活性剤存在下で不溶性であったことから,尿素またはグアニジン塩酸による可溶化を試みた.どちらの変性剤でも可溶化でき,その変性可様化状態でNi-NTAカラムを通して精製することができた.この状態から変性剤を透析法またはスピンカラム法にて除去し,可溶化させる条件検討を行った.しかしながら,可溶化効率が極めて悪く,多くのタンパク質が析出した.このため,変性剤の除去ステップの検討を行ったが,完全な変性剤除去条件を確立するには至っていない.次に,細胞内でのRNAシャペロン効果を実証するために,蛍光標識合成RNAを培養細胞へ導入するための条件検討を行った.その結果,ビーズローディング法を用いて蛍光標識RNAを生細胞内へ導入する系を確立できた.さらに,生細胞内に導入したRNAの動態を,Fluorescence recovery after photobleaching (FRAP)法を用いて解析したところ,RNA配列の違いにより様々な動態を示すことがわかった.特にAU-richなRNAでは動的割合が大きく,GC-richなRNAでは動的割合が低い(不動性分子も存在する)ことがわかった.さらにこの不動性は核内だけでなく細胞質でも見られることから,これらのRNAはおそらくDNAではなくタンパク質またはタンパク質-RNA複合体と相互作用し,拡散性が遅くなっているのではないかと考えられた.このことは,RNAのシャペロン機能,特に細胞内のそれを実証していく上で重要な基礎的知見となった.TDP-43のカルボキシ末端断片を大腸菌リコンビナントタンパク質として発現・精製する条件は確立した.またそれらのタンパク質の可溶性や適切に可溶化する変性剤の選定・検討,変性剤除去後の可溶化率など基礎的条件検討までは確立できた.ただし,これらの変性剤除去後,予想に反して可溶化率が低かったことから,RNAの効果をみる実験に着手できていない.そのため,研究全体としては概ね順調ではあるものの,予想以上の進展ではないと判断した.可溶化条件の確立できていないTDP-43カルボキシル末端断片の可溶化条件の検討を引き続き行う.具体的には,変性剤を低濃度で添加した状態で可溶性を維持するか,あるいは結合することが判明しているRNAを変性剤除去時に添加しておくことにより可溶化率が上昇するか検討する.このことにより,RNAのシャペロン様効果を実証できると考えられる.リコンビナントタンパク質の系には可溶性という困難さも伴うため,ある程度の可用性を維持して発現することがわかっているNeuro2AやHEK293などの哺乳類培養細胞に発現させたものを精製することなども検討する.

本来は2018年度の二月から三月にかけて実施予定であった課題のために用いる予定であったが,当課題の別の検証に時間を要し,三月までに実施できなかった.ただし,年度が明けてすぐにその研究のために必要な消耗品・器具を購入してすでに実施開始済みである.また前年度の末に使用予定であったものが二ヶ月先延ばしになっただけであり,三カ年の研究計画としての変更点はない.
肺線維化おける生物学的特性を指標とした新鉱物線維の安全性評価に関する研究

以上の成績から、UICCcrocidoliteとwhiskerに比しceramic fiberでTNF-α,IL-1β産生能が亢進していることが示された。その他の肺線維化関連cytokineについては、今後測定法を確立することによってさらに最適測定項目の探索を進める予定である。また、従来用いられてきた細胞毒性試験結果とTNF-α,IL-1βの結果に相違がみられることより、in vivo実験により肺線維化とこれら試験項目との関連性について検討が必要と考えられた。他の代替品についても比較検討を加え、肺線維化においての生物学的特性を指標とした毒性試験を確立すると共にそれらの成績と鉱物繊維の形状、物理的、化学的特性との関連性についてさらに検索を続ける予定である。難溶性粒子状及び繊維状物質の生体影響を評価する目的で、臓器特異的細胞毒性の指標として、UICCアスベストとシリカによるヒト肺胞マクロファージの各種サイトカインと細胞増殖因子の産生とその放出量を培養システムで検討した。1.IL-8、MIP-α,TNF-αはアスベスト添加により細胞内含量、放出量は共に増加し、その程度はクリソタイル<アモサイト<クロシドライトの順であった。2.IL-1αは、アスベスト添加により細胞外液中で上昇したがクリソタイル、アモサイト、クロシドライト間での差は明確ではなかった。細胞内IL-1αは、細胞外液中の3-5倍高値を示し、その程度はクリソタイル<アモサイト<クロシドライトの順であった。3.FGFは、対照群、アスベスト添加群ともに細胞内・細胞外液中では検出されなかった。4.TGFβ1,TGFβ2の細胞内・細胞外含有量には、アスベスト添加による明確な増減は認めなかった。5.シリカ添加によりIL-8の上昇を認めたが、MIP-1αの有意な増加は認めなかった。6.LDH,β-glucuronidase活性及びMTT法による細胞障害性試験法と同様に肺胞マクロファージ由来のサイトカインであるIL-8,MIP-1α,TNF-αを測定する試験法は、特異性、感度共に良好であり、かつ簡易に測定できることから鉱物繊維の安全評価法の一つとして有用である可能性が示唆された。今後、アスベスト代替品である新鉱物繊維を用いて試験を行ないUICCアスベストとの比較評価を行なう予定である。実験成績から、微小ファイバーであるwhiskerに比しCeramic fiberで、TNF-α,IL-1β産生能が亢進していることが示された。TNF-αは、他のサイトカインの増加に先立ち上昇することより、肺線維化関連サイトカインの変動が予測された。しかし、rodentで測定できるサイトカインは現在のところ制限されており、今後関連する他のサイトカインについてその測定法を確立することによって最適測定項目の探索を進める必要がある。また、従来用いられてきた細胞毒性試験結果とTNF-α,IL-1βの結果に相違がみられることより,今後in vivo実験により肺線維化とこれら試験項目との関連性について検討が必要と考えられた。
人工皮膚による静摩擦覚機構の実現

本研究の目的は,ヒトの皮膚と同等の機械的構造および触覚機能をもつ人工的な皮膚を開発し,そこから得られる情報に基づいて静摩擦覚機構を実現することであった.この目的に対し,静摩擦覚機構の解明に重要な役割を果たすと考えている初期局所滑り現象とこれに関与するヒトのFAI型触覚受容器に着目した.そしてまず,ヒト指の構造的特徴を模倣して,柔軟なシリコーンゴム材の表面に指紋状の凹凸を配置し巨視的に曲率を持たせた形状を考案し,各指紋状凸部内に,対向状に1対の人工マイスナー小体(PVDFフィルムあるいは歪ゲージ)を配置した人工皮膚を構築し,さらに以下の研究を進めた.すなわち,まずPVDF回路信号の周波数特性を詳細に調べた結果,折れ点周波数を境に,応力の1次時間微分(stress-rate)特性と3次微分(stress-jerk)特性を合せもつことがわかった.つぎに,1対のPVDF回路出力あるいは歪ゲージ回路出力の差分信号についてFEMを用いた初期局所滑りの動的挙動解析結果との照合を図ったところ,指紋の滑りの前兆を表す低周波信号,またその直後に滑りそのものに対応する高周波信号がそれぞれ検出できることを確認した.さらに,人工皮膚上で物体の転がりを生じさせた場合のPVDF回路信号を調べた結果,転がりの場合には上記信号が現れないことがわかった.最後に,人工皮膚を表面に装着したフィンガを用いて,それらの物体把持実験を行った結果,重量や静摩擦係数に拘らず,物体を安定に把持することができた.以上の成果から,本研究は,人工指紋の動的挙動および人工マイスナー小体からの情報処理を伴う初期局所滑りが静摩擦覚機構の中心的な役割を果たしていると考えることができ,また,その情報処理機構の有効性をも検証することができたとまとめることができる.本研究の目的は,ヒトの皮膚と同等の機械的構造および触覚機能をもつ人工的な皮膚を開発し,そこから得られる情報に基づいて静摩擦覚機構を実現することであった.この目的に対し,静摩擦覚機構の解明に重要な役割を果たすと考えている初期局所滑り現象とこれに関与するヒトのFAI型触覚受容器に着目した.そしてまず,ヒト指の構造的特徴を模倣して,柔軟なシリコーンゴム材の表面に指紋状の凹凸を配置し巨視的に曲率を持たせた形状を考案し,各指紋状凸部内に,対向状に1対の人工マイスナー小体(PVDFフィルムあるいは歪ゲージ)を配置した人工皮膚を構築し,さらに以下の研究を進めた.すなわち,まずPVDF回路信号の周波数特性を詳細に調べた結果,折れ点周波数を境に,応力の1次時間微分(stress-rate)特性と3次微分(stress-jerk)特性を合せもつことがわかった.つぎに,1対のPVDF回路出力あるいは歪ゲージ回路出力の差分信号についてFEMを用いた初期局所滑りの動的挙動解析結果との照合を図ったところ,指紋の滑りの前兆を表す低周波信号,またその直後に滑りそのものに対応する高周波信号がそれぞれ検出できることを確認した.さらに,人工皮膚上で物体の転がりを生じさせた場合のPVDF回路信号を調べた結果,転がりの場合には上記信号が現れないことがわかった.最後に,人工皮膚を表面に装着したフィンガを用いて,それらの物体把持実験を行った結果,重量や静摩擦係数に拘らず,物体を安定に把持することができた.以上の成果から,本研究は,人工指紋の動的挙動および人工マイスナー小体からの情報処理を伴う初期局所滑りが静摩擦覚機構の中心的な役割を果たしていると考えることができ,また,その情報処理機構の有効性をも検証することができたとまとめることができる.本研究の目的は,ヒトの皮膚と同等の柔らかさおよび機能をもつ人工的な皮膚を開発し,そこから得られる情報に基づいて静摩擦覚機構を実現することである.目的を達成するための具体的な内容に沿って,1年目は,静摩擦覚に関連が深いヒトの触覚(機械)受容器の力受容特性を模倣した2種類の人工機械受容器を人の皮膚と同等に柔らかい組織の中に作り込むというものであった.この目的に対し,まず,人工機械受容器として用いるトランスデューサとして,PVDFフィルムトランスデューサ(以降PVDF)を選定し,これに様々な周波数の応力を加えたときの検出特性を詳細に調べた.その結果,周波数の増加につれて,応力の1次時間微分特性から2次微分特性に移行する興味深い周波数特性が得られ,その折れ点周波数が検出回路の入力インピーダンスの調整によって変更できることが,シミュレーションおよび実験によって確認された.また,検出感度S/N比によって評価した結果,本目的に対し,PVDFを適用可能であることが分かった.また,ヒトの指紋および指紋内部に2列に並んだ触覚受容器の配置に学ぶ柔軟な人工フィンガの構造を提案した.フィンガの表面には9個の指紋が並び,フィンガ全体として曲率を持っている.各指紋の下部には応力変化を検出するためのPVDFフィルムあるいは変位検出のためのひずみゲージを45度に傾けて配置することになる.動作原理を確認するために,有限要素法を用いた動的接触解析および実際に製作したフィンガを用いた実験を行った.これらの結果,本フィンガを用いれば接触領域端部の指紋の初期局所滑りに基づくひずみ状態を精度よく検出できることを確認した.