hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
成長因子アンカーリング型運動器再生シーズの顕在化・育成研究

本研究では、骨再生シーズの実用化と軟骨再生、末梢神経再生への応用を目指して検討を行った。コラーゲン結合型塩基性線維芽細胞増殖因子(CB-bFGF)の臨床応用に向けてタンパク質をコードする遺伝子のコドン最適化を行い、CB-bFGFのbFGF活性を損なうことなく、タンパク質の産生効率を向上させることに成功した。細胞配行性コラーゲンチューブ(OCT)にbFGFを結合させることで早期に末梢神経組織の再生、運動機能の回復が可能であった。産学連携で作製した新規高密度コラーゲン材料は既存のコラーゲン材料に比べ、強度、軟骨再生能に優れていた。これらのマテリアルは運動器再生に有用であると考えられた。外傷による骨折、関節機能の破綻、末梢神経障害は日常動作、生活の質の低下のみならず精神的苦痛を与える。コラーゲン結合型塩基性線維芽細胞増殖因子(CB-bFGF)とコラーゲンシートを用いた骨再生シーズの育成と骨再生シーズの原理応用による軟骨再生シーズ、末梢神経再生シーズ顕在化を行った。骨形成促進シーズを育成すべく、コラーゲンシートとコラーゲン結合型bFGFによる骨形成促進シーズの最適化を行った。クロストリジウムヒストリチカムの産生する2種のコラゲナーゼ(ColH,ColG)に存在するコラーゲン結合ドメイン、PKDドメインを有する4種のコラーゲン結合型成長因子bFGF-CBD(ColG), bFGF-CBD-CBD(ColG),bFGF-CBD(ColH),bFGF-PKD-CBDを作製し、骨形成の比較検討を行った。その結果、bFGF-PKD-CBD(ColH)とコラーゲンシートの併用が最も高い骨形成能を有することが判明した。軟骨再生シーズの顕在化を行うべく、コラーゲン材料とコラーゲン結合型bFGFの併用による軟骨再生法の有用性をウサギ軟骨欠損モデルを用いて検討した。新規に開発したコラーゲン材料は、高い軟骨再生能を有していたが、コラーゲン結合型bFGFとの併用による効果は認められなかった。そこで、新規に開発したコラーゲン材料については特許出願を行った。現在、コラーゲン結合型BMPの作製に着手しており、軟骨再生に最適なコラーゲン結合型成長因子を探索中である。末梢神経再生シーズの顕在化を行うべく、ラット座坐骨神経欠損モデルを用いた検討を行った。その結果、末梢神経再生能に優れる人工神経の開発に成功し、特許出願を行った。コラーゲン結合型塩基性線維芽細胞増殖因子(bFGF-PKD-CBD)を用いた骨再生の実用化に向けてタンパク質をコードする遺伝子のコドンを大腸菌に最適化した。これにより収量を増加させることに成功した。また、精製した融合タンパクは細胞増殖試験、コラーゲン結合試験、マウス骨折モデルを用いた検討において従来精製法と同等の活性を維持していた。前年度に開発した新規軟骨再生シーズ(円柱状高密度コラーゲン材料)の軟骨再生能をウサギ広範囲軟骨欠損モデルを用いて従来品と比較検討した。その結果、本シーズは従来品に比べ高い軟骨再生能を有することが明らかになった。この結果を踏まえ実用化にむけて独立行政法人医薬品医療機器総合機構にコンサルト行い、開発前相談、対面助言を行った。前年度に開発した末梢神経再生シーズ(bFGF搭載配向性コラーゲンチューブ)による運動機能回復能について検討した。ラット坐骨神経15mm欠損モデルに移植した結果、bFGF搭載配向性コラーゲンチューブ移植群は欠損のみの群、配向性コラーゲンチューブ単独群に比べ高い運動機能回復能を示した。これらのデータを踏まえ国立研究開発法人科学技術振興機構のご支援のもと国際出願(PCT出願)を行った。骨再生シーズの育成、軟骨再生シーズ、末梢神経シーズの顕在化に成功しており、いずれも実用化に向けて前進している。従って、おおむね順調に進展していると考えられる。骨形成促進シーズを最適化すべく、コラーゲン結合型塩基性線維芽細胞増殖因子(CB-bFGF)におけるコラーゲンアンカーの最適化を試みた。その結果、クウロストリジクムヒストリティカム由来コラゲナーゼColHのCBDに比べColG由来のCBDをアンカーにもつCB-bFGFが高いコラーゲン結合能を有していた。また、マウス骨折モデルに投与した結果、高い骨形成能を有することが判明した。これらの結果を基に英文学術誌への投稿を行った。新規軟骨再生シーズの実用化にむけてウイルス除去・不活化工程および仕様、材料特性に対する検討を行った。ウイルスクリアランス試験の結果、確立した工程によりウイルス除去・不活化が可能であることが示された。また、材料特性が保たれる製造工程の確立に成功した。末梢神経再生シーズのラット坐骨神経15mm欠損モデルに対する有用性を検討した。bFGFを搭載した配行性コラーゲンチューブは欠損のみの群、配行性コラーゲンチューブのみを移植した群に比べ高い末梢神経再生能を有していた。この成果を基に論文を投稿し、J Biomed Mater Res Aに採択された(Fujimaki H et al., J Biomed Mater Res A, 2017)。また、実用化に向けて既存人工神経との比較を行った。bFGFを搭載した配行性コラーゲンチューブはラット坐骨神経欠損モデルにおいて既存人工神経に比べ早期の運動機能回復を示した。

これらの成果は科学技術振興機構の外国特許出願支援(指定国移行)に採択され、米国への指定国移行を達成した。本研究では、骨再生シーズの実用化と軟骨再生、末梢神経再生への応用を目指して検討を行った。コラーゲン結合型塩基性線維芽細胞増殖因子(CB-bFGF)の臨床応用に向けてタンパク質をコードする遺伝子のコドン最適化を行い、CB-bFGFのbFGF活性を損なうことなく、タンパク質の産生効率を向上させることに成功した。細胞配行性コラーゲンチューブ(OCT)にbFGFを結合させることで早期に末梢神経組織の再生、運動機能の回復が可能であった。産学連携で作製した新規高密度コラーゲン材料は既存のコラーゲン材料に比べ、強度、軟骨再生能に優れていた。これらのマテリアルは運動器再生に有用であると考えられた。骨再生シーズについてはコラーゲンアンカーの最適化によりシーズ育成に成功した。軟骨再生シーズの顕在化については、コラーゲン材料とコラーゲン結合型bFGFとの併用による軟骨再生効果は認められなかったが、新規コラーゲン材料の開発により特許出願に至った。また、末梢神経再生シーズの顕在化に成功し、特許出願を行った。従って、おおむね順調に進展していると考えられる。骨再生に関しては中大動物を用いた検討により実用化に向けて前進する予定である。軟骨再生シーズに関しては実用化に向けて生体内安全性試験、大動物を用いた検証を行う予定である。末梢神経シーズに関してはさらに広範囲の末梢神経欠損の回復が可能であるかを検討する予定である。28年度が最終年度であるため、記入しない。運動器再生医療骨再生シーズに関しては平成26年度に選出したコラーゲンアンカーをもつ種々のコラーゲン結合型成長因子を作成後、種々の病態モデルに適応し、さらなるシーズ育成を行う。軟骨再生シーズに関しては平成26年度に発掘したシーズ(新規コラーゲン材料)を基盤とした軟骨再生法の確立を目指す。コラーゲン結合型BMP、TGF-betaの作製を行い、これらのコラーゲン結合型成長因子と新規コラーゲン材料との併用による軟骨再生を試みる。末梢神経再生シーズに関しては平成26年度に顕在化した末梢神経再生シーズに関して組織学的検討、行動評価を行い、国際出願に向けたエビデンス構築を行う。予期せぬ実験動物の死亡により動物飼育費用に408円の誤差が生じた。来年度の動物飼育費用に使用する予定である。
「原子核時計」実現にむけたトリウム229核異性体準位のエネルギー測定

トリウム229は、基底状態からわずかエネルギー8 eV程度のところに第1原子核励起状態(アイソマー状態と呼ばれる)をもつことが知られている.本研究の目的は、基底状態からアイソマー状態への原子核遷移の共鳴周波数を基準とする光周波数標準の実現をめざし、この核遷移の遷移エネルギーを精密に測定することである.そのために、本研究では、ウラン233線源から放出されるガンマ線を分光する.ウラン233はα崩壊してトリウム229に壊変するが、この際ある確率で、トリウム229の第2励起状態(エネルギー29 keV)を経由する.この第2励起状態からは、基底状態とアイソマー状態の両方に崩壊するため、この崩壊過程で放出されるエネルギー29 keVのガンマ線は、エネルギー8 eV程度の幅で2つに分裂して観測されるはずである.本研究では、このスペクトル分裂を観測し、その分裂幅から遷移エネルギーを精密に決定することを目指している.本年度は、エネルギー29 keVのガンマ線を観測するために使用する超伝導転移端センサー(TES, Transition Edge Sensor)を設計・製作し、その性能評価を行った.素子設計では、29 keVで素子の応答が入射ガンマ線のエネルギーに対して飽和せず、かつエネルギー分解能が高くなるよう、素子の熱容量の大きさや転移温度の値を最適化した.製作した素子を希釈冷凍機により温度65 mKまで冷却し、ウラン233線源から放出されるエネルギー29 keVのガンマ線を利用してエネルギー分解能の評価を行った.3つの素子で評価を行った結果、すべての素子で1518 eV(半値全幅@ 29 keV)という高いエネルギー分解能が観測された.今後はこの素子を用いて、エネルギー29 keVスペクトル分裂の観測、およびその分裂幅からアイソマーエネルギーを決定する本測定をすすめる.本研究では、ウラン233がトリウム229に崩壊する際に放出されるエネルギー29 keVのガンマ線スペクトルの分裂を精密に測定することで、トリウム229のアイソマー状態のエネルギー(8 eV程度)を測定することを目指している.1年目の今年度は、高エネルギー分解能ガンマ線検出器である超伝導転移端センサー(TES, Transition Edge Sensor)を設計・製作し、その性能評価を行った.また、次年度以降の本測定に向け、ウラン233線源を準備した.昨年度までに実施していたテスト測定では、ウラン233線源からの放射線を測定した際、エネルギー分解能が悪化していた.その原因は、ウラン233線源から放出されるエネルギー1520 keV付近の大量の特性X線が、TES素子がのっている基板に吸収され、TES素子の温度を不安定にしていることであった.この問題を改善するため、今年度は、TES素子の上に特性X線をブロックするコリメータをとりつけた.その結果、ウラン233線源から放出されたエネルギー29 keVのガンマ線を、半値全幅1518 eVの高いエネルギー分解能で観測した(コリメータがない場合の分解能は40 eV程度).ウラン233線源は以下の方法で準備した.ウラン233には不純物としてウラン232が含まれる.ウラン232は、その娘核に本測定にとってバックグラウンドノイズとなるガンマ線・X線を放出するものが存在する.そこでまず、イオン交換樹脂を用いた化学精製により、これらの娘核を取り除いた.精製したウラン233を、29 keVガンマ線をほとんど減衰させないテフロン樹脂でできた線源ケースに封入し、線源とした.以上述べたように、TES素子・ウラン233線源と、次年度以降の本測定に必要なコンポーネントの開発を1年目の今年度中に完了し、研究は順調に進展している.今後は、本年度製作したTES素子およびウラン233線源を用いて、エネルギー29 keVのスペクトルが分裂している様子の観測、およびその分裂幅からアイソマーエネルギーを決定することをめざす.シミュレーションによると、本研究で開発したTES素子を65 mKに冷却し、約50日間測定すれば、23σの有意性をもって、29 keVスペクトルの分裂を観測することができる.そのためには、TES素子を1ヶ月以上にわたって冷却し続ける必要がある.素子の冷却には希釈冷凍機を使用するが、その長期運転を制限する主な要因の1つは、循環ヘリウムガス中の不純物の増加である.不純物が増加すると冷却能力が徐々に低下し、最後には65 mKを保てなる.この不純物は、主にガスを循環させるポンプ内部の部品から徐々に放出される.そこで次年度は、このポンプを不純物ガスの放出が少ないオールメタルポンプに交換し、さらなる長期連続運転を実現する.また、限られた測定時間で多くのスペクトルデータを収集できるよう、3つのTES素子を使い同時にデータ取得する.そのための素子製作・評価およびデータ取得系の構築は、本年度に完了している.これと並行して、データ処理によるエネルギー分解能の改善も試みる.本年度のテスト測定で、TES素子の温度ゆらぎに起因すると考えられる分解能の悪化が観測された.この悪化を抑えるため、まずは冷凍機の温度制御系の改善を行い、温度ゆらぎ自体を抑制する.それでも抑えきれない温度ゆらぎによる影響を、測定後のデータ処理により補正する.素子の温度ゆらぎは、測定データのオフセット電圧のゆらぎとして現れる.

したがって、この電圧ゆらぎを解析することで、温度ゆらぎに起因する分解能の悪化をある程度補正することができる.次年度以降は、この補正手法を改良し、データ処理によりさらなるエネルギー分解能の改善も試みる.トリウム229は、基底状態からわずかエネルギー8 eV程度のところに第1原子核励起状態(アイソマー状態と呼ばれる)をもつことが知られている.本研究の目的は、基底状態からアイソマー状態への原子核遷移の共鳴周波数を基準とする光周波数標準の実現をめざし、この核遷移の遷移エネルギーを精密に測定することである.そのために、本研究では、ウラン233線源から放出されるガンマ線を分光する.ウラン233はα崩壊してトリウム229に壊変するが、この際ある確率で、トリウム229の第2励起状態(エネルギー29 keV)を経由する.この第2励起状態からは、基底状態とアイソマー状態の両方に崩壊するため、この崩壊過程で放出されるエネルギー29 keVのガンマ線は、エネルギー8 eV程度の幅で2つに分裂して観測されるはずである.本研究では、このスペクトル分裂を観測し、その分裂幅から遷移エネルギーを精密に決定することを目指している.本年度は、エネルギー29 keVのガンマ線を観測するために使用する超伝導転移端センサー(TES, Transition Edge Sensor)を設計・製作し、その性能評価を行った.素子設計では、29 keVで素子の応答が入射ガンマ線のエネルギーに対して飽和せず、かつエネルギー分解能が高くなるよう、素子の熱容量の大きさや転移温度の値を最適化した.製作した素子を希釈冷凍機により温度65 mKまで冷却し、ウラン233線源から放出されるエネルギー29 keVのガンマ線を利用してエネルギー分解能の評価を行った.3つの素子で評価を行った結果、すべての素子で1518 eV(半値全幅@ 29 keV)という高いエネルギー分解能が観測された.今後はこの素子を用いて、エネルギー29 keVスペクトル分裂の観測、およびその分裂幅からアイソマーエネルギーを決定する本測定をすすめる.本研究では、ウラン233がトリウム229に崩壊する際に放出されるエネルギー29 keVのガンマ線スペクトルの分裂を精密に測定することで、トリウム229のアイソマー状態のエネルギー(8 eV程度)を測定することを目指している.1年目の今年度は、高エネルギー分解能ガンマ線検出器である超伝導転移端センサー(TES, Transition Edge Sensor)を設計・製作し、その性能評価を行った.また、次年度以降の本測定に向け、ウラン233線源を準備した.昨年度までに実施していたテスト測定では、ウラン233線源からの放射線を測定した際、エネルギー分解能が悪化していた.その原因は、ウラン233線源から放出されるエネルギー1520 keV付近の大量の特性X線が、TES素子がのっている基板に吸収され、TES素子の温度を不安定にしていることであった.この問題を改善するため、今年度は、TES素子の上に特性X線をブロックするコリメータをとりつけた.その結果、ウラン233線源から放出されたエネルギー29 keVのガンマ線を、半値全幅1518 eVの高いエネルギー分解能で観測した(コリメータがない場合の分解能は40 eV程度).ウラン233線源は以下の方法で準備した.ウラン233には不純物としてウラン232が含まれる.ウラン232は、その娘核に本測定にとってバックグラウンドノイズとなるガンマ線・X線を放出するものが存在する.
1型IFN産生ミエロイド細胞を用いた肺がん治療法の開発

マウスの両脚にがんを移植した担がんマウスモデルの片脚に1型IFN産生能を賦与したiPSC-pMC(1型IFN-iPSC-pMC)を投与すると反対側のがんの成長を抑制した。1型IFN-iPSC-pMC投与群では、遠隔がん組織に著しいCD8+ T細胞の浸潤が観察された。このモデルに抗CD8抗体を投与してCD8+T細胞を除去すると遠隔部位のがんに対する抑制効果が消失した。以上より、1型IFN産生iPSC-pMCは、宿主免疫系に積極的に作用して、CD8+ T細胞依存性の抗腫瘍効果を惹起することが明らかになった。1型IFN-iPSC-pMC投与によるがん微小環境の変化を評価するためにがん組織のRNASeq解析を行った。その結果、1型IFN-iPSC-pMC投与群のがん組織では1型IFN応答遺伝子群の発現が顕著に上昇していた。さらに、Ccl3, Ccl4, Ccl5, Cxcl9, Cxcl10などT細胞浸潤に重要なケモカイン遺伝子、及びPrf1, GzmBなど細胞傷害分子の発現が上昇していた。免疫組織化学・フローサイトメトリー解析の結果、1型IFN-iPSC-pMC投与群のがん組織にはパーフォリン陽性CD8+T細胞が顕著に浸潤していることが明らかになった。FTY720あるいは抗CXCR3抗体を投与すると、反対側がんの抑制効果が消失した。また、治療部位と遠隔部位の両者に全く同じTCR遺伝子配列をもつT細胞が複数存在した。以上より、1型IFN-iPSC-pMC投与後にリンパ節で初期活性化を受けたがん反応性CD8+ T細胞が遠隔部位のがんに浸潤してがんの排除に重要な役割を演じていることが明らかになった。がん反応性CD8+T細胞の活性化が誘導されるメカニズムを明らかにしてマウスモデルを用いたPOCを取得する。以前に我々が構築したiPSC-pMCに1型IFN遺伝子を導入して1型IFN産生能を賦与したiPSC-pMC(1型IFN-iPSC-pMC)を作製した。1型IFN産生iPSC-pMCは、もとのiPSC-pMCと同等の形態、表面分子(CD11b, CD11c, F4/80, DEC205)発現を示し、GM-CSF依存性に増殖した。RNASeq解析により、1型IFN産生iPSC-pMCは、Irf7, Cxcl10発現など1型IFN応答遺伝子発現を示した。ゲノム編集技術により1型IFN受容体(IFNAR-I)を欠損させた1型IFN産生iPSC-pMCはIrf7, Cxcl10遺伝子の発現が消失した。また、抗IFNAR-I抗体で1型IFN受容体を阻害するとCXCL10産生が低下した。これらにより1型IFN産生iPSC-pMCは、オートクラインシステムを用いて、1型IFNに反応し、多様な生物活性を発揮しうることが示唆された。2箇所にがんを移植したマウスモデルにおいて、一方のがんに1型IFN産生iPSC-pMCを局所投与すると、投与部位のみならず遠隔部位のがんまでも抑制した。この効果は、リコンビナント1型IFNを高濃度で投与した場合よりも優れていた。1型IFN受容体(Ifnar-I)欠損マウス、及びIfnar-I欠損骨髄キメラマウス、逆骨髄キメラマウスを用いて解析を行った結果、iPSC-pMCに由来する1型IFNの作用点は、宿主の骨髄由来細胞であることが明らかになった。また、1型IFN-iPSC-pMC投与群では、遠隔がん組織に著しいCD8+ T細胞の浸潤が観察された。このモデルに抗CD8抗体を投与すると遠隔部位のがんに対する抑制効果が消失した。以上より、1型IFN産生iPSC-pMCは、宿主免疫系に積極的に作用して、CD8+ T細胞依存性の抗腫瘍免疫応答を惹起することが明らかとなった。1型IFN産生iPSC-pMCを局所投与した際のがん組織の遺伝子変動・免疫環境の変動を解析する予定であったが、全てに着手できなかった。免疫組織

化学・フローサイトメトリー解析の結果、1型IFN-iPSC-pMC投与群のがん組織にはパーフォリン陽性CD8+T細胞が顕著に浸潤していることが明らかになった。FTY720あるいは抗CXCR3抗体を投与すると、反対側がんの抑制効果が消失した。また、治療部位と遠隔部位の両者に全く同じTCR遺伝子配列をもつT細胞が複数存在した。以上より、1型IFN-iPSC-pMC投与後にリンパ節で初期活性化を受けたがん反応性CD8+ T細胞が遠隔部位のがんに浸潤してがんの排除に重要な役割を演じていることが明らかになった。実験系は安定している。遺伝子改変マウスを用いて、1型IFNが作用する細胞の同定を試みる。がん反応性CD8+T細胞の活性化が誘導されるメカニズムを明らかにしてマウスモデルを用いたPOCを取得する。2017年度の研究計画に若干の遅れがあった。これに伴って遅れた実験を実施するための研究費(残額)が次年度に使用されることになる。メカニズムの解明が予想以上に順調に進んだ。次年度には更に詳細なメカニズムの解明に充てたい。
高光触媒活性なナノ粒子チタニア繊維の創製

本研究では、簡便・低コストな新規プロセスを用いて、ナノ粒子から成るチタニア繊維の合成を行い、TiO_2粒子の粒径、結晶性、結晶型および繊維中のメソポア構造を制御することにより高い光触媒活性をもつチタニア繊維を創製することを目的としている。本研究では、粒径76300nmの単分散TiO_2粒子を調製し、それらナノ粒子から成る幅数十数百μmのチタニア繊維の作製条件と、生成繊維の微細構造や比表面積、結晶型の制御法について検討した。そして、高光触媒活性をもつチタニア繊維の粒径、結晶性、結晶型、および微細構造が光触媒特性に及ぼす影響を調べた。また、SiO_2などの添加物がチタニア繊維の生成と光触媒活性に及ぼす影響も調べた。主な成果を以下に述べる。1)単分散TiO_2ナノ粒子縣濁液から78100°Cの温度で長さ110cm、幅50250μm、厚さ10100μmの各種チタニア繊維を作製できた。TiO_2の粒径、懸濁液の濃度、温度などの条件が繊維の幅と厚さに及ぼす影響を明らかにした。繊維はTiO_2粒子が最密に充填した微細構造をもつことが分かった。2)調製したチタニア繊維を100°C1000°Cで熱処理し、熱処理条件が繊維の結晶性や結晶型あるいはポアのサイズとその分布、そして比表面積に及ぼす影響を系統的に調べた。このチタニア繊維は、0.57nmのマイクロ孔および30nmの均一なメソ孔をもち、10200m^2/gの大きな比表面積を有することが分かった。また、合成条件により1000°Cの高温でもルチル型に転移することなくアナターゼ型を保持することが明らかとなった。3)TiO_2ゾルI(粒径7nm)を用い、乾燥温度90°Cで作製した繊維の熱処理温度がNOxの分解率に及ぼす影響を調べた。熱処理温度300°Cまでは触媒活性が低下するが、400°Cでは上昇して800°Cまでは分解率98%の高い触媒活性を示した。触媒活性には結晶性も影響を及ぼすことが分かった。5)TiO_2-SiO_2繊維によるNOx分解率は、SiO_2添加率の増加とともに、76%(SiO_2;0wt%)から93%(SiO_2;40wt%)に増大した。60wt%以上のSiO_2添加では低下した。TiO_2の光触媒作用にSiO_2の吸着作用が加わるとNOx分解反応の効率が上がると考えられる。また、TiO_2繊維の強度は、SiO_2添加と熱処理温度の上昇によって著しく高くなることが明らかとなった。

また、TiO_2繊維の強度は、SiO_2添加と熱処理温度の上昇によって著しく高くなることが明らかとなった。本研究では、簡便・低コストな新規プロセスを用いて、ナノ粒子から成るチタニア繊維の合成を行い、TiO_2粒子の粒径、結晶性、結晶型および繊維中のメソポア構造を制御することにより高い光触媒活性をもつチタニア繊維を創製することを目的としている。本年度は、粒径76300nmの単分散TiO_2粒子を調製し、それらナノ粒子から成る幅数十数百μmのチタニア繊維の作製条件と、生成繊維のメソポアを含む微細構造や比表面積、結晶型の制御法について検討した。得られた成果を以下に述べる。1)チタニウムアルコキシド(Ti(OR)_4,(R=i-Pr,n-Bu))のエタノール溶液の加水分解反応において、反応条件を制御することにより、粒径76300nmの各種粒径をもつ単分散TiO_2ナノ粒子を合成した。アルコキシル基の種類や反応溶液濃度、反応温度、触媒の種類と量などが粒径とその分布に及ぼす影響を系統的に明らかにした。チタニウムブトキシドは単分散TiO_2ナノ粒子の合成原料として有用であることを見いだした。2)上記の単分散TiO_2粒子縣濁液から78100°Cの温度で長さ110cm、幅50250μm、厚さ10100μmの各種チタニア繊維を作製できた。TiO_2の粒径、懸濁液の濃度、温度などの条件が繊維の幅と厚さに及ぼす影響を明らかにした。繊維はTiO_2粒子が最密に充填した微細構造をもつことが分かった。3)調製したチタニア繊維を100°C1000°Cで熱処理し、熱処理条件が繊維の結晶性や結晶型あるいはポアのサイズとその分布、そして比表面積に及ぼす影響を系統的に調べた。チタニア繊維は初め非晶質であるが、400°Cでアナターゼ型に結晶化する。そしてこの繊維は、0.57nmのマイクロ孔および30nmの均一なメソ孔をもち、180m^2/gの大きな比表面積を有することが分かった。また、800°Cの高温でもルチル型に転移することなくアナターゼ型を保持することが明らかとなった。本研究では、簡便・低コストな新規プロセスを用いて、ナノ粒子から成るチタニア繊維の合成を行い.TiO_2粒子の粒径、結晶性、結晶型および繊維中のメソポア構造を制御することにより高い光触媒活性をもつチタニア繊維を創製することを目的としている。本年度は、前年度の結果を基に条件を絞って高光触媒活性をもつチタニア繊維を合成し、それを用いてチタニア繊維の粒径、結晶性、結晶型、および微細構造やメソポア構造が光触媒特性に及ぼす影響を明らかにした。また、SiO_2などの添加物がチタニア繊維の生成と光触媒活性に及ぼす影響も調べた。1)TiO_2ゾルI(粒径7nm)を用い、濃度2wt%のTiO_2粒子懸濁液から乾燥温度90°Cで作製した繊維の平均繊維幅は、77.2μm、標準偏差は8.75μmであった。TiO_2繊維はアナターゼ型であるが、900°Cでルチル型へ相転移した。TiO_2繊維の熱処理温度がNOxの分解率に及ぼす影響を調べた。熱処理温度300°Cまでは温度の上昇とともに触媒活性が低下し、400°Cでは再び上昇して800°Cまでは分解率98%の高い触媒活性を示した。しかし、ルチルへ相転移する900°Cでは急激に活性が低下した。熱処理温度300°Cでの比表面積は200m^2/gと非常に大きいが、熱処理温度の上昇とともに比表面積は減少し、800°Cでは18m^2/gとなった。触媒活性には結晶性も影響を及ぼすことが分かる。3)TiO_2-SiO_2繊維によるNOx分解率は、SiO_2添加率の増加とともに、76%(SiO_2;0wt%)から93%(SiO_2;40wt%)に増大した。60wt%以上のSiO_2添加では低下した。
飛騨山脈による日本東西社会の文化に及ぼした影響の歴史的考察

研究目的が極めて巨視的であり包括的であるためか、総合研究とはいいながら、多面的照射を重ねる試行の域をなかなか克服できず、個別的基礎研究以上に出られないこともあって、研究代表者は、該研究の進め方として問題提起につとめた。「飛騨地域史研究の一視角」[『東京家政学院大学紀要』第29号、1989年]、さらに「高山線の開通と飛騨の現代の開発」[本総合研究『報告書(一)』、1989年]等を報告した。それによって、研究分担者に自己の問題関心と課題の関連づけの掘り下げを求めた。三回にわたる討議でこの目的をかなりに達することができた。調査・研究の個別具体化に努力した結果、報告は概要にとどめたものが多いが『報告書(一)、(二)』に、多数の研究報告を収載することを得た。この間、研究分担者多賀秋五郎『濃飛史研究序説』等も発表され、雑誌「飛騨史学」の刊行もすすみ、飛騨の研究は進展しているが、当初予期した周辺地域との比較研究等には、今後に残されところが多い。筑摩県の成立や、開産社のごとく、東西文化社会にまたがる行政・経済関係の成立の解明を通じ、さらに人口、産業等の計量的比較を通じて飛騨山脈の東西文化社会への影響を明らかにする研究の一歩が印されている。このような研究の方向は、当初めざした研究の目標をみたすものといってよい。研究者相互間の成果交流が進み、飛騨のごとき山国ですら近世期に人口が増加しつつあり、雑食地帯でありながら米の移入も出来ていること、さらに人口とほかの因子とのかかわり等の諸問題に示唆に富む業績が見られる。この課題について学界の関心の増大を期待する。今後、さらに、地誌研究を深化させると共に、歴史学を中心に地理・経済・社会・教育・宗教・文化など広範な領域にまたがる総合研究の端緒となる成果を発表できるよう、分担者間の連携を密にしつつ、当初の目標を達成するよう研究をおしすすめていくつもりである。飛騨山脈(日本アルプス)は日本の東西文化を分ける大きな自然障害であり、それを横断する交通路=登山路開発は、東西社会への文化的影響を与えたプロジェクトである。そのことを自然の克服過程としてとらえるため、殊に近代社会での展開過程を辿るため、問題提起を行ない、それにもとずく研究成果の累積を試みた。初年度であるため問題提起的論文が多かったが、これを基礎として実証的研究成果をまとめたいと考える。本研究は、飛騨山脈そのものというより、もっと大きく東西社会との関連に拡げるため、周辺地域に拡大させた研究組織を考え、巨視的・総括的で、かつ学際的な研究志向の上に成立させるべく各分担者が努力している。ただ、個別成果は、大きな問題提起を受けた実証的成果であるが、今日まで地域史研究がこの様な課題をかかげておこなわれた共同研究、総合研究は少ないので、本成果が学問人の問に与える問題提起力は大きいと考える。また成果を累積するために、関係論文目録づくりを併せて進め、共同研究の推進を期し、その方面に研究の緒をつくりたい。とはいえ、何分、従来の研究成果が乏しい上に網羅的であるため、これをまとめるには、かなり時間をかけねばならないが、専門性を生かす形での問題の展開をはかる方向をとっていきたい。

飛騨山脈を克服したものとして、筑摩県の存在があり、それが果たした明治初年における社会的機能、とくに松本開産社や野麦峠ごえの製糸工女の道など注目すべき課題は少くない。こうした具象的事実を明らかにすることが今後の目標である。その様な課題となる問題の指摘については、既に本年の成果中に見られるので、今後は、それを踏まえた研究成果を分担地域で具体化することである。とくに、生活状況を通ずる民俗・生活史、村落形態の発展、言語地図の作成、各種産業形態の経済発展の度合等についてである。地域研究と歴史研究の構造的関連づけのため、研究小グル-プをつくって討議をかさねる方法をこうじた。そのことが教育史的研究を地域研究として深めるなど事例研究に見るべき業績を得ている。さらに一史料所有者の所蔵文書の総合研究を志して、これを軌道にのせ、また、『飛騨後風土記』の史料批判にかなりの成果をあげている。さらに人口統計、産業統計その他の比較研究を通じて、本テ-マへのアプロ-チを進める形で成果をあげた。かたわら、飛騨の地域社会像研究を通じて、地域的特徴をあきらかにするなど、今まで、あまり用いられていない資料の発掘、城郭縄張りの調査を通じた豪族支配の研究等を古地図復原と関わらせた仕事にも見るべきものがある。全体的にいって、本総合研究は、次第に時代を下げて、近・現代照射の方向づけが試みられている。高山の観光開発が、乗鞍観光開発から奥飛騨観光開発へと、次第に変質するのか、東西社会の横断とそれがどうかかわるのか、その問題に関心が深まっている。高山線の開通、糸魚川・大町線開通とそれがどうかかわるのか、安房峠トンネル開さくとのかかわりなど、具体的に飛騨山脈による日本東西社会に及ぼした影響が問われる。北アルプス開発とのかかわり、夏山・冬山登山等とのかかわりも少なくない。その上に、民俗調査、社会調査との研究成果の交流が期待される。とくに奥飛騨温泉の成立プロセスを明確にし、高地における米生産高の増大、水田化が進んだ時期、それが頭打ちとなった時期との関連、さらにカロリ-計算よりすると、雑食の高カロリ-性等、考えるべき問題が多い。自然利用のあり方の見直しをも考えると、歴史研究における自然利用について踏み込んだ検討の要を認識することとなった。その面での具体化が、今後おしすすめるべき課題といってよいのではないか。学問の総合科学化と関わる方向づけが必要。
潰瘍性大腸炎術後の回腸嚢炎の発症経過と機序の解明-回腸嚢炎は術後再発か?-

臨床研究においては当科での回腸嚢炎の発症頻度を明らかにするとともに、従来明らかではなかった発症後の長期経過とくに抗菌薬治療に対する感受性の変化を明らかにした。基礎研究においてIL-23が腸管上皮細胞に対して細胞内シグナル伝達機構を活性化させるとともにサイトカインの放出を促すことを明らかにし、また大腸癌の一部においてもIL-23Rの発現を認めIL-23が増殖・浸潤を刺激する事を明らかにした。本研究の目的は(1)潰瘍性大腸炎に対する大腸全摘・回腸嚢肛門吻合術後患者に発症する回腸嚢炎の発症経過と機序を、臨床検体および動物モデルを用いて明らかにすること、および(2)「回腸嚢炎は、術後の回腸嚢に起こる潰瘍性大腸炎の再燃である」とする仮説に基づき、潰瘍性大腸炎の病因解明につなげること、である。平成22年度は潰瘍性大腸炎術後患者3名の回腸嚢粘膜の変化を経時的に観察することを中心に行った。当科では回腸嚢肛門吻合術の際に全例回腸ストマを造設し、数ヶ月後に回腸ストマを閉鎖している。Narrow band imagingを併用した内視鏡の粘膜観察により、ストマ閉鎖前の回腸嚢粘膜には、本来の小腸と同様に血管透過性は(時間の経った回腸嚢と異なり)ほとんど認められない。しかしストマ閉鎖手術後数ヶ月で回腸嚢の血管透過性が大腸のそれと近くなってゆくことを観察した。また、通常の回腸末端には内視鏡上バイエル板を認めるが、回腸嚢ではバイエル板が減少している傾向がみられた。これらのことは、ストマ閉鎖後に回腸嚢粘膜が大腸化してゆくことを現している。従来の学説では、回腸嚢粘膜の大腸化が回腸嚢粘膜の炎症(=回腸嚢炎)に引き続いて起こる二次的な変化であるとする意見が多いが、我々の観察は回腸嚢炎の発症以前に内視鏡的に粘膜の大腸化が起こりうることを示唆している。今後症例数を蓄積し、また血管透過性やバイエル板の密度を定量的に評価する方法を模索しつつ、より長期にわたる回腸嚢粘膜の変化を検討する必要がある。また、動物モデル(回腸間置モデル)は23年度より作成する予定である。(685文字)本研究の目的は(1)潰瘍性大腸炎に対する大腸全摘・回腸嚢肛門吻合術後患者に発症する回腸嚢炎の発症経過と機序を、臨床検体および動物モデルを用いて明らかにすること、および(2)「回腸嚢炎は、術後の回腸嚢に起こる潰瘍性大腸炎の再燃である」とする仮説に基づき、潰瘍性大腸炎の病因解明につなげること、である。平成23年度は潰瘍性大腸炎に対して大腸全摘・回腸嚢肛門吻合術後に回腸嚢炎を発症した64名の発症後臨床経過の詳細を検討し、その結果は専門誌(Disease of the Colon and Rectum;2012年3月号)に掲載された。また回腸嚢粘膜の変化を経時的に観察し、ストマ閉鎖手術後数ヶ月で回腸嚢の血管透過性が大腸のそれと近くなってゆくことを観察した。一方、ラットを用いて回腸を結腸の間に間置するモデル(回腸間置モデル)による検討を試みたが、術後のラットの多くが死亡してしまい、未だに動物モデルとして確立できていない状況である。そこで、近年発見された新しいサイトカインであるIL-23の、腸管粘膜免疫における働きの基礎的検討を同時に行った。IL-23レセプターがヒト腸管上皮中の神経内分泌細胞に発現していること、神経内分泌腫瘍や大腸癌の一部にも発現していること、さらに腫瘍の増殖や浸潤に関与していることを発見し、専門誌(Oncology letters)に投稿し採択された(in press)。またIL-23刺激により神経内分泌細胞由来の培養細胞KRJ-IにおけるIL-23R,IL-13,SOCS3の発現が亢進することを発見し、そのメカニズムにSTAT3が関与していることを発見、現在投稿準備中である。(702文字)本研究計画の目的は、潰瘍性大腸炎に対する大腸全摘および回腸嚢肛門吻合術後に発症する回腸嚢炎の病態を、臨床および動物モデルを用いて明らかにすることであった。臨床研究においては当科での回腸嚢炎の発症頻度を明らかにするとともに、これまで明らかではなかった発症後の長期経過とくに抗菌薬治療に対する感受性の変化を検討し、これらの研究結果は米国の専門誌であるDisease of the Colon and Rectum2012.3月号に掲載された。また動物実験ではラットを用いて回腸の一部を結腸に空置するモデルを作成し検討を行う予定であったが、当初は作成した動物モデルの多くが死亡するため、検討が遅れた。研究期間最終年度に至って、手技の改善に伴いモデル動物の生存を得る事ができたが、これを用いた検討を開始する以前に研究期間が終了した。今後も本モデルを用いた検討を継続していく予定である。

上述した当初の研究計画以外にも、本研究に派生して行った研究で大きな成果を得たので以下に付言する。近年腸管免疫機構、特にクローン病の病態と関連する事が推測されていたIL-23のレセプターが腸管上皮細胞中の神経内分泌細胞(EC cells)に発現することを我々は偶然見出した。従来、腸管粘膜においてIL-23レセプターは狭義の免疫細胞での発現しか報告されていなかったため、EC cellsに対するIL-23の作用についての研究を進めた。この結果IL-23がEC cellsに対してある種の細胞内シグナル伝達機構を活性化させるとともにサイトカインの放出を促すことを明らかにした。また大腸癌の一部においてもIL-23Rの発現を認め、これらの細胞に対してIL-23が増殖・浸潤を刺激する事を明らかにした。これらの結果の一部はOncology Letters 2012.8月号に掲載され、また別の結果は現在投稿中である。潰瘍性大腸炎患者に対する回腸嚢肛門吻合術後に発症する回腸嚢炎には、発症後の長期経過に不明な点が多くあった。平成23年度の研究ではこの点について検討し、その結果は専門誌Disease of the Colon and Rectumに掲載された。一方、動物モデルを用いた基礎的検討は未だ結果を得るに至っていない。しかし同時に行ったIL-23の腸管粘膜における作用の基礎的検討により多くの発見が得られ、その結果の一部は専門誌(Oncology letters)に採択され(in press)、さらに他の専門誌にも近日中に投稿する予定である。当初の目的とはやや異なる成果も含まれるが、おおむね順調な進展をみていると考える。24年度が最終年度であるため、記入しない。今年度は臨床における回腸嚢粘膜の経時的変化を、さらに症例数を増やす事によって検討する。また回腸間置モデルを、間置する回腸の長さ、部位等を工夫し、さらに手術手技と術後管理に習熟することによって確立する方針である。一方で当初の研究計画にはなかったが、これまでにある程度の結果が得られているIL-23の腸管粘膜免疫機構、特に上皮細胞中の神経内分泌細胞に対する作用とそのメカニズムの詳細について、さらに研究を進める予定である。
活性化型チロシンキナーゼ変異体による造血器腫瘍の治療抵抗性獲得機構と制御法の開発

活性化チロシンキナーゼ変異体に対する分子標的薬と抗癌剤等を組み合わせた根治的な造血器腫瘍の統合的治療法の開発を目指し研究を行った。まず、FLT3-ITDが急性骨髄性白血病細胞のPI3K/Akt阻害薬等への耐性化をもたすが、PIMキナーゼの併用により回避される事を見出した。また、p53がChk1の活性化を抑制し、BCR/ABLやJak2-V617F阻害薬とMdm2阻害薬の併用により抗癌剤耐性が回避される事を明らかにした。さらに、造血細胞の接着因子であるPECAM-1がSDF-1受容体のエンドサイトーシスを抑制し、PI3K/Akt/mTORC1シグナル等の亢進をもたらす事を明らかにした。活性化チロシンキナーゼ変異体(ATK)は造血器腫瘍の発症や進展のみでなく治療抵抗性にも寄与する。そこで本研究では、抗癌剤とこれらに対する分子標的薬を組み合わせた根治的な造血器腫瘍の統合的治療法の開発を目指し、まずATKによるmTOR経路異常活性化に関して、特にSTAT5の果たす役割とその分子機構に注目して研究を行った。まず、32D細胞に急性骨髄性白血病(AML)で最も重要なATKであるFLT3-ITDとFLT3-TKDを導入して検討を行ったが、PI3K/Akt経路阻害薬によるアポトーシス誘導にFLT3-ITD発現細胞は耐性を示した。一方、FLT3-TKD発現細胞はSTAT5の活性化型変異体STAT5A1*6発現にてこれらの阻害薬に抵抗性となり、FLT3-ITD発現細胞をSTAT5阻害薬であるpimozideで処理すると抵抗性が解除された。更なる解析により、FLT3-ITDの強いSTAT5活性化がmTORC1/4EBP1経路を通じてeIF4E会合に影響を与え、主にMcl-1 cap依存性の翻訳活性を維持することで、PI3K/Akt阻害薬に対し耐性を付与する事が明らかとなった(Oncotarget 6: 9189-9205, 2015)。また、STAT5の下流ではPimキナーゼの発現誘導が、PI3K/Akt阻害薬によるmTORC1経路の抑制阻害効果を介して、これらの阻害薬へのFLT3-ITD細胞の耐性化に重要な役割を果たすことが明らかとなった(2015年日本血液学会学術集会および投稿準備中)。これらの結果は、STAT5またはPimキナーゼ阻害薬がFLT3-ITD細胞においてPI3K/Akt経路阻害薬と相乗的に治療効果を示しうることを示すもので、治療抵抗性のFLT3-ITD発現AMLの新規治療法の開発へ寄与しうるものと考えられる。BCR/ABL、Flt3-ITD、Jak2-V617Fなどの活性化チロシンキナーゼ変異体は造血器腫瘍の発症や進展のみでなく治療抵抗性にも寄与すが、これらの活性化チロシンキナーゼ変異体からのシグナル伝達と治療抵抗性獲得機構との関連を明らかにすべく解析を行い、急性骨髄性白血病(AML)で最も重要な活性化チロシンキナーゼ変異体であるFLT3-ITDに関して、STAT5を強力に活性化することによりPimキナーゼを誘導し、PI3K/Akt阻害薬によるmTORC1経路の抑制を阻害することで、これらの阻害薬へのFLT3-ITD細胞の耐性化に重要な役割を果たすことを明らかにすることが出来た。これらの結果は、治療抵抗性のFLT3-ITD発現AMLの新規治療法の開発へ寄与しうるものと考えられる。また、骨髄増殖性腫瘍で最も重要な役割を果たす活性化チロシンキナーゼ変異体であるJak2-V617Fに関しても、新たなJak2-V617F陽性細胞株PVTL-2を樹立し、STAT5, Pimキナーゼ、BTKなどの細胞内シグナル因子活性化と、Jak2阻害薬ruxolitinibおよび抗癌剤に対する治療抵抗性獲得機構との関連を明らかにしつつあり(2015年日本血液学会学術集会および投稿準備中)、造血器腫瘍における活性化チロシンキナーゼ変異体からのシグナル伝達と治療抵抗性獲得機構との関連を明らかし、新規治療法の開発を目指すという目標達成に向けて着実に研究を進展させることが出来た。造血器腫瘍細胞の発症や進展に重要な恒常的活性化チロシンキナーゼ変異体であるBCR/ABLやJak2-V617Fが、Chk1を介した抗癌剤誘導性チェックポイント活性化を促進する機構におけるp53の役割を検討し、p53の優勢抑制型変異体の発現によりChk1活性化が促進され、異常チロシンキナーゼの阻害薬と抗癌剤との併用によるアポトーシス誘導が阻害される事を明らかにした。一方、Mdm2阻害薬であるnutlin-3によるp53活性化の誘導により、チロシンキナーゼ耐性変異T315I変異陽性のBCR/ABL発現細胞でも、有効な治療効果が期待される事を見出した。

さらにBCR/ABL,Jak2-V617FおよびFlt3-ITDを発現した白血病細胞およびモデル造血細胞株を用いて検討を行い、p53がp21などの標的遺伝子産物の発現誘導を介して、PI3K/Akt/GSK3経路には非依存性にユビキチン・プロテアソーム系により抗癌剤誘導性のChk1の活性化を抑制することを見出し報告した(Umezawa Y. et al., Oncotarget, 7:44448-44461, 2016).また、急性骨髄性白血病で最も頻度の高いFLT3-ITD遺伝子変異を有する白血病細胞が、PI3K/AKT活性化シグナル伝達経路とSTAT5活性化経路を阻害することによりmTORC1/4EBP1/mTOR経路が相乗的に抑制される事を報告してきたが、その分子機構にはSTAT5によるPimキナーゼの発現誘導と、PimキナーゼによるmTORC1の活性化が重大な役割を果たしていることを見出し、Pimキナーゼ阻害薬とPI3K/AKT阻害薬により著明な治療効果の促進が期待出来る事を明らかにした(投稿準備中)。BCR/ABL、Flt3-ITD、Jak2-V617Fなどの活性化チロシンキナーゼ変異体は造血器腫瘍の発症や進展のみでなく治療抵抗性にも寄与することを示し、活性化チロシンキナーゼ変異体からのシグナル伝達と治療抵抗性獲得機構との関連を解明すべくさらに解析を行い、急性骨髄性白血病(AML)で最も重要な活性化チロシンキナーゼ変異体であるFLT3-ITDに関して、STAT5を強力に活性化することによりPimキナーゼを誘導し、PimキナーゼがmTORの活性化を誘導することで、PI3K/Akt阻害薬によるmTORC1経路の抑制効果を阻害することで、これらの阻害薬へのFLT3-ITD細胞の耐性化に重要な役割を果たすことを明らかにすることが出来た。これらの結果は、治療抵抗性のFLT3-ITD発現AMLの新規治療法の開発へ寄与しうるものと考えられる。また、BCR/ABLやJak2-V617Fが、Chk1を介した抗癌剤誘導性チェックポイント活性化を促進する機構におけるp53の役割を検討し、p53がp21などの標的遺伝子産物の発現誘導を介して、PI3K/Akt/GSK3経路には非依存性にユビキチン・プロテアソーム系により抗癌剤誘導性のChk1の活性化を抑制することを見出し報告しており、造血器腫瘍における活性化チロシンキナーゼ変異体からのシグナル伝達と治療抵抗性獲得機構との関連を明らかし、新規治療法の開発を目指すという目標達成に向けて着実に研究を進展させることが出来た。急性骨髄性白血病で最も頻度の高く、治療抵抗性ももたらすFLT3-ITD遺伝子変異を有する白血病細胞では、強力なSTAT5活性化を介してmTORC1/4EBP1/mTOR経路の活性を維持することで、PI3K/AKT阻害薬への耐性を獲得することを見出し報告してきたが(Nogami A. et al., Oncotarget. 2015; 6:9189-205)、その分子機構についてさらに解析を進め、STAT5活性化により発現が誘導されるPimキナーゼが、mTORC1の活性化の促進に重大な役割を果たし、抗アポトーシス機能を有するBCL2ファミリー蛋白MCL1の発現をmRNA翻訳過程で維持することを見出し、Pimキナーゼ阻害薬とPI3K/AKT阻害薬により著明な治療効果の促進が期待出来る事を明らかにし報告した(Okada K. et al., Oncotarget. 2018; 9: 8870-86)。また、白血病細胞を含めた造血細胞の生体内での調節機構に重要な役割を果たすケモカインであるSDF-1の細胞調節分子機構につき解析し、造血細胞の接着因子であるPECAM-1がSDFー1刺激によりLynやBTK等のチロシンキナーゼによりリン酸化され、SDF-1受容体CXCR4と直接結合することにより、原発性マクログロブリン血症で高頻度に認められるCXCR4の点突然変異と同様に、CXCR4のエンドサイトーシスを抑制することで、その細胞表現発現の上昇をもたらし、PI3K/Akt/mTORC1シグナルやRap1の活性化の亢進を介して細胞遊走を増強する分子機序を見出し報告した(Umezawa Y. et al, J Biol Chem. 2017; 292:19639-55)。活性化
非線形フィードバック系の最適性に関する統一理論の構築と進化論的設計

「終端時刻が自由」,「初期状態が自由」,「設計パラメータの混在」,「物理的拘束条件を含む」,「ハイブリッド構造を含む」などの種々の問題に対し,正準形式による統一理論を確立した.また,可微分HJB方程式を利用した非可微分HJB方程式の解法を考案し,新たな設計法を示した.また,進化論的設計の構築のために,汎関数オブザーバをGPで設計した.また,可微分関数と非可微分関数の融合を狙った接空間の考え方を実システムの制御系設計へ適用し,設計法としての実用性を検証した.(3)非可微分HJB方程式に対する進化論的設計法(その1)(a)可微分HJB方程式:課題である有限時間HJB方程式解法について検討した.有限時間最適制御問題を,GPが取扱い容易な無限時間最適制御問題へと変換する手法,および有限時間解を級数展開で近似する際の問題点をそれぞれ検討した.また,正準形式表現による統一理論のさらなる発展を試みた.その際,仮想システムの導入により自然な形でジャンプ現象が回避できること,また,HJB方程式を一般化した最大原理形式表現により統一理論が可能であることを明らかにした.さらに,課題となっている仮想時間の解消に関し,設計段階においてある種の工夫を加えるならば解消は部分的に可能であることを明らかにした.なお,正準形式表現以外の統一理論にデスクリプタ表現がある.進化計算との相性が良好な場合には有効な設計手法となるため,従来の成果に磨きを加え,アルゴリズムの安定性に関しより一層の完成度を実現した.(b)非可微分HJB方程式:非可微分なHJB方程式を可微分な関数近似で解く場合,近似の仕方が大きく影響する.進化型計算も,可微分な関数を利用する際には大きく影響を受ける.したがって,非可微分解(粘性解)と可微分解との関連を非ホロノミック系や双線形系を対象に検討し,非可微分な点集合を求める解析的手法を確立した.それに基づき2種類の近似手法を創出することに成功した.進化型計算との相性は今後の課題とした.「終端時刻が自由」,「初期状態が自由」,「設計パラメータの混在」,「物理的拘束条件を含む」,「ハイブリッド構造を含む」などの種々の問題に対し,正準形式による統一理論を確立した.また,可微分HJB方程式を利用した非可微分HJB方程式の解法を考案し,新たな設計法を示した.また,進化論的設計の構築のために,汎関数オブザーバをGPで設計した.また,可微分関数と非可微分関数の融合を狙った接空間の考え方を実システムの制御系設計へ適用し,設計法としての実用性を検証した.(1)非線形最適制御の統一理論の構築:仮想時間を解消するために初期状態が自由な最適制御問題を出発点として,終端時刻自由な問題,パラメータが内在する問題の統一手法を検討した.また,状態拘束問題に対し「時間軸上の点拘束による表現」という新たな考えを導入し,標準的最適制御問題の統一的枠組みへと取り入れた.また,状態量の跳躍に関しては従来の「時間軸折り返し法」の利用により解決は可能であることから,これらにより,統一理論の構築にほぼ見通しがついた.なお,状態量跳躍の対応策としてディスクリプタ形式表現の検討も行い,設計論の立場から計算機設計手法を確立した.ところで,HJB(ハミルトン・ヤコビ・ベルマン)方程式導出には仮想時間の導入を必要としており,HJB方程式を念頭に置いた完全な統一理論の構築には多少の調整は今後とも必要である.(2)非可微分なHJB方程式の導出:HJB方程式を対象として,粘性解と非可微分解の関連性に関する研究の情報収集を行った.また,最近注目されている研究に,代数計算によるHJB方程式の解法がある.非可微分なHJB方程式の解法としての可能性を確かめるため詳細に検討した.結果として,SDRE(状態依存型リッカチ方程式)に基づく新たな設計法の確立へとつながった.ところで,非可微分表現に関して種々の検討は行ったものの,進化型計算との相性に関しての検討は進んでおらず,次年度への継続課題となった.なお,可微分なHJB方程式の数値解法は今後の研究の土台になることから従来の方法に関して検討を行った.以下、文番号は申請書に準じている。(3)(a)可微分HJB方程式:有限時間解に対してのこれまでの2種類の提案を一つに絞った。さらに考え方の検証のため、設計上評価の高い別解法を併用して数値計算を行った。この別解法はSDRE解法との関連が深い。このとき、設計の観点からSDRI(不等式解法)に基づく新たな手法を検討した。(3)(b)非可微分HJB方程式:可微分関数による近似に対してのこれまでの2種類の提案を一つに絞った。また非可微分関数への新たな接近として、接空間のリアプノフ関数を取り上げた。安定論の新たな視点として変分を用いる概念であり、設計法において微分の新たな使い方を示唆する。この点に着目し非可微分と可微分の概念の融合を狙った。バックステッピング法により検討した結果、接空間を使う方が従来設計より見通しがよくなることを明らかにした。ただし、GPとの相性は未解決である。(4)(c)数値実験による検証:フィードバック制御ではオブザーバが重要である。汎関数オブザーバに対しGPとの相性を検討し最少次元オブザーバ構築の可能性を数値計算により示した。また、GPとの相性は未解決なものの、実システムとして油圧サーボ系を取り上げ、接空間上のバックステッピング法の設計上の有効性を数値計算により示した。