hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Prevotella intermediaのエラスターゼ遺伝子のクローニング

前年度でエラスチン分解活性を示す形質転換体を得る事ができたので,今年度はこの転換体が有するプラスミドの解析を行った。このプラスミドには5.6kbpの外来DNAが組み込まれていた。このDNAの制限酵素地図を作成,PstI-XbaIの3kbpの断片上に目的遺伝子が存在していた事がわかった。DNA断片を一方向から欠失させて目的領域の範囲を狭め,約2.5kbpの塩基配列を決定し、オープンリーディングフレーム(ORF)の検索を行った。その結果、ATGから始まりTAAで終わる1923bpから成る1つのORFが判明した。このORFから推定されるタンパク質のアミノ酸残基数は640、分子量は約70kであった。分子量はP.intermediaエラスターゼ(分子量33k)に比べて大きく違っていた。この違いは,エラスターゼはこのまま(33kタンパク質)発現されるのではなく,まず70k前駆体として発現し,その後プロセシングを受け成熟タンパク質(33k)になっていくと考えれば説明できると思われる。その根拠としてエラスターゼのN末端から12個のアミノ酸配列が,ORFから推定されるアミノ酸配列の335残基からの12残基と一致し,335残基からの推定アミノ酸配列の分子量が33.6kとエラスターゼの分子量と近似していることがあげられる。推定アミノ酸配列に対してモチーフ検索を行い,セリンプロテアーゼに共通する3ケ所の活性部位が同定された。また,エラスターゼもDFP,PMSFで活性阻害を受け,セリンプロテアーゼに分類できた。このDNA断片が挿入されたプラスミドを有する大腸菌菌株はエラスチンおよびエラスターゼ合成基質分解活性を示し,またORFから推定されるアミノ酸配列の特徴がエラスターゼの特徴と前述のように一致した。よって,P.intermediaEL,-2-1のエラスターゼ遺伝子がクローニングできたと結論づけた。エラスターゼを産生するP.intermedia EL-2-1の染色体DNAを抽出・精製し,EcoRIを作用させた。得られたDNA断片をpUC19のEcoRI部位に組み込み,これら組み替えプラスミドで大腸菌JM109を形質転換した。このプラスミドライブラリーからのエラスターゼ遺伝子のスクリーニングは,まずカゼイン分解活性を示す形質転換体を選び,つづいて,それらからエラスチン分解活性を有する形質転換体を得るという方法で行った。すなわち,形質転換した大腸菌をスキムミルク,アンピシリンを含むLBプレートにまき,コロニー周囲の透明帯の発現によってカゼイン分解活性の有無を調べた。約10,000のコロニーから2株の陽性クローンを得ることが出来た。さらにこれら2株をエラスチン粉末(ウシ靱帯,20mg/ml),アンピシリンを含むLBプレートに植えた。1株がエラスチン分解活性を示した。さらに,この菌体を6Mグアニジン塩酸で処理するとエラスターゼの合成基質Glt-Ala-Ala-Pro-Leu pNAに分解活性を示すようになった。P.intermediaエラスターゼの精製にあたり,酵素活性の測定にはGlt-Ala-Ala-Pro-Leu pNAを基質としたこと,出発材料は膜画分からの6Mグアニジン塩酸抽出物であることを考えると,目的とする遺伝子がクローニングされたと推定した。このクローンがもつプラスミドには約6kbの外来DNAが挿入されていた。このDNAの制限酵素地図を作製し,目的遺伝子はPstI-XbaI3.1kb上に存在することが判明した。現在この領域の塩基配列を決定中である。
塩湖堆積物の長鎖アルケノンなどよりみた中国西部砂漠域古環境変動の復元の研究

本研究は、有機炭素/全窒素比(C/N比)、不飽和長鎖アルケノン、炭素・窒素安定同位体組成、リグニンフェノールなどの化学成分をプロキシ(Proxy、代替指標)として、中国北西部砂漠域の塩湖堆積物を対象とし、完新世中期以降の年代を中心として、古気候変動の復元を目的とした。このため中国西部砂漠域新疆ウィーグル自治区ウルムチ市南方のボステン湖(41°56.176'N,86°48.055'E、標高1030m)および中国北西部吉林省長春西方のダブス湖(44°45.20'N,123°34.30'E,標高450m)から湖底堆積物試料を採集し、化学分析を通して古気候変動の解析を行ない以下の結果を得た。・ボステン湖堆積物による古気候変動の解析(1)ボステン湖における3.5kyrBP(千年前)以降のアルケノン水温は0.510.1°Cの範囲で変動し、本湖周辺では寒冷温暖気候の交代が明確に存在した。特に、1)3kyrBP以前寒冷期2)2.7kyrBP1.5kyrPB:温暖期、3)1.5kyrBP現在:寒冷期に分けられた。(2)堆積物有機物の炭素、窒素安定同位体組成の結果は、環境変動により本湖の物質循環系を大きく変動したことを示し、環境変動の記録媒体としての堆積物の重要性が指摘された。・ダブス湖堆積物による古気候変動の解析(1)湖底堆積物のリグニンフェノールに関する分析結果は、本湖を取り巻く陸上植生は、現在から3kyrBPまで寒冷種の裸子植物が優先し、3kyrBP5kyrBPで温暖種の被子植物が優先し、植生遷移の存在を示した。(2)不飽和長鎖アルケノンによるU^κ37によるアルケノン水温はほぼ上記の気候変動を支持した。しかし、ボステン湖堆積物とダブス湖堆積物とから解読された完新世後期の寒冷温暖期にはずれを認めた。このような地域差はデータの蓄積により今後解決する。本年度は、中国砂漠域に分布する塩湖を対象にして、堆積物試料について長鎖アルケノン組成変動から水温、塩分変動、花粉組成から植生変動、炭素酸素安定同位体比の変動から植生・水温変動を見積もることを目的としている。本年度は、タクラマカン砂漠のタリム盆地域に分布する塩湖群の一つである塩湖の中国西部タクラマカン砂漠域のタリム盆地に存在する塩湖、ボステン湖(41o55.091'N,86o44.962'E)試料およびジュンアガル盆地のアイビー湖(44o34'-45o08'N,82o36'-83o167E)を対象にして長鎖アルケノンによるUk'37,炭素窒素安定同位体比、14C年代などのデータを取得し、古環境解析を行い、以下の件を得た。1)ボステン湖:本湖堆積物の全長87cmの柱状試料を対象にして上記の分析を行った。本試料の14C年令は67-69cm深において4,040年BPと見積もられている。

有機炭素含量、delta13Cは,ともに20-22cm深(1,400年BP)で大きく変化し、環境変化の存在を示唆した。これに加えてアルケノン水温の20-22cm深を境に上層の18-20oCから下層の20-24oCへと上昇したことを認めた。この結果から、現在のところこの地域が湿潤温暖気候から寒冷乾燥気候に変化したと判断している。興味あることは、急激な気候変化に関する今回の結果は、前漢時代から栄えたコンチェダリア河畔オアシスの楼欄が滅亡した時期(4世紀)とほぼ一致している点である。2)アイビー湖:本湖堆積物の全長180cmの柱状試料を対象にして上記の分析を行った。本試料の14C年令は、135cm深で1,910年BPと算定された。Delta13Cは、全層にわたり大きな変化なくで-20-24o/ooを示し、アルケノン水温は5oC前後あった。この結果は、この湖を取り巻く環境は低温で、湖底堆積物有機炭素はC4植物(草本植物)の影響を大きく受けているものと判断される。しかし、この柱状試料に関しては、さらに詳細な化学分析を実施中である。中国西部砂漠域のタクラマカン砂漠タミル盆地の塩湖であるボステン湖および内モンゴル自治区に近い吉林省の塩湖であるドブス湖から湖底堆積物柱状試料を採集し、放射性炭素による年代測定と通して堆積物の層序に関して時間尺度を入れた。本試料を用いて、塩湖を取り各周辺地域の古環境変動を復元するため、全無機炭素、全有機炭素・窒素、長鎖アルケノン、炭素・窒素安定同位対比、花粉、植物化石などの分析を行い、以下の結果を得た。1)ボステン湖に関しては、全長87cmの柱状試料を採集した。放射性炭素年令データから現在から4,500年BP(Before Present)の試料であることを確認した。長鎖アルケノン指標(Uk'37)による水温は、現世1,500年BPでは摂氏4.57.5度の範囲であったが、1,500年BP2,100年BPでは摂氏1012度、それ以深では低温期になっていることを確認した。炭素・窒素安定同位対比は、このような水温変化と同調して変化し、低温期ではdelta13C値が-22-25o/oo、高温期では-18-14o/ooであった。この結果は、低温期にC3植物が優先し、高温期にはC4植物が優先していたことを示した。現世の植生分布から、C4植物は高温乾燥域に生育する。このことから、高温期は乾燥期であったことを示唆している。この結果は、花粉分析の結果によっておおむね矛盾なく支持されている。2)ドブス湖堆積物に関しては、冬季氷上から全長約6mの柱状試料を採集した。放射性炭素年令に関する測定結果は、最下層で9.500年BPの値を与えている。したがって、本試料は最終氷期以降のおよそ半分の時間をカバーしており、今後の研究成果が待たれる。本研究は、有機炭素/全窒素比(C/N比)、不飽和長鎖アルケノン、炭素・窒素安定同位体組成、リグニンフェノールなどの化学成分をプロキシ(Proxy、代替指標)として、中国北西部砂漠域の塩湖堆積物を対象とし、完新世中期以降の年代を中心として、古気候変動の復元を目的とした。このため中国西部砂漠域新彊ウィーグル自治区ウルムチ市南方のボステン湖(41°56.176'N,86°48.055'E、標高1030m)および中国北西部吉林省長春西方のダブス湖(44°45.20'N,123°34.30'E,標高450m)から湖底堆積物試料を採集し、化学分析を通して古気候変動の解析を行ない以下の結果を得た。・ボステン湖堆積物による古気候変動の解析(1)ボステン湖における3.5kyrBP(千年前)以降のアルケノン水温は0.510.1°Cの範囲で変動し、本湖周辺では寒冷温暖気候の交代が明確に存在した。特に、1)3kyrBP以前寒冷期2)2.7kyrBP1.5kyrPB:温暖期、3)1.5kyrBP現在:寒冷期に分けられた。
チャネルエピタキシー法によるSi基板上への3C-SiCの結晶成長

本研究の目的はマイクロチャネルエピタキシーをSi基板上へのSiCの成長に対して応用する,すなわちSi基板と成長層であるSiC層とを分離することで成長層に欠陥の伝搬を防ぐことが可能であるかということである.最初に他グループが用いた方法であるコラム構造を用いたSiCエピタキシャル成長を試みた.Si(001)面とSi(111)面を用いて試みたが,前者の場合は{111}面を形成しながら横方向成長することが分かったが,後者では確認することが出来なかった.またこの成長過程だけではSiコラム上へも原料原子が拡散すること分かった.その結果としてSi基板と成長層の分離化することが出来ないと結論付けた.そこでSi(001)面を用いて,Siコラム上に拡散しないようなパターンを作ることを提案した.そのパターンとはコラム間の間隔を狭くし,Siコラム側壁エッチングを行うことでT型の構造をした3C-SiC/Siであり,その成長方法をT型構造を用いたSiCエピタキシャル成長と名付けた.その効果によりSiコラム上への拡散は減少した.またTEM観察を行うことで下地のSi基板と分離した成長層である横方向成長層領域の3C-SiCでは,欠陥の低減した領域が形成していることが分かった.これらの結果からこれまで他材料に応用されてきたマイクロチャネルエピタキシーの方法がSi基板上の3C-SiCの成長に対しても応用可能であると考える。そしてT型3C-SiCISi(001)の構造を用いて、縦型マイクロチャネルエピタキシーの成長方法を用いることで縦方向の成長層に欠陥の減少した領域が得られると提案して試みた.その結果として成長層上部で欠陥の減少した領域が得られることが確認できた.また成長層同士の結合部では欠陥が遮断され,欠陥同士が打ち消されることを確認できた.一方で貫通している部分も確認されたので,この遮断効果のメカニズムの解析を行うことでこの効果を確実にする必要がある.本研究の目的はマイクロチャネルエピタキシーをSi基板上へのSiCの成長に対して応用する,すなわちSi基板と成長層であるSiC層とを分離することで成長層に欠陥の伝搬を防ぐことが可能であるかということである.最初に他グループが用いた方法であるコラム構造を用いたSiCエピタキシャル成長を試みた.Si(001)面とSi(111)面を用いて試みたが,前者の場合は{111}面を形成しながら横方向成長することが分かったが,後者では確認することが出来なかった.またこの成長過程だけではSiコラム上へも原料原子が拡散すること分かった.その結果としてSi基板と成長層の分離化することが出来ないと結論付けた.そこでSi(001)面を用いて,Siコラム上に拡散しないようなパターンを作ることを提案した.そのパターンとはコラム間の間隔を狭くし,Siコラム側壁エッチングを行うことでT型の構造をした3C-SiC/Siであり,その成長方法をT型構造を用いたSiCエピタキシャル成長と名付けた.その効果によりSiコラム上への拡散は減少した.またTEM観察を行うことで下地のSi基板と分離した成長層である横方向成長層領域の3C-SiCでは,欠陥の低減した領域が形成していることが分かった.これらの結果からこれまで他材料に応用されてきたマイクロチャネルエピタキシーの方法がSi基板上の3C-SiCの成長に対しても応用可能であると考える。そしてT型3C-SiCISi(001)の構造を用いて、縦型マイクロチャネルエピタキシーの成長方法を用いることで縦方向の成長層に欠陥の減少した領域が得られると提案して試みた.その結果として成長層上部で欠陥の減少した領域が得られることが確認できた.また成長層同士の結合部では欠陥が遮断され,欠陥同士が打ち消されることを確認できた.一方で貫通している部分も確認されたので,この遮断効果のメカニズムの解析を行うことでこの効果を確実にする必要がある.円形、六角形、短冊形などの微細パターン付のSi基板上に形成し、その上にヘキサメチルジシラン(HMDS)を原料としてCVD法に単結晶SiCを成長た。HMDS流量:1 sccm、水素流量:3slm, HC流量:11020sccm、成長温度1200°Cの条件でほぼ基板の上に選択成長できた。成長初期の温度プロファイルが重要で、初期にはプロパンを3sccm程度を流して、炭化バッファー層を形成し、平坦な核成長を生じさせた後に、成膜することが重要であることが判明した。1350°Cの高温では酸化膜が剥離するために、長時間成長には適さない。しかし、短時間での成長では露出部からはSiの結晶性を引き継いだSiCが成長し、酸化膜の膜厚まで成長すると酸化膜上を横方向に成長している様子が観察できた。隣から伸びてくるSiC膜と合体して、SiC膜が全体に単結晶成長するためにはまだ成長条件の絞り込みが必要である。酸化膜の膜厚は1000Å、2000Å、5000Å、7000Åの4種類を使用したが、2000Åが最適であった。またラインとスペースは5ミクロン以下が望ましいことが分かった。マスクとしてはSiO2を使用しているがSi3N4など各種材料をも今後検討する。開口部と酸化マスク上のSiCの結晶性をSEM観察した結果、酸化膜の上にはSiCは成長しておらず、わずかながら横方向成長していることが確認された。

成長したSiC結晶は3C-SiCで単結晶であることがRHEEDパターンから確認された。(100)基板の上ではファセットは見られなかたが、(111)基板上ではピラミッド状の成長がみられた。今後は(110)方向への微細なラインパターンを形成し、チャネルエピタキシーの技術を完成し、簡単なデバイスを作製する。本研究では3次元の微細構造を利用したヘテロエピ成長を用いて3C-SiC/Si界面から入る成長層中の欠陥をはじめ,大きな残留応力や,歪みを低減させることを目的した.本研究では原料にSi2(CH3)6(Hexamathyldisilane : HMDS)を用い,主に表面平坦性に優れた結晶が得られるSi(111)基板上にCVD法により3C-SiCのエピタキシャル成長を行った.実験は横型常圧CVD装置により行った.まず,Si(111)上の3C-SiCエピ薄膜の形成を行い,3C-SiC/Si(111)界面近傍の成長条件の最適化を行った.(100)面上の成長同様にエピ膜の結晶性および表面モフォロジーが成長初期段階における3C-SiC成長前の炭化工程に依存する.また,島状成長で形成される個々のアイランドの大きさがCVD成長温度により変化することがわかった.マイクロチャンネルエピタキシー(MCE),ファセット形成型成長,エアブリッジ構造成長,横方向成長(ELO)の4つの成長様式により3次元微細構造を形成することができた.MCEを除く3つは種領域形成および再成長の2段階の成長様式である.マスクにより伝搬する欠陥を低減するMCEにおいて,ELOが得られたものの,結晶性が乱れ,nucleationの抑制によって改善が可能であることがわかった.ファセット形成型成長では面による成長速度の違いにより三角錐形状のエピ膜が形成された.また,ラマン分光測定よりエアブリッジ構造成長の空洞上に形成されたブリッジ領域はSi基板と接合している種領域より結晶性に改善が見られた.最後に横方向成長よりELO領域が得られ,隣同士のELOが合体していたが,合体部ではヒロックが観察され,現時点ではELO領域の結晶性が種領域より劣っている.これに対し,成長初期のパラメーターを精密制御することで結晶性の改善が期待される
縦断方法による運動と防衛体力特に体温調節機能の発達及び機構に関する研究

本研究は体温調節機能に与える運動継続の影響を縦断的に検討し、運動による体温調節機能の発達および発達した機構を究明することを目的として行なわれた。従来、体温調節機能に与える運動継続の影響について、青年並びに動物について研究を進めてきたが、本研究においては人工気象室の設置により、ヒトの抹消レベルとともに全身レベルの体温調節機能が検討されることとなった。1992年(平成4年)に基礎実験を行い、人工気象室の設置を待って、1993年(平成5年)春に縦断研究を開始した。大学運動部員として規則的に持久的鍛練を行い始めた一年生を対象に、4-5月は鍛練開始前の最大酸素摂取量の測定と耐寒テストを行い、以後7月、12月、2月(1994年)に同様の実験を行った。1年間に4回の測定を行って、縦断的に最大酸素摂取量で表される持久的体力の発達と熱産生性と熱放散性体温調節機能の改善を検討した結果の概要は以下のようである。本実験被験者の最大酸素摂取量の発達のピークは12月であった。2月に測定した最大酸素摂取量の値は12月のそれより小さかったので、体温調節機能の改善と運動継続による持久的体力発達の関連を、4-5月の値と12月の値を比較・検討することで行った。最大酸素摂取量値の上昇は全身寒冷気曝露実験中の体温調節反応において、酸素摂取量を増大させ、両者の間に正の有意な相関関係が認められた。また12月の寒冷気曝露実験では高い平均皮膚温と高い皮膚熱伝導率を示した。縦断研究によるこれらの事実の把握が、本研究の重要な意義と考える。なお年変動として、2月の寒冷気曝露実験の結果で12月と類似した反応を観察した。われわれは実に多くのさまざまな外部環境刺激により、体に内在する潜在能力を高めているが、寒冷とからだの課題に運動を介在させたこのような研究を今後も推進していく必要がある。本年度は基本的に研究実施計画に基づいて実験研究が行われたが、縦断研究は新入学生のトレーニングが人工気象室設置(10月)迄に、既に半年間進行していることに鑑み、基礎研究に着手した。第1の実験研究は体温調節機能評価のための耐寒能テストであり、運動鍛練青年男子の全身並びに末梢体温調節機能を評価するために、耐寒能テストを人工気象室を使って行い、その結果の一部を学会発表した。成果の概略を記す。高い体力水準にある者の低温全身曝露時の体温調節反応では、指点部の末梢皮膚温を低く保ちながら、平均皮膚温が高く保たれた。また、ふるえの発現閾値皮膚温が高く、ふるえ活性も大きく代謝量の上昇も大きかった。更に冷気曝露時の体温調節反応、特に筋電図波形のスペクトル解析を本科学研究費で購入したデータ処理装置用周辺器機類を駆使して行った。この結果は従来の解析方法では知り得ない知見であり、4月の新入生を対象にした運動鍛練者の縦断的本研究の遂行に有用であった。第2の実験研究は耐寒能評価の一環として、環境温の影響の脳波(EEG)、末梢皮膚温、血圧(B・P)を中心としたポリグラフ的検討であり、本年度は青年、中年者を対象に従来の頭頂、後頭部位の脳波に前頭、側頭部位を加えた夛チャンネル脳波について特に冷水の影響を検討した。

先行研究で脳波除波と末梢皮膚温の相関性も種々の時相でみられ、上位中枢による末梢性調節の可能性が見出されたが、目下整理中である。本年度設置した人工気象室による冷室の影響について研究するための冷気負荷方法等も検討中である。今後も当初の研究計画に沿って実験研究を進める予定である。本年度は平成4年度設置の人工気象室を使用し、基礎研究に続く、本格的な実験研究に着手し、当初予定の計画に基づいて遂行された。第一の実験研究は主研究である運動部員(持久種目)を対象とする体温調節機能の発達に関する縦断的実験であったが、新入生部員(持久種目)について入学初期、中間期、後期(平成6年3月)の測定が実施された。いずれも耐寒能テストは人工気象室の室内温度を下降させ、一定低温下滞留で行い、皮膚温、呼吸ガス代謝、呼吸及び心電図による呼吸循環、代謝反応測定、筋電図によるふるえ測定、寒さ感の訴え時室温測定、脳波による中枢神経の生理状況測定、血中カテコールアミンの測定を行い、同時に被検者の最大酸素摂取量の測定を行った。現在、資料整理中であるが、以上の諸指標より、運動鍛錬に伴う体温調節機能の発達改善の適応性変化について総合的に検討を加えていく。尚、考察補助として高度な全身持久性獲得者について、低温下の呼吸循環代謝反応の実験を行う予定であったが、種々の都合により、新年度のトレーニングが一定程度進行する時期に改めて実験研究を進める予定である。第二の実験研究は副研究(基礎研究)であり、一般運動部員を対象に人工気象室を使用し、低温下の脳波記録を行った。多チャンネル(12)脳波を中心に、比較的マイルドな低室温条件下の急性の生理的適応状況を記録したが、先行の冷水実験とあわせて、低温による中枢神経機能の生理的賦活過程を検討する。現在、特に脳波については自動解析機(ATAC450)によりパワー値より検討中である。
医科学的エビデンスに基づいた都市緑地の新しい評価基準と都市公園療法の提案

都市公園における療法的効果の可能性を、人の生理・心理的側面から医科学的エビデンスに基づき検証することを目的とした。アンケート結果から、多くの都市勤務者が都市緑地に対してストレス緩和効果を求めていること、心理実験の結果、都市緑地の利用がストレスを緩和すること、歩行実験では都市緑地での歩行は、緑の少ない空間での歩行よりもストレスを緩和すること等が明らかになった。これらの結果から都市公園でも十分に療法的効果が期待できると考えられた。1.都市緑地における人の生理、心理に対する効果を基にした新しい評価基準の確立、初年度は都市緑地のフィールドを対象とし、これまで行われてきた生理的指標(唾液アミラーゼ、血圧、脈拍)などに加え、デジタルホルダーを用い、都市緑地の形態や量による違いを比較検討した。また、心理的指標としてもSD法やPOMSといった評価手法を取り入れ、評価した。実験はJR大崎駅前にある都市緑地において、3つの異なる緑地形態(広場型、森林型、中庭型)と緑地のない対照区の4カ所を対象として実施した。その結果、同じ都市緑地でも緑地形態によって、人の心理、生理効果が異なることがわかった。対照区と比較すると、その緑地形態でもストレス緩和効果があることがわかったが、生理、精神的なストレス緩和効果は緑地のタイプで異なっていた。森林型で最も効果があり、広場型のような利用者の入れ替わりの激しいタイプではストレス緩和効果が低いことがわかった。また、中庭の様な閉鎖空間では長時間滞在することにより、その効果が高いことなどが示唆された。2.都市緑地を用いた健康作りプログラムの構築、都市近郊緑地である千葉県立船橋県民の森において、地域住民を対象とした健康作りプログラムを実施した。2008年秋に実施し、緑地内のウォーキングやストレッチなどを行い、実施前と実施後での体力、生理指標、心理指標の変化を調べた。その結果、9割の参加者において実施前よりも実施後の方が各指標とも良い結果が見られたことから、今回企画したプログラムが健康作りプログラムとして有用であると考えられた。1.都市緑地における人の生理、心理に対する効果を基にした新しい評価基準の確立2年目は都市緑地のフィールドを再開発地域とし、昨年実施した生理的指標(唾液アミラーゼ、血圧、脈拍)や心理的指標のSD法、POMSといった評価手法により評価を行った。さらに都市生活者が緑地に対し、とのような印象を持っているのか、またその必要性をどのように感じているのかを調べるために、都市生活者(主にオフィス勤務者)に対するアンケート調査を実施した。さらに、都市の屋内における植物設置の実態を把握するため、レンタルグリーン業界の現状を調べる調査を実施した。その結果、生理心理的指標の評価は昨年と同様の傾向が見られた。意識調査の結果では、オフィス勤務者は緑の必要性を感じているものの、実際のオフィス空間には緑が少ないと感じていること、また都市における緑の効果として期待しているものは、地球温暖化防止などの環境保全的機能よりも、人のストレス緩和や癒しといった療法的効果に関する効果に期待が大きいことがわかった。2.都市緑地を用いた健康作りプログラムの構築都市域の緑地として注目される屋上緑化に着目し、屋上庭園を用いたプログラムの検討を行った。初年度の昨年は都市域に増加している有料老人ホームの屋上部分の庭園を用いて、そこで行う園芸療法プログラムの効果を調べた。その結果、屋内で行うプログラムと異なり、参加者である高齢者の発話や表情などに変化が見られ、緑地と触れ合うことの特徴などを明らかにした。1.都市緑地における人の生理、心理に対する効果を基にした新しい評価基準の確立本年度は都市緑地の中でも、再開発地域を中心に取り上げ、都市に勤務するオフィスワーカーに対する実験を行った。具体的には東京ミッドタウンにおけるアンケート調査および心理調査を実施した。その結果、オフィスワーカーが都市緑地に求めているものは、環境的な効果ではなく、癒し効果やストレス緩和効果であること、また緑地へのアクセスが利用に大きな影響を及ぼしていることなどが明らかとなった。2.都市緑地としての屋上緑化空間の利用とプログラムに関する実験、調査都市部では空間の余裕がないため、特殊緑化が多く取り入れられており、壁面緑化や屋上緑化が進められている。しかし、それらの効果に関する研究はまだまだ少ない。特に屋上における緑地の療法的効果を目的とした実験はほとんど進んでいない。そこで本年度は実際の都市域における屋上緑地を用いて、人の快適性や療法的効果の調査、行動調査などを実施した。具体的には都心部である新宿の商業施設屋上における緑化空間、庭園で利用者に対するアンケート調査および生理・心理効果の検証を行った。その結果、同じ屋上空間であっても、緑化の有無により、印象が大きく変わること、特に女性は緑化されているエリアでの安心感が高いことなどが明らかになった。よって、都心部においては屋上緑化空間が利用者にとって安全で安心な空間と感じていることがわかった。3.3年間の研究成果の取りまとめこれまでの研究の成果として、緑化工学会誌等に成果を投稿、掲載された。
閉経後中高年女性の骨を、低回数ハイインパクトレジスタンストレーニングで強くする

本研究の目的は、1閉経後の中高年の骨を素早く歪ませる運動様式負荷を極短時間の骨への負荷を加え、2有酸素的な水中トレーニングと組み合わせた運動プログラムの骨への効果を明らかにすることである。日本各地に室内型温水プールを備えた公共施設が多数あり、スイミングスクールが地域に根付いている。水泳や水中運動は健康な者にとって全身持久性能力の向上、呼吸循環器系や筋量の維持増進に効果的であり、高血圧者に対しては降圧作用などが広く知られている。また、浮力や水の粘性抵抗を利用した水中でのリハビリテーションも広く普及している。このような背景もあり、現在、我が国では中高年者に水泳・水中運動は大変に人気がある。肥満者や腰や膝などの関節に問題を持つ者にとっては大変有効な水中運動であるが、一方で、中高年の中でも健康な者の骨代謝を促すには、骨に対する負荷が刺激としては低すぎる可能性も考えられる。そこで、有酸素性トレーニングでもある水中運動に加え中高年の骨に有効な運動負荷の組み合わせを考えた。レジスタンストレーニングと有酸素性運動の組み合わせ、有酸素運動とハイインパクトトレーニングや重りや体重を負荷するトレーニングとの組み合わせなど、多岐にわたる複合的な運動プログラムが、特に閉経後の中高年女性に対し加齢により低下する骨塩量、骨密度を維持することに役立つ可能性が示唆されている。まずは、来年度以降に続く閉経後の中高年の骨を素早く歪ませる運動様式負荷を極短時間の骨への負荷を加えるトレーニング導入の前に、スイミングスクールに通う閉経後の中高年女性の骨塩量、骨密度、大腿中位部筋横断面積、体力測定の変化を明らかにするために行う測定である。スイミングスクールに通う閉経後の中高年女性27名の腰椎、大腿骨近位端部の骨塩量、骨密度測定を2重エネルギーX線吸収(DXA)法にて測定した。また、同側の大腿骨中位部筋横断面積並びに皮質骨の力学的構造分析を行うため、MR画像の撮影も同日に鈴鹿医療科学大学にて行った。身体組成をInBodyで、踵部分の骨強度推定のため、超音波骨密度測定も併せて行った。体力測定は、身長、体重、BMI、握力、垂直飛び高、開眼片足立ち、全身反応時間、座位体前屈、2ステップテスト、立ち上がりテストを行った。ロコモ度アンケート調査と食事調査はFFQg法にて分析を進めているところである。他施設で行う予定の測定は、スイミングクラブとの同意、DXAやMRI撮影が出来る施設との調整などが概ね取れ、予定する被験者数の測定も目安が立ちつつあるところである。1年間のスイミングスクールに通う閉経後中高年女性の骨塩量、骨密度、大腿中位部筋横断面積、体力測定の変化を明らかにするために行う測定である。しかし、閉経後のスイミングスクールに通う中高年女性の経時的なデータの提示は非常に限られているのが現状であり、まず、体力、食事、骨強度を示す諸指標の変化を分析する必要がある。来年度以降に予定される、バランスボールを用いた連続的なスクワット運動の効果を明らかにするためにも、基礎的なデータとして重要な役割の有る測定であるといえる。閉経後中高年女性の骨塩量、骨密度測定ならびに大腿骨中位部筋横断面積の測定を2会場にて行う。1年間のスイミングスクールに通う閉経後中高年女性の骨塩量、骨密度、大腿中位部筋横断面積、体力測定の変化を明らかにする。測定項目は本年度と同様にする。ランダムに選ばれた20名には、バランスボールを用いた連続的なスクワット運動を1セット2040回(1530秒程度)、週3回、1年間行ってもらう。1セットに行うスクワット数は、漸進的に増やし、半年後には20回から倍の40回とする。なお、各自にトレーニングノートを渡し、2か月ごとに回収する。1年間に及ぶバランスボールを用いた連続的なスクワット運動の効果を明らかにするため、本年度と同様の測定をそれぞれの施設で行う。

まずは、来年度以降に続く閉経後の中高年の骨を素早く歪ませる運動様式負荷を極短時間の骨への負荷を加えるトレーニング導入の前に、スイミングスクールに通う閉経後の中高年女性の骨塩量、骨密度、大腿中位部筋横断面積、体力測定の変化を明らかにするために行う測定である。スイミングスクールに通う閉経後の中高年女性27名の腰椎、大腿骨近位端部の骨塩量、骨密度測定を2重エネルギーX線吸収(DXA)法にて測定した。また、同側の大腿骨中位部筋横断面積並びに皮質骨の力学的構造分析を行うため、MR画像の撮影も同日に鈴鹿医療科学大学にて行った。身体組成をInBodyで、踵部分の骨強度推定のため、超音波骨密度測定も併せて行った。体力測定は、身長、体重、BMI、握力、垂直飛び高、開眼片足立ち、全身反応時間、座位体前屈、2ステップテスト、立ち上がりテストを行った。ロコモ度アンケート調査と食事調査はFFQg法にて分析を進めているところである。他施設で行う予定の測定は、スイミングクラブとの同意、DXAやMRI撮影が出来る施設との調整などが概ね取れ、予定する被験者数の測定も目安が立ちつつあるところである。1年間のスイミングスクールに通う閉経後中高年女性の骨塩量、骨密度、大腿中位部筋横断面積、体力測定の変化を明らかにするために行う測定である。しかし、閉経後のスイミングスクールに通う中高年女性の経時的なデータの提示は非常に限られているのが現状であり、まず、体力、食事、骨強度を示す諸指標の変化を分析する必要がある。来年度以降に予定される、バランスボールを用いた連続的なスクワット運動の効果を明らかにするためにも、基礎的なデータとして重要な役割の有る測定であるといえる。閉経後中高年女性の骨塩量、骨密度測定ならびに大腿骨中位部筋横断面積の測定を2会場にて行う。1年間のスイミングスクールに通う閉経後中高年女性の骨塩量、骨密度、大腿中位部筋横断面積、体力測定の変化を明らかにする。測定項目は本年度と同様にする。ランダムに選ばれた20名には、バランスボールを用いた連続的なスクワット運動を1セット2040回(1530秒程度)、週3回、1年間行ってもらう。1セットに行うスクワット数は、漸進的に増やし、半年後には20回から倍の40回とする。なお、各自にトレーニングノートを渡し、2か月ごとに回収する。1年間に及ぶバランスボールを用いた連続的なスクワット運動の効果を明らかにするため、本年度と同様の測定をそれぞれの施設で行う。動作解析用にPCを予定していたが、次年度へ予定を延期することとした。31年度にPCを購入することで、当初の予定通りに解析を進めることに変わりはない。
細胞増殖抑制活性を有する新規ペプチド性天然物の合成と生物活性発現機構の解明

南極地方の地衣類より単離された細胞増殖抑制活性を示す環状デプシペプチドstereocalpin Aの構造決定と作用機序解析に向けた合成研究を行った。構成アミノ酸の立体化学はキラルアミノ酸分析により、ポリケチド部分の立体配置はNOE相関等を利用して決定されていた。しかしながら、過去のstereocalpin Aの合成研究によりその提唱構造の誤りが指摘されており、研究開始時点までに天然物の立体配置の決定は達成されていなかった。まず、stereocalpin Aのポリケチド部分の全てのジアステレオマーを効率よく合成できる方法論を確立した。確率した合成経路に基づき、stereocalpin Aの8種類のジアステレオマーを合成した。このうち、C5位の立体化学が異なる異性体が天然物と同一のNMRスペクトルを示し、stereocalpin Aの構造修正とともに全合成を達成した。また、本天然物はポリケチド部分にエピメリ化に寄与しうるβ-ケトエステル部分を有しているが、合成した8種類の異性体において2-メチル基の立体反転は見られなかった。29年度が最終年度であるため、記入しない。Odoamideは沖縄産シアノバクテリア類より単離された強力な細胞増殖抑制活性を有する環状ペプチドである。本化合物の構成アミノ酸の立体化学は、キラルアミノ酸分析により明らかとなっているが、脂肪酸部分の立体化学については未解明であった。本年度の研究では、odoamideの絶対立体配置の決定、及びその全合成に取り組んだ。まずはじめに、脂肪酸部分の立体化学を決定するために、天然物の還元処理により得られるトリオール誘導体の合成を行った。R体S体それぞれのRocheエステルを出発原料に用い、Evansアルドール反応、向山アルドール反応により、連続する不斉点の立体化学を作り分けることで、2箇所のメチル基の立体化学がそれぞれ異なる4種類のトリオールを合成した。合成したトリオールと天然物由来のトリオールの1H NMRスペクトルの比較により、脂肪酸部分の絶対立体配置を明らかにした。続いて、odoamideの推定構造の合成を行った。odoamideの環構造を4つのフラグメントに分け、別途合成したそれぞれのフラグメントを順次縮合することで、直鎖ペプチドを合成した。合成した直鎖ペプチドに対し、環化、保護基の除去を行うことで、odoamideの推定構造を合成した。最後に、合成したodoamideと天然物のNMRスペクトルの比較を行ったところ、天然物とよい一致を示した。以上のように、odoamideの絶対立体配置を決定し、全合成を達成した。研究代表者は、立体化学が未決定であったodoamideの脂肪酸部分の絶対立体配置を明らかにした。さらに、odoamideの推定構造を合成し、天然物とのスペクトルデータの比較により、odoamideの絶対立体配置の決定を行い、初の全合成を達成した。このため、当初の研究計画の通り順調に研究が進展していると考えられる。Odoamideのポリケチド部分には1,3-ジオール構造があり、odoamideはその7位の水酸基を介したエステル構造を有する26員環構造からなる。一方、odoamideの類縁化合物として5位の水酸基を介した24員環構造からなる天然物も報告されている。そのため、1,3-ジオール構造におけるエステル交換反応により異なる生物活性を示す類縁体が存在する可能性が考えられる。また、odoamideのMeAlaに相当する部位にD-アミノ酸を含む類縁天然物も報告されている。これらのことから私は、24員環構造からなる異性体や、構成アミノ酸が異なる誘導体を合成し、odoamideの生物活性に寄与する因子の精査を行った。構成アミノ酸の異なる各誘導体について、Fmoc固相合成法を利用することで効率よく合成し、細胞増殖抑制活性を評価した。その結果、24員環型異性体は天然物と同等の細胞毒性を示した。また、HPLC分析により、天然物と24員環型の異性体の間には分子内エステル交換反応による平衡があることが示唆された。構成アミノ酸の立体化学を変換した誘導体では、MeAlaをD-MeAlaに変換した誘導体では活性が維持したのに対し、その他の誘導体では活性の低下が認められた。このことから、環のコンフォメーションの大きな変化は活性に著しい影響を与えることが示唆された。以上の結果より、天然物として存在するペプチド骨格が活性発現に有利なコンフォメーションをとることが示唆された。研究代表者はodoamide誘導体の生物活性を詳細に評価するべく構造活性相関研究に取り組んだ。種々のodoamide誘導体を合成してその生物活性評価を行い、生物活性に寄与する部分構造を明らかにするとともに、天然物と同程度の活性を有する新規誘導体を見出した。また、天然物と分子内転位反応を介した平衡関係にある異性体の存在も明らかにした。以上のことから、当初の研究計画の通り順調に研究が進展していると考えられる。

このうち、C5位の立体化学が異なる異性体が天然物と同一のNMRスペクトルを示し、stereocalpin Aの構造修正とともに全合成を達成した。また、本天然物はポリケチド部分にエピメリ化に寄与しうるβ-ケトエステル部分を有しているが、合成した8種類の異性体において2-メチル基の立体反転は見られなかった。Odoamideは強力な細胞増殖抑制活性を有しており、odoamideの構成アミノ酸と生物活性との相関には興味が持たれる。そこで、odoamideの構成アミノ酸についての構造活性相関研究を実施する。今回確立した合成法は、構造活性相関研究に不向きなため、まずはじめに、Fmoc固相合成法を用いた脂肪酸部位へのアミノ酸の導入を検討し、誘導体合成に適した合成法の確立を目指す。続いて、確立した合成法を用いて、構造活性相関研究を展開する予定である。提唱構造の誤りが指摘されているペプチド性天然物の合成研究に取り組む。本天然物はその特徴的な構造と生物活性の相関に興味が持たれる。そこで、まず絶対立体配置を決定するために、複数の立体異性体を効率よく合成可能な経路を確立する。その後、天然物との各種化合物データを比較することで絶対立体配置を決定する予定である。29年度が最終年度であるため、記入しない。
高時間分解観察のための透過電顕用超短パルス電子銃の試作

相転移・化学反応・分子間力などの原子のダイナミカルな現象に支配され、かつ、それを利用することによって技術の発展が期待されるナノ物質科学分野に新たな評価手法を提供することをめざし、透過電子顕微鏡に取り付けて高時間分解観察を行うためのパルス電子ビームを発生する電子銃を試作・最適化し、物質の構造変化を実空間および逆空間において高時間分解観察作することを目的とする。レーザーを陰極に照射したときの光電効果によって発生する電子ビームを利用した電子顕微鏡用電子銃を試作するために、電顕鏡体から導入した光を最上部の電子銃に到達させるための、ミラーとその傾斜機構について調整を行った。また、電子の引き出し電極にパルス電圧を重畳して印可することによって発生するパルス電子ビームの輝度について評価した。結果は以下にまとめられる。光電効果を利用して発生する電子ビームはエネルギーの単色性が低く、ビームの加速による電圧安定度の低下により像分解能の向上が望めないことが明らかになった。一方、ミリ秒からマイクロ秒領域の比較的長いタイムスケールにおけるパルスビーム発生については、メガヘルツ領域のパルス電圧を重畳して印可することによってパルス電子ビームを発生することができることが明らかになったが、結像系の記録速度の高速化が必要である。応用例として、ナノ粒子の相転移ならびにマルテンサイト変態のその場観察を行った。ナノ粒子に関しては観察倍率と輝度の関係から満足な結果は得られなかった。マルテンサイト変態に関しては、電子回折によって逆マルテンサイト変態や逆双晶変態を捉え、物質科学に関してこれまでにない新たな知見を得ることができた。メモリなどの記録素子、マイクロマシン、高効率触媒、生体機能材料などのナノ物質科学分野に新たな評価手法を提供するために、原子のダイナミカルな現象を高時間分解能で実格子および逆格子空間で実時間観察可能な電顕用のパルス電子銃を試作し、相転移・化学反応・格子欠陥の運動などの観察に応用することを目的とする。透過電子顕微鏡に取り付け観察を行うためのパルス電子ビームを発生する電子銃の試作は、既存の電子銃の引き出し電圧に交番電場を印可する方法とレーザーパルスを陰極に照射して光電効果によって発生した電子をパルスビームとする方法によって行う。本年度は、電子銃としての光電部にパルスレーザーを照射し、発生した光電子を試料に導くための反射ミラーの形状と性能評価のために、種々の材料および形状のミラーについて傾斜装置を用いて評価した。レーザーからのパルスを光陰極に効率よく照射するとともに、光電子を試料位置に導くためのパスについて検討し、最適化を行った。
生体材料と成長因子の相互作用を応用した軟骨細胞無血清培地の開発

添加する成長因子の最適化の検討に加えて、本研究のもっとも特徴的な点は、そのアプローチに加えて、血清中や細胞外基質に含まれる、生体内の物質として安全性の高い生体材料を添加し、成長因子と相互作用させる事により、実用的な無血清培地を確立した。本研究で検討対象となる因子・材料は、血清に含まれる物質であり、これらはすべて上市薬剤として既に臨床導入されているものである。再生医療の臨床応用で要請されることは安全性である。培地添加因子としてこれらの因子・材料を利用することは、安全性を確保する上で非常に有利な選択であり、臨床軟骨再生医療を通じ、国民の健康と福祉に直結する成果をもたらすものと期待される。ヒト血清中成長因子および生体材料として用いられている、ヒト血清中の蛋白の細胞増殖における相互作用の分子メカニズムを検討した。前年度に研究した血清組成評価に基ずく成長因子とアルブミン、コラーゲン、ヘパリン、ヒアルロン酸などの生体材料ならびにその組み合わせの模索および生体材料の添加方法の検討で得られた結果にもとづき、各因子と材料の細胞増殖効果への相互作用の分子メカニズムを解析した。増殖因子と生体材料と直接混和せず十分に相互作用をさせない方法および、十分に混和し相互作用させる方法での細胞増殖効果を比較した。具体的には上記両群において、成長因子FGF-2およびinsulinの培養液中の半減期をそれぞれFGF-2ELISA Kit、Insulin ELISA Kitを用いて測定するとともに、Western blottingを用いて細胞増殖シグナル(ERK, AKT,など)の活性化について、添加方法による違いを経時的に測定した。さらに開発したヒト軟骨無血清培地を用いて各種細胞の増殖曲線の検討を行った。弾性軟骨であるヒト耳介軟骨細胞の他に、膝関節軟骨(硝子軟骨)およびアストロサイト、ヒト線維芽細胞、気管上皮細胞、ケラチノサイト、hMSC、などについて、開発した無血清培地にて培養した際の経時時的な細胞増殖曲線を作成し、軟骨細胞と同様の増殖を示すかどうか検討した。方法としては、各種細胞を無血清培地にて7日間培養後、ヌクレオカウンターを用いて細胞数を評価した。成長因子と生体材料の細胞増殖における相互作用の分子メカニズムを検討した。まず各因子と材料の細胞増殖効果への相互作用の分子メカニズムを解析する。具体的には上記両群において、各成長因子の半減期のELISA等を用いて測定するとともに、Western blottingを用いて細胞増殖シグナルの活性化について、経時的に測定した。また、開発した無血清培地を用いた各種細胞の増殖曲線の検討をした。耳介軟骨細胞の他に、鼻中核軟骨細胞、アストロノーマ、気管上皮細胞、ケラチノサイト、iPS細胞、などについて、無血清培地にて培養した際の経時時的な細胞増殖曲線を作成する。各種細胞を無血清培地にて7日間培養後、ヌクレオカウンターを用いて細胞数を評価する。無血清培地にて増殖培養した耳介軟骨細胞を用いた再生軟骨の作製した。無血清培地にてヒト耳介由来軟骨細胞を第3継代まで培養後、高密度(108 cells/ml)で1%アテロペプチドコラーゲンに包埋し、ペレット型軟骨細胞の遺伝子発現および蛋白蓄積量を評価する。Insulin、T3とBMP-2を含む再分化誘導培地により、1週間培養後、I型コラーゲンおよびII型コラーゲンの発現をreal time RT-PCRにて測定した。また3週間培養後、I型コラーゲン、II型コラーゲン、GAG蓄積量をELISAや比色定量法を用いて測定する。さらに、無血清培地で増殖培養した軟骨細胞をPLLA足場素材に播種し、再生軟骨組織の作製し、ヌードマウスへ移植する。移植後2週、2ヶ月、6ヶ月で再生軟骨を回収し、再生組織内の形状評価、組織学的・生化学的解析を行った。ヒト耳介軟骨細胞の増殖を促進するヒト血清中成長因子と、成長因子を安定化・活性化させる生体材料の組み合わせを模索した。ヒト血清中成長因子EGF(10pg/mL)、PDGF(625pg/mL)、VEGF(20pg/mL),TGFβ(5pg/mL)のカクテルを標準とし、その希釈濃度系列、さらにそれぞれの濃度の組み合わせで細胞増殖を検討し、最適化を図った。その結果、FGF-2(100ng/mL)、insulin(5μg/mL)、EGF(10pg/mL)、PDGF(625pg/mL)、TGFβ(5pg/mL)を添加した培養液が最も効率的に増殖し、ヒト血清添加のみと同等程度の増殖を示した。しかし、従来筆者らが使用していた軟骨細胞増殖培地は7日間で30倍以上の増殖を示したのに対し、成長因子のみでは5倍程度であった。

そのためコートディッシュ・細胞播種濃度を検討し、細胞接着の促進を試みたところ、コラーゲンコートディッシュに13000cells/cm2にて播種した場合に7日間で7倍程度まで増殖した。また、血清中に含まれる有機成分・生体材料の添加を検討した。レチノイン酸、トランスフェリンを添加したところ、有意な細胞増殖効果は認められなかった。さらにヒアルロン酸0.5g/mL、コラーゲン0.4mg/mL、ヘパリン0.001μg/mL、アルブミン0.4mg/mLを各種濃度で単独・或いは組み合わせで添加し、細胞増殖の促進を検討したところ、アルブミン0.4mg/mL、ヒアルロン酸0.5g/mLの組み合わせで14倍程度の増殖を示した。さらに成長因子と生体材料の混和方法について検討したところ、予め成長因子と生体材料を直接相互作用させ、細胞懸濁液とも十分混和してからディッシュに播種する方法が最も有意に増殖促進され、10日間で25倍程度の増殖を得ることができた。本研究では昨年度までに、ヒト血清に含まれる成長因子を単独あるいは組み合わせで培地中に添加し、血清の代替として細胞増殖を促進することを試み、ついで、血清や細胞外基質に含まれる成長因子以外の因子として、各種有機成分、生体材料の併用を検討した。本年度は、それらの因子・材料の使用条件を最適化するため、因子・材料の相互作用を解析し、その作用機序を確認し、成長因子と生体材料の相互作用を応用した無血清培地を確立した。さらに、他の細胞への適合性や、同培地の再現性を検証した。元来、血液中の成長因子は、一般にタンパク担体と結合しているのに対し、培養液中の成長因子は遊離状態で存在していることが多く、培養ディッシュなどの壁面に容易に吸着されてしまう他、細胞表面にリガンドした後にも容易に脱離しやすく、増殖シグナル伝達を持続できない。したがって、増殖シグナルを増強し、その効果を維持することが細胞増殖用培地では重要であると考え、成長因子を生体材料に結合させ徐放化させることにより、持続的な作用を促すことを目指す。このような生体材料を導入し、また、成長因子が高濃度のうちに十分に混和し、相互作用させることにより、成長因子を安定化させ、かつ効果を増強し、細胞増殖を効率的に促進することを目指している。ELISAを用いて培養液中の成長因子濃度を測定したところ、本研究で開発した生体材料との相互作用を利用することにより、そうでない培養法では1/200程度までに濃度が減少したのに対し、持続的に濃度を保持することができ、成長因子の徐放化に成功したといえる。また、ウエスタンブロッティングにより、細胞増殖シグナルを持続的に活性化することがわかった。本年度は,無血清培地中におけるヒト耳介軟骨細胞の細胞増殖を検討するために、まず培地中に添加する成長因子ならびに生体材料の組み合わせを模索し,また細胞懸濁液および生長因子、生体材料の添加方法を検討することが到達目的であった。本年度の研究でFGF-2100ng/mL)、insulin(5μg/mL)、EGF(10pg/mL)、PDGF(625pg/mL)、TGFβ(5pg/mL)を添加した培養液が最も効率的に増殖する事がわかった。
深層強化学習を適用した操船判断アルゴリズムの開発に関する研究

研究代表者らが過去に開発した,最接近距離DCPAと最接近時間TCPAを前件部変数とするファジィ推論により自船の周囲に存在する船舶や沿岸構造物等の対象物との衝突危険性の程度(衝突危険度)を判定する手法に基づき,行き合い状態において衝突危険度を評価する方法について検討を行った。併せて,避航操船のために必要となる航路変更を効率的に行うことを目的として,指定航路を追従して船舶航行させるための制御法を開発し,シミュレーション計算によりその有効性の確認を行った。また,自船の航路上に安全航行の障害となる対象物を認めて航路の再設定を行う場合,操船行動を開始するタイミング,針路の変更方向,原航路からの偏差の大きさ,増減速の有無,原航路復帰の必要性の有無等,航路の再設定に影響を与えるパラメータが多数存在するため,学習過程で得られる操船行動を適切に評価することを目的として,評価に用いるパラメータの抽出ならびに評価結果に応じた報酬の設定方法について検討を行った。さらに,衝突危険度の評価法と操船行動の評価指標の検討結果に基づき,自船の周囲を航行する行き合いの見合い状況にある単船を対象として,深層強化学習(Deep Q-Learning)を適用した操船判断アルゴリズムの開発を行ったが,開発した操船判断アルゴリズムに基づく衝突回避性能は不十分であるため,第二年度以降もアルゴリズムの改良が必要である。最後に,小型模型船を用いて自由航走模型試験を実施することを目的として,陸上から計測した模型船の位置情報データと模型船に搭載した高精度姿勢角計で計測した回頭角の情報データの通信機能を組み込んだ模型船の運動制御システムの開発を行った。回頭角の計測精度に関して改良の余地が若干残されているが,開発した計測システムにより概ね良好な計測結果を得られることを確認した。最接近距離DCPAと最接近時間TCPAを前件部変数とするファジィ推論により自船の周囲に存在する船舶や沿岸構造物等の対象物との衝突危険度を評価する方法については,横切り状態や追い越し状態を含めて検討を行う予定であったが,行き合い状態のみに留まっており,進捗がやや遅れている。避航操船のために必要となる航路変更を効率的に行うことを目的として,指定航路を追従して船舶航行させるための制御法の開発については,当初の予定通り順調に進行している。また,学習過程で得られる操船行動を適切に評価するために必要となるパラメータの抽出ならびに評価結果に応じた報酬の設定方法,さらに,衝突危険度の評価法と操船行動の評価指標の検討結果に基づいて開発した深層強化学習(Deep Q-Learning)を適用した操船判断アルゴリズムに関しては,得られた衝突回避性能のさらなる向上が必要であり,当初予定と比較して研究の進捗にやや遅れが生じている。小型模型船を用いて自由航走模型試験を実施するために必要となる陸上に設置したトータルステーションを使った模型船の位置計測システム,ならびに模型船に搭載した高精度姿勢角計を使った回頭角・回頭角速度計測システムに関しては,回頭角の計測精度に関して改良の余地が若干残されているが,概ね良好な計測結果を得られることを確認しており,順調に進行している。以上より,一部の研究項目においてやや遅れが生じているが,第二年度以降の研究において継続して検討を実施することにより,十分挽回可能であると考えている。前年度に引き続き,学習過程で得られる操船行動を適切に評価することを目的として,評価に用いるパラメータの抽出ならびに評価結果に応じた報酬の設定方法について検討を継続する。また,自船の周囲を航行する単船を対象として,深層強化学習(Deep Q-Learning)を適用した操船判断アルゴリズムの開発を行う。畳み込みニューラルネットワークの層数やニューロン数が操船行動に及ぼす影響を評価して最適なネットワーク構成を決定するとともに,他船の認識が遅れた場合や海上衝突予防法等に違反して行動する船舶が自船の周囲に存在する状況を想定し,通常の操船では安全航行を確保できない状況に対する操船判断アルゴリズムの適用性に関する検討を継続する。一方,陸上に設置したトータルステーションを使った模型船の位置計測システム,ならびに模型船に搭載した高精度姿勢角計を使った回頭角・回頭角速度計測システムから得られる情報を衝突回避アルゴリズムの入力信号として,通信機能を組み込んだ模型船の運動制御システムの開発を行う。模型船の運動制御システムの基本的な機能の確認は,九州大学船舶運動性能試験水槽内で実施する。さらに,開発した操船判断アルゴリズムの性能検証のために,自由航走模型試験を実施する。試験の初期段階においては,実際に航走する模型船は自船の1隻のみとし,衝突危険度の評価対象船の情報は模型船に搭載した運動制御用PC内におけるシミュレーション計算から仮想的に与えるものとする。続いて,避航対象船の模型船を導入し,本研究課題で開発した操船判断アルゴリズムの実用性の確認を行う。