hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マンニッヒ型反応による、新規2、2-ジ置換インドリン-3-オンの合成とその展開

近年我々が見出した、2-ヒドロキシインドリン-3-オンから生成するアシルイミニウムへのマンニッヒ型反応による、新規2,2-ジ置換インドリン-3-オンの合成法を基盤として、イサチシンAの合成研究を行った。その結果、2-ヒドロキシインドリン-3-オンの窒素上の保護基であるパラメトキシベンジル基の酸化的な脱保護を行ったところ、α-ケトイミンが生成することを見出した。さらにこのものにトリフルオロ酢酸無水物の存在下に求核剤を反応させると、高収率でマンニッヒ型反応が進行するという大変興味深い知見を得た。この化合物から数工程を経て、イサチシンAの基本骨格を構築することに成功した。最近我々が見出した、2-ヒドロキシインドリン-3-オンから生成するアシルイミニウムへのマンニッヒ型反応による、新規2,2-ジ置換インドリン-3-オンの合成法を基盤として、生物活性天然物の合成研究への展開を検討した。Isatisine Aは2007年にChenらにより、アブラナ科植物中の抗HIV活性を有する化合物探索からヒットした天然物である。本植物の乾燥根は漢方薬であり、古くからインフルエンザや肺炎・おたふく風邪・肝炎などのウイルス性疾患に処方されてきた。この様に本天然物は幅広い活性スペクトルを持ちながら、その詳細なデータの報告はない。そこで我々はIsatisine Aの活性解明を目的に本天然物が、2,2-ジ置換インドリン-3-オン構造を含むことに着目し、先に開発した方法論により効率的合成ができるものと考えた。平成21年度はIsatisine Aの合成に必要な基礎データを収集しながら、全合成への展開を行った。(1)「鍵化合物となる2-インドリル-2-ヒドロキシインドリン-3-オンの合成」まず、オルトニトロトルエンを出発物質としボスホニウム塩を得た。一方、インドールの3位をホルミル化後、インドール窒素をベンゼンスルホニル基で保護し、先のホスホニウム塩よりイリドを発生させWittig反応を行った。その後、ニトロ基の還元に続く環化反応でビスインドールとし、生じたインドール窒素をパラメトキシベンジル(PMB)基で保護した。PMBが置換したインドールのみがm-CPBAにより選択的に酸化され、2-インドリル-2-ヒドロキシインドリン-3-オンを合成した。(2)「マンニッヒ型反応による求核種の導入」得られた2-ヒドロキシインドリン-3-オンには、2位に嵩高い置換基があるため、本マンニッヒ型反応により速やかに求核種が導入できるかが第一の課題であったが、首尾よく様々な置換基が導入できることを見出した。(3)「Isatisine Aの全合成研究」上記マンニッヒ型反応成績体を用い、C環に相当する5員環ラクタムの形成を行ったところ、縮合するカルボニル基の付け根がsp3炭素の時に環化反応が進行することを見出した。近年我々が見出した、2-ヒドロキシインドリン-3-オンから生成するアシルイミニウムへのマンニッヒ型反応による、新規2,2-ジ置換インドリン-3-オンの合成法を基盤として、生物活性天然物の合成研究への展開を行った。イサチシンAは2007年にChenらにより、アブラナ科植物中の抗HIV活性を有する化合物探索からヒットした天然物である。そこで我々はイサチシンAの活性解明を目的に本天然物が、2,2-ジ置換インドリン-3-オン構造を含むことに着目し、アシルイミニウムへのマンニッヒ型反応を応用した方法論により効率的合成ができるものと考えた。平成22年度はイサチシンAの全合成展開を行った。昨年度までは2-ヒドロキシインドリン-3-オンに酸を作用させ、イミニウム中間体を発生させていたが、今年度は新たに2-ヒドロキシインドリン-3-オンの窒素上の保護基であるパラメトキシベンジル基に対して酸化的に脱保護を行ったところα-ケトイミンが生成することを見出した。さらにこのものに酸性条件下求核種を反応させたところ、目的物は収率良く得られなかった。しかしながら、トリフルオロ酢酸無水物の存在下に求核剤を反応させると、高収率でマンニッヒ型反応が進行するという大変興味深い知見を見出した。得られた化合物を環化後、酸化反応に付したところ、目的の反応は進行したものの、立体化学をコントロールすることが困難であった。その上、後の炭素鎖導入反応が進行しないことなどの問題が生じた。

現在、22年度に見出したα-ケトイミンを酸無水物存在下に直接糖誘導体を導入する手法や光学活性プロトン酸やルイス酸を作用させるなどの、不斉反応への展開を検討中である。
アポトソーム選択的活性化化合物を用いた細胞死制御因子同定と癌治療

我々は、ヒト固形癌細胞株を用いた網羅的解析からp53変異がんの多くで、アポトソーム系(Apaf-1/カスパーゼ9依存性細胞死誘導経路)が、正常細胞と比べ顕著な亢進を示すことを見出してきた。このことは、p53変異がんにおいて、アポトソームを直接に活性化する薬剤が選択的細胞死誘導のためのストラテジーとなりうることを示唆する。また最近、さらに、癌におけるアポトソーム亢進が治療標的となりうる、とする我々の報告(Mashima, JNCI2005)を支持する報告が他のグループより出されている(Schafer, Cancer Res 2006, Johnson CE, PNAS2007)。我々は、in silico解析により、アポトソーム経路を直接的に活性化する候補化合物群を抽出した。その結果、アポトソーム活性化化合物としてAcyl-CoAsynthetase(ACS)阻害剤が得られた。ACS阻害剤は、ミトコンドリアからのチトクロムc放出を促進するが、他方、チトクロムc放出からアポトソーム活性化の過程への作用も示唆された。そこでそのメカニズムをより詳細に明らかにするため、アポトソーム制御因子の発現変化を検討した。その結果、アポトソーム系に対し抑制効果をもつヒートショック蛋白質の発現がACS阻害剤処理により低下し、逆に、ACS阻害剤の作用をキャンセルするACS5過剰発現はこれを亢進することがわかった。実際、このヒートショック蛋白質の強制発現は、ACS阻害剤による細胞死を抑制することから、その機能的関与が示された。ACS阻害剤による抗腫瘍作用を調べるため、さらにp53変異がんおよびp53正常がんをヌードマウスに移植し、ACS阻害剤による腫瘍退縮やその選択性を検討した。その結果、ACS阻害剤による腫瘍退縮がp53変異がん選択的であることを見出した。ヒト固形癌細胞株を用いた網羅的解析から、難治性のp53変異がんの多くで、アポトソーム系(Apaf-1/カスパーゼ9依存性細胞死誘導経路)は保持され、また正常細胞と比べ顕著な亢進を示すことを見出してきた。即ち、p53変異がんにおいて、p53変異を介さず直接下流のアポトソームを活性化する薬剤が選択的細胞死誘導のためのストラテジーとなりうる。さらに、in silico解析により、アポトソーム経路を直接的に活性化する候補化合物群を抽出した。癌細胞の持つアポトソーム活性に依存した細胞死を誘導する化合物をまず抽出し、このうち、単離ミトコンドリアより、直接チトクロムcを放出する活性を有する化合物を絞り込んだ。その結果、もっとも活性の強力な化合物としてACS阻害剤を得た。細胞レベルでACS阻害剤によるミトコンドリアからのチトクロムc放出およびアポトソーム依存的なカスパーゼ活性化は、ミトコンドリア局在性のアイソザイムであるACS5の発現によって強力に阻害された。さらに、ミトコンドリア、ER、ゴルジ局在タグ置換型ACS5を構築し、これを用いてアポトソーム活性化阻害におけるACS局在選択性の関与を検討した。その結果、ミトコンドリア局在性ACSの関与が示唆された。また、ACS5によるチトクロムc放出制御機構をより詳細に解析するため、Baxによるミトコンドリアからのチトクロムc放出依存的なアポトーシス誘導系を構築し、ACS5発現による阻害作用を検討した。その結果、ACS阻害剤は、Baxによるカスパーゼ活性化を促進し、ACS5の過剰発現はこれを阻害した。この際、ACS5の過剰発現は、チトクロムc放出の下流でアポトソーム活性化の過程をも抑制していることを示唆する結果を得た。
B群赤痢菌のプラスミド上の細胞侵入性及び細胞間拡散に関わる新しいビルレンス遺伝子

B群赤痢菌の保有する大プラスミド上に同定したビルレンス遺伝子、virAの機能について今回の研究により、新たに以下のことが明らかになった。1.遺伝子が細胞侵入性にどの程度関与しているのか培養細胞(MK2)に菌を感染させた後、gentamicinにて細胞外の菌を殺菌し細胞内に侵入した菌数を算定することによって調べた結果、virA変異株では親株に比べて約80%、そのレベルの低下が見られた。このことから、本遺伝子は細胞間拡散に加えて細胞侵入性にも関与していることが示された。2.virA変異株のIpa蛋白(細胞侵入性に関与している蛋白群;IpaB,C,D)の発現への影響をそれぞれの抗体を用いてウエスタンブロットおよびELISA法により調べたが、virA変異株でもそれらの蛋白は正常に産生され、また分泌されていた。このことから、VirAの細胞侵入性への関与はIpa蛋白を介するものではなく、直接に関与していることが示された。3.VirAの局在をその抗体を作製してウエスタンブロット法により調べた結果、VirAは細胞外(菌体外)に分泌されることがわかった。さらにその分泌は、Ipa蛋白の分泌に関与している大プラスミド上の遺伝子、spa・mixにより調節されていた。4.ルシフェラーゼを用いたプロモーター・アッセイ法により、感染細胞内でのvirAの遺伝子発現を経時的に調べた結果、細胞との接触時(細胞侵入時)よりも菌が拡散を行う時にその発現の上昇がみられた。以上の結果より、virAは細胞侵入性にも関与するが、本来、細胞間拡散を行うのに必要な遺伝子である可能性が示唆された。当初、VirAの細胞間拡散への関与は、VirG(細胞間拡散に関与している蛋白)の発現を転写レベルで低下させることによって起こるものと考えていたが、しかしvirA変異株にcloned virGを挿入して相補試験を行ってもその回復が見られなかったことから、virAの細胞間拡散への関与は直接的なものであることが示された。今後、どのようにvirAが細胞間拡散に関与しているのか、そのメカニズミを調べてゆきたい。
1277年パリの禁令の与えた哲学観に対する影響についての研究

本年度は、昨年度のブラバンティアのシゲルスの知性論に見られる哲学観に続いて、同時代でパリ大学学芸学部の同僚であったダキアのボエティウスの哲学観を検討した。すなわち、主として『最高善について(De summo bono)』と『世界の永遠性について(De aeternitate mundi)』においてボエティウスが、アリストテレスに典型的に見られる自然理性による<哲学>とキリスト教の信仰との関係をどのように捉えていたかが検討された。その検討の結果、以下の諸点が明らかとなった。(1)哲学はあくまで人間に自然本性的な理性による営みであると見なされていること。(2)キリスト教の信仰は「奇跡に依拠するもの」とされ、自然本性の次元を超えたものとされること。(3)従って、<哲学>とキリスト教の教えとは決して「矛盾するのではない」と見なされていること。このことは、当時ボエティウスに投げかけられたいわゆる「二重真理説」という烙印がその思想の実態を指し示してはいないし、彼の意図とも一致しないことが明らかとなった。(4)それにもかかわらず、ボエティウスが非難の対象とされたのは、彼の捉える<哲学>がキリスト教の信仰からまったく独立した人間の営みと捉えていたためであること。すなわち、人間の生の全体を覆うキリスト教の立場からは、哲学であってもキリスト教の教えから切り離すことはできないという前提が犯されているとみなされたためであったこと。以上の成果は、厳密に原典テキストに依拠したものであったが、研究目的からみればいまだ踏査の範囲は狭いものにとどまった。今後はさらに13世紀後半から14世紀にいたる<哲学観>の変遷の吟味が必要である。1.本年度の前半は、1277年にパリ司教エテイエンヌ・タンピエが出した禁令の内容を精査することにあてられた。その際、考察の中心となったのはその禁令が対象としているパリ大学学芸学部の教師たちの著作にあらわれている思想との関連である。その結果、禁令が非難しているいわゆる「二重真理説」という立場が、決してそのままの形では学芸学部の教師たちの思想のうちには見出されないことが確認されることとなった。2.さらに、禁令の対象となったとされるダキアのポエティウスの著作『最高善について』と『世界の永遠性について』が精査された。その結果、そこに見られるのは決して単純な理性主義というべきものではなく、キリスト教神学との区別・対比における「哲学」なる知的作業の分業化というべきものであるという解釈を提示するに至った。すなわち、アリストテレスの枠組による世界理解を最終的な真理とするわけではなく、キリスト教の創造論との関係では、哲学的知を下位の秩序にあることは承認されているのである。その承認のもとで「哲学」を神学とは独立した知のあり方として限定し、「哲学者」の自律性を主張していると見なし得るのである。3.このポエティウスの立場は基本的にブラバンティアのシゲルズにも認められることも、本研究によって大枠では確認された。来年度は、さらにシゲルスに関する考察を継続するとともに、13世紀末から14世紀にいたるより広い視野で1277年の断罪が与えた影響を踏査することが予定されている。

(1)哲学はあくまで人間に自然本性的な理性による営みであると見なされていること。(2)キリスト教の信仰は「奇跡に依拠するもの」とされ、自然本性の次元を超えたものとされること。(3)従って、<哲学>とキリスト教の教えとは決して「矛盾するのではない」と見なされていること。このことは、当時ボエティウスに投げかけられたいわゆる「二重真理説」という烙印がその思想の実態を指し示してはいないし、彼の意図とも一致しないことが明らかとなった。(4)それにもかかわらず、ボエティウスが非難の対象とされたのは、彼の捉える<哲学>がキリスト教の信仰からまったく独立した人間の営みと捉えていたためであること。すなわち、人間の生の全体を覆うキリスト教の立場からは、哲学であってもキリスト教の教えから切り離すことはできないという前提が犯されているとみなされたためであったこと。以上の成果は、厳密に原典テキストに依拠したものであったが、研究目的からみればいまだ踏査の範囲は狭いものにとどまった。今後はさらに13世紀後半から14世紀にいたる<哲学観>の変遷の吟味が必要である。
繊毛虫ゾウリムシの有性生殖に不可欠な核アポトーシスの機構解析

本研究ではゾウリムシParamecium caudatumを用いて、核アポトーシスの機構を核間(親栄養核、新栄養核、親生殖核、新生殖核)の相互作用という観点から明らかにするとともに、多細胞のCaspases依存型アポトーシスがそのまま適応されるのか、Caspases非依存型であるか検討を進めてきた。ゾウリムシには核アポトーシスと考えられる三つの現象(第1回核アポトーシス:減数分裂後の4生殖核のうちの3核の凝縮退化。第2回核アポトーシス:接合終了後の4仮生殖核のうちの3核の退化。第3回核アポトーシス:接合後の親の栄養核の退化。)があり、これらの共通性を探ることが本年度の一つの目標であった。1.第1回核アポトーシスについては、関与する遺伝子の単離をサブトラクションにより試み、得られた1000のDNAクローンの中から、100クローンについて塩基配列を決定した。その結果、4種類の配列が見つかった。これらの一つは、すでに明らかになっているSUMO遺伝子と相同性が高いことが明らかになった。最近、P.tetraureliaでは、この遺伝子は、栄養核分化時のDNA編集に関わるという報告がなされているが、本研究では核アポトーシスとの関係も示唆される。2.第2回核アポトーシスについては、以下の点が明らかになった。(1)過剰小核除去は、栄養期には無く、接合時期に特異的である。(2)分裂小核の決定は、退化機構とは独立である。(3)小核移植実験から、分裂小核の選択決定は、第一細胞分裂の少し前に起こる。(4)小核退化の過程で、核の凝縮は起こらないと考えられる。3.第3回アポトーシスでは、接合後第5細胞分裂の時期に、それまで新栄養核に接していた親の大核(断片核)は、新栄養核から離れるとともに壊されるという結果を得た。親の大核が新栄養核から離れることと核アポトーシスの機構は不明である。その結果、90%が同じ配列で、わずか4種類の配列が見つかった。これらは、すでに明らかになっている線虫や哺乳類のいずれのカスケード分子群とも類似性はなかった。次に、核退化にミトコンドリアの関与があるかどうか、ミトコンドリアの核への融合を膜電位から検出するキットを用いて調べたが、シトクロムCとSmac/DIABLOがCaspaseの促進・抑制系に作用しているかどうかを知るための結果は得られていない。

2.第2回核アポトーシスでは、接合後約40時間で分裂できる生殖核と、分裂できない(退化核)生殖核との間に、核内微小管構造に明瞭な形態的変化が起こることを発見した。また、この核アポトーシスは新栄養核によって支配されているという結果も得られた。さらに、この核退化にミトコンドリアの関与があるという結果も得たが、再現性を確認中である。3.第3回核アポトーシスでは、接合後第5細胞分裂の時期に、新栄養核によって親の大核が壊されるという結果を得ることができた。本研究ではゾウリムシParamecium caudatumを用いて、核アポトーシスの機構を核間(親栄養核、新栄養核、親生殖核、新生殖核)の相互作用という観点から明らかにするとともに、多細胞のCaspases依存型アポトーシスがそのまま適応されるのか、Caspases非依存型であるか検討を進めてきた。ゾウリムシには核アポトーシスと考えられる三つの現象(第1回核アポトーシス:減数分裂後の4生殖核のうちの3核の凝縮退化。第2回核アポトーシス:接合終了後の4仮生殖核のうちの3核の退化。第3回核アポトーシス:接合後の親の栄養核の退化。)があり、これらの共通性を探ることが本年度の一つの目標であった。1.第1回核アポトーシスについては、関与する遺伝子の単離をサブトラクションにより試み、得られた1000のDNAクローンの中から、100クローンについて塩基配列を決定した。その結果、4種類の配列が見つかった。これらの一つは、すでに明らかになっているSUMO遺伝子と相同性が高いことが明らかになった。最近、P.tetraureliaでは、この遺伝子は、栄養核分化時のDNA編集に関わるという報告がなされているが、本研究では核アポトーシスとの関係も示唆される。2.第2回核アポトーシスについては、以下の点が明らかになった。(1)過剰小核除去は、栄養期には無く、接合時期に特異的である。(2)分裂小核の決定は、退化機構とは独立である。(3)小核移植実験から、分裂小核の選択決定は、第一細胞分裂の少し前に起こる。(4)小核退化の過程で、核の凝縮は起こらないと考えられる。3.第3回核アポトーシスでは、接合後第5細胞分裂の時期に、それまで新栄養核に接していた親の大核(断片核)は、新栄養核から離れるとともに壊されるという結果を得た。親の大核が新栄養核から離れることと核アポトーシスの機構は不明である。
PPARγligandによる膵癌に対する抗腫瘍効果-血管新生関連分子発現の解析-

用いた2種類のヒトがん細胞株がPPARgammaを発現しており、PPARgamma ligandである、troglitazoneで用量依存性に細胞増殖が抑制された。troglitazoneはVEGF mRNA及び蛋白の発現を亢進し、更にVEGFの阻害剤(Je-11)によりtroglitazoneによる細胞増殖抑制がブロックされたことからVEGFはtroglitazoneによる細胞増殖抑制に深く関与することが示唆された。核内受容体ファミリーの1つであるperoxisome prolieferator-activated receptors(PPARs)は、細胞の増殖・分化や細胞死制御に重要な役割を担うリガンド依存的転写因子である。PPARは最近の研究から癌の増殖や進展にも深く関与することが明らかにされており、新たな癌治療の標的分子として期待されている。一方、血管新生因子は腫瘍の血管形成や転移など悪性化の過程にも関与することが報告されている。本年度には、PPARgamma ligandががん細胞からの血管増殖因子であるVEGF発現に及ぼす影響を検討した。ヒト肺癌細胞PC-14(腺癌)及びRE細(扁平上皮癌)を用いて、PPARgamma ligandによりVEGFの発現に及ぼす影響を検討した。用いた2種類の細胞がPPARgammaを発現していることをRT-PCRで確認した。また、この2種類の細胞ともPPARgamma ligandである、troglitazoneで用量依存性に細胞増殖が抑制されたことから、確かにPPARgamma ligandが作用していることが確認された。Real-time PCRでは、これらの細胞で、troglitazoneは用量依存性にVEGF mRNAの発現を亢進させることが明らかになった。Western blotによりVEGFの蛋白量も増加することが明らかにできた。このVEGF mRNAの上昇はPPARgamma ligandのantagonistでブロックされたことから、PPARgamma依存性であることがわかった。以上の成績はPPARgamma ligandが腫瘍細胞の血管新生因子にも影響を及ぼすことを示唆する。今後更に、他の血管新生関連因子への影響を検討する予定である。これまで、PPARgamma ligandががん細胞からの血管増殖因子であるVEGF発現に及ぼす影響を検討した。ヒト肺癌細胞PC-14(腺癌)及びRERF(扁平上皮癌)を用いて、PPARgamma ligandによりVEGFの発現に及ぼす影響を検討した。Real-time PCRでは、これらの細胞で、troglitazoneは用量依存性にVEGFmRNAの発現を亢進させることが明らかになった。現在更にtroglitazoneによるVEGF発現のメカニズムにMAPK系が関与する可能性を検証する為に、各種阻害剤を用いて検討中であるが、仮説の可能性を示唆する結果は得られていない、更に分子メカニズムを検討する予定である。仮説に基づいた細胞内シグナルの伝達様式が、阻害剤を使っても確認できていない。24年度が最終年度であるため、記入しない。PPARγligandによるVEGFの発現のメカニズム解析とともに、VEGF以外の血管新生関連因子特にエンドスタチンの発現への関与とそのメカニズム解析を進める。
辛味成分イソチオシアネートとメタボリックシンドローム:血管平滑筋細胞への影響

内臓脂肪に起因するメタボリックシンドロームの最終症状は、心筋・脳梗塞・狭心症といった循環器疾患に集中する特徴がある。アブラナ科植物の辛味主成分とされるイソチオシアネートは、癌発症率を低下させる点で古くから注目されてきたが、循環器への効果は明らかでない。マウス標本血管および血管平滑筋細胞を用いて循環器機能改善効果があるか検討を行った結果、収縮緩和作用ならびに血管平滑筋細胞の増殖抑制効果があることを見出した。現在注目されつつあるメタボリックシンドロームは、最終的に狭心症、心筋梗塞、脳梗塞といった直接命に関わる重大な循環器疾患を引き起こす可能性が高いが、その直接の原因として血管壁を構成する血管平滑筋細胞の脱分化・遊走・増殖が知られている。特保食品に見られるように、健康食品の市場が拡大しつつあるが、血管そのもの、とりわけ血管平滑筋細胞を対象とした商品はこれまで開発されていない。アブラナ科植物に多く含まれるイソチオシアネート化合物は、これまで人を対象とした疫学調査や培養細胞を用いた解析で腫瘍抑制効果があると報告されているが、循環器への影響については解析されていないのが現状である。そこで、本研究では、食生活による循環器疾患の改善をを目的とし、イソチオシアネート化合物による血管平滑筋細胞への影響の解析に焦点をあてて検討した。今年度の研究によって得られた成果は、以下のとおりである。(1)株化血管平滑筋培養細胞(VSMC)を用い、その増殖抑制効果を検討を行った。アリルイソチオシアネート(AITC),ベンジルイソシオシアネート(BITC),フェニルエチルイソチオシアネート(PEITC),スルホラファン(SF)とも濃度依存的にVSMCの増殖を抑制し、特にBITCによる増殖抑制効果が最も強く認められた。(2)増殖抑制効果の原因としてアポトーシス誘発の可能性を検討したところ、AITC添加によりDNAの断片化が認められ、アポトーシスを誘導する可能性が示唆された。具体的内容、意義、重要性等アブラナ科植物の有用成分であるイソチオシアネート(AITC, BITC, PEITC)による循環器機能の改善効果、特に血管平滑筋細胞への効果を検討することを目的とする。昨年度はイソチオシアネート添加により、Fetal Calf Serumによるマウス血管平滑筋細胞の増殖抑制効果およびAITCによるアポトーシス誘導を示唆する結果を得た。今年度は血管平滑筋細胞に対して増殖促進効果が報告されているPDGF(10ng/ml)およびAng II(100nM)による効果への影響を解析した。これらの増殖因子にイソチオシアネートを同時添加することで増殖阻害効果が認められるか検討した。WST-1を用いた解析では、各イソチオシアネートとも濃度依存的な増殖抑制効果が認められた。イソチオシアネートによるこの機構を明らかにするため、同化合物存在下で発現の変動する遺伝子探索を試みRT-PCRを行った。特にシグナル伝達・細胞周期および循環器疾患との関連が着目されている肥満細胞関連遺伝子に絞り、これらの転写量の変動について検討した。その結果、BITC投与によりp21^<cip1>転写が増加する結果が得られ、細胞周期関連因子との接点が示唆された。今後はウェスタンブロットによりタンパク質レベルで解析する必要がある。また、イソチオシアネート添加により発現の変動するタンパク質の同定を試み、二次元電気泳動による網羅的解析を試みたが明瞭な結果が得られなかった。
"Body-on-a-chip"の実現に資する血管網による組織統合法の開発

本研究では、生体の薬物応答を再現するBody-on-a-chipの構築に向け、各臓器を結ぶための血管網を構築する。これにより、従来の人工的な管路では実現出来なかった、血管による選択的な臓器間の物質授受、臓器の時空間的な要求に基づく、ライフライン(血管)の整備が期待できる。血管網で結ばれた臓器モデルを、一枚のチップに集積することで、生体内に類似した臓器間の相互作用が再現されるため、創薬研究や再生医療への応用を示す。平成28年度に開発した、肺の間質組織内への血管網の構築技術(Integrative Biology, 9, 506, 2017, JoVE, e57242, 2018)を元に,平成29年度では、がん組織内の血管網の構築技術を開発した。平成30年度では,構築した血管網を利用した,長期灌流培養により,血流を模したフローが,癌細胞に与える影響に関して,組織切片,および組織切片の免疫染色により,評価した.その結果,連続的なフローにより,癌細胞の増殖活性が有意に上昇することを確認した.このことは,生体内の腫瘍組織が,血流により栄養を得,その悪性度を維持,上昇させることを模しているといえ,血流の影響を考慮に入れた,腫瘍モデルの構築に成功したと言える.構築した腫瘍モデルを用いて,抗がん剤の試験を行った結果,血流を模したフローの有り,無しの違いにより,薬剤効果に相違があることを確認した.具体的には,フローが無い場合に確認できていた,濃度依存的な薬剤効果が,フローがある場合には確認できなかった.このことは,フローによる酸素・栄養の供給効果により,薬剤効果が変化してしまうことを示唆しており,薬剤効果の検証において,フローの影響を考慮に入れることの重要性を示している.臓器のモデルを並べ,1枚のチップに生体を再現する"Body-on-a-chip"は,創薬の効率を上げるツールとして有望である。しかし,現行法では,臓器間はシリコンや樹脂など,生理的に不活性な管路で結ばれており,本来の臓器間の連絡通路,すなわち,“血管"が有する,生化学的な機能(管路パターンの最適化,透過する分子の選択性等)は欠落している。本研究では,血管による臓器モデルの統合技術を開発することで,臓器に合わせた供給・排出経路,および血管壁での選択的な物質授受の再現すること目的とした。研究計画全体としては,Body-on-a-chipのモデルとして,3つの臓器の統合を行う予定であるが,2016年度は特に,肺,癌組織への血管誘導を試みた。1)肺繊維芽細胞,血管内皮細胞から構成した細胞凝集塊(直径500700マイクロメートル程度)をマイクロ流体デバイス内に導入し,別途導入した血管内皮細胞との相互作用を規定することで,肺の間質組織モデルへ血管構造を導入することに成功した。この血管は,細胞と同程度のサイズ(直径110マイクロメートル)のビーズが通過可能であり,本血管を介した細胞の出入りが可能であることが示唆された。2) 1)で開発した技術を基に,乳癌組織への血管導入条件の設定を行った。乳癌組織モデルの構築条件の探索を行い,乳癌組織に細胞,薬剤が通過可能な,十分な内径を有する血管を誘導することに成功した。この血管が癌組織の成長に有効であることを確認する目的で,この血管とシリンジポンプを接続し,継続的に培養液を導入,長期的な培養を試みた。結果,生体内に類似する活発な血管形状の変化(血管径の拡大,不要な部位の血管の消失)が観察された。基礎実験では,癌組織自体の活発な拡大が観察されており,構築した血管が癌組織を栄養していることが示唆される。本申請で鍵となる,血管誘導技術の基礎検討(達成点1)),およびそれを応用した他の組織への血管誘導を達成した(達成点2))。骨髄組織への血管誘導は未だ検討中であるものの,血管を誘導した組織の灌流培養は予定を前倒しして取り組んでいる。このことから,プロジェクトは概ね順調に進展していると考える。以下,それぞれの達成点を述べる。達成点1):本研究の基盤となる,組織への血管誘導技術の基礎検討が終了した。即ち、マイクロ流体デバイス内で,組織モデルと血管内皮細胞の相互作用を制御し,組織モデルへ血管を誘導するためのノウハウを確立した。具体的には,培養液の交換頻度や培地の組成,デバイス内のコーティング条件を検討することで,安定的に新生血管を組織モデルに誘導可能であった。誘導した血管は管腔を有しており,マイクロビーズや薬剤(Calcein AM)などを,拡散よりも有意に早くスフェロイドに送達できることを示した。達成点2): 1)で開発した技術を基に,乳癌組織への血管導入条件の設定を行った。本研究では、生体の薬物応答を再現するBody-on-a-

chipの構築に向け、各臓器を結ぶための血管網を構築する。これにより、従来の人工的な管路では実現出来なかった、血管による選択的な臓器間の物質授受、臓器の時空間的な要求に基づく、ライフライン(血管)の整備が期待できる。血管網で結ばれた臓器モデルを、一枚のチップに集積することで、生体内に類似した臓器間の相互作用が再現されるため、創薬研究や再生医療への応用を示す。平成28年度に開発した、肺の間質組織内への血管網の構築技術(プロトコルを動画の論文へ投稿、受理された)に基づき、平成29年度では、がん組織内の血管網の構築技術を開発した。1組織モデルの培養チャネル、および、2栄養供給チャネル、3老廃物の排出チャネルの3本のチャネルから成るマイクロ流体デバイスを作製した。がん組織のモデルには、乳がん細胞株MCF-7の凝集塊スフェロイドを用いた。検討の結果、MCF-7のみから構築したスフェロイドに関しては、血管導入が困難であったが、繊維芽細胞、血管内皮細胞をMCF-7と混合したtri-cultureスフェロイドを構築したところ、良好にスフェロイドへの血管誘導が可能であり、構築された血管網を利用することで、がん組織モデルを経由する流れが確認できた。構築したがん組織のモデルを用い、生体を模倣した(A)血管を介する栄養供給による腫瘍の増殖活性の変化、(B)血管を介する抗がん剤の薬剤応答を評価中であり、間もなく学術論文として投稿予定である。前年度に続き、2種類目の組織モデルへの血管網の構築条件を確立した。今後、複数のモデルを1枚のチップ内へ統合し、相互作用が評価可能なシステムを検討していく。平成28年度の肺の間質組織に続き、平成29年度では、癌モデルへの血管導入に成功した。組織モデルの血管化のためのベースの技術は、動画として、プロトコルを取り扱う学術雑誌からインバイトを受け、査読の後に、出版された。先行して出版したIntegrative Biology誌の論文も、雑誌のカバー、および2017年のMost downloaded articleの一つに選ばれるなど、インパクトの大きい研究成果を発信できたと言える。ごく最近、共同研究の研究チームにおいて、本技術を応用した骨髄組織モデルの血管化に成功し、学術論文としてアクセプトされた。このように、本技術は多くの組織モデルに応用展開可能であることが実証されつつある。以上のことから、申請書で示された、複数の組織モデルの血管化のための条件設定は、概ねスケジュール通りに進行していると考える。本研究では、生体の薬物応答を再現するBody-on-a-chipの構築に向け、各臓器を結ぶための血管網を構築する。平成28年度に開発した、肺の間質組織内への血管網の構築技術(Integrative Biology, 9, 506, 2017, JoVE, e57242, 2018)を元に,平成29年度では、がん組織内の血管網の構築技術を開発した。平成30年度では,構築した血管網を利用した,長期灌流培養により,血流を模したフローが,癌細胞に与える影響に関して,組織切片,および組織切片の免疫染色により,評価した.
至適温度の異なる類縁蛋白質のフォールディングと構造安定化の機構

1.さまざまな生物種由来のIsopropylmalate dehydrogenase (IPMDH)の構造安定性と機能の相関:酵素反応速度論とコンフォメーションのフレキシビリティの温度依存性を詳細に解析した。いずれのIPMDHにおいても、酵素活性のアーレニウスプロットが直線とならず、2相性を示した。これから、酵素が異なる温度環境に適応した仕組みを考察した。2.蛋白質フォールディングにおける別の構造状態:Fourier-transformed infrared (FTIR)スペクトルを用いて、β2ミクログロブリンのさまざまな構造状態を解析した。FTIRスペクトルを解析した結果、アミロイド線維では、非天然の平行型βシートの含量が増えていることが示唆された。また、アミロイド線維は重水素交換反応から強く保護されていることが示された。3.アミロイド原性蛋白質の予測:蛋白質の水素結合は疎水基で被われており、これが不十分であるとそこから蛋白質は凝集してアミロイド線維を形成すると考えられる。このような考えに基づいてゲノムにおけるアミロイド原性蛋白質を予測する方法を開発した。4.フォールディングにおける水素結合の役割:蛋白質のフォールディング反応において、水素結合と疎水結合が同時にできることの重要性を、計算機科学の手法によって示した。
建設系工学実験における安全教育を意識した安全標識の影響評価

【研究目的】工学実験中に,安全に関する説明を闘いていないまたはついうっかりしたことによる軽傷災害を減少させるため,安全標識によりその場で危険に気づかせる.そこで設置方法による効果を調査し,安全標識が学生に厚える影響を評価した.【研究方法】(1)様々な安全標識の存在を確認し,規格にないものはそれらを参考にオリジナルを作成した.(2)安全標識の理解度を調査した.(3)実験で使用する試験機の使用時においてどこがどのようにどの程度危険なのか,学生の意識調査を行った.(4)学生の眼球運動を注視点解析装置で計測した.(5)計測した映像をコマ送りしながら視線到達箇所をいくつかの項目に分類した.(6)これらのデータから意識的に注視するものとそうでないものを判別し,安全標識の設置効果を分析した.計測対象としたのは,現物を見ながら使用上の注意を考えさせたものとして,卓上ボール盤,定温乾燥機,コンクリートミキサー.実際に行ったものとして,耐圧試験機の操作,はんだづけ作業,開口部付近の歩行状況である.【研究の成果】安全標識は,補助標識(文字)と組み合わせ,事前に標識の意味を正確に周知することで初めて効果を発揮する.標識を設置した上で試験機使用上の注意について説明を行えば,相乗効果により非常時にも効果を発揮する.危険を排除できない場合に安全標識により注意を促す場合は、単に見やすい位置に設置するのではなく,視野区域を考慮して設置することにより効果を得た.標識を視認したからといって,必ずしも全員がその対象となる事物を「危険」と認識するわけではない.特に使用経験のない試験機などは体験的にその機器の特性を理解していないため,危険を理解するには疑似体験のようなことが必要と感じた.【研究目的】工学実験中に,安全に関する説明を闘いていないまたはついうっかりしたことによる軽傷災害を減少させるため,安全標識によりその場で危険に気づかせる.そこで設置方法による効果を調査し,安全標識が学生に厚える影響を評価した.【研究方法】(1)様々な安全標識の存在を確認し,規格にないものはそれらを参考にオリジナルを作成した.(2)安全標識の理解度を調査した.(3)実験で使用する試験機の使用時においてどこがどのようにどの程度危険なのか,学生の意識調査を行った.(4)学生の眼球運動を注視点解析装置で計測した.(5)計測した映像をコマ送りしながら視線到達箇所をいくつかの項目に分類した.(6)これらのデータから意識的に注視するものとそうでないものを判別し,安全標識の設置効果を分析した.計測対象としたのは,現物を見ながら使用上の注意を考えさせたものとして,卓上ボール盤,定温乾燥機,コンクリートミキサー.実際に行ったものとして,耐圧試験機の操作,はんだづけ作業,開口部付近の歩行状況である.【研究の成果】安全標識は,補助標識(文字)と組み合わせ,事前に標識の意味を正確に周知することで初めて効果を発揮する.標識を設置した上で試験機使用上の注意について説明を行えば,相乗効果により非常時にも効果を発揮する.危険を排除できない場合に安全標識により注意を促す場合は、単に見やすい位置に設置するのではなく,視野区域を考慮して設置することにより効果を得た.標識を視認したからといって,必ずしも全員がその対象となる事物を「危険」と認識するわけではない.特に使用経験のない試験機などは体験的にその機器の特性を理解していないため,危険を理解するには疑似体験のようなことが必要と感じた.
職業における"楽しみ"の階層研究

「働くことは楽しい」と感じている人々は、次のとおりである。1.専門的職業・販売的職業の人々は、職業を楽しんでいる傾向がある。2.自己実現の機会・人間関係の良好さ・職務の重要性・報酬と仕事の整合性・自主性・能力を伸ばす意思は、職業を楽しむことと関連がある。職業における楽しみとは何だろうか。いままでの階層研究で扱ってきた資源は、主に職業よる外発的報酬である。本研究は、外発的報酬である賃金・社会的地位と、内発的動機である職業に従事すること自体の"楽しみ"とは、どのような関係になっているのかを明らかにする。チクセントミハイ(Csikszentmjhalyi, Miha1y, 1977)では職業におけるフロー経験(強い没入経験)について、探索的に、そして少サンプルながら確証的に研究している。本研究ではインタビュー調査における少数事例質的調査と、質問紙調査における大規模サンプル調査を併用することで、人々の深層心理に迫る。初年度にあたる平成19年度は、インタビュー調査を実施した。13名の方に、ご協力いただき、業種・職種・雇用形態・年齢・性別において、バリエーション豊かに調査することができた。長時間のインタビューにより、さまざまな「楽しむに至る、または至れないプロセス」が存在することを解明した。例えば"楽しむ"ために「行為への機会が行為者の技能とつり合っている」ことが重要であるとされているが(チクセントミハイ1977)、業種・職種において、つり合いが取ることが難しい原因が異なることが明らかになった。時代の変化の中で自己の技能を十分に発揮する場が減少しているケース、むしろ多くの機会を与えられているが、職場の慣習によってオーバーワークを強いられるケースなど、さまざまな原因が存在した。この少数事例調査で得られた知見を、質問紙調査によって、分布と原因を検証する予定(平成20年度)である。本研究は、外発的報酬である賃金・社会的地位と、内発的動機である職業に従事すること自体の"楽しみ"が、どのような関係になっているのかを明らかにする。3年計画の2年目の平成20年度は、平成19年度のインタビュー調査の分析をもとに質問紙調査を実施した。職業におけるフロー経験(強い没入経験)に影響を与えると考えられる、労働における自発性、独創性、結果の明確さの認知を計測した。さらに仕事のための自発的な学習・技能の獲得や、転職・仕事内容の変動の経験について調査した。19年度のインタビュー調査で観察された、転職・仕事内容の変動によって「機会と技能のつり合い」を取ることができ、自発性や独創性を発揮し続けることができたケースや、自発的な学習の時間が得られず「つり合い」が取れなかったケースを考慮したためである。統制要因として、一般に"仕事の楽しみ"と考えられる職場の人間関係の良好さや、日常生活における価値観について調査した。外発的報酬については、回収率を考慮し、役職や企業規模から推測するにとどめた。世帯単位の無作為抽出法による訪問留め置き郵送調査を新潟市において実施した。回収率は40%程度であり、特に若年層のデータが不足したため、平成21年度において追加調査を予定している。平成20年度の新潟市調査では、外発的な報酬の満足度と同等以上に、人間関係・職務の自主性・自己実現性などが"仕事の楽しさ"に関係していることが明らかになった(以下、市民調査)。しかし回収率が40%程度であり、特に若年層のデータが不足した。平成21年度においては、本学を3年前に卒業した学生を対象に調査を行った(以下、卒業生調査)。回収率が18%とさらに低かったため、比較的仕事に恵まれた層に回答が偏ったが"仕事の楽しさ"のバリエーションをうかがい知ることができた。市民調査では、内発的動機と"仕事の楽しさ"の関連性が見られたが、卒業生調査では"仕事の楽しさ"と自己実現などに緩やかな傾向性はみられたが、人間関係・自主性などの他の項目とは、ほぼ関連性が見られず、そのため、さまざまなタイプの"楽しさ"を分析することができた。両調査における職業別・仕事の変化ごとの分析など、さらに平成19年度の質的調査から、ワークシェアリングの工夫や、または転職時・兼業などによる職業の組み合わせによって、"仕事の楽しさ"を分配することができるということを示唆する結果を得ることができた。
地盤内の変形挙動を考慮した合理的な基礎設計法の提案

本研究では適正規模の基礎設計方法を確立することを目的に,今年度も昨年度の研究を継続して,次の成果を得た.1)遠心模型支持力実験による変形挙動の相似則の検討:遠心力装置を用いた浅い基礎の支持力に関する研究は古くから行われ,荷重-沈下曲線の相似性から相似則の成り立つことが検証されて来た.しかしながら,地盤内部の各点におけるひずみ分布が,実際に相似であるか詳細に検証した例は少ない.そこで本研究では独自に開発した画像解析による変形計測手法を用い,模型地盤各点におけるひずみ分布を測定し,その相似則について実験的に検証した.その結果,遠心力場での支持力実験では荷重-沈下曲線だけでなく,地盤内の各点のひずみ分布についても相似則が成り立つことを確認できた.2)地盤の変形挙動から基礎の寸法効果の検討:砂地盤上の支持力問題において基礎のサイズの増加とともに支持力係数が減少する,即ち,寸法効果が生じることはよく知られている,しかし,寸法効果現象の意味や原因が明確に説明されていないのが現状である.また現在,構造物の安全面を主に寸法効果を考慮する経験式や従来の極限釣合い法が実務において用いられているが,これらの手法は合理的な設計手法とは言い難い.本研究ではまず寸法効果のメカニズムを解明するために遠心力装置を用いて一連の実験を行い,画像解析より得られた地盤の変形挙動を元に,寸法効果の原因を検討した.その結果,換算基礎幅の増加に伴い,荷重一沈下関係は全般せん断破壊型から局所せん断破壊型へと移転した.一方,地盤の変形挙動では換算基礎幅の増加に伴い,プラントル型のすべり線の発達が停止し,基礎直下のみに変形が集中する傾向が顕著になった.画像解析を用いて地盤内のせん断ひずみ増分ならびに体積ひずみ増分を計測し,各点のダイレイタンシー挙動を整理した.その結果,換算基礎幅の増加による土のダイレタンシー特性の変化に伴って,上記の荷重-沈下関係と地盤の変形挙動の変化は,拘束圧による土のダイレタンシー特性の変化によって説明することができた.従来浅い基礎の支持力係数に見られる寸法効果の要因として,(1)内部摩擦角φの応力依存,(2)ダイレタンシー挙動の応力依存性,(3)進行性破壊が挙げられている.本研究では独自に開発した精密な画像解析を用い,従来では計測が難しかった模型地盤内部の個々の微小要素での,せん断ひずみ増分と体積ひずみ増分の詳細な測定を行なった.そして,従来荷重-沈下関係のみで検討されていた,浅い基礎の支持力や変形問題における応力依存性に関する諸問題について,模型砂地盤のダイレタンシー特性の応力依存性の観点からも検討できるよう,計測・実験システムを開発し,実験結果を提示した.そしてダイレタンシー特性の応力依存性が浅い基礎の支持力・変形特性の応力依存性や進行性破壊に大きな影響を及ぼすことを,実験的に検証した.本研究では適正規模の基礎設計方法を確立することを目的に、今年度は次の研究を行った。1.隣接基礎の影響による基礎の支持力特性と地盤の変形挙動:隣接した二つの基礎による影響を検討するために遠心力場の支持力実験およびMMXモデルを用いたFEM弾塑性解析を行った。実験・数値解析から得られた支持力特性および地盤の変形挙動より隣接基礎の影響を無くするには少なくとも隣接した基礎の間隔を基礎幅の6倍以上設定する必要があり、またその反面、基礎間隔が基礎幅の1倍のとき隣接基礎による支持力は50%の効果を得た。研究成果は今年度の国内地盤工学研究発表会にて発表し、加えて来年度に香港で開催される予定である`International Conference on Physical Modelling in Geotechnics'にて発表する予定である。2.基礎の載荷による地盤の変形挙動と支持力の寸法効果の検討:基礎の寸法によって支持力が変化し、いわゆる寸法効果が発生すると言われている。しかし、地盤の変形・破壊メカニズムの寸法効果については研究されていない。本研究では支持力だけでなく変形の寸法効果も検討し、両者の関係について明らかにする。そこで、遠心力加速度を変えた一連の支持力実験を行い、詳細な変形・破壊メカニズムを検討する。現在実験結果の整理中であり、今後論文をまとめて発表する予定である。3.数値解析モデルの改良:ダイレタンシー特性、軟化過程及び寸法効果を表現できるようにオリジナルMMXモデルを改良した。今後、改良MMXモデルを用いたFEM解析を行い、2.の載荷実験をシミュレートし、解析モデルの妥当性を確認した。そして、パラメトリックな解析を行い、本研究の最終目的である基礎の合理的な設計手法を提案する。改良MMXモデルとその精度検証について2007年1月に香港で開催される予定であるInternational Workshop on Constitutive Modeling-Development, implementation, Evaluation, and Applicationに論文を投稿する予定である。本研究では適正規模の基礎設計方法を確立することを目的に,今年度も昨年度の研究を継続して,次の成果を得た.1)遠心模型支持力実験による変形挙動の相似則の検討:遠心力装置を用いた浅い基礎の支持力に関する研究は古くから行われ,荷重-沈下曲線の相似性から相似則の成り立つことが検証されて来た.しかしながら,地盤内部の各点におけるひずみ分布が,実際に相似であるか詳細に検証した例は少ない.そこで本研究では独自に開発した画像解析による変形計測手法を用い,模型地盤各点におけるひずみ分布を測定し,その相似則について実験的に検証した.

その結果,遠心力場での支持力実験では荷重-沈下曲線だけでなく,地盤内の各点のひずみ分布についても相似則が成り立つことを確認できた.2)地盤の変形挙動から基礎の寸法効果の検討:砂地盤上の支持力問題において基礎のサイズの増加とともに支持力係数が減少する,即ち,寸法効果が生じることはよく知られている,しかし,寸法効果現象の意味や原因が明確に説明されていないのが現状である.また現在,構造物の安全面を主に寸法効果を考慮する経験式や従来の極限釣合い法が実務において用いられているが,これらの手法は合理的な設計手法とは言い難い.本研究ではまず寸法効果のメカニズムを解明するために遠心力装置を用いて一連の実験を行い,画像解析より得られた地盤の変形挙動を元に,寸法効果の原因を検討した.その結果,換算基礎幅の増加に伴い,荷重一沈下関係は全般せん断破壊型から局所せん断破壊型へと移転した.一方,地盤の変形挙動では換算基礎幅の増加に伴い,プラントル型のすべり線の発達が停止し,基礎直下のみに変形が集中する傾向が顕著になった.画像解析を用いて地盤内のせん断ひずみ増分ならびに体積ひずみ増分を計測し,各点のダイレイタンシー挙動を整理した.その結果,換算基礎幅の増加による土のダイレタンシー特性の変化に伴って,上記の荷重-沈下関係と地盤の変形挙動の変化は,拘束圧による土のダイレタンシー特性の変化によって説明することができた.従来浅い基礎の支持力係数に見られる寸法効果の要因として,(1)内部摩擦角φの応力依存,(2)ダイレタンシー挙動の応力依存性,(3)進行性破壊が挙げられている.本研究では独自に開発した精密な画像解析を用い,従来では計測が難しかった模型地盤内部の個々の微小要素での,せん断ひずみ増分と体積ひずみ増分の詳細な測定を行なった.そして,従来荷重-沈下関係のみで検討されていた,浅い基礎の支持力や変形問題における応力依存性に関する諸問題について,模型砂地盤のダイレタンシー特性の応力依存性の観点からも検討できるよう,計測・実験システムを開発し,実験結果を提示した.そしてダイレタンシー特性の応力依存性が浅い基礎の支持力・変形特性の応力依存性や進行性破壊に大きな影響を及ぼすことを,実験的に検証した.
受動的力学機序を活かしたヒト規範型歩行・走行ロボットの開発

本研究では,受動的な力学機序を活かし,ヒトの歩容を規範とした歩行・走行ロボットを開発した.また,ヒト歩行の特徴を解析的に明らかにした.従来の受動ロボットでは実現が困難であるヒト固有の特徴を考慮し,格段にヒトに近い3次元受動歩行および平地歩行を実現した.また,時速14.5kmの滑らかでダイナミックな連続走行を実現した.若干のアシストを伴っているものがあるが,モータ,センサおよびコンピュータを用いず,過度の能動制御は避けて受動的な力学メカニズムを最大限活かすことができた.本研究では,受動的な力学機序(力学メカニズム)を活かし,ヒト歩容を規範とした歩行・走行ロボットを開発することを目的とし,最終的にヒトっぽい歩行から脱却し,格段にヒトに近い歩行を達成する.平成25年度は,まずヒト形足に着目して,瞬間的でない脚の切換え現象を力学的に検討し,両脚支持期を有するヒト規範型歩行を実現した.通常の受動歩行は,脚の切換えが瞬間的に行われるが,本研究では,両脚支持期をヒトに近い足で実現したことに意義があり,他に類がなく優位性が高い.また,足首トルクの設計手法がある程度確立した.なお,足機構は,着地の衝撃を繰り返し受けることから,耐久性を高め確実に機能させた.また,最も簡単なヒト歩行モデルにより自由歩行を再現した.次に,着地前の遊脚大腿部保持が,脚切換え直後の上体鉛直保持を力学的に担保するメカニズムになっている.また,上体鉛直保持トルクは,支持脚の前方転倒を促進するため,ポテンシャルバリアを越え易くなる.さらに,遊脚大腿部保持トルク(能動化,エネルギー供給)を与えることで,結果的に平地歩行が可能になることを見出した.なお,アシスト平地歩行ではあるが,模擬的にエネルギーを供給し,上記3特性の同時達成が可能であることを確認した.受動回旋骨盤の本格的な開発に備え,予備的な実験のための試作機を開発し,腰軸を左右独立にしてバネ要素で前後保持しただけの骨盤機構のシミュレーション解析を行った.その結果,骨盤のバネ定数,粘性係数,腰慣性の調整だけでは,ヒトのような回旋は生成されないことを明らかにし,脚と骨盤の連動によりヒトと類似する特徴・移動量の骨盤回旋が可能であることを見出した.また,ヒト規範型走行に関しては,1本の紐だけでヒトが上方から操作(牽引)するアシスト受動走行により,走行現象を多角的に検討できる可能性を示した.我が国の独自路線で100年後にも残る歩行・走行ロボット技術の開発が不可欠である.そのキーテクノロジーが「受動歩行・走行技術」である.受動歩行は,一般にヒトの歩行に近いと言われている.しかし,10年以上に亘り研究に取り組んできた経験の中から,従来の受動歩行・走行ロボットでは困難であった,次のようなヒト固有の特徴を実機で実現することを目的としている.(1)瞬間的でない脚の切換え現象,(2)着地前の支持脚の倒れ込み抑制と遊脚大腿部の姿勢保持,(3)骨盤の回旋運動と効率的な蹴り動作,(4)効率的なエネルギー供給と利用.そこで,受動的な力学機序(力学メカニズム)を活かし,ヒト歩容を規範とした歩行・走行ロボットを開発する.最終的に,ヒトっぽい歩行から脱却し,格段にヒトに近い歩行を達成する.本年度は,上記ヒト固有の特徴を有するヒト足機構を有する3次元受動歩行[(1),(3)]および単純かつ軽量な手動駆動による平地歩行[(2),(4)]の二つを実機実験により実現した.これらの開発は独立して行われ,それぞれで最適な手法での実現を最優先させた.しかし,力学的機序を考慮したことから,最終的な機構はインテグレーション可能なレベルに収まってる.なお,数値解析においても種々の知見が得られ,今後の実験へのフィードバックを予定している.走行に関しては,バックドライバビリティを考慮し,1本の紐を介して外部DDモータによりアシスト操作し,さらに新たに開発した走行機搭載の脚スイングアクセラレータを併用することで(いずれもオープン制御),外部エネルギーの依存度を低減し,かつダイナミクスベースドな自然でなめらかな受動的な走行を実現した.本研究では,受動的な力学機序(力学メカニズム)を活かし,ヒト歩容を規範とした歩行・走行ロボットを開発することを目的とし,最終的にヒトっぽい歩行から脱却し,格段にヒトに近い歩行・走行を達成する.特に,次のようなヒト固有の特徴に着目している.(1)瞬間的でない脚の切換え現象,(2)着地前の支持脚の倒れ込み抑制と遊脚大腿部の姿勢保持,(3)骨盤の回旋運動と効率的な蹴り動作,(4)効率的なエネルギー供給と利用.本年度,歩行では,足部機構を独自開発し,よりヒトに近い歩行を実現した.まず,ヒトの拇指球・小指球に相当する箇所に弾性体を取り付け,ワイヤ張力を利用して弾性体の剛性を変化させ,踏ん張り動作を実現した.その結果,拇指球弾性体により前傾の抑制効果が現れると同時に,膝折れの抑制効果も見られた[(1),(2)].また,足首ロール軸周りの自由度凍結を解除し,弾性体ウレタンシートを配置した.その結果,左右方向の揺動が抑えられ,センタを維持し続けようとする現象が見られた.なお,実験的研究だけでは限界があり,モデルによる解析が重要となる.