hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
有用樹木の利用・分散プロセスが、野外自然集団に及ぼす生態遺伝学的影響

有用樹木として身近なクスノキを対象として、遺伝分析と野外調査を実施した。その結果、(1)日本のクスノキは固有の遺伝的地域性と更新能力を有しており、いわゆる外来種や史前帰化植物とは考えにくいこと、(2)日本集団の遺伝的多様性は、氷期のボトルネック効果によって中国・台湾の半分程度に低下していること、(3)近年の人間活動によって地域間(日本と中国・台湾)の遺伝的混合が生じており、適切な管理が求められること、などが明らかとなった。本研究では、有用樹木の利用が野外自然集団に及ぼす影響を分子生態学的視点から議論するために、クスノキを対象とした調査・解析を進めている。クスノキは日本、台湾、中国南部を中心に広く分布し、古来から利用されている有用樹木であり、野外自然集団だけでなく、成立年代が明確な植栽集団や、樹齢数百年以上と推定される数多くの巨樹・巨木が存在する。即ち、集団の遺伝構造に基づいた地域性の定義や、遺伝的攪乱が生じる時空間プロセスを解明する上で最適な材料である。1年目に当たる昨年度は、分布域の中心と考えられる中国南部、日本との歴史的繋がりが強い台湾、様々な地域集団が存在する日本、の計3カ国を対象に調査をおこない、GPSによる位置の記録、樹高及び幹周の測定、遺伝分析用の試料(葉)の採取を実施した。2年目となる本年度は、日本各地の巨樹・巨木及び地域集団を対象にサンプリングを進めるとともに、1年目に採取した試料を対象にマイクロサテライト遺伝分析をおこなった。さらに、日本におけるクスノキの自然更新の可否について検証するため、落葉広葉樹林の林床に環境条件が異なる複数の調査区を設置した。各調査区にはクスノキの種子を人為的に播種し、林床の光環境、土壌含水率、地表面温度と共に継続調査をおこなっている。本研究の究極目的は、人間活動が介在する遺伝子流動に着目し、有用樹木の利用が野外自然集団に及ぼす影響を分子生態学的視点から議論することである。そのためには、(1)集団の遺伝構造に基づく「地域性の定義(形成要因の究明)」、(2)遺伝的攪乱が生じる「時間的・空間的なプロセス」、(3)遺伝的攪乱による「野外自然集団への影響」に関するデータが不可欠である。このような視点から、研究対象種としてクスノキを選定した。一年目に当たる本年度は、様々な特徴を持つクスノキ集団(個体)を調査し、研究の基盤を作ることに尽力した。具体的には、分布域の中心と考えられる中国南部、日本との歴史的繋がりが強い台湾、様々な「地域集団」が存在する日本、の計3カ国を対象に網羅的な調査をおこない、GPSによる位置の記録、樹高及び幹周の測定、遺伝分析用の試料(葉)の採取を実施した。採取したサンプル数は既に数百個体を越えており、今後の遺伝分析の基礎を作ることができたと考えている。クスノキは古来から利用されている有用樹木であり、集団の遺伝構造に基づいた地域性の定義や、遺伝的攪乱が生じる時空間プロセスを解明する上で最適な材料である。初年度は、分布域の中心と考えられる中国南部、日本との歴史的繋がりが強い台湾、様々な地域集団が存在する日本、の計3カ国を対象に調査をおこない、GPSによる位置の記録、樹高及び幹周の測定、遺伝分析用の試料(葉)の採取を実施した。昨年度は、日本各地の巨樹・巨木及び地域集団を対象にサンプリングを進めるとともに、初年度に採取した試料を対象にマイクロサテライト遺伝分析をおこなった。さらに、日本におけるクスノキの自然更新の可否について検証するため、落葉広葉樹林の林床に環境条件が異なる複数の調査区を設置し、クスノキの種子を播種した。3年目となる本年度は、各地から採取した試料のマイクロサテライト遺伝分析を進めるとともに、得られた遺伝子型データに基づく主座標分析(PCoA)をおこなった。さらに、昨年度播種したクスノキの生存・枯死、成育状況などを継続調査し、林床の光環境、土壌含水率、地表面温度との関係を探っている。これらの調査・研究により、クスノキ集団の遺伝的組成と生態学的特性が明らかになりつつある。日本・中国・台湾に生育するクスノキを対象に遺伝分析用の試料を採取し、マイクロサテライト遺伝マーカー(11遺伝子座)を用いて804ジェネットの遺伝子型データを得た。これらの情報を用いて、遺伝的多様性、遺伝的分化、遺伝的混合等を解析した結果、(1)日本集団の遺伝的多様性は中国・台湾の半分程度であること、(2)日本にはプライベートアレルはほとんど存在しないこと、(3)日本と中国・台湾のジェネットは明瞭に区分されるが、(4)各地域内の遺伝的構造は不明瞭であることが示された。さらに、複数の個体で地域間(日本と中国・台湾集団)の遺伝的混合が認められ、特に胸高直径100cm以下の小さな個体や人為的な影響が強い場所に生育している個体で顕著であった。以上の結果から、

(1)日本のクスノキはいわゆる外来種や史前帰化植物ではなく、固有の遺伝的地域性を有していること、(2)日本のクスノキの遺伝的多様性が低いのは、氷期のボトルネック効果によるものと推察されること、(3)近年になって日本と中国・台湾の間で遺伝子移入が生じていることが明らかとなった。本研究の成果は、由来が不明だったクスノキの起源と遺伝的地域性を明らかにしたのみならず、巨樹・巨木を分析することによって数百年数千年前の遺伝的特性を把握し、それらが自然科学的要因と社会科学的要因の双方によって時間的・空間的に変化してきたことを示すものであり、極めて独創的である。また、クスノキの需要は中国国内で急増しており、適切な利用・管理方法を考える上でも重要な基礎となる。有用樹木として身近なクスノキを対象として、遺伝分析と野外調査を実施した。その結果、(1)日本のクスノキは固有の遺伝的地域性と更新能力を有しており、いわゆる外来種や史前帰化植物とは考えにくいこと、(2)日本集団の遺伝的多様性は、氷期のボトルネック効果によって中国・台湾の半分程度に低下していること、(3)近年の人間活動によって地域間(日本と中国・台湾)の遺伝的混合が生じており、適切な管理が求められること、などが明らかとなった。3年間で採取した試料は1000サンプルを越え、その多くについてDNA抽出とマイクロサテライト遺伝分析を完了した。得られたデータを用いて、集団遺伝学的な予備解析(PCoA)をおこなったところ、中国、台湾、日本のクスノキ集団は遺伝的に明らかに異なっていることが示された。今後、解析精度を高めるとともに、個体サイズや地理的データと合わせて分析することで、クスノキ集団の地域性や遺伝的攪乱の有無が明らかになると考えている。また、野外での播種実験も順調に推移しており、林床の環境条件(光環境、土壌含水率、地表面温度)を継続的に測定するとともに、種子の発芽・定着、成長の過程を継続的に調査している。これらの生態調査により、日本におけるクスノキの自然更新の可否が明らかになると考えている。分子生態学試料の採取はほぼ完了したため、今後はマイクロサテライト遺伝分析と集団遺伝学的な解析を進め、最終的な取りまとめを実施する。集団遺伝学的な解析については、昨年度は予備解析しかおこなっていないため、より精度の高いSTRUCTURE分析を実施する。また、野外調査区における環境条件の測定と発芽したクスノキの追跡調査も継続的に実施する。これにより、クスノキの生活史特性を明らかにするとともに、地域集団の時間的・空間的な遺伝構造の形成と変遷について、系統地理学的側面、生態遺伝学的側面、社会学的側面から議論する。本年度は継続的な試料採取と遺伝分析に加えて、野外における生態的な播種実験を開始した。これは、東京農業大学地域環境科学部と川崎市との連携協定に基づき、特別緑地保全地区における学術調査が可能になったためである。関東地方の落葉広葉樹林において大規模な野外実験ができるケースは限られており、大きな進展であった。また、昨年度、台湾、中国、日本で採取した数百サンプルの試料については、既にDNA抽出とマイクロサテライト遺伝分析を完了した。本年度末に予定していた中国での調査は、日中関係の悪化という政治的理由によって中止を余儀なくされたが、当該期間中に日本での調査とサンプリングを実施することができた。生態調査、遺伝調査ともに、おおむね順調に進んでいる。当初の予定通り、台湾、中国、日本で調査を実施し、遺伝分析用の試料(葉)を採取できた。
急性肺損傷に関わるスフィンゴ脂質シグナリングの解明と新規治療戦略

生理活性脂質スフィンゴシン1-リン酸は血管内皮細胞のバリア機能を強化することにより血管透過性を抑制することが知られている。本研究において、内皮細胞に発現するスフィンゴシン1-リン酸2型受容体が、内皮型一酸化窒素合成酵素抑制を介して急性肺損傷時の血管バリア機能破綻に防御的に働くことが示された。以上の結果から、スフィンゴシン1-リン酸2型受容体が急性肺損傷の新しい治療標的となる可能性が示唆された。脂質メディエータースフィンゴシン1-リン酸(S1P)は、血管機能および免疫機能の調節において重要な役割を果たす。本研究では、遺伝子改変マウスを用いた解析・細胞生理学的手法を用いた解析を行い, S1P2型受容体S1P2による急性肺損傷(ALI)時の血管バリア機能破綻防御の分子機構を解明し,さらにALIに対するS1P2選択的アゴニストの有効性を検討する。リポポリサッカライド(LPS)を気道内に投与して誘発したALIモデルにおいて、エバンスブルーの肺血管外漏出量,肺組織の乾燥重量/湿重量比の測定(肺水腫)および気管支肺胞洗浄液(BALF)中の総タンパク濃度の測定により定量的に評価した。また,2肺胞の炎症細胞浸潤を,BALF中の総細胞数,白血球数と白血球分画の解析により,3肺全体の炎症性サイトカインの遺伝子発現をリアルタイムPCR法により評価した。S1P2欠損マウスでは、LPS気道内投与による肺損傷は、野生型マウスに比較してより高度であった。LPS投与後の肺湿重量の増加およびBALF中のタンパク濃度と好中球の増加および肺におけるサイトカイン発現もS1P2欠損マウスでより高度であった。次に、S1P2欠損マウスで観察されるALIの増悪にNOの関与を検討する目的で、NO合成酵素阻害薬L-NAMEを投与した。L-NAMEは、S1P2欠損マウスで見られるLPSによる急性肺損傷の増悪を改善した。以上の結果から、S1P2がNO合成の抑制を介して血管内皮バリア機能維持を含む機構により急性肺損傷を軽減する可能性が示唆された。LPS投与による急性肺損傷モデルにおいて、S1P2欠損マウスでは野生型マウスに比較してより高度であった。また、このS1P2欠損マウスで観察されるALIの増悪にNO合成酵素が関与していることが示唆された。LPS気道内投与による急性肺損傷モデル以外のLPS静脈内投与モデルにおいても、S1P2欠損マウスでは野生型マウスに比較してエバンスブルーの肺血管外漏出量は高値であったが、LPS腹腔内投与による敗血症モデルや盲腸結紮穿刺モデルの検討が遅れている。1リポポリサッカライド(LPS)腹腔内投与による急性肺損傷モデルの他に、盲腸結紮穿刺モデルの検討を行ったが、モデルを確立できなかったため、あらたに抗がん剤ブレオマイシンの腹腔内投与による急性肺損傷について検討した。野生型マウスに35 mg/kg体重のブレオマイシンを,週2回マウスに腹腔内投与することにより,投与後5日目から10日目に肺血管透過性を伴う急性間質性肺炎の発症を肺のエバンスブルー漏出と組織染色により確認した。以上の結果から、急性肺損傷の解析においてブレオマイシンの腹腔内反復投与は有効なモデルであると考えられた。2予備実験として、S1P2受容体選択的アゴニストの特異性を、S1P受容体安定発現CHO細胞株を用い、ERKのリン酸化を指標として検討した。S1P2受容体選択的アゴニストによるERKのリン酸化はS1P2受容体以外のS1P受容体安定発現細胞株では認められず、S1P2受容体以外のS1P受容体阻害剤により抑制されなかった。しかし、S1PによるERKのリン酸化と比べて、Vmaxが約1/4と低く、EC50が約100倍高い値を示した。以上の結果から、S1P2受容体選択的アゴニストはS1Pと比べてアゴニスト活性は弱いが、S1P2受容体に対する選択性は高いと考えられた。研究期間中に所属組織を異動した関係で、当該年度の実験に必要となる遺伝子改変マウスを確保することができなかったため、当初の研究計画で予定していた実験の一部が遅れた。1スフィンゴシン1-リン酸2型(S1P2)受容体の活性化による血管バリア破綻の抑制効果について、血小板活性化因子(PAF)の血管透過性亢進反応におけるS1P2受容体選択的アゴニストの影響をMilesアッセイを用いて検討した。S1P2受容体選択的アゴニストはPAFによるエバンスブルー色素漏出に対して抑制作用を示したが、効果は弱かった。以上の結果は,血中S1PレベルがマイクロMオーダーであり、S1P2受容体が恒常的に活性化されていること、また、S1P2受容体アゴニストのアゴニスト活性がS1Pより100倍弱いためS1P2受容体の十分な活性化が得られなかったのではないかと考えた。2これまでの結果から、S1P2受容体欠損のリポ多糖誘発急性肺損傷(ALI)による血管バリア破綻の悪化は内皮細胞に発現する内皮型一酸化窒素合成酵素(eNOS)が関与することを明らかにしている。また、S1P2受容体欠損は抗がん剤ブレオマイシン(Bleo)の腹腔内反復投与によるALIモデルにおいても血管透過性を悪化させた。

Bleoによる内皮細胞障害を検討するため、Bleo誘発ALIモデルの肺を用いて、マイクロアレイ解析を行った(交付申請時の計画に比べ、その他の割合が増えた理由)。血管透過性に関与するサイトカインや接着因子の遺伝子発現変動の他に、細胞老化に関与する遺伝子群の発現増加が認められた。私たちは線維芽細胞やマクロファージの細胞老化がS1P2受容体欠損で促進されることを観察していることから、S1P2受容体欠損によるBleo誘発ALIの悪化は、S1P2受容体欠損によるeNOSの活性化の他に細胞老化促進による内皮細胞の機能低下が起こったためと考え、今後検討していきたい。3該当年度の予算執行は計画通りに行えなかったが、交付申請時の目標をおおむね達成できたため、予定通り平成29年度を本研究課題の最終年度とした。生理活性脂質スフィンゴシン1-リン酸は血管内皮細胞のバリア機能を強化することにより血管透過性を抑制することが知られている。本研究において、内皮細胞に発現するスフィンゴシン1-リン酸2型受容体が、内皮型一酸化窒素合成酵素抑制を介して急性肺損傷時の血管バリア機能破綻に防御的に働くことが示された。以上の結果から、スフィンゴシン1-リン酸2型受容体が急性肺損傷の新しい治療標的となる可能性が示唆された。S1P2欠損マウスで観察されるALIの増悪にNO合成酵素が関与が認められたので、次年度以降、S1P2欠損マウスで観察されるALIの増悪にeNOSあるいはiNOSのどちらのNOSが関与するかを、各NO合成酵素アイソフォームに選択的な阻害薬やノックアウトマウスを用いて明らかにしたい。また、骨髄移植実験あるいは新たに樹立する臓器特異的S1P2欠損マウスを用いて、S1P2-KOマウスで観察されるALIの増悪に骨髄由来細胞(マクロファージ)あるいは非骨髄細胞(血管内皮細胞)のどちらに発現するS1P2が関与するかを明らかにしたい。実験に必要となる遺伝子改変マウスの確保が困難であるため、次年度は遺伝子改変マウスを用いた実験からS1P2受容体阻害剤、S1P2受容体選択的アゴニストあるいはNO合成酵素阻害剤などを投与したマウスを用いた実験に変更する。LPSあるいはブレオマイシン腹腔内投与による急性肺損傷モデルを作成し、急性肺損傷におけるS1P2受容体やNO合成酵素の役割を検討する。また、骨髄移植実験は中止し、マウスより単離した細胞を用いる実験は細胞株を用いる実験に変更する。今後、状況に応じて研究計画、研究期間や方略を微調整しながら、成果発表につなげていく予定である。脂質生物学研究期間中に所属組織を異動した関係で、当該年度の実験に必要となる遺伝子改変マウスを確保することができなかったため、当初の研究計画で予定していた実験の一部が遅れ、年度内完了が困難となったため。遺伝子改変マウスを用いた実験から受容体阻害薬、作動薬などの薬物投与マウスを用いた実験に変更するため、またLPSに加えブレオマイシン反復投与による急性肺損傷モデルを用いるため、必要な薬物・動物の購入費に充てる。
宇宙のダ-クマタ-とMACHO

本研究の目的は、MACHOのbaryonic dark matterとしての可能性について、初期の星形成との関連から調べることであった。MACHOの観測では、大マゼラン星雲(LMC)方向のoptical depthがまず精力的に調べられた。MACHOが銀河にどの程度存在するかを評価するには、銀河の質量分布のモデルを仮定しなければならない。まず研究したことはMACHOが起こる確率(optical depth)がハロ-モデルの詳細、すなわち1)遠方で回転曲線がケプラーかフラットかまたはその中間か2)どの程度の偏平率であるか3)ディスクダ-クマタ-が存在するかどうか等にどの様に依存するかという点である。その結果太陽より内側の回転曲線を再現するべしと言う制限から、ファクター3倍程度以上の不定性は存在しないことが分かった。一方、モデルには独立にもし最近のLMC方向へのoptical depth γ2×10^<-7>が正しければ、MACHOの分布が球体称で減少関数であるなら、銀河内に少なくとも全体で10^<11>M_<【of sun】>程度あることが明らかになった。しかし、MACHOがどのように分布してるかは現在のところ全く不明であるので、もし分布が全く非一様なら最小1.5%になりうることがわかった。MACHOの空間分布を知るためには、少なくともLMC以外にSMC方向も観測する必要がある。宇宙脱結合期(decoupling)以後最初の星形成は、もとになるガス雲が水素とヘリウムしか含まない点で通常の星形成とは大分様相が異なる。特に冷却機構としては、通常のダストによる冷却ではなく、水素分子による線冷却が重要になる。本研究により、宇宙初期に形成される星にはチャンドラセカ-ル質量程度の下限値が存在することが明らかになった。この下限値はMACHOの質量の値と似ているのは興味深い。MACHO Collaborationは、その第1年度のデータを解析して、我々の銀河中のハロ-の20%程度がMACHOであると報告した。しかし、これは、我々の銀河の質量モデルに依存する結論である。そこで非球対称で、一般には遠方で平坦な、回転曲線を必ずしも与えないモデルを考えた。モデルのパラメーターは、R=2KPCと8.5KPCでの観測された回転曲線を再現するという制限を与えると、もっと中心集中度の高い場合ハロ-の100%がMACHOでありうることを示した。又、MACHOの質量関数は、TysouによるDeep Surveyと無矛盾であるためには、指数xが5以上の急なものでなくてはならないことがわかった。一方、モデルには独立にもし最近のLMC方向へのopical depth _T2×10^<-7>が正しければ、MACHOの分布が球体称で減少関数であるなら、銀河内に少なくとも全体で10^<11>M_<【of sun】>程度あることが明らかになった。

しかし、MACHOがどのように分布しているかは現在のところ全く不明であるので、もし分布が全く非一様なら最小1.5%になりうることがわかった。MACHOの空間分布を知るためには、少なくともLMC以外にSMC方向も観測する必要がある。宇宙脱結合期(decoupling)以降最初の星形成は、もとになるガス雲が水素とヘリウムしか含まない点で通常の星形成とは大分様相が異なる。特に冷却機構としては、通常のダストによる冷却ではなく、水素分子による線冷却が重要になる。本研究により、宇宙初期に形成される星にはチャンドラセカ-ル質量程度の下限値が存在することが明らかになった。この下限値はMACHOの質量の値と似ているのは興味深い。
光殺菌法と進化型多血小板血漿／細胞複合体注入によるインプラント周囲炎治療法の確立

本研究の目的は、感染チタン表面の脱感染・表面性状向上のための光触媒を用いた光殺菌システムと進化型多血小板血漿/細胞複合体移植再生療法が、チタン表面性状の向上とインプラント周囲再生治療に有効かどうかを検討することである。光殺菌法によるチタン表面の脱感染処理は、表面構造を変化させない点で非常に有効な手段であることが判明した。またrh-GDF5/PRPは、下顎骨骨膜由来細胞に対してアルカリフォスファターゼ染色の強い陽性反応を誘導した。PRPとrhGDF-5は骨形成に有用であり、PRPゲルは細胞移植の担体としてだけでなく、細胞の分化促進・維持の環境を向上させる上で骨再生に有用すると考えられた。多血小板血漿(Platelet-rich plasma: PRP)は血小板を濃縮した血漿であり、多種多量の成長因子を含むとされ、近年、顎顔面口腔領域で骨再生治療のため臨床応用されているが、PRP単独での骨再生効果は十分でないため骨移植材との併用が多い。一方、自然治癒が望めない大きな骨欠損の組織再生に、細胞、成長因子、担体を組み合わせた細胞移植の有効性が示唆されている。PRPはトロンビンでゲル化が可能なことから自己成長因子を多量に含んだ担体としての役割が期待される。また、rhGDF-5は、筋肉内注入により、異所性軟骨内骨化を誘導することが示唆されている。そこでPRP/rhGDF-5と細胞併用による有効な骨再生療法の開発を目的として、我々はMC3T3-E1細胞と下顎骨骨膜由来細胞の骨形成におけるPRP/rhGDF-5の効果を検討した。PRPゲルはMC3T3-E1細胞の骨芽細胞への分化を促進し骨形成能を向上させた。また、rh-GDF5は、下顎骨骨膜由来細胞に対して、刺激後14日目で、アルカリフォスファターゼ染色の強い陽性反応が認められるようになった。以上のことから、PRPとrhGDF-5は、骨形成に有用であり、PRPゲルは、細胞移植の担体として期待できることが示唆された。また、PRPのゲル化は細胞移植を容易にし移植後の細胞の分化促進、維持の環境を向上させるうえで骨再生に有用な手段であると考えられる。歯周炎治療の残存歯の咬合力の負担軽減、分散にインプラント治療の併用が有効であるが、その反面インプラント周囲炎に罹患すると、天然歯の歯周炎に比べて、組織再生が困難で、周囲炎の再発率は高い。本研究では、感染チタン表面に対して化学的(クロルヘキシジン,光殺菌法、Er:YAGレーザー)、機械的(超音波洗浄、betaTCPアブレージョン)表面処理が与える表面性状、あるいは骨芽細胞の増殖・分化に与える影響を検討した。チタン表面の感染には、Actinomyces naeslundiiとPorphynomonas gingivalisを用いた。走査型電子顕微鏡(SEM)による表面性状は、以下の所見を示した。1)クロルヘキシジン超音波洗浄とbetaTCPアブレージョンがもっとも細菌除去に効果を示した。2)Er:YAGレーザー処理では、微小な熱傷をチタン表面に与える危険性があることが示された。3)光殺菌法は、細菌除去と表面性状の維持にもっとも効果を示した。骨芽細胞の増殖・分化について、以下の所見が明らかになった。1)どの表面処理においても骨芽細胞の増殖に悪影響を示さなかった。2)オステオカルシンの産生能において、未処理のチタンでもっとも産生能が高いことに対して、どのチタン表面処理上でもオステオカルシン産生は著しく低下していた。以上の結果から表面処理において最も重要なことは、細菌除去に加えて、除去後の細菌成分の残留を焼失させることであり、またチタン表面の細菌残量成分は、骨芽細胞の増殖には影響しないけれども、分化を抑制する可能性があることが示唆された。インプラント周囲炎は天然歯の歯周炎に比べて組織再生が困難で、再発率も高い。多血小板血漿(Platelet-rich plasma: PRP)は血小板を濃縮した血漿であり、多種多量の成長因子を含むとされ、近年、顎顔面口腔領域で骨再生治療のため臨床応用されている。しかし、PRP単独での骨再生効果は十分でないため、骨移植材と併用されることが多い。本研究ではGDF-5添加進化型PRP/骨膜由来細胞の複合体移植による骨再生療法の開発を試みるため、下顎骨骨膜由来細胞の骨形成における、rhGDF-5/PRPの効果を検討した。下顎骨骨膜

由来細胞においてrh-GDF5/PRPは、PRPのみと比較してアルカリフォスファターゼ染色の強い陽性反応を示し、石灰化も誘導した。これまでのデータから、PRPとrhGDF-5は、骨形成に有用であり、PRPゲルは、細胞移植の担体として期待できることが示唆された。また、PRPのゲル化は細胞移植を容易にし、細胞の分化促進、維持の環境を向上させるうえで骨再生に有用すると考えられた。歯周治療系歯学歯学部授業カリキュラムの改善のため、委員会活動が多忙になったことと、歯周病学会の委員会活動が多忙になったことが重複していたため、やや遅れた結果となった。教育、研究、管理運営に対する時間に労力を費やしたため。空いている時間を見つけて実験できる環境を整えていくしかない。研究に費やす時間を確保しながら研究の推進を図る。分担者と連携を図り、お互いの意見交換を推進していく。学内委員会活動と学会委員会活動により、多忙になったっため、研究活動に費やす時間が減少したため。平成26年度の研究計画に以下の項目を追加する。1. RT-PCR法によるI型、II型コラーゲン、オステオカルシンのmRNA発現量を調べる。2.アリザリンレッド染色試験を行う。1.ラット下顎骨骨膜由来細胞の培養2.進化型PRPとしての自己PRPとrhGDF-5刺激後、下顎骨骨膜由来細胞による内軟骨性骨形成能を検討する。3.近交系ラット移植手術最も効果のあった無毒化チタン表面を欠損部に埋入後、その上部に骨膜由来細胞/進化型PRPゲルを填入し、移植材をPLGA膜で被覆、さらに粘膜骨膜弁で完全被覆し縫合。術後6ヶ月で安楽死させ、大腿骨部をホルマリン固定後、通法に従い樹脂包埋。常温で保管する。
雲母・粘土鉱物の最大摩擦係数の物理

断層によく見られる層状の雲母・粘土鉱物は、通常の岩石・鉱物よりも最大摩擦係数が著しく小さく、断層のすべり挙動を支配する重要な物質である。これら層状鉱物の最大摩擦係数は水の影響を強く受け、ごく微量でも水による潤滑効果が高いことが層状鉱物の一つである白雲母に関して示唆されている。また鉱物表面の吸着水は圧力溶解に伴う断層の強度回復に影響を与えており、その物性を知ることが重要である。本研究では1.乾燥条件下で粘土鉱物の最大摩擦強度が低い原因、2.含水条件下で、摩擦強度が低下する原因、3.圧力溶解に関連する結晶表面の吸着水の物性の解明を目的とする。雲母・粘土鉱物の定方位度と湿度の影響の考察:湿度の影響を明らかにするため、試料室内に窒素ガスを流し、乾燥条件下でモンモリロナイトの定方位試料・粉末試料の摩擦試験を実施した。予備的な結果として、試料室に入れる前の乾燥温度の上昇に伴う摩擦係数の増大が両試料においてみられ、特に定方位試料の方が高温で乾燥しないと定常状態に至らないことがわかった。これは平板状の粘土鉱物が配向すると脱水が困難であることを示唆している。第一原理計算による層状鉱物の摩擦係数の導出:従来考えられていた層間結合エネルギーと摩擦係数の関係については、相関が低いことを昨年度明らかにした(Sakuma and Suehara, 2015, JGR)。そこで本年度白雲母・パイロフィライト層間の摩擦力を直接第一原理計算から導出することに取り組んだ。白雲母に関して、せん断方向の変化に伴う摩擦力の周期的な変化が存在することがわかり、これは乾燥条件で摩擦力を測定した過去の実験結果と調和的であることがわかった。また摩擦における凝着力の起源に関して、そのメカニズムがわかりつつある。28年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、雲母・粘土鉱物の摩擦メカニズムを解明するため、膨潤性粘土鉱物の定方位試料の作製を実施し、モンモリロナイトに関して定方位試料を作製することに成功した。この試料および定方位性の低い試料を用いた摩擦実験を実施した。具体的には、法線応力を5 MPaから80 MPaまで変化させながら、一定すべり速度で摩擦係数を測定した。予備的な結果として、どちらの試料とも湿度の影響を強く受けることがわかり、今後湿度を精密に制御した実験を実施する。層状鉱物の摩擦係数は、弱面である層間ですべりが起きる場合が多いと考えられる。そこで層間のすべりに対する摩擦係数を第一原理計算から導出する手法を開発した。まず、単結晶での摩擦実験を実施した白雲母に関して、第一原理計算を開始し、現在摩擦係数の導出を試みている。本年度は以下の2課題を研究計画に挙げた。(1)乾燥状態における摩擦すべりを決める物性値は、雲母・粘土鉱物の形状、平滑性と定方位性にあると仮説を立て、この仮説を検証する。(2)摩擦係数に対する吸着水の影響を調べるため、白雲母とモンモリロナイトを研究対象とし、結晶表面に存在する陽イオンをNa+とCs+に置換し、その水和イオンの影響を調べる。(1)に関しては、モンモリロナイトに関して定方位試料の作製に成功し、摩擦実験を開始した。その過程で湿度の精密な制御が必要であることが判明したため、実験装置の改良を実施している。また来年度に実施予定であった摩擦に関する第一原理計算を開始し、予備的な結果を得ている。(2)について、白雲母についてはすでにNaとCsイオンが表面に存在する場合の吸着水の影響に関して結果を論文で報告した(Kawai他、J. Geophys. Res. Solid Earth)。またモンモリロナイトについては湿度制御が必要であることから現在装置開発中である。

予備的な結果として、試料室に入れる前の乾燥温度の上昇に伴う摩擦係数の増大が両試料においてみられ、特に定方位試料の方が高温で乾燥しないと定常状態に至らないことがわかった。これは平板状の粘土鉱物が配向すると脱水が困難であることを示唆している。第一原理計算による層状鉱物の摩擦係数の導出:従来考えられていた層間結合エネルギーと摩擦係数の関係については、相関が低いことを昨年度明らかにした(Sakuma and Suehara, 2015, JGR)。そこで本年度白雲母・パイロフィライト層間の摩擦力を直接第一原理計算から導出することに取り組んだ。白雲母に関して、せん断方向の変化に伴う摩擦力の周期的な変化が存在することがわかり、これは乾燥条件で摩擦力を測定した過去の実験結果と調和的であることがわかった。また摩擦における凝着力の起源に関して、そのメカニズムがわかりつつある。摩擦試験について:今年度の実験から、雲母・粘土鉱物の摩擦実験では精密な湿度制御が必要であることが明らかになったことから、湿度制御下で定方位および定方位性の低い試料・粒径分布を制御した試料に関して摩擦実験を実施する。また定方位試料に関してはモンモリロナイトだけでなくサポナイトに関しても作製法の確立を目指す。吸着水の影響に関しても上記定方位試料に関して表面・層間の陽イオンを交換した試料を準備して、定量的な議論ができるよう、実験を実施する。理論計算について:摩擦のメカニズムを解明するための、第一原理計算を引き続き実施する。本年度の理論計算から、層間イオンの取り扱いについて計算の方向性が見えてきたので、この経験を生かし、効率的な理論計算を実施する。これらの結果を生かして、最終的には結晶粒間の薄膜水の物性・安定性の評価も実施する。28年度が最終年度であるため、記入しない。
生体活性バイオセラミックスの球形単分散粒子に関する研究

本研究は、生体活性バイオセラミックセメント(骨充材)を対象として、骨充填材中の骨伝導粒子として用いるための単分散バイオセラミックス球形焼結粉の作製プロセスを試作する。また、骨伝導粒子の充填率、均質化、自然骨置換率の向上など骨充填材の注入特性の最適化を検討する。β-TCPスラリーの分散安定性の向上のためには、粉末粒径を1μm程度以下にする必要があることを明らかにした。β-TCP原料粉末をボールミルにより長時間粉砕して、平均粒径を約1μmにした粉末を用いてスラリー調製した。凍結乾燥POEM法によりβ-TCP球形単分散粒子を作製した。その、β-TCP球形単分散粒子を使用してβ-TCP/PA系セメントを作製した。また、比較のために不規則形状粒子および原料粉末を直接用いたセメントも作製し諸特性を評価した。PA3mol/lの水溶液にSO^<2->_4イオン濃度0.15mol/l、P_2O^<4-1>_7イオン濃度0.005mol/lを複合添加すると、臨床応用に最適と言われている硬化時間5分10分となった。硬化後の生成物質はDCPD、残留β-TCPおよび複合生成物のDCPであった。β-TCP球形単分散粒子を用いたセメントの機械的強度が最も優れていることを明らかにした。さらに、造粒粒子が最も優れていることを明らかにした。さらに、造粒粒子の密度が高い方が高強度となり、高強度化のメカニズムはβ-TCP球形単分散粒子そのものが破壊するのではなく粒子とDCPD界面で破壊する、いわゆるクラックデフレクション効果によることを明らかにした。本研究は、生体活性バイオセラミックセメント(骨填材)を対象として、骨充填材中の骨伝導粒子として用いるための単分散バイオセラミックス球形焼結粉の作製プロセスを試作する。本年度は、研究者の相互交流を通じて、まず共同研究の進め方について討論し、特に集中すべき研究課題はβ-TCP粉末サスペンションの最適化および球形単分散粒子化であることを確認した。原料粉末であるβ-TCPは東北大が購入し、粉末の諸特性および粉末サスペンションの作製および評価を共同で行うことにした。特に、レーザー粒度分布装置、表面張力測定装置はEPFLの装置を使用することとした。化学組成分析もEPFLで実施した。その結果、Ca/Pが1.41であることがわかり、β-TCPの化学量論組成よりも若干低めになっていることがわかった。x線解析およびlet法による比表面積測定結果はほぼ同じであった。粉末の比表面積は約1m^2/gでありEPFLの詳細な解析からpyrophoshateが微量含まれていることがわかった。レーザー粒度分布測定では微小サイズ側にもピークをもつバイモーダルな粒度分布を示し、粒子表面のゼータポテンシャルに2つのピークが存在することがよく説明された。粉末体積率、分散剤量、バインダ量を変化させてサスペンションを作製、そのレオロジー特性を評価した。その結果から分散状態、サスペンション粘度から粉末体積率に対して望ましい分散剤量、バインダ量を明らかにした。共同研究を進める上で、集中すべき研究課題であるβ-TCP粉末サスペンションの最適化および球形単分散粒子化について検討した。その結果、β-TCPスラリーの分散安定性の向上のためには、粉末粒径を1μm程度以下にする必要があることがわかった。

β-TCP原料粉末をボールミルにより長時間粉砕した結果、平均粒径約1μmの粉末が得られることがわかり、この粉末を用いてスラリー調整した。レーザー粒子分布測定では微小サイズ側にもピークをもつバイモーダルな粒度分布であり、ゼ-タポテンシャル測定結果とよく一致した。レオロジーを測定した結果、スラリーはダイラタンシーの発現が抑制され、ほぼニュートン流体的な挙動を示すことがわかった。作製したスラリーは高せん断速度域での粘度の増加、粘度の時間依存性がほとんどなく、分散安定性も良好で、低粘度で流動性に優れていることがわかった。噴射ノズルを改良することで球形単分散粒子が作製できたが、乾燥の方法で粒子構造が異なり、加熱乾燥法では全て陥没球になり、連結乾燥法では、相対密度の40%の多孔体ではあるが、中実の球形粒子が得られた。本研究は、生体活性バイオセラミックセメント(骨充材)を対象として、骨充填材中の骨伝導粒子として用いるための単分散バイオセラミックス球形焼結粉の作製プロセスを試作する。また、骨伝導粒子の充填率、均質化、自然骨置換率の向上など骨充填材の注入特性の最適化を検討する。昨年の研究成果からβ-TCPスラリーの分散安定性の向上のためには、粉末粒径を1μm程度以下にする必要があることがわかり、β-TCP原料粉末をボールミルにより長時間粉砕して、平均粒径を約1μmにした粉末を用いてスラリー調製した。凍結乾燥POEM法によりβ-TCP球形単分散粒子を作製した。その、β-TCP球形単分散粒子を使用してβ-TCP/PA系セメントを作製した。また、比較のために不規則形状粒子および原料粉末を直接用いたセメントも作製し諸特性を評価した。PA3mol/lの水溶液にSO^<2->_4イオン濃度0.15mol/l、P_2O^<4-1>_7イオン濃度0.005mol/lを複合添加すると、臨床応用に最適と言われている硬化時間5分10分となった。硬化後の生成物質はDCPD、残留β-TCPおよび複合生成物のDCPであった。β-TCP球形単分散粒子を用いたセメントの機械的強度が最も優れていることを明らかにした。さらに、造粒粒子が最も優れていることを明らかにした。さらに、造粒粒子の密度が高い方が高強度となり、高強度化のメカニズムはβ-TCP球形単分散粒子そのものが破壊するのではなく粒子とDCPD界面で破壊する、いわゆるクラックデフレクション効果によることを明らかにした。
ポジトロンCTを用いたアミノ酸輸送担体発現評価による癌治療個別化に関する研究

本年度で、3年計画の研究課題の3年目が終了した。2年目までに蓄積した症例にさらに症例を加え、F-18標識αメチルタイロシンによるポジトロンCT検査(FAMT-PET)、F-18標識フルオロデオキシグルコースPET(FDG-PET)、X線CT、MRI検査などの画像データと口腔外科領域腫瘍術後症例の病理組織診断とを対比した。これにより、FAMT集積はバイアビリティの高い増殖能に富む腫瘍への集積特異性が高いことが確認され、良性腫瘍や周囲の炎症性組織と考えられる領域にも集積を認めるFDG-PETよりも優れており、特異性の高い腫瘍診断薬であることが確認された。手術症例全例に対して行った抗LAT1抗体による免疫染色では、FAMT集積陽性となった症例の標本では、免疫染色にて、LAT1発現が明瞭に見られたのに対して、FAMT集積陰性の腫瘍では、LAT1発現は見られずFAMT集積とLAT1の発現に相関関係が確認された。LAT1の発現は、細胞増殖マーカーであるKi-67の発現とも相関した。これらの結果を、2005年度オーストラリアニュージーランド核医学会議および2005年度欧州核医学会議にて報告を行った。3年間の検討で、FAMT集積の程度により腫瘍でのLAT1発現の程度を的確に診断できることが確認できたため、今後、LAT1をターゲットとした分子標的治療の適応決定においてFAMT-PETが役立つものと考えられた。今後、臨床治験などを行う際に、FAMT-PETを行い、臨床例にて有用性の確認がなされることが期待される。本年度は、3年計画の研究課題の初年度であり、アミノ酸輸送担体であるLAT1の発現があると考えられる症例に対して、F-18標識αメチルタイロシンによるポジトロンCT検査(FAMT-PET)およびF-18標識フルオロデオキシグルコースPET(FDG-PET)、さらに、X線CTや、MRI検査などを追加し、FAMTの腫瘍への集積に関しての知見を蓄積した。主に、口腔外科領域で良性、悪性の両者を含む腫瘍の症例で、検討を行った。口腔外科領域の腫瘍では、FAMTの集積は、腫瘍の中心部の比較的壊死細胞の少ない領域に集積が明瞭であり、FAMT集積はバイアビリティの高い増殖能に富む腫瘍への集積特異性が高いと考えられたのに対して、FDG-PETでは、周囲の炎症性組織と考えられる領域にも集積を認め、比較的腫瘍集積の特異性は低いと考えられた。口腔外科領域では、扁桃や声帯や咬筋群への非特異的な集積がFDG-PETでは多いのに対して、FAMT-PETでは、腫瘍のより特異的な描出が可能であり、腫瘍の増殖能の評価に加え、病変の正確な進展範囲の診断にも有用と考えられた。FAMT-PETは、FDG-PETの欠点を補い、相補的に新たな腫瘍の代謝情報が検索できると期待される。これらの結果は、2004年度欧州核医学会議にて発表予定である。これらの画像検査を行った全症例に対して、基本的に手術を行っており、術後に得られた腫瘍組織を凍結保存し抗LAT1抗体による免疫染色の準備を進めている。次年度は、現在までに蓄積した症例の腫瘍組織標本に対して、免疫染色を行い、FAMT集積との関連を調べていく予定である。これにより、FAMT集積の程度により腫瘍でのLAT1発現の程度を正確に診断できることを確認し、LAT1をターゲットとした分子標的治療の適応決定においてFAMT-PETが有用であるかどうかの評価を進めていく予定である。本年度で、3年計画の研究課題の2年目が終了し、初年度に、アミノ酸輸送担体であるLAT1の発現があると考えられる症例に対して行ったF-18標識αメチルタイロシンによるポジトロンCT検査(FAMT-PET)、F-18標識フルオロデオキシグルコースPET(FDG-PET)、X線CT、MRI検査などの画像データと口腔外科領域腫瘍術後の病理組織診断とを対比させ評価を行った。口腔外科領域の腫瘍では、FAMTの集積は、腫瘍の中心部の比較的壊死細胞の少ない領域に集積が明瞭であり、FAMT集積はバイアビリティの高い増殖能に富む腫瘍への集積特異性が高いと考えられたのに対して、FDG-PETでは、良性腫瘍や周囲の炎症性組織と考えられる領域にも集積を認め、比較的腫瘍集積の特異性は低いと考えられた。これらの画像検査を行ったのち手術を行った全症例に対して術後に得られた腫瘍組織標本にて抗LAT1抗体による免疫染色を行った。その結果、FAMT集積陽性となった症例の標本では、免疫染色にて、LAT1発現が明瞭に見られたのに対して、FAMT集積陰性の腫瘍では、LAT1発現は見られずFAMT集積とLAT1の発現に相関関係が示唆された。一方、FDG-PETではLAT1発現陰性の症例でも集積が見られ、良性腫瘍や炎症などへの集積が見られているものと考えられた。LAT1の発現は、細胞増殖マーカーであるKi-67の発現とも相関が見られた。今後さらに症例数を増やし検討を行い統計学的な検討を加えて行く予定である。これらの検討により、FAMT集積の程度により腫瘍でのLAT1発現の程度を正確に診断できることを確認できれば、LAT1をターゲットとした分子標的治療の適応決定におけるFAMT-PETの有用性が確認できるものと期待される。

2年目までに蓄積した症例にさらに症例を加え、F-18標識αメチルタイロシンによるポジトロンCT検査(FAMT-PET)、F-18標識フルオロデオキシグルコースPET(FDG-PET)、X線CT、MRI検査などの画像データと口腔外科領域腫瘍術後症例の病理組織診断とを対比した。これにより、FAMT集積はバイアビリティの高い増殖能に富む腫瘍への集積特異性が高いことが確認され、良性腫瘍や周囲の炎症性組織と考えられる領域にも集積を認めるFDG-PETよりも優れており、特異性の高い腫瘍診断薬であることが確認された。手術症例全例に対して行った抗LAT1抗体による免疫染色では、FAMT集積陽性となった症例の標本では、免疫染色にて、LAT1発現が明瞭に見られたのに対して、FAMT集積陰性の腫瘍では、LAT1発現は見られずFAMT集積とLAT1の発現に相関関係が確認された。LAT1の発現は、細胞増殖マーカーであるKi-67の発現とも相関した。これらの結果を、2005年度オーストラリアニュージーランド核医学会議および2005年度欧州核医学会議にて報告を行った。3年間の検討で、FAMT集積の程度により腫瘍でのLAT1発現の程度を的確に診断できることが確認できたため、今後、LAT1をターゲットとした分子標的治療の適応決定においてFAMT-PETが役立つものと考えられた。今後、臨床治験などを行う際に、FAMT-PETを行い、臨床例にて有用性の確認がなされることが期待される。
個と集団間の相互作用に着目した統合的協調手法の研究

本研究は,多様な能力を持つエージェント群においてミクロ的な視点の(1)自律的行動決定,(2)「個」と「個」の協調と,マクロ的な視点の(3)集団としての協調・集団間の協調との相互作用に着目し,これらを統合することで,(4)変化に柔軟で低コストかつ高効率な自律分散システムを実現する基本メカニズムを解明することを目的とし,具体的な問題としてマルチエージェント巡回問題を扱ってきた.本年度は,計画通り昨年までに検証した分業創発の知見をタスク割当問題および巡回問題における領域交渉手法への応用を通じて評価した.複雑な通信・交渉を利用せず,個々が独立に学習する中で全体での協調状態を創発させるという本質の部分は応用可能であるという示唆を得た.また,最終年度であるため成果をとりまとめ対外的に公表することにも尽力した.昨年までの複数の結果に新たな結果を加えて体系的に整理し,筆頭著者として1件の国際論文誌と1件の国際会議に採択された.これらの成果は学位論文としてもとりまとめ,受理されている.当初の計画では実機での検証を行う予定であった.しかし,検討段階で実機応用のためには自律的な時間的分業が必要だと分かり,そちらを優先して取り組んだ.これまでの成果から,連続活動時間の制約がある環境では空間的分業だけではなく,いつ巡回するかという時間的な視点が重要だと分かった.しかし,多くの研究では継続性のための時間的な行動調整は議論されていなかった.そこで本年度は,エージェントが自身の活動と休止の周期を学習する手法を提案し,空間的だけでなく時間的にも行動を調整する手法を提案した.評価実験の結果,環境に応じて異なる活動周期を学習し,適切な活動周期が不明な場合でも全体として効率的な巡回を実現した.本成果および問題提起は継続的なシステム実現のため重要であり,本課題のみならず広く分野での発展が期待される.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は、これまで研究されてきた(1)自律的行動決定(2)「個」と「個」の協調(3)集団としての協調・集団間の協調の、相互作用に着目し、それぞれのメカニズムをマクロな視点で統合することで変化に柔軟・低コスト・高効率な自律分散システムを実現するための基本メカニズムを解明することである。本年度は、項目(1)および(2)に着目し、継続協調巡回問題を定義し、各エージェントが自律的行動決定と単純な1対1間交渉によってボトムアップに分業体制を構築する手法を提案した。この手法では、あるタスクの責任者を完全に決定するのではなく、責任の一部を委託するという交渉を取り入れることで、自律的行動によって得られた各エージェントの情報の再配分・その情報を基に現状に適した行動の再学習がバランスよく行われ、エージェントが自己組織化的にチームのような働きを創発することが分かった。さらに、創発された各チームは互いに異なる場所を巡回するといった分化や、チーム内でも広範囲を巡回する者や狭い範囲を集中的に巡回する者など、役割分担が創発されることも確認した。加えて、これまでのトップダウンな担当領域の割り当て手法に比べて、本手法による各エージェントの自律的な担当領域の分化は環境の変化に対して柔軟な対応をとれることも確認できた。これらの成果は自律的行動と個体間の協調の相互作用がその枠を超えて集団全体の協調を生み出すことを示唆しており、柔軟かつ高効率な自律分散システムの実現への寄与が期待できる。本研究は予定通りか、やや先行して進んでいると考えている。本年度は概要でも述べたように当初の計画通り個の自律的行動と個体間の協調の作用が上手く組み合わさることにより、単純な交渉手法ながらもシステム全体の効率を向上できることを示唆した。これらの成果は2件の国際会議に採択され(内1件は発表済み)、国内でも2件の発表を行い予稿集として採録されている。また、集団としての協調・集団間の協調は次年度の課題であったが、本年度の成果では個の自律的行動と個体間の交渉のみでも集団全体の領域分割的なはたらきが創発されることを確認でき、この点がやや先行して進んだ点だと考えている。本研究の目的は、これまで研究されてきた(1)自律的行動決定(2)「個」と「個」の協調(3)集団としての協調・集団間の協調の、相互作用に着目し、それぞれのメカニズムをマクロな視点で統合することで変化に柔軟・低コスト・高効率な自律分散システムを実現するための基本メカニズムを解明することであり、本年度は計画の項目(3)集団としての協調・集団間の協調メカニズムの解明、(4)変化に柔軟で高効率なシステムの実現を行った。特に項目(4)変化に柔軟で高効率なシステムの実現を先取りして重点的に研究を行い、国内外で成果を発表した。これは、昨年および今年度の研究においてトップダウン的な集団的協調ではなくボトムアップ的な協調が効率性の向上だけでなく、変化への柔軟性を高めるという興味深い示唆が得られたためである。具体的には、複数エージェントにおける継続強調巡回問題において、エージェントが停止した場合と環境が変化した場合という内的・外的な変化に対する効率性と柔軟性を分析した。その結果、外的要因による変化では他の多くのエージェントのふるまいも変化するため、内的な変化とは異なる理由で収束に時間がかかることが確認された。

提案した個の自律的学習と個体間の単純な交渉によって創発された分業が内的な変化の際にその役割を動的に変化させることで柔軟に対応できること、また、対応すべき変化の規模が大きい場合にはノード単位の小さな粒度の学習と戦略・方針といった大きな粒度の学習が平行して行われていることで対応できることを示した。提案した手法によって動作するエージェントは両方の変化に対し別の機構をはたらかせることで柔軟に対応した。項目(4)においても他の研究者との連携により、全体(集団)の状況を表すごく簡単な情報を個のエージェントに与えることで、それぞれのエージェントがシステム最適に近づくように戦略を調整できることが示唆された。本研究は予定通り進んでいると考えている。概要でも述べたように、計画の項目(4)についてボトムアップに創発された協調が変化への柔軟性をも向上させるという興味深い示唆を得られ、国内外での成果発表を行った。特にエージェント間でどのようなふるまいが起きているかという疑問に対し、役割の動的な変更や異なる粒度の学習がはたらいていることを検証でき、これは本研究の目的である変化に柔軟・低コスト・高効率な自律分散システムの実現に寄与すると考えられる。また、進展の見込まれた項目(4)を中心に取り組んだが、項目(4)についても他の研究者と共同で進めている研究において、巡回問題のみでなくタスク割り当て問題においてもトップダウン的な協調手法を行う際に起こりうる課題と、トップダウンな情報がそれぞれの個体に与える影響についての示唆が得られた。それらの成果も国内外にて成果発表を行っており、来年度の発展が期待できる。本研究は,多様な能力を持つエージェント群においてミクロ的な視点の(1)自律的行動決定,(2)「個」と「個」の協調と,マクロ的な視点の(3)集団としての協調・集団間の協調との相互作用に着目し,これらを統合することで,(4)変化に柔軟で低コストかつ高効率な自律分散システムを実現する基本メカニズムを解明することを目的とし,具体的な問題としてマルチエージェント巡回問題を扱ってきた.本年度は,計画通り昨年までに検証した分業創発の知見をタスク割当問題および巡回問題における領域交渉手法への応用を通じて評価した.複雑な通信・交渉を利用せず,個々が独立に学習する中で全体での協調状態を創発させるという本質の部分は応用可能であるという示唆を得た.また,最終年度であるため成果をとりまとめ対外的に公表することにも尽力した.昨年までの複数の結果に新たな結果を加えて体系的に整理し,筆頭著者として1件の国際論文誌と1件の国際会議に採択された.これらの成果は学位論文としてもとりまとめ,受理されている.当初の計画では実機での検証を行う予定であった.しかし,検討段階で実機応用のためには自律的な時間的分業が必要だと分かり,そちらを優先して取り組んだ.これまでの成果から,連続活動時間の制約がある環境では空間的分業だけではなく,いつ巡回するかという時間的な視点が重要だと分かった.しかし,多くの研究では継続性のための時間的な行動調整は議論されていなかった.
p38シグナル伝達系による免疫制御に関する研究

p38活性を部分欠損するmkk3、mkk6ノックアウトマウスを用いて自然免疫応答を検討した。MCSF存在下で骨髄マクロファージを分化誘導しLPS刺激を行った。mkk3-/-6+/-マウス由来細胞ではp38活性が著明に低下し、同時にTNFα、IL-12分泌が顕著に減少した。IL-12は活性化T細胞をTh1に強力に分化させることが知られていることから、p38活性の低下によりTh1細胞分化が抑制される可能性が示唆された。他のmediatorの関与を明らかにする目的で定量RT-PCR法によりiNOSの誘導を検討したところmkk3-/-6+/-マウスにおいて同遺伝子の発現誘導が抑制されていた。以上の結果から、p38はマクロファージの殺菌、炎症性サイトカイン分泌の過程において重要な働きを負っていることが判明した。一方、mkk3・mkk6ダブルノックアウトマウス胎児より繊維芽細胞株(mkk3-/-mkk6-/-)の樹立に成功した。この細胞株ではTNFαによるp38活性化が欠損していたもののUVによるp38活性化は若干の残存が認められ、p38活性化におけるmkk4の関与が初めて明らかとなった。この細胞株では血清飢餓により惹起されるアポトーシスが強く阻害されていた。同細胞株をヌードマウス皮下に注入することにより有意に大きな腫瘍形成が認められた。以上よりp38活性はがん細胞増殖にも密接に関与することが明らかとなった。最後に、IL-2刺激によりp38と同様にリン酸化する蛋白STAM1を同定したため、その蛋白の挙動を検討した。その結果、STAM1は会合分子Hrsにより分解制御され、その欠損により細胞内小胞にユビキチン貯留が認められた。以上よりp38のみならずSTAM1,Hrsもアポトーシスに密接に関与することが明らかとなった。P38シグナル伝達系による免疫系の調節機構を明らかにする目的で、P38活性を欠損するmkk3、mkk6ノックアウトマウスを用いて抗原提示細胞機能およびT細胞分化誘導機構を対象として実験を行った。抗原提示細胞の機能解析では、in vitroにおけるnaive末梢CD4細胞分化は抗原提示細胞による運命決定が重要である。そこでMkk3,Mkk6ノックアウトマウスおよびコントロールマウスより骨髄細胞を採取しMCSF存在下で骨髄マクロファージを分化誘導しLPSをはじめとするPAMP刺激して免疫調節性サイトカインおよび炎症性サイトカインの分泌をELISA法により解析した。その結果、mkk3ノックアウトマウスおよびmkk3-/-6+/-マウスにおいてTNFα、IL-12、IL-10の分泌が顕著に減少することが判明した。IL-12およびTNFαはTh1型サイトカインと呼ばれ特にIL-12は活性化T細胞をTh1に強力に分化させることが知られている。したがってp38活性が低下した本ノックアウトマウスでは抗原提示細胞の機能異常によりTh1細胞分化が抑制される可能性が強く示唆された。一方、IL-10はT細胞抑制に働くことからIL-10の分泌低下は免疫系全般の抑制解除に影響する可能性が考えられた。一方、T細胞あるいは抗原提示細胞におけるp38活性の役割をさらに明らかにする目的でmkk3のコンディショナルノックアウトマウス作成を行った。その結果、相同組み換えを起こしたalleleを有する複数のES細胞クローン樹立に成功したため、in vitroでの薬剤耐性遺伝子除去を開始した。