hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
なぜ麻酔や外科侵襲は周術期の宿主防衛機能を弱化するか?

クロマチン細胞が有意に増加した。3)リンパ球のアポトーシスの機序:周術期の患者より採取したリンパ球を抗Fas抗体とともに培養したところ、標識された細胞の割合が増加していた。4)リンパ球アポトーシスとホルモン、サイトカインとの関係:手術患者の末梢血を採り、コルチゾール、ノルエピネフリン、TNF-α、IL-6を定量した。その結果、TNF-αの血中最高濃度と(%分裂クロマチン細胞)の間で相関関係があった。4)インビトロにおけるサイトカインのアポトーシス誘導:対照健康成人よりリンパ球を採り、培養中にサイトカインを接触させると6時間後に分裂クロマチンを持つリンパ球の割合が増加した。
アファイン拘束を考慮した新しい非線形制御理論

本研究課題では、これまでほとんど考慮されたことが無い「アファイン拘束」を受ける物理システムに対して、モデリング手法の確立、ならび非線形制御理論を用いた解析・設計を目的とした。その結果、今まで研究の行われていた「線形拘束」の結果を包含し、さらにそれを超えるような新しい結果・知見を導くことが出来た。この結果により、非ホロノミックシステム研究の新しい一分野が確立され、また非線形制御理論の分野において新たな問題提起が行えたといえる。近年,非ホロノミックシステムに関する研究が盛んに行われており,それらのほとんどは車・トレーラ・蛇型ロボットなどに代表される「線形拘束」のみを扱っている.しかし,線形拘束よりもクラスの広い「アファイン拘束」も存在し,初期角運動量を持つ宇宙ロボット,回転盤上のコインや球などはその例である.アファイン拘束に関してはこれまでほとんど研究がなされておらず,物理学的・制御理論的にも興味深い研究対象であるといえる.本研究課題では,このアファイン拘束に関して,数学・物理学・非線形制御理論などの立場から理論解析や制御系設計を行うことを目的としている.さらに新しい移動体やロボットの提案を行うことも視野に入れている.本年度では,以下のような結果を得た.1.アファイン拘束を受ける運動学システムに対して,制御則が設計しやすい形である「拡張チェインドフォーム」を提案した.さらに,そのシステムに対して,幾何学的位相を用いた制御則を提案し,「回転盤上のコイン」に対して適用して有効性を確認した.2.「回転盤上のコイン」に対して,システムの平衡点集合を利用することによって,より効率的な制御アルゴリズムを提案し,シミュレーションによってその効果が示された.3.ハミルトン力学を用いて「アファイン拘束を受ける非ホロノミックハミルトニアンシステム」を導出し,さらにその受動性条件などの特性について調べた.これまで知られていた線形拘束の場合のシステムを包含する,より広いクラスのシステムの定式化が行えた.現在,受動性に基づく制御則の導出について行っており,来年度中に発表予定である.近年,非ホロノミックシステムに関する研究が数多く行われているが,それらのほとんどは車・トレーラ・蛇型ロボットなどに代表される「線形拘束」のみを扱っている.しかし,線形拘束よりもクラスの広い「アファイン拘束」も存在し,初期角運動量を持つ宇宙ロボット,回転盤上のコインや球などはその例である.アファイン拘束に関して,これまでほとんど研究が行われておらず,物理学的・工学的にも興味深い研究対象であるといえる.本研究課題では,非ホロノミックシステムにおける「アファイン拘束」に関して,数学・物理学・非線形制御理論などの立場から理論的解析や制御系設計を行うことを目的としている.さらに新しい移動体機構やロボットの提案を行うことも視野に入れている.本年度では,以下のようなテーマを行った.1.前年度導出した「アファイン拘束を受ける非ホロノミックハミルトニアンシステム」に対して,一般化正準変換を提案し,さらに受動性に基づいた制御法を導出した.そして,シミュレーションによって,その有効性が示せた.2.過去に提案し,解析・制御を行っていた「アファイン拘束を受ける非ホロノミック運動学システム」に対して,新しいモデリング方法と解析手法を提案した.従来の結果よりも簡潔な条件で,可制御性・可安定性の判定が行なえることが示せた.現在,国際学会への投稿準備を行なっている.なお,以前に発表したアファイン拘束に関する論文が2007年度の論文賞を受賞し,その新規性・有用性が一般にも認められてきていると考えられる.本研究課題では,非ホロノミックシステムの中でもこれまでほとんど扱われたことが無いクラスである「アファイン拘束」に注目し,非線形制御理論の立場から新しい解析・制御の手法を提案することが目的としている.本年度はアファイン拘束を含むような,より広い一般的な非線形システム・力学システムを研究対象とし,以下のような研究テーマを行った.1.アファイン拘束を受けるシステムの工学的応用として,「初期角運動量を持つ3次元宇宙ロボット」に焦点を当て,モデリング・非線形制御論的解析を行った.さらに準最適制御アルゴリズムを提案し,宇宙ロボットの3次元姿勢制御問題へ適用して,シミュレーションによって提案手法の有効性を確認した.2.非線形力学システムの新しいモデリング手法である「離散時間力学」を用いた制御系設計法,実際のシステムへ適用するための0次ホールド化の手法を提案し,シミュレーションで有効性を示した.さらに実際の台車型倒立振子実験装置へと本手法を適用し,実機レベルでも提案手法が有効であることが確認できた.本手法は非線形力学システムの新しい制御手法の可能性を持っていると言える.3.一般的な2次元非線形システムに対して,所望のリミットサイクルを発生させるような制御系設計問題に取り組み,制御リアプノフ関数とスライディングモード制御の理論を応用したコントローラを導出し,その特性などを解析した.さらに,アファイン拘束を持つ工学的な例である,「初期角運動量を持つ平面型宇宙ロボット」に提案手法を適用し,シミュレーションによって所望のリミットサイクルが発生できることを確認した.
高等動物における細胞死(アポトーシス)の調節機構

1.軟骨細胞のin vitvo培養系における生存調節軟骨細胞は高密度培養系では無蛋白培地中で長期間生存可能であるが、低密度培養系では無蛋白培地中で2-3日以内に典型的なアポトーシスにより死滅した。また高密度培養系からの馴らし培地により低密度培養系の細胞の生存が促進された。このことから、軟骨細胞も、水晶体上皮細胞と同様に、その生存に他の種類の細胞からのシグナルは必要としないが、同じ種類の他の細胞からのautocrineの生存シグナルを持続的に受け取ることを必要とし、それが得られない場合はアポトーシスにより自殺することが明らかになった。またIGF-1、PDGF、bFGFの組み合わせでこの生存シグナルが構成されていることが明らかになった。2.線維芽細胞・腫瘍細胞の生存調節ラット座骨神経由来線維芽細胞・マウス胎仔線維芽細胞・ラット線維芽細胞由来セルラインRat-1の生存調節を検討したところ、これらの線維芽細胞は無蛋白培地中では高細胞密度で培養してもアポトーシスにより死滅すること、またこのアポトーシスはウシ胎仔血清ないし蛋白性細胞増殖因子によって効果的に抑制されることが明らかになった。このことからこれら線維芽細胞の生存には他の細胞からの生存因子が必要であり、それが得られない場合にはアポトーシスにより自殺することが強く示唆された。また色々な腫瘍細胞の生存調節を検討したところ、その生存の、他の細胞からの生存信号に対する依存性が低下しているものがあることが明らかになった。平成6年度までに軟骨細胞のin vitro培養系における生存調節の研究は順調に進展し、以下のことが明らかになった。軟骨細胞は高密度培養系では無蛋白培地中で長期間生存可能であるが、低密度培養系では無蛋白培地中で2-3日以内に典型的なアポトーシスにより死滅した。またIGF-1,PDGF,bFGFの組み合わせでこの生存シグナルが構成されていることが明らかになった。さらにプロテインキナーゼ阻害剤であるスタウロスポリンにより軟骨細胞にアポトーシスが誘導されることも明らかになった。このことは、軟骨細胞は持続的に細胞外から生存信号を受け、この信号がプロテインキナーゼを含む細胞内の信号伝達系を介してアポトーシスプログラムの実行を抑制しており、スタウロスポリンによりこの経路が遮断されるとアポトーシスのプログラムが実行されるものと解釈される。さらにこの時シクロヘキシミドが存在してもアポトーシスの抑制が認められなかったことから、アポトーシスプログラムの実行に必要な蛋白は軟骨細胞内に常に発現していることが示唆された。また軟骨細胞は水晶体上皮細胞と同様に、酸素ラジカルに対して極めて感受性が高いことが確認された。水晶体上皮細胞の生存調整に関しては、種々の既知の蛋白性細胞増殖因子を単独であるいは組み合わせて低細胞密度培養系に投与してみたが有意に生存率を上昇させるものは見つからなかった。ただし軟骨細胞の高密度培養系からのconditioned mediumに水晶体上皮細胞の低細胞密度培養系における生存を促進する活性が存在することが明らかになった。平成7年度には水晶体上皮細胞の生存調節をさらに追求し、以下の知見が得られた。1)水晶体上皮細胞を無蛋白培地中、低細胞密度で培養するとアポトーシスにより死滅するが、この細胞死をCed-3/ICEファミリープロテアーゼの阻害剤であるzVAD-fmkが抑制した。2)水晶体上皮細胞を高濃度のスタウロスポリンで処理すると細胞死が誘導されるが、この細胞死もzVAD-fmkによって抑制された。

これらの結果から水晶体上皮細胞のアポトーシスの分子機構にはCed-3/ICEファミリープロテアーゼのメンバーが深く関わっていることが明らかになった。また胎生18日目の胎仔(E18)から成熟個体に至るラット・マウスから水晶体を摘出し、水晶体中に存在するpoly(ADP-ribose)polymerase(PARP)の消長を検討したところ、胎生期にはPARPのintactのバンド(116kDa)のみが観察されたが、生後6日目を過ぎる頃からPARPがCed-3/ICEファミリープロテアーゼの一員であるCPP32によって限定分解されて生じる85kDaのバンドが観察されるようになった。成熟個体の水晶体においては、上皮細胞層では116kDaのバンドのみが観察され、水晶体繊維では85kDaのバンドのみが観察された。これは水晶体上皮細胞から水晶体繊維への分化の分子機構にアポトーシスの分子機構が用いられていることを強く示唆する所見である。また平成7年度には線維芽細胞・腫瘍細胞の生存調節も検討し、以下の知見が得られた。1)ラット座骨神経由来線維芽細胞・マウス胎仔線維芽細胞・ラット線維芽細胞由来セルラインRat-1の生存調節を検討したところ、これらの線維芽細胞は無蛋白培地中では高細胞密度で培養してもアポトーシスにより死滅すること、またこのアポトーシスはウシ胎仔血清ないし蛋白性細胞増殖因子によって効果的に抑制されることが明らかになった。このことからこれら線維芽細胞の生存には他の細胞からの生存因子が必要であり、それが得られない場合にはアポトーシスにより自殺することが強く示唆された。2)色々な腫瘍細胞の生存調節を検討したところ、その生存の、他の細胞からの生存信号に対する依存性が低下しているものがあることが明らかになった。
YAP阻害による有毛細胞転写制御機構の解明および内耳再生治療への応用

ヒトを含む哺乳類において、聴覚ならびに平衡覚はセンサーの有毛細胞が失われると2度と再生されず難聴となる。一方で鳥類などは、有毛細胞が一旦消失しても、周囲の支持細胞から有毛細胞が再生し、聴覚および平衡覚機能が回復する。近年、様々な技術の進歩に後押しされ、複数の薬剤投与または遺伝子導入によりマーカー陽性の有毛細胞様細胞が産生できる時代となった。喫緊の課題は、機能的な有毛細胞の再生機序の解明であり、内耳再生につながる新薬開発である。本研究では、最近様々な分野で注目を集めているYAPシグナルをターゲットとし、有毛細胞分化における役割解明とYAP阻害剤の再生医療への応用の可能性について検討を行う。
体内イオンバランスの調整に関与する遺伝子のイオノームによる解析手法の開発

誘導結合プラズマ質量分析(ICP-MS)法を用いてマメ科のモデル植物であるミヤコグサの各種有害元素(アルミニウム、ヒ素、カドミウム、セシウム、鉛、モリブデン、ニッケル、塩、ストロンチウム)の吸収、利用機構についての網羅的解析を進めた。昨年度までに各種有害元素の施与条件、分析条件等の確立を行ない、これまでに変異剤(EMS)処理を行なった約2000株の養分吸収能に関わる変異のスクリーニングを進めた。有害元素を含む20種類の異なる元素に関して植物体全体での濃度に変異が認められる系統、特定の部位(根あるいは地上部)に局在する系統を中心に植物と種子の獲得を行なっている。その結果、銅,マンガン,マグネシウム,モリブデン,カドミウム,ニッケル,ヒ素に関して通常の野生株とは全くことなる挙動を示す変異株が存在することが明らかとなった。このように、当初の目的であるイオノームによる解析手法の開発はほぼ完了したと判断される。そこで、特に挙動の異なるマグネシウム変異体に関して戻し交雑をすすめることにより、変異を引き起こしている遺伝子の獲得を進めている。このマグネシウム変異体は地上部へのマグネシウムの移行が抑制されており、生育量に大きな違いは出ないにも関わらず葉脈間に黄化が認められるという表現系を伴うため、変異の発現の確認が用意である利点もある。ミヤコグサはマメ科のモデル植物であり、マメ科はイネ科植物と比較してカルシウム、マグネシウムの吸収量が多いことが知られており、同じ二価のカチオンであるマグネシウムの吸収移行変異体の獲得は今後のマメ科作物の養分吸収機構を解析するための極めて重要な情報を提供することが期待される。ミヤコグサMG-20系統を用いて各種有害元素(アルミニウム、ヒ素、カドミウム、セシウム、鉛、モリブデン、ニッケル、塩、ストロンチウム)がその生育に影響が出ないギリギリの条件をSUBTOXIC LEVELとして決定した。この濃度を含む培養液を用いて、約50系統の異なるミヤコグサ系統の栽培試験と無機元素の吸収パターンを調査した結果、系統により大きな違いが存在し、特定の元素の吸収が著しく促進される系統も見いだされた。また、EMS処理による変異を種子に施し、そのM1種子からみかけは正常に生育している600株を用いてSUBTOXIC LEVEL(植物のみかけ生育に影響が認められない状態)の培養液での栽培によるスクリーニングを行い、必須元素も含めて元素の吸収割合に大きな変動が生じている変異株の選抜を進めた。このスクリーニングには硝酸-過酸化水素水による分解と引き続いてのICP-MS(Perkin Elmer DRC-e)による分析を組み合わせることにより、20種類の異なる元素に関して200本/日のハイスループットな分析が可能となった。微量元素の調査を詳細に行うために、試薬の選抜、ラインや器具の選択を予め十分に行う必要があった。得られた変異株に関しては、引き続いて種子を採取し、この種子に関してさらにSUBOTOXIC LEVELによる栽培と無機元素の含有率に関するスクリーニングを行って、変異が確実と考えられる株の選抜を進めた。これまでに、複数の元素における特異的に含有率が高まる変異個体の取得に成功しており、本手法の有効性が確認されている。
酵母プリオンの線維成長の実時間1分子イメージング

プリオンは蛋白質性の感染因子である。プリオンでは、アミロイド様線維となった異常型プリオンが自己触媒的に正常型を異常型に転換する点が本質である。これまでの我々の研究から、このプリオンの線維は、水を含んだβヘリックス構造であると提案しているが、このプリオン線維がどのようなメカニズムで形成されていくのか、また、アミロイド線維とプリォンが細胞間を伝播していく相関についてはよくわかっていない。この理由として、従来の生化学・細胞生物学的な手法では多くの線維や細胞の平均を見るだけなので個別の情報が得られず、詳細を知るには限界がある点が挙げられる。そこで本研究では、一個一個の正常型蛋白質が線維に取り込まれるようすやプリオンが細胞内で伝搬していくようすを「生きたまま」個別に観察することでプリオン現象を分子レベルで理解することを目的とする。材料としては安全で変異導入も容易な酵母のプリオン蛋白質Sup35を使う。本年度の成果を以下に示す。あらかじめ緑(OregonGreen488)でラベルしたSup35線維をガラス板に固定してから、赤(Cy3)でラベルしたSup35単量体(10nM程度)を加えて線維成長を実時間で観察する。観察は1分子蛍光の検出が可能な全反射蛍光顕微鏡を用いて実時間で結果を記録した。その結果、全反射顕微鏡を用いて線維の成長を実時間で観察することに成功し、その速度論的な解析からプリオンの線維成長の際には線維末端における構造変換が重要であることを強く示唆する結果を得た。ということはプリオン線維の形成機構を知ることが重要であるが、従来の生化学的な手法では数多くの線維の平均を見るだけなので個別の情報が得られず、詳細を知るには限界がある。そこで本申請では、一個一個の正常型蛋白質が線維に取り込まれるようすやプリオンが細胞内で伝搬していくようすを「生きたまま」観察することを目的とする。あらかじめ緑(OregonGreen488)でラベルしたSup35線維をガラス板に固定してから、赤(Cy3)でラベルしたSup35単量体(10nM程度)を加えて、観察は1分子蛍光の検出が可能な全反射蛍光顕微鏡を用いて実時間で結果を記録した。その結果、全反射顕微鏡を用いて線維の成長を実時間で観察することに成功した。プリオン株の酵母細胞内にSup35とGFPの融合蛋白質を発現させて、凝集を形成させて、そのプリオン凝集が細胞の成長に伴って、どのように変化するか、1細胞観察で追跡を行った。さらに、Sup35-GFPの大きさを生化学的に調べたり、蛍光相関分光法などで見積もった。
鋳鉄切屑を再利用した鋼材のハードフェーシング

Fe-C-Cr系において現われるM_7C_3型クロム炭化物は融液から単体として直接得られる特異な金属間化合物であり、低融点、高硬度に加えて鉄基板との優れた密着性か期待できる。本研究では、まず溶製法によるクロム炭化物バルク材の組織と性質について調べ、低クロム濃度試料ではM_7C_3型クロム炭化物の他にレデブライト(M_3C+マルテンサイト)が混合した組織となるが、50%Crおよび60%Cr試料ではほぼM_7C_3型クロム炭化物単体の組織が得られることを明らかにした。これを基に、鉄基合金基板へのハードフェーシング材としての応用ならびに原料としての鋳鉄切屑の再利用について検討した。それより、炭化物層の硬さならびに耐摩耗性はクロム濃度の増加とともに増大することがわかった。レーザ処理した60%Crハードフェーンング層の組織はほぼM_7C_3型クロム炭化物単体となり、最も優れた耐摩耗性を有することがわかった。また炭化物試料の熱膨張係数は鋼や鋳鉄のそれに近い値を示すことから、炭化物と鉄基板との間には強固な接合が得られた。原料にねずみ鋳鉄切屑と球状黒鉛鋳鉄切屑を使った場合では1回のレーザ溶解により、高硬度で耐摩耗性に優れたハードフェーシング層が形成できる。レーザハードフェーシング試料においては炭化物層に界面に垂直な縦割れが生じたが、その防止策として、複合拡散処理による基材表面近傍の傾斜機能化とその応力緩和効果について調べ、傾斜機能化が有効であることを示した。M_7C_3型クロム炭化物は融液から単体として直接得られる特異な金属間化合物であり、高硬度に加えて鉄基板との優れた密着性が期待できることから、鉄基合金基板へのハードフェーシング材としての応用を検討した。ねずみ鋳鉄および球状黒鉛鋳鉄の研削切屑に成分調整用にクロム粉と黒鉛粉を所定量混合した。粒度100メシュ以下にふるい分けた混合粉末にアルコールを加えてペースト状にしたものを鉄基板上に塗布し、表面を出力1KWのレーザ光を走査して溶解凝固させた。レーザ処理試料断面の表層近傍の組織はクロム濃度により異なり、40%Crおよび50%Cr組成ではM_7C_3型とM_3C型のクロム炭化物の混合組織であり、クロム濃度が高いほど、M_7C_3型クロム炭化物の割合が多くなった。一方、60%Crのお組成では、ほぼM_7C_3型クロム炭化物単層となり、比較的均一なセル状の組織となった。炭化物層の硬さは15002000HVで、クロム濃度の増加とともに硬さは増大した。また、ねずみ鋳鉄切屑と球状黒鉛鋳鉄切屑での明瞭な違いはみられなかった。これらのハードフェーシング層の耐摩耗試験を改良型ピン-ディスクタイプの乾式摩耗試験機を用い、荷重0.2MPa、摩耗速度1.5m/sの条件で粒度80μmのSiC研磨紙を相手材として行った。摩耗曲線は初期に幾分大きくなり、その後緩やかな上昇を示した。M_7C_3型とM_3C型のクロム炭化物の混合組織を有する40%Crと50%Crの試料は比較的大きな摩耗速度を示し、ねずみ鋳鉄切屑と球状黒鉛鋳鉄切屑での明瞭な違いはみられなかったが、ほぼM_7C_3型クロム炭化物単層の組織を有する60%Crのハードフェーシング層は40%Crと50%Crの試料に比べ、ほぼ半分近い小さな摩耗速度を示し、優れた耐摩耗性を示した。Fe-C-Cr系において現われるM_7C_3型クロム炭化物は融液から単体として直接得られる特異な金属間化合物であり、低融点、高硬度に加えて鉄基板との優れた密着性が期待できる。

本研究では、まず溶製法によるクロム炭化物バルク材の組織と性質について調べ、低クロム濃度試料ではM_7C_3型クロム炭化物の他にレデブライト(M_3+Cマルテンサイト)が混合した組織となるが、50%Crおよび60%Cr試料ではほぼM_7C_3型クロム炭化物単体の組織が得られることを明らかにした。これを基に、鉄基合金基板へのハードフェーシング材としての応用ならびに原料としての鋳鉄切屑の再利用について検討した。それより、炭化物層の硬さならびに耐摩耗性はクロム濃度の増加とともに増大することがわかった。レーザ処理した60%Crハードフェーシング層の組織はほぼM_7C_3型クロム炭化物単体となり、最も優れた耐摩耗性を有することがわかった。また炭化物試料の熱膨張係数は鋼や鋳鉄のそれに近い値を示すことから、炭化物と鉄基板との間には強固な接合が得られた。原料にねずみ鋳鉄切屑と球状黒鉛鋳鉄切屑を使った場合では1回のレーザ溶解により、高硬度で耐摩耗性に優れたハードフェーシング層が形成できる。レーザハードフェーシング試料においては炭化物層に界面に垂直な縦割れが生じたが、その防止策として、複合拡散処理による基材表面近傍の傾斜機能化とその応力緩和効果について調べ、傾斜機能化が有効であることを示した。
消化管運動制御に関わる制御因子間の相互作用

消化管内容物輸送の主体をなす蠕動運動の調節機構に関しては依然不明な点が多いことから,その一端を明らかにすることを目的として研究を行った結果,下記のような研究結果を得た。1.マウス回腸での電気刺激誘発性収縮におけるムスカリン受容体の関与:Acetylchohneは主としてM_3Rと、一部M_2Rを介してphasic収縮を引き起こし、さらに、M_2Rが筋層問神経叢の神経終末で抑制的に働くことにより、substance Pを介したtonic収縮を調節していることを明らかにした。2.マウス空腸に却ける上行難および下行性神経輝略におけるオレキシンA作動性神経の役割:新規ペプタイドであるオレキシンは上行性および下行性神経経路の両方において介在神経の伝達物質として働いており、さらに、上行性経路ではゴリン作動牲神経の上流で作用していることを明らかにした。3.ラット下部食道括約筋に対するビスボスホネートの作用:ビスボスホネート製剤のアレンドロネートによるラット下部食道括約筋に対する作用を検討したところ、アレシドロネートはコリン作動性神経活性を抑制することによって下部食道括約筋の静止張力を減少させることを明らかにした。4.ラット遠位結腸輪走筋のムスリン受容体活性化収縮におけるCa感受性増強機構のわずかな関与:ムスカリン受容体刺激によるラット遠位結腸輪走筋収縮機構を検討した結果,輪走筋の収縮機構が縦走筋とは異なることを示唆した。5.消化管におけるSmall conductance Ca^<2+>-activated K^+(SK)channelとニコチン受容体:モルモット腸神経系を用い,腸運動制御におけるSKチャネルの重要性とその機能調節がニコチン受容体により直接行われていることを示唆する初めての報告である。様々な内因性調節物質の腸運動における相互作用を明らかにし,蠕動運動調整機構の一端を解明した。1.マウス回腸での電気刺激誘発性収縮におけるムスカリン受容体の関与消化管におけるムスカリン受容体(MR)各サブタイプの役割を検討したところ、マウス回腸縦走筋では、神経刺激により放出されたacetylcholineは主としてM_3Rと、一部M_2Rを介してphasic収縮を引き起こし、また、神経刺激により放出されたSPはNK2Rを介してtonic収縮を引き起こしていること、さらに、M2Rが筋層間神経叢の神経終末で抑制的に働くことにより、substance Pを介したtonic収縮を調節していることを明らかにした。2.マウス空腸における上行性および下行性神経経路におけるオレキシンA作動性神経の役割新規ペプタイドであるオレキシンと受容体の腸組織における存在が示されたことから、腸運動における役割を検討した。オレキシンは上行性および下行性神経経路の両方において介在神経の伝達物質として働いており、さらに、上行性経路ではコリン作動性神経の上流で作用していることを明らかにした。3.ラット下部食道括約筋に対するビスボスホネートの作用ビスボスホネート製剤のアレンドロネートによるヒト食道炎誘発の機序を考察するために、ラット下部食道括約筋に対する作用を検討したところ、アレンドロネートはコリン作動性神経活性を抑制することによって下部食道括約筋の静止張力を減少させることを明らかにした。モルモット腸神経にはSK2 channelsが発現しており、ニコチン受容体による神経興奮を調節している可能性を示唆し、さらには、両タンパク質の間に物理的な相互作用を認めた。一方、SK3 channelsは間質系細胞に発現しているが、発現している細胞の種類や消化管における役割は今後更に検討する必要があると思われる。

1.ラット遠位結腸輪走筋のムスカリン受容体活性化収縮におけるCa感受性増強機構のわずかな関与カルバコールによるムスカリン受容体刺激は、ラット遠位結腸輪走筋に2相性の収縮を生じた。速い一過性のphasic収縮とそれに続く張力の小さなtonic収縮を生じた。細胞内カルシウム濃度([Ca^<2+>]i)を、蛍光指示薬を用い収縮と同時に測定すると、収縮張力と[Ca^<2+>]iの増加との間に乖離は認められなかった。さらに、膜透過性標本を用い、直接収縮におけるCa感受性増強機構の関与を検討したところ、わずかであることが明らかとなった。この結果は、輪走筋の収縮機構が縦走筋とは異なることを示唆しており、腸平滑筋運動の解明の一端となる。モルモット腸神経細胞体にはSK2チャネルが発現しており、ニコチン受容体による腸神経興奮を調節している可能牲を示唆し、さらには、両タンパク質の間に物理的な相互作用を明らかにした。一方、SK3 channelsは間質系細胞に発現しているが、発現している細胞の種類や消化管における役割は今後更に検討する必要があると思われる。この結果は、腸運動制御におけるSKチャネルの重要性とその機能調節が受容体により直接行われていることを示唆すう初やての報告である。3.マウス結腸における電気刺激誘発性弛緩の神経伝達物質の同定とその細胞内機序マウスの消化管運動に関する研究は少ない。そこで、マウス遠位結腸における抑制性反応に関わる神経伝達物質を検索した。各種阻害薬の結果から、マウス遠位結腸では、一酸化窒素(NO)、一酸化炭素(CO)、ATPが抑制性伝達物質であることが明らかとなった。また、NOとCOは平滑筋細胞内cyclic GMP濃度を増加するが、続いてCOはprotein kinase G-SKチャネル経路を活性化するが一方NOの弛緩にはprotein kinase G系は関与しないことが示唆した。マウス結腸における抑制性神経伝達物質の同定と細胞内機序を解明し、更には動物種による抑制性神経伝達が異なることを明らかにした。
シミュレ-ションによる火山灰土壌生成

火山灰土壌は、農業のみならず、土木、建築、都市計画、環境科学など広い分野に係わりの深い土壌である。この土壌について、不明な点の多い生成作用等の諸知識を得ることは重要な課題である。土壌の主要粘土成分であるアロフェンやイモゴライトに関して、これらの成分の相対的生成関係を司る要因を、実験シミュレ-ションおよび計算シミュレ-ションによって調べた。イモゴライトの人工合成系に、陽イオンを混入して反応を行った混入量が多くなるに従って、イモゴライトは生成量が減少した。イモゴライトの減少に応じてアロフェンの生成量が増大した。イモゴライトの生成を阻害し、アロフェンを生じやすくする陽イオンの能力は、アルカリ土類金属のMg,Caで大きく、アルカリ金属のK,Naでは小さかった。この能力は、陽イオンのイオンポテンシャル、加水分解定数、キレ-ト生成定数など数値デ-タをもとに計算した結果とほぼ合致した。このことから、共存する陽イオンはイモゴライトとアロフェンの形成を左右する要因になることがわかった。最近、アロフェンおよびイモゴライトを含まず、2:1型あるいは2:1型ー2:1:1型中間種の結晶性鉱物が主要粘土成分となっている火山灰土壌が東北地方を中心に数多く発見されている。そこで、前述の合成系に、モンモリロナイトを量を変えて添加し反応させた。モンモリロナイトを加えなかった合成系では、イモゴライトが主な生成物であった。加えた時には、その量が多くなるに従って、イモゴライトは生成量が減少した。また、モンモリロナイトは、反応後に、ヒドロキシアルミニウムあるいはヒドロキシアルミニウムーケイ酸錯体と思われるものを層間に含む複合体に変化していた。これは、結晶性層状ケイ酸塩鉱物であるモンモリロナイトはイモゴライトの生成を阻害することを示す。この原因は、イモゴライトの材料または前駆体がモンモリロナイトの層間に捕捉されることにある。アロフェンやイモゴライトをほとんど含有していない火山灰土壌は、その生成初期になんらかの理由でモンモリロナイトのような2:1型層状ケイ塩鉱物が存在あるいは混入し、風化生成過程がこの鉱物によって影響を受けて生じた土壌と考えるができる。
微細複合アルミナイドの交番応力下の組織安定性と疲労変形機構

軽量耐熱材料としてのTiAlの高強度化、微細組織安定性と疲労変形ならびに破壊挙動に及ぼすメゾスコピック分散相の役割について調べた。本研究によって得られた主要な研究成果は次の通りである。(1)TiAlの交番応力負荷条件下においてγ相中の普通転位は往復運動し、その際高密度転位集積組織(Vein)を形成し、著しく疲労硬化する。また、γ相中のドメインならびにα_2/γ相界面は転位に強い運動抵抗を与え、疲労硬化を助長する。(2)γ相中のドメインの種類に依存してPSBが形成され、これが疲労クラックの起点として働き、疲労破壊を誘発する。このPSB形成は双晶の発生と深く関わり、Nb等の積層欠陥エネルギーを増加させる合金元素の添加は双晶の発生を抑え、疲労寿命の改善をもたらす。(3)層状組織の微細化は降伏応力等の静的強度増大、靱性の改善をもたらすのみならず、層界面がクラック伝播抵抗を増加させるため、疲労強度改善をもたらす。(4)Al-richTiAl合金には、γ相中にL1_0型構造と類似のAl_5Ti_3、r-Al_2Ti、h-Al_2Tiなどの微細な析出物が現れる。これら化合物相をメゾスコピックに分散させることにより、高温強度、クリープ強度改善が達成できる。(5)Al_2Ti、Al_5Ti析出物中を転位が通過する際に、普通転位と云えども逆位相境界(APB)を形成し、このAPBエネルギーは超格子転位が作るAPBより大きいエネルギーを持つため析出物は強い運動抵抗を与え、強度上昇をもたらす。(6)h-Al_2Ti、Al_5Ti_3は母相のL1_0相と極めて良好な整合性を保つ。そのためメゾスコピック分散相として存在し、熱的にも安定である。Al-rich TiAl結晶中に存在するAl_5Ti_3、r-Al_2Tiおよびh-Al_2Ti微細分散相の組織形態とその安定性を調べた。これらの化合物相の安定性は合金のAl組成ならびに焼鈍温度に著しく依存した。Ti-58at%Al組成では800°Cまでの温度領域でAl_5Ti_3が約100nm径で存在し、これ以上の温度では不安定になる。しかし、この化合物相は900°C以上の高温においても数10nm径で微細に分散し、また母相と極めて良好な整合界面を形成した。一方、Al濃度の増加に伴いAl_2Ti相が微細に分散し、著しい硬化挙動を示した。TiAl結晶に現れる異常強化現象は、Al_5Ti_3中に形成される面欠陥エネルギーと密接に関係し、その逆位相境界エネルギーの異方性が転位の{111}から[001]面上への交差辷りを誘発し、起こることが明らかとなった。また、TiAlの疲労変形はこの化合物中に存在する6種のドメインおよびα_2の微細分散と密接な関係を示した。この交番応力下の変形において、そのドメインの方位に依存して高密度に転位の集積したベイン状組織を形成する場合と、双晶が優先的に発生する場合が観察された。この疲労強度は、γドメイン中に形成される双晶と関係し、これを抑制するための第3元素の添加と、このα_2相の微細分散が疲労特性改善にとって効果的であることが明らかとなった。新高温軽量耐熱材料として期待されるTiAlの更なる高温強度の改善を、Ll_0型規則相中に出現する長周期規則相により図ると共に、Ll_0型母相中を運動する転位と長周期規則相との相互作用、形成される面欠陥エネルギーを計算することにより、その変形機構を明らかにした。

γ-TiAlのAl高濃度側には、Ll_0型規則構造を形成するAl_5Ti_3相、さらに高Al濃度側にr-Al_2Ti、h-Al_2Ti長周期規則相が形成されることが明らかとなった。このAl_5Ti_3相は母相のγ相と極めて整合な界面を形成し、しかも高温まで熱的に安定であり、その合金濃度、熱処理条件を選択すれば、ナノオーダーに均一・微細に分散する。この_5Ti_3相中に、Ll_0型格子中を運動する1/2〈110〉普通転位が侵入すると、新たな逆位相境界を形成し、これが大きい転位の運動抵抗を与え、高温強度改善につながる。またr-Al_2Ti、h-Al_2Tiにおいても、その原子積層の違いはあるが、同様に多種の逆位相境界を形成する。普通転位、超格子転位共に、この析出相中で逆位相境界を形成するが、前者の転位が形成する面欠陥エネルギーが大きいことが、このような高Al濃度合金において、普通転位から超格子転位の運動へと変形モードが変化する原因であることが明らかとなった。また、このような合金の疲労特性についても調べ、低温での疲労強度は、その変形能の欠除のため、亀裂伝播速度が速く、疲労強度改善には必ずしもつながらないが、高温疲労特性は著しく改善された。軽量耐熱材料としてのTiAlの高強度化、微細組織安定性と疲労変形ならびに破壊挙動に及ぼすメゾスコピック分散相の役割について調べた。本研究によって得られた主要な研究成果は次の通りである。(1)TiAlの交番応力負荷条件下においてγ相中の普通転位は往復運動し、その際高密度転位集積組織(Vein)を形成し、著しく疲労硬化する。また、γ相中のドメインならびにα_2/γ相界面は転位に強い運動抵抗を与え、疲労硬化を助長する。(2)γ相中のドメインの種類に依存してPSBが形成され、これが疲労クラックの起点として働き、疲労破壊を誘発する。このPSB形成は双晶の発生と深く関わり、Nb等の積層欠陥エネルギーを増加させる合金元素の添加は双晶の発生を抑え、疲労寿命の改善をもたらす。(3)層状組織の微細化は降伏応力等の静的強度増大、靭性の改善をもたらすのみならず、層界面がクラック伝播抵抗を増加させるため、疲労強度改善をもたらす。(4)Al-richTiAl合金には、γ相中にL1_0型構造と類似のAl_5Ti_3、r-Al_2Ti、h-Al_2Tiなどの微細な析出物が現れる。これら化合物相をメゾスコピックに分散させることにより、高温強度、クリープ強度改善が達成できる。(5)Al_2Ti、Al_5Ti析出物中を転位が通過する際に、普通転位と云えども逆位相境界(APB)を形成し、このAPBエネルギーは超格子転位が作るAPBより大きいエネルギーを持つため析出物は強い運動抵抗を与え、強度上昇をもたらす。(6)h-Al_2Ti、Al_5Tiは母相のL1_0相と極めて良好な整合性を保つ。そのためメゾスコピック分散相として存在し、熱的にも安定である。
確率モデル付き遺伝的ネットワークプログラミングとその応用に関する研究

「研究の目的」本研究の目的は新しい進化論的計算アルゴリズムとその応用研究を進めている。遺伝的アルゴリズム(GA)や遺伝的プログラミング(GP)とは異なる有向グラフを遺伝子とする新しい進化論的計算アルゴリズム(Genetic Network Progrmming, GNP)を分布推定アルゴリズム(Estimation of Distribution Algorithm, EDA)との融合の視点で研究を進め有向グラフ構造に基づいたEDAの提案をする。当該年度の研究の推進わ分布推定アルゴリズムの研究を継続する予定。新しい分布推定アルゴリズムベースの学習分類子システムの提案をする。学習分類子システムの汎用性の向上のため、それらのアルゴリズムの改良を行い。株式売買の実社会問題へ展開しなる。「研究実施計画」本研究の最終目標は新しい分布推定アルゴリズム(EDA)を提案することである。本研究のEDAと強化学習を融合、進化論的計算手法の分野の最著名な雑誌IEEE Transactions on Evolutionary Computation発表です。株式売買の実社会問題、新しい分布推定アルゴリズムベースの学習分類子システムの提案、著名な国際学会IEEE SMC2013、CEC2014発表する。図書は1件出版する。当初の計画以上に進展している。今後の研究の推進わ分布推定アルゴリズムの研究を継続する予定。新しい強化学習の分布推定アルゴリズムの提案をする。分布推定アルゴリズムのモデルの精度と時間計算量のバランスの向上のため、それらのアルゴリズムの改良を行い。最適化の実社会問題へ展開し工業とアカデミックの架け橋になる「研究の目的」本研究の目的は新しい進化論的計算アルゴリズムとデータマイニングおよびロボット制御とへの応用研究を進めている。遺伝的アルゴリズム(GA)や遺伝的プログラミング(GP)とは異なる有向グラフを遺伝子とする新しい進化論的計算アルゴリズム(Genetic Network Programming, GNP)を分布推定アルゴリズム(Estimation of Distribution Algorithm, EDA)との融合の視点で研究を進め有向グラフ構造に基づいたEDAの提案をする。特に、EDAをExploitationとExplorationの点から再構築することに特徴がある。さらに、EDAと強化学習を融合することが特徴である。提案するEDAをデータマイニングやロボット制御等の実社会問題へ展開し工業とアカデミックの架け橋になる。「研究実施計画」「研究の目的」本研究の目的は新しい進化論的計算アルゴリズムとその応用研究を進めている。本年度の研究EDAと強化学習を融合、進化論的計算手法の分野の雑誌IEEETransactions on Evolutionary Computation発表を行った。本研究の最終目標は新しい分布推定アルゴリズム(EDA)を提案することである。図書は1件出版する。今後は分布推定アルゴリズムの研究を継続する予定。学習分類子システムの汎用性の向上のため、それらのアルゴリズムの改良を行い、株式売買の実社会問題へ展開し工業とアカデミックの架け橋になることを目標とする。最適化の実社会問題へ展開し工業とアカデミックの架け橋になる
加齢黄斑変性に対する発症機序に基づく新規薬剤治療と１次予防の開発

脈絡膜新生血管(CNV)対するMCP-1阻害剤による抑制効果を実証した。レーザーCNVモデルに選択的MCP-1阻害剤INCB3344を硝子体腔に注入したところ、14日後にはCNV面積が42%抑制されていた。我々の開発した低照度長期間青色光照射によるCNVモデルでは、硝子体内投与により、70%ものCNV縮小効果が得られた。青色光による網膜光ストレスの評価をおこなった。照射パターンを変化させた結果、隔日もしくは2日おきの照射では、3ヶ月照射しても網膜の組織障害を引き起こすことなく、酸化ストレスのみを誘導することができた。一方、連続照射すると、低照度であってもで網膜障害を生じることが判った。本年度は、発症・進展メカニズム解明に基づいた根治療法開発としては、昨年度に引き続き、MCP-1阻害剤の脈絡膜新生血管対する抑制効果とメカニズムの解析をおこなった。昨年度は、選択的MCP-1阻害剤INCB3344の効果が実証できたので、本年度は、その効果発現メカニズムを探索した。マウスを用い、レーザー脈絡膜新生血管モデルを作成し、マクロファージの浸潤を評価したところ。レーザー照射により、マクロファージの集積が見られた。選択的MCP-1阻害剤INCB3344を硝子体腔に注入したところ、マクロファージ浸潤は有意に抑えられ、その結果はVEGFの蛋白量と相関していた。次に、短波長光選択的遮光による網膜光ストレス抑制効果の検討に関しては、光酸化ストレスのメカニズム解明に関する探索をした。今年度は、マイクログリアの動向に着目して、研究をおこなった。様々な月齢のマウスに青色光を照射し、時間経過を追って評価した。その結果、光照射により、マイクログリアの形態が、突起を有する活動型に変化することが電子顕微鏡で観察された。免疫染色では、網膜血管周囲の比較的表層に存在していたマイクログリアが、時間と共に、網膜の深層、視細胞付近に移動してくることを見出した。MCP-1阻害核酸医薬の開発は、MCP-1遺伝子のアンチセンスオリゴの、ヒト網膜色素上皮細胞株、マウスマクロファージ細胞株への導入効率が悪いことに対する改善を試み見たが、解決に至っていない。本研究は、難治性眼疾患である加齢黄斑変性に対し、発症・進展メカニズム解明に基づいた根治療法と1次予防法を確立することを長期目標としている。本年度は、まずMCP-1阻害剤の脈絡膜新生血管(CNV)対する抑制効果とメカニズムの解析をおこなった。マウスを用い、レーザーCNVモデルを作成した。レーザー照射直後に選択的MCP-1阻害剤INCB3344をマウス硝子体腔に注入した(Day 0)。Day 3の時点で、マクロファージの浸潤を免疫染色とFACSで評価し、VEGFの発現を定量した。その結果、薬剤投与によりレーザー照射部位へのマクロファージ浸潤は有意に抑えられ、VEGFは組織中の蛋白量とmRNA発現が有意に抑制されていた。Day 14にCNV面積を評価したところ、薬剤投与眼で対象眼に比べ42%抑制されていた。次に、既に完成したCNVに対する退縮効果について検討した。低照度長期間青色光照射によりCNVを誘導したマウスの硝子体内に薬剤を投与し、2週間後に蛍光眼底造影を用いてCNVサイズを投与前と比較した。その結果、CNVのサイズは、対照群では変化なかった(2%)が、薬剤投与群では有意な縮小(70%)が認められた。MCP-1阻害核酸医薬の開発は、スクリーニングに着手した。ヒトおよびマウスMCP-1遺伝子に特異的に結合しうる4種類のアンチセンスオリゴを作成し、ヒト網膜色素上皮細胞株、マウスマクロファージ細胞株に導入を試みたが、効率が悪く、現在導入方法の変更や細胞株の交換をおこない、解決策を練っている。短波長光選択的遮光による網膜光ストレス抑制効果の検討に関しては、網膜光ストレスの適正条件検討をおこなった。その結果、連続照射では、低照度であっても3ヶ月で網膜障害を生じたが、1日もしくは2日おきの照射では、直接の網膜障害を引き起こすことなく、酸化ストレス誘導、マクロファージ集積誘導が得られた。本研究は、加齢黄斑変性の根治療法と1次予防法を確立することを目指して、発症・進展メカニズム解明を進めるものである。本年度は、昨年度に引き続き、MCP-1遺伝子のアンチセンスオリゴを新しいヒトもう膜色素上皮細胞株に、遺伝子導入を試みたが、効率よく導入することができなかった。短波長光照射による網膜細胞応答に関しては、刺激パターンの違いによる応答の違いを更に検討し、1日毎、2日毎、3日毎の照射サイクルでは、反応に有意差がないことを明らかにした。それらと比較し、連続照射では、1か月で網膜細胞死が生じ始め、3ヶ月では有意な網膜外層の細胞現象を伴う網膜障害を認めた。ハイリスク患者の解析に関しては、血液検体採取を継続している。本研究は、薬剤による加齢黄斑変性の治療、短波長光遮光による1次予防の可能性について検討することを目指した。最終年度は、これまでに引き続き、青色光の照射パターンを変化させて、網膜光ストレスの評価をおこなった。隔日もしくは2日おきの非照射時間を設ける不連続照射では、3ヶ月照射しても網膜の組織障害を引き起こすことなく、酸化ストレスのみを誘導することができた。現在、結果を論文投稿準備中である。

本研究期間全体を通じた研究実績としては、MCP-1阻害剤の脈絡膜新生血管(CNV)対する抑制効果を実証した。マウスレーザーCNVモデルに選択的MCP-1阻害剤INCB3344を硝子体腔に注入したところ、14日後にはCNV面積が、薬剤投与眼で対象眼に比べ42%抑制されていた。新生血管抑制のメカニズムとしては、Day 3の時点で、薬剤投与によりレーザー照射部位へのマクロファージ浸潤は有意に抑えられ(免疫染色とFACS)、VEGFは組織中の蛋白量とmRNA発現が有意に抑制されていた。既に完成したCNVに対する退縮効果については、我々の開発した低照度長期間青色光照射によるCNVモデルマウスを用いた。6か月間の低照度青色光照射により生じたCNVに対して、硝子体内に選択的MCP-1阻害剤INCB3344を投与したところ、2週間後にCNVのサイズは、対照群では変化なかった(2%)が、薬剤投与群では有意な縮小(70%)が認められた。MCP-1阻害核酸医薬の開発は、ヒトおよびマウスMCP-1遺伝子に特異的に結合しうる4種類のアンチセンスオリゴを作成したが、標的細胞株への導入がどうしても低効率で、それ以上評価を進めることができずに、開発を断念せざるを得なかった。脈絡膜新生血管(CNV)対するMCP-1阻害剤による抑制効果を実証した。レーザーCNVモデルに選択的MCP-1阻害剤INCB3344を硝子体腔に注入したところ、14日後にはCNV面積が42%抑制されていた。我々の開発した低照度長期間青色光照射によるCNVモデルでは、硝子体内投与により、70%ものCNV縮小効果が得られた。青色光による網膜光ストレスの評価をおこなった。照射パターンを変化させた結果、隔日もしくは2日おきの照射では、3ヶ月照射しても網膜の組織障害を引き起こすことなく、酸化ストレスのみを誘導することができた。一方、連続照射すると、低照度であってもで網膜障害を生じることが判った。培養細胞への遺伝子導入がうまくいかず、新たな方法を試しているため、進捗が遅れている。それに加え、研究協力者である大学院生が卒業し、母国に帰国、もしくは、海外留学に行ったことによるマンパワー低下のため作業スピードが落ちたことが理由である。眼科学未実行の研究を遂行する。具体的には、MCP-1阻害核酸医薬(アンチセンスオリゴ)の開発、および、短波長光選択的遮光による網膜光ストレス抑制効果の検討と炎症細胞の反応解析を完遂させる。研究分担者の異動や、研究協力者の海外留学に伴うマンパワーの減少と、アンチセンスオリゴの導入効率改善策がなかなかうまくいかないため。アンチセンスオリゴの導入効率が悪く、現在導入方法の変更や細胞株の交換をおこない、解決策を練っているため。また、青色光ストレスの適正条件検討に予想以上に時間がかかったため、白色光の実験が準備段階である。昨年度着手した選択的MCP-1阻害剤INCB3344の網膜毒性をin vitro、及び、硝子体腔投与によるin vivo評価を行なう。
エネルギー吸収型落石防護柵の性能実証試験法と設計法の確立に関する研究

エネルギー吸収型落石防護柵の性能は,メーカー独自の実験と評価およびその実験値を根拠とした吸収可能なエネルギーの累加則による設計法に依存している。本研究ではシミュレーション技術の向上を図り,同じエネルギーでも落石の特性,すなわち質量,形状,速度等が性能に影響すること,ならびに累加則の適用が不適切であることを実験および解析から明らかにした。(1)既存実験データの収集・整理:わが国の落石防護工の設計は「落石対策便覧」に基づいているが,エネルギー吸収型の落石防護柵についてはメーカー独自の性能実証試験を行って,設計に反映させている。そこで,主要な国内メーカー・製品15件について,実験資料の収集およびヨーロッパ型の性能認証試験の是非についてのアンケート調査を実施している(調査様式は,13.備考のURLに掲載)。中立の立場としてのアンケート依頼となるように内容を精査したが,回答の回収に時間を要している。また,落石の衝突速度に関する研究資料・文献調査から,斜面落下の場合の限界速度が約20m/secであることから,ヨーロッパ型の性能認証試験で採用している衝突速度25m/secは過大であることがわかった。(2)防護柵用ネットに対する落石(重錘)形状の影響に関する実験:ネット単体について従来型の重錘(球体)とは異なるスイス型重錘(1/3面取り立体)を鉛直落下させる実物試験を行い,ネットの損傷に与える影響を調査した。損傷現象にバラツキの大きい実験ではあるが,稜線を有する重錘であっても網糸のせん断を助長することはないと判断できた。ネットの目合い(長さ)に比べて重錘の稜線の長さおよび交角が大きいことが原因と考えられる。鋭角な小片落石については未検討であるが,小片落石では運動エネルギーが小さいことから損傷への影響は小さいと考えられる。(3)衝突解析コード(LS-DYNA)を導入し,既存の落石防護柵の実験値を参考に衝突シミュレーション技術を習得しつつあり,土木学会年次学術講演会においてその一部を発表した。本年度は,ワイヤーロープの緩衝装置や落石エネルギーを吸収するためのブレーキシステムを有するエネルギー吸収型の落石防護柵および落石防護網の衝突解析モデルの作成技術の開発を行った。さらに,その解析モデルの作成技術を用いて,現状の手法(防護柵構成部材の吸収可能エネルギーの累加則)で設計された落石防護柵および防護網の落石衝突シミュレーション解析を行い,落石特性(重錘の質量,形状,衝突速度)および防護柵への衝突位置の影響についてパラメトリックな検討を行った。その結果,衝突解析コードLS-DYNAにおけるワイヤーロープの緩衝装置やブレーキシステムの解析モデルおよび落石衝突時のワイヤーロープおよび網構造の破断モデルの作成において,過去の性能実証試験データを参照しながら解析精度を確保できるようになった。さらに,実設計されたエネルギー吸収型の落石防護柵および落石防護網の落石衝突シミュレーション解析から,構成部材の吸収可能エネルギーの累加則を用いる現行の設計法では複雑な衝突現象に対する性能を適切に評価できないことが確認された。これは,わが国におけるエネルギー吸収型落石防護柵の安全・安心で公正な性能評価方法を確立する必要性を示すものであり,性能評価のためにはEU諸国で実施されているような落石防護柵の性能認証指針の導入あるいはシミュレーション解析を補助具(ツール)とする設計法の導入が選択肢となり得る。来年度は,代表的な数種の落石防護柵の性能に対する落石特性の影響について,さらなるパラメータ解析による検討を進め,設計における補助具(ツール)としてのシミュレーション解析の可能性の見極めを行う。また,EU諸国における性能認証指針の規準設定における経緯ついて情報収集を行う。わが国のエネルギー吸収型落石防護柵の性能評価は,各メーカー独自の性能実証試験により行われており,実験に用いる。重錘,すなわち落石の特性(質量・形状・速度等)は重錘の運動エネルギーにのみ着目して決められそいる。本研究の目的は,過去の性能実証試験および設計書の収集・整理を行い,それらをキャリブレーション値としてLS-DYNAによるシミュレーション技術を確立し,解析によりエネルギー吸収型落石防護柵の性能評価に落石の特性が影響することを明らかにすることである。本年度は,高エネルギー吸収型落石防護柵について,EOTA(欧州技術認証機構)で規定されている多面体型重錘を用いた実斜面上の落下衝突実験に参画する機会を得た。この実験により重錘の形状,質量,速度および衝突方向と回転の影響について検討するためのデータを計測し,これらのデータによりシミュレーション技術のさらなる向上ができた。さらに,ワイヤーロープの緩衝装置の性能,すなわちエネルギー吸収量のデータから,落石防護柵のエネルギー吸収性能の評価時に各構成部材の性能の累加則を適用することは不適切であることが確認できた。一方,わが国における落石防護柵の性能実証試験の現状について13社16製品についてアンケート調査結果をとりまとめるのと同時に欧州型の認証制度の導入についての回答を土木学会学術講演会にて公表した。認証制度の導入については,安全で公正な性能認証が必要という意味では前向きであるが,認証コストが高額になることへの懸念が伺えた。

これに対しては,本研究で完成したシミュレーション手法は特殊な機構を有する製品に対しては完全ではないが,性能認証試験でのリスク(失敗による高コスト化)を避けるツールとして利用することができる。