hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
構造的言語処理による情報検索基盤技術の構築

情報検索の本来の目的は、表面的なテキストではなく、その中の情報・知識を得ることであり、そのためには計算機によるテキストの理解、言語の理解が本質的に必要となる。構造的言語処理によって、語を単位とするのではなく述語項構造を単位とし、言語表現の多様性を吸収し、検索結果クラスタリングに基づく鳥瞰図的把握を提供する,次世代情報検索の基盤技術を構築した。ウェブをはじめとする電子テキスト情報が爆発的に増加し,我々の社会,生活の基盤となっている.この情報を整理し,人間が高度に利活用するためには,究極的にはテキスト・言語の計算機による理解が必要である.この問題意識のもとに,本計画研究では構造的言語処理による情報検索基盤技術に関する研究として,格フレームに基づく省略照応解析,同義異表記の知識獲得と利用,検索エンジン基盤上でのクラスタリングシステムの構築を行う.情報検索の本来の目的は、表面的なテキストではなく、その中の情報・知識を得ることであり、そのためには計算機によるテキストの理解、言語の理解が本質的に必要となる。1)格フレームに基づく省略照応解析日本語文章の省略照応解析において,文章中の要素を活性度付きで管理するとともに,5億文の大規模日本語コーパスから自動学習した格フレームを利用して確率的枠組みに統一してランキングを行うことにより,省略照応解析の精度を向上させる手法を考案した.2)同義異表記の知識獲得と利用一般用語については辞書の語釈文の中で示されている同義語および短い語釈文自体から,専門用語についてはウェブコーパスの対称括弧表現およびWikipediaから同義表現の自動獲得を行った.さらに,これらの同義表現が,検索のランキング精度の向上,検索結果クラスタリングのキーワード集約において有効であることを確認した.3)検索エンジン基盤上でのクラスタリングシステムの構築任意のクエリに対して,その検索結果数千件からクエリの重要関連語を抽出し,それを通して検索結果の俯瞰が可能となるシステムを構築した.その際,同義関係,包含関係にある関連語を徐々に集約するキーワード蒸留という手法を考案し,これによってクエリに対する30前後の関連語を高精度に抽出することに成功した.また,検索エンジン基盤TSUBAKIにおける言語処理結果の利用,および並列分散処理を行うことにより,1千件のクラスタリングを40秒程度で可能とし,従来のリスト型検索エンジンと比較してその有効性を検証した.1.格フレームに基づく省略照応解析述語項構造のパターン(格フレーム)を16億文の大規模コーパスから自動学習し,格フレームとの対応付けの整合性を文書全体で最適化することによって省略照応解析の精度を20%から41%に向上させた.さらに,格フレームの学習コーパス量と格フレームのカバレージ,省略照応解析の精度の関係を明らかにし,学習コーパスの増加によって一層の解析精度向上がみこめることを示した.2.同義異表記の知識獲得と利用同義異表記を構文木の各語/句に付与したSyngraphとよぶデータ構造で表現し,これによって「最寄り=いちばん近い=もっとも近い」などの同義異表記の組み合わせを扱うことを可能とした.また,この結果を検索のインデックスとして利用し,1億ウェブページを対象として網羅的に同義異表記を処理する検索を可能とした.3.検索エンジン基盤上でのクラスタリングシステムの構築申請者らが本領域支援班で構築している日本語1億ページの検索エンジンTSUBAKIを基盤として,クエリに対する重要関連表現を検索結果文章中から自動抽出し,各表現を含む文書を一つのクラスタと考えるラベルベースのクラスタリングシステムを構築した.さらに,重要関連表現を固有名詞のタイプ,複合語の語構成などによって整理することにより,クエリの関連項目を鳥瞰図的に眺めることを可能とした.1)形態論的制約を用いたオンライン未知語獲得情報を表現・伝達する最小単位は語であり,特に日本語のように分かち書きされない言語においては語の認識が計算機による言語処理の出発点となる.一方,ウェブには森羅万象に関するテキストが存在し,口語的表現,創造的表現,新語などが常に生産されており,その動的認識が重要となる.そこで,形態論的制約,すなわち,ある品詞の語がどのような後続文字列とともに出現するかをあらかじめ学習しておき,これを用いて少数の出現から動的に未知語を獲得する手法を考案し,実験によりその有効性を確認した2)同一文抽出に基づく類似ページの検出と分類ウェブを計算機のための知識獲得の源泉とする場合も,ウェブの情報を人間のために整理・組織化する場合にも,ウェブにおける情報のコピーの取り扱いが重要な問題となる.そこで,1億規模のウェブアーカイブに対して,ミラーページ,引用ページ,スパムページ,盗作ページなどを,文の重複率,リンク,URL類似度などの手がかりから検出・分類する手法を考案した.3) PLSIを用いたウェブ検索結果の要約検索結果をリスト形式で提示する既存の検索エンジンは,誘導型のクエリに対しては有効であるが,調査型のクエリに対しては満足な結果を得るのが難しい.そこで,PLSIによって検索結果をサブトピックに分割し,各サブトピックの内容を網羅的に表す要約文を選択・表示するシステムを構築し,ユーザ評価によってその有効性を確認した.(1)述語項構造による深い文理解の実現と検索の高度化検索の高度化を実現するためには,テキスト中の述語とその項の関係をはじめとした語と語の関係を正しく認識することが必要となる.

16億文コーパスから自動獲得した述語と項の関係に関する知識(格フレーム)を基に,省略された項および格助詞の補完,使役・受身形から原形への変換を実現し,述語項構造レベルでの正確なマッチングに基づく検索を実現した.この中で,省略解析について全体精度はF値0.40程度であるが,検索において重要となる動作主の省略についてはF値0.55,これを同一文内の出現に限定する場合にはF値0.70を達成した.(2)ウェブからの未知語自動獲得と形態素解析の強化ウェブテキスト処理においては未知語に起因する解析誤りが問題となる.この問題を解決するために,表記ゆれ知識を利用した未知語検出により,過分割されたひらがな未知語の検出率を34.5%から72.0%に大幅に向上させた.また,未知語同定について,従来研究が頻度10未満の候補を獲得対象から外していたのに対して、比較的少数(47例)の出現から高精度(97.3-98.5%)の未知語獲得を実現した.さらに,未知語獲得にともなう辞書拡張により形態素解析の精度が向上することを示した.(3)意味的一致をとらえる検索エンジン基盤TSUBAKIの整備・展開TSUBAKIについて,同義関係,上位下位関係,述語項構造関係などのインデクシングを強化し,内容の意味的一致をより柔軟・正確にとらえることを可能とした.また,TSUBAKIの展開として,京都大学附属病院の診断画像所見検索,英文構文解析器Enjuとの統合によるMEDLINE検索などへの適用を進めた.
癌細胞転移および移植細胞生着に必要な血管新生形成過程とその制御

癌細胞と血管内皮細胞との接着そして組織内浸潤の複雑な癌移転メカニズムは、未だ明かにされていない。Fidlerらの研究によれば、癌細胞はまず血管内皮上でrollingを開始したのち血管内皮と強くadhesionし、ついで血管内皮間を通過して血管外へmigrationしていくと推察されている。その後さらに癌細胞が増殖していくためには、Liottaらが指摘するように血液の供給レートとなる新生血管の形成が必要不可欠である。しかしながら、これらの現象を生体内で経過を追って観察した報告はない。本研究では、マウス由来の大腸癌細胞(colon26)とリンパ腫細胞(RLmale1)をマウス門脈内に注入することにより肝転移を作製し、その転移巣形成過程を生体顕微鏡観察システムを用いて検討した。colon26を注入すると直後より一部の細胞はグリソンからジヌソイドにかけての部位でトラップされ、8時間後では腫瘍細胞周囲のジヌソイドの血流が消失した。2週間後に観察すると径1mm程の腫瘍では、血管口径の不正な新生血管が観察されたが、腫瘍をとりまくような血管のネットワークは認められなかった。一方、RLmale1を注入した場合には、colon26と異なり直後には腫瘍細胞の肝内でのトラッピングは認められなかった。しかしながら、5時間後ではジヌソイドの中間部を中心としてRLmale1の内皮への接着が確認された。腫瘍細胞の内皮への接着に関して、colon26では細胞が大きいため物理学的な要素が最初の接着に重要であったと考えられたが、RLmale1はcolon26と比較して大きさは小さく、血管内皮における接着分子の発現が関与している可能性が示唆された。また、腫瘍径が1mm程では血管新生の役割は少なく、腫瘍周囲血管における透過性の亢進が腫瘍の成長を補助していると考えられる。現在skinfold chamberを作成し腫瘍の移植を開始しており、新生血管の役割を明らかにする予定である。
根尖性歯周炎により破壊された歯周組織の治癒のメカニズムの解明と再生医療への応用

根尖性歯周炎の進展にサイトカイン、骨吸収活性化因子RANKL神経系の関与を明らかにした(川島伸之)。根尖病変の治癒期においては、IL-1αを含む133の遺伝子の発現が亢進するとともに、defensin-α5を含む50の遺伝子の発現が低下することをを明らかにした(高柴正悟)。根尖性歯周炎罹患歯の根管治療開始時と根管充填直前では細菌叢は量的に減少するだけでなく、質的にも異なっていることを明らかにした(島内英俊)。イヌのデヒーセンスに増殖歯根膜組織を応用することにより、歯周組織欠損部における新生骨の形成およびセメント質の再生を認めた。(太田幹夫)。再生の足場として、ハイドロキシアパタイト線維を応用した新規の移植材を開発した(土倉康)。不死化ヒト歯根膜細胞を作製後、クローニングにより多化能を有したクローン細胞株を樹立した。また、NTAはヒト歯根膜細胞のオステオポンチンおよびオステオカルシンの遺伝子発現を促進し骨芽細胞様細胞への分化を誘導することを明らかにした(前田英史)。ヒト歯根膜細胞においてPGE2はEP2/EP4-cAMP依存的PKAカスケードを介してBMP-2依存的な骨芽細胞様分化の促進を助長することを明らかにした(小林誠)。FGF-2はヒト歯根膜細胞のグリコサミノグリカン産生を制御することを明らかにした(島袋善夫)。多血小板血漿(PRP)は破骨細胞の分化に抑制的に作用することを明らかにした(菊地寛高)。歯髄創傷部にエムドゲインゲルを投与することにより、早期にBMP-2およびBMP-4の発現が増加し新生硬組織の形成が認められることを明らかにした(前田勝正)。ラット根尖病変の治癒における骨組織の再生には、TGF-β1を発現した抗炎症性マクロファージの一時的な増加と持続的なBMP-2を発現した修復性マクロファージの増加が必要であった(阿南壽)。(太田幹夫)。根尖部歯周組織再生療法の基盤構築を目的として、根尖部歯周組織の再生に関与するコアの中で、(1)再生の足場、微小環境、(2)細胞(骨芽細胞、歯根膜細胞)および(3)PGE2、増殖因子、エナメルマトリックスタンパク(EMD)などの再生促進因子の関連性に着目し、基礎および臨床の両面において解析を行った。各研究者の本年度の研究成果を以下に示す。阿南壽、前田勝正(九州大学)は、根尖周囲骨欠損部へのePTFE膜の有用性を報告するとともに、歯内-歯周疾患に伴う垂直性骨欠損部にEMDを応用することにより、骨組織の著明な回復を認めた。また、ラット根尖病変モデルを用いてEMDの破壊された根尖部歯周組織に及ぼす効果について解析した結果、病変周囲に活発な新生骨の形成が観察されるとともに、一部の症例において根尖孔部に新生セメント質の添加を認めた。前田英史(九州大学)は、不死化したヒト歯根膜細胞のクローニングおよびキャラクタリゼーションを行った。川島伸之(東京医科歯科大学)は、Notchシグナルを抑制する働きのあるCBFを未分化間葉系細胞Kusa-A1細胞に遺伝子導入したところ、骨芽細胞マーカーの発現の増加と骨様の硬組織形成が促進されることを明らかにした。小林誠(昭和大学)は、ヒト歯根膜細胞およびヒト

骨芽細胞において、PGE2がEP2/EP4-cAMP依存的PKAカスケードを介してBMP-2依存的な骨芽細胞様分化の促進を助長することを明らかにした。島袋善夫(大阪大学)は、FGF-2がヒト歯根膜細胞培養上清中ヘパラン硫酸量を増加させ、細胞表面上のシンデカン-2の発現を減少させることを明らかにした。菊地寛高(明海大学)は、PRPがマクロファージにおけるIFN-γ誘導性のNO産生を促進することを明らかにした。島内英俊(東北大学)は、リアルタイムPCR法による根管内滲出液の解析法を確立した。高柴正悟(岡山大学)は、ラットを用いて、太田幹夫、古澤成博(東京歯科大学)はイヌを用いて、根尖性歯周炎動物モデルを確立した。根尖部歯周組織再生療法の基盤構築を目的として、再生に関与するコアの中で、(1)再生の足場、(2)細胞(骨芽細胞、歯根膜細胞)および(3)増殖因子、エナメルマトリックスタンパク(EMD)などの再生促進因子の相互の関連性に着目し、in vitroおよびin vivoの両面において解析を行った。各研究者の本年度の研究成果を以下に示す。阿南壽、前田勝正(九州大学)は、ラット歯髄創傷治癒モデルおよび根尖病変モデルを用いて、EMDの効果について解析した結果、象牙質および骨組織の著明な回復を認めた。また、病変中には炎症性細胞ならびに炎症性サイトカインの発現は少なく、硬組織形成の活発化に先立ってBMP-2およびBMP-4を発現したマクロファージが著しく増加することを明らかにした。前田英史(九州大学)、小林誠(昭和大学)は、ヒト歯根膜細胞のクローニングおよびキャラクタリゼーションを行った。太田幹夫(東京歯科大学)はイヌのデヒーセンスに増殖歯根膜組織を応用することにより、歯周組織欠損部における新生骨の形成およびセメント質の再生を認めた。川島伸之(東京医科歯科大学)は、CBF-1シグナルはNotchシグナルを抑制することにより、骨芽細胞の分化を正の方向に誘導することを明らかにした。島袋善夫(大阪大学)は、FGF-2がヒト歯根膜細胞のヒアルロン酸量を増加させ、ヒアルロン酸合成酵素mRNAの発現を亢進することを明らかにした。島内英俊(東北大学)は、16S rRNA遺伝子解析による網羅的細菌叢検索法を開発し、根管治療前後における細菌学的プロファイルの変動を明らかにした。高柴正悟(岡山大学)は、ラットを用いて、土倉康(東京歯科大学)はイヌを用いて、根尖性歯周炎動物モデルを確立した。根尖部歯周組織再生に関与するコアの中で、(1)再生の足場、(2)細胞(骨芽細胞、歯根膜細胞)および(3)エナメルマトリックスタンパク(EMD)などの再生促進因子の効果について解析した。阿南壽(福岡歯科大学)は、根尖病変治癒モデルを用いてEMDの効果について解析した結果、炎症反応は早期に消退し骨組織の著明な回復を認めた。前田勝正(九州大学)は、歯周病変治癒モデルを用いてEMDの効果について解析した結果、セメント質形成の活発化に先立ってBMP-2およびBMP-4を発現したマクロファージが著しく増加することを明らかにした。前田英史(九州大学)はMTAがヒト歯根膜細胞の骨芽細胞様細胞への分化を積極的に促進することを明らかにした。小林誠(昭和大学)は、ヒト歯根膜細胞のクローニングおよびキャラクタリゼーションを行った。
褐色脂肪における血管老化制御を介した新たな恒常性維持機構の解明

本研究課題において活発な代謝臓器である褐色脂肪の細胞老化に着目し、細胞老化抑制もしくは選択的細胞老化除去による褐色脂肪恒常性制御機構の確立に挑む。褐色脂肪の恒常性維持に不可欠な器官である毛細血管ネットワークに着目し、血管内皮細胞の細胞老化を制御することで褐色脂肪機能を維持し、肥満に伴う全身の代謝不全を抑制できるか検討する。
クロトー遺伝子が皮下脂肪織および皮膚創傷治癒に及ぼす影響について

野生型マウスとklothoマウスではアディポネクチン遺伝子に発現に有意差を認めなかった。LPS誘導性TNF-α産生は分泌型α-klotho蛋白存在下では抑制されず、FGF23存在下に有意に増強した。FGF23はα-klotho蛋白の存在の有無にかかわらずTNF-α産生を促進するよう機能している可能性がある。klothoマウスでは、TNF-αの過剰産生が創傷治癒遷延に関与している可能性が考えられた。昨年に引き続き、生後8、10週のα-Klotho欠損マウスと野生型マウスにおける正常皮膚、皮膚潰瘍周囲のアディポネクチン遺伝子の発現を検討した。方法は生後8、10週のα-Klotho欠損マウスと野生型マウスの背部にそれぞれ約8mmの皮膚欠損創を作成し、潰瘍作成後3、6、8、10、12週目の皮膚潰瘍部組織のサンプル(それぞれ最低3匹分用意した)をQIAGEN RNeasy Fibrous Tissue Mini Kitなどを用いて、cDNAを作成した。QIAGEN Taq Polymeraseを用いてRT-PCRを行い、アディポネクチン遺伝子の発現をチェックしたが、α-Klotho欠損マウスと野生型マウスでの有意差を認めなかった。前年まで皮下脂肪織の薄様化の原因究明のため、α-Klotho欠損マウスと野生型マウスにおけるアディポネクチン遺伝子発現について検討を積み重ねてきたが、有意差を見いだせなかった。そのため、創傷治癒遅延の原因の検討へ重点を置くことにした。α-Klotho欠損マウスの創傷部では、炎症性サイトカインであるIL-1β、TNF-α、IL-6発現が増強しており、高濃度のTNF-αは創傷治癒を遷延させるため、脾細胞に対するLPS誘導性TNF-α産生について検討した。α-Klotho欠損マウスでは、分泌型α-Klotho蛋白が欠損しているため、血中FGF23濃度が上昇しているされている。他実験にて、野生型マウスの脾臓から、マクロファージや好中球を含む脾細胞を分離し、その脾細胞にLPS、分泌型α-klotho蛋白、FGF23を投与し、12時間後に培養上清中のTNF-α濃度をELISAにて測定した。結果は、LPSと分泌型α-Klotho蛋白の投与ではTNF-α産生に有意差を認めず、LPSとFGF23を投与したものではFGF23投与によりTNF-α産生は有意に増強していた。引き続き、FGF23が、TNFーαの分泌を促進するには、膜型と同様に分泌型α-klotho蛋白がco-receptorとして機能する必要がある可能性について検討した。FGF23の投与量を一定にし、分泌型α-Klotho蛋白の投与濃度を変更して投与したが、FGF23単独投与の結果と分泌型α-Klotho蛋白添加による結果は有意差を認めなかった。以上より、分泌型α-Klotho蛋白単独投与ではTNF-α産生は抑制されず、FGF23単独投与によりTNF-α産生は有意に増強しました。これは、分泌型α-Klotho蛋白の有無により影響を受けなかった。皮下脂肪織の薄様化の原因究明のため、α-Klotho欠損マウスと野生型マウスにおけるアディポネクチン遺伝子発現について検討を積み重ねてきたが、有意差を見いだせなかった。そのため、創傷治癒遅延の原因の検討へ重点を置くことに方向転換をしたため。当初、α-Klotho欠損マウスの皮下脂肪織の薄様化の原因究明のため、アディポネクチン遺伝子発現に研究を行ったが、有意差を見いだせなかった。そのため、α-Klotho欠損マウスの創傷治癒遅延の原因究明に重点を置き、α-Klotho欠損マウスの創傷部では、炎症性サイトカインであるIL-1β、TNF-α、IL-6発現が増強していることが判明した。さらに高濃度のTNF-αが創傷治癒を遷延させることから、脾細胞に対するLPS誘導性TNF-α産生の検討では、脾細胞にLPSと分泌型α-Klotho蛋白の投与した群では有意差を認めず、LPSとFGF23を投与した群では有意にTNF-α産生が増強した。また、LPS、分泌型α-Klotho蛋白、FGF23を投与した群では、FGF23単独投与の結果と分泌型α-Klotho蛋白添加による結果と有意差を認めなかった。脾細胞におけるLPS誘導性TNF-α産生は分泌型α-Klotho存在下では抑制されなかったが、分泌型α-Klothoの有無に関わらずFGF23存在下で有意に増強した。通常、FGF23のシグナル伝達には膜型α-Klothoが必須とされているが、脾細胞にはα-Klotho発現は認めず、FGF23はα-Klotho非依存性でも機能する未知の分子機構があることが示唆された。これによりFGF23がα-Klotho蛋白非依存性にTNF-α産生促進に作用しており、創部でのTNF-α過剰産生が創傷治癒を遷延している可能性がある。そのため、実際に野生型マウスがLPS投与により創傷治癒が遷延するか確認するため、予備実験としてα-Klotho欠損マウスと野生型マウスの腹腔内にLPS 2mg/kgを投与し投与2時間後に血中TNF-α濃度をELISAで測定したが、α-Klotho欠損マウスでは上昇していなかった。これはLPSの濃度を変更しても変わらなかった。

野生型マウスとklothoマウスではアディポネクチン遺伝子に発現に有意差を認めなかった。LPS誘導性TNF-α産生は分泌型α-klotho蛋白存在下では抑制されず、FGF23存在下に有意に増強した。FGF23はα-klotho蛋白の存在の有無にかかわらずTNF-α産生を促進するよう機能している可能性がある。klothoマウスでは、TNF-αの過剰産生が創傷治癒遷延に関与している可能性が考えられた。野生型マウスと比較してα-Klotho欠損マウスでは皮下脂肪組織が著明に菲薄化しているが、週数を変更して検討を行ってもが、アディポネクチンの発現に有意差を認めなかった。皮下脂肪組織の菲薄化の原因はアディポネクチンが関与していない可能性が高く、当初の計画を変更する必要が生じたため。創傷治癒遅延の検討のため、野生型マウスに対し、LPSを腹腔内投与により、実際に創傷治癒が遷延するか検討を行う予定である。形成外科皮膚潰瘍部の炎症に関与するサイトカインなどの検討を行う予定である。野生型マウスと比較してklothoマウスの皮下脂肪組織は著明に菲薄化していたが、アディポネクチンの発現に有意差を認めなかった。そのため、その先に予定していたELISAなどによる定量測定までは進めなかったため。研究内容の重点を方向転換をしたことと、臨床業務の多忙により、研究が予定通りに進行しなかったため。年度末に購入したい試薬や機器があったが、納入に時間がかかり、年度を越えてしまったため。研究に必要な試薬や器械を購入する予定である。野生型マウスとklothoマウスでは、アディポネクチンの発現に有意差を認めなかったたっめ、この後、週齢を変えて同実験を続けるか、他の方法で行うか検討中である。上記の購入予定であった試薬や器械を購入する予定である。年度末に購入したい試薬や器械があったが、納入に時間がかかり、年度を越えてしまったため。上記の購入予定だった試薬や器械を購入する予定である。
発展途上国におけるサスティナブルな建築構法技術の開発とそのシステム化に関する研究

本年度の研究は、前年度の基礎研究の総括とその研究分析結果をもとにした構法開発が主であった。基礎研究の総括としては、まず個々に行われている研究を収集しそれらを体系化することがベースとなる。また、遊牧型住居に限らず、自然材料を使用している在来構法についても同様であるが、これらの住居形態は、「原始的住居形態」として位置付けられた上で取り上げられていることが多いため、本研究では、さらにそれを発展させ、住居環境や構法システムなどの評価を行い、現代への技術移転や構法開発に関する研究に展開させた。その際、構築される評価システムは1960年代半ばに生まれたPOEの概念を参考にし、これまでに細分化され試みられた評価方法から、評価項目の検討と評価指数の設定に関して分析し、独自の評価分野と項目、指数設定を行い評価を試み、その結果を構法開発にフィードバックするものであった。発展途上国において、在来構法を応用した経済的、合理的な構法開発を行うためには、構法システムについて考察する必要があり、そのシステム開発においては、これまでの建築生産の変遷を調査、分析することが不可欠であった。建築産業の分野としては、特に大量生産の時代におけるユニット方式、プレファブリケーションによる部品の大型化やBE(Building Element)論について、また、建築家による仮設住宅やアフリカでの住宅提案、軍事用仮設建築について、さらには、UNDROやUNHCRなどの活動報告による、近年の災害時や難民キャンプなどで必要とされる仮設住宅の提案、実験について、それぞれの分野でのデータ収集と分析研究を行った。また、これまでの基礎調査とパイロットプロジェクトを踏まえて、技術移転を利用した学校施設計画と実際の建設活動を行っているが、この構法計画において日乾し煉瓦の開発を行い、環境に適した建築資材の提案を行ったという意味で、途上国の抱える施設不足の解決糸口として評価できるものであり、同時にサスティナブルな開発援助手法を示唆するものとなった。
有限要素法を用いた大規模破壊力学シミュレーション

本研究課題は、歩行者の安全性向上に資する自動車のフロントガラス(積層ガラス)の衝突現象の数値解析手法を構築することが目的とし、有限要素法による高精度・高効率なcohesive zone亀裂進展モデルの開発を行っている。平成30年は、まず、積層複合材料の主要な損傷パータン(debonding)をシミュレーションするため、高精度・高効率なnodal-based extrinsic cohesiveモデルの開発を行ってきた。ベンチマーク数値実験を行い、開発したモデルの精度および効率の検証を行った。次に、debondingシミュレーションを効率よく行うために、2種類のintrinsic cohesiveモデルを開発した。新たなモデルを用いて、non-matching debondingシミュレーションできることが示された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。申請者らは、有限要素法による自動車フロントガラス(積層ガラス)の衝突破壊シミュレーションを行うために、高精度で高効率なextrinsic cohesiveモデルの一種であるき裂進展モデルの開発を行ってきた。既存のき裂進展モデルであるintrinsic cohesiveモデルはすべての要素に対してcohesive領域を定義する手法であり、計算効率に問題があったが、申請者らが開発したモデルは解析中にアダプティブにcohesive領域を作成することで高効率かつ高精度なシミュレーションを可能にしている。平成28年度は、まず、自動車積層ガラスの衝突破壊シミュレーションに関して、広範囲にわたる調査研究を行った。ガラスのき裂進展シミュレーションに関しては、これまで6種類のき裂進展アルゴリズムが提案され、広く用いられている。また、ガラスを接着する樹脂であるポリビニルブチラール(PVB)の変形に対しては、超弾性体や粘弾性体などを含む様々なモデルが用いられており、ガラスとPVBとの粘着に関しては、主に3種類の手法が提案されている。申請者らは、シミュレーションの結果得られたき裂進展パターンと加速度の時刻歴を基に、上述の6種類のき裂進展アルゴリズムの精度に関する調査研究を実施した。また、申請者らが提案を行ってきたモデルの実装に先立って、衝突解析の商用コードであるLS-DYNAを用いたintrinsic cohesiveモデルによる自動車積層ガラスの衝突破壊のシミュレーションも行った。その結果、前処理段階でのcohesive領域の作成は、要素数に比例することを示した。LS-DYNAを用いた実問題の解析を行い、定性的に妥当なき裂パターンが生成されることを確認した。申請者らは自動車積層ガラスの衝突破壊シミュレーションに関する包括的なレビューを行い、複合材料の分野でインパクトの高い論文誌であるComposites Part B: Engineeringにレビュー論文を投稿し、掲載された。次に、申請者らが提案したextrinsic cohesiveモデルに属する高精度・高効率なモデルの比較対象とするため、衝突解析の商用コードであるLS-DYNAを用いて従来手法であるintrinsic cohesiveモデルによる衝突破壊解析を実施した。intrinsic cohesiveモデルは前処理段階において全要素間にcohesive領域を生成するが、申請者らはこの処理を高速に行うアルゴリズムを開発した。また、数値実験によって開発したアルゴリズムがcohesive領域の生成に要する時間は要素数に比例することを示した。LS-DYNAを用いて実問題の解析を行った結果、定性的に妥当なき裂パターンを再現することに成功した。一方、近年では実装が非常に容易であるため、き裂が発生した部分の要素を削除する手法であるelement deletion法が広く用いられている。しかしながらこの手法は、精度の面で問題があると考えられている。この手法の有効性や適用限界を検証するため、申請者らは現在、intrinsic cohesiveモデルとelement deletion法との比較検討も実施している。以上より、当初予定していたき裂部分の接触による相互作用を解析するための接触アルゴリズム開発に一部の遅れがみられるものの、精度の面で重要となるき裂進展アルゴリズムの検討および開発が進み、全体として、研究は順調に進捗しているといえる。申請者らは、有限要素法による自動車のフロントガラスの衝突破壊のシミュレーションを行うために、高精度で高効率なcohesive亀裂進展モデルの開発を行ってきた。昨年度までは、関連研究の調査を行なった上で、提案手法の高効率化を重点的に行い、精度を落とすことなく計算コストを削減するアダプティブなcohesive modelの提案を行なった。また、開発したcohesive modelによる自動車の積層ガラスの衝突破壊のシミュレーションを行い、定性的に妥当な亀裂パターンが生成されることを確認した。平成29年度は、まず、衝突解析の商用コードであるLS-DYNAを用いたintrinsic cohesive modelによる積層ガラスの衝突破壊のシミュレーションを行った。また、近年では、実装が非常に容易であるため、亀裂が発生した部分の要素を削除する手法であるelement deletion法が広く用いられている。しかしながらこの手法は、精度の面で問題があると考えられる。申請者らは、element deletion法とintrinsic cohesion modelとの比較を行うための数値実験を行い、精度と効率の両観点から考察した。次に、亀裂部分の接触による相互作用を解析するために、ロバストで効率的な接触アルゴリズムの開発を行った。亀裂が生成する場合、現在の広く用いられているNode-to-Segment接触パターンは接触力の不連続性が発生する可能性がある。接触力の連続性を担保するために、Element-based Mortar積分法を用いて新たなNode-to-Segment接触手法を開発した。また、亀裂のシミュレーションを精度よく行うために、cohesive elementのメッシュサイズは小さくなければならない。

この問題に対して申請者らは、アダプティブにcohesive strengthを減らすことで、3倍程度大きいメッシュを使用しながらも、同等の精度を得ることに成功した。平成29年度は、まず、衝突解析の商用コードであるLS-DYNAを用いたintrinsic cohesive modelによる積層ガラスの衝突破壊のシミュレーションを行った。また、近年では、実装が非常に容易であるため、亀裂が発生した部分の要素を削除する手法であるelement deletion法が広く用いられている。しかしながらこの手法は、精度の面で問題があると考えられる。申請者らは、element deletion法とintrinsic cohesion modelとの比較を行うための数値実験を行い、精度と効率の両観点から考察した。次に、亀裂部分の接触による相互作用を解析するために、ロバストで効率的な接触アルゴリズムの開発を行った。亀裂が生成する場合、現在の広く用いられているNode-to-Segment接触パターンは接触力の不連続性が発生する可能性がある。接触力の連続性を担保するために、Element-based Mortar積分法を用いて新たなNode-to-Segment接触手法を開発した。また、亀裂のシミュレーションを精度よく行うために、cohesive elementのメッシュサイズは小さくなければならない。以上より、当初予定していた三角柱要素の実装とメッシュ制御アルゴリズムの開発に遅れがみられるものの、精度の面で重要となる亀裂進展アルゴリズムの検討および開発が進み、全体として、研究は順調に進捗しているといえる。本研究課題は、歩行者の安全性向上に資する自動車のフロントガラス(積層ガラス)の衝突現象の数値解析手法を構築することが目的とし、有限要素法による高精度・高効率なcohesive zone亀裂進展モデルの開発を行っている。平成30年は、まず、積層複合材料の主要な損傷パータン(debonding)をシミュレーションするため、高精度・高効率なnodal-based extrinsic cohesiveモデルの開発を行ってきた。ベンチマーク数値実験を行い、開発したモデルの精度および効率の検証を行った。次に、debondingシミュレーションを効率よく行うために、2種類のintrinsic cohesiveモデルを開発した。
酸化ストレスの観点からステロイド誘発骨壊死の機序解明と予防法の開発

我々は、ステロイド性骨壊死の発生と生体内における酸化ストレスとの関係を以下の項目について検討してきた。ステロイド性骨壊死家兎モデルにおいて抗酸化ビタミン投与で骨壊死発生率が有意に減少し、抗酸化剤による骨壊死予防の可能性が示された。酸化ストレスと骨壊死の関係を詳細に調査するためのモデルとして、酸化ストレス単独誘発によるラットにおけるモデル作成した。酸化誘発剤であるブチオニンスルフォキシミン(BSO)を投与し、一過性の酸化ストレスを誘発することで新たな骨壊死モデルを作製した。ブチオニンスルフォキシミン(BSO)ラット骨壊死モデルでの骨内における虚血の状態と虚血に陥る時期を確認した。HIF-1の発現は酸化誘発からすでに6時間から虚血が発生している可能性が示唆された我々は、ステロイド性骨壊死の発生と生体内における酸化ストレスとの関係を以下の項目について検討してきた。HIF-1の発現は酸化誘発からすでに6時間から虚血が発生している可能性が示唆された我々はステロイド性骨壊死症と酸化ストレスとの関係について検討してきた。本年度での研究は以下のとおりである。1、ステロイド投与家兎骨壊死モデルにおけるビタミンE(50mg/kg)の骨壊死予防効果についてステロイド投与量を4mg/kg、20mg/kg、40mg/kgと3通りの量を使用し検討を行った。ステロイド単独投与における骨壊死の発生率は量依存性に増加したが、ビタミンEを併用投与することで骨壊死発生率は有意に低下したことを確認した。また、同モデルに対してビタミンC投与したモデルも検討したが、骨壊死発生率の抑制傾向はあったものの、有意な現象には至らなかった。2、酸化ストレスと骨壊死の関係を詳細に調査するためのモデルとして、酸化ストレス単独誘発によるラットにおけるモデル作成を試みた。腹腔内にブチオニンスルフォキシミンを一回のみ投与し、酸化を単独で一回誘発することによる骨壊死誘発実験を行ったところ、骨壊死発生率は約30%40%であった。今回のモデルは、以前に報告したラットモデルよりも簡便な方法で行えるため、非常に有効なモデルであり、酸化単独での骨壊死誘発が確認できた。3、ステロイド投与家兎モデルのステロイド投与後早期の骨内での変化を捉えるために、マクロファージの動きおよび骨内でのDNA酸化傷害に注目した。ステロイド投与後24時間以内ですでに血管内で何らかのストレスが発生しており、少なくとも3-5日で骨内細胞はDNA酸化傷害に陥っていることが確認できた。我々は、ステロイド性骨壊死の発生と生体内における酸化ストレスとの関係について検討してきた。本年度の研究内容、結果は以下のとおりである。1.酸化ストレスと骨壊死の関係を詳細に調査するためのモデルとして、酸化ストレス単独誘発によるラットにおけるモデル作成した。腹腔内にブチオニンスルフォキシミンを投与することで生体内の還元酵素であるグルタチオン合成を約70%阻害したところ、骨壊死は酸化誘発から5日で確認でき、7日-14日で約30%40%の発生を認めた。本モデルは簡便な方法で行えるラットモデルであるため、非常に有効なモデルであり、機序解明に役立つと考えられた。2.酸化誘発ラットモデルでの骨内における虚血の状態と虚血に陥る時期を確認するために、HIF-1の発現を免疫組織化学的に検討した。結果は、酸化誘発からすでに6-12時間以内に骨内における虚血が発生している可能性が示唆された。すなわち、この時期に壊死に陥る原因があると考えられた。3.ステロイド投与家兎骨壊死モデルにおける抗酸化ビタミンであるビタミンE、ビタミンC、ビタミンKを使用し、ステロイド投与40mg/kg投与家兎における骨壊死予防の検討を行った。ビタミンEを投与することで骨壊死発生率は有意な低下を示し、ビタミンCでは統計学的な有意差はなかったが発生率の低下傾向を認めた。しかしながら、ビタミンKでは効果を認めなかった。腹腔内にブチオニンスルフォキシミン(BSO)を投与することで、生体内の還元酵素であるグルタチオン合成を約70%阻害したところ、骨壊死は酸化誘発から5日で確認でき、7日から14日で約30%40%の発生を認めた。ブチオニンスルフォキシミン(BSO)の投与量を変更し、一過性の酸化ストレスを強く誘発しても壊死発生率は変化なかった。このことから骨壊死は一過性の酸化誘発である一定の酸化が問題になることが示された。2.ブチオニンスルフォキシミン(BSO)ラット骨壊死モデルでの骨内における虚血の状態と虚血に陥る時期を確認するために、HIF-1の発現を免疫組織化学的およびWestern blotにて検討した。

結果は、酸化誘発からすでに6時間から12時間以内に骨内における虚血が発生している可能性が示唆された。すなわち、この時期に壊死に陥る原因があると考えられた。また、この虚血の反応も一過性であり1日から3日で徐々に改善していくことが示された。この反応は、骨内だけではなく肝臓および血管でも同様であることが示唆された。以上、実施した研究の内容を報告する。
個体識別・長期継続調査による大型哺乳類の適応度に与える要因の解明

どのような個体が多くの子供を残せるのかを調べることは、適応と進化を論じるうえで重要である。長期に観察が続けられている個体識別されたニホンジカ(Cervusnippon)を対象に、繁殖成功とそれに影響を与える要因を分析した。なわばり雄の交尾数が多く、これらの雄の体重は重かった。しかし、劣位雄の一部も子供を残していた。雌の生涯繁殖成功度のばらつきは0-6で、体重と生存期間が影響していた。個体識別した動物の一生を追跡し、繁殖成功度だけでなく、適応度まで測定し、それに影響を与える要因を解明する研究は、その生物の進化を理解する上で重要であるばかりでなく、進化現象そのものの理解を深めることになる。しかしながら、個体識別と追跡調査の継続が困難であるという点から、野外での識別個体の継続調査は難しく、一部の大型哺乳類以外では行われてこなかった。本研究では、1989年から個体識別され、長期継続調査を継続している宮城県金華山に生息する野生のニホンジカ(Cervus Nippon)の集団を対象に、形態や体重を指標とした栄養状態、さらに繁殖行動や繁殖成功を検討し、どのような個体の適応度が高いのかを明らかにしようとするものである。平成22年度は、初夏と発情期である秋に、識別個体の繁殖成功について野外調査を行った。また、これまでの調査データを、さまざまな分析にかけるための一元化された個体別データベースにまとめた。さらに、個々のメスが、どのような間隔で出産するか、あるいは産んだ子供にどの程度投資を行うかは、生涯繁殖成功度を高めるために重要である。栄養状態の悪い調査地では、子供への多過ぎる投資は母親の生存を危うくし出産回数を減らすという形で生涯繁殖成功度を下げる。一方、少な過ぎる投資は子供が良好に生息しない可能性を高め、子供の生存を危うくするという形で生涯繁殖成功度を下げる。平成22年度はこの点からメスの出産コストについて検討し、出産と育児による体重減少は年齢とは無関係に起こるが、壮年期のメスは回復力が高く、相対的には負担するコストが低いことがわかった。さらに、メスが出産後に負担するコストである授乳についての解析の準備を進めた。野外調査に関しては、平成23年度は震災の影響で調査地が被災した為に調査に影響が出たが、四季にわたって調査対象群の生死と出産の確認を行った。分析については、平成22年度に整理できた一元化されたデータベースを元に年ごとのオスの社会的地位と交尾成功について分析し、なわばりをもつ社会的地位の高い個体の繁殖成功度が高く、遺伝的な解析からもそれを裏付けることができた。今後は個体別の生涯に繁殖成功について整理するとともに、オスの繁殖コストについて検討する。これについては、投稿論文準備中である。社会的地位のシンボルである角に関して、これまで個体識別してサンプリングした角の形状について、計測・測量と整理を行った。また、平成22年度に分析を行った妊娠育児に対する母親の投資コストについて、平成23年度には学会発表と論文発表を行った。さらに、出産後の母親の投資である授乳について、個体ごとに授乳時間を整理し、母親の投資配分の観点と母子の利害対立の観点から分析を行った。個体識別した動物の一生を追跡し、繁殖成功度や子供の生残を測定し、それに影響を与える要因を解明する研究は、その生物の進化を理解する上で重要であるばかりでなく、進化現象そのものの理解を深めることになる。しかしながら、個体識別と追跡調査の継続が困難であるという点から、野外での識別個体の継続調査は難しく、大型哺乳類では数例を除いては行われてこなかった。本研究では、1989年から個体識別され、長期継続調査が継続されている宮城県金華山に生息する野生のニホンジカ(Cervus nippon)の集団を対象に、形態や体重を指標とした栄養状態、さらに繁殖行動や繁殖成功を検討し、どのような個体の適応度が高いのかを明らかにしようとするものである。野外調査に関しては、平成24年度は震災の影響で調査地が被災した為に影響が出たが、四季にわたって調査対象個体の生死と出産の確認を行った。分析については、繁殖成功に影響を与えると思われる母親の子供への世話について、授乳行動から分析を行った。

母親は出産直後には子供が満腹するまでの授乳をしていたが、少し成長すると子供の授乳継続の要求に対して拒否することが増加した。このことから、母親が投資の制限を行っていることが示唆された。また、授乳時間や拒否の頻度についての性差がほとんどなく、雄の子供へ多くの投資を行うという仮説は本調査地では否定された。本調査地では交尾は乱婚的であるが、子供は1仔である。交尾行動を観察した雌の子供について遺伝的に父子判定を行った。なわばり雄と非なわばり優位雄、劣位雄の交尾数の比率と、これらの遺伝的な父親である比率はほとんど一致していた。このことから、社会的地位によって受精率に差がなく行動観察の結果がほぼ反映していることがわかった。また、なわばり雄による占有が顕著であることと同時に、劣位個体も一定の繁殖成功を得ていることが示された。一元化したデータベースに若干のミスが見つかり、その補正に時間が取られたこと。また、計測やフィールドノートからの一次整理に手間取っている。24年度が最終年度であるため、記入しない。行動圏の整理、角の計測・計量、授乳時間の個体別の整理等が終わったので、今年度は分析と論文執筆にエネルギーをかけることができるので、研究計画の変更は必要ない。
情報理論的暗号理論における統一的パラダイムの深化、発展とその応用

現在の多くの暗号技術は計算困難な数学的問題に基づいて設計されている。一方、計算困難な問題に依拠しない形で、原理的に安全といえる強固な安全性として情報理論的安全性がある。我々は既に暗号理論と情報理論に跨る多様な概念を俯瞰的かつ体系的に扱うことのできる統一的パラダイムを暗号化方式等の暗号プリミティブ(要素技術)に対して構築してきたが、本研究では、それを更に発展させ複雑かつ高機能な暗号プロトコルに拡張するとともに、さらに幅広い応用を目指すことを目的としている。これにより、情報理論的安全性をもつ高機能暗号や様々なプロトコルを構築でき、それらの幅広い応用が可能になる。初年度である平成30年度は、統一的パラダイムを複雑かつ高機能な暗号プロトコルに拡張することを目的に、様々な情報理論的安全性や計算量的安全性を有する高機能暗号や暗号プロトコルの基盤となる数理的構造を解析し、また新たな構成法の提案を行った。特に、そのような高機能暗号や暗号プロトコルとして研究対象にした方式は、(完全)準同型暗号、検索可能暗号、署名付き暗号、しきい値暗号、匿名放送暗号、マルチパーティ計算、カードベースプロトコルである。また、応用研究として、IoTデバイスのセキュリティに着目して、物理層セキュリティや高機能暗号の実装解析を行い、学術的に新たな知見を得ることができた。そして、上記の研究成果は、国内外の学術会議や論文誌で発表している。研究実績の概要に既述したように、本研究課題を解決するにあたり、初年度としては理論面及び応用面の双方から十分な研究成果を出せたと考える。したがって、進捗状況は、おおむね順調に進展していると考える。本研究では、現存する情報理論的暗号理論に対して、情報理論及び暗号理論の両見地からの統一的枠組み(パラダイム)を更に発展させ、複雑かつ高機能な暗号プロトコルを研究対象にすることである。また、本研究における理論的成果を利用した応用技術や、その効果的な応用先に関しても研究する計画である。2019年度は、研究課題に対する理論研究及び応用研究の実施計画として、以下の研究課題に取り組む。(1)理論研究:情報理論的暗号理論における統一的パラダイムを深化・発展させて、情報理論的暗号理論における完全準同型暗号、関数暗号の高機能暗号の構成に本格的に挑戦する。また、それ以外の高機能暗号として、情報理論的暗号理論におけるマルチパーティ計算、カードベースプロトコル等に関する構築法を研究する。(2)応用研究:情報理論及び暗号理論の両見地からの統一的枠組み(パラダイム)を計算量的安全性をもつ暗号技術構成に応用する研究、また、IoTデバイスのハードウェアセキュリティ、物理層セキュリティ等への応用研究を更に実施する。
軟骨培養細胞の増殖と分化機能に対する振動電磁場の影響

骨格成長は、全身性ホルモンや局所因子などの化学的要因のほかに電磁場などの物理的要因によっても制御されている。電気刺激により骨・軟骨組織の成長や修復が促進され、細胞の増殖や分化機能の亢進が報告されている。しかしその作用機序は不明であり特に細胞レベルでの変化は明らかではない。そこで我々はウサギ肋軟骨より分離した初代成長軟骨培養細胞を振動磁場で刺激した後、副甲状腺ホルモンを添加するとcAMPレベルの上昇、オルニチン脱炭酸酵素の誘導能、及びグリコサミノグリカン合成がいずれも有意に亢進することを見出した。すなわち振動磁場刺激が軟骨培養細胞のPTHに対する感受性を亢進する結果として軟骨培養細胞の分化機能が促進することが示唆されたが増殖能に対する影響は認められなかった。またCDF、FGF、IGFやSub p、等では増殖と分化能共に有意差は認められなかった。そこで、電場刺激に対する増殖能をさらに検討をするために、sparseな状態の腎臓由来のNRK細胞に0.3%FCS添加でパルス電場刺激を行うと未刺激群に対して約30%の取り込みの亢進が認められた。しかし、より高いFCS濃度では、増殖速度は上昇するものの、電場による刺激効果の有意差は認められなかった。EGF存在下では濃度比例的に増殖速度が上昇するが電場刺激の効果はやや抑制的に作用した。以上の結果、NRK細胞が高い合成能力を発揮し得る状態では、増殖因子の作用が強く現れ電気刺激の効果が発現し難いものと思われる。そこで、より反応性に富む遠心管内培養法を用いて、成熟軟骨細胞から肥大軟骨細胞へ石灰化を誘導し、強磁場刺激を加えると、肥大化に伴って増加するアルカリホスファターゼ活性にやや変化が認められる。しかし、刺激条件により変動し未だ明らかではない。さらに1_0、25(OH)_2D_3、細胞内カルシウムを指標として物理的刺激に対する直接的作用やホルモンや成長因子を介する影響を検討している。細胞の増殖と分化はホルモンや成長因子などの科学的要因のほかに電磁場などの物理的要因によっても制御されている.事実,電気刺激により骨,軟骨組織の成長や修復が促進さる事が示唆さている.その作用機序は不明であり特に細胞レベルでの変化は明らかでない.そこで我々はうさぎ助軟骨より分離した初代成長軟骨培養細胞を振動磁場で2日間刺激した後,副甲状腺ホルモンを添加するとCAMPレベルの上昇,オルニチン脱炭酸酵素の誘導能,及びグリコザミノグリカン合成がいれも有意に亢進することを見出した.すなわち振動磁場刺激が軟骨培養細胞のPTHに対する感受性を亢進する結果として軟骨培養細胞の分化機能が促進することが示唆された.しかし増殖能に対する影響は認められなかった.そこで,増殖と分化機能をさらに検討するために,可変型パルス発生装置を試作した.まず,電気刺激の最適条件を決定するために腎臓由来のNRK細胞を用いて, ^3H-thymdineの取り込み率でパルス電場の細胞増殖に対する影響を検討した.その結果, sparseな状態のNRK細胞に0.3%FCS添加のみで電場刺激を行う未刺激群に対して約30%の取り込みの亢進が認められた.FCS濃度を5%,及び10%,にすると増殖速度は上昇するものの電場による刺激効果の有意差は認められなかった.EGF存在下では濃度比例的に増殖速度が上昇するが電場刺激の効果はやや抑制的に作用した.以上の結果, NRK細胞が高い合成能力を発揮し得る状態では,増殖因子の作用が強く現れ電気仕儀の効果が発現し難いものと思われる.今後は軟骨培養細胞に対する電場刺激の影響について検討を加えたい.尚,これらの結果についての一部は, Bochm.Biophys.Acta.931:94-100(1987)に発表し,次いで,昭和63年1月16日に,咀嚼システムの基礎的研究の班会議に発表した.研究成果報告書として発表される予定である.骨格成長は、全身性ホルモンや局所因子などの化学的要因のほかに電磁場などの物理的要因によっても制御されている。そこで、より反応性に富む遠心

管内培養法を用いて、成熟軟骨細胞から肥大軟骨細胞へ石灰化を誘導し、強磁場刺激を加えると、肥大化に伴って増加するアルカリホスファターゼ活性にやや変化が認められる。しかし、刺激条件により変動し未だ明らかではない。さらに1_0、25(OH)_2D_3、細胞内カルシウムを指標として物理的刺激に対する直接的作用やホルモンや成長因子を介する影響を検討している。骨や軟骨細胞の増殖と分化は、各種ホルモンや成長因子などの化学的要因のほかに電磁場などの物理的要因によっても調節されている。電気的刺激により骨、軟骨組織の成長や修復が促進される事が示唆されている。しかしその作用機序は未だ不明であり特に細胞レベルでの変化は明らかではない。そこで我々はウサギ肋軟骨より分離した初代成長軟骨培養細胞を振動磁場で刺激した後、副甲状腺ホルモンを添加するとcAMPレベルの上昇、オルニチン脱炭酸酵素の誘導能、及びグリコサミノグリカン合成がいずれも有意に亢進することを見出した。すなわち振動磁場刺激が軟骨培養細胞のPTHに対する感受性を亢進する結果として軟骨培養細胞の分化機能が促進することが示唆された。さらに平均2ガウスの振動磁場で刺激後、CDF、FGF、IGF、やTPR等の添加で分化機能の亢進は認められなかった。これらの因子では増殖能に対する有意差は認められなかった。そこで、電場刺激に対する増殖能を検討するために、腎臟由来のNRK細胞を用いて、S期のNRK細胞に、0.3%FCS添加でパルス電場刺激を行うと未刺激群に対して約30%の取り込みの亢進が認められた。しかし、より高いFCS濃度では、増殖速度は上昇するものの電場による刺激効果の有意差は認められなかった。EGF存在下では濃度比例的に増殖速度が上昇するが電場刺激の効果、やや抑制的に作用した。以上の結果、NRK細胞が高い合成能力を発揮し得る状態では、増殖因子の作用が強く現れ電気刺激の効果が発現し難しいものと思われる。成熟軟骨細胞から肥大軟骨細胞へ再現性良く石灰化が誘導出来る遠心管内培養法を用い強磁場刺激下において、肥大化に伴い増加するアルカリホスファターゼ活性にやや上昇傾向が見られるが、刺激条件により変動し未だ明らかでない。さらに1a、25(OH)_2D_3、細胞内カルシウムを指標として物理的刺激に対する影響をも検討している。
慢性腎臓病に伴うサルコペニアの発症・進行におけるオートファジーの関与について

オートファジーは、細胞内の主要な分解機構であり、飢餓応答や細胞内恒常性維持などを通じて、様々な病態に対抗することが明らかとなっている。一方、サルコペニアは筋肉量の減少および筋力の低下と定義され、慢性腎臓病(chronic kidney disease: CKD)はサルコペニアを引き起こす基礎疾患の1つである。CKDに伴うサルコペニアは、患者の日常生活動作を低下させ、転倒骨折、誤嚥、心血管疾患の増加に深く関わり、医療経済を圧迫する要因となっているが、いまだ有効な治療法が確立していない。本研究は、CKDにおける骨格筋細胞のオートファジーの役割を検討し、オートファジー活性を調節することでサルコペニアの新規治療の可能性を模索することを目的としている。1野生型マウスを用いた虚血再灌流+片腎摘モデルにおいて、継続的な腎機能低下および間質の線維化を認めた。腎機能障害は全てのマウスでほぼ同程度であり、手技の正確性や再現性の点からもCKDの長期観察に適していることを確認した。最適な虚血時間についても検討を行った。2確立したCKDモデルマウスにおいて、筋重量・筋力の低下と骨格筋細胞サイズの縮小を認めた。また同骨格筋細胞において、オートファジーフラックスが亢進していることを見出した。3研究実施計画に基づいて骨格筋細胞特異的オートファジー不全誘導マウスを作製した。同マウスの骨格筋においてオートファジーの基質であるp62が蓄積しており、オートファジーが欠損していることを確認した。