hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
非神経性コリン作動系を基軸とした心筋梗塞病態の包括的理解とその非侵襲的制御

本研究では、心線維芽細胞内コリン作動系の生物学的意義と重要性、心筋梗塞病態への関与を明らかにするために、心筋梗塞モデルマウスを作製し、その急性期における心臓内コリン作動系の分子動態、および心線維芽細胞の挙動を追った。その結果、1心線維芽細胞はアセチルコリン(ACh)合成系、分解系、輸送系、および受容系など、コリン作動系に関わる要素を発現していること、2心筋梗塞後に心臓内ACh濃度が上昇すること、そしてその上昇は、3梗塞領域における心線維芽細胞由来のACh合成酵素(ChAT)発現量増加によりもたらされること、および4梗塞巣内心線維芽細胞数の増加に起因するものであることが明らかになった。近年、心筋細胞を含む多くの非神経性細胞においてコリン作動系の存在が明らかになり、心不全病態における副交感神経活動の重要性と、あらゆる細胞機能におけるアセチルコリン(ACh)の生物学的意義の再考が求められている。本研究では、非神経性コリン作動系を標的とした虚血性心疾患に対する新規治療法の開発を到達目標に掲げ、副交感神経活動がもたらす虚血性心疾患に対する病態改善作用を、心臓が持つ抗ストレス反応の内在性AChによる増強として説明すること、さらには、その分子メカニズムにおける非神経性コリン作動系の関わりと、新規薬物治療標的としての可能性を探ることを目的とした。ACh分解酵素阻害剤のひとつであるドネペジルは内在性のAChレベルの上昇を引き起こす。先行研究において、ドネペジルは慢性心不全モデル動物のポンプ機能低下を抑制し、生命予後を改善することが明らかになっている。本研究において、ドネペジルの心筋細胞の初代培養系に対する効果について検討した結果、ドネペジルは、グルコーストランスポーター(GLUT)の発現量を増加させ、グルコースの取り込み量を増加させた。さらには、自発性拍動数も有意に増加させた。これらのドネペジルの作用は、GLUT阻害剤であるfasentin処理により抑制された。これらの結果より、ドネペジルは、虚血性心疾患病態において、心筋GLUT発現量を増加させて糖代謝を亢進させることにより心筋細胞に虚血耐性をもたらす可能性が示唆された。先行研究により、ドネペジルは心筋梗塞モデルマウスにおいて、その急性期に、心破裂による死亡率を低下させて生命予後を改善することが明らかになっている。心筋梗塞病態の急性期には梗塞領域においてマクロファージを含む炎症系細胞による炎症反応が起こる。そこで本研究では、ドネペジルの抗炎症作用について培養マクロファージ細胞を用いて検討を行った。その結果、ドネペジルは、リポ多糖(lipopolysaccharide, LPS)刺激により惹起される炎症反応において、各種の炎症性メディエーターの産生・放出を抑制した。さらには、核内因子(nuclear factor kappa B, NF-kB)のLPS誘発性の核移行を抑制した。これらの結果から、ドネペジルは抗炎症作用を持つことが明らかになった。また、これらのドネペジルの作用は、アセチルコリンでは再現されず、また、アセチルコリン受容体阻害剤存在下においても認められたことから、非神経性コリン作動系を介さないことが明らかになった。さらには、異なるACh分解酵素阻害剤にはドネペジルが示すような抗炎症作用は認められなかったことから、ドネペジル特異な作用であることが明らかになった。これらの結果より、ドネペジルは、急性虚血性心疾患病態において、抗炎症作用を示すことにより心破裂による死亡リスクを軽減させることが示唆された。本研究では、培養マクロファージ細胞を用いて、ドネペジルが非神経性コリン作動系を介さずに抗炎症作用を示すことを明らかにした。これにより、ドネペジルは、急性虚血性心疾患病態において、抗炎症作用を示すことにより心破裂による死亡リスクを軽減させることが示唆された。一方で、心臓に常駐している線維芽細胞は心臓再構築において重要な役割を担っている。そこで、心線維芽細胞内コリン作動系の生物学的意義と重要性、心筋梗塞病態への関与、および生理作用への介入による細胞機能への影響を明らかにするための検討を行った。心筋梗塞モデルマウスを作製し、その急性期における心臓内コリン作動系の分子動態、および心線維芽細胞の挙動を追った結果、1心線維芽細胞はコリン作動系に関わる要素を発現していること、2心筋梗塞後に心臓内ACh濃度が上昇すること、3その上昇は心線維芽細胞内ChAT発現量増加と一致すること、および4梗塞巣内へ浸潤してきた心線維芽細胞数の増加に起因するものであることが明らかになった。科学研究費助成事業(学術研究助成基金助成金(若手(B))・課題番号(23790858)の補助事業期間を1年間延長したため、本事業の初年度(平成25年度)において、本事業と並行して延長事業も同時に遂行した。そのため、平成25年度、平成26年度に続き、平成27年度においても、本事業の達成度は当初の計画よりやや遅れている。

加えて、申請者は、平成27年10月1日付で、高知大学教育研究部自然科学系理学部門への配置転換および准教授への昇任となった。これに先立ち、書類審査、模擬授業、面接の準備にかなりの期間を要した。さらには、現在、高知大学理工学部設置の認可を受けるために文部科学省への申請準備を進めており、個々の教員も個人調書の作成、提出が求められている。これらの理由により、当初計画していた研究を十分に行うことができていない。近年、心筋細胞を含む多くの非神経性細胞においてコリン作動系の存在が明らかになり、心不全病態における副交感神経活動の重要性と、あらゆる細胞機能におけるアセチルコリン(ACh)の生物学的意義の再考が求められている。本研究では、非神経性コリン作動系を標的とした虚血性心疾患に対する新規治療法の開発を到達目標に掲げ、副交感神経活動がもたらす心不全病態改善作用における非神経性コリン作動系の役割を分子レベルで明らかにして、その生理作用への介入による心筋梗塞の非侵襲的制圧を目指す。心臓に常駐している線維芽細胞は心臓再構築において重要な役割を担っている。そこで、心線維芽細胞内コリン作動系の生物学的意義と重要性、心筋梗塞病態への関与、および生理作用への介入による細胞機能への影響を明らかにするための検討を行った。これまでに、心筋梗塞急性期において心筋内で増加するAChは心線維芽細胞由来であることを、心線維芽細胞内ChAT(ACh合成酵素)発現量の増加、および心筋内ACh濃度の直接測定で示した。更なる免疫組織化学的解析の結果、ChATとαSM actin(alpha smooth muscle actin,線維芽細胞マーカー)とが梗塞領域のみにおいて共局在している様子が観察された。この結果は、心筋梗塞急性期において心筋内で増加するAChは心線維芽細胞由来であるというこれまでの仮説を支持するものである。本研究では、心線維芽細胞内コリン作動系の生物学的意義と重要性、心筋梗塞病態への関与を明らかにするために、心筋梗塞モデルマウスを作製し、その急性期における心臓内コリン作動系の分子動態、および心線維芽細胞の挙動を追った。その結果、1心線維芽細胞はアセチルコリン(ACh)合成系、分解系、輸送系、および受容系など、コリン作動系に関わる要素を発現していること、2心筋梗塞後に心臓内ACh濃度が上昇すること、そしてその上昇は、3梗塞領域における心線維芽細胞由来のACh合成酵素(ChAT)発現量増加によりもたらされること、および4梗塞巣内心線維芽細胞数の増加に起因するものであることが明らかになった。科学研究費助成事業(学術研究助成基金助成金(若手(B))・課題番号(23790858)の補助事業期間を1年間延長したため、本事業の初年度(平成25年度)において、本事業と並行して延長事業も同時に遂行した。そのため、平成25年度に続き、平成26年度においても、本事業の達成度は当初の計画よりやや遅れている。今後は、平成26年度以降の研究実施計画に沿って、各種心筋組織構成細胞の培養系を用いて、それらの生理機能に対するAChの効果を、通常培養条件下および心不全病態を模した培養条件下において検討する。特に心線維芽細胞においては、これまでに明らかにしてきたコリン作動系の分子動態について動物実験によるin vivo解析を行う。
水素拡散誘起変態を利用したチタン・ジルコニウムの低温精密接合法の開発

本研究では、チタンおよびジルコニウムを低温精密接合することを目的とし、水素によるβ変態温度降下を利用して接合部を局部的に低温β変態させることにより無変形接合を達成する全く新たな接合方法(水素拡散誘起変態を利用した低温精密接合法)を提案・開発した。水素チャージを施した表面には、微細な水素化物の形成が認められ、チャージ時間の増加とともに生成量は増加し、接合面近傍のβ変態温度が低くなった。水素誘起変態を利用した接合継手では、無処理拡散接合(水素無添加)に比べ接合性が大幅に改善された。以上のことから、水素誘起β変態を利用したチタンおよびジルコニウムの低温拡散接合が実現できた。チタンおよびジルコニウムの低温精密接合技術として、水素によるβ変態温度降下を利用して接合部を局部的に低温β変態させることにより無変形接合を達成する全く新たな接合方法(水素拡散誘起変態を利用した低温精密接合法)を提案・開発することを目的とした。本年度は、接合性の評価および接合部の組織観察を実施した。水素添加したチタンおよびジルコニウムの接合性に及ぼすプロセスパラメータの影響を調査するとともに、接合部の組織的特徴を明らかにした。水素チャージしたチタンを固相拡散接合したときの接合部組織を調査した。水素チャージ時間100ksの場合は接合界面においてボイドが多少見られたが、水素チャージ時間300500ksでは750800°Cの接合温度において接合界面を横切る結晶粒の成長が認められた。また、600°C×0.6ksで接合した接合界面近傍では、鋸歯状α組織が観察されたことから、接合過程で接合界面近傍のみがβ変態したことが推察された。接合界面付近における水素化物の析出を抑制するために接合後熱処理を施した。熱処理時間の増加とともに水素化物の析出は減少し、硬さ分布も均一化することが明らかとなった。一方、水素チャージしたジルコニウムに対して接合温度800°Cにて固相拡散接合を行った。水素チャージ時間100ksおよび300ksを施した試験片に対して800°C×0.6ksの条件で接合を行ったところ、水素チャージ時間100ksの場合は接合界面においてボイドが多少見られたが、水素チャージ時間300700ksでは接合界面を横切る結晶粒の成長が認められた。本年度は、水素によるβ変態温度の低温化および接合過程の水素拡散誘起変態挙動について検討し、接合過程における母材の変形挙動について調査した。水素による低温変態挙動を解明することを目的として、陰極チャージによる水素添加材に対して電子顕微鏡による組織解析を行い、チタンおよびジルコニウムの水素化物(TiHおよびZrH)の生成を確認した。水素添加材の変態挙動(β変態温度の低温化)を明らかにするため、加熱に伴う組織変化の直接観察、β変態温度の測定、生成相の変化と変態領域の調査を実施した。その結果、無処理チタンのβ変態温度は882°Cであるが、水素チャージ時間が増加するに伴いβ変態温度が低くなり、水素チャージ時間500ksにてβ変態開始温度は約460°Cまで低下することが明らかとなった。また、水素チャージ時間300ksの試料を600°C×0.6ksの条件で熱処理すると、水素チャージ面付近においてβ変態したときの特徴である鋸歯状α組織が観察され、水素チャージにより低温でβ変態したことが確認された。接合過程の母材変形挙動を明らかにするため、接合過程における母材の変形挙動を評価し、無変形条件範囲を確定した。その結果、チタン接合では接合温度600800°Cで変形率は目標値である2%以内に抑えられた。ジルコニウム接合では、接合温度750820°Cの場合は変形率は0.2%以下であったが、接合温度870°Cの場合は0.77%であった。このことから、β変態温度以下の接合温度では接合過程における変形率が十分低いことが明らかとなった。本年度は、最終年度として、接合継手特性に及ぼすプロセスパラメータの影響を明らかにし、本接合法の有用性を検証した。まず、接合継手の機械的特性に及ぼすプロセスパラメータの影響を調査した。

水素誘起変態を利用した接合継手では、接合温度800°Cでは母材の約70%の接合強さが得られ、750°Cにおいても母材の50%以上の強さを示し、無処理拡散接合(水素無添加)に比べ、接合強さがかなり向上した。特に、無処理拡散接合では、低温接合条件(600750°C)における接合強さは非常に低いが、水素誘起変態を利用した接合では、接合性が大幅に改善できることが明らかとなった。また、破断形態の調査を行ったところ、無処理拡散接合の場合は大部分の領域において脆性的な割れ破面様相が確認されたが、水素誘起変態を利用した拡散接合の場合は、いずれの試験片も界面破断であるが塑性変形を伴う延性的破壊であることを確認した。次に、接合継手の耐食性に及ぼすプロセスパラメータの影響を調査した。接合継手の耐食性を評価するため、過塩素酸無水酢酸で定電位腐食したのち、接合界面に形成された腐食溝の長さおよび深さを計測した。接合温度750°C以上では腐食溝はほとんど形成されず、腐食溝率もきわめて低く、耐食性は概ね良好であることが明らかとなった。以上のことから、水素誘起β変態を利用したチタンおよびジルコニウムの低温拡散接合が実現できるものと判断された。溶接・接合工学当初計画で策定した検討項目は、すべて遂行することができ、おおむね望ましい実験結果が得られている。特に、水素チャージによる接合面での低温β変態の確認と接合界面を横切る結晶粒の成長が認められたことは、今後の研究に大きな意義があるものと言える。このことから、現在までの研究の達成度は、ほぼ100%であると判断している。当初計画で策定した検討項目は、すべて遂行することができ、おおむね望ましい実験結果が得られている。特に、水素チャージにより接合面での低温β変態の実現性を得たことは、今後の研究に大きな意義があるものと言える。また、低温β変態が生じる接合条件範囲では、ほぼ無変形接合が達成できる可能性が示された。本研究課題の今後の推進方策としては、当初計画の通り、接合継手の機械的特性および耐食性ついて検討を加える予定である。検討項目は、接合継手の機械的特性および耐食性に及ぼすプロセスパラメータの影響であり、従来接合法による接合継手特性と比較検討することにより、本接合法の優位性を明確にする計画である。本研究課題の今後の推進方策としては、当初計画の通り、接合性の評価および接合部の組織観察を実施する予定である。接合性に及ぼすプロセスパラメータの影響では、水素添加したチタンおよびジルコニウムの接合性に及ぼすプロセスパラメータの影響を調査し、接合可能条件範囲を確定する予定である。検討項目は、接合状況(接合率)に及ぼすプロセスパラメータの影響、接合可能条件範囲の確定を計画している。接合部の組織解析では、接合部の組織的特徴、元素分布および生成相を明らかにする予定である。検討項目は、接合部のマクロ・ミクロ組織(組織的特徴の把握)、接合部の元素分布および生成相同定を計画している。予算執行の端数が残額として生じたため。翌年度分の物品費に充当する。平成25年度は、物品費として400,000円、旅費として1,100,000円を使用することを計画している。
遺伝子組換えP450導入酵母によるハロゲン化合物分子変換システムの開発と性能評価

四塩化炭素やトリクロロエチレンを含むハロメタン、ハロエタン類は従来から精密器械の洗浄剤やドライクリーニングの洗浄剤として多用されてきた。これらのハロゲン化炭化水素類は安定で分解されにくく、又大量に使用されたため現在地下水汚染の主な原因になっている。これらは発癌性や誘奇形性を保持しているため、特に社会的に大きな問題になっている。これらのハロエタン類が、遺伝子操作によって導入されたネズミ肝臓シトクロムP450酵素を含む酵母によってどのように分解されるかをバイオリアクターを用いて詳細に調べた。特に今回はP450の活性部位及び分子表面に存在すると推定されるアミノ酸を他のアミノ酸へ変換した効果を調べた。ヘムの遠位に存在すると推定されるGlu318及びThr319をアラニンに変換すると、トリクロロエチレン、ペンタクロロエタン、及びヘキサクロロエタンに対する脱ハロゲン活性はある条件下で2倍-13倍もの大きな活性上昇が観測された。ペンタクロロエタンやヘキサクロロエタンが基質の場合、脱ハロゲン化生成物に対するプロトン化生成物の割合もこれらの変異により著しく上昇した。さらにP450分子表面に存在しかつ基質結合部位の近くに存在すると推定されるLys250、Arg251、Lys253をロイシンに変換すると、ほとんどの条件下でこれらのハロゲン化合物に対する活性が上昇した。これらの活性部位及び分子表面におけるアミノ酸の反応活性に対する役割について詳細に議論した。ハロゲンを含む化学物質は冷却剤、産業用溶媒、農薬、除草剤などに多く利用されているが、これらの化学物質は分解されにくく、環境汚染の主な原因となっている。今回特に地下水汚染の主な原因になる化学物質であるハロエタン類が、遺伝子操作によって導入されたネズミ肝臓シトクロムP450酸素を含む酵母によってどのように分解されるかをバイオリアクターを用いて詳細に調べた。ペンタクロエタンは本遺伝子操作酵母によりトリクロロエチレン、トリクロロアセトアルデヒド、及び2、2、2-トリクロロエタノールに効率良く分解された。ヘキサクロロエタンはテトラクロロエチレンに分解された。又、トリクロロエチレンはトリクロロアセトアルデヒド及び2、2、2-トリクロロエタノールに効率良く分解された。これら以外にも1、1、2-トリクロロエタン、1、1、1、2-テトラクロロエタン、1、1、2、2-テトラクロロエタンなどもいくつかの化合物に分解された。これらの反応は酸素存在下又は空気中よりも窒素で満たした溶液中の方が約3倍程さらに効率良く反応が進行した。さらに酵母の栄養になるぶどう糖を添加することにより酵母の反応効率などはかえって低下してしまった。以上の反応効率は酵母を粉砕した場合、酵母自身の場合よりも上昇し、酵母の表面膜がこれら化学物質の酵母内への導入を妨げることがわかった。特に今回はP450の活性部位及び分子表面に存在すると推定されるアミノぶ酸を他のアミノ酸へ変換した効果を調べた。

さらにP450分子表面に存在しかつ基質結合部位の近くに存在すると推定されるLys250、Arg251、Lys253をロイシンに変換すると、ほとんどの条件下でこれらのハロゲン化合物に対する活性が上昇した。これらの活性部位及び分子表面におけるアミノ酸の反応活性に対する役割について詳細に議論した。
ウイルスＲＮＡセンサータンパク質によるウイルス感染認識分子機構の解明

本年度は、生細胞におけるウイルスRNAへの応答機構を解明する基盤となる技術の開発をすべく、細胞研究用として試作された共焦点顕微鏡一体型高速原子間力顕微鏡を細胞表層で起こる現象の観察に応用し、分子の局在と微細な構造を同時に可視化する観察系の確立に成功した。高速原子間力顕微鏡による生細胞観察から、細胞表面には160110 nm、2150300 nmの直径の異なる2種類の膜のくぼみ(ピット)があり、ピットの開閉が起きていることが明らかになった。ピットのサイズから、カベオリン依存的、クラスリン依存的エンドサイトーシスのピットであることが示唆されたため、各経路のマーカータンパク質とピットの共局在を検証した。結果、大きなピットはクラスリン依存的、小さなピットはカベオリン依存的エンドサイトーシスのピットであることが分かり、クラスリンの経路では“膜の隆起がピットにフタする"ことが明らかとなった。AFMによる膜直下の皮層アクチンの観察によって、膜の隆起形成にはアクチンが関与していることが示唆された。そこで、アクチン関連因子(アクチン、Arp2/3複合体など)をターゲットとした阻害剤による機能阻害と、RNA干渉法によるタンパク質の発現量の低下を行った。これらの条件で、膜の隆起の形成が顕著に抑えられ、閉じたピットが再び開く“不可逆的に開閉するピット"が増加した。この結果は、クラスリン被覆ピットを細胞膜から切り離すステップでは、Arp2/3複合体等のアクチン関連タンパク質が一過的に集積し、細胞膜を上に押し上げると共に、小胞を下に押し下げることで、不可逆的な膜の切り離しが行われていることを示唆するものである。ここで確立された生細胞での分子の局在と微細な構造を同時に可視化する観察系は、今後、生細胞内でのウイルス感染により誘発される感染認識の素過程を理解する上で、重要な基盤となる。28年度が最終年度であるため、記入しない。外来ウイルスRNAの認識におけるセンサータンパク質MDA5の構造・機能協関を明らかにするために、液中高速原子間力顕微鏡を用いて、機能活性型/不活性型MDA5の構造を可視化解析した。結果、機能活性型MDA5は「閉じた」構造であり、一定時間内における分子最小外接径の変化が不活性型MDA5に比べて優位に小さかった。これは、“機能活性型は閉じた構造"であり“機能不活性型は開いた構造"であるという、これまでの知見を動的側面から支持するものである。活性型MDA5がミトコンドリア膜上の下流シグナル因子IPS-1を活性化する分子機構を解明するために、以下の実験を行い、成果を得た。精製したIPS-1に、野生型/恒常活性型MDA5を加え、原子間力顕微鏡で可視化したところ、恒常活性型MDA5を加えた場合にのみ、IPS-1の凝集が観察された。また、蛍光タンパク質融合型IPS-1を発現するHeLa細胞からミトコンドリアを単離し、ミトコンドリア上でのIPS-1の局在・凝集を蛍光顕微鏡下で経時観察する系を立ち上げた。現在、MDA5がミトコンドリア上のIPS-1の局在や凝集に及ぼす影響を解析中である。“生細胞内におけるウイルス感染認識の素過程の可視化解析"の前段階として、細胞研究用として新たに試作された共焦点顕微鏡一体型高速原子間力顕微鏡を、生細胞表層で起こる現象の観察に応用した。生細胞の表面の観察から、細胞表面には、直径の異なる大小2種類の膜のくぼみ(ピット)があり、様々な異なる膜動態が付随したピットの開閉が起きていることが明らかになった。蛍光分子融合型のエンドサイトーシス関連タンパク質とピットとの共局在を検証した結果、大小のピットがそれぞれクラスリンとカベオリン依存的エンドサイトーシスのピットであることが分かり、クラスリンのエンドサイトーシスでは、“膜の隆起がピットにフタする"ことが分かった。平成27年度は、研究項目1の高速原子間力顕微鏡を用いた精製MDA5分子の一分子レベルでの動態-機能相関の解析をほぼ終え、研究項目3では、生細胞内での“ウイルスRNA- MDA5-IPS-1複合体"の時空間解析を行う上で、重要な基盤となる、生細胞での分子の局在と微細な構造とを同時に可視化する観察系を確立した。

そこで、アクチン関連因子(アクチン、Arp2/3複合体など)をターゲットとした阻害剤による機能阻害と、RNA干渉法によるタンパク質の発現量の低下を行った。これらの条件で、膜の隆起の形成が顕著に抑えられ、閉じたピットが再び開く“不可逆的に開閉するピット"が増加した。この結果は、クラスリン被覆ピットを細胞膜から切り離すステップでは、Arp2/3複合体等のアクチン関連タンパク質が一過的に集積し、細胞膜を上に押し上げると共に、小胞を下に押し下げることで、不可逆的な膜の切り離しが行われていることを示唆するものである。ここで確立された生細胞での分子の局在と微細な構造を同時に可視化する観察系は、今後、生細胞内でのウイルス感染により誘発される感染認識の素過程を理解する上で、重要な基盤となる。第二年度は、MDA5がミトコンドリア上のIPS-1の局在や凝集に及ぼす影響を、単離ミトコンドリアを用いたin vitroの系と生細胞を用いたin vivoの系にて、精査していく。28年度が最終年度であるため、記入しない。
計算幾何学を応用した制御系の解析・設計に関する研究

本研究の成果は以下のようにまとめられる.いずれの課題に関しても,計算幾何学の成果を応用している.・線形システムに対するロバスト制御器の設計に関する検討値集合を用いる方法の従来の結果の整理と拡張を行った.完全分解された表現に対しては,多角形区間演算を用いる方法が有効であり,これを用いた値集合の高速計算,PID制御器の設計のためのCADシステムはほぼ完成させることができた.また,完全分解できない関数に対する値集合の算出についても,かなり有効な方法を考案できた.また,これに基づいた多変数多項式に対するプログラムのインプリメントはほぼ完成している.・区分的線形リヤプノフ関数の生成に関する研究リヤプノフ関数の構成が,安定定理から導かれる線形計画問題として定式化できることを明らかにした.これにより,凸多面体リヤプノフ関数の場合よりもその構成法が見通しのよいものととなった.さらに,現在の自由度では,リヤプノフ関数が構成できない場合に自由度を増やすための適切な分割超平面の計算法なども提案するとともに,この自由度を増やした場合に対して対応する線形計画問題を高速に解く方法も提案した.また,超平面で分割するだけでなく,区分的な超平面で分割すること,不連続系への検討も行った.・単体的複体を記述するためのデータ構造とその構成プロトタイプとなるデータ構造の考案とそのインプリメントを行った.区分的線形リヤプノフ関数の生成のプログラムでもこれを用いている.また,最適化問題の解法に関連して,非線形方程式の求解アルゴリズムの1つのインプリメントを行ったが,実用的にはアルゴリズムを更に改良する必要があることがわかった.本研究の成果は以下のようにまとめられる.いずれの課題に関しても,計算幾何学の成果を応用している.・線形システムに対するロバスト制御器の設計に関する検討値集合を用いる方法の従来の結果の整理と拡張を行った.完全分解された表現に対しては,多角形区間演算を用いる方法が有効であり,これを用いた値集合の高速計算,PID制御器の設計のためのCADシステムはほぼ完成させることができた.また,完全分解できない関数に対する値集合の算出についても,かなり有効な方法を考案できた.また,これに基づいた多変数多項式に対するプログラムのインプリメントはほぼ完成している.・区分的線形リヤプノフ関数の生成に関する研究リヤプノフ関数の構成が,安定定理から導かれる線形計画問題として定式化できることを明らかにした.これにより,凸多面体リヤプノフ関数の場合よりもその構成法が見通しのよいものととなった.さらに,現在の自由度では,リヤプノフ関数が構成できない場合に自由度を増やすための適切な分割超平面の計算法なども提案するとともに,この自由度を増やした場合に対して対応する線形計画問題を高速に解く方法も提案した.また,超平面で分割するだけでなく,区分的な超平面で分割すること,不連続系への検討も行った.・単体的複体を記述するためのデータ構造とその構成プロトタイプとなるデータ構造の考案とそのインプリメントを行った.区分的線形リヤプノフ関数の生成のプログラムでもこれを用いている.また,最適化問題の解法に関連して,非線形方程式の求解アルゴリズムの1つのインプリメントを行ったが,実用的にはアルゴリズムを更に改良する必要があることがわかった.本年度の成果は以下のようにまとめられる.・単体的複体を記述するためのデータ構造とその構成プロトタイプとなるデータ構造の考察とそのインプリメントを行った.区分的線形リヤプノフ関数の生成のプログラムでそれを用いているが,最適化問題へ応用することは,次年度の課題である.・線形システムに対するロバスト制御器の設計に関する検討値集合を用いる方法の従来の結果の整理と拡張を行った.完全分解された表現に対しては,多角形区間演算を用いる方法が有効であり,これを用いた値集合の高速計算,PID制御器の設計のためのCADシステムはほぼ完成させることができた.また,完全分解できない関数に対する値集合の算出についても,かなり有効な方法を考案できた.また,これに基づいた多重線形関数に対するプログラムのインプリメントはほぼ完成しているが,多変数多項式,または,その比で与えられる場合については次年度の課題である.さらに,時間領域における検討として,ロバストサーボ系の設計におけるフィードフォワード項の効果を明らかにすることができた.・構造可変な非線形サーボ系における制御器の設計に関する理論的検討線形時変系として扱う方法と非線形システムとして扱う方法の2つの方法の検討を行い,前者については,パラメータ依存リヤプノフ関数を用いる一方法,後者については,リファレンスガバナとリファレンス依存のゲイン切替えを組み合わせた方法を提案した.本年度の成果は以下のようにまとめられる.・線形システムに対するロバスト制御器の設計に関する検討値集合を用いる方法の従来の結果の整理と拡張を行った.完全分解された表現に対しては,多角形区間演算を用いる方法が有効であり,これを用いた値集合の高速計算,PID制御器の設計のためのCADシステムはほぼ完成させることができた.また,完全分解できない関数に対する値集合の算出についても,かなり有効な方法を考案できた.また,これに基づいた多変数多項式に対するプログラムのインプリメントはほぼ完成している.・区分的線形リヤプノフ関数の生成に関する研究リヤプノフ関数の構成が,安定定理から導かれる線形計画問題として定式化できることを明らかにした.これにより,凸多面体リヤプノフ関数の場合よりもその構成法が見通しのよいものととなった.さらに,現在の自由度では,リヤプノフ関数が構成できない場合に自由度を増やすための適切な分割超平面の計算法なども提案するとともに,この自由度を増やした場合に対して対応する線形計画問題を高速に解く方法も提案した.

また,超平面で分割するだけでなく,区分的な超平面で分割すること,不連続系への検討も行った.・単体的複体を記述するためのデータ構造とその構成プロトタイプとなるデータ構造の考案とそのインプリメントを行った.区分的線形リヤプノフ関数の生成のプログラムでもこれを用いている.また,最適化問題の解法に関連して,非線形方程式の求解アルゴリズムの1つのインプリメントを行ったが,実用的にはアルゴリズムを更に改良する必要があることがわかった.
コメニウスの『人事の改善についての総勧告』における教育思想研究

1.コメニウス研究の記念文献をかなりの程度収集した。(1)戦前ドイツで発行されていた雑誌"Monatsbefte der Comenius-Gesselschaft"(現物は日大所蔵)、(2)戦前チェコで発行され現在も体裁を変えて刊行されているコメニウス研究機関誌"Acta Comeniana"(3)戦前発行されたコメニウス著作州"Veskere spisy jana Amosa komenskiho"(4)刊行継続中のコメニウス全集"OPERA OMNIA Jan Amos komensky"(5)コメニウスの生誕地ウヘルスキーブロートの「コメニウス博物館」から発行されている雑誌"stadia comenianaethistorica"(6)西ドイツのボッフムから刊行されているコメニウス研究シリーズ"schriftenrurComeniusforschung veroffenthchung der Comeniusforschungsstelle im lnstitut fur padagogik der Ruhr-Universitat Bochum"(7)コメニウス著作選集"Comenius Aasgewahlto Werke"などである。2.日本国内のコメニウス研究はこの10年間にかなりの進展をみせた。この間に発表された研究論文は約80点あり、それらを収集し一覧表を作成した。3.高知大学教育学部研究に「コメニウスの『総勧告』研究ノート(その1)、(その2)を発表し、(その3)を投稿中。『構勧告』の中心部分である「汎知」思想について日本教育学会で発表した。コメニウス思想は、狭い意味での教育学だけでなく、政治思想、社会改革思想の面からも貴重な歴史的遺産であることがますます明らかになった。4.井ノ口淳三氏と協同で、コメニウスの伝記の共同執筆を始めた。現在継続中である。5.今後はコメニウスの「汎知」思想をさらに解明すること、また「総勧告』の付録に付けられている「汎知事典」も視野に入れた研究を進めること、現在形成されつつあるコメニウス研究者の連絡網を密にし、共同研究を発足させること、などが課題とされている。現在継続中である。
汎用性のある博物館・学校・地域等連携実践の新たな開発と普及

現行の学習指導要領は、10年前に改訂され、「脱ゆとり」と基礎学力の向上が目指されてきた。令和2年度から施行される新学習指導要領は、博物館や地域住民、民間企業、大学等との連携が重視される。本研究の3年間は、まさに博物館・学校・地域等連携において新たな流れをつかめるかどうかの岐路となっている。この機会をとらえ、本研究課題では、博物館・学校・地域等連携が決して特別なものではなく、どの学校やどの地域等でも実践できる、例えば、教科書に紹介されるような当たり前の、普及性のある取組へ高める。新学習指導要領は既に公示されている。そこで滋賀県立琵琶湖博物館で考案した体験学習のうち、新要領理科の内容に合致、または改良によって新開発できると考えられるものを整理していった。また、研究協力者との連携を軸に、地域の学習ボランティアや理科、環境学習にかかる民間企業と協力し、新要領に添った次の学習を試作することができた。そのうち小学校第6学年理科「地球に生きる」の学習について、地域学校協働本部からの支援に加え、地元企業、社会教育施設(博物館)と学校が直接的、間接的に関わり、児童による主体的な学習を試作し、予備実践を行った。その結果、児童による対話的な関わりが展開し、習得・活用・探究をプロセスとした深い学びへの一歩を踏み出すことができた。今回の学習では、子どもたちは自らの予想と観察した事実に違いがあった。これによって、児童一人ひとりに概念的な葛藤が生まれ、問題解決への意欲が高まっていた。ただ、学習課題に対しては、何を明らかにするために課題を解決しようとしているのか、どんな結果が出たら何が導き出されることになるのか、これが生活場面にあった場合、どう生かしていけるかといった視点に弱い傾向が見受けられた。次年度は、こうした傾向を改善できる教材開発を行っていく。今年度の博物館、学校、地域連携は、地域学校共同本部が手配した地域の方から「かつて地域で見られた生き物たち」について、また、参画した企業から「淡水魚をなぜ繁しょくさせようと取り組んでいるのか」についてわかりやすく説明していくといった実践的研究となった。その後、ビオトープから移した淡水魚を観察し、実際のビオトープを見学した。質疑応答の時間では、子どもたちからは「自然に繁殖させることがどれだけ難しいのですか」、「ふ化に成功したら昔の環境に戻ったことになるのですか」といった質問があった。こうした学習は、学校ブログによって紹介された。これを読んだ保護者の方が、子どもたちの地域学習に対し喜びの声を寄せてくださった。今後も、地域のさまざまな立場の方々と関わり、地域素材を生かして学べるような機会を取り入れようと考えている。今回、事前の学習および地域と連携した学校連携をとおし、児童による問題追究への態度が見られ、主体的に学習に取り組む様子がうかがえた。また、各班で積極的に話し合う姿や学芸員などへ質問する姿から、対話的な学びが少しずつ進んでいると考える。ただ、児童のふりかえりカードには、将来を見すえた記述は少なかった。本実践の課題として、今学んでいることが自分の将来にどう関わり、どう役立てることができるのか、といった意識づけや声かけが十分ではなかったことが挙げられる。単に地域を通して学ぶのではなく、地域から自分に落とし込んでいくような手立てを取り入れる必要があったと考えている。令和2年度で施行される新学習指導要領を一言で表せば、「つながる」だと考える。それは、博物館が学校や地域等とつながることはもちろん、各教科等をつなげて、学校側とともに横断的な教育課程を作ることである。連携する学校や地域の特色を生かし、育てたい子ども像と学習のねらい等を地域等と共有する。ここから児童にとって必要感のある主体的・対話的な学びが進展し、深い学びは具体化するのではないか。今後も児童の資質・能力をより高めるため、本研究をさらに加速させなければならない。そのためにも、国内の先進地域を視察し、そこで得た知見をさらに整理して、改善していく必要がある。しかし、研究初年度として他地域への視察や調査が予定通りに進んだとは言えなかった。そもそも博物館事業の教育普及を学習指導要領の観点から探っていく研究は皆無に近い。それが、本研究で求められる価値である。その価値は、まず全国で地道に進められる実践をつぶさに拾い上げ、整理することが礎となっている。それが、研究初年度においては十分とは言えなかった。したがって、研究2年度は当初計画に挙げていた他地域での実践を調査することをベースとして、新しい指導要領への裏付けを図っていく。新しい学習指導要領の考え方や理念を博物館の教育普及活動に生かす本研究の特色を、さらに全面的に押し出していく。

また、研究協力者との連携を軸に、地域の学習ボランティアや理科、環境学習にかかる民間企業と協力し、新要領に添った次の学習を試作することができた。そのうち小学校第6学年理科「地球に生きる」の学習について、地域学校協働本部からの支援に加え、地元企業、社会教育施設(博物館)と学校が直接的、間接的に関わり、児童による主体的な学習を試作し、予備実践を行った。その結果、児童による対話的な関わりが展開し、習得・活用・探究をプロセスとした深い学びへの一歩を踏み出すことができた。今回の学習では、子どもたちは自らの予想と観察した事実に違いがあった。これによって、児童一人ひとりに概念的な葛藤が生まれ、問題解決への意欲が高まっていた。ただ、学習課題に対しては、何を明らかにするために課題を解決しようとしているのか、どんな結果が出たら何が導き出されることになるのか、これが生活場面にあった場合、どう生かしていけるかといった視点に弱い傾向が見受けられた。次年度は、こうした傾向を改善できる教材開発を行っていく。今年度の博物館、学校、地域連携は、地域学校共同本部が手配した地域の方から「かつて地域で見られた生き物たち」について、また、参画した企業から「淡水魚をなぜ繁しょくさせようと取り組んでいるのか」についてわかりやすく説明していくといった実践的研究となった。その後、ビオトープから移した淡水魚を観察し、実際のビオトープを見学した。質疑応答の時間では、子どもたちからは「自然に繁殖させることがどれだけ難しいのですか」、「ふ化に成功したら昔の環境に戻ったことになるのですか」といった質問があった。こうした学習は、学校ブログによって紹介された。これを読んだ保護者の方が、子どもたちの地域学習に対し喜びの声を寄せてくださった。今後も、地域のさまざまな立場の方々と関わり、地域素材を生かして学べるような機会を取り入れようと考えている。今回、事前の学習および地域と連携した学校連携をとおし、児童による問題追究への態度が見られ、主体的に学習に取り組む様子がうかがえた。また、各班で積極的に話し合う姿や学芸員などへ質問する姿から、対話的な学びが少しずつ進んでいると考える。ただ、児童のふりかえりカードには、将来を見すえた記述は少なかった。本実践の課題として、今学んでいることが自分の将来にどう関わり、どう役立てることができるのか、といった意識づけや声かけが十分ではなかったことが挙げられる。単に地域を通して学ぶのではなく、地域から自分に落とし込んでいくような手立てを取り入れる必要があったと考えている。令和2年度で施行される新学習指導要領を一言で表せば、「つながる」だと考える。それは、博物館が学校や地域等とつながることはもちろん、各教科等をつなげて、学校側とともに横断的な教育課程を作ることである。連携する学校や地域の特色を生かし、育てたい子ども像と学習のねらい等を地域等と共有する。ここから児童にとって必要感のある主体的・対話的な学びが進展し、深い学びは具体化するのではないか。今後も児童の資質・能力をより高めるため、本研究をさらに加速させなければならない。
再生組織／細胞製品出荷前の非侵襲・リアルタイム検査による品質管理システムの開発

本学医歯学総合病院の特色である再生医療プロジェクトの一つに、「培養複合口腔粘膜」移植がある。患者に移植した「製品」である培養複合口腔粘膜の性質は、手術直前に一部「製品」を切除、ホルマリン固定し、HE染色により評価している。この検査方法では移植前のリアルタイム検査が不可能であり、「製品」にもキズがつく。実際、HE染色による評価では同一患者の細胞で全く同様に作製した「製品」でも、組織学的に必ずしも同一のものではないことが明らかになっているが、この方法では移植前に「製品」の性能が把握できない。現在のところ、患者移植前の「製品」のスクリーニングとしては、微生物コンタミネーションの確認および培養液中のグルコース濃度の測定を行い、グルコース消費量の少ない「製品」は、移植に用いない。しかし、単一の検査法だけでは「製品」のモニタリングとして十分とはいえない。本研究の目的は、グルコース消費量に加え、移植前に、「製品」をキズつけず、かつリアルタイムに測定可能な検査法を確立し、"出荷基準"を策定することである。本年度は昨年度に続き意図的に43°Cで24時間インキュベートし、できの悪い培養粘膜を作製した。この条件で作製した培養粘膜を組織学的に観察すると、重層扁平上皮の形成は確認されたものの、上皮全体が下層のスキャホールドと完全に分離していたものが多かった。この培養粘膜について、従来のグルコース濃度測定に加え、Raman分光光度計干渉装置(spectroscopy)、VEGFおよびLDHレベルの測定を行つている。また、対照として39°Cで24時間および41°Cで24時間インキュベートした培養粘膜についてもすべての検査を開始し、症例数を蓄積している。本年度は意図的に43°Cで24時間インキュベートし、できの悪い培養粘膜を作製した。この培養粘膜について、従来のグルコース濃度測定に加え、Raman分光光度計干渉装置(spectroscopy)、VEGFおよびLDHレベルの測定を行っている。また、対照として39°Cで24時間および41°Cで24時間インキュベートした培養粘膜についてもすべての検査を施行中である。
テンソル力に適した巨大次元殻模型による中性子過剰ハイパー核の構造研究

本研究は、2カ年の期間内に、ラムダハイパー核のヘリウム同位体の構造計算を行い、その構造を系統的に解析すること、ラムダ・シグマ結合相互作用が中性子数の増加に伴いどのように変化するのかを解明することを目的として行いました。本研究課題を遂行するためにはラムダ・シグマ結合相互作用をあらわに取り入れた計算が必要ですが、ラムダ・シグマ結合相互作用の主要な成分は、バリオン間相互作用の中で重要かつ従来の模型空間では直接的な扱いが難しい「テンソル力」です。そのため、通常核においてすでに確立されていたテンソル力の扱いに特化した巨大次元殻模型(TOSM)をハイパー核にも適用できるよう計算コードの開発を行ってきました。本研究で新たに開発されたラムダ・シグマ結合相互作用をあらわに取り入れたTOSM法により、ラムダハイパー核のうち質量数が3の水素、質量数4の水素およびヘリウム、質量数5のヘリウムの各状態のエネルギー準位を計算し、ラムダ・シグマ結合相互作用の寄与を調べました。また予備計算の段階ではあるもの、中性子過剰ラムダハイパー核である質量数7のヘリウムの各状態についてもエネルギー準位の数値計算結果を得ました。そして、本研究で注目しているラムダ・シグマ結合相互作用のエネルギーに対する寄与は、ラムダハイパー核を束縛させるのに重要な役割を果たしているという結果を得ました。これはすでに行われている精密少数計算の結果と一致するものです。これらの計算結果の一部と、すでに行われている精密少数計算の結果とを比較したところ、TOSM法は定性的にはよい一致を見せています。しかしながら、本研究でのTOSM法は、定量的にはまだ十分でない段階であることもわかりました。定量的な議論を可能にするには、TOSM法にいくつかの改良が必要であり、今後の課題として取り組んでいく予定です。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題では2カ年の期間内に、ラムダハイパー核のヘリウム同位体の構造計算を行い、その構造を系統的に解析すること、ラムダ・シグマ結合相互作用が中性子数の増加に伴いどのように変化するのかを解明することを目的としています。そのために、バリオン間相互作用の中で重要かつ従来の模型空間では直接的な扱いが難しい「テンソル力」に着目し、ハイパー核にも適用できる、テンソル力の扱いに特化した巨大次元殻模型(TOSM法)の計算コードの開発を行ってきました。本研究課題を遂行するためにはラムダ・シグマ結合相互作用をあらわに取り入れた計算が必要ですが、計算コード開発を効率よく進めるため、当該年度の実施計画においては、ラムダ・シグマ結合相互作用が繰り込まれているものとし、あらわに現れないように簡略化した計算を行う予定でした。しかしながら、計算コード開発が予定より早く進んだため、ラムダ・シグマ結合相互作用をあらわに取り入れた計算に着手しました。当該年度終了時の進捗状況は、ラムダ・シグマ結合相互作用をあらわに取り入れたTOSM法により、ラムダハイパー核のうち質量数4の水素および質量数5のヘリウムの各状態のエネルギー準位の計算結果が出始めている段階です。これらの結果はまだ実験値を十分に再現するには至っていないものの、ラムダ・シグマ結合相互作用の中のテンソル力の成分が重要であることを定性的に示しており、すでに行われている精密少数計算と同様の傾向となっています。定量的な議論が可能になるところまでTOSM法の計算コード開発が進めば、質量数を変化させながら各同位体の構造を系統的に解析できるようになります。現時点では、その足がかりとなる成果が得られています。2カ年目に積極的に活用する予定の計算コードの開発にまで着手できたため。

24年度が最終年度であるため、記入しない。開発した計算コードによる計算結果は、現段階では実験値を十分に再現するには至っていません。この問題点は、2カ年目に予定している研究を推進する前に、原因を解明する必要があります。通常核に対するTOSM法を進めている連携研究者との議論により原因解明にあたります。原因解明後は中性子過剰な領域へと計算を発展させ、質量数を変化させながら各同位体の構造を系統的に解析します。また、ラムダ・シグマ結合相互作用が中性子数の増加に伴ってどのように変化するのかを、定量的に明らかにします。
学校教育による人的資本形成メカニズムに関する実証分析

本研究の目的は、賃金格差の発生要因を検討するため、マイクロデータ(学校、家計データ)を用い、労働市場以前の人的資本形成、特に学校教育による人的資本形成メカニズムに焦点を絞り、教育の成果、教育制度が労働市場でのパフォーマンスに与える影響を実証的に明らかにすることである。得られた結果は以下の通りである。学校レベルのマイクロデータを用い教育の生産関数を推計した結果、入学時点の能力を一定にして教育投入物の効果を測定した結果、授業時間を除くと他の投入要素は説明力を持たないことが明らかとなった。若年時の情報を利用できるマイクロデータを用い、婚姻と賃金の関係に焦点を当て分析を行ったところ、若年時の学業成績は男性の結婚確率を高め、それは結婚による賃金プレミアムの一部を説明していることが明らかとなった。また、女性については同様の効果が見られないこと、義務教育の授業時間は学歴獲得や就業確率とは相関をもつが賃金への直接効果が観察されないという暫定的な結果を得た。幸い本研究にてデータが蓄積されてきているので、これらを用い、若年時の経験が労働市場に与える効果をより丹念に調べていくことが今後の課題である。本研究は賃金格差の発生要因を検討するため、労働市場以前の人的資本形成に着目する。特に、学校教育による人的資本形成メカニズムに焦点を絞り、マイクロデータ(学校、家計データ)を用い、教育の成果、教育制度が労働市場でのパフォーマンスに与える影響を実証的に明らかにする。本研究の意義は、教育に関する実証的証拠を示していくことで、経済理論の構築、政策提言、国際比較上の資料となりうる点である。本年度は、教育の生産関数を推計することにより学校教育資源が生徒の教育の成果にどのような効果を与えているかを直接計測した。具体的には、関東・関西圏に存立する中高一貫校の学校別データを用い、入学時点の偏差値を制御した上で、授業時間、教員生徒比などの投入物が卒業時点のパフォーマンスに与える影響を分析した。分析結果によると、(1)卒業時点の成果は入学時点の偏差値でほとんどが説明できる、(2)学校投入資源のうち授業時間の引き上げ以外は明確な効果を持たないことが明らかとなった。本研究の遂行上、電子データ化されていない学校別のマイクロデータを収集、入力するために研究補助を必要とした。また、大規模なデータセットを迅速に分析するために高性能PCおよびソフトウェアを必要とした。なお本研究は、学術論文にまとめられ現在査読付雑誌に投稿、審査中である。本研究の目的は、賃金格差の発生要因を検討するため、マイクロデータ(学校、家計データ)を用い、労働市場以前の人的資本形成、特に学校教育による人的資本形成メカニズムに焦点を絞り、教育の成果、教育制度が労働市場でのパフオーマンスに与える影響を実証的に明らかにすることである。具体的には、(1)掌校レベルのマイクロデータを用い教育の生産関数を推計することで生徒の教育成果の決定要因を実証的に明らかにすること(2)個人データを用い、直面した学校教育制度が労働市揚でのパフォーマンスに与える影響を実証的に分析することである。本年度は上記研究目的と実施計画に従い以下の研究を行った。(1)教育の生産関数の推計:学校別マイクロデータを用い入学時点の能力を一定にして教育投入物の効果を測定した結果、授業時間を除と他の投入要素は説明力を持たないことが明らかとなった。本研究は査読付雑誌に掲載が決定した。(2)過去の学習指導要領より義務教育の各科目の授業時間を計測した。その変数が、個人の学歴達成、就業、賃金への効果を分析した。暫定的な結果だが、学歴達成、就業確率と授業時間は関連するが、賃金とは無相関という結果を得た。加えて、他デーダを利用可能になったため、男性についての若年時の経験と結婚確率、賃金の関係を分析した.結果によると、若年時の学業成績は男性の結婚確率を高あ、それは結婚による賃金プレミアムの一部を説明していることが明らかとなった。これは、学会にて報告され、学術論文への投稿準備中である。本研究の骨子は教育カリキュラム変数を特定化するにある。必要としているデータは紙媒体の上、所在が点在しているため、それら資料を収集費用および複写費、入力のたあの研究補助を必要とした。加えて関運分野の文献と費用を必要とした。