hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
絶対節点座標法による数学モデルの構造を活用した膜状構造物の制御系構築と実験検証

さらに実験実証をおこなうにあたって,2次元柔軟梁および3次元柔軟梁の両方の実験を可能とするシステムを構築し,アクチュエータの動作確認までを完了しており,実験実証のためには計測システムの比較的容易な改善を残すのみとなっている.低次元化手法に対する提案は順調に進めることができており,さらにパラメータについての提案手法の様々な特性を調べることができたため,予定以上の進捗があったと考えられる.また,3次元柔軟梁への提案する制御系設計手法についても,精度に関する問題や低次元化の必要性などが発生したが,数値解析によって提案手法の有効性を示すことを達成しており,それに加えて新たな課題を見つけることができたという意味でも順調な進捗であったと考えられる.24年度においては2次元柔軟梁の制御系設計に対する実験装置を構築して実験実証までを完了する予定であったが,25年度に予定している3次元柔軟梁の実証実験と共通する装置が多いため,両方の実験に使用できる実験装置の構築を重点的におこない,おおよその動作確認まで完了した.当初目的の実験実証までには至らなかったが,装置を汎用性あるものとして構築したために,25年度の作業を大きく省略できることが考えられるため,総合的な進捗をみるとおおむね順調に進展していると考えられる.平成24年度に予定していた2次元柔軟梁を対象とした提案する制御系設計手法の実験検証を行う.残された作業は計測システムの精度向上であり,その作業の完了に伴い,導出した制御則についてのプログラムを構築し,シミュレーション結果と実験結果の比較を行うことで,提案手法の評価を行う.3次元柔軟梁への提案手法の拡張は完了しているが,いくつかの問題点が残っており,その問題点に対する対策を検討する.その後,平成24年度に構築した実験装置を用いて3次元柔軟梁に対する実験実証を行う.また,提案手法は重力の影響を考慮した制御系設計手法ではないが,実験装置そのものを下向きに落下させることで重力の影響をキャンセルした状態で実験ができる装置を既存の装置に追加で組み込む.十分な落下距離を確保はできないため,その制限によって実験実証ができない場合は,微小な運動を仮定した上で,重力を復元力の一部と仮定した上で制御系を構築し,それに対して数値解析を改めて行い,実験実証との比較によって提案手法の有効性の確認を行う.提案する制御系設計手法は3次元柔軟梁への拡張を確認しているが,そのような3次元柔軟梁を複数組み合わせた構造に対して,さらに提案する制御系設計手法を拡張ができることを示している.そこで,そのような構造の一種としてグリッド状の膜構造物を対象として提案する制御系設計法および平成24年度に提案した低次元化手法を拡張して,数値解析により問題点の明確化とその問題点に対する対策を検討した後に実験検証を行う.その際には,3次元柔軟梁の実証に用いた実験装置を拡張することで,グリッド状の膜構造物に対する実験装置を構築する.2次元柔軟梁および3次元柔軟梁を対象とした計測システムの精度向上が必要であるため,そのための歪ゲージと歪アンプシステムもしくはレーザー変位計などのセンサを購入し,さらに計測するための治具等を製作する予定である(200千円を予定).これは後に必要となるグリッド状の膜構造の制御のための実験装置に対しても拡張可能なものとして購入および製作を行う.グリッド状の膜構造の制御のためには,既存のアクチュエータを固定するための治具の製作(100千円を予定)が必要である上に,さらには早い計算速度および複数のチャンネルをもった計算機が必要とされることから,DSPを購入予定である(400千円を予定).3次元柔軟梁およびグリッド状の構造物に関する実験を行うにあたって,重力の影響をキャンセルするために,実験装置そのものをある程度の距離(1m以下)で落下させる必要がある.その際に,全体が垂直に運動するような構造を構築し,着地時の衝撃を緩和する仕組みが必要である.
Si基板上AlGaN/GaNヘテロ構造の欠陥準位とスイッチング特性の相関解明

Si基板上にMOCVD結晶成長したAlGaN/GaN/GaN:Cヘテロ構造は低コスト化・大面積化に適しており、そのヘテロ界面に形成される2次元電子ガスを利用した次世代型高周波パワーデバイス用基板として期待されている。これらのヘテロ構造はGaN:C層の高抵抗化によりGaNバッファ層における縦方向リーク電流を低減できる反面、炭素関連の深い欠陥準位が形成されることでターンオン時のスイッチング特性が極めて遅くなるバルク起因の電流コラプス現象を誘発しやすいことをオフストレス電圧印加後のターンオン容量回復特性評価から系統的に確認してきた。また、メルトバックエッチング耐性及びGaNとの格子整合性に優れた3C-SiC層をヘテロエピタキシャル成長させたSi基板上に形成したAlGaN/GaN/GaN:Cヘテロ構造はGaN:C層の炭素ドーピング量に関わらずオフストレス電圧印加後のターンオン時のスイッチング特性が速くなることも見出してきた。本年度は、3C-SiC/Si基板上AlGaN/GaN/GaN:Cヘテロ構造のターンオン容量回復特性の熱的安定性評価を行い、バルク起因の電流コラプス現象に対する3C-SiC層の効果を検討した。3C-SiC層の有無に関わらず、どちらの基板でも、窒素中150°Cアニールではターンオン容量は早く回復するが、空気中150°Cアニールではターンオン容量回復は遅くなった。ただし、3C-SiC層がある場合、特性劣化が大きく抑制されていることを確認した。したがって、3C-SiC/Si基板上に作製したAlGaN/GaN/GaN:Cヘテロ構造では、オフストレス電圧印加中に炭素関連の深い欠陥準位によりGaN:C層中に捕獲・蓄積された負電荷がターンオン状態でGaN:C層/窒化物バッファ層界面からのホール注入により電荷中和されやすいこと及びこのホール注入界面が熱的に安定であることが示唆された。Si基板上にMOCVD結晶成長したAlGaN/GaNヘテロ構造は低コスト化・大面積化に適しており、その2次元電子ガスの特徴を生かして次世代高周波パワーデバイス用基板として研究・開発が進められている。その際、GaNバッファ層の縦方向リーク電流を低減する目的で、炭素ドーピングによる高抵抗化を行っている。一方で、炭素ドーピングを積極的に行うことで炭素関連の欠陥準位が生成しバルク起因の電流コラプス現象を誘発することが危惧される。本年度は、Si(111)基板上に炭素ドーピングを積極的に行った3水準のAlGaN/GaN/GaN:Cヘテロ構造をMOCVD法で作製し、プレーナー型ショットキーダイオード構造にてオフストレス電圧印加後のターンオン容量回復特性評価と光容量過渡分光法による欠陥準位評価を行い、両者の相関を詳細に検討した。その結果、炭素ドーピング量が多い程、ターンオン回復特性が明らかに遅くなることを確認した。また、光容量過渡分光測定から、炭素ドーピング量が多い程、伝導帯下2.75eVと3.25eVに存在する2種類の炭素関連の欠陥準位濃度が大きく増加することを確認した。更に、それぞれの欠陥準位の光吸収エネルギーに対応する光照射下でのターンオン容量回復特性評価から、GaN:Cバッファ層中に存在する3.25eVの炭素アクセプター準位がターンオン回復特性を支配していることを確認した。これらの実験結果から、炭素ドーピングを積極的に行ったAlGaN/GaN/GaN:Cヘテロ構造では、絶縁体化したGaN:Cバッファ層の上下端がオフ状態で正負に帯電化し、ターンオン時にGaN:Cバッファ層下端の負電荷が中和されにくくなっていることが示唆される。その主原因として、GaN:Cバッファ層に存在する深い炭素アクセプター準位でのホール生成速度の遅さに起因すると考えられる。実験は計画通り順調に進んでいるが、研究成果の論文発表が少し遅れている。Si基板上にMOCVD結晶成長したAlGaN/GaNヘテロ構造は低コスト化・大面積化に適しており、そのヘテロ界面に形成される2次元電子ガスを利用した次世代型高周波パワーデバイス用基板として期待されている。一般的に、Si基板上にAlNテンプレート層を介して結晶成長したAlGaN/GaNヘテロ構造では、GaNバッファ層におけるリーク電流を低減するために炭素を積極的にドーピングし高抵抗化を図っているが、同時に、炭素関連の深い欠陥準位が形成されることでターンオン時のスイッチング特性が極めて遅くなる電流コラプス現象を誘発することをプレーナー型ショットキーダイオード構造での欠陥準位評価とオフストレス電圧印加後のターンオン容量回復特性評価から系統的に確認してきた。特に、このスイッチング特性を遅くしている炭素関連の欠陥準位を特定し、メカニズムを詳細に検討した。具体的には、オフ状態では炭素関連の欠陥準位は負に帯電したままの状態であり、オン状態でもこの負帯電が中和されにくいことに起因していると考えられる。この解決策として、AlGaN/GaNヘテロ構造の下地であるGaN/AlNヘテロ界面に2次元ホールガスを形成する方法を検討した。Si(111)基板上に格子整合しやすい3C-SiC層をガスソースMBE法でエピタキシャル結晶成長し、その上にAlNテンプレート層を結晶成長した後、異なる炭素量をドープしたAlGaN/GaNヘテロ構造をいくつか試作した。炭素ドーピング量に関係なく、下地に3C-SiC層が存在するとターンオン時のスイッチング特性が速くなる傾向を示すことを系統的に確認した。

この結果は、従来のSi基板上AlGaN/GaNヘテロ構造における高抵抗化と電流コラプス現象のトレードオフ関係を改善できる可能性を示唆している。実験は計画通り順調に進んでいるが、研究成果の発表が遅れている。Si基板上にMOCVD結晶成長したAlGaN/GaN/GaN:Cヘテロ構造は低コスト化・大面積化に適しており、そのヘテロ界面に形成される2次元電子ガスを利用した次世代型高周波パワーデバイス用基板として期待されている。これらのヘテロ構造はGaN:C層の高抵抗化によりGaNバッファ層における縦方向リーク電流を低減できる反面、炭素関連の深い欠陥準位が形成されることでターンオン時のスイッチング特性が極めて遅くなるバルク起因の電流コラプス現象を誘発しやすいことをオフストレス電圧印加後のターンオン容量回復特性評価から系統的に確認してきた。また、メルトバックエッチング耐性及びGaNとの格子整合性に優れた3C-SiC層をヘテロエピタキシャル成長させたSi基板上に形成したAlGaN/GaN/GaN:Cヘテロ構造はGaN:C層の炭素ドーピング量に関わらずオフストレス電圧印加後のターンオン時のスイッチング特性が速くなることも見出してきた。本年度は、3C-SiC/Si基板上AlGaN/GaN/GaN:Cヘテロ構造のターンオン容量回復特性の熱的安定性評価を行い、バルク起因の電流コラプス現象に対する3C-SiC層の効果を検討した。3C-SiC層の有無に関わらず、どちらの基板でも、窒素中150°Cアニールではターンオン容量は早く回復するが、空気中150°Cアニールではターンオン容量回復は遅くなった。ただし、3C-SiC層がある場合、特性劣化が大きく抑制されていることを確認した。したがって、3C-SiC/Si基板上に作製したAlGaN/GaN/GaN:Cヘテロ構造では、オフストレス電圧印加中に炭素関連の深い欠陥準位によりGaN:C層中に捕獲・蓄積された負電荷がターンオン状態でGaN:C層/窒化物バッファ層界面からのホール注入により電荷中和されやすいこと及びこのホール注入界面が熱的に安定であることが示唆された。Si基板上にMOCVD法を用いて窒化物バッファ層を介して作製した典型的なAlGaN/GaN/GaN:Cヘテロ構造における炭素関連欠陥準位とスイッチング特性の相関については現象論的にはほぼ明らかにすることができた。そのメカニズムとして、GaN:Cバッファ層の絶縁体化と帯電状態の電荷中和モデルを考案しているが、今後は更なる詳細な実験条件をパラメーターとして実験を行い考案モデルを検証する予定である。また、次のステップとして、Si及び窒化物との格子整合性の良い3C-SiC層をガスソースMBE法でSi基板上にヘテロエピタキシャル成長し、その上に窒化物バッファ層を介してAlGaN/GaN/GaN:Cヘテロ構造をMOCVD法で作製し、ヘテロ構造の結晶性の向上を図ることで炭素ドーピングしてもオフストレス電圧印加後のターンオン回復特性を改善できる方策の検討を進める予定である。本研究では使用するSi基板上AlGaN/GaNヘテロ構造ウエハはウエハメーカーに特別仕様で外注作製しているが、外注先の製造設備不良のため、一部のウエハは発注・入手できなかった。
発展的な学習における「質量評価モデル」の有効性の検証-「探究する学習者育成」

1)昨年に引き続き、児童の学習における「新評価モデル」を提唱し、その「評価シート」の検証を行った。平成16年度はこれを「総合的な学習」を事例とし、その検証結果を論文として報告したが、本年度は、広島県や岡山県そして愛知県などの先進例を比較考証し、発展的な学習の評価方法を参照し、評価研究を行った。さらに、この研究課題の学問的基礎となる、欧米の質的研究の最新の動向を探る原著を訳書として著した。2)長い歴史を持つ受験教育のもとでわが国の教師は、基礎学力(知識・理解・技能レベル)を身につけるためのノウハウをたくさん蓄積しているが、一定水準に達した児童生徒の学力をさらに伸ばす創造力とか思考力、問題解決力といった諸力を伸ばすノウハウは、ほとんど持ってないことが「聞き取り調査」で分かった。その対応として、教材の指導枠を学習指導要領から外すのが精一杯ということも新たにわかった。3)今回の海外出張では、発展的な学習の一方向である、e-Learningの現状を探った。これを実現するシステム技術関係ではその要件を満たしているが、何を目的にどのような内容をどのような様式で設計するかについての定見が未知であり、これがこれを実現するボトルネックとなっていることが予見された。わが国では次の学習指導要領で「学力向上」を命題としようとしているが、この現実を直視したときこれをどう考えるべきか、発展的な学習」の新たなる再定義が問われることになった。1)これまで、児童の学習における「新評価モデル」を提唱し、その「評価シート」の検証をとおして「新評価モデル」の効果研究を行ってきた。平成16年度はこれを「総合的な学習」を事例とし、その検証結果を論文として報告した(次ページ、11.研究発表[雑誌論文]を参照)。その対応として、臨時的に教材の指導枠を学習指導要領から外すのが精一杯ということも新たにわかった。3)今回の海外出張で、西欧系諸国(発表)では「個人の能力を伸ばす」ことに重点を置いており、一方アジア系では、日本モデルを基礎に「集団としての能力を伸ばす」ことに重点をおいていることが確認できた。わが国は今次の学習指導要領では前者を選択したが、今後の日本のあり方を考えたときどちらがよいか、新たに「発展的な学習」の再定義が問われることになった。4)開発した評価モデルの実行可能な体制を作るために、近隣の小・中学校と連携しているが、そこで学力モデルの再確認とこれに基づくカリキュラム・教材・評価法の予備的調査を行った。その結果、各学年・教科・単元別指導教材のスコープとシーケンスの設定について関係教師間で調整するのが困難というのが現実であり、また、その具体的な指導法や評価法まで手が回らない状態であることも分かった。

3)今回の海外出張では、発展的な学習の一方向である、e-Learningの現状を探った。これを実現するシステム技術関係ではその要件を満たしているが、何を目的にどのような内容をどのような様式で設計するかについての定見が未知であり、これがこれを実現するボトルネックとなっていることが予見された。わが国では次の学習指導要領で「学力向上」を命題としようとしているが、この現実を直視したときこれをどう考えるべきか、発展的な学習」の新たなる再定義が問われることになった。
戦前期小作料の起源に関する研究-大正十年小作慣行調査の分析-

本研究の課題は,明治維新期に小作料がどのような経緯,方法で決定されたのかを考察し,そのような地代を収取する地主的土地所有はどう範疇規定されるべきかを展望することであった.研究代表者は,全国の町村が作成した『大正十年小作慣行調査』のうち,埼玉県と新潟県蒲原地方のものを閲覧・収集し,次のような理解を得るに至った.明治前期の小作料には,幕藩体制下の小作料をそのまま継承したものと,明治8,9年の地租改正実施の際に改定されたものとがある.埼玉では後者が多く,蒲原では両者相半ばした(明治21年の地価改定時に改定した村もあった).蒲原では,旧藩時代の小作料は収穫米の6割ないし2/3(領主1/3,地主1/3)であった.地租改正時に改定された場合についてみると,埼玉県では台帳上の収穫米高から23割を控除して改定されたものが多く,蒲原では台帳上の収穫米高から1割5分4割(3割ないし3割3分が多い)を控除して改定された.明治初年の小作料は,幕藩体制下のそれの重みを継承し,「押付反米」と称された反収の68割(中心は7割)に及ぶ高率現物小作料であった.ちなみに,地租改正「地方官心得」の地価検査例第2則における小作料率68%は,当時の慣行的な小作料水準ではないという見解があるが,本研究は「小作料率68%」が当時の実態に近いものであったと認識する.地主的土地所有の性格を規定するに当たっては,このような高率現物小作料が村落共同体的な強制力の存在のもとで決定され,維持されていた(小作料滞納に対しては,村内での小作禁止,戸長の説諭などの手法がとられた)ことに注意を払う必要があろう.本研究の課題は,明治維新期に小作料がどのような経緯,方法で決定されたのかを考察し,そのような地代を収取する地主的土地所有はどう範疇規定されるべきかを展望することであった.研究代表者は,全国の町村が作成した『大正十年小作慣行調査』のうち,埼玉県と新潟県蒲原地方のものを閲覧・収集し,次のような理解を得るに至った.明治前期の小作料には,幕藩体制下の小作料をそのまま継承したものと,明治8,9年の地租改正実施の際に改定されたものとがある.埼玉では後者が多く,蒲原では両者相半ばした(明治21年の地価改定時に改定した村もあった).蒲原では,旧藩時代の小作料は収穫米の6割ないし2/3(領主1/3,地主1/3)であった.地租改正時に改定された場合についてみると,埼玉県では台帳上の収穫米高から23割を控除して改定されたものが多く,蒲原では台帳上の収穫米高から1割5分4割(3割ないし3割3分が多い)を控除して改定された.明治初年の小作料は,幕藩体制下のそれの重みを継承し,「押付反米」と称された反収の68割(中心は7割)に及ぶ高率現物小作料であった.ちなみに,地租改正「地方官心得」の地価検査例第2則における小作料率68%は,当時の慣行的な小作料水準ではないという見解があるが,本研究は「小作料率68%」が当時の実態に近いものであったと認識する.地主的土地所有の性格を規定するに当たっては,このような高率現物小作料が村落共同体的な強制力の存在のもとで決定され,維持されていた(小作料滞納に対しては,村内での小作禁止,戸長の説諭などの手法がとられた)ことに注意を払う必要があろう.
霊長類生殖細胞におけるトランスポゾン抑制機構の解析

本研究においては霊長類モデル生物の一つであるマーモセットを用いている。マーモセットのPIWIL1ホモログであるMARWIは精巣において強く発現しており、それに対してモノクローナル抗体を作製した。この抗体を用いて精巣の免疫染色を行ったところ、精細管内のpachytene以降の細胞においてMARWIが発現していることが明らかとなった。さらに本年度は、マーモセットPIWIL1(MARWI)と結合するpiRNAに関して詳細な解析を行った。本年度までにMARWIがグルタミン酸tRNAと結合することを示していた。しかし、その標的因子として明らかな候補は見つからなかった。グルタミン酸tRNA以外のMARWI結合piRNA因子の中には減数分裂期の染色体分配に重要な働きをもつ因子や、偽遺伝子、さらにトランスポゾンが含まれていた。これらは、MARWI-piRNA複合体によって種々の遺伝子が発現を制御されていることを示唆しており、マウスにおけるPIWI-piRNAの働きに関する知見と類似している。また、コンピューテーショナルな解析から、ゲノム上にそのコピー数を増やしたトランスポゾンファミリーはコピー数の少ないトランスポゾンよりもpiRNAをより多く産生することが明らかになった。この結果は、piRNA clusterが活性のあるトランスポゾンを捕まえてその発現を抑制するという「transposon trap」仮説を指示する。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
ガラクトシアリドーシスモデル動物作成のための基礎的研究:マウス保護蛋白ゲノムDNAのクローニング

ガラクトシアリドーシスは保護蛋白(protective protein)の異常により発症する常染色体劣性遺伝病であり,本症患者においては,臨床的に多様性が存在する。患者間の臨床症常の差異のメカニズムを明らかにするためには,本疾患のモデル動物を作成することは重要である。標的遺伝子組み変え法により,モデルマウスを作成するためには,マウスゲノムDNAの情報が不可欠である。そこで,本研究では,マウスの保護蛋白ゲノムDNAをクローニングすることを目的とした。近年標的遺伝子組み換え法でのモデルマウス作成が効率よく行なえるES細胞(embryonic stem cell)として,TT2細胞がよく用いられている。そこで,このTT2細胞のゲノムDNAライブラリーを入手しスクリーニングを行った。プライマーとして,MPP1,MPP2(マウス保護タンパクcDNA 267296nt,841870nt相当)オリゴヌクレオチドを合成し,用いた。その結果このゲノムライブラリーより,制限酵素EcoRIで解析した結果約2kbと4kbの陽性DNAフラグメントを含むLAMDA FIXIIクローンが得られた。そこでそれぞれの陽性EcoRIフラグメントをpVC18ベクターにサブクローニングにし,シークエンスを行なった。現在,このフラグメントを約800bp塩基配列を決定したところであるが,またマウスcDNAとホモロジーのあるエクソン部分までは到達していない。今後,マウス保護タンパク遺伝子の5'端を含む35kbのゲノムDNAをクローニングし,本遺伝子のブロモーター下流領域にネオマイシン耐性遺伝子を導入したコンストラクトを作成し,TT2細胞への標的遺伝子組み換えを試みる予定である。
運動による認知疲労の生理機構解明とそれを抑制するトレーニング法開発

本研究は、運動による認知疲労の生理的メカニズムとして、運動時に生じる脳酸素運搬量低下の関与を明らかにし、それを抑制するためのトレーニング法の開発を目的とする。これまでに、私たちは標高3,500m相当の低酸素環境(13%酸素濃度)で行う中強度運動が前頭前野の左背外側部(DLPFC)の神経活動を低下させることで、実行機能低下、すなわち認知疲労が起こることを明らかにしている(運動性認知疲労モデルの確立)。本研究では確立した運動性認知疲労モデルを用い、その生理的メカニズム解明(実験2)と間欠的低酸素トレーニングによる運動性認知疲労抑制効果の解明(実験3)を行う。
補修・更新・廃棄を考慮した次世代型インフラアセットマネジメントシステムの開発

今年度は,社会基盤施設の劣化・修繕過程を体系的に表現する数理モデルを開発することを目的として,研究を実施した.本年度の主な研究成果として,【研究1】個別損傷数量の予測結果に基づくRC床版橋の修繕・更新の優先順位の決定,【研究2】更新履歴情報の欠損バイアスを考慮した道路照明柱の劣化予測手法,【研究3】ポットホールの発生頻度に着目した高速道路橋RC床版の点検実施システム,が挙げられる.いずれの研究においても,開発したモデルの有用性を議論するために,実際の点検データを用いた実証分析を行った.以下,各研究の具体的な内容を述べる.【研究1】近年,老朽化している高速道路橋を対象として,主要部材の取り換え(大規模更新)が計画されている.特に,橋梁の鉄筋コンクリート床版(RC床版)に関しては,多種多量の損傷が顕在化し,喫緊の対策が必要とされるものもある.このような背景を踏まえ,研究1では,管理する複数のRC床版橋の中で,大規模更新の優先順位を決定する方法論を提案した.【研究2】道路標識や照明施設などの道路附属物は,膨大な数が存在することから,補修や更新に関する履歴が欠損する事例が少なくない.研究2では,道路照明柱を対象として,照明柱の更新履歴が獲得できない状況下で得られた点検データが有する欠損バイアスを考慮したマルコフ劣化ハザードモデルを提案した.【研究3】橋梁RC床版の劣化と床版直上のポットホールの発生との間には相関性が存在することが経験的に知られている.RC床版の目視点検には多大な費用と労力を要する一方で,ポットホールの発生状況は日常の道路巡回を通して確認できる.そこで本研究ではRC床版の劣化とポットホールの発生状況との相関関係を明示的に考慮したポアソン隠れマルコフ劣化ハザードモデルを開発した上で,目視点検の効率化や,状態依存型の点検への移行を視野に入れた点検スキームを提案した.研究課題は当初の計画以上に進展している.その理由として,今年度の研究実績が,1)社会基盤施設に発生している個別の損傷のデータを用いて,大規模更新の優先順位を決定できること,2)更新履歴情報が欠損している社会基盤施設においても,個々の社会基盤施設の更新時点および更新回数を潜在的な確率変数と捉えることにより,精緻な劣化予測を可能とすること,3)社会基盤施設における複数の劣化事象の相関関係を明らかにすることを可能とすること,という点で評価できるからである.さらに,受入研究者が提案した方法論は,対象とした社会基盤施設のみならず,舗装,トンネル,管渠など,点検データが記録されている社会基盤施設に対しても適用可能であり,方法論の汎用性も高いと評価している.これらのことは,当初の計画では想定していなかったことであるため,研究課題は当初の計画以上に進展していると評価した.今後の研究の推進方策として,社会基盤施設に対する維持管理施策は,補修施策以外にも様々なオプションがあることを考慮し,それぞれのオプションにおける維持管理費用を推定する方法論を開発することがあげられる.さらに,開発した方法論を実際の社会基盤施設に関するデータに適用することにより,開発した方法論の有用性を議論する.現在,いくつかの社会基盤施設における維持管理費用のデータが利用可能であるため,それらのデータを用いることを計画している.また,今後の研究の推進方策として,本年度に開発した方法論の実務への実装の拡大があげられる.具体的には,開発した方法論の適用事例を様々な社会基盤施設に拡大し,本年度に開発した方法論の有用性をより高めることを計画している.今年度は,社会基盤施設の劣化・修繕過程を体系的に表現する数理モデルを開発することを目的として,研究を実施した.本年度の主な研究成果として,【研究1】個別損傷数量の予測結果に基づくRC床版橋の修繕・更新の優先順位の決定,【研究2】更新履歴情報の欠損バイアスを考慮した道路照明柱の劣化予測手法,【研究3】ポットホールの発生頻度に着目した高速道路橋RC床版の点検実施システム,が挙げられる.いずれの研究においても,開発したモデルの有用性を議論するために,実際の点検データを用いた実証分析を行った.以下,各研究の具体的な内容を述べる.【研究1】近年,老朽化している高速道路橋を対象として,主要部材の取り換え(大規模更新)が計画されている.特に,橋梁の鉄筋コンクリート床版(RC床版)に関しては,多種多量の損傷が顕在化し,喫緊の対策が必要とされるものもある.このような背景を踏まえ,研究1では,管理する複数のRC床版橋の中で,大規模更新の優先順位を決定する方法論を提案した.【研究2】道路標識や照明施設などの道路附属物は,膨大な数が存在することから,補修や更新に関する履歴が欠損する事例が少なくない.研究2では,道路照明柱を対象として,照明柱の更新履歴が獲得できない状況下で得られた点検データが有する欠損バイアスを考慮したマルコフ劣化ハザードモデルを提案した.【研究3】橋梁RC床版の劣化と床版直上のポットホールの発生との間には相関性が存在することが経験的に知られている.RC床版の目視点検には多大な費用と労力を要する一方で,ポットホールの発生状況は日常の道路巡回を通して確認できる.そこで本研究ではRC床版の劣化とポットホールの発生状況との相関関係を明示的に考慮したポアソン隠れマルコフ劣化ハザードモデルを開発した上で,目視点検の効率化や,状態依存型の点検への移行を視野に入れた点検スキームを提案した.研究課題は当初の計画以上に進展している.

その理由として,今年度の研究実績が,1)社会基盤施設に発生している個別の損傷のデータを用いて,大規模更新の優先順位を決定できること,2)更新履歴情報が欠損している社会基盤施設においても,個々の社会基盤施設の更新時点および更新回数を潜在的な確率変数と捉えることにより,精緻な劣化予測を可能とすること,3)社会基盤施設における複数の劣化事象の相関関係を明らかにすることを可能とすること,という点で評価できるからである.さらに,受入研究者が提案した方法論は,対象とした社会基盤施設のみならず,舗装,トンネル,管渠など,点検データが記録されている社会基盤施設に対しても適用可能であり,方法論の汎用性も高いと評価している.これらのことは,当初の計画では想定していなかったことであるため,研究課題は当初の計画以上に進展していると評価した.今後の研究の推進方策として,社会基盤施設に対する維持管理施策は,補修施策以外にも様々なオプションがあることを考慮し,それぞれのオプションにおける維持管理費用を推定する方法論を開発することがあげられる.さらに,開発した方法論を実際の社会基盤施設に関するデータに適用することにより,開発した方法論の有用性を議論する.現在,いくつかの社会基盤施設における維持管理費用のデータが利用可能であるため,それらのデータを用いることを計画している.また,今後の研究の推進方策として,本年度に開発した方法論の実務への実装の拡大があげられる.具体的には,開発した方法論の適用事例を様々な社会基盤施設に拡大し,本年度に開発した方法論の有用性をより高めることを計画している.
視覚認知情報と運動計画を推定するインタフェースの研究

段差降下運動では,視覚,体性感覚,前庭感覚が重要であり,これらの齟齬が段差の踏み外しにつながる.そこで我々はKinect v2とHMDを用いてリアルタイムに視覚的錯誤を生成し,踏み外しを誘発させその際の運動の解析を行った.本システムは,主にモーションキャプチャーのための3次元スキャナ(Kinect for Windows v2)と視覚提示装置HMDからなる.被験者にはVirtual Reality(VR)空間中に投影した被験者自身の身体と段差を提示しながら段差を降下させることで,踏み外し運動を再現させる.本手法により,踏み外し時刻を客観的に記録でき,踏み外し時に生起される特有な生体情報をより詳細に解析可能である.その結果,1)視覚的に踏み外しを提示した時にはより大きな着地衝撃が生じ,実験系が踏み外しを再現可能であることと,2)遊脚の前脛骨筋と支持脚の腓服筋の筋活動が,踏み外し時に特有の活動であることを確認した.再現された「踏み外し」の動作において,遊脚前脛骨筋と支持脚腓腹筋の筋活動が踏み外し時刻とほぼ同時に増加した.この筋活動の変化は踏み外した場合にのみ観察された.これら結果から,階段降下時の筋活動は,当初視覚情報により誘導されるが,踏み外してから約100 msで反射的な修正動作が生起されることで着地の衝撃を緩和する戦略があることが示唆される.本研究から得られた知見は,踏み外し時のリスクの評価,歩行アシストシステムや電動義足の制御などの工学的応用につながるものである.ヒトが認識した外部環境に応じて,運動計画によって生じる事前的な不随意の運動を計測し,(1)脳で計画している運動を運動開始前に予測すること,(2)生体内の神経系に学習された外部環境のダイナミクスをリアルタイムに推定すること,の2点に挑戦する.末梢器官であっても中枢神経系の制御ループ内に組み込まれているので,骨格筋などの“末梢器官には感覚・中枢神経系の予測的な信号処理がコーディングされている"という仮説が立てられる.この仮説に基づき実時間において中枢神経系の「予測制御」を事前予測することによって,非侵襲的なインタフェースでありながら,表面筋電位などの末梢器官の情報から脳内で処理される主観的な空間認識や意思・意図に近い情報が得られる.階段昇降実験やモノとの接触実験を通して,手足がモノと接触する直前の主導筋の予備緊張,拮抗筋の拮抗動作,それ以外の筋肉の予備的な活動を表面筋電位から計測して,被験者が感じている実世界との相関を評価する.被験者には視覚的な刺激入力を変化させながら段差昇降を繰り返し行わせ,このときの動作条件の違いに対応して変化する予備的な筋活動を抽出し,今後の実験対象としてスクリーニングした.表面筋電位の計測装置としてワイヤレス式の多チャンネルアンプを使用し,着地センサを用いた動作解析と同期させることで被験者が置かれら物理環境,筋電位および知覚心理量との関係性を調査した.また,本研究では実世界で実行可能な認知型インタフェース開発を目標としているため,表面筋電位から運動計画を検出する過程は実時間で実行可能であり,またヒトにフィードバックするという制約がある.そのため,逐次処理可能な予備緊張検出システムに関して検討した.平成27年度の研究を実施した結果,階段昇降時には膝関節伸展筋である内側広筋において着地前の事前活動が顕著に表れ,その持続時間は着地前100-200ms程度と長いものであった.この活動は着地衝撃を緩和させる役割をもつと考えられ,その振幅は段差高さに関連している,内側広筋の活動から予備緊張を検出するために,両脚の各筋活動を計測しこれらの位相により予備活動の発生時刻を推定できる可能性があることが分かった.しかしながら,ヒトにフィードナック情報を認知させるにたる時間余裕を確保することが困難であることも判明しており手法の再検討が必要である.ヒトが認識した外部環境に応じて,運動計画によって生じる事前的な不随意の運動を計測し,(1)脳が計画している運動を事前に予測すること,(2)生体内の神経系に学習された外部環境のダイナミクスをリアルタイムに推定すること,の2点に挑戦する.末梢器官であっても中枢神経系の制御ループ内に組み込まれているので,骨格筋などの“末梢器官には感覚・中枢神経系の予測的な信号処理がコーディングされている"という仮説が立てられる.この仮説に基づき実時間において中枢神経系の「予測制御」を事前予測することによって,非侵襲的なインタフェースでありながら,表面筋電位などの末梢器官の情報から脳内で処理される主観的な空間認識や意思・意図に近い情報の取得が期待できる.そこで本年度では,視覚情報と運動準備や筋の予備的活動との関係性を定量化するシステムの開発を行った.具体的には,運動に影響を与える視覚情報をHMDを用いてリアルタイムに提示しそのときの表面筋電位やモーション・着地イベントを記録する生体計測システムを開発した.HMDでは輻輳角の呈示は欠落するものの,両眼視差と運動視差,テクスチャ,オプティカルフローなど運動に影響を与えることが報告されている視覚情報を任意の空間として呈示できる.また,同時に計測した身体の動作をリアルタイムにHMD上の空間に投影することで,身体所有感と身体制御性を有した状態を作ることができる.この状態で現実に歩行している地面とは異なる高さの段差を呈示して,視覚情報と触力覚・固有感覚・前庭感覚とが齟齬を来した状態を作ることができる.

ここから,視覚を含めた知覚運動制御による踏み外し動作を解明し,不随意に生じる筋の事前活動や予備的活動からヒトの主観的な知覚情報を探る実験を行った.HMDと3次元計測装置のリアルタイムフィードバックシステムを開発し,身体所有感と身体制御性を備えた呈示・計測システムであることを確認した.身体所有感などの獲得には時間的な遅延が100ms以下であることが多く報告されているが,本システムでは平均80msの遅延で身体計測データがHMDにフィードバックされており,身体性所有感を提示するのに十分な性能である.このシステムを利用し,視覚情報と運動準備・予備的活動との関係性を解析することが可能になった.段差の降下運動中に段差の高さ認識に齟齬があった時に,遊脚の内側広筋や前脛骨筋の表面筋電位に段差の高さに相関する活動が確認でき,着地あるいは衝撃の予測的な活動から齟齬をリカバリする活動へと切り替わる機構の様子が確認できた.これらは今後視覚呈示情報を順次変えていくことで,どのような視覚情報が予測やリカバリに有効に働くのかが明らかになると考えている.このような知見が得られると安全な階段など住環境を知覚・運動に基づいて設計することに役に立つと考えられる.ヒトが行っている適切な運動の計画と実行は,各種感覚器官から外界の情報を取得・統合する機構に基づいており,そのため知覚と実際の物理的環境に齟齬がある場合は誤った運動を引き起こすことになる.これが実生活上で問題となるのは,段差を降下する運動など転倒につながるリスクが高い場面である.従来においても落下や段差を踏み外す動作に関して多くの研究がなされてきたが,踏み外し動作を再現する従来手法では視覚情報を完全に遮断するため,視覚に齟齬が生じ踏み外す現象を実験手法上再現することは困難であった.そこで本研究では,リアルタイム3次元運動計測とHead mounted display (HMD)を用い,運動中の視覚的錯誤生成システムを構築した.本システムは踏み外し動作の再現に必要な機能として,誤差1cm未満の身体位置測定精度,正答率90%以上の奥行き再現精度,100ms未満の遅延時間を十分に満たされることを確認した.本システムを用いて段差踏み外し動作を解析した結果,踏み外し時(予期した踏み外し高さを踏み抜いた時刻)には反射的な筋活動が生じることが示され,この反射的な筋活動は遊脚よりも支持脚で顕著に見られたことから,踏み外し時の修正戦略では支持脚がより重要な役割を担うことが示唆された.また,この結果を利用し踏み外し有無の判別に平均正答率0.8で成功した.正答率は被験者毎にばらつきはあるものの今回解析対象とした筋計測部位および特徴量は,踏み外しの修正動作を検出しうるものであり,主観報告によらず客観データから段差を踏み外すという転倒リスクを評価することに有用であることを示したものである.リアルタイム3次元運動計測とHMDからなる視覚的錯誤生成システムを用いて段差踏み外し動作の再現と解析を行うことで,段差踏み外し時には特徴的かつ反射的な修正戦略が存在することを示した.今回開発したシステムは身体性と環境再現性が研究目的に十分に担保されていることを検証し,段差踏み外し動作の再現が可能であること示された.踏み外し動作を再現した実験では,筋活動と着地時衝撃のデータから段差踏み外し動作が再現できたことと,踏み外し時に特有な不随意の反射的応答が存在することが示された.
アポトーシスによる膵β細胞死とBcl-2ファミリーによるその制御

本研究は、糖尿病の成因として膵β細胞のアポトーシスが関与しているか否かを明らかにするため、(1)アポトーシスによる膵β細胞死の解明、および、(2)アポトーシス抑制蛋白Bc1-2による膵β細胞死の制御、の2点を目的として行った。まず、マウス由来の膵内分泌細胞株(βTC1、αTC1、NIT-1)において、糖尿病での関与が示唆されているサイトカイン(IFNγ、IL-1β、TNFα)と培養すると、アポトーシスに特徴的なDNAの断片化が経時的に増加した。この結果は、膵内分泌細胞において、アポトーシスを介した細胞死が誘導され得ることを示す。断片化DNAの量は、βTC1>NIT-1>αTC1の順であった。これらの細胞株におけるアポトーシス抑制蛋白Bc1-2の発現は、βTC1<<NIT-1≒αTC1であった。次に、上記膵内分泌細胞株のうち、Bc1-2蛋白の発現が最も少量で、しかもアポトーシスが最も誘導されやすかったβTC1細胞にヒトbc1-2遺伝子をトランスフェクトし、過剰発現させた。その結果、Bc1-2蛋白を過剰発現させたβTC1細胞では、対照のβTC1細胞に比較して、断片化DNAの量が約半分に減少した。以上の結果より、膵β細胞がサイトカインによってアポトーシスの機序を介して死に得ること、また、そのβ細胞死をBc1-2によって抑制し得ることが明らかになった。この成績は、糖尿病の少くとも一部において、膵β細胞のアポトーシスが関与していることを示唆するものである。
新しいアトマイズ超急冷法で作製する希土類系合金微粉末を用いた高性能磁石の試作研究

本研究は,溶融射出部と冷却ディスクを高速逆回転させる筆者ら考案の新しいアトマイズ法を用いて磁性微粉末を作製し,それら試料粉末による磁石の試作を目標とした2カ年の計画で,成果の概要はつぎのとおりである.1.第1年度は,微粉化効率を上げるために,既存の粉末作製装置の原型機を大幅に改修した.すなわち,本方法で最も重要な原料合金の溶融回転射出部に,新たに設計したACサーボモータ高速起動射出装置を取り付け,また高周波溶解を可能にした.さらに冷却用銅ディスクおよび溶融射出用ノズルの形状寸法についても検討を重ね, Fe-B系合金の粉末を種々の条件で試作した.その結果,微粉化に必要な作製方法・条件についての基礎的知見が得られ,初年度の基本的な目標をほぼ達成した.2.第2年度は,さらに高い微粉化効率と試料粉末回収の歩留まり向上のために,装置の真空容器の一部を拡張した.また溶融射出合金と冷却ディスク間のぬれ性を低下させる必要があることが分かったので,種々の検討の結果,カーボンディスクを試作し,希土類系磁性合金粉末を作製した.その結果,ミクロンサブミクロンの微細結晶組織をもつ直径10数10μmの真球度のよい磁性微粉末を作製することができた.(製法に関する特許申請)3.当初の計画では最終段階で試作微粉末による磁石の作製を予定していたが,微粉化に必要な装置の種々の改良とそれに伴う実験に予想外の多大の時間を要したので,高性能磁石の試作に至らなかった.しかしながら,本研究の製法が他のアトマイズ法にない特長・利点を有することを明らかにした.磁石の試作は,現在進めている粉末の磁石特性向上の実験の結果を待って,近く行なう予定である.また本製法を一層確立するための装置の改良と実験を続け,硬質磁性粉末のほかにアモルファス軟質磁性粉末の試作も開始する予定である.本研究は,溶融射出部と冷却ディスクを高速逆回転させる筆者ら考案の新しいアトマイズ法を用いて磁性微粉末を作製し,それら試料粉末による磁石の試作を目標とした2カ年の計画で,成果の概要はつぎのとおりである.1.第1年度は,微粉化効率を上げるために,既存の粉末作製装置の原型機を大幅に改修した.すなわち,本方法で最も重要な原料合金の溶融回転射出部に,新たに設計したACサーボモータ高速起動射出装置を取り付け,また高周波溶解を可能にした.さらに冷却用銅ディスクおよび溶融射出用ノズルの形状寸法についても検討を重ね, Fe-B系合金の粉末を種々の条件で試作した.その結果,微粉化に必要な作製方法・条件についての基礎的知見が得られ,初年度の基本的な目標をほぼ達成した.2.第2年度は,さらに高い微粉化効率と試料粉末回収の歩留まり向上のために,装置の真空容器の一部を拡張した.また溶融射出合金と冷却ディスク間のぬれ性を低下させる必要があることが分かったので,種々の検討の結果,カーボンディスクを試作し,希土類系磁性合金粉末を作製した.その結果,ミクロンサブミクロンの微細結晶組織をもつ直径10数10μmの真球度のよい磁性微粉末を作製することができた.(製法に関する特許申請)3.当初の計画では最終段階で試作微粉末による磁石の作製を予定していたが,微粉化に必要な装置の種々の改良とそれに伴う実験に予想外の多大の時間を要したので,高性能磁石の試作に至らなかった.しかしながら,本研究の製法が他のアトマイズ法にない特長・利点を有することを明らかにした.磁石の試作は,現在進めている粉末の磁石特性向上の実験の結果を待って,近く行なう予定である.また本製法を一層確立するための装置の改良と実験を続け,硬質磁性粉末のほかにアモルファス軟質磁性粉末の試作も開始する予定である.本研究は、研究代表者・八木と分担者・丹野の共同考案による溶融回転射出ノズルとこれと逆方向に回る超急冷用回転デイスクから構成される新しいアトマイズ超急冷法を用いて、原料合金の微細化と超急冷を同時に行わせ、高品位の磁性粉末を作製し、これら粉末による磁石の試作を目的としたもので、初年度の実績は以下に述べるとおりである。1.上記の目的達成のために、研究計画調書に記載したとおり、まず、溶融合金を大きな遠心力で射出させるために、ACサーボモータとエアシリンダを含む高速起動射出機構を設計製作し、試作実験に着手した。2.試作実験はFe-B系合金を用いて行い、溶融射出用石英ノズルの形状・寸法、高速起動回転に耐えられる取付け方法、および超急冷デイスクの形状・寸法など本試験研究に必要な作製条件・方法の検討・改善を順次進めた。その結果、次のような点が明らかになった。(1)本研究で用いた新しいアトマイズ法によって、少なくとも数10μm程度以下の粒子径が得られることがわかった。(2)ノズルおよびデイスクを高速回転させると、微粉末の粒度分布が上がり、粒度分布はこれらの回転数に大きく依存することがわかった。現在、粒度分布をさらにあげるために、作製方法・条件を種々検討中である。3.本方法で粉末を作製できることがわかったが、現有の装置では真空容器の直径が足りないことがわかったので、最近、装置に新たに大型の回収管を接続し、次年度は種々のガス雰囲気で試作研究を進めることにしている。

4.高性能磁石に必要な希土類金属を含む粉末の試作実験をまもなく始めるが、上記2の成果については、合金微粉末の製法として、公務員の発明による特許を申請する予定である。
新規BACE基質の網羅的な検索とその切断のアルツハイマー病態における意義

我々は、アルツハイマー病ベーターセクレターゼ(BACE1)がゴルジ装置に存在するalpha2,6シアル酸転移酵素(2,6ST)を基質として切断することを見い出した(Proc Natl Acad Sci, USA 2001:98,13554-9)。本研究ではこの切断の詳細な機構を明らかにした。また、BACE1の新たな基質を検索し、複数の糖転移酵素がBACE1による切断を受けることを明らかにした。(1)BACE1による2,6STの切断位置の確定BACE1とalpha2,6シアル酸転移酵素を細胞内で共発現すると、2,6STが切断を受け細胞外に分泌されてくる。このとき2,6STのアミノ末端はGlu-41から始まっていたので、BACE1は2,6STのLys-40(P1)とGlu-41(P1')の間を切断すると考えた。しかし、この切断は、報告れているBACE1の切断特異性と一致していなかった。そこで、in vitroで切断位置を再検討したところ、Leu-37とGln-38の間で切断が起こることが見いだされた。細胞内では生じたGln-38断端が、アミノペプチダーゼによりトリミングを受けて3つのアミノ酸が除去されGlu-41が露出してから細胞外に分泌されることが示された。重要な点は、このアミノペプチダーゼはBACE1の切断の後にしか作用しないことである。即ち、2,6STの切断と分泌の速度を決定しているのはBACE1であることが確認された。(2)BACE1の新しい基質の網羅的検索2,6ST以外の糖転移酵素がBACE1の基質になるか否かを検討した。新たに2つの糖転移酵素がBACE1の切断を受けることが明らかとなった。すなわち、BACE1は特定の糖転移酵素を選択的に切断していることが示された。今後この切断のアルツハイマー病態における意義を検討する予定である。
ナノキャリアの複数回投与が及ぼす免疫原性の解明と回避

ドラッグデリバリーシステム(DDS)において薬剤を搭載するキャリアにポリエチレングリコール(PEG)を修飾することで高い血中安定性が獲得できる。しかし、PEG修飾ナノキャリアを複数回投与することによって血中滞留性が著しく損なわれるAccelerated blood clearance(ABC)現象はDDSの開発において障害となっている。本研究では生体内共焦点顕微鏡を用いてABC現象の評価法を確立し、様々なキャリアについて調べることによりABC現象を回避する構造を検討した。また、siRNAを搭載する際のintact性保持の評価法、長時間測定で問題となるフォトブリーチングの抑制法を確立した。生体適合性の高いポリエチレングリコールを修飾したポリマーで構成されたドラッグデリバリーキャリアは非修飾のキャリアと比べてステルス性が高く血中滞留性も良いことが知られている。しかし、マウスに投与することにより抗体が作られるため、2回目以降の投与では血中滞留性が著しく落ちる。これはAccelerated blood circulation phenomenon(ABC現象)として知られており、ドラッグデリバリーシステム(DDS)の開発において障害となっている。本研究は生体内共焦点顕微鏡を用いたABC現象の評価方法の確立、発生機序の解明と次世代DDSキャリア設計への寄与を目的とする。H24年度は生体内共焦点顕微鏡を用いた耳介血管の観察という非侵襲的手法によるABC現象の評価方法を確立した。H25年度はキャリアが肺へ集積することによる塞栓の形成、肝臓へのダメージ、また、腫瘍へのキャリア集積量の変化などABC現象における副作用の検討を行う予定であった。ここで、同じ場所での長時間イメージングが必要となるためフォトブリーチングへの対策が課題となった。フォトブリーチングとは蛍光色素に励起光を当てつづけることにより分子的に不可逆な変化が起こり蛍光を失う現象であり、集積したキャリアの定量性に問題が生じる。その原因の一つに活性酸素種の影響が知られている。ポリフェノールなどの抗酸化剤を用いたフォトブリーチングの抑制はHemmateenjadら(Analyst, 2012, 137, 4029)により行われており、今回はin vivoに応用した。その結果、N-アセチルシステインやビタミンE誘導体を事前投与することにより、フォトブリーチングを抑えることができた。この成果についてはARO学会で発表を行った。ドラッグデリバリーシステム(DDS)においてポリエチレングリコール(PEG)はナノキャリアの血中安定性を向上させるために最も汎用されている表面修飾用高分子であり、PEGを修飾したナノキャリアの一部は臨床で使用されている。しかし、PEG修飾ナノキャリアを複数回投与することによって血中滞留性が著しく損なわれるAccelerated blood clearance(ABC)現象が知られており、DDSキャリアの開発において障害となっている。本研究では生体内共焦点顕微鏡を用いてABC現象の評価方法の確立と回避方法の検討を行うことによりDDSキャリアの開発への寄与を目的とした。最終年度である平成26年度ではABC現象の回避に着目した。ABC現象は脾臓B細胞、肝臓のクッパー細胞が関与していることが知られているので、脾臓、肝臓の貪食細胞を除去するクロドロネートリポソームの事前投与により、ナノキャリアを投与する前に一時的に細網内皮系を抑制して、ABC現象を回避することを試みた。さらにキャリアのサイズや初回投与量の検討を行った。キャリアの構造についても架橋率の違いやリガンドの有無などによる影響を生体内共焦点顕微鏡やIgM抗体量の測定によって検討した。また、FRET(fluorescence resonance energy transfer)の手法を取り入れてキャリアに搭載したsiRNAのintact性の評価法を確立し、ナノキャリアおよび内包薬物の安定性への影響や代謝の経路を調べた。ドラッグデリバリーシステム本研究では、1.リアルタイムでのABC現象の評価および副作用の検証、2. ABC現象とナノキャリアの組成や構造との関係を調べる、3. ABC現象を回避するシステムの設計、の3点を行うことを目標にした。H24年度は生体内共焦点顕微鏡を用いたABC現象のリアルタイム測定方法の確立という目標を達成した。また、ABC現象によってsiRNAデリバリーにおけるsiRNAのインタクト性がどう変わるのかを検討するために、FRETを用いたイメージング方法を検討した。その成果について学会発表を行い、現在論文を執筆中である。H25年度は、ABC現象における副作用の検討を行うため、肺、肝臓、腫瘍などドラッグデリバリーキャリアの集積を同じ場所で長時間観察する必要がありフォトブリーチングが大きな問題となった。フォトブリーチングが起きるとキャリアの集積量を正しく評価することができないため、この問題を解決することが課題となった。抗酸化剤を用いたフォトブリーチングの回避策の開発のためABC現象における副作用の検討を行うという予定通りには行かなかったが、フォトブリーチングを抑制する撮影手法を開発したことは今後の研究に役立つと考えられる。また、最終年度に予定していた架橋度の違いやリガンドの有無によるABC現象の検討の一部をH25年度に行ったため、全体として遅れ気味ではあるが最終年度までには当初の目標を達成できると考えている。

リアルタイムでのABC現象の評価方法を確立するという申請書に掲げた初年度の目標を達成し、IVRTCLSMはABC現象の評価において最適なツールの一つであるということを示した。この手法を用いて様々なナノキャリア(PEG-liposome, polyion complex micelle, semipermeable polymer vesicle (PICsome))について比較し、ABC現象を誘起するナノキャリアの構造についてライブラリを作成する上で重要なデータを得た。さらに次年度に行う腎臓や肝臓における代謝の評価手段としてFRET(fluorescence resonance energy transfer)の手法を取り入れた。アンチセンス鎖の両端にペアでFRETを誘起する蛍光色素をもったsiRNAはインタクトな状態ではFRETを起こし、分解されるとFRETが解除されるという仕組みをもつ。このFRET-siRNAとポリカチオンから形成されるポリイオンコンプレックスを用いてIVRTCLSMにより血中や腎臓でのsiRNAのインタクト性を評価できることを確認した。また、従来の方法ではIVRTCLSMシステムで観察するために、ナノキャリアを構成するポリマーに1種類の蛍光物質をつけており、キャリアが崩壊しても蛍光は消えないため、キャリアの崩壊に関しての時空間情報が得られなかった。そこで、キャリアと内包薬剤の間でFRETを誘起するような蛍光物質をそれぞれに結合させることにより、キャリアが崩壊するとFRETが解除されるという仕組みを利用し、キャリアの崩壊に関しての時空間情報を得ることを検討中である。この2種類のFRETナノキャリアを用いてABC現象によるナノキャリアおよび内包薬物の安定性への影響や代謝の経路を知ることができ、ABC現象を解明する手がかりとなるだろう。今後はまず、ABC現象の副作用としての肺への集積と腎臓代謝の影響を検討する。肺の観察では、既に確立している陽圧呼吸管理下のマウスの開胸観察法を用いてABC現象が肺に与える影響、特に間質性肺炎との関連について調べる。H24年度のFRETを用いたsiRNAデリバリーの研究によると腎臓での観察において尿細管で分解されたsiRNAを確認した。今まで使用している共焦点顕微鏡では腎臓表面から数10 umくらいの深さまで観察できるが、血液の濾過を行っていると考えられる糸球体はより深部にあるため観察が行えなかった。しかしH25年度、当該研究室に二光子励起顕微鏡が導入されたので、腎臓の糸球体観察が可能になり、より詳細なデータが得られると考えている。