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パルスジェットメスによる深部頭蓋底腫瘍摘出法の開発

深部脳腫瘍に対してより安全かつ確実に摘出が可能となる、パルスジェットを用いた新たな医療機器開発を行った。本研究期間内では、より低侵襲に深部まで到達することも検討課題とし、脳室内に存在する深部腫瘍に対象を絞り開発を進めた。深部までデリバリーできる細くて長いデバイス形状の新規開発と、脳脊髄液で満たされている脳室内において液体の中でパルスジェットを射出する新たな条件の最適化とを行った。結果、正常な血管(太い静脈から細動脈まで)の温存と、有効な組織切開が液体内の環境においても達成可能であることを示し非臨床概念実証を確立した。本研究の目的は、末梢神経機能および細血管温存下に深部頭蓋底腫瘍の摘出を実現するための手術法の開発である。応募者は既に研究分担者との産学連携体制で組織選択性の向上により、細動脈ならびに視神経の温存下に病変摘出が可能な手術デバイス(パルスジェットメス)の開発に成功し、拡大蝶形骨洞的到達法のうち摘出難易度が最も高い症例において、統計学的有意に病変摘出率増加、術中出血量減少、手術時間短縮効果を報告した。本研究では更に難易度の高い深部頭蓋底腫瘍において、出血を制御しながらの腫瘍切除と末梢神経や細動脈の温存の両立を目的とし、組織選択性を高めるための流体工学的基礎実験を行い、得られた結果を動物実験で検証し、研究期間終了時に倫理委員会の承認を得て臨床応用に移行可能な知見を得る事を目標とする。その中で平成26年度には、ホルミウムヤグ(Ho:YAG)レーザーのパルス発振で誘発した微小液体ジェットの流体制御に関する流体工学的な基礎実験を行った。また、パルスジェットによる飛沫、操作性のより良い制御をめざし、各パラメータの最適化を行った。同時に、パルスジェットメスの組織選択性について科学的な根拠と定量的な評価を行うべく、物性値測定を継続して行っている。具体的にはブタ脳を用いて、神経組織、神経周囲組織および、脳実質については大脳灰白質、大脳白質、海馬、脈絡叢、脳梁、大脳基底核、脳室壁などの部位別にその物性値を測定した。その中でも破断強度について、組織ごとの差を明確に示せたことは科学的意義が大きい。これまでは手術施行者のTouch sensationでのみ表現されていた組織物性値を定量化し得たことならびに、今回得られた破断強度Libraryをもとに白質と同等の破断強度をもつ模擬モデルを作成ることが可能となり、今後の基礎実験が飛躍的に進むことが期待できる。本研究の目的は、申請者らが基礎原理を開発し、現在、手術用治療器として産学連携体制で開発を進めている液体ジェットメスを用いて、拡大蝶形骨洞的腫瘍摘出術の適応となる頭蓋底腫瘍の中でもさらに難易度の高い、海綿静脈同内へ伸展する腫瘍摘出に際し、出血を制御しながらの腫瘍切除と神経および細動脈の温存を両立させることを目的としている。これまで、この高い組織選択性が再現されたことにより、本デバイスが治療成績の向上に寄与し得るポテンシャルを有していることが示され(統計学的有意に摘出率の増加、出血量の減少、手術時間の短縮効果)、米国脳神経外科学会と英文査読誌で報告した。本研究期間内では、1)初年度に得られた知見をもとに液体ジェットメスを試作すること2)次年度に予定されている動物実験の評価系を構築すること、を到達目標としている。液体ジェットメスの飛沫制御や流体力学的特性、さらには組織特異的な物性値に基づき、レーザーの強度やハンドピース先端の形状を整え、最適なジェットが射出可能となるよう試作した。神経、細血管を深部頭蓋底手術でも温存可能である可能性が示唆された。本研究課題は東北大学流体科学研究所で蓄積してきた流体力学的な知見をもとに実臨床へ応用し有用性が期待されるきわめて重要なテーマである。このような医工連携の成功例はいまだ少なく組織構築の成功例と考える。また、最大限の病変切除と機能温存が両立する可能性が高い点で、独創性と学術的意義がある。液体ジェットメスとそのコア技術は様々な疾患に対する水平展開と機器開発を含めた産業化に繋がる点においても意義がある。液体ジェットが神経組織に与える影響を動物生体細胞レベルで電気生理学的、病理組織学的に明らかにし、動物実験による非臨床レベルで概念実証(POC)を確立することを到達目標とする。本研究は平成26年度から平成28年度までの3年間で行う研究であり、初年である平成26年は、液体ジェットの流体力学的特性や、脳神経組織の組織特異的な物性値測定を行った。これらをもとに、液体ジェットメスの飛沫制御に関する新たな知見を得た。2年目の本年度は初年度で得られた知見をもとに、液体ジェットメスハンドピースを改良・試作した。また、これまでの成果について、知財獲得ののちに学術発表を行った。最終年となる平成28年度は、これらを用いて動物実験を行い非臨床POCを目指す。これらの実験は、東北大学医学部動物実験施設内の既存の施設において、申請者が行う。初年度、および2年目となる本年度ともに、おおむね計画通り研究が進行し、期待通りの成果が得られている。神経内視鏡は、深部脳腫瘍に到達する手段として最も低侵襲である。

その一方で、深部で起こった出血に対する有効な止血法がなく、複雑な手技が施行困難であることが、神経内視鏡手術の普及を妨げる一因となっている。本研究期間内では、より低侵襲に深部まで到達することも検討課題とし、脳室内に存在する深部腫瘍に対象を絞り、神経血管温存下に安全に病変摘出が可能となるパルスジェットメスの開発を進めた。これまで我々の研究グループでは、パルスジェットメスが細動脈ならびに視神経の温存下に病変摘出が可能であることを示し、拡大蝶形骨洞的到達法のうち摘出難易度が最も高い症例において、統計学的有意に病変摘出率増加、術中出血量減少、手術時間短縮効果を報告した。本研究期間内において、これまでのハンドピース型の機器から、神経内視鏡手術に特化した脳軟性鏡(ファイバースコープ)内に導入可能なワイヤー型の液体ジェット発生装置を作成改良した。形状の新規開発とともに、液体(脳脊髄液)で満たされている脳室内においてパルスジェットを射出する新たな条件の最適化を行った。In vivoでの検証後に、ブタ脳を用いて組織切開破砕実験を行った。結果、正常な血管(太い静脈から細動脈まで)の温存と、有効な組織切開が液体内の環境においても達成可能であることを示し非臨床概念実証を確立した。以上の結果を、英文査読雑誌(Journal of Neurosurgery)に投稿発表した。また、これらの結果にともなう特許を出願した。深部脳腫瘍に対してより安全かつ確実に摘出が可能となる、パルスジェットを用いた新たな医療機器開発を行った。本研究期間内では、より低侵襲に深部まで到達することも検討課題とし、脳室内に存在する深部腫瘍に対象を絞り開発を進めた。深部までデリバリーできる細くて長いデバイス形状の新規開発と、脳脊髄液で満たされている脳室内において液体の中でパルスジェットを射出する新たな条件の最適化とを行った。基礎実験を予定通り行い、その結果を学術論文として報告している。本研究は平成26年度から平成28年度までの3年間で行う研究であり、3年目となる平成28年度は、これまで得られた成果とそれらをもとに試作した液体ジェットメス用いて動物実験を行う。生物光学的・工学的観点も踏まえて液体ジェットが電気生理学的および病理組織学的に、安全かつ有効に切開可能であることを示す。神経組織および細血管温存が可能であることを示し、非臨床POCを得るところまでを本研究期間内に実施する。神経内視鏡現在、おおむね予定通りに実験が進行しており、当初の計画通り、基礎工学実験から前臨床段階に向けて概念実証の確立を目指す。平成27年度に予定していた液体ジェットメスの試作費が予定より減少した。当初の予定より少ない数の動物で有用なデータが得られたため、結果として使用する石英光ファイバー数が抑えられたことにより、総合的な使用額が予測を下回った。当該研究費を次年度繰り越し分として計上し、動物実験で使用するマウスや消耗品の購入に充当する計画である。僅かであるが得られた余剰分は、次年度のハンドアプリケーター試作のために使用する予定。
ＤＮＡータンパク質クロスリンクとクロマチンリモデリング

本研究では,DNA-タンパク質クロスリンク(DPC)の複製および転写を介した生物影響と修復機構解明に取り組んだ。その結果,DPCは,複製ヘリカーゼの進行を阻害し従来損傷とは異なるモードで複製を阻害すること,RNAポリメラーゼの渋滞を引き起こし誤りがちな合成モードに変化させることが明らかとなった。さらに,新規なDPC検出法を確立し,アルデヒド,放射線,抗がん剤によるDPC誘発と修復動態の分析を可能にした。クロマチンリモデリング複合体INO80のサブユニットRUVBL2ノックダウン細胞はDPC誘発剤にmoderateな感受性を示し,相同組換え修復への関与が示唆された。これまでの研究で,DNA-タンパク質クロスリンク(DPC)損傷修復機構のフレームワークを明らかにした。その過程で,哺乳類細胞ではDPCに対し相同組換え(HR)が選択的に働くことが明らかとなり,高等真核生物のゲノム損傷誘発HRおよび複製と修復のカップリング機構解明に有効な系となることを示した。本研究では,DPCで停止した複製フォークがHRにより複製を再開するまでの過程と,これに関わるクロマチンリモデリングの役割を明らかにする。本年度は,INO80クロマチンリモデリング複合体に焦点をあて,同複合体サブユニットのノックダウン細胞を作製し細胞の基本的な特性を解析するための準備を行った。INO80クロマチンリモデリング複合体サブユニットであるINO80,ACTR5,RUVBL1に対するshRNA発現プラスミドをサブユニットごとに3種ずつ構築した。プラスミドを細胞にトランスフェクションし,プラスミドに含まれるRFPの発現をフローサイトメーターで調べた。RFPの発現を指標とする細胞導入効率は約80%であった。次に,タンパクレベルでのノックダウン効果を確認するために,各サブユニットに対する抗体のスクリーニングを行った。複数の抗体を調べた結果,ノックダウン確認に適切と考えられる抗体が得られた。これと並行して,各サブユニットのmRNAノックダウン効果を確認するために,リアルタイムRT-PCR primerを設計した。現在,Western法およびリアルタイムRT-PCR法により各サブユニットのノックダウン効果を調べている。今後,ノックダウン効果が十分確認できたshRNA発現プラスミドを用いて,一過的発現および安定発現による細胞への影響を検討していく。生物のゲノムはDNAとタンパク質の複合体であり,複製および転写装置は結合タンパクを適切に処理しながらDNA合成と転写を行う。しかし,DNA損傷因子はしばしば結合タンパク質をDNAに固定化し,生じたDNA-タンパク質クロスリンク(DPC)損傷は複製と転写を阻害する。本研究では,DPC損傷で停止した複製装置および転写装置の複製・転写継続機構とこれに関わるクロマチンリモデリングの役割について研究を進めている。複製については,DPCがpolymerase blockあるいはhelicase blockのいずれとして作用するのか,in vitro系を用いて検討している。転写については,レポーターアッセイを用いたDPCの転写影響解析系を構築した。ルシフェラーゼ遺伝子発現はレポータープラスミドに含まれるDPC量依存的に低下することが明らかとなり,今後は,この系を用いて転写継続機構を調べていく。クロマチンリモデリングについては,酵母で相同組換えへの関与が示唆されているINO80クロマチンリモデリング複合体に注目し,同複合体サブユニットのノソクダウンを行った。RUVBL1サブユニットに対するshRNA発現プラスミド(4種)およびsiRNA(3種)のノックダウン効果をWestern法で調べた結果,前者では60-70%,また後者では40-60%のノックダウン効果が得られた。現在,shRNA安定発現細胞をクローニングしている。また,ACTR5についても同様な検討を行った。shRNA発現プラスミド(4種)では有意なノックダウン効果は得られなかったが,siRNA(3種)では20-70%のノックダウン効果が得られた。これまでの研究で,DNA-タンパク質クロスリンク損傷(DPC)はDNA複製および転写を強く阻害することから,致死性の高い損傷であることを明らかにした。アルデヒド化合物は,ゲノムにDPCを誘発することが報告されているが,DPCが主要な致死損傷かどうかは明らかにされていない。そこで,生体内の代謝で生じるformaldehyde(FA)およびacetaldehyde(AA)の致死損傷(DPC,DNA二本鎖切断(DSB),DNA鎖間架橋(ICL))について検討した。10%生存率で細胞を処理し,DPCおよびDSBを定量した。FAではDPCの生成が認められたが,AAでは認められなかった。DSBは,FA・AAともに生成したが,その生成量は少なかった。ICLについては,修復欠損細胞を用いて遺伝学的に検討した。XPF欠損細胞およびファンコニー貧血患者由来細胞(FancA,FancC)はともに,FA・AAに対し高感受性を示したことから,ICLの生成が示唆された。この結果から,FAではDPCとICL,またAAではICLが主要な致死損傷であり,アルデヒド化合物でも致死損傷のスペクトルが異なっていることが示された。

今後の細胞を用いた研究に重要な知見が得られた。DPC修復におけるクロマチンリモデリングについては,INO80およびTIP60複合体のサブユニットであるRUVBL2をsiRNAでノックダウンし,5'-aza-2'-deoxycytidine(azadC)およびcisplatin(cisPt)に対する感受性を調べた。ノックダウン細胞は,azadC・cisPtともに感受性を示したが,感受性は相同組み換え欠損細胞に比べ低かった。他のリモデリング複合体による補償経路が関わっているか検討する必要がある。放射線および抗がん剤が誘発するDNA-タンパク質クロスリンク(DPC)損傷について検討した。放射線では,マウス移植腫瘍をX線および炭素イオン線で照射し,蛍光標識によりDPCを定量した。DPCは線量依存的に増加したが,X線・炭素イオン線ともに,常酸素腫瘍に比べ低酸素腫瘍の方が生成量は多かった。また,高LET放射線である炭素イオン線の方がX線に比べDPC生成量は多かった。これらの結果から,放射線によるDPC生成は,細胞の酸素分圧と放射線の電離密度に依存することが示された。放射線によるDPC生成には,DNAラジカルとタンパク質ラジカルの再結合が関わっている。酸素はこれらのラジカルに付加し不活性化するため,DPC生成効率が下がると考えた。一方,高LET放射線は局所的なラジカル密度を増加するためラジカル再結合が促進され,DPC生成効率が上がると考えた。次に,他のDNA損傷との生物影響を比較するため,DPC由来の蛍光をcalibrationし,単位線量(1 Gy)あたりの生成数を求めた。その結果,常酸素下におけるDPCの生成数は,ピリミジン塩基損傷,プリン塩基損傷,DNA一本鎖切断と同程度であることが明らかとなった。抗がん剤では,培養細胞をDNA代謝酵素阻害剤で処理し,DNAを精製後,原子間力顕微鏡(AFM)でDPCを観察した。未処理の細胞ではDPCはわずかにしか観察されなかったが,処理後には明確な増加が認められた。topoisomerase I阻害剤およびDNA methyltransferase阻害剤ではDNA鎖内部にDPCが認められたのに対し,topoisomerase II阻害剤では,DNA鎖末端にDPCが認められた。今後,これらのDPCの修復動態をAFMで調べる予定である。アルデヒド化合物,抗がん剤,放射線などのDNA障害因子はしばしばタンパク質をDNAに固定化し,生じたDNA-タンパク質クロスリンク(DPC)損傷は複製と転写を阻害するため,生物に重篤な影響を与える。
風化残積土の粒子破砕と圧縮性に関する微視的研究

研究代表者らは、地盤材料の粒子破砕現象は、時間依存で連鎖的に進行していく現象として捉えるべきであると考えている。本研究の研究成果は以下の4点に集約される。(1)過去の文献から、粒子破砕の時間依存進行性を示している室内、原位置実験データ事例を網羅的に整理し、取りまとめた。その結果、時間依存特性は、過剰間隙水圧の消散を要因とせず、粒子破砕が原因で時間依存特性を示す事例があることを明らかにした。(2)広島県の風化花崗岩地盤から採取した石英粒子、長石粒子の単粒子に対して、単粒子の圧縮破砕試験を実施し、風化残積土の構成粒子の破砕特性を把握した。その結果、石英、長石の破砕強度は粒子寸法に影響を受けること、破砕による粒子の分割数の発生確率は、指数的に減少することを見出した。(3)複数の材料に対して破砕性円柱の積層体の一次元圧縮試験を行い、圧縮特性とともに時間依存沈下特性を計測するとともに、粒子破砕現象の詳細な観察を踏まえて、破壊メカニズムの分類を行った。その結果、一次元圧縮曲線の降伏応力は、破砕率が30%程度と対応すること、破壊メカニズムとして割烈破壊、接触点における圧縮破壊が存在することを示した。(4)破砕性円柱の積層体による模型地盤を作成し、2次元基礎に対して長期載荷試験を実施し、地盤内のここの積層体の並進運動、回転運動および破砕状況を観察し、基礎の時間依存沈下の要因を明らかにした。その結果、すべり線の形成は、粒子回転と密接な関係があることを見出した。平成9年度は,地盤の局所的間隙構造の変化を微視的に観察するため,50×50×100mmの供試体の平面ひずみ圧縮試験装置を開発し,その全体の応力ひずみ関係を測定しながら,マイクロスコープによりせん断体の発生過程を詳細に観察した.このマイクロスコープは25800倍のズ-ムレンズがついており,撮影した画像から粒子間距離等を測定できるようになっている.今年度は基礎的なデータを得るため,この種の実験で広く用いられている豊浦砂を試料とした.これを相対密度が85%となるように乾燥状態で締固めて供試体を作成し,398kPaで等方圧密した後,せん断試験を行った.実験を行った結果,次のような結論が得られた.即ち,1)せん断帯発生以前は試料は全体的に圧縮し,土粒子の変位ベクトルは同一の方向・大きさであった.2)せん断帯発生時は供試体の変形はせん断帯に集中する.また,せん断帯の幅はほぼ土粒子1015個分(23mm)の大きさであった.3)せん断中のせん断帯付近の土粒子は,他の土粒子を乗り越え,または間隙に転がり込むように運動していた.4)せん断帯付近で生じるせん断ひずみ,体積ひずみは,共に供試体全体を一様と仮定したものに比べ著しく大きい.5)せん断体でのせん断ひずみに対する体積ひずみの変化は供試体全体のそれとほぼ同じであった.このことからせん断に伴う体積変化のほとんどがせん断帯に集中していることが確認できた.平成10年度は,地盤・岩盤の安定性や,変形・崩壊の問題を考えるとき,粒子破砕現象が重要であることから,粒子破砕現象の理解と,それが地盤挙動に与える影響を調べるために,DH,DL級の風化花崗岩から採取した石英単粒子に上下方向の静的な圧縮力を加えて破砕させる単粒子破砕試験及び,一次元圧縮試験機と圧密試験機を使って多粒子破砕試験を行った.その結果,粒子破砕は,局所的な破砕が隣接する粒子へ伝播して,応力の再分配を生じ,さらに破砕を繰り返すという粒子破砕の時間依存進行性現象であることが示せ,同時に破砕時には計測可能な破砕音が観測された.以下に得られた結論を示す.

(1)石英粒子は軸歪み17%以下で破砕する.(2)石英粒子は4回に1回,2つに破砕する.(3)破砕により粒子は,丸みを帯びる傾向にある。(4)粒子破砕現象は時間依存性がある.(5)粒子破砕は個別に生じるのではなく,数ヶ所に集中して生じる傾向がある.
リン脂質トランスロケースの同定:免疫化学的及び細胞遺伝学的アプローチ

リン脂質トランスロケースはその可溶化・再構成による活性測定がきわめて困難であり、従来の生化学的あるいは分子生物学的なアプローチによる解析が不可能とされている蛋白質である。本研究においては、抗イディオタイプモノクローナル抗体を用いた免疫化学的手法および膜リン脂質配向性変異株を用いた細胞遺伝学的手法を駆使することにより、細胞膜中のリン脂質の配向性を制御する因子およびリン脂質トランスロケースを分離・同定し、さらに膜リン脂質の非対称分布の生理的意義を明らかにすることを目的に研究を開始した。その過程で、(1)生体内タンパク質中のホスフアチジルセリンとの特異的相互作用に関わるペプチドモチーフの同定に成功した。(2)特定のリン脂質を特異的に認識するモノクローナル抗体あるいは小分子ペプチドを開発し、生体膜中でのリン脂質の分布あるいは配向性を可視化することに成功した。(3)膜リン脂質が骨格系蛋白質のダイナミズムの制御因子として重要な役割を果たしており、膜リン脂質の非対称分布が崩れた部位を起点として細胞骨格系の再構築が誘導されることを見い出した。従来、細胞質分裂あるいは形態変化などの細胞のダイナミックな動きは骨格系蛋白質の解析が中心となって研究が進められており、骨格系を包む膜系は細胞骨格の動きに付随するものと想定されていた。本研究の成果は、膜リン脂質の存在状態あるいはその変化が直接に細胞骨格系のダイナミクスを制御することを示しており、生体膜におけるリン脂質非対称分布の生理的な意義を示した最初の報告となった。生体膜は脂質の二分子膜構造を基本として構築されている。細胞の形質膜あるいは細胞内小器官の膜においてリン脂質が脂質二分子膜の内外で非対称に分布することが知られている。形質膜ではPSおよびホスファチジルエタノールアミン(PE)は細胞質側を向いた脂質二分子膜の内層に、またホスファチジルコリンは細胞外を向いた外側に局在するとされる。この様なリン脂質の非対称分布は神経伝達物質の放出など膜の融合を伴う反応あるいは酵素活性の制御など様々な細胞機能の制御に関わるとされているが、その意義および制御因子は明かとされていない。我々は、放線菌の産生するアミノ酸19残基よりなる環状ペプチドが膜リン脂質のホスファチジルエタノールアミン(PE)を特異的に認識し、一対一に強固な複合体を形成することを見い出している。本年度は、同ペプチドを蛍光標識したストレプトアビジンに結合させ、生体膜上でのPEの動態と機能について解析を行った。まずCHO-K1細胞をM期に同調し、細胞分裂の各段階における本ペプチドの細胞表面への結合を検討した。その結果、M期のprophaaseよりtelophaseにおいては本ペプチドの細胞表面への有意な結合は認められなかったが、late telophaseにおいて収縮環上の細胞膜に局所的に結合することを見い出した。また分裂中の細胞に同ペプチドを共存させると細胞質分裂がlatetelophaseで特異的に停止することが明かとなった。これまでに得られた結果は、細胞質分裂直前の収縮環上の細胞膜でPEの膜内外の移行(フリップ-フロップ)が活発に起こり、細胞表面上に移行したPEが本ペプチドにトラップされることにより細胞質分裂の進行が阻止されることを示唆している。従来、細胞質分裂などの細胞のダイナミックな動きは細胞骨格系蛋白質の再編成を中心に解析が進められてきており、膜脂質は細胞骨格の動きに付随するものと想定されていた。我々の得た知見は、膜リン脂質が細胞分裂のダイナミズムの制御因子として重要な役割を果していることを示している。昨年度、膜リン脂質のホスファチジルエタノールアミン(PE)に特異的に結合するペプチド(Ro09-0198)を用いて、分裂期の細胞でのPE分子の動態を解析した。

その結果、分裂終期の分裂溝においてPE分子の脂質二分子膜中での配向性が局所的に乱れ、同ペプチドを添加することにより細胞表面上でのPE分子の動きを制御すると、細胞質分裂が分裂直前で停止することを明らかにした。本年度は、分裂期および間期の細胞膜上における膜リン脂質の動態が細胞骨格系の再構成に如何に関わっているかについて解析を進めた。その結果、上記のPE結合性ペプチドにより細胞分裂が停止した細胞はオルガネラおよび微小管の再構成は正常に行われG1期の形態をとっていたが、収縮環を形成するアクチンフィラメントの分裂終期における脱重合が特異的に阻害されていることが明かとなった。このとき同ペプチドは分裂溝膜上に特異的に分布し、ペプチドが結合した膜直下にアクチンフィラメントおよびアクチンフィラメントと膜とを架橋するラディキシン分子の集積が認められた。上記のペプチドによるアクチンフィラメント再編の阻害は可逆的なものであり、PEリポソームを添加し細胞表面に結合したペプチドを除くと、アクチンフィラメントの脱重合およびラディキシン分子の遊離が誘導され、二核のシンシチウムが形成された。また間期の細胞に上記のペプチドを添加すると、速やかな細胞形態の変化が認められ、細胞表面にペプチドが結合した膜直下で局所的にアクチンフィラメントの重合が観察された。この細胞骨格系の再編は細胞外カルシウムおよびATPの枯渇、各種リン酸化酵素の阻害剤等の影響を受けず、何らかの新たなメカニズムを介して引き起こされていること考えられる。生体膜においてリン脂質が脂質二重層の内外で非対称に分布することが知られているが、その生理的機能は不明であった。本研究は、細胞膜上における局所的なリン脂質分子の配向性存在状態の変化が細胞骨格再編の制御に関わることを示唆する初めての知見となった。
切断肢高圧ガス保存法の機序の解明と臨床への応用

メディカルガスを用いた高圧ガス保存法によって、ラット後肢を保存液に浸漬せずに長時間保存できることを明らかにした。さらに、保存に用いた一酸化炭素(CO)、キセノン(Xe)、そして亜酸化窒素(N2O)がもつ保存効果の機序の一端を解明した。これら結果は、高圧ガス保存法が臨床応用へ発展する上で、重要な学術的基盤になると考えられる。また、同様の方法で、ブタ切断四肢においても長時間保存できることを明らかにした。保存の対象が大きくなっても保存が可能であったことは、高圧ガス保存法がヒトに応用可能できる可能性を示唆したと言える。平成25年度は、高圧ガス保存法を臨床に応用するために、ラット後肢を用い1安全性の高いガス{キセノン(Xe)、亜酸化窒素=笑気ガス(N2O)}を用いた保存法を検討した。安全性を考慮し、容器にかかる圧力を下げて保存を試みた。また、上記のガスを用いて2保存したラット後肢におけるmRNAの発現をReal-Time RT-PCRを用いて解析し、メカニズムの検討を行った。具体的内容;1これまでの高圧ガス保存法は、7気圧という高い圧力で保存をしていたが、今回は1気圧(大気圧同様)のガスでも保存効果が得られるか検討した。また使用する保存ガスは、毒性の一切ないXe、N2Oを用い、それぞれ保存した。Xeガス保存は、予備実験でも成功していたが、今回1気圧という条件で改めて3日間保存後の移植・生着に成功した。また、N2Oガス保存においても3日間保存後の移植・生着に成功した。2それぞれの保存法で保存直後のラット後肢から、mRNAを抽出し、各種プライマー(炎症性サイトカイン・アポトーシス・抗酸化)を用いて、それらの発現を検証した。それぞれNormalと比較し、Xe保存では一部の炎症性サイトカインの発現が減少しており、N2O保存では、抗酸化反応を促進させる酵素の一種であるGSTやMn-SODの発現が有意に上昇していた。意義・重要性;1これらの結果は、圧力をかけず且つ毒性のないガスを保存に用いたことで安全性が確保され、より臨床への応用に近づいたと思われる。2ガス保存法における保存効果の作用機序を解明し、学術的な基盤を作ることで臨床につながると考えられる。特に、N2Oは細胞保護を目的として使用された報告はなく、その効果は明らかにされていない。既に臨床で使用されているN2Oは、今回の結果からその細胞保護効果と機序を証明することができれば、より簡便に臨床現場で保存ガスとして使用が可能になるだろう。平成26年度は、25年度に検討したキセノン(Xe)、亜酸化窒素=笑気ガス(N2O)によるガス保存法の条件を用いて保存したラット後肢について、より詳細な解析・評価を行った。移植臓器において最も重要とされる1虚血再灌流障害の軽減について組織学的・分子学的に検討した。また、試験的ではあるが2大動物(ブタ)切断肢の保存を試みた。具体的内容;1ラット後肢を切断し、XeとN2Oによるガス保存後、移植を行った。虚血再灌流障害が最も激しいとされる再灌流から90分後に移植肢をサンプリングし、各種評価を行った。HE染色による組織学的な形態においては、Control (切断後すぐに移植したもの)と同様に筋、血管、神経の形態が保たれていた。さらに細胞死を検出するTUNEL染色においては、現在臨床で用いられる単純冷却保存と比較し、ガス保存群では明らかにTUNEL陽性細胞数が少なかった。また、再灌流後の移植肢から抽出したmRNAにおいて、Real-Time RT-PCRを用い、発現を比較検討した。それぞれの保存において、一部の炎症性サイトカイン・アポトーシス関連遺伝子の発現が、単純冷却保存と比較して減少していることがわかった。2ブタ前腕を切断し、24時間ガス保存後、電気刺激を行ったところ、僅かな収縮を確認することができた。意義・重要性;1Xe、N2Oによるガス保存法は、ラット後肢において虚血再灌流障害を軽減することがわかった。この結果は、臨床における切断から移植までの時間的余裕を作ることや、移植後の生着・予後の改善へと繋がっていくものと考えられる。2試験的な結果ではあるが、保存後のブタ前腕にて収縮を確認できたことは、保存対象がより大きな部位であっても保存が可能であることを示唆している。ヒトでは切断“指"など小さい部位よりも手・前腕など大きな部位の切断“肢"は、再接着後の生着率・予後が悪い。ブタ前腕を用いたこの結果は、これらの改善に繋がっていくものと考えられる。平成27年度は、キセノン(Xe)、亜酸化窒素=笑気ガス(N2O)を用いた高圧ガス保存法により保存した1ラット後肢については、保存移植後の機能的評価を行い、2ブタを使った大動物の四肢保存では、筋電図による筋収縮評価を行った。具体的内容;1高圧ガス保存法で保存されたラット後肢を移植から90日後に、フットプリントパターンによる歩行検査を行った。ラットの後肢(移植肢、健側肢)にそれぞれインクをつけ、片方が明るく、一方が暗いトンネルの走路を歩かせた。フットプリントパターンの分析を行ったところ、直線的な歩幅の長さ、左右後肢の間隔など、Control (切断後すぐに移植したもの)とほぼ変わらない数値を示していた。

2昨年度、試験的に行ったブタ切断前腕の保存後の電気刺激による収縮は目視によるものであったが、今回は筋電図を用いた客観的な収縮評価を実施した。ブタ前腕を高圧ガス保存法により保存したものと四肢の一般的な単純冷却保存法で保存したものとを比較した。高圧ガス保存群では収縮を確認できたが、冷却保存法では全く収縮が見られなかった。筋電図による測定の結果においても、波形に変化が見られた。意義・重要性; Xe、N2Oによるガス保存法は、ラット後肢を形態的・組織的に温存しただけでなく、機能的にも温存できることがわかった。ラットにおけるこの結果は、ヒトの場合であればリハビリをすることで、さらに細かい機能改善が期待され、移植後のQOLの改善へと繋がっていくものと考える。2保存後のブタ前腕の収縮を筋電図によって確認できたことは、前回試験的に行った結果が裏付けられ、より客観性を得られたと考える。これは保存対象がより大きな部位であっても保存が可能であることを示唆した。メディカルガスを用いた高圧ガス保存法によって、ラット後肢を保存液に浸漬せずに長時間保存できることを明らかにした。さらに、保存に用いた一酸化炭素(CO)、キセノン(Xe)、そして亜酸化窒素(N2O)がもつ保存効果の機序の一端を解明した。これら結果は、高圧ガス保存法が臨床応用へ発展する上で、重要な学術的基盤になると考えられる。また、同様の方法で、ブタ切断四肢においても長時間保存できることを明らかにした。保存の対象が大きくなっても保存が可能であったことは、高圧ガス保存法がヒトに応用可能できる可能性を示唆したと言える。ラット後肢を用いたXeとN2Oのガス保存法による解析・評価については、順調である。25年度にこの保存法による移植肢の生着が確認できたので、さらに解析評価を進め、生着した要因を調べた。とくに移植臓器の生着や予後を左右する虚血再灌流障害、この軽減にXeとN2Oのガス保存法が寄与しているかどうか組織学的・分子学的に評価することができた。筋は虚血に弱く、その障害が顕著であるため、この結果が移植肢の生着・viabilityの向上に深く寄与していることが分かった。大動物の実験においては、実験環境を整えるのに時間を要してしまい、予定よりもやや遅れている。今回は保存後の電気刺激による筋収縮を確認するに留まったが、来年度、より詳細な解析・評価を実施する上で期待感のもてる結果であったと考えている。医歯薬学平成27年度は、Xe、N2Oで保存したラットの移植肢の機能的な評価を行う。Control(切断後保存せずに移植した後肢)と比較し、歩行検査、電気生理学的検査を行い、移植肢がどの程度機能しているかを検討する。一方で、ブタの切断前腕は、より詳細な組織学的・分子学的評価を行うことを計画している。切断からXe、N2Oによるガス保存を行ったのち、移植し血流再開させ、保存肢のviability、形態、障害の程度を明らかにしたい。前臨床実験として、大動物の四肢にてガス保存の詳細な評価・解析を行うことで、臨床応用に向けての基盤を形成していきたい。高圧ガス保存法の研究は、臨床への応用に向けて、段階を経て順調に進んでいる。これまでの高圧ガス保存法では、高圧且つ毒性のあるガスを用いて臓器や切断肢を保存しており、臨床に応用するには安全面で不安があった。今回の結果により、圧力をかけず、毒性のないガスを用いても保存効果があることが証明された。
音声処理技術の高度化に関する研究

昭本63年度に引き続いて、音声処理技術の高度化、特に「雑音の除去・低減」について研究を行った。特に本年度は本重点領域研究の完了年度でもあるので、3年間の研究成果の取りまとめ、および今後の課題を明らかにした。具体的には、次のような成果をあげることができた。(1)ベクトル量子化と神経回路網による音声中の雑音除去音声信号の分析に先立つ前処理段階での雑音の除去・低減を目的に、多層パーセプトン型神経回路網モデルとベクトル量子化とを組合せ、雑音の除去・低減を行うシステムの開発を行った。特に適切なベクトル量子化法と使用パラメータの選択をおこない、LPCケプストラムを用いてLBGにより宵子化を行うのが良いことを明らかにした。また、神経回路網モデルの規模とその特性についても実験的に検討を進め、小数語彙に対しては汎化特性があり、学習したSN化に対して±3dBのSN比の変動にも強いことが示された。一方、大語彙の場合には新たな観点からの検討を必要とすることも明らかにした。(2)最尤推定法による雑音除去雑音中の音声波形を直接推定するための最尤推定法を理論的に研究し、それを実際の音声波形に対して適用する実際的な手法の開発を行った。本研究は未だ研究途上にあるが、有声音区間においては57dBのSN比の改善がみられ、本手法の有効性を示すことができた。(3)スペクトルサブトラクション法による雑音低減の改良雑音環境は複雑に変化することを考慮し、本音度は主な雑音成分が観測可能である場合を想定し、適応的な雑音除去法を検討した。具体的にはLMSアルゴリズムにより適応化したFIRフイルタの効果を実験的に検討した。その結果、ピアノ音では10dB程度、広帯域雑音では約6dBの低減効果のあることが明らかとなった。以上が本年度の研究成果概要であるが、これらを一つにまとめた総合的な雑音処理システムを考えることができ、その実現にむけた研究を引続き行う必要がある。
三次元応力状態における不飽和土地の強度とサクションの関係

応力状態の差違が、不飽和粘性土のせん断特性について与える影響を調べた。中空ねじりせん断試験装置を、内セル内と中空内の水頭変化を差圧計で測定することにより、不飽和供試体の全てのひずみ成分が測定可能になった。実験は応力サクション履歴が明確な供試体に対して、サクション一定および含水比一定試験を行った。またせん断条件は主応力方向α=45°,中間主応力係数b=0.5である。その結果次のことがわかった。・不飽和粘性土の応力-ひずみ曲線では、偏差応力に最大値が存在し、その後残留強度に至るひずみ軟化型の挙動を示す。つまりサクションは土を過圧密化させる作用がある。・ピーク強度時の状態を(p-u_a)-q平面で整理すると、サクションの大きさに応じて飽和土の限界状態線と平行に移動していく。・残留状態を(p-u_a)-q平面で整理すると、サクションの値によらず、飽和土の限界状態線と平行な1本の直線で表せる。・サクションによる強度増加は、三軸圧縮時より中空ねじりせん断時の方が小さい。・破壊時の間隙比が等しければ、せん断強度はほぼ等しくなる。つまりサクションにより間隙比が変化し、それに応じた強度増加があるといえる。
入浴中突然死例における心房細動発生源の病理組織学的検索

心房細動の病歴を有する人は、静脈還流増加、血圧・心拍数上昇により、心房細動が発生し、意識消失より浴槽内で死亡する可能性がある。肺静脈のMyocardial sleeveのアミロイド沈着、線維化瘢痕の程度を、入浴中の急死例・コントロール例、各々35例の肺静脈の病理組織所見を検討した。入浴中の突然死では、Myocardial sleeveの線維化瘢痕の程度が強く、コントロール例と比較して有意差を認め、入浴中の急死例は、心房細動が発生しやすい状態にあった可能性がある。東海大学医学部基盤診療医学系法医学教室で施行した、法医解剖例のなかで、浴槽内で急死していた解剖例で、比較的死後変化の進行していない例について、全例通常通りの各臓器の組織標本作製、血中エタノール濃度測定、薬物検査に加えて、心臓の左心房から肺静脈に移行する部分(4箇所をリング状に4-5mm間隔で切り出す)、刺激伝導系(洞房結節、房室結節)について切り出しを行い、HE,標本、アミロイド染色(コンゴーレッド染色)、EVG染色を行った。これに対するコントロール症例としては、心臓疾患を有さない、法医剖検例で、60歳以上の高齢者、心臓疾患を有する高齢者の剖検例について、通常の通りの各臓器の切り出しに加え、上記と同様の切り出しを行った。現在も、症例の収集、切り出し、標本作製を行っている。現在まで、浴槽内急死例は25例が集められており、全例について、切り出しおよび染色が終了している。コントロール症例は42例が切り出し、標本作成が全了している。現在、浴槽内急死例については、各例の病歴、疾病所見、血中エタノール濃度、薬物検査の結果を表にまとめ、各標本を鏡見し、アミロイドの沈着、線維化について、グレード判定を行っている。また、コントロール症例についても、年齢、心臓疾患の病歴の有無に分類、表を作成し、作成した標本の鏡検を行い、アミロイド沈着、線維化入浴中急死例と比較検討していく予定である。今後、結果をまとめ、考察し、国内外の法医学会にて成果発表を行う予定である。入浴中の急死例は35例で、平均年齢は75±11.9歳、男性19例、女性16例。コントロール症例は35例で、平均年齢75.0±13.0歳、男性26例、女性9例であった。各の剖検例の身長、心臓重量、左右心室壁厚、冠状動脈硬化の程度について調査し、肺静脈4本、洞房結節、房室結節について、切り出しを行い、HE染色、アミロイド染色、EVG染色を行い、肺静脈のmyocardial sleeveの有無、各部位のアミロイド沈着、線維化の程度を、0,+1,+2,+3の4段階で客観的に評価、また、左室自由壁の心筋に小梗塞、瘢痕の有無について、鏡見を行い、統計学的検討を行った。Fisher's exacttestを行い統計学的有意差も有無を検討した。肺静脈のMyocardial sleeveは全体で276個認められ、入浴中の急死例で138個(98.6%)、コントロール例で136個(97.1%)認められた。各肺静脈のmyocardial sleeveのアミロイド沈着の程度は、左上肺静脈0.68、左下肺静脈0.76,右上肺静脈0.8、右下肺静脈0.9であった。各肺静脈のmyocardial sleeveの線維化の程度は左上肺静脈1.76、左下肺静脈1.9,右上肺静脈1.87、右下肺静脈2.4であった。すべての症例において、洞房結節、房室結節に異常所見は認めなかった。入浴中の急死例では、コントロール症例と比較して左上肺静脈、右上肺静脈、右下肺静脈の線維化の程度が有意差を持って強く、各々、p=0.0079、p=0.047、p=0.026であった。入浴中の急死例の肺静脈のmyocardial sleeveの線維化の程度は、コントロール症例より高度であった。加齢による肺静脈のmyocardial sleeveの筋細胞のアポトーシス、線維化、瘢痕様組織が心臓細動の発生源となる。入浴中の突然死例にて、心房細動の発生が急死の原因となっている可能性が示唆された。
デジタル ゲノム スキャニング法の開発と胃癌関連遺伝子探索への応用

癌遺伝子の増幅や癌抑制遺伝子の欠失を伴う染色体変化は癌細胞の特徴である.本研究では短いゲノム断片を解析しゲノム上のDNAコピー数以上を示す領域を検出する方法としてデジタルゲノムスキャニング(DGS: Digital Genome Scanning)法を開発し,胃癌細胞株におけるゲノムコピー数異常の検出を試みた.以上より,DGS法は癌を代表とするゲノムコピー数異常を呈する疾患の原因遺伝子探索において有効な手法となりうることを実証した.癌遺伝子の増幅や癌抑制遺伝子の欠失を伴う染色体変化はがん細胞の特徴である.本研究では短いゲノム断片を解析しゲノム上のDNAコピー数以上を示す領域を検出する方法としてデジタルゲノムスキャニング(DGS:Digital Genome Scanning)法を開発し,胃癌細胞株におけるゲノムコピー数異常の検出を試みた.胃癌細胞株ゲノムDNAを制限酵素処理した断片を回収し,連結したクローニングしたDNA断片(タグ)の塩基配列を決定した.取得したタグの塩基配列をヒトゲノム上にマップし,ゲノム上での5,462個のタグの分布密度をもとにコピー数異常を示す領域を推定した.DGSで予測されたゲノム増幅領域に存在する癌遺伝子の候補については,次に,Southern blot, FISH, real-time RT-PCR, Western blot法などの分子生物学的手法で検証を行った.このDGS解析により,胃癌細胞株HSC45の第12番染色体短腕約0.5Mbのゲノム増幅が同定され,同領域に存在する癌遺伝子K-rasのゲノム増幅を確認した.K-ras領域のゲノム増幅は胃癌細胞株18種中4種で,また臨床胃悪性腫瘍50例中4例で検出された.また,K-rasの遺伝子増幅を示した胃癌細胞株ではMAP kinase (ERK1/2)の恒常的活性化が観察された.以上より,DGS法はがんを代表とするゲノムコピー数異常を呈する疾患の原因遺伝子探索において有効な手法となりうることを実証した.癌遺伝子の増幅や癌抑制遺伝子の欠失を伴う染色体変化は癌細胞の特徴である.本研究では短いゲノム断片を解析しゲノム上のDNAコピー数以上を示す領域を検出する方法としてデジタルゲノムスキャニング(DGS: Digital Genome Scanning)法を開発し,胃癌細胞株におけるゲノムコピー数異常の検出を試みた.以上より,DGS法は癌を代表とするゲノムコピー数異常を呈する疾患の原因遺伝子探索において有効な手法となりうることを実証した.
遺伝地図べースでのゼンマイ類における適応進化と自然選択圧の解析

渓流沿い植物ヤシャゼンマイとゼンマイの間において種間の詳細な比較観察および形質測定を行い、細葉形質に関わる3形質以外にも葉柄の太さや葉面積あたりの重さで種差があったので、作成した雑種後代で各形質間の表現型相関を解析した。その結果、細葉形質と葉柄の太さの間には相関がみられた。いずれの形質も単一の遺伝子で支配されておらず、複数の連鎖群上の遺伝子に支配されていることが明らかになった。それぞれの遺伝効果は大きくないが、異なる形質を支配する遺伝子が互いに同じ連鎖群上の近傍に位置していた。つまり、ひとつのゲノム領域にみられる遺伝的分化が結果的に大きな形態形質の差異を生み出していることが考えられた。ゼンマイ亜属において作成した種間遺伝地図に基づいて人工交配集団を解析した結果から、渓流沿い植物ヤシャゼンマイにおける細葉形質は複数の遺伝子に支配されていることが示されている。小羽片の基部の角度と下側最下の葉脈から分岐する脈の数は相関がある(r= 0.512、p< 0.001)が、表現型に最も大きい効果を及ぼす遺伝子座は連鎖群10に位置しており、基部の角度のみに遺伝効果がある。ゼンマイ亜属での幼個体の解析は成長段階を揃えるのが難しいが、頂羽片と1対の側羽片が独立した段階で解析すると、分子マーカーとの相関解析でも一定の結果が得られることがわかってきた。そこで、本研究では幼個体における葉柄の太さの解析を行なった。解析に用いたのは、ヤシャゼンマイとゼンマイの雑種第二代と倍加半数体である。幼個体における解析の結果、形質間の相関は、基部の角度と葉柄の太さにもあった。これらの形質は連鎖群9上のEST_219と相関があることが明らかになった。基部の角度と脈数に関しても両方とも連鎖群1上のEST_815と相関があることから、必ずしも葉形に与える影響は大きくはないが、複数の形質に影響を与える遺伝子が存在するか、同じ連鎖群上に近接して遺伝子が存在するために、雑種個体群において各形質が独立に分離しないことが考えられる。これらのことから、ゼンマイ亜属における渓流帯への侵入においては、細葉形質の獲得にともなって、互いに遺伝的に相関のある複数の形質が進化したことが考えられる。幼個体の葉形形質の解析から、渓流帯では早い時期に三出複葉になり、かつ、相対的に太い葉柄をもつことが適応的である可能性が示唆された。本研究は陸上植物が新たな生育環境に進出して種分化する過程を遺伝地図ベースで解析することにより、自然選択が生物多様性創出に及ぼす影響をゲノムレベルで解析することを目的とし行なわれた。渓流沿い植物ヤシャゼンマイがゼンマイから種分化した過程で獲得した適応的な形質を支配するゲノム領域を明らかにした結果、表現型相関がみられる形質は互いに近傍にマップされ、同じゲノム領域に存在することが示された。このことから、各形質に及ぼす遺伝効果が小さい場合でも、複数の形質に遺伝効果があることにより、大きく形態が変わり、強い分断性淘汰の影響を受けることが示唆された。具体的な解析内容は以下の通りである。種間の詳細な比較観察および形質測定を行い、細葉形質に関わる3形質(葉形指数、小羽片の基部の角度、脈の数)以外にも葉柄の太さや葉面積あたりの重さで種差があったので、作成した雑種後代で各形質間の表現型相関を解析した。それぞれの遺伝効果は大きくない場合が多いが、異なる形質を支配する遺伝子が互いに同じ連鎖群上の近傍に位置していた。つまり、ひとつのゲノム領域にみられる遺伝的分化が結果的に大きな形態形質の差異を生み出していることが考えられる。ヤシャゼンマイの場合、個体が小さい時に冠水による強い選択圧を受けていることが先行研究によって示されていたが、少数のゲノム領域における遺伝的分離によって葉柄が太く、小さいうちに三出複葉になる細葉形質をもつ個体が生じることも明らかになった。渓流沿いの生育環境への適応には、複数の遺伝子が関わっているが、ゲノム領域としては限られていて、野外集団における集団遺伝学的な解析から種分化後も遺伝子浸透がある領域があることも示唆された。

植物系統分類学遺伝地図の高密度化は遅れているが、既存の遺伝地図を用いたmap-basedの解析結果から、複数の形質に影響を与えることで、強い分断性選択がかかり、種分化過程で生殖的隔離が完全でなくとも、形質の分化が保たれていることを明らかにできた。次世代シークエンサーを用いた解析から得られている配列データから分子マーカーを開発し、特に渓流沿い植物の適応的形質に関わっているゲノム領域に分子マーカーを追加することを目標とする。また、解析個体を増やして、適応的形質間の遺伝相関と種間の分断性淘汰に関する論文を公表する。葉形解析のための機器(キーエンス社の厚膜測定センサー)を購入したが、キャリブレーションに用いるミツトヨのゲージブロックが受注生産であり、昨年度中に購入することができなかった。ミツトヨのゲージブロックは5月納入予定であり、次年度使用額で支払う予定である。
イノベーション誘発コンテストの評価

近年、研究開発コンテストへの関心が高まっている。近年の著名な成功事例(例:米国DARPAのGrand ChallengeやAnsari XPrize)を背景に、アカデミック研究者も研究開発コンテストを立ち上げつつある。しかし、研究開発コンテストが基礎・応用研究分野の研究活動に与える影響を検証した実証研究はほとんど存在しない。本研究は1997年に開始されて以来毎年開催されているロボット・サッカー・コンテストであるロボカップを対象に、研究者の研究パフォーマンスの検証を行った。その結果、コンテスト参加者は、短期的には研究パフォーマンスが低下する傾向があるものの、その後は研究パフォーマンスが高くなる傾向が確認された。平成22年度はロボット分野のイノベーション誘発コンテストであり、10年以上の実施実績を有するロボカップを対象にデータ収集・整備と基礎的な解析を進めた。具体的には、ロボカップ実施に併せ開催されてきた国際学会の論文集に収録された論文をもとに引用や被引用関係等の書誌情報のデータベース化を進め、定量的な分析、引用関係に着目することによって抽出したロボット分野のイノベーション・ネットワークの分析を行った。一般にはイノベーション誘発コンテストは、事前に提示された特定の社会的・技術的課題の解決に向け貢献した、あるいは最も優れた成果を収めた研究や技術に対し、懸賞金を授与するという、研究開発活動促進の枠組みの一つであり、懸賞金等の経済的インセンティブにより、研究開発を促進するというものであるが、以上の作業により、通常のイノベーション誘発コンテストと異なり、懸賞金等の経済的インセンティブが働いていない、もしくは低く、かつ、国際学会という研究成果の発表と共有を目的とする場を有するという特徴を有し、それゆえ、研究者の行動規範であるマートン規範、いわゆるCUDOsが反映されていると考えられるロボカップを対象に、通常の研究の枠組みと異なるコンテストが学術活動に与える影響の検証や、近年、研究開発や市場の軸が産業用ロボットからサービス・ロボットに移行しつつあるロボット分野におけるイノベーション過程の検証が可能になる。イノベーション誘発コンテストとは、懸賞金等の経済的インセンティブによる研究開発の促進を目的とした、事前に提示された特定の社会的・技術的課題の解決に向け貢献した、あるいは最も優れた成果を収めた研究や技術に対し、懸賞金を授与するという、研究開発活動促進の枠組みの一つである。今後、基礎・応用研究にも、研究者間で互いに競争しつつ研究を進めるコンテストの仕組みが広く利用される可能性があるものの、コンテストが研究活動に与える影響や効果に関する実証研究は存在しない。本研究では、平成23年度は前年度に引き続き、ロボット分野のイノベーション誘発コンテストであり、10年以上の実施実績を有するロボカップに関連する各種論文の書誌情報の整備・更新を行うと共に、さらにロボット分野の代表的な学術誌の掲載論文の書誌情報の収集・整備を進めた。そして収集・整備したデータをもとに限定的ではあるものの、計量書誌学の手法に従い研究者の論文数(「研究生産性」の指標)と論文の被引用数(「研究の質」の指標)の二面で、通常の研究の枠組み(研究助成)と異なるコンテストが研究活動に与える影響の検証を試みた。本研究は、従来、検証される機会が少なかったロボット分野を対象としたイノベーション研究という点でも意義を有する。24年度が最終年度であるため、記入しない。