hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新規グリオブラストーマ・ホーミングペプチドによる低侵襲性先進医療技術の開発研究

L体のみで構成されるGL-4配列:RCXXXXLYPにおいて血漿分解試験の実施で、N端のArgが易分解性であることが判明した(血漿混和後20分以内に分解を起こす。)この問題に対して、反復型(タンデム型)GL-4:RCXXXLYP-G-RCXXXXLYP、およびレトロインバーソ型:pylxxxcr (小文字はD体アミノ酸)を作成し、細胞透過試験を実施し、タンデム型で選択的吸収性を保持した状態での生体内安定性の向上と吸収性の増強に成功し、2の課題点を克服するための改良策を得た。1の課題点の克服に関しては、単分散PEG(PEG2PEG8)によるペプチドC端の修飾を考案し、現在修飾型タンデムGL-4の性能をヒトグリオブラストーマ細胞株数種類に対する細胞透過アッセイを行い検討中である。現在の経過では、オリジナルの9アミノ酸配列のGL-4に対し、タンデム型GL-4は約3倍8倍の吸収性の向上を示しており、かつ正常グリアや正常神経細胞への吸収性は約1.7倍以下の増加レベルまでに抑制で来ている。(血漿分解耐性を増強しつつ、標的細胞と正常細胞との間の吸収性のウィンドウの拡大効果が期待できる。)レトロインバーソ型は原型のGL-4の選択的吸収性を損なわず、分解耐性であるが疎水性がやや増した点が好ましくない。この研究経過から、親水性の向上と吸収性の増強を同時に達成し、かつ従来の腫瘍選択性を保持する最適のPEG修飾フォームが間もなく決定できるため、次いで当初の計画であるin vivo studyを実施して本年度内に基本設計を完成する。グリオーマホーミングペプチドの易分解性と疎水性の同時改良に関してアミノ酸置換体、短縮型、アミノ酸残基付加による延長型など多種類のペプチドデザインを検討するために時間を要した。原型のホーミングペプチドの優れた性能を損なわず、かつ上記改良を達成する必要があることが問題の克服をより困難にしていることが理由である。1.疎水性度の高い難溶性ペプチド配列をもつGL-4の親水性向上技術の確立:本来の選択的吸収性を損なわない範囲での親水性の向上を企図した改良として、RCWYAVLYPRR, RCWYAVLYPR, RCWYAVLYR, RCWYAVLR計4種類の配列改変体を作成して検討する。2.1.で最適化したペプチドのin vivo assayによる性能検討:ヒトGlioblastoma細胞移植マウスモデルへのin vivo投与実験を計画・実施し、vivoにおける標的腫瘍組織及び標的外の他の正常組織への分布・吸収性を評価し、この結果によりペプチドデザインの最適化達成を確認する。3.ペプチドへのシグナル検出分子の標識法の創出(イメージング技術の確立のための):S/N比(signal vs noise ratio)10<(バックグラウンドである正常中枢神経組織に対して10倍以上の腫瘍への吸収効率)を達成することを目標とするため、ペプチドのN-terminus, C-terminus,あるいはLysine側鎖の応用など、ペプチドの性能障害を回避する最適な標識物(Fluorescein,放射性核種)結合部位の同定を多角的に検討することが重要である。また、標識効率を高めるため、性能阻害を生じない最も適切なリンカーの応用を検討し、総合的に基本分子デザインの確立を進めていく。
高速分子動力学法によるHCV抗ウイルス薬耐性化予測仮想アッセイシステムの構築

・NS5A蛋白とNS5A阻害薬分子、小胞体核酸、DAA分子のモデリングと分子動力学シミュレーションを実施し、NS5Aが安定して小胞体膜上に局在する最適構造を確定した。・NS5A阻害薬とNS5A二量体の結合構造をシミュレーションし、薬剤耐性変異の近傍に安定結合することを確認した。・分子動力学シミュレーションで得られた仮説を検証するためにNS5A阻害薬に対する耐性変異を有するHCV replicon増殖能および薬剤感受性を検証した。我々は、分子動力学解析法により、HCVを標的としたDirect acting antiviralsとそれぞれの標的蛋白との動的結合モデルを構築し、ウイルス薬剤耐性変異が標的結合性、複合体安定性に与える影響を解析、さらに得られた結果を、標的蛋白に変異を導入したHCV replicon細胞を用いた増殖・薬剤耐性レベルの解析で確認することを目的として研究を遂行し以下の結果を得た。(1) HCV-NS5A蛋白は小胞体局在蛋白であり細胞内では二量体として存在する。NS5A蛋白とNS5A阻害薬分子、小胞体核酸、DAA分子のモデリングと分子動力学シミュレーションを実施し、NS5A2量体が安定して小胞体膜上に局在するための最適構造を確定した。(2)未だ正確な結合構造があきらかにされていないNS5A阻害薬DaclatasvirとNS5A2量体の結合構造をシミュレーションしたところ、薬剤耐性変異L31, Y93アミノ酸残基の近傍に結合が安定化することを確認した。(3)分子動力学シミュレーションで得られた仮説(モデル)を検証するためにNS5A阻害薬に対する耐性変異を有するHCV repliconおよびHCV genotype 1b培養系を構築し、増殖能および薬剤感受性を解析し、シミュレーションでの結合安定性と薬剤感受性が逆相関することが確認された。本研究の成果により、今後数多く導入されるDAAプロトコルの症例に応じた適切な選択と適用決定のためのエビデンスを構築できる。また、ウイルス標的蛋白の遺伝情報のみから、治療効果、薬剤感受性、さらに治療による薬剤耐性化をin-silicoでウイルス培養を行うことなく解析、予測する仮想検査システムを構築することが可能となる。初年度の研究計画である分子シミュレーションモデルの構築と薬剤耐性変異のin silicoおよびin vitro治験の関連づけに関して概ね計画通りに遂行できている。内科学来年度は、(1)NS5A蛋白二量体およびNS5A蛋白-NS5A阻害薬複合体の細胞内における動態、相互の分子間相互作用、およびアミノ酸変異存在時の変化を予測するため、分子動力学シミュレーションを下記の手順で施行する。ii.変異導入により、Daclatasvirが結合していたサイトを物理的に埋め、静電的にも結合に不利な状況になることを確認する。iii.シミュレーションと実験について:シミュレーションを行うにあたって必要なインプットに関する実験、もしくはNMRによる共結晶の構造、結合領域の特定などを予備的に施行する。さらに(2)分子動力学シミュレーションにより同定した耐性変異のin vivoでの機能、薬剤感受性を検証するため、ヒト肝細胞移植Alb-uPA/SCIDマウスにウイルス血清を接種し、薬剤投与後経時的に血中HCV-RNA量および標的タンパクの変異出現を解析する。平成26年度未使用額の発生理由:平成26年度前半にはin silicoによる分子動力学シミュレーション解析によるデータ収集を主に遂行した。培養細胞系を用いたin vitro検証実験は上記の結果を基に行う予定としていたが、薬剤耐性変異の候補が少なかったため、検証実験のための試薬の使用が予想より少なかった。
自然言語に近い表現形式で推論機能を有する概念化学知識表現(CCR)

WWW上を始めとして,社会では自然言語で書かれた膨大な量のテキストが蓄積,流通するようになってきているが,自然言語を(例えば1センテンス単位で)知識表現形としてとらえる場合,曖昧性を排除して意味を一意に確定する自然言語理解の困難さは別にして,組み合わせて使う,即ち連鎖的な推論を働かすことが困難であるという問題がある.この問題への一つのアプローチとして,自然言語表現に近く,1対1(一意)に近い関係で相互変換可能であり,かつ推論機能を併せ持つ知識表現形として,「概念科学表現(Concept Chemical Representation (CCR))と呼ぶ技術の研究開発を行った.自然言語文をCCR化する場合,すべてのテキスト文を対象にするのは利用価値のない部分も知識ベースに取り込むことになり非効率であるので,主要で意味のある内容を含む記述に焦点を当て,それ以外の部分を排除することが必要になる.そこで,文書が述べている主題,及びそれに強く関連する文を取り出すために必要なキーワード抽出法の研究開発を行った.従来のキーワード抽出法はTF^*IDFに基づく手法が中心であったが,我々はこれらとは異なる以下のような複数の手法を考案,開発した.いずれも英語,日本語ともに適用可能である.1)1文内での語の共起の偏りに基づく方法,2)語の共起によりグラフ構造を作成し,そのスモールワールド構造情報に基づく方法,3)人間が語を認知する活性度に基づく方法.WWW上を始めとして,社会では自然言語で書かれた膨大な量のテキストが蓄積,流通するようになってきているが,自然言語を(例えば1センテンス単位で)知識表現形としてとらえる場合,曖昧性を排除して意味を一意に確定する自然言語理解の困難さは別にして,組み合わせて使う,即ち連鎖的な推論を働かすことが困難であるという問題がある.この問題への一つのアプローチとして,自然言語表現に近く,1対1(一意)に近い関係で相互変換可能であり,かつ推論機能を併せ持つ知識表現形として,「概念科学表現(Concept Chemical Representation (CCR))と呼ぶ技術の研究開発を行った.自然言語文をCCR化する場合,すべてのテキスト文を対象にするのは利用価値のない部分も知識ベースに取り込むことになり非効率であるので,主要で意味のある内容を含む記述に焦点を当て,それ以外の部分を排除することが必要になる.そこで,文書が述べている主題,及びそれに強く関連する文を取り出すために必要なキーワード抽出法の研究開発を行った.従来のキーワード抽出法はTF^*IDFに基づく手法が中心であったが,我々はこれらとは異なる以下のような複数の手法を考案,開発した.いずれも英語,日本語ともに適用可能である.1)1文内での語の共起の偏りに基づく方法,2)語の共起によりグラフ構造を作成し,そのスモールワールド構造情報に基づく方法,3)人間が語を認知する活性度に基づく方法.社会では自然言語で書かれた膨大な量のテキストが蓄積,流通するようになってきているが,自然言語を(例えば1センテンス単位で)知識表現形としてとらえる場合,曖昧性を排除して意味を一意に確定する自然言語理解の困難さは別にして,組み合わせて使う,即ち連鎖的な推論を働かすことが困難であるという問題がある.このような問題への一つのアプローチとして,自然言語表現に近く,1対1(一意)に近い関係で相互変換可能であり,かつ推論機能も併せ持つ知識表現形として,我々が「概念化学表現(Concept Chemical Representation(CCR))」と呼ぶ技術の研究開発を行う.これは論理との関係で言えば,述語諭理の表現の汎用性,自由度を自然言語表現に適合するように制限を加え,かつ日常使用する自然言語表現に潜在的に内在する推論パターンを背景知識として埋め込んだ知識表現/推論系である.概念化学表現(CCR)の元になるアイディアは化学者である木本協司氏((有)ミレーヌ)によるものであり,1998年から共同研究を進めてきた.平成13年度はこの延長上に,基礎の充実と有用性の実証的研究に関する以下の研究を行った.1)自然言語表現の格,形容詞,副詞,複合文の記述が明確にできるようにCCRの記述仕様を定め,LISPによる推論機能を含むシステムの処理系を作成した.2)実用的有用性検証の対象として,アンケートの自由回答文の部分をCCRに変換し,多数回答者の意見の冗長部分を排除するなどして集約するシステムの作成を行った.WWW上を始めとして,社会では自然言語で書かれた膨大な量のテキストが蓄積,流通するようになってきているが,自然言語を(例えば1センテンス単位で)知識表現形として捉える場合,曖昧性を排除して意味を一意に確定する自然言語理解の困難さは別にして,組み合わせて使う,即ち連鎖的な推論を働かすことが困難であるという問題がある.このような問題への一つのアプローチとして,自然言語表現に近く,1対1(一意)に近い関係で相互変換可能であり,かつ推論機能も併せ持つ知識表現形として,我々が「概念化学表現(Concept Chemical Representation (CCR))」と呼ぶ技術の研究開発を行ってきた.自然言語文をCCR化する場合,すべてのテキスト文を対象にすることも考えられるが,主題となる記述のみに焦点を当て,その他の部分は対象から除外することは,擾乱的要素を不要に知識ベースに取り込むことを回避する意味でメリットがある.そこで,文書が述べている主題,及びそれに強く関連する文を取り出すために必要なキーワード抽出法の研究開発を行った.従来のキーワード抽出法はTF*IDFに基づく手法が中心であったが,我々はこれとは異なる以下のような複数の手法を考案,開発するという成果を得た.

いずれも英語,日本語ともに適用可能である.1)1文内での語の共起の偏りに基づく方法2)語の共起によりグラフ構造を作成し,そのスモールワールド構造情報に基づく方法3)人間が語を認知する活性度に基づく方法WWW(Web)を中心に自然言語で書かれた膨大な量の情報や知識が流通,蓄積,共有されるようになってきている.これら自然言語文を(例えば1センテンス単位で)知識表現形として捉える場合,曖昧性を排除して意味を一意に確定する自然言語理解の困難さは別にして,組み合わせて使う,即ち連鎖的推論を働かすことが困難であるという問題がある.このような問題への一つのアプローチとして,自然言語文に適合し,1対1(一意)に近い関係で相互変換可能であり,かつ推論機能も併せ持つ知識表現形として概念化学表現(CCR)の研究開発を行ってきた.このCCRを介して自然言語で表された多数の人々からの知識の統合的利用を図れることを示した.しかしながら,このCCRの知識表現能力は1階述語論理を超えた+αの部分を持ち,推論の完全性の保証がないという課題を有していた.そこで,CCRを基にしながらも,自然言語に適合する表現で,かつ述語ホーン節論理のサブセットに収まるように再設計した知識表現がKRNLであり,推論の完全性の保証が得られている.(しかし,KRNLの現バージョンでは,扱える知識表現の幅は時制が現在形で表される客観的記述に制限されるなどの限定がある.)自然言語文からKRNLへの変換はほぼ一意になり,Webのように多数の人々によって提供される自然言語文での知識の統合的利用が可能になる.自然言語文をKRNLに変換して利用を図る際に,一連の文の中でどのような概念,キーワードが重要なのかを見定める必要があることから,キーワード抽出,複数文書の要約の研究も並行して行い,成果を得た.
病気の子どもと家族におけるケアリングの意味

計画に基づき、分析及びデータ収集を継続して行った。本研究への参加に対する同意の得られた、専門病院で1年以上治療やフォローを続けている学童と中学生に対してインタビューを実施した。さらに承諾の得られた対象に対してインタビュー内容を録音した。データ収集の信頼性と妥当性を高めるため、病気の子どもと家族のサポートグループの活動にできるだけ参加して視察やインタビューを行い、子どもの行動の意味について分析を行った。インタビューの内容は、引き続き病気で具合の悪かったときに自分の周囲の人に対して思ったことや感じたこと、その後の関わり方についてを中心とした。比較分析をすすめるため、喘息以外の慢性疾患の子どもに対するデータ収集も行った。継続してインタビューを行った対象3名に対して明らかになった傾向として、体調の悪いとき、発作などで苦しいときに自分を支えてくれるものは自分のそれまでの生活経験であり、たとえうとましい体験とそれに関係する相手であってもつながりを自分から断ちきろうとはしてぃなかった。自分が苦しいときにできるだけだれかに対して何かがしたい、思いやりたいと考える傾向がみられた。今後も喘息とつきあっていくためには、仲間と自分の存在を確認することができる場の存在が不可欠であり、それを見つけるために自分のやり方で探し続けることを支えてほしい、周囲の者が探しているのも尊重し支えたいと思っていた。発作は心にたまったものを吐き出すものであると肯定的な認識もしており、発作を克服することで他者との絆が強められ人生の質的意味も深められていた。発症を肯定的にとらえ病状を安定させながら周囲の人々との関係も調整しようと努めている子どもの思いを理解し尊重し子どもだけの力では足りない部分を支えていく、大人の存在が必要であるとみなされ、医療者や学校関係者の果たす役割が示唆された。家族や友人、学校関係者などに対するデータを収集し相互作用に関する分析をさらにすすめること、対象が少数で病状の比較的安定している子どもに限定されていること、病の経験の意味についても明らかにしていくことが今後の課題とされた。研究計画に基づき、データ収集に先行して、インタビューと参加観察のトレーニングを、協カへの同意の得られた学童から中学生に対して行った。インタビューは病気で具合の悪いときに自分の周囲の人に対して思ったことや感じたこと、その後の関わり方を中心に4人に1時間前後34回行い、同意の得られた対象に対してはテープ録音を行い逐次テープの内容を記録した。参加観察は病気の子どもと家族が集まる家族の会や野外活助の場面で行った。さらにインタビュー及び参加観察において子どもの行動がどのような意味を表しているのかを分析し、インタビューと参加観察に関して分析を行うとともに、喘息の子どもに対するケア経験の豊富な看護婦によるスーパーバイスを受けてデータ収集の信頼性及び妥当性を高めた。データ収集は、喘息の治療を専門病院において1年以上続けている学童および中学生を対象として開始した。比較分析のために他の病気の子どもも対象として、承諾の得られた施設で、参加の承諾の得られた外来通院中の学童および中学生に対してインタビューを定期的に行った。現在までに収集したデータの分析の結果、対象には以下の傾向があるとみなされた。1)子どもは自分の具合が悪いときに周囲の者に対してサポートを求める一方で何か自分のできることも相手に対してしたいという気持ちが強く、この傾向は普段反発を感じることの多い相手に対して強いものである。2)同じ病気で入院を共にした他児との間には強い絆があり、体験から得た情報の交換もさかんである。周囲のおとなに対する遠慮や反発等の体験の共有によって強まるものでもある。3)病院に対して安心のような肯定的なイメージを強くもち信頼している。今後はさらにビデオ撮影によるデータも加えて、対象を増やして家族や医療者、友人を含めて相互作用としてのデータの収集及び比較分析を継続し、子どもと家族のケアリングの意味について明らかにしていく。

家族や友人、学校関係者などに対するデータを収集し相互作用に関する分析をさらにすすめること、対象が少数で病状の比較的安定している子どもに限定されていること、病の経験の意味についても明らかにしていくことが今後の課題とされた。
動的負荷を受ける木質構造物の破壊過程シミュレーション

昨年度までの研究では、EDEMのパラメータの決定方法の正確さを検討するために合板釘打ち軸組構法耐力壁のせん断試験を行った。また同様の条件のEDEMシミュレーションも行った。その結果、合板釘打ち軸組耐力壁のシミュレーションの荷重変位曲線は実験結果とよく一致した。破壊の順番の傾向は実験結果と定性的に一致するものであった。したがって、新たに開発したEDEMのモデル化手法とパラメータの決定方法は木質構造体に適用可能であることが分かった。そこで本年度はそのパラメータの決定方法を用いて、2階建ての一般的な木造住宅のシミュレーションモデルを構築した。筋かい耐力壁と面材釘打ち耐力壁の配置の違いによって2つのフェーズを設定した。両フェーズに振幅1.0m周波数2.0Hzの正弦波を土台に与えるシミュレーションを行った。設計壁量が必要壁量を上回るフェーズ1では破壊が数箇所で起こったが、最終的には倒壊しなかった。設計壁量が必要壁量を下回るフェーズ2では、1回目の揺れで釘接合部のほとんどが破壊し、建物全体が倒壊した。筋かいが引張側に作用しその力で柱の柱脚、柱頭接合部が引き抜ける現象など、現実でも起こる破壊現象が再現された。本手法を用いれば、実大の住宅レベルの倒壊シミュレーションを行えることがわかった。また本手法で用いた接合部や部材のパラメータの決定方法を用いて、その他の仕様に適用することにより、任意の木造住宅のEDEMモデル化が可能であることが示唆された。
エネルギー高度利用に向けた電力貯蔵用大容量電気二重層キャパシタの実用化

電気二重層キャパシタ(以下キャパシタ)の分極性電極に配合される導電性カーボンブラックに、ナノ構造多孔体のケッチェンブラックを用いることにより、通常の導電性カーボンブラックとして使用されるアセチレンブラック(消耗品として購入した)を配合したキャパシタの特性と比較して、静電容量が大きくなることを示した。キャパシタへのケッチェンブラックへの最適配合量は8wt%であることも示された。この結果は、電気学会論文誌A,Vol.127,No.8,pp.487-492,2007に、"導電性フィラーとしてケッチェンブラックを配合した電気二重層キャパシタの基礎特性"として掲載された。また、窒素プラズマを用いてキャパシタ用カーボン電極の特性向上を行った結果、未処理のカーボン電極と比較してプラズマ処理を行ったカーボン電極の蓄積電荷密度が約1.5倍上昇することが分かり、欧文ジャーナルPlasma Processes and Polymers,Vol.4,No.Sl,pp.S502-S506,2007に"Surface Modification of Carbon Electrode for Electric Double Layer Capacitors"として掲載され、大容量のキャパシタを開発する上での一つのプロセスとして期待される。また、窒素プラズマ処理における窒素ドープの深さについて研究を進めた結果はMaterials chemistry and physics,Vol.103,No.1.pp.158-161,2007に、"Surface Modification of Nano Porous Material)sfor Electric Double Layer Capacitors Application"として掲載され、Hottest article 20に選出されるなど、高い評価を受けた。電気二重層キャパシタ(以下キャパシタ)の分極性電極に配合される導電性カーボンブラックに、ナノ構造多孔体のケッチェンブラックを用いることにより、通常の導電性カーボンブラックとして使用されるアセチレンブラック(消耗品として購入した)を配合したキャパシタの特性と比較して、静電容量が約2倍になることを示した。また、キャパシタ内部の空間電荷分布測定の結果からも、ケッチェンブラックを配合したキャパシタの蓄積電荷密度がアセチレンブラックを配合したキャパシタと比較して高いことが分かり、ケッチェンブラックが有する細孔に電荷が蓄積されていることを示すことができた。この結果は、欧文ジャーナルSurface Coating Technology, Vol.201, No.9-11, PP.5392-5395, 2007に"Space charge behaviors of electric double layer capacitor with nanocomposite electrode"として掲載された。この結果は、電気学会論文誌A,Vol.127, No.8, pp.487-492,2007に、"導電性フィラーとしてケッチェンブラックを配合した電気二重層キャパシタの基礎特性"として掲載された。また、窒素プラズマを用いてキャパシタ用カーボン電極の特性向上を行った結果、未処理のカーボン電極と比較してプラズマ処理を行ったカーボン電極の蓄積電荷密度が約1.5倍上昇することが分かり、欧文ジャーナルPlasma Processes and Polymers, Vol.4, No. Sl, pp. S502-S506, 2007に、"Surface Modification of Carbon Electrode for Electric Double Layer Capacitors"として掲載され、大容量のキャパシタを開発する上での一つのプロセスとして期待される。

また、窒素プラズマ処理における窒素ドープの深さについて研究を進めた結果はMaterials chemistry and Physics, Vol.103, No.1, pp.158-161, 2007に、"Surface Modification of Nano Porous Materials for Electric Double Layer Capacitors Application"として掲載され、Hottest article 20に選出されるなど、高い評価を受けた。
間葉系幹細胞を用いた骨欠損・骨代謝疾患の治療法の開発

ヒト脱落乳歯歯髄由来開葉系幹細胞(SHED;stem cellsfromhuman exfoliated deciduous teeth)とヒト骨髄由来間葉系幹細胞との発現遺伝子プロファイルの比較から、SHEDでは骨髄由来間葉系幹細胞と比較し、ある血管作動性ペプチドの発現が増加していることが見出された。両細胞からのこのペプチドの分泌についてRIA法で測定を行ったが、遺伝子発現と同様の結果が得られた。そこで、このペプチドについて機能解析を行ったところ、in vitroにおいて間葉系幹細胞に作用し、その骨芽細胞への分化を促進することがわかった。加えてこのペプチドは破骨前駆細胞にも直接的に作用し、破骨細胞分化を抑制していることも明らかとなった。このペプチドが骨芽細胞の増殖やアポトーシスに関与するとの報告はあるが、破骨細胞への直接作用はこれまで報告がない。また、この血管作動性ペプチドが肝臓で過剰産生され血中濃度が上昇する遺伝子改変マウスでは、野生型と比べ骨梁の形成が発達し、骨吸収が抑制される傾向が見られた。間葉系幹細胞に発現する因子が骨形成促進・骨吸収抑制の両面に働く可能性が示唆され、新たな創薬の可能性が期待される。現在このペプチドが破骨細胞分化を抑制するメカニズムや骨粗鬆症モデルにおけるこのペプチドの治療薬としての意義についてさらに検討を行っている。また、間葉系幹細胞を用いた新たな骨再生治療法の開発のため、マウスの骨欠損モデルを作成し、細胞の投与方法についても検討してきた。イリザロフ法と呼ばれる骨延長術をマウスに試み、これにSHEDを投与し、骨欠損部での骨再生過程を観察した。SHED投与群において非投与群と比較し、骨再生が促進される傾向が認められた。細胞のみを投与する場合、局所投与、経静脈的全身投与の間で明らかな差を認めなかった。hydroxyapatiteとβTCPを混合した担体とともに細胞を局所投与する方法において最も骨誘導の効率が良かった。由来組織の異なる間葉系幹細胞における骨再生能力の違いや、骨粗鬆症への細胞治療の可能性についても今後検討していく予定である。研究計画に基づき、ヒト脱落乳歯歯髄由来間葉系幹細胞(SHED; stem cellsfrom human exfoliated"deciduous teeth)に発現する遺伝子プロファイルを作成し、ヒト骨髄由来間葉系幹細胞との比較を行っている。この解析の中でSHEDでは骨髄由来間葉系幹細胞と比較し、ある血管作動性ペプチドの発現が増加していることが明らかとなった。所属研究室でこの血管作動性ペプチドの過剰発現マウスを所有していたことからマウスの骨表現型の解析も行った。その結果、肝臓でペプチドが過剰産生され血中濃度が上昇するこのマウスでは、野生型マウスと比較し長軸方向の成長には差がないものの、骨梁の形成が発達し、骨吸収が抑制されていることが明らかとなった。また、このペプチドはvitroで間葉系幹細胞に作用し、その骨芽細胞への分化を促進することもわかった。これらの結果はSHEDの骨誘導作用の機序を考える上でも重要であるが、骨形成促進・骨吸収抑制の両方に作用し得る因子の発見としても重要であり、現在このマウスの骨表現型の解析をさらに進めている最中である。間葉系幹細胞に発現する因子が骨形成促進に働くのみならず、骨吸収抑制にも働くことが明らかとなれば、間葉系幹細胞を用いた細胞治療や新たな創薬の可能性が産まれると思われる。また、間葉系幹細胞を用いた新たな骨再生治療法の開発のため、マウスの骨欠損モデルを作成し、細胞の投与方法についても検討中である。ヌードマウスの頭蓋骨や脛骨に数種類のサイズの径の骨欠損を作成し、間葉系幹細胞を経静脈的あるいは局所に投与する。治癒過程を経時的に観察し、細胞投与の効果が最も安定して見られる系を確立中である。さらに実際の臨床において骨変形や軟骨無形成症の患者を対象に行われている骨延長術(イリザロフ法とも呼ばれる)をマウスに応用する系もほぼ確立しつつある。今後は投与された間葉系幹細胞が骨再生過程にどのように関与するのか、異なる組織由来の間葉系幹細胞では骨再生能力に違いがあるのか等検討していく予定である。間葉系幹細胞に発現する因子が骨形成促進

・骨吸収抑制の両面に働く可能性が示唆され、新たな創薬の可能性が期待される。現在このペプチドが破骨細胞分化を抑制するメカニズムや骨粗鬆症モデルにおけるこのペプチドの治療薬としての意義についてさらに検討を行っている。また、間葉系幹細胞を用いた新たな骨再生治療法の開発のため、マウスの骨欠損モデルを作成し、細胞の投与方法についても検討してきた。イリザロフ法と呼ばれる骨延長術をマウスに試み、これにSHEDを投与し、骨欠損部での骨再生過程を観察した。SHED投与群において非投与群と比較し、骨再生が促進される傾向が認められた。細胞のみを投与する場合、局所投与、経静脈的全身投与の間で明らかな差を認めなかった。hydroxyapatiteとβTCPを混合した担体とともに細胞を局所投与する方法において最も骨誘導の効率が良かった。由来組織の異なる間葉系幹細胞における骨再生能力の違いや、骨粗鬆症への細胞治療の可能性についても今後検討していく予定である。
自己整合的カーボンナノチューブ成長とフィールドエミッタアレイ作製への応用

三重大学電界放出ディスプレイなどの電界放出デバイスのための電子源として、カーボンナノチューブ(CNT)が密集して形成されるCNTピラーの電界放出電子源アレイの利用を検討した。CNTピラーからの電子放出特性向上のため、個々のCNTピラーの上部の形状を制御し、ピラー上部でのCNT分散状態を向上させた。その結果、ピラー上部の形状を従来のような平坦な形状から山形形状にすることにより,その電界放出特性が向上することが確認された。カーボンナノチューブ(CNT)は化学気相成長(CVD)法により成長でき、また触媒金属が堆積された場所にのみ成長するという特徴があり、フォトリソグラフィなどの手法との組み合わせにより、様々な形状のCNT薄膜パターンやCNTピラーの形成が可能である。従来の方法では、触媒薄膜のパターニングによりCNTを成長させる場所、させない場所の制御は可能であったが、CNTが成長している場所の中でCNTの長さを徐々に変化させるような成長形態制御は不可能であった。このようなCNT成長形態制御の実現のため、本研究ではスパッタ成膜で見られる、高アスペクト比のホール底部における膜厚分布の不均一性、すなわちホール中心部で膜厚が厚く、端部では膜厚が薄くなることを利用し、個々のCNTピラー単位でのCNTの成長形態制御を試みた。これにより、従来よりも特性の優れたカーボンナノチューブフィールドエミッタアレイの製作が可能となる。本研究では、サイズの異なるTEM用メッシュ(ホールアスペクト比0.3、0.8)を触媒金属パターニング用のマスクとして用い、触媒膜厚の堆積状況とCNT成長状況の相関を調べた。マスクを用いて成膜した触媒薄膜パターンのEPMAによる面分析を行ったところ、触媒薄膜の膜厚分布はホール中心部では厚く、端部に行くに従い薄くなる傾向を示した。この不均一さはホールアスペクト比に依存することが確認された。このような不均一な触媒膜厚の状態でCNTを成長させると、CNTピラーアレイの形状は触媒薄膜の形状を反映したものとなり、個々のピラーの中心部が山形になったもの、中心部がくぼんだものなど、従来見られない特異な成長形態を示すことが確認された。昨年度に引き続き、スパッタ成膜における高アスペクト比のホール底部での膜厚分布の不均一性(ホール中心部で膜厚が厚く、端部では膜厚が薄くなる)を利用し、個々のCNTピラー単位で成長形態制御を試みた。そして、これにより電界放出型電子源アレイを作製し、その電界放出特性を調べた。比較対象として、従来方法で作製したCNTピラーアレイ(四角柱形状のCNT集合体)を作製し、その電界放出特性を調べた。その結果、ピラー間隔(33150μm)やピラー高さ(4090μm)を変化させても、放出電流-印加電圧特性におけるTurn On電圧(電流密度が1mA/cm^2となる電圧)は430V程度であり、また電子放出の面内分布も不均一であった。これに対し、CNTピラー単位で成長形態制御を行った「山型CNTピラー」アレイの電界放出特性を調べたところ、Turn On電圧は230V程度と従来法によるものと比較して約半分まで低下し、さらに電子放出分布の面内均一性も向上し、エミッションサイト数がおよそ30%増加した。これは、CNTピラーを用いたフィールドエミッタアレイにおいて、その電子放出特性を向上させるにはピラーの間隔や高さなどのパラメータは重要ではなく、個々のピラーのモルフォロジを制御することが有効であることを示している。以上の結果から、本研究におけるCNTピラー成長形態制御は、フィールドエミッタアレイの電界放出特性向上に有効であることが示された。なお、本年度実施予定としていた、「ガス流れ・ガス成分コントロールによるCNT成長制御」については、現在評価を行っているところであり、次年度も継続して実施する。本年度は、カーボンナノチューブ(CNT)ピラーアレイ(FEA)のさらなる電界放出特性の向上を目的として、ガス流れの影響、ガス添加物の影響、およびμmオーダーのサイズでの触媒膜厚分布の制御が、CNTピラーからの電界放出特性に与える影響を調べた。その結果、個々のピラー単位でのCNTモルフォロジの制御性が向上できた。これにおいて、当初想定していたガス流れやガス成分制御による効果よりも、触媒膜厚制御を行うことによる効果が大きいことを確認した。また、ホール底部での触媒膜厚の分布を定量的に評価し、これとCNT成長量の間に相間があることを確認した。さらに触媒を意図的に酸化させる、触媒強制酸化処理もCNTモルフォロジ制御に有効であることが示された。以上により、ピラー上部の形状を凸型、凹型など任意の形状に制御できるようになった。しかしながら、当初の予測に反し、これらのCNTモルフォロジ制御が必ずしも電界放出特性の向上につながっておらず、特に面内均一性に関しては十分な再現性が得られていない。これは、ピラー上部の形状がCNT分散状態の向上に適したものとなっておらず、最適形状の再検討が必要であると考えられる。

一方で、ピラー上部の形状制御を行っていない、直方体形状のピラーアレイにおいて、そのサイズにより電界放出特性が向上することが判った。作製した直方体形状のピラーアレイにおける電子放出サイト分布の定量的解析を行ったところ、CNTピラーがある特定のサイズになったとき、電界放出のTurn-on電圧が最小になり、かつ電子放出サイト数が最大になることが判った。これが、どのような効果によるものかは現時点で明らかになっていないが、単位面積あたりに占めるCNT成長領域の割合がCNT成長モルフォロジに影響を与えている可能性があり、今後詳細な検討が必要である。
脂肪細胞分化における新規クロマチン蛋白の機能解析

我々は、非ヒストン核タンパクであるHigh-mobility group protein B2(HMGB2)が骨髄由来間葉系幹細胞(Mesenchymal Stem Cell : MSC)で発現していることを見出し、軟骨への分化に関与していることを明らかにしている。このMSCは、骨(軟骨)や脂肪細胞へ分化できることが知られているが、脂肪細胞の分化への関与は未だ不明のままであった。本研究では、脂肪細胞分化過程におけるHMGB2の関与を検討し、生理学的役割明らかにするために研究を行った。今回、前駆脂肪細胞である3T3L1細胞を用いて、常法(インスリン、デキサメタゾン、IBMXを含んだ分化カクテルによる刺激)に従い脂肪細胞へ分化させ、その分化過程におけるHMGB2の発現パターンとその機序を解析した。その結果、脂肪細胞への分化初期段階にHMBG2の発現が上昇することが判明した。また、HMGB2 siRNAを用いたRNA干渉実験において、HMGB2の発現を抑制された3T3L1細胞は明らかに脂肪細胞への分化阻害が確認された。同様にHMGB2ノックアウトマウスより採取したMSCを用いて脂肪分化実験を行うと脂肪細胞への分化が全く観察されなかった。さらに脂肪細胞分化を制御していることが知られているWnt/β-cateninシグナル経路を解析した結果、そのシグナルが解除されていないことが判明した。これらの結果より、HMGB2は脂肪細胞の分化を制御している因子であることが初めて明らかとなった。
非言語的な図形の瞬間的な認知に影響を及ぼす情報提示条件に関する研究

非言語的な図形の瞬間的な認知に影響を及ぼす情報提示条件として考慮すべき変数は,図形記憶時の注視範囲近傍に存在する特徴の数,記憶図形と再認図形のズレ率(リフレッシュ・レートに相当)である可能性が示唆された.また, ISI(情報の保持時間に相当)は2,000ms以下であればエラー率は低減する可能性も示唆された.コントラスト感度視力の観点から,図形の表現方法については,モノクロ表示の場合は,特段の条件設定は必要ない可能性も示唆された.非言語的な図形の瞬間的な認知に影響を及ぼす情報提示条件として考慮すべき変数は,図形記憶時の注視範囲近傍に存在する特徴の数,記憶図形と再認図形のズレ率(リフレッシュ・レートに相当)である可能性が示唆された.また, ISI(情報の保持時間に相当)は2,000ms以下であればエラー率は低減する可能性も示唆された.コントラスト感度視力の観点から,図形の表現方法については,モノクロ表示の場合は,特段の条件設定は必要ない可能性も示唆された.我々は,時々刻々と変化する状況を概略的に理解するため,言語化のプロセスを介さずに様々な情報を認知し,判断する.またインタフェースが人間に提示する情報は記憶容易性("パッ"と見てわかる)と把持容易性(忘れにくい)の両方を兼ね備える必要がある.特に,言語的に記憶することが困難な図形や情報の認知精度を向上させることは,様々な労働場面で有益である.本研究では非言語的な図形の瞬間的な認知に影響を及ぼす人間側の諸特性を明らかにした上で,非言語的な図形や情報を正確に認知するために必要な情報提示条件について実験的に検討し,得られた知見を基に,適切な情報提示方法を提案することを目的とした.平成21年度の研究では,研究の第1段階として,様々な非言語的な図形を提示し,反応時間や正答率などの被験者のパフォーマンスを測定するための提示・測定プログラムの開発と装置の構築をおこなった.続いて,図形の瞬間的な認知に影響を及ぼす個人特性を計測するシステムの構築(a.空間認知特性検査システム,b.空間識別能力検査システム,c.平衡機能)をおこない,構築した各システムの妥当性を検証するための検証実験をおこなった.結果,言語的に表現することが困難な図形を認知する際,被験者は中心視によらず周辺視によって図形の概要を認知している可能性が示唆された.また,被験者の個人特性は非言語的な図形の再認パフォーマンスに強く影響を及ぼす可能性が示唆された.具体的には,個々人が持つ異同判断基準の影響や空間認知特性(動体視力),空間識別能力(立体視,奥行き知覚など)の影響が強くあらわれる可能性が示唆された.我々は,時々刻々と変化する状況を概略的に理解するため,言語化のプロセスを介さずに様々な情報を認知し,判断する.またインタフェースが人間に提示する情報は記憶容易性("パッ"と見てわかる)と把持容易性(忘れにくい)の両方を兼ね備える必要がある.特に,言語的に記憶することが困難な図形や情報の認知精度を向上させることは,様々な労働場面で有益である.本研究では非言語的な図形の瞬間的な認知に影響を及ぼす人間側の諸特性を明らかにした上で,非言語的な図形や情報を正確に認知するために必要な情報提示条件について実験的に検討し,得られた知見を基に,適切な情報提示方法を提案することを目的とした.平成22年度の研究では,平成21年度の研究成果を踏まえ,言語的に記憶することが困難な図形の生成方法と提示時間とを統制した実験で得られた異同判断時の正答率,反応時間,眼球運動軌跡データを基に図形の瞬間認知モデルの構築をおこなった.モデル生成過程での検討より,瞬間的に提示された図形を記憶する際の注視点周辺部に存在する特徴点の「個数」が図形の再認成績に影響する可能性が示唆された.図形上に存在する特徴点の「形状」ではなく,「個数」の影響が強かったことから,言語的に記憶することが困難な図形の記憶精度はWorking Memoryの容量との関連が強い可能性が考察された.加えて.図形の瞬間認知に影響を及ぼす個人特性計測システムを用いて,画面上で周期的に運動するターゲットの運動特性が平衡機能に及ぼす影響について検討した.結果,注視画面上「左上→右下→左上」と往復運動する刺激を追従眼球運動した場合,自覚的な平衡感覚は正常であるものの,他覚的な平衡感覚は混乱し,2次元平面に射影した重心運動の解析から,平衡維持のためにおこる姿勢反射の機構が異なる可能性が示唆された.我々は,時々刻々と変化する状況を概略的に理解するため,言語化のプロセスを介さずに様々な情報を認知し,判断する.特に,インタフェース上に提示される概略情報は記憶容易性と把持容易性の両方を兼ね備えている必要がある.本研究では非言語的な図形(無意味輪郭図形)の瞬間的な認知に影響を及ぼす人間側の諸特性を明らかにし,非言語的な図形や情報を正確に認知するために必要な情報提示条件について実験的に検討し,得られた知見を基に,適切な情報提示方法を提案することを目的とした.平成23年度は無意味輪郭図形の記憶-再認特性について検討した.記憶容易性の変数は図形の凹凸数,図形の空間周波数,眼球運動パラメータとし,把持容易性の変数は記憶図形と再認図形との間のズレ率,再認図形の提示個数,把持時間とした.異同判断精度は正答率,反応時間,エラー率を用いて評価した.

無意味輪郭図形の瞬間認知モデルより,記憶容易性に影響を及ぼす要因は,図形記憶時の注視点近傍に存在する特徴の数であり,把持容易性に影響を及ぼす要因は把持時間である可能性が示唆された.また,瞬間的に認知された図形の記憶精度を再認図形の提示個数を変化させた上で検討した結果,再認図形が4個までは90%以上の高い確率で異同判断を行うことができた.また,被験者の個人特性(視力,調節力,動体視力,コントラスト感度視力:矯正視力が1.0以上で,視機能において日常生活を送る上で支障のない被験者)が無意味輪郭図形の瞬間認知に及ぼす影響は若年者では軽微であった.以上の検討より,非言語的な図形の瞬間的な認知に影響を及ぼす情報提示条件として考慮すべき変数は,記憶図形の把持時間と記憶時の注視点近傍に存在する特徴の数,記憶図形と再認図形のズレ率であることが示唆された.
光パケット伝送システムに対応した高速ディジタル制御受信回路の研究

大容量伝送可能な光通信を効率的に行うために、光パケット伝送は有効な伝送システムであるが、信号強度の異なるパケット信号に高速に応答する必要がある。光受信回路のパケット応答を高速化するためには、信号強度に応じて信号増幅を行う利得制御と波形の形を整える波形等化制御を高速に行う必要がある。従来、これらは負帰還制御で高速化すると不安定動作になる問題あった。これに対して、二つの制御を多値切替え式にしかつ制御をディジタル化することにより、高速化を可能とした。従来に比べ、およそ1/10の高速応答性の見通しを得ることができた。光パケット伝送では効率的な情報伝送のために情報を"パケット"として扱うが、伝送効率を改善するために、光受信回路のパケット応答の高速化が重要である。本研究では、受信回路のディジタル制御による高速切替を実現するために、利得制御と波形等化の多値制御のための回路構成法とディジタル制御方法の基本検討を回路シミュレーションにより行った。具体的には、利得制御と波形等化(歪補償)を実現する基本回路について、1高速利得可変のディジタル制御方法、2高速波形等化(歪補償)のディジタル制御方法、3信号レベル検出を含むディジタル制御シーケンスの基本設計を行った。1の高速利得可変については、複数の固定利得をディジタル的に切り替える構成について検討し、その高速応答性を検証した。また、2の高速波形等化(歪補償)については、複数の固定補償回路を切り替える構成について検討し、その高速応答性を検証した。3については、これら多値利得切替ならびに多値波形等化を組み合わせた場合について、効果的な切替方法を理論的に検討し、高速応答可能な制御シーケンスの考案を行った。さらに、これら多値切替は受信した信号レベルにより切り替える必要があるが、高速応答を実現するためには、信号レベルの高速検出が重要である。高速応答可能な信号レベル検出回路を考案し、回路シミュレーションにより従来比1/3の高速応答が可能な見通しを得ることができた。これらを組み合わせることにより、目標である従来比1/10の高速化の見通しを得た。これらの成果の一部をまとめ、学会発表を行った。今後、さらにデータ取得を行い発表を行っていく予定である。受信回路のディジタル制御による高速切替を実現するために、平成26年度は利得制御と波形等化の多値制御のための回路構成法とディジタル制御方法の基本検討を回路シミュレーションにより行った。平成27年度は、この成果をもとに1多値切替動作について詳細回路設計による動作検証ならびに集積回路による基本動作の検証、さらに2ディジタル制御シーケンスの詳細設計を行った。具体的には、1の多値切替動作については、前年度検討した基本回路をもとに3値の利得切替機能と信号レベル検出機能を備えた受信回路について、CMOS技術によるトランジスタレベルの詳細回路設計を行い回路シミュレーションにより詳細動作検証を行った。この結果をもとに集積回路作成のためのレイアウト設計を行い、計画通りにVDEC(東京大学大規模集積システム設計教育研究センター)による集積回路シャトルサービスを利用して、集積回路の作成を行うことができた。作成した集積回路について、測定を行い3値の利得切替ならびに信号検出を含む切替制御の基本動作を確認することができた。また、2のディジタル制御シーケンスの設計については、前年度検討した利得と波形等化を多値切替する高速制御方法にフィードフォワード型の歪み補償回路を加え、そのレベル検出回路の初期化タイミングを合わせて効果的に制御する方法を考案した。回路シミュレーションにより目標とする従来比1/10の高速応答性の見通しを得ることができた。これらの成果の一部をまとめ、学会発表ならびに論文投稿を行った。計画では平成27年度は、平成26年度に行った基本検討結果をもとに、詳細回路設計による動作検証と集積回路の作成による実動作検証を目標としており、ほぼ目標を達成することができた。具体的には、回路シミュレータを用いて多値切替型の高速利得切替回路を備えた受信回路の詳細設計ならびにレイアウト設計を行い、集積回路を作成することができた。さらに、作成した集積回路について基本データの取得を行うことができた。また、切替動作を制御するディジタル制御シーケンスの設計については、新たな制御方法を考案し基本動作検証を行うことができた。さらに、動作検証用にFPGA(書換可能論理LSI)のシミュレーション、測定環境を立ち上げることができ、今後基本動作データの取得を行う予定である。受信回路にディジタル制御を組み込むことで高速切替を実現するために、平成2627年度には利得制御と波形等化の多値制御回路の構成法とディジタル制御方法の基本検討を行い、回路シミュレーションならびに基本機能を実装した集積回路によって動作検証を行った。平成28年度は当初計画に従いこの成果をもとに受信回路の高機能化とその検証を行った。具体的には、平成27年度に基本設計を行った集積回路の高機能化として、初期化信号自動生成機能と大容量伝送に対応した広帯域化の検討を行い、これらの機能を付加した受信回路の設計を行った。

初期化信号はパケット信号受信時にパケット毎に受信回路の動作状態を初期化するもので前年度の検証によりパケット応答の評価を測定器で計測するために必要なことが新たにわかったため、集積回路内で高速に初期化信号を自動生成する回路の考案を行った。また、高速利得切替に対応した広帯域回路を考案し、これら機能を追加した受信回路について回路シミュレーションにより動作検証を行った。この結果をもとに集積回路作成のためのレイアウト設計を行い、計画通りにVDEC(東京大学大規模集積システム設計教育研究センター)による集積回路シャトルサービスを利用して機能を追加した集積回路の作成を行った。しかしながら、今年度試作した高機能版の集積回路では十分な特性が得られず、設計上の問題点を解析し修正設計を行い現在試作中で、今後、動作検証を行う予定である。また、検証した成果をまとめ、学会発表ならびに論文発表を行った。さらに、これまでの成果をまとめ、今後論文投稿を行う予定である。大容量伝送可能な光通信を効率的に行うために、光パケット伝送は有効な伝送システムであるが、信号強度の異なるパケット信号に高速に応答する必要がある。光受信回路のパケット応答を高速化するためには、信号強度に応じて信号増幅を行う利得制御と波形の形を整える波形等化制御を高速に行う必要がある。従来、これらは負帰還制御で高速化すると不安定動作になる問題あった。これに対して、二つの制御を多値切替え式にしかつ制御をディジタル化することにより、高速化を可能とした。従来に比べ、およそ1/10の高速応答性の見通しを得ることができた。当初計画では平成26年度は、スタートアップの位置付けで基本回路シミュレーションによる機能検証を目標としており、計画にあげた検討項目をほぼ実施し、翌年度の検討項目の準備をすることができた。具体的には、1.高速利得可変のディジタル制御方法、2.高速波形等化(歪補償)のディジタル制御方法、3.信号レベル検出を含むディジタル制御シーケンスについて、基本検討・設計を行った。特に、高速利得可変の利得切替の多値化とその制御方法、ならびに歪補償制御の多値化とその制御方法について理論的な考察と回路シミュレーションによる検証をおこなうことができた。平成27年度に作成した集積回路の実動作結果について詳細検証を行い、この結果をもとに利得切替・波形等化の高機能化を行う。昨年度の試作回路では第1ステップとして利得切替機能と信号レベル検出機能を備えた回路について先ず動作検証を行ったが、今年度は第2ステップとして波形等化機能を加えた回路について、集積化回路の検討を行う。昨年度同様にトランジスタレベルの詳細回路について、回路シミュレータによる動作検証を行った上で、集積回路の作成を行う。作成した集積回路について特性評価を行い動作検証データの取得を行う。また、ディジタル制御シーケンスについても、前年度に考案し回路シミュレータにより基本動作検証を行った制御方法をもとに、さらなる高機能化の可能性を検討する。さらに、制御方法について、FPGA(書換可能論理LSI)を用いてプログラミングにより回路実装し動作検証を行う。