hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ウイルス特異的増殖プロセスの阻害を機序とする薬剤耐性回避型抗ウイルス剤の探索

開発には多くの解決すべき課題があったが、培養細胞で小胞体グルコシダーゼ活性のみを特異的に検出可能な阻害剤スクリーニングに適した励起波長を有する3色(赤・青・緑)の蛍光基質を設計し合成を行なった。得られた蛍光基質を用いた培養細胞レベルでの標的酵素阻害剤のハイスループットな阻害剤スクリーニング系の構築を鋭意行なっている。平成29年度の研究実施計画においては、「蛍光基質の分子設計と合成」と「阻害剤スクリーニング系の確立と最適化」の実施を行った。「蛍光基質の分子設計と合成」では、小胞体グルコシダーゼの詳細な基質特異性解析の結果得られた本酵素に特徴的な酵素活性である2-deoxyglucosidse活性を基にした標的酵素特異的な阻害剤探索が可能な3色の蛍光基質を合成を試み、概ね順調に合成を進めている。「阻害剤スクリーニング系の確立と最適化」については、前述において合成した蛍光基質を用いて、標的酵素阻害剤のセルベーススクリーニング法の開発を行うために、細胞レベル阻害剤探索系の構築を試みた。細胞培養および蛍光測定可能な96穴プレートに細胞を培養し、阻害剤または阻害剤候補化合物と本蛍光基質を加えインキュベートを行い、各ウェルの蛍光強度を蛍光プレートリーダーによって測定し、阻害活性の効率的な評価を試み概ね良好な結果を得ている。以上のことから、当初の計画通り研究がおおむね順調に進展していると判断した。新興・再興ウイルス感染症が毎年のように大きく報道および報告されているが、細菌感染症に対する抗生物質に比べ、抗ウイルス薬の開発は大きく遅れており、新規な抗ウイルス薬の開発が喫緊の課題となっている。本研究では、薬剤耐性ウイルスの出現回避を目指した、宿主の酵素によるウイルス特異的増殖プロセスを標的とした抗ウイルス薬の探索と開発を目指している。そこでウイルスコートタンパク質の糖鎖合成阻害がウイルスの感染性を大幅に低下させる事および糖鎖合成阻害がウイルス粒子の成熟を阻害することに着目し、これら糖鎖合成を司る酵素の阻害剤は薬剤耐性回避型抗ウイルス薬となると考えた。本研究では、培養細胞内で機能する糖鎖合成酵素特異的蛍光基質を合成し、化合物ライブラリから阻害剤スクリーニングを行い、抗ウイルス薬のリード化合物を得る事を目的とし研究を行なっている。本目的である酵素阻害剤を効率よくかつ確実に得るために、タンパク質の翻訳後修飾の1つであるN-結合型糖鎖合成に着目し、その最初の段階に関与する小胞体グルコシダーゼを標的酵素とした。しかし、これら小胞体グルコシダーゼ阻害剤の研究において、in vitro阻害活性と細胞レベル阻害活性の不一致が研究の進展を阻んでいた。更に、細胞レベルでの小胞体グルコシダーゼ阻害のアッセイは、ウイルスまたはラジオアイソトープを用いるため、大量の化合物からなる化合物ライブラリからの阻害剤スクリーニングには適していないという現状がある。そこで、標的酵素活性を細胞レベルで可視化する蛍光基質の開発に着手し、培養細胞で小胞体グルコシダーゼ活性のみを特異的に検出可能な阻害剤スクリーニングに適した蛍光基質が得られた。
複合系の分子機能

有機化合物と生物の受容体との相互作用によってひき起こされる生物応答の機構を分子レベルで理解するため、各種分子の絡み合った複合系を考慮した有機化学的アプロ-チを行ない、以下の結果を得た。<天然ブレオマイシシンから人工ブレオマイシンへ>___ー(大野・板井・杉浦)ブレオマイシン金属結合部位モデルによる酸化反応を検討し、条件により生成する酸素活性種の性質が異なることが示唆された。DNA結合部位と金属結合部位を種々の連結部位でつないだ人工ブレオマイシンを合成し、またコンピュ-タ-によるシュミレ-ションを行ない、人工ブレオマイシンとDNAとの相互作用には連結部位の立体構造が大きく影響することを明らかにした。<免疫有機化学>___ー(大沢)広い範囲の癌細胞を認識障害する癌細胞障害性マクロファ-ジ表面の癌細胞認識分子の同定精製を行ない、P815マストサイト-マ癌細胞を認識する分子としてガラクト-ス/Nーアセチルガラクトサミンに特異的なレクチンを得た。このレクチンの部分アミノ酸配列に基づき遺伝子のクロ-ニングを行ない、レクチンの遺伝子を得た。さらにこの遺伝子を大腸菌に導入して発現させることにより、可溶性のレクチンを得ることに成功した。<有機リン酸基含有新規ペプチド>___ー(植木)0ージメチルホスフィニル基(Dmp)を含む短鎖ペプチドは高い親水性を持つ。ペプチドホルモンのコレシストキニンの短鎖アナログでTyr(SO_3H)の代わりにDmp基を含有するSUT8701を合成した。SUT8701は中枢においてアセチルコリンの遊離を促進した。これによりコレシストキニンの活性発現に必須なTyr(SO_3H)を初めて他の残基に置き換えることが可能であることが示された。
アレルゲン免疫療法のシングルセルおよびbulk遺伝子発現情報による病態解明

近年可能となったシングルセルレベルの網羅的遺伝子発現解析(single-cell RNA-seq)により、ターゲットとなる分子について事前に情報がなくとも、どの遺伝子が、どの性質の細胞に発現しているのかについての情報を得られるとともに、今まで知られていない未知の細胞についても検出可能である。本研究ではアレルゲン免疫療法の免疫応答の変化をsingle cell RNA-seqとbulk RNA-seq解析により検出する。さらに、アレルゲン免疫療法前後のT細胞のTCRを決定すること、同じ細胞のRNA-seqを行うことにより、細胞の遺伝子発現プロファイルと特定のTCRとの関連、および治療応答性との関連を検討する。
人工タンパク質のデザインとフォールディング

天然の球状蛋白質のフォールディング過程は協同的であり、このことが、蛋白質が示す"蛋白質らしい"構造物性の源となっている。協同性の機構を説明する幾つかの理論モデルが提案されているが、アミノ酸配列と協同性との関係を論じた研究例は少ない。そこで本年度は、フォールディングの協同性が生み出される具体的メカニズムを明らかにすることを目的として研究を行い、以下のような成果を得た。1.天然蛋白質のアミノ酸配列とフォールディング特性の関係を調べるために、ミオグロビンの疎水性コア変異体を作成し、塩酸グアニジンを用いて変性実験を行った。その結果、ミオグロビンのアミノ酸配列は、フォールディング中間体を不安定化するように厳しく選ばれており、それによって協同的な折りたたみ反応を実現していることが明らかになった。中間体の形成は、大きな球状蛋白質が正しく折りたたまれるのに不可欠なステップであるが、過度に安定な中間体は、細胞内でミスフォールドした分子重合体の形成を促進する。従って、中間体の不安定化は、蛋白質の分子進化の淘汰圧となり得る。2.前年度までに設計・合成した人工Cro蛋白質は、非協同的な熱変性反応を示した。そこで、協同的なフォールディング反応をデザインするため、人工Cro蛋白質のNMR構造に基づいて、疎水性コアを形成するアミノ酸部位の内4つを選んで残基置換し、一連の変異蛋白質を作成した。これらの変異体について熱変性実験を行い、協同的フォールディング反応を示す人工蛋白質を得た。本結果は、NMR構造が決定できる様な単一な立体構造の形成は、協同的なフォールディング反応実現のための十分条件とは成り得ず、天然様の協同的なフォールディング特性を実現するためには、さらにアミノ酸配列の絞り込みが必要であることを示す。酵素や転写因子が示す高度な機能は、天然蛋白質特有の構造特性に依存している。とくに、分子量が大きく多数の疎水性残基を含むにもかかわらず、水溶液に対して高い溶解度を示すことは、天然の球状蛋白質がもつ優れた分子物性のひとつであり、これらの性質がNMRやX線結晶構造解析による立体構造決定を可能とする。本研究では、タンパク質がこれらの特性を実現するためのエッセンスを明らかにすることを目的として、人工蛋白質のデザインとフォールディングの研究を行っている。本年度は以下のような研究成果を得た。1.天然のシトクロームcが小分子量で高い酸化還元電位をもつことに注目し、ポリペプチドとヘム側鎖が共有結合するc型の人工シトクロームの設計と合成を行った。合成された人工蛋白質の構造と物性を天然シトクロームと比較することにより、シトクロームの機能発現の仕組みについて検討した。その結果、天然シトクロームcの機能(高い酸化還元電位)が、軸配位子との結合を含むヘムの共有結合構造だけでなく、ヘム周辺の疎水的な非共有結合構造によって実現されていることが明らかとなった。天然シトクロームcにおけるヘムとポリペプチド間のチオエーテル結合は、不安定な酸化型シトクロームからヘムが離脱するのを防ぐことにより、間接的に機能の実現に寄与しているものと考えられる。2.分子設計用に開発した経験的ポテンシャル関数を用いて、λファージ由来Cro蛋白質(λCro)の立体構造に折り畳まれるアミノ酸配列をデノボ設計した。λCroは、全長67残基のサブユニットからなるホモダイマーを形成し、2次構造としてαヘリックスとβシートをもつ。設計されたダイマー蛋白質のモノマー変異体を合成し、多次元NMR解析により、その溶液構造を決定した。得られた平均構造は、天然λCroモノマー変異体のX線構造と比較して、主鎖のRMSDが2.1Åの精度で一致した。
ナメクジウオの性ステロイドの構造と機能に関する研究

性ステロイドは脊椎動物に特有なホルモンで、生殖機能を制御し、体内の神経・内臓の活動のバランスを維持している。その作用機構は複雑な代謝系を介するので新たな機能の発見もあるが不明の部分も多い。そこで本研究は、脊椎動物の祖先型がもつ性ステロイドが脊椎動物の根幹であると考え、脊索動物門頭索動物亜門ナメクジウオの性ステロイド代謝系を調べた。その結果、脊椎動物ではほとんど使われない5α還元ステロイド代謝系が主要であり、神経系でも活発に生合成されていることが明らかになった。以上から、脊椎動物の性ステロイドは脊索をもつ段階で獲得され、多様な代謝系に進化したことが示唆された。脊椎動物は,ホヤなどの尾索動物,ナメクジウオ類の頭索動物とともに脊索動物門を構成し,脊索を持つ共通祖先からそれぞれ進化した.このうちホヤは遺伝子を失う方向に進化し,脊椎動物と共通する遺伝子は多く持っていない.一方,ナメクジウオは,脊索動物門でもっとも早く分岐したが,その後の進化の過程で保存された遺伝子の多くが,脊椎動物と共通する.すなわち,ナメクジウオは脊椎動物との共通祖先がもつ遺伝子を受け継いでいると考えられ,脊椎動物の研究にとって重要な位置を占める.本研究では,ナメクジウオの新しい性ステロイドの同定,代謝経路の完成,受容体分子の局在とリガンド結合様式、成熟・性分化への性ステロイドの機能の解明を行ない,性ステロイドを通して,脊椎動物の内分泌機構の起源を考えることを目的とする.平成23年度に続き,平成24年度も,5α還元ステロイドに着目して実験を進めた.5α還元ステロイド代謝酵素の遺伝子発現部位を調べ,卵巣では若い卵母細胞に,精巣では精原細胞で発現していることがわかった.生殖細胞での酵素の発現は,生殖細胞自身への性ステロイド作用の可能性を示唆した.さらに神経索での局在を明らかとしニューロステロイドの生合成を明らかにした.脳室にあたる中心管腹側部のヘッセ器官周辺の小型神経細胞での発現の可能性が示唆された.次に非繁殖期から繁殖期までの酵素遺伝子の発現変動を調べた.平成23年度のin vivo性ステロイド作用実験の生殖腺サンプルを用い,5α還元ステロイド代謝酵素の遺伝子発現量をQ-PCRで測定した.その結果,卵巣と精巣,繁殖期と非繁殖期で違いが見られ,それぞれの遺伝子発現細胞数の変動および代謝変動との相関が示唆された.詳細な解析は来年度になる.脊椎動物は、ホヤなどの尾索動物とナメクジウオ類の頭索動物の2グループとともに脊椎動物門を構成し、脊索を持つ共通祖先からそれぞれの系統に進化した。ナメクジウオは、脊索動物門の中で、最も分岐が早かったが、ゲノムの比較では、脊椎動物との共通遺伝子が多く見つかっている。そのうち、性ステロイド代謝酵素は、脊椎動物に特有と考えられていた酵素であり、ナメクジウオでの存在意義は大きい。本研究は平成24年度までに、ナメクジウオの性ステロイド代謝経路が5α還元性ステロイド系であることを明らかにし、性ステロイド代謝酵素の局在を遺伝子発現から調べるため、その方法を確立するところまで進めた。平成25年度は、5α還元性ステロイド代謝酵素の遺伝子発現細胞の存在を確定し、非繁殖期と繁殖期での性ステロイド産生遺伝子発現を比較した。その結果、ナメクジウオの神経索では、5α還元ステロイド酵素の遺伝子発現細胞がヘッセ器官の周囲にある小型神経細胞であることがわかった。ヘッセ器官は脳胞より後方に出現する光受容器官である。脳胞には、アロマテース(CYP19)およびエストロゲン受容体の遺伝子発現細胞が集中していた。また、ハチェック小孔にも性ステロイド産生細胞が初めて確認され、ハチェック小孔の方向に伸長する神経索の先端にもCYP19の遺伝子発現細胞が存在した。一方、生殖腺では性ステロイド産生細胞が体細胞ではなく生殖細胞であることがわかった。実験した性ステロイド代謝酵素のすべてで、繁殖期に産生細胞の数の増加がみられた。これらの結果から、性ステロイドは生殖を制御し、その産生は神経索で分業されハチェック小孔も関与することが示唆された。生殖腺では性ステロイド産生が生殖細胞であり、脊椎動物との違いが明らかとなった。本研究から、性ステロイド産生が神経細胞および生殖細胞から分泌細胞へと特化したことが示唆された。脊椎動物は,ホヤなどの尾索動物,ナメクジウオ類の頭索動物とともに脊索動物門を構成し,脊索を持つ共通祖先からそれぞれ進化した.このうちホヤは遺伝子を失う方向に進化したため,脊椎動物特有の遺伝子の多くは持っていない.一方,ナメクジウオは,脊索動物門でもっとも分岐が早かったにもかかわらず,脊椎動物との共通祖先から多くの共通遺伝子を受け継いでいる.

そこで,本研究では,ナメクジウオの新しい性ステロイドの同定,代謝経路の完成,受容体分子の局在とリガンド結合様式、成熟・性分化への性ステロイドの機能の解明を行ない,性ステロイドを通して,脊椎動物の内分泌機構の起源を考えることを目的とする.平成23年度は,5α還元ステロイドに着目して実験を進めた.まず,すでに得られている性ステロイド代謝実験のデータを整理,解析し,5α還元ステロイド代謝経路が実際に存在し,しかも主要なステロイド代謝物であるとの確証を得た.次に非繁殖期から繁殖期までの酵素遺伝子の発現変動を調べるため,適当な期間毎に成体のサンプリングを行った.産卵は順調で,当研究室では初めて変態まで飼育することができ,変態前後のサンプリングも行うことができた.これらのサンプルを用いた性ステロイドと代謝酵素の変動実験は,平成24年度に持ち越された.最後に5α還元ステロイドの遺伝子発現部位を調べ,卵巣だけでなく,神経索にも発現する可能性が得られた.そこで,成体の連続切片を作成し,神経細胞の分布を既報に照らし合わせて検証した.神経細胞の機能推定は来年度に行う予定にしている.脊椎動物は、ホヤなどの尾索動物とナメクジウオ類の頭索動物の2グループとともに脊索動物門を構成し、脊索を持つ共通祖先からそれぞれの系統に進化した。ナメクジウオは脊索動物門の中ではもっとも早く分岐したが、ナメクジウオとヒトのゲノムの比較では、ヒトとの共通遺伝子が多く見つかった。これらの共通遺伝子のうち性ステロイド代謝酵素は、脊椎動物のすべてと無脊椎動物のうちサンゴなどの数種だけが持っている。そこでこの性ステロイドの役割をナメクジウオで明らかにすれば、脊椎動物固有の生殖現象への進化を考える上で重要な結果が得られると期待できる。本研究は平成25年度までに、ナメクジウオの性ステロイド代謝経路のうち5α還元性ステロイド系が重要であることを明らかにした。またin vivoで性ステロイドを投与すると生殖腺に変化が見られ、産卵誘発までは至らなかったが、生殖腺の組織観察で成熟促進の効果が観察された。これらの実験過程で新規性ステロイドの存在が示唆され、その同定実験のために補助事業期間を1年延長した。しかし新規性ステロイドが極めて微量であり、類似の構造をもつであろう標準物質の入手が困難だったことから最後の構造決定まで到達できなかった。一方で、ナメクジウオの既知の性ステロイドに対する代謝酵素の抗体を作成し、それらを使用した免疫組織化学法で酵素の局在を明らかにすることができた。さらにその局在を繁殖期と非繁殖期で比較したところ、卵巣では若い卵母細胞が酵素を産生し、精巣も若い生殖細胞である精母細胞が担っていた。脊椎動物のように酵素産生に特化した体細胞はなく、生殖細胞が分業して酵素産生と性ステロイド代謝を進めていることが示唆された。性ステロイド代謝酵素の遺伝子発現から生理作用までの成果から、脊椎動物が性ステロイド代謝酵素の産生細胞を獲得したことが生殖制御機構の確立を促したことが示唆された。比較内分泌平成23年度での方法の確立およびサンプリングを引き継ぎ,平成24年度でそれらの実験結果を出すことができた.特に,遺伝子発現が検出された神経細胞の同定,生殖細胞の同定,および遺伝子変動の定量という成果を得ることができた.
麻痺筋の力学的特性の定量解析とオーダーメードストレッチングプログラムの開発

麻痺筋の形状と力学的特性を明らかにするために,超音波法を用いて下腿三頭筋の筋厚と足関節の他動的な運動中の関節スティフネスを測定した(脊髄損傷患者9名,脳卒中患者13名,健常者13名).筋厚は健常者が最も高値を示し,脳卒中患者の麻痺側と脊髄損傷者が最も低値を示した.足関節のスティフネスは脳卒中患者の麻痺側が最も高値を示した.脊髄損傷患者は健常者や脳卒中患者(麻痺側,非麻痺側)と比較して足関節スティフネスの個人差が最も大きかった.麻痺筋の形状と力学的特性を明らかにするために,超音波法を用いて下腿三頭筋の筋厚と足関節の他動的な運動中の関節スティフネスを測定した(脊髄損傷患者9名,脳卒中患者13名,健常者13名).筋厚は健常者が最も高値を示し,脳卒中患者の麻痺側と脊髄損傷者が最も低値を示した.足関節のスティフネスは脳卒中患者の麻痺側が最も高値を示した.脊髄損傷患者は健常者や脳卒中患者(麻痺側,非麻痺側)と比較して足関節スティフネスの個人差が最も大きかった.1.下腿の形態的特性,下腿三頭筋の筋形状の計測受傷後1年以上が経過している慢性期脊髄損傷患者10名と,年代が一致する健常な成人男性10名を対象として,下腿三頭筋各筋の筋厚を超音波法により取得した.測定姿勢は股関節及び膝関節角度90度屈曲の座位で足関節は0度であった.腓腹筋内側頭,外側頭,ヒラメ筋の全ての筋で健常者と比較して脊髄損傷患者では有意な低値を示した2.足関節及び下腿三頭筋・アキレス腱のスティフネス計測上記と同一の被検者を対象として実験を行った.被検者は筋形状の測定時と同様の姿勢をとり,足関節は足関節底背屈装置のフットプレートに固定された.足関節の受動背屈を底屈5度から背屈15度までの範囲で毎秒5度で行った.足関節角度と関節角度変化にともない底屈筋群から発生する受動トルクを100Hzで取得した,また,超音波画像装置のプローブを腓腹筋内側頭,外側頭,ヒラメ筋に貼付し,受動背屈中の超音波画像を30Hzで撮像した.受動背屈中に計測した超音波画像から,画像分析ソフトウェアを用いて各々の筋伸長を算出した二元配置(群x足関節角度)の分散分析の結果,同一の足関節角度変化に対する受動トルクは有意な交互作用がみられた.また,筋伸長については腓腹筋では内側頭,外側頭ともに二群間で有意な交互作用がみられたが,ヒラメ筋では二群間で有意な交互作用はみられなかった.このことから,足関節の角度変化が同じであっても,受動トルクの増加と腓腹筋の伸長性が脊髄損傷患者と健常者とで異なることが明らかになった.以上から,麻痺により筋への神経支配が断たれることで受動的な関節運動の際に受動トルクが高くなること,さらには麻痺により腓腹筋が伸長されにくくなることが示された1.脳卒中患者を対象とした下腿三頭筋の筋形状の定量:脳卒中患者13名を対象として,下腿三頭筋各筋の筋形状の測定を行った.被検者は股関節及び膝関節角度90度屈曲の椅座位をとり,足関節を筋力計のフットプレートに固定された.筋形状の指標として下腿三頭筋各筋の筋束長,羽状角を麻痺側と健側について超音波法で測定した.その結果,全ての筋で筋束長と羽状角について麻痺側で有意な減少がみとめられた.2.脳卒中患者を対象とした下腿三頭筋の力学的特性の定量:足関節の受動背屈を底屈20度から背屈20度までの範囲で毎秒5度で行い,下腿三頭筋各筋の画像を30Hzで撮像した.同一の足関節角度変化に対する受動トルクは有意な交互作用がみられた.また,筋束長変化については腓腹筋では内側頭,外側頭ともに二群間で有意な交互作用がみられたが,ヒラメ筋では二群間で有意な交互作用はみられなかった.このことから,(1)下肢麻痺患者では受動的な関節運動の際に受動トルクが高くなること,(2)麻痺によりヒラメ筋よりも腓腹筋の方が伸びにくくなることが示された.3.ストレッチング方法の違いが足関節のスティフネスに与える影響:6名を対象として異なるストレッチング方法が足関節スティフネスに及ぼす影響について検討した.ストレッチング方法は静的なストレッチングを模したものと,動的なストレッチングを模したものの2種類であった.静的なストレッチングを模した試行では10分間,一定の背屈角度で足関節を固定した.一方,動的ストレッチングを模した試行では,4秒間に1回足関節角度90度(解剖学的正位)から,予め決定していた足関節角度まで100deg/sで行う足関節背屈を10分間継続した.その結果,足関節スティフネスは静的なストレッチングを模した試行の方が,動的なストレッチングを模した試行よりも減少率が大きかった.
非ビアリール型軸不斉アニリドのエナンチオ選択的合成と不斉反応への応用に関する研究

昨年度は,従来知られていなかった光学活性軸不斉アミド誘導体の有効な合成方法の開発と、それらの不斉反応への応用を目的に検討を行った。今年度は,新たに光学活性軸不斉ラクタムの合成と不斉反応への応用,並びに軸不斉ラクタムを利用した新規不斉単座型ホスフィン配位子の開発を目的に検討を行った。1、光学活性フトロプ異性ラクタムの立体選択的合成とキラル分子としての利用光学活性な5-ヒドロキシメチル-γ-ブチロラクトンより3工程で軸不斉型ラクタムであるN-ortho-tert-ブチルフェニル-5-メトキシメチル-2-ピロリジノンを合成した。本ラクタムの5位置換基とortho-tert-ブチル基はトランス配置にあり,このため,ラクタムのリチウムエノラートと親電子剤との反応は,3,5-シス選択的に進行することも見いだした。このシス選択性の発現は従来の5位置換-2-ピロリジノン誘導体を基質として用いては不可能であり,本ラクタムの特徴が良く現れた反応例と考えられる。また,アミノ環化反応によるラクタム環形成の際の立体選択性発現機構に関しても明らかにした。2、軸不斉ラクタムを利用した不斉単座型ホスフィン配位子の設計と不斉反応への応用キレート型不斉ホスフィン配位子に比べ,単座型不斉ホスフィン配位子はその報告例も少なく,開発が望まれている分子である。申請者は,N-Ar型アトロプ異性ラクタムのオルト位にジフェニルホスフィノ基を導入した単座型不斉ホスフィン配位子の合成に成功した。これまでほとんど知られていなかった光学活性軸不斉アニリド誘導体の有効な合成方法の開発と、それらの不斉反応への応用を目的に検討を行った。以下にその結果を述べる。1、光学活性軸不斉アニリド誘導体の効率的な合成方法の開発とキラル分子としての利用光学活性軸不斉アニリドの合成において、当初、不斉アルキル化や不斉アシル化などを利用するエナンチオ選択的合成を試みたものの、満足すべき結果は得られなかった。しかしながら、新たにパントラクトンを用いる光学分割法を見い出し、種々の軸不斉アニリド誘導体を光学的に純枠な形で得ることに成功した。さらに、このようにして合成した光学活性軸不斉アニリドを用い、高選択的な不斉カルボニル付加反応や不斉ヨードラクトン化反応の開発にも成功し、これらのキラル分子としての有用性も明かにした。2、軸不斉アニリド誘導体を不斉配位子として用いる不斉ルイス酸触媒の開発マンデル酸とortho-tert-ブチルアニリンより合成したアニリド誘導体のキレート型チタン錯体が、メ、ソ型エポキシドの不斉開環反応の際の有用な不斉触媒になりうることを明かにした(シクロヘキセンオキシドのチオールによる開環反応で不斉収率が89%eeまで向上した)。今後さらに反応の一般性を図ると共に、エナンチオ選択性発現機構についても明かにするつもりである。
外骨格を使用しない下肢用パワーアシストウェアの設計・制御手法の確立

近年,作業の軽労化を目的に外骨格機構を使用しないパワーアシストロボットの研究開発が行われている.これらは軽量かつ装着感が良好な構造であるが,受動要素により構成されている.そこで,本研究では布材に加え空気圧ソフトアクチュエータを組み合わせることで内圧の調整により支援力の調節が可能なパワーアシストウェアを開発した.そこで,本研究では,使用者の意思反映の手段として筋電位信号を使用し,パワーアシストウェアの制御を行う.提案手法では,人体が発生した膝関節トルクを筋電位から推定し,推定トルクが所望の値に低減するようアクチュエータの内圧を調整する.重装備着用時などの身体への負担の軽減を目的としたパワーアシスト装置を開発した.開発した装置は,布などの弾性材料と空気圧ソフトアクチュエータを用いた衣服状の装置であり,軽量かつ使用者の動作を阻害しない構造である.また,空気圧ソフトアクチュエータの内圧を調整することで,支援力を能動的に変えることが可能である.膝関節,背中部の空気圧ソフトアクチュエータの膨張力を,非伸縮布材料を介して身体に伝えることで伸展トルクを発生させる構造で膝関節,股関節(腰関節)の伸展方向の能動的な支援力を得ることを想定している.本年度は中腰動作等における非伸縮性材料の取り付け角度,取り付け位置の最適値などウェアを設計するための股関節部のモデル化を行った.構築されたモデルから膝関節の屈曲角度をパラメータとし,非伸縮性材料の取り付け位置と発生トルクの関係を求めた結果,今年度作成したウェアの膝関節部用非伸縮性材料の取り付け初期角度は45[°],取り付け位置は膝関節の中心から上下150[mm]とした.ウェアの支援力を検証するために,モデルに基づき制作したマネキンにソフトアクチュエータ,ナイロンバンドを取り付け発生トルクを測定した.モデルより求まる理論値と測定値の結果を比較した結果,測定値が理論値の60-80[%]となっていることを確認した.この誤差はバンドのズレやゆるみなどモデルで考慮していない要因による力の伝達損失が原因と考えられる.しかし,ある一定角度までは膝関節屈曲角度の増加に伴い発生トルクは増加し,それ以降の角度ではトルクが飽和する発生トルクの特性の傾向は一致しており,構築したモデルは設計に有効であることも併せて確認できた.開発しているパワーアシストウェアは,空気圧アクチュエータを使用し,アクチュエータの膨張力を利用して動作支援を行っている.空気圧アクチュエータは人間親和性が高く,軽量と言う利点を持つが,アクチュエータの駆動にコンプレッサなどが必要である.本ウェアの携帯性を維持し単独で運用可能とするには,携帯可能な空気圧供給システムの構築が必要である.そこで平成26年度は,低圧駆動の空気圧アクチュエータ(0.5気圧以下)を対象とし,圧力降下を緩和可能な容積可変タンクを使用し,十分な吐出性能を有しながらも携帯性に優れた空気圧供給システムの開発を行った.本年度は,これまで実測値を指標としていた各構成要素のモデルを構築した.各モデルからシステム全体の構築が可能となったことで,システムの有する吐出性能を製作前段階において把握可能となり,システム設計に大きく寄与することが期待できる.上述手法に基づき空気圧供給システムをパワーアシストウェアに実際に搭載し,支援動作を行った結果十分な吐出性能を有することを確認した.開発したパワーアシストウェアは,空気圧アクチュエータを使用し,アクチュエータの膨張力を利用して動作支援を行っている.パワーアシスト装置は使用者の筋負担の軽減という使用目的から,筋電位信号を使用して制御されることが多い.そこで,平成27年度は中腰姿勢のような一定トルク発生下での姿勢維持を想定した動作において筋電位に基づきパワーアシストウェアを制御した.床反力計などによりあらかじめ筋電位と人体が発生した膝関節トルクの関係を校正した.この関係を用い筋電位のみから推定するトルクが所望の値に低減するようアクチュエータの内圧を調整できる.近年,作業の軽労化を目的に外骨格機構を使用しないパワーアシストロボットの研究開発が行われている.これらは軽量かつ装着感が良好な構造であるが,受動要素により構成されている.そこで,本研究では布材に加え空気圧ソフトアクチュエータを組み合わせることで内圧の調整により支援力の調節が可能なパワーアシストウェアを開発した.そこで,本研究では,使用者の意思反映の手段として筋電位信号を使用し,パワーアシストウェアの制御を行う.提案手法では,人体が発生した膝関節トルクを筋電位から推定し,推定トルクが所望の値に低減するようアクチュエータの内圧を調整する.当初の予定では,エネルギーマッチングによるシステム構築法の確立であった.しかし,各構成要素のモデルを構築できたことで,当初の想定を上回りモデルに基づくシステム構築が可能となった.これにより製作前段階においてシステム設計が可能となった.また,構築した手法を取り入れた空気圧供給システムは,従来システムより高い性能を有しながら約700[g]の軽量化を実現した点も当初の想定を上回った.ロボティクス・メカトロニクスパワーアシスト装置は使用者の筋負担の軽減という使用目的から,筋電位信号を使用して制御されることが多い.そこで,本年度は中腰姿勢のような一定トルク発生下での姿勢維持を想定した動作において筋電位に基づきパワーアシストウェアを制御する.床反力計などによりあらかじめ筋電位と人体が発生した膝関節トルクの関係を校正する.

この関係を用い筋電位のみから推定するトルクが所望の値に低減するようアクチュエータの内圧を調整する.当初の予定では下肢のパワーアシストのみを想定していたが,体幹部を含めた全体のシステムを構築できた.そして構築したパワーアシストウェアの未装着時と比較し脊柱起立筋および外側広筋の筋活動量の低減したことから,当初の想定を上回る支援性能を有する機構の構築ができた.なお,この実験は22歳の健常成人男性1名(身長175[cm],体重60[kg])を被験者として重さ20 [kg]のおもり入れたリュックサックを被験者の胸側に取り付けた状態で中腰姿勢を保持する実験である.以上が達成度を上記のように自己評価した理由である.研究代表者らは空気圧供給システムの開発を行ったがエネルギーマッチングが構築されていなかったため,要求性能に対して過大な性能を有しかつ携帯するには重量の大きいシステムとなっていた.そこで本年度は開発したパワーアシストウェアを自立的に使用するための携帯型空気圧供給システムの構築ならびにアクチュエータ,空気圧供給システムのエネルギーマッチングによるシステム設計法の検討を行う.構築する供給システムでは血圧計などで使用される小型エアポンプおよびエアタンクを使用する.エアタンクはシステム全体の小型化には妨げとなる.しかし,たとえば階段の昇段を例にとるとエアタンクなしでは片脚が身体を持ち上げる瞬間に圧力を供給する必要があるため大出力のエアポンプが必要となる.エアタンクを使用すると一方の脚による次回の昇段までに加圧すればよいためエアタンクなしと比較して小型のエアポンプを使用できる.しかし,従来型の容積が一定のエアタンクでは,アクチュエータへ圧縮空気を供給した時の圧力降下を考慮し,エアポンプには高い吐出圧力性能が求められモータが大型化する.この問題は研究代表者らが開発した容積可変タンクを使用することで解決できる.
Smudge攻撃に耐性を有するタッチスクリーン型モバイル端末向けユーザ認証方式

スマートフォンをはじめとするタッチスクリーン端末では、機密情報を含むドキュメントファイルの閲覧やダウンロードが日常的に行われるため、従来型の携帯電話よりセキュリティの向上が必要とされる。本研究では、スクリーン上の汚れから認証パターンを推測するsmudge攻撃に耐性を有するタッチスクリーン端末向けユーザ認証手法を提案し、実際にスマートフォン向けアプリケーションとして実装した。提案手法は、ユーザ自身が撮影した画像をパス画像として利用する画像認証方式であり、覗き見攻撃や録画攻撃にも耐性を有している。また、認証成功率や攻撃耐性に対する各種考察を行い、それらを向上させるため改良についても検討を行った。近年、スマートフォンやタブレット型端末など、タッチスクリーン搭載型モバイル端末が急速に普及しており、今後もこのような傾向が継続すると考えられる。スマートフォンやタブレット端末などのモバイル端末においては、機密情報を含むドキュメントファイルの閲覧やダウンロードが日常的に行われており、従来型の携帯電話よりもセキュリティの向上が必要とされる。スマートフォンには、「指リスト方式」という、画面上に表示される9つの点から4つ以上の点を自身で設定した順番でなぞる、タッチスクリーンの特性を活かした認証方式が存在する。しかしこの認証方式には、スクリーン上の汚れから認証パターンを推測するというsmudge攻撃が存在する。平成25年度の研究では、smudge攻撃に耐性を有するスマートフォン向けユーザ認証手法の提案を行った。提案手法は、複数枚の画像を表示し、パス画像をフリックさせることにより認証を行う。パス画像の提示場所が認証毎にランダムに変化する。パス画像は、ユーザ自身が直近で撮影した画像を利用する。そのため、写真撮影を行う度にパス画像が更新される。本研究で提案したスマートフォン向けユーザ認証方式は、スクリーン上をなぞる動作のみで認証する方式であるため利便性が高く、さらになぞる動作での認証に対する攻撃手法として知られているsmudge攻撃に対して高い耐性を有している。本手法は、ユーザ自身が認証対象のスマートフォンで撮影しスマートフォン内に保存した最新画像をパス画像、スマートフォン内に保存されているそれ以外の画像をおとり画像として用いることで、ユーザの記憶負担を軽減させるとともにobservation攻撃、intersection攻撃、及びeducated guess攻撃への安全性も併せて向上させている。近年、スマートフォンやタブレット端末など、タッチスクリーン搭載型モバイル端末が急速に普及しており、今後もこのような傾向が継続すると考えられる。スマートフォンやタブレット端末においては、機密情報を含むドキュメントファイルの閲覧やダウンロードが日常的に行われており、従来型の携帯電話よりセキュリティの向上が必要とされる。スマートフォンには「パターンロック」という、画面上に表示される9つの点から4つ以上の点を自身で設定した順番でなぞる、タッチスクリーンの特性を活かした認証方式が存在する。そのような背景のもと、我々はユーザ自身が撮影した最新画像をパス画像として利用するタッチスクリーン端末向け画像認証方式について検討してきた。平成25年度に提案した認証方式はsmudge攻撃(汚れ攻撃)への耐性を有しているが、セキュリティ空間の大きさが4桁のPINコード以下であるという問題点があった。そこで平成26年度の研究では、先行手法に改良を加えることにより、smudge攻撃への耐性と高いセキュリティ強度を有するタッチスクリーン端末向け画像認証方式を提案し、実際にAndoroid端末用アプリケーションとして実装した。提案手法のパスワード空間の大きさは41,472であり4桁のPINコードよりも大きい。また、覗き見攻撃を想定した実験の実施により、覗き見攻撃への耐性の評価も行なった。近年、スマートフォンやタブレット端末など、タッチスクリーン搭載型モバイル端末の普及が進んでおり、今後もこのような傾向が継続すると考えられる。スマートフォンやタブレット端末におていは、機密情報を含むドキュメントファイルの閲覧やダウンロードが日常的に行われており、従来型の携帯電話よりセキュリティの向上が必要とされる。スマートフォンには「パターンロック」という、画面上に表示される9つの点から4つ以上の点を自身で設定した順番になぞる、タッチスクリーンの特性を活かした認証方式が存在する。しかし、この認証方式には、スクリーン上の汚れから認証パターンを推測するというsmudge攻撃が存在する。平成27年度は平成26年度に提案したタッチスクリーン端末向け画像認証方式SWIPASSの改良や検証実験を重ね、その結果を論文としてまとめた。次に、SWIPASSの更なる改良を検討した。具体的には、パス画像と類似する画像が端末内に存在する場合に正規ユーザがパス画像を正確に認識できず、認証に失敗してしまうケースが生じるという問題点への解決策を検討した。なお、当初は各種センサを利用した認証方式の検討を行う予定であったが、予定を変更し録画攻撃に耐性を持つタッチスクリーン端末向け画像認証方式の新提案と実装を行った。新提案した方式のセキュリティ強度は1/38416であり、4桁のPINコードよりも高い強度を有している。また、SWIPASSの更なる改良と、新しいタッチスクリーン端末向け画像認証方式の提案も行った。SWIPASSの改良については、平成27年度中に終えて論文としてまとめる予定であったが、検証実験をいまだ実施している状況である。以上の理由により、「やや遅れている」と自己評価した。

スマートフォンには「パターンロック」という、画面上に表示される9つの点から4つ以上の点を自身で設定した順番になぞる、タッチスクリーンの特性を活かした認証方式が存在する。しかし、この認証方式には、スクリーン上の汚れから認証パターンを推測するというsmudge攻撃が存在する。そのような背景のもと、我々はユーザ自身が撮影した最新画像をパス画像として利用するタッチスクリーン端末向け画像認証方式について検討してきた。平成28年度は平成27年度に引き続き、平成26年度に提案したタッチスクリーン端末向け画像認証方式SWIPASSに関する以下の問題点の解決を検討した。(1)パス画像と類似した画像がおとり画像として表示された場合に認証成功率が低下する問題(2)フェイク画像がユーザが撮影した写真と大きく異なる場合、第三者からの攻撃耐性が低下する問題平成28年度は、上記(1)の問題点を解決する方法を提案し、論文誌に投稿を行った(採録決定、平成29年4月掲載予定)。また、上記(2)の問題点を解決する方法も提案し、国際会議での発表を行った。スマートフォンをはじめとするタッチスクリーン端末では、機密情報を含むドキュメントファイルの閲覧やダウンロードが日常的に行われるため、従来型の携帯電話よりセキュリティの向上が必要とされる。本研究では、スクリーン上の汚れから認証パターンを推測するsmudge攻撃に耐性を有するタッチスクリーン端末向けユーザ認証手法を提案し、実際にスマートフォン向けアプリケーションとして実装した。提案手法は、ユーザ自身が撮影した画像をパス画像として利用する画像認証方式であり、覗き見攻撃や録画攻撃にも耐性を有している。また、認証成功率や攻撃耐性に対する各種考察を行い、それらを向上させるため改良についても検討を行った。平成26年度は、平成25年度に提案した手法の改良を行なった。平成25年度に提案した手法はセキュリティ空間の大きさが4桁のPINコード以下であるという問題点があった。そこで平成26年度の研究では、先行手法に改良を加えることにより、smudge攻撃への耐性と高いセキュリティ強度を有するタッチスクリーン端末向け画像認証方式を提案し、実際にAndoroid端末用アプリケーションとして実装した。提案手法のパスワード空間の大きさは41,472であり4桁のPINコードよりも大きい。また、覗き見攻撃を想定した実験の実施により、覗き見攻撃への耐性の評価も行なった。
電気自動車による物流とエネルギーの統合管理システムの開発

電気自動車の活用が見込まれる物流配送分野においても、その普及にあたっては必要電力の確保と電力の有効利用を実現させるには、電気料金の変動や供給電力の制限など新たな要因を考慮することが必要となる。本研究では、複数の電気自動車で宅配を行う場面を想定して、全体最適を実現する配送計画のための数理計画モデルを構築している。供給電力の価格が変動する状況においては、コストを抑えるために電気自動車の運用計画と電力の利用計画を連動させることが望まれる。エネルギーの供給側の価格変動を考慮しつつ、需要側の運用計画を立案するための混合整数計画モデルを作成し、効率的な配送業務計画を実現させた。電気自動車による配送計画モデルや最適経路計画に関する動向の把握を行い、研究の方向性についての検討を行った。大規模最適化問題として定式化されるため、メタヒューリスティクスを用いて近似解を求めるのが主流であったが、数理最適化手法による効率的アルゴリズムに関する検討も行った。配送計画においては、時間制約と充電制約を考慮した最適経路モデルの構築とその効率的アルゴリズムを開発した。出発地点と到着地点の経路探索モデルを拡張して、複数地点を経由する問題を取り扱い、エネルギー効率の良い経路を求めるモデルを提案した。これらは観光タクシーなどへの応用も見込まれる。また、電気自動車とガソリン車を併用した配送計画モデルやハイブリッド電気自動車による最適経路計画も取り扱った。電気自動車はエネルギー消費は少ないが走行距離が限られている。一方でガソリン車は走行距離に制限はないが燃料費はかかる。ここでは、2s鵜類の自動車のもつ相反する特徴を互いに補完することで、全体としてのエネルギー消費を抑えることを目的としている。電気自動車が活用される状況として物流配送分野や観光業、公共交通機関などを想定した情報収集を行った。これまでにも多くの研究が行われている配送計画では、電気自動車の得失を組み入れた経路探索問題をいくつかの状況設定のもとでモデル化を行い、観光経路設定やコミュニティバスの経路設定などへの応用の可能性について検討した。比較的狭い範囲で小型のバスで運行されるコミュニティ交通は環境にも優しい電気自動車の導入が期待されている。住民の需要に応えつつ、電気自動車の制約の中で適切な運行経路を決めることが望まれている。メーカの実務担当者との関係が構築され、そのモデル化と実用可能性に関する意見交換や情報集が可能となった。電気自動車による経路探索問題の数理的な解析に関する研究においては、配送計画問題の最適化問題によるモデル化とその効率的解法の開発に取り組んだ。標高差のある地形における走行にかかるエネルギー消費量の算定とそれに伴う走行可能性の評価を行い、電気自動車やプラグインハイブリッド車などの走行経路探索モデルを提案した。列生成法とその拡張により、実用的な計算時間で求解できるアルゴリズムを提案したが、大規模な問題に対して適用するには、アルゴリズムのさらなる高速化が必要となる。さらに、ガソリン車と電気自動車を組み合わせることで、走行距離のデメリットを解消し、総合的にエネルギー効率のもっともよい経路を求めるモデルを提案した。経路計画において電気自動車の活用される場面や状況を想定したいくつかのモデル化ができ、その有効性を検証することができている。今後、より実用的な場面に適用するための基盤を作っていけるであろう。太陽光発電や蓄電池、電気自動車の普及によって、電力の利用形態も多様化してきており、電力の安定利用は重要な課題となってきている。その中で、バーチャルパワープラントによる需給バランスの調整などが実施されると、電力価格の変動や供給電力の制限など新たな要因を考慮することも必要となる。本研究では、電気自動車が活用される状況として物流配送分野を想定して、電気自動車の運用計画と電力の利用計画を連動させることを目指しており、エネルギーの供給側における不確実性を考慮しつつ、需要側の運用計画を一体として立案し、安定的な電力運用と効率的な業務計画の両立を実現させる。本年度では、配送スケジューリング問題において、複数の電気自動車で宅配を行う状況を想定して、数理計画モデルによる定式化を行った。使用できる電力の供給量に制限がある場合、まずその供給計画が所与であるとして、その供給計画に応じて適切な運行計画を立案するための数理計画モデルを構築し、その効果の検証を行った。遠方の顧客への配送が後回しになってしまうという特徴も見られたが、概ね期待された運行計画を実現させることができた。供給電力量を所与として経路計画の立案を柔軟に行うためのモデル化を行っている。最終年度では、両者を同時に最適化するための方策を検討する。太陽光発電や蓄電池、電気自動車の普及によって、電力の利用形態も多様化してきており、電力を安定的にかつ効率的に利用は重要な課題となってきている。その中で、バーチャルパワープラントによる需給バランスの調整などが実施されると、電気料金の変動や供給電力の制限など新たな要因を考慮することが必要となる。環境問題などの観点からも電気自動車の活用が見込まれる物流配送分野においても、その普及にあたっては必要電力の確保と電力の有効利用を実現させることが必要となってきている。与えられた配送要求を満たしたうえでそれにかかる経費を最小にするための配送経路問題と必要電力を電気自動車に充電するための充電計画問題を連成させている。

基本的なアプローチは、まず、電力の充電計画を所与として、その電力供給計画に応じて適切な運行計画を立て、次にその運行計画を実現するために必要な充電計画を求めるといった手順であり、これに局所探索を組み合わせながら反復探索を行っている。エネルギーの供給側の価格変動を考慮しつつ、需要側の運用計画を立案するための混合整数計画モデルを作成し、効率的な配送業務計画を実現させた。電気自動車の活用が見込まれる物流配送分野においても、その普及にあたっては必要電力の確保と電力の有効利用を実現させるには、電気料金の変動や供給電力の制限など新たな要因を考慮することが必要となる。本研究では、複数の電気自動車で宅配を行う場面を想定して、全体最適を実現する配送計画のための数理計画モデルを構築している。供給電力の価格が変動する状況においては、コストを抑えるために電気自動車の運用計画と電力の利用計画を連動させることが望まれる。今年度には、物流配送分野や運送業における電気自動車が活用できる状況をモデル化し、導入メリットの可能性を確認することができた。今後、さまざまな不確実性に対応するためのモデル化と最適化手法につなげるための基盤ができつつある。不確実性に対して要求されることは、配送、公共交通などの適用場面によって異なることが想定される。現場で求められていることをしっかりと把握し、不確実性に対して頑健なシステム構成とその運用方策について検討していく。電力供給の新たなビジネスモデルとして考えられていることを、電気事業者からの情報提供により、現実に即したものにしていく。29年度が最終年度であるため、記入しない。オペレーションズリサーチエネルギー管理システムの中心となる大規模最適化問題の効率的解法の開発には、引き続き取り組んでいく。物流・配送分野を中心として、電気自動車を活用するための運用方策に関する検討は、より実務に即した検討を行っていかなければならない。エネルギー管理は電気自動車に閉じるのではなく、設備全体における一つという視点から、システム全体における最適化を目指す。また、さまざまな不確実性に対して頑健なシステム構成や運用方策を提示することも求められる。これらを遂行するためにも、現場の実態と要求をより一層把握することに努める必要がある。外国人研究者らとの意見交換による情報収集を予定してのが、次年度に延期となったため。学会発表の取りまとめに時間を要したため29年度が最終年度であるため、記入しない。物品費として計算機サーバを購入予定であったが、機種選定に時間を要したため、次年度に購入することにした。7月に来日する外国人研究者による講演会に使用する計画である。次年度には国際会議での発表を行う29年度が最終年度であるため、記入しない。年度当初に、計算機サーバの購入を行い、計算環境を整備する。
カルシウムの蝸牛内における局在と病的条件下での変移

内耳局所虚血中および虚血解除後の内外リンパ液中Ca^<2+>活量の変化を,イオン電極を用いてpHとともに測定した,内耳局所虚血は,迷路動脈を30分間圧迫し血流を遮断することによった.また,虚血中に生ずるアシドーシスの状態を想定し10ないし20%のCo_2を吸入させ,同様に内外リンパ液中Ca^<2+>活量とpHを測定した.さらに,数理的解析上生理的状態でのPerilymph・Endolymph Barrier(PEB)のPS積を求める必要があり,10mM CaCl_2を含んだ人工外リンパ液で外リンパ潅流を行い,内リンパ液中のCa^<2+>活量の変化を記録した.30分の局所虚血により外リンパ液および内リンパ液中のCa^<2+>活量は,それぞれ虚血前の約1.5倍および4倍になり,局所虚血解除後これらは指数関数的に虚血前の値近くまで回復した.CO_2吸入による呼吸性アシドーシス負荷では,局所虚血中のCa^<2+>活量の変化の極一部しか説明できず,アシドーシスのCa^<2+>活量変化に対する貢献度は小さいと考えられた.一方,電気化学勾配による受動輸送を中心に想定したコンパートメント・モデルに基づいて数理的解析を行ったところ,実測データを非常によく説明できることがわかった.すなわち,内耳の血流が非常に低下するか途絶した状態では,能動輸送や静水圧に基づいた生理的内耳液産生および調節機構が停止し,主として電気化学電位に従ったCa^<2+>の移動が起こると言うことである.内耳局所虚血中および虚血解除後の内外リンパ液中Ca^<2+>活量の変化を,イオン電極を用いてpHとともに測定した,内耳局所虚血は,迷路動脈を30分間圧迫し血流を遮断することによった.また,虚血中に生ずるアシドーシスの状態を想定し10ないし20%のCo_2を吸入させ,同様に内外リンパ液中Ca^<2+>活量とpHを測定した.さらに,数理的解析上生理的状態でのPerilymph・Endolymph Barrier(PEB)のPS積を求める必要があり,10mM CaCl_2を含んだ人工外リンパ液で外リンパ潅流を行い,内リンパ液中のCa^<2+>活量の変化を記録した.30分の局所虚血により外リンパ液および内リンパ液中のCa^<2+>活量は,それぞれ虚血前の約1.5倍および4倍になり,局所虚血解除後これらは指数関数的に虚血前の値近くまで回復した.CO_2吸入による呼吸性アシドーシス負荷では,局所虚血中のCa^<2+>活量の変化の極一部しか説明できず,アシドーシスのCa^<2+>活量変化に対する貢献度は小さいと考えられた.一方,電気化学勾配による受動輸送を中心に想定したコンパートメント・モデルに基づいて数理的解析を行ったところ,実測データを非常によく説明できることがわかった.すなわち,内耳の血流が非常に低下するか途絶した状態では,能動輸送や静水圧に基づいた生理的内耳液産生および調節機構が停止し,主として電気化学電位に従ったCa^<2+>の移動が起こると言うことである.突発性難聴などの内耳疾患の原因の一つと考えられる内耳の血流障害における内耳液のイオン組成についてモルモットを用いた研究を行っている。前下小脳動脈の30分間圧迫による内耳虚血下において内耳液のCa^<2+>濃度をイオン電極法で測定したところ、内リンパおよびコルチリンパのそれが明らかに上昇したのを観察した。外リンパでもわずかな上昇を認めた。いずれの変化も可逆的なものであった。また、同様の局所虚血下の内外リンパのpHの変化を観察したところ、血流遮断後速やかにpHは7以下になり、Ca^<2+>が溶出し易い状態になることがわかった。これは、蝸牛内の活発な代謝ならびにO_2消費・CO_2産生を示唆するものと考えた。さらに、CO_2の蓄積単独ではどの程度Ca^<2+>濃度の変化に関与しているかを検索する目的で、20%CO_2+20%O_2+60%N_2で30分間人工呼吸させ内耳液でのCa^<2+>がどのように変化するかを観察した。すると、内外リンパ・コルチリンパともにわずかな濃度の可逆的上昇が認められた。内耳の局所虚血を30分間負荷すると聴神経の複合活動電位は不可逆的に高度の低下するので、pHやCa^<2+>濃度の可逆的変化は直接に神経活動の障害に関わるものではないが、聴力障害の起こる内耳環境として関わりがある可能性はある。同時に、30分間の虚血により蝸牛内の細胞はかなりの不可逆的障害を受けていると推察され、虚血ならびに血流再開に伴うCa^<2+>の移動は、細胞の活動によらない物理化学的なものと考えている。内耳局所虚血下での蝸牛内外リンパ液のpHを測定し、局所虚血下でCa^<2+>濃度の変化を起こさせる要因について若干の知見を得た。内リンパ液および外リンパ液のCa^<2+>濃度は、内耳血流の遮断開始とともに上昇し始める。30分の局所虚血で内リンパのCa^<2+>は35倍(正常値:1530μM)にまで増加し、血流を再開すると60分以内に元のレベルまで戻る。

外リンパでは緩やかに増加し、虚血開始より30分で正常時の1.21.4倍程度(正常値:7001000μM)になり、血流を再開するとやはり60分以内に元に復す。呼吸性アシドーシス負荷(10%ないし20%CO2吸入)では内外リンパ液のCa^<2+>濃度の変化は更に緩やかである。一方、pHの変化は局所虚血ならびに呼吸性アシドーシス負荷ともかなり急速であり、pHだけに関して言えば、後者で前者に相当する状態(7.1以下)を容易に作ることができる。各条件下でのCa^<2+>濃度とpHの変化を見比べると、内耳局所のアシドーシスにより組織からの物理的なCa^<2+>の溶出が緩徐に起こりうるが、局所血流障害により起こる内耳液中のCa^<2+>濃度の変化はそれのみでは説明できない。内リンパ液については、局所虚血に際し内リンパ電位が急激に低下することに伴うCa^<2+>の溶出や外リンパ液からの流入によりかなりの部分が説明できると考えられるが、外リンパ液についてはO2を消費する何らかの能動的な過程の停止を想定する必要がある。細胞や組織の体積の比率や血液迷路関門の概念などを考え併せると、この過程の行われる部位を広く内耳内の支持細胞や間質などに求めていくのが妥当であろう。内耳局所虚血中および虚血解除後の内外リンパ液中Ca^<2+>活量の変化を,イオン電極を用いてpHとともに測定した,内耳局所虚血は,迷路動脈を30分間圧迫し血流を遮断することによった.また,虚血中に生ずるアシドーシスの状態を想定し10ないし20%のCO_2を吸入させ,同様に内外リンパ液中Ca^<2+>活量とpHを測定した.さらに,数理的解析上生理的状態でのPerilymph-EndoIymphBarrier(PEB)のPS積を求める必要があり,10mMCaCl_2を含んだ人工外リンパ液で外リンパ潅流を行い,内リンパ液中のCa^<2+>活量の変化を記録した.30分の局所虚血により外リンパ液および内リンパ液中のCa^<2+>活量は,それぞれ虚血剤の約1.5倍および4倍になり,局所虚血解除後これらは指数関数的に虚血前の値近くまで回復した.CO_2吸入による呼吸性アシドーシス負荷では,局所虚血中のCa^<2+>活量の変化の極一部しか説明できず,アシドーシスのCa^<2+>活量変化に対する貢献度は小さいと考えられた.一方,電気化学勾配による受動輸送を中心に想足したコンパートメント・モデルに基づいて数理的解析を行ったところ,実測データを非常によく説明できることがわかった.すなわち,内耳の血流が非常に低下するか途絶した状態では,能動輸送や静水圧に基づいた生理的内耳液産生および調節機構が停止し,主として電気化学電位に従ったCa^<2+>の移動が起こると言うことである.