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チタンインプラントの新生骨の再生を促進するためのインテリジェント界面の創出

チタン(Ti)やTi合金は機械的性質並びに耐食性に優れていることから、インプラント材料として最も使用されている生体材料の一種である。しかしながら、Ti表面と新しい骨の形成や生体骨組織とを接合することが難しいという欠点があります。近年、Ti上への表面形貌の制御をして、Tiの生体細胞との親和性・適合性を向上させるために様々な研究が盛んに行われている。Ti上への周期的微細構造の形成には、レーザー表面加工が有効な手法の一つであると考えられる。本研究では、次世代向けインプラント、新生骨再生の促進をできるTi基インテリジェント界面の創出、特にヒト間葉系幹細胞・骨芽細胞の形態を制御がある、同時にインプラント材周辺の新生骨の再生を促進できる効果的に表面デザインの開発を目的とする。本年度は、最適な骨形成を促進できる表面デザインを探索するために、Tiの表面にフェムト秒レーザーにより形成した等方性・異方性周期的微細構造ある表面パターンがヒト間葉系幹細胞の接着挙動および骨芽細胞への分化にどのような影響を評価に着手した。表面加工した微細構造より細胞接着の形態制御を確認するために、倒立型蛍光顕微鏡でTi表面上での細胞の伸展状態を観察し、Micron/nano(hybrid)の周期的な等方的な構造が最も優れた細胞接着斑の分布制御を示すことが明らかとなった。分化誘導培地を使用し、骨芽細胞への分化、軟骨細胞へ分化、脂肪細胞への分化など誘導した。各分化に関するバイオマーカーをリアルタイムRT-PCRで細胞遺伝子発現の測定および免疫蛍光染色で各分化関しているタンパク質発現の評価を可能とする測定系の構築を行い、現象の解明を進めている。さらに、マウスの前骨芽細胞(MC3T3-E1)の骨への分化促進について、チェックボード(checkboard)表面パターンが最も優れた硬組織適合性を示すことが明らかとなった。前年度の研究結果に基づいて、本年度は、チタンインプランド材表面で最適な骨形成を促進できるデザインを探索した。周期的微細構造ある表面パターンよる細胞接着挙動の評価を可能とする測定系の構築を行い、金属基盤表面と幹細胞の相互作用を最適化することにより、生物活性を有するインプラント材の表面設計・開発を進めています。また、生体機能発現メカニズムに関しても、フェムト秒レーザー表面加工したTi表面微細構造による細胞の接着制御、hMSCsの骨芽細胞への分化促進、マウス骨芽細胞の新生骨組織の生成などを実証しており、研究は当初の計画通りに進展している。さらに、本年度得られた結果が学術的に価値の高いものであることが認められたため、国内外の学会発表(8件、うち招待講演1件/うち国際学会4件)や論文投稿(4件)や外国特許(1件)を通じて成果の発信を行った。今年度の達成度は「おおむね順調に進展している」と自己評価した。今年度は、過去二年間の研究を継続し、Ti表面での周期的微細構造に接着発現機構の解明と一般的理論への拡張する予定であった。さらに最適な骨形成を促進できる表面デザインを探索し、金属基盤上での等方性・異方性周期的微細構造を持って表面パターンより幹細胞の接着や増殖や骨芽細胞への分化および新生骨組織の再生挙動などのメカニズムの解明の研究を継続することとする。得られた結果をさらに有効なレーザー表面加工技術・表面パターンデザインへとフィードバックする。具体的には、以下の項目に細分化された項目について、次年度に引き続き研究を継続する。(1)周期的微細構造のスケール(マイクロメートルスケールまたはナノメートルスケール)と細胞接着で重要な役割を持つ接着斑(ビンキュリン)の分布制御および細胞内部での細胞骨格(アクチンフィラメント)のオリエンテーションの影響を明らかにする。また、引き続き接着のメカニズムの研究を継続する。(2)最適な骨形成を促進できる表面デザインを獲得のために、Ti上で異方性周期的微細構造を持って表面パターンを検討する。Tiの上に間葉系幹細胞を分化誘導培地を使用しない、そのままに培養後にTotal RNAを抽出して、前年度決めましたバイオマーカーを使用し、細胞内の遺伝子発現の変動を測定結果による幹細胞の未分化維持や分化誘導において表面パターンの影響を調査に着手する。さらに、複数種類骨芽細胞(ヒトの骨芽細胞とマウスの骨芽細胞)を使用し、ALP活性と石灰化による骨再生関するタンパク質発現量解析による周期的微細構造を持って表面パターンが骨への分化制御・促進関する研究を行い、組織適合性獲得とその機構解明を行う。これらの結果を基に、次年度の研究計画を策定する。また、研究の得られた成果は、国内外の学会における講演および学会誌への論文投稿により逐次公表する。最近インプラント治療を受ける方が急速に増えている傾向にある。チタン(Ti)やTi合金は機械的性質並びに耐食性に優れていることから,現在インプラント材料として最も使用されている生体材料の一種である。しかしながら,生体適合性Tiであっても生体活性・機能を持たない。Tiに対して新機能を付加することが必要である。生体機能向上の方法の一つとして,Ti上の骨形成はTiの表面形貌が起因している可能性があることが知られていることから,本研究では、次世代向けインプラント、新生骨再生の促進をできるTi基インテリジェント界面の創出、特にヒト間葉系幹細胞の形態を制御がある、同時にインプラント材周辺の新生骨の再生を促進できる効果的に表面デザインの開発を目的とする。

本年度は、細胞形態を制御できる最適な表面デザインを探索するために、波長775nmのフェムト秒レーザーにより形成した等方性・異方性周期的微細構造がヒト間葉系幹細胞(hMSCs)の接着挙動およびhMSCsの様々な細胞への分化にどのような影響を評価に着手した。表面加工した微細構造より細胞形態の制御を探索するために、倒立型蛍光顕微鏡でTi表面上での細胞の伸展状態を観察し、画像解析ソフトウェア(ImageJ)による細胞の接着挙動解析でき、ミクロンメートル/ナノメートルスケール(hybrid)の周期的な等方的な構造が最も優れた細胞の接着制御を示すことが明らかとなった。分化誘導培地を使用し、骨芽細胞への分化、軟骨細胞へ分化、脂肪細胞への分化など誘導した。各分化に関するバイオマーカーをリアルタイムRT-PCRで細胞遺伝子発現の測定および免疫蛍光染色で各分化関しているタンパク質発現の評価を可能とする測定系の構築を行い、現象の解明を進めている。さらに、マウスの前骨芽細胞の骨への分化促進について、hybridが最も優れた硬組織適合性を示すことが明らかとなった。本年度は、ヒト間葉系幹細胞(hMSCs)の接着制御と分化促進できる最適な表面パターンを探索するために、周期的微細構造よる細胞接着挙動の評価を可能とする測定系の構築を行い、金属基盤表面と幹細胞の相互作用を最適化することにより、生物活性を有するインプラント材の表面設計・開発を進めています。また、生体機能発現メカニズムに関しても、フェムト秒レーザー表面加工したTi表面微細構造による細胞の接着制御、hMSCsの骨芽細胞への分化と軟骨細胞への分化と神経細胞への分化促進、マウス骨芽細胞の新生骨組織の生成などを実証しており、研究は当初の計画通りに進展している。さらに、本年度得られた結果が学術的に価値の高いものであることが認められたため、国内外の学会発表(7件)や論文投稿(2件)や外国特許出願(1件)を通じて成果の発信を行った。今年度の達成度は「おおむね順調に進展している」と自己評価した。チタン(Ti)やTi合金は機械的性質並びに耐食性に優れていることから、インプラント材料として最も使用されている生体材料の一種である。しかしながら、Ti表面と新しい骨の形成や生体骨組織とを接合することが難しいという欠点があります。近年、Ti上への表面形貌の制御をして、Tiの生体細胞との親和性・適合性を向上させるために様々な研究が盛んに行われている。Ti上への周期的微細構造の形成には、レーザー表面加工が有効な手法の一つであると考えられる。本研究では、次世代向けインプラント、新生骨再生の促進をできるTi基インテリジェント界面の創出、特にヒト間葉系幹細胞・骨芽細胞の形態を制御がある、同時にインプラント材周辺の新生骨の再生を促進できる効果的に表面デザインの開発を目的とする。本年度は、最適な骨形成を促進できる表面デザインを探索するために、Tiの表面にフェムト秒レーザーにより形成した等方性・異方性周期的微細構造ある表面パターンがヒト間葉系幹細胞の接着挙動および骨芽細胞への分化にどのような影響を評価に着手した。
染色体Xq28に座位する精神発達遅滞の発症に関与する新しい遺伝子

重篤な精神発達遅滞を伴うDuchenne型筋ジストロフィーの患者で、X染色体内の逆位の異常を見い出した。逆位の短腕内の断端においてDMDの原因となるジストロフィン遺伝子の離断を同定した。また、長腕の断端において未知の遺伝子が離断されていることを見い出した。この未知の遺伝子は精神発達遅滞の発症に関与するものと考えられ、その遺伝子のクローニングならびに分子遺伝学的検討を行った。ジストロフィン遺伝子の断裂部位をまず同定することに成功した。そして、ジストロフィン遺伝子配列をもとにして、5'RACEにより1つのエクソンを、また3'RACE法により2つのエクソンを新たにクローニングした。また、こうしたエクソン配列をもとに他のエクソンの存在を検討したが、3つのエクソンの存在しか確認できず、新規遺伝子は3つのエクソンからなると結論した。しかし、この遺伝子のmRNAには有効なアミノ酸読み取り枠は見い出せず非コード遺伝子と判明した。さらに、この非コード遺伝子の発生学的検討を行ったところ、比較的人類に近い霊長類でのゲノムからこの遺伝子に相当するPCR増幅産物が得られ、人類に近い発生段階で新たにゲノムに加わったものと判明した。したがって、この新規遺伝子はヒト固有の高次機能に関わる可能性が示唆された。一方、ヒト染色体でこの遺伝子が同定された染色体領域には精神発達遅滞の候補となる遺伝子は未だ何もマップされていないことが判明した。この結果は、本遺伝子が未解明の極めて特異なものであることを示すものであった。
高温性ランへの低温耐性の遺伝子工学的付与

低温に耐性を持つホウレンソウの幼葉からcDNAライブラリーを作り、脂肪酸不飽和化酵素(Stearoyl ACP desaturase)のcDNAクローンを3個得た。これらの遺伝子を低温に弱い植物(たとえば、高温性ラン)に導入することができれば、生体膜を構成している極性脂質に含まれる脂肪酸組成が変わり、生体膜の物理化学的性質が変化し、結果として植物の低温に対する感受性を改変できると予想した。最初に、制限酵素SmaIおよびSacIの切断位置を導入するように設計したプライマーを用いてクローニングベクター中の脂肪酸不飽和化酵素の遺伝子をPCR法で増幅した。市販のバイナリーベクターの一種であるpBI121を同じ制限酵素で消化し、レポーター遺伝子であるGUS遺伝子を取り外し、そこへホウレンソウの脂肪酸不飽和化酵素遺伝子を挿入した。エレクトロポーレーション法によりこのキメラプラスミドを土壌細菌であるAgrobacterium tumefaciensに導入したところ、ストレプトマイシンおよびカナマイシンに対して抵抗性を持つ細菌が得られた。あらかじめ検討しておいたようにこの菌を培養して増殖させ、リ-フデイクス法によりペチュニアとファレノプシスの形質転換を試みた。現在のところ、ファレノプシスの形質転換には全く成功していない。ペチュニアでは多くのカルスの生成が見られ、またシュートもできた。数本のシュートからゲノムDNAを精製し、PCR法により外来DNAの存在を確認した。しかしながら、その後ほとんどのものは発根せず、開花して最終的には枯死してしまい、脂肪酸の変化を検出するにはいたらなかった。現在、新しいペチュニアを用いて再度形質転換植物を作製中である。今後、また、3種類のクローンから得たDNAを用いてこれらの遺伝子の発現が環境の温度にどのように反応するのか解析する予定である。オリゴヌクレオチドプロ-ブを用いて,ホウレンソウ幼葉のcDNAライブラリ-を検索したところ6種類のcDNAクロ-ンを得た。各クロ-ンのインサ-トDNAを調べたところ,SPSADー6クロ-ンのcDNAは全長1,610bpで1,097bpの脂肪酸不飽和化酵素のORFを持つことを見出した。このORFは399個のアミノ酸残基から残るポリペプチドをコ-ドしており,ヒマ・キュウリ・サフフラワ-種子の不飽和化酵素のアミノ酸残基数,396個と近似しており,全体の配列の類似性はそれぞれ84%・81%・82%であった。その配列のうちの最初の35個のアミノ酸は転移ペプチドを形成していることが推定され,成熟酵素は364個のアミノ酸残基からなることを予想した。現在,この遺伝子を大腸菌発現ベクタ-に組み込んで酵素タンパク質の発現を検討している。また,SPSADー5と1は不飽和化酵素のIsozymeと考えられる配列をインサ-トとして持ち,今後の展開が興味深い。平行して,BーGlucuronidase(GUS)遺伝子を持つpBI121プラスミド(Ti系プラスミドベクタ-)を用いてペチュニアの形質転換の最適条件を調べた。リ-フディスク法とprotoplast/electroporation法によりpBI121の導入を行ない,カルスの形成を見た。現在,植物の再生途上であるが,今後,植物体抽出物のGUS活性の測定や植物体のDNA中に取り込まれたGUS遺伝子のコピ-数などを調べる予定である。低温に耐性を持つホウレンソウ幼葉から得られた6種類のクローンの内SPSAD6のインサートが脂肪酸不飽和化酵素のcDNAであることをすでに明らかにしたが、クローン同志のハイブリダイゼーションとその塩基配列の解析からSPSAD5のインサートも類似の塩基配列を持つことが新たに分かった。

ホウレンソウ幼葉中には複数の脂肪酸不飽和化酵素が存在することを以前に発表したが、SPSAD5のインサートはアイソザイムのcDNAであることが予想される。現在、ノーザンハイブリダイゼーション法を使って両者の発現と機能の違いを検討している。pBI121を用いてペチュニア・ハナタバコ・ファレノプシスの形質転換の条件を検討した。リーフデイスク法における種々の条件、Agrobacteriumの菌数や抗生物質の濃度・培地組成などを検討して、ペチュニアとハナタバコの形質転換には成功した。得られた植物体間におけるGUS活性を測定したところ、数倍の違いがあり、形質転換植物のPosition Effectを確認した。ファレノプシスに関しては、フェノール物質の添加などの条件をさらに検討中である。また、低温に弱い双子葉植物の代表的例として、カボチャへの遺伝子導入も合わせて試みている。pBI121をSmalとSacl制限酵素で切断し、GUS遺伝子とSPSAD6のインサートを組み換えた。得られたpBI12SAD6を用いてペチュニアとハナタバコを形質転換した。形質転換植物が現在成育中であるが、カナマイシンに耐性であることから遺伝子の導入が成功していることが予想される。それらの形質転換植物の脂肪酸不飽和化酵素活性の増加と脂肪酸組成の変化および低温感受性の検討を進めている。pMALにSPSAD6のインサートを組み込んで大腸菌の形質転換を行ったが、現在までにホウレンソウの脂肪酸不飽和化酵素を発現した菌は見つかっていない。低温に耐性を持つホウレンソウから脂肪酸不飽和化酵素のcDNAクローンを得た。この酵素を低温感受性植物に導入することができれば、生体膜を構成している極性脂質に含まれる脂肪酸の組成を変えることにより、生体膜の物理化学的性質を変え、低温に対する感受性を改変できると予想した。制限酵素SmalおよびSaclの切断位置を導入するように設計したプライマーを用いてベクター中の脂肪酸不飽和化酵素の遺伝子をPCR法で増幅した。市販のバイナリーベクターの一種であるpB1121を同じ制限酵素で処理をして、GUS遺伝子を取り外し、そこへホウレンソウ脂肪酸不飽和化酵素の遺伝子を挿入した。エレクトロポレイション法によりAqrobactarium tumefaciensにこのキメラプラスミドを導入したところ、ストレプトマイシンおよびカナマイシンに対して抵抗性をもつ細菌が得られた。あらかじめ、検討しておいたように、この菌を培養して、リーフデイスク法によりペチュニアとファレノプシスの形質転換を試みた。現在、カナマイシンを添加してある培地上でカルスからシュートが出始めている。数グラムの茎葉が得られれば、ゲノムDNA中の脂肪酸不飽和化酵素の遺伝子の存在をPCR法で調べ、形質転換体を選抜する。得られた転換体の極性脂質の脂肪酸組成および低温感受性を測定する予定である。
神経性貝毒の化学的解明

ニュージーランドでは1992年から1993年にかけて二枚貝の摂食による神経性貝中毒が多発した。本研究はその原因毒の解明を目指して開始された。研究の過程で、同国南端のホボ-海峡周辺のカキに新奇毒性分が検出されたので、あわせて研究の対象とした。神経性貝毒の試料としてモエギイガイの中腸腺をアセトンで抽出し、ブレベトキシン類の検索を行ったが、既知成分は検出されなかった。代わって3成分の新奇類縁体を得て、それぞれTX1,TX2,TX3と仮称した。TX1はC_<53>H_<79>NO_<17>S(MW 1033)の組成を有するジアステレオマ-の混合物であり、ブレベトキシンBと同一の縮合エーテル環骨格を持つが側鎖において異なっていた。TX2では側鎖の42位アルデヒドがカルボキシルに酸化され、さらにD環のエーテル結合が開裂し、生じた10位水酸基に脂肪酸がエステル結合していると推定した。TX3ではブレベトキシンBの側鎖に相当する部位が修飾されていると考えて解析を進めている。カキ有毒成分としてC_<32>H_<45>NO_4(MW 507)の分子式を有する新奇イミンを得てジムノジミンと命名した。本成分は16員炭素環、6員環イミン、ブテノニド環を含む特異な構造を有する。既に平面構造を確定し、絶対構造の検討を行っている。
次世代弾性波および光デバイスを目指した多機能薄膜形成技術の研究

(1)シリカガラスに不純物を周期的に添加した薄膜の可視発光現象について、形成条件と発光スペクトルの関係を求め、400nm付近の短波長帯における光増幅の可能性を確認した。圧電性については水晶に近い定数値が得られたが、1年以上の長期にわたる圧電性の保持は艱難であった。(2)結晶性薄膜のシリカ基板上での結晶方位制御技術を検討し、酸化物単結晶薄膜形成の可能性を明らかにした。再現性改善のため温度センシング技術を開発した。下記2項目を重点に、研究を進めた。(1)クリスタルコンタクトエピタクシー法による薄膜方位制御クリスタルコンタクトエピタクシー法による薄膜形成技術については、汎用性の高いシリカ上の薄膜において光学薄膜および圧電性薄膜の結晶方位の制御を目標としている。シリカ基板に形成したセリウム置換YIG(Ce:YIG)薄膜において(100)および(111)の結晶方位の結晶成長を確認した。またニオブ酸リチウム(LN)薄膜についても、C軸配向と単結晶に比較して最大80%の圧電性を確認した。C軸以外の結晶方位でも方位制御の可能性が明らかになった。しかし再現性が低く、熱処理の温度分布が主な原因であることが分かり、改善策の検討をすすめている。(2)シリカ系超構造薄膜シリカ超構造では、紫外光励起による可視光のルミネセンスについて、400600nmの範囲での発光スペクトルを観測しているが、励起スペクトルについて検討の結果、励起波長のピークはほぼ250nm付近にあることを明らかにした。この波長の紫外光は容易に得られるので、実用を目指す上でも有意義である。されに、石英基板およびシリコン基板に形成した超構造薄膜で、誘導放出による光の増大(3-5dB/cm)を、再現性を含めて確認した。光増幅の可能性を明らかにすべく光吸収・伝搬損失について調査・検討をすすめている。超構造薄膜では、分極処理により圧電性発現するが、圧電d定数としてxカット水晶と同程度の値が再現性よく得られるようになった。しかし、十分な安定性を得るには至っておらず、解決策を検討する必要がある。前年度につづき、下記2項目を重点に、研究を進めた。(1)クリスタルコンタクトエピタクシー法による薄膜形成技術について、汎用性の高いシリカ上の薄膜において光学薄膜および圧電性薄膜の結晶方位の制御を目標としている。これまでに、セリウム置換YIG(Ce: YIG)において結晶方位の制御が可能であり、その再現性についてある程度の見通しを得た。ニオブ酸リチウム(LN)薄膜については再現性に乏しく、原因を検討した。その結果、結晶化における温度分布が最大の問題点であると見られ、マイクロヒータの導入など加熱機構の改善を進めた。また、温度分布の正確なコントロールのため、β水晶を用いる方法を考案し、開発をすすめた。平成21年度にはこれらの改善による結晶化制御と再現性向上のための処理条件を明らかにする予定である。(2)シリカ超構造薄膜では、紫外光励起による可視光のルミネセンスについて、400600nmの範囲での発光スペクトルを観測しているが、励起スペクトルについて検討の結果、励起波長のピークはほぼ250nm付近にあることを明らかにした。これまでに、石英基板上に形成した超構造薄膜により、400nm帯の誘導放出(光増幅)を観測しているが、さらにシリコン基板上形成膜においても光増幅を確認した。また、弾性波による光増幅の制御を目指し、ニオブ酸リチウム基板への超構造薄膜の形成条件を検討し、形成条件が可能となった。これによる光増幅も確認したが、石英基板やシリコン基板上の膜よりも増幅率が小さく、形成条件について検討をすすめている。デバイス化を目指して、超構造薄膜による光導波路形成法を検討し、基本的な条件を明らかにした。励起法について検討を行い、電子線照射による可視発光を確認した前年度につづき、下記2項目を重点に、研究を進めた。これまでに、セリウム置換YIG(Ce:YIG)において結晶方位の制御が可能となり、また、汎用性の高いニオブ酸リチウム(LN)薄膜についても兆候を得た。再現性向上には温度の精密制御、特に適度な温度分布を付与することが有効あるため、温度分布の測定技術に重点をおいて検討した。β相水晶に着目し、その温度特性の精密測定および無電極かつワイヤレスの温度分布計測技術を開発した。これにより、LN薄膜結晶において圧電性を得ることがほぼ可能となった。なおβ相水晶は薄膜材料ではないが、6001300°Cで圧電振動の確認と圧電共振の特性を明らかにし、デバイス構成を提案したことは、重要な成果と考えられる。

(2)シリカ系超構造薄膜シリカ超構造では、これまでに、石英およびシリコン基板に形成した超構造薄膜により、400nm帯の誘導放出(光増幅)をスラブ導波路において観測しているが、さらにニオブ酸リチウム基板への超構造薄膜の形成技術を立ち上げ、誘導放出を確認した。405nm(紫)および485nm(青)で誘導放出を観測した。また導波路形成技術を確立し導波路でも光増幅の可能性があることがわかった。導波路による散乱損失を小さくする必要がある。さらに、多層構造(超構造)によらず、3種の不純物を混合した状態でドープすることにより、超構造に近い発光が得られる形成条件を求め、誘導放出が確認された。これらの結果、当初の目標であるシリカ系薄膜での光学活性材料としての形成技術はほぼ確立された。
椎骨脳底動脈循環障害による前庭神経核ニューロンの機能的脆弱性の解明

[目的]椎骨脳底動脈領域の虚血による平衡覚と聴覚の受傷性の相違を解明するために低酸素および椎骨動脈(VA)閉塞の前庭神経核(VN)ニューロン活動に対する影響を蝸牛神経核(CN)ニューロン活動に対する影響と比較して電気生理学的手法を用いて検討した。[方法]α-chloraloseで麻酔したネコを用い、7極微小ガラス管付き銀製微小電極をVNおよびCNに刺入した。今回購入した電気刺激装置による末梢前庭の電気刺激および音刺激に応じるVNおよびCNニューロンを同定し、それぞれ自発性単一ニューロン活動および刺激にて誘発されるニューロン発火を細胞外に記録した。微小ガラス管にはグルタミン酸拮抗薬を充填し、今回購入したマイクロイオン注入装置を用いて微小電気泳動法により記録ニューロン近傍に投与した。[結果]5%O2+95%N2の低酸素混合ガスを5分間吸入させた時、ならびに50mmHgの低血圧状態に椎骨動脈を5分間閉塞した時のVNおよびCNニューロン活動の反応について検討した。低酸素吸入時、VNおよびCNニューロン活動は一過性亢進後に低下し消失する2相性の変化を示し、吸入中止後には発火は徐々に増加し吸入前値まで回復した。この発火の亢進はグルタミン酸拮抗薬により抑制された。平均発火消失時間はそれぞれ124秒および188秒で前者が短く、平均発火再現時間はそれぞれ658秒および387秒で前者が長かった。さらにVA閉塞を行うと38.5%のVNニューロンは、低酸素吸入時と同様の反応が認められたが、CNニューロンは全く影響を受けなかった。[結論]虚血によるVNニューロン活動の変化にはグルタミン酸が関与していると考えられた。又、VNニューロンはCNニューロンに比べて虚血に対して機能的脆弱性が高く、VBIでは前庭症状が優位に生じると考えられた。
中世における食材の流通と食文化の研究

1.古代・中世遺跡出土遺物の調査研究(1)前年度に引き続き,古代・中世遺跡から出土した動植物遺体や木簡を収集し,流通・消費について考えた。(2)前年度に引き続き,古代・中世遺跡から出土した食器・調理具の集成を行い,特に瀬戸内海地域における食器・調理具のあり方について検討した。2.文献史料の検討(1)『正倉院文書』に見られる食材を収集し,奈良時代の食文化について考えた。(2)江戸時代に朝鮮通信使を饗応した際の料理に関する史料をはじめ,近世の瀬戸内海地域の食文化に関する史料を収集した。3.まとめ考古資料・文献史料などをもとに検討し,中世を中心に古代から近世に至る食文化の一端を垣間見ることができた。特に瀬戸内海地域と関わりの深い水産資源の流通と消費について明らかにすることができた。1.古代・中世遺跡出土遺物の調査・研究(1)奈良県藤原京跡・平城京跡をはじめ,宮城県多賀城跡,福岡県大宰府史跡などから出土した動植物遺体や木簡を検討し,古代の食材と産地について調べた。(2)広島県の草戸千軒町遺跡や尾道遺跡,神奈川県鎌倉市街地遺跡,福井県一乗谷朝倉氏遺跡,京都府京都市街地遺跡,大阪府堺環濠都市遺跡出土の動植物遺体や木簡ならびにトイレ遺構を検討し,中世の食材と流通について調べた。なお,いずれの地域でも動物遺体がかなり出土しており,中世に肉食が盛んに行われていたことが確認され,堺環濠都市遺跡では他遺跡と異なって鳥類の骨がかなり出土しており,そのあり方が注目された。(3)関連するものとして近世の事例を調査した。大坂城下町の魚市場と考えられる地点で出土した木簡や魚骨から流通と消費の一端が明らかになった。2.文献史料・絵画史料の調査・研究(1)『平安遺文』収録された食材ならびに食文化関係史料の収集を行った。(2)『兵庫北関入訟納帳』をもとに,室町時代の食材と流通について検討した。(3)ルイス・フロイスの『日本史』をもとに,外国人から見た安土桃山時代の食文化のあり方を検討した。(4)絵画史料に描かれた食事の場面を集成し,調理ならびに宴・贈答について検討した。3.伝世食器の調査・研究(1)銚子・提子・瓶子や太鼓樽など伝世酒器の調査を行い,考古資料との比較を行った。1.古代・中世遺跡出土遺物の調査・研究(1)前年度に引き続き,古代・中世遺跡から出土した動植物遺体や木簡を収集し,食材と流通・消費について調べた。(2)前年度に引き続き,古代・中世遺跡出土の食器の集成を行うとともに,調理具・貯蔵具の集成を行い,粉食文化について考えた。(3)中世遺跡出土の闘茶札を集成し,地方への喫茶の普及について考えた。2.文献史料・絵画史料の調査・研究(1)『兵庫北関入船納帳』をはじめ,『大乗院寺社雑事記』など僧侶の日記に記された食材を検討し,流通・消費・食習慣について調べた。特に季節食品・加工食品に注目した。(2)前年度に引き続き,絵画史料に描かれた食事の場面を集成するとともに,中世の日記を検討し,贈答・饗宴に用いられた食材について調べた。3.民俗資料の調査・研究(1)瀬戸内の伝統的な料理として知られる海藻料理や「すし」およびハレの日の食事について聞き取り調査を行った。(2)瀬戸内の鯛網漁について聞き取り調査を行った。
プロテアソームの機能異常による自己炎症病態誘導機構の解析

自己炎症症候群とは、感染や自己免疫応答を伴わない炎症により引き起こされる疾病である。これまでに自己炎症病態に著明な脂肪萎縮伴う遺伝性症候群JASLの原因遺伝子として免疫プロテアソームサブユニットPSMB8ミスセンス変異が同定されている。本研究ではPSMB8変異が免疫プロテアソームの機能を低下させ炎症応答を誘導している分子機構を明らかにし、免疫プロテアソームによる免疫システム制御機構の解明を目的とする。JASLと同様の変異を持つPsmb8ミスセンス変異ノックインマウス(Psmb8-KI)を樹立し解析を行ったところ、Psmb8-KI細胞はJASL患者B細胞と同様にプロテアソーム分子集合が障害され、分子集合中間体が蓄積し成熟型への変換が障害されていた。しかし、プロテアソーム活性は野生型と比較して減弱しておらず、Psmb5発現が野生型と比較して著明に増強しているためにプロテアソーム活性が一部補完されていると考えられた。そこでPsmb8-KIで、さらに全身または各種免疫細胞でPsmb5が欠損するマウスを作製している。Psmb8-KIをSPF環境下で飼育しているが自己炎症を発症しなかったため、イミキモド塗布乾癬様皮膚炎症誘導モデルを用い解析を行ったところ、Psmb8-KIは野生型と比較して炎症発症が早期でかつ増悪し、炎症部位での炎症性サイトカイン遺伝子発現増強が見られた。各種サイトカイン阻害抗体を用いて実験したところ、炎症は軽減するがPsmb8-KIの方がなおも重度であった。炎症部位組織にて発現増強する遺伝子を探索した結果、X遺伝子の関与が推測され、X関連経路阻害剤を投与したところイミキモド塗布による炎症は劇的には抑えられないものの、Psmb8-KIと野生型の炎症の差がほとんどなくなることが見いだされた。現在X経路ノックアウト・Psmb8-KIを作製中で、より詳細な検討を行う。これまでに、自己炎症病態に著明な脂肪萎縮伴う遺伝性症候群JASLの原因遺伝子として、免疫プロテアソームのサブユニットであるPSMB8ミスセンス変異が同定されている。本研究ではPSMB8ミスセンス変異が免疫プロテアソームの機能を低下させ炎症応答を誘導している分子機構を明らかにし、免疫プロテアソームによるヒト免疫システムの制御機構を解明する事を目的とする。JASL患者から樹立したJASLB細胞では、PSMB8が制御するキモトリプシン様活性のみならず、すべての活性が対照群と比較して低値を示した。また免疫プロテアソームやプロテアソームサブユニットが入れ替わって集合するIntermediate-プロテアソームの分子集合が障害されていた。変異PSMB8はプロテアソームの分子集合中間体に組み込まれにくいために、組み込まれる前段階の分子集合中間体が蓄積し、さらに、組み込まれた変異PSMB8分子の成熟型への変換が障害されていた。次にJASLと同様の変異を持つPsmb8ミスセンス変異ノックインマウス(Psmb8-KI)を樹立し解析を行った。Psmb8-KIはJASLB cellと同様にプロテアソーム分子集合が障害され、分子集合中間体が蓄積し成熟型への変換が障害されていた。しかし、プロテアソーム活性は野生型(wt)と比較して減弱はしていなかった。これはβ5の発現がwtと比較して著明に増強しているためにプロテアソーム活性が一部補完されているからと考えられた。Psmb8-KIをSPF環境下で飼育しているが自己炎症を発症しなかったため、イミキモド塗布乾癬様皮膚炎症誘導モデルを用い解析を行ったところ、Psmb8-KIマウスはwtと比較して炎症発症が早期でかつ増悪した。(1)プロテアソーム分子集合の障害メカニズムJASLB細胞および対照Bリンパ球溶解液、またPsmb8-KIの脾細胞溶解液をグリセロール密度勾配遠心後に、各フラクションをプロテアソーム構成分子に対する抗体でウエスタンブロットを行い、構成型プロテアソーム、免疫プロテアソーム、Intermediate-プロテアソームの分子集合異常について検討した。JASL Bcell、Psmb8-KI脾細胞では免疫プロテアソームや、活性を持つプロテアソームサブユニットが入れ替わって集合するIntermediate-プロテアソームの分子集合が障害されていた。変異PSMB8は免疫プロテアソームの分子集合中間体に組み込まれにくいために、変異PSMB8が組み込まれる前段階の分子集合中間体が蓄積していた。さらに、組み込まれた変異PSMB8分子の成熟型への変換が障害されていた。JASLB cellでは細胞あたりのプロテアソームの量が低下し、かつ各プロテアソームの機能も障害されていることが明らかとなったが、Psmb8-KIではJASL B cellで見られたプロテアソーム活性の減少が見られなかった。それはβ5サブユニットの発現がwtと比較して著明に増強しているためにプロテアソームの活性が補完されているからと考えられた。現在Psmb5(β5)ノックアウトマウスを樹立中であり、将来的にはPsmb5ノックアウトPsmb8-KIマウスを樹立し解析を行う。(2)プロテアソームに異常のある動物モデルの検討Psmb8-KIをSPF環境下で飼育しているが自己炎症を発症しなかったため、JASLの特徴的な臨床症状に皮膚炎症があることから、イミキモド塗布乾癬様皮膚炎症誘導モデルを用い解析を行った。

Psmb8-KIマウスはwtと比較して炎症発症が早期でかつ増悪し炎症性サイトカイン遺伝子発現も高かった。自己炎症症候群とは、感染や自己免疫応答を伴わない炎症により引き起こされる疾病である。これまでに、自己炎症病態に著明な脂肪萎縮伴う遺伝性症候群JASLの原因遺伝子として、免疫プロテアソームのサブユニットであるPSMB8ミスセンス変異が同定されている。本研究ではPSMB8ミスセンス変異が免疫プロテアソームの機能を低下させ炎症応答を誘導している分子機構を明らかにし、免疫プロテアソームによるヒト免疫システムの制御機構を解明する事を目的とする。JASLと同様の変異を持つPsmb8ミスセンス変異ノックインマウス(Psmb8-KI)を樹立し解析を行った。Psmb8-KIはJASLB cellと同様にプロテアソーム分子集合が障害され、分子集合中間体が蓄積し成熟型への変換が障害されていた。しかし、プロテアソーム活性は野生型(wt)と比較して減弱はしていなかった。これはβ5の発現がwtと比較して著明に増強しているためにプロテアソーム活性が一部補完されているからと考えられた。Psmb8-KIをSPF環境下で飼育しているが自己炎症を発症しなかったため、イミキモド塗布乾癬様皮膚炎症誘導モデルを用い解析を行ったところ、Psmb8-KIマウスはwtと比較して炎症発症が早期でかつ増悪し、炎症部位での炎症性サイトカイン遺伝子発現増強が見られた。炎症サイトカインの関与を見るために各種サイトカイン阻害抗体を用いてイミキモド塗布乾癬様皮膚炎症誘導をしたところ、炎症は軽減するがPsmb8-KIマウスの炎症の方がなおも重度であった。KIにおける増悪因子を見つけるために、プロテアソーム阻害剤とともに培養したマウス細胞株のマイクロアレイ解析、またイミキモド塗布KIマウス耳組織にて発現増強する遺伝子を探索した。1)プロテアソーム分子集合の障害メカニズムJASLB cellでは細胞あたりのプロテアソームの量が低下し、かつ各プロテアソームの機能も障害されていることが明らかとなったが、Psmb8-KIではJASL B cellで見られたプロテアソーム活性の減少が見られなかった。それはβ5サブユニットの発現がwtと比較して著明に増強しているためにプロテアソームの活性が補完されているからと考えられた。現在Psmb5(β5)ノックアウトマウスを樹立中であり、Psmb5ノックアウトPsmb8-KIマウスを作製する。(2)プロテアソームに異常のある動物モデルの検討JASLの特徴的な臨床症状に皮膚炎症があることから、イミキモド塗布乾癬様皮膚炎症誘導モデルを用い解析を行った。Psmb8-KIマウスはwtと比較して炎症発症が早期でかつ増悪し、さらに炎症部位での炎症性サイトカイン遺伝子発現増強が見られた。
傾斜した振動系に対する二振子(ボール)動吸振器の開発

上下方向(重力方向)と水平方向の二方向の振動に対して,それぞれ有効な振り子式動吸振器(上下方向はパラメトリック型,水平方向は共振型)を併用することにより,任意方向の振動に対して有効な制振作用を及ぼす簡便な動吸振器を開発することを目的として,系の解析と実験を行った.振り子の代わりにローラ(ボール)を用いた形式めものについても,解析と実験を行った.得られた結果は以下の通りである.(1)傾斜1自由度振動系が傾斜方向に変位加振を受ける場合に対し,二振子動吸振器を取り付けた系の非線形運動方程式を求めた.(2)周波数応答曲線を低振幅で抑制する最適減衰比を求める手法を提案し,傾き角度を変えた場合について数値計算により最適減衰比とその応答特性を求め,二振子動吸振器の有効性を明らかにした.さらに,実験を行い,数値計算結果との比較から実験的にもその有効性を確認した.(3)ローラを用いた動吸振器を持つ傾斜振動系について,ローラのすべりを考慮した系の運動方程式を導出した.数値計算と実験を行った結果,概略振り子系と似た吸振特性を持つことが明らかになり,動吸振器としての有効性を確認した.なお,最適減衰を実験的に与えることは困難であり今後の課題となった.ただし,コンパクトな構造が可能であることから加振振動数が変動しない場合は簡便で有効な動吸振器であるといえる上下方向(重力方向)と水平方向の二方向の振動に対して,それぞれ有効な振り子式動吸振器(上下方向はパラメトリック型,水平方向は共振型)を併用することにより,任意方向の振動に対して有効な制振作用を及ぼす簡便な動吸振器を開発することを目的として,系の解析と実験を行った.振り子の代わりにローラ(ボール)を用いた形式めものについても,解析と実験を行った.得られた結果は以下の通りである.(1)傾斜1自由度振動系が傾斜方向に変位加振を受ける場合に対し,二振子動吸振器を取り付けた系の非線形運動方程式を求めた.(2)周波数応答曲線を低振幅で抑制する最適減衰比を求める手法を提案し,傾き角度を変えた場合について数値計算により最適減衰比とその応答特性を求め,二振子動吸振器の有効性を明らかにした.さらに,実験を行い,数値計算結果との比較から実験的にもその有効性を確認した.(3)ローラを用いた動吸振器を持つ傾斜振動系について,ローラのすべりを考慮した系の運動方程式を導出した.数値計算と実験を行った結果,概略振り子系と似た吸振特性を持つことが明らかになり,動吸振器としての有効性を確認した.なお,最適減衰を実験的に与えることは困難であり今後の課題となった.ただし,コンパクトな構造が可能であることから加振振動数が変動しない場合は簡便で有効な動吸振器であるといえる任意方向から加振を受ける振動系に対する簡便な制振機構の開発を目的として,鉛直平面内で任意方向に傾斜した1自由度系が傾斜方向に強制加振を受ける系について,二つの振り子による動吸振器(一つは上下鉛直運動に対するパラメトリック励振を利用したもの.他の一つは左右水平方向に対する通常の動吸振器)を付加した系の応答を解析し,数値計算を行って動吸振器としての最適条件を見いだすとともに,実験モデルを製作し,実験により数値結果の妥当性を検証することを目的とする.今年度は数値計算により最適パラメータを求めると共に,実験モデルを製作し,予備的実験をおこなった.得られた結果は以下の様である.(1)傾斜1自由度系が傾斜方向の変位加振受ける場合に対し,二振子動吸振器を取り付けた運動方程式を求めた.方程式は振り子の一般的回転を許している為,非線形パラメトリック励振系となる.(2)運動方程式より,RK法を用いて数値計算により定常応答解を求め,その振幅応答曲線の最大ピーク値を最小化すること,および応答曲線の面積を最小化することを考慮して,二振子の減衰比の最適値を求めた.傾斜角α=0°,3°,60°,90°の場合について検討した.(3)実験モデルを製作し,予備的実験を行なって製作した系と数値モデルとの比較を行った.その結果,概略,数値計算モデルとの対応が可能であることを確認した.次年度には振り子に減衰を取り付け,最適な動吸振器特性を持つ系を実験的に明らかにしたい.なお,振り子の代わりにボールを利用する系についても検討する.本研究は,傾斜振動系に対し,上下方向のパラメトリック励振型と水平方向の共振型の二つの振子を用いて制振する二振子動吸振器の開発を目的としている.今年度は二振子系の実験を中心とし,振子の代わりに溝つきローラ(ボール)を利用した系についても理論解析と実験を行った.今年度の研究実績結果は以下の様である.(1)銅円盤と電磁石を利用した磁器ダンパーをもつ可変減衰二振子動吸振器を付加した傾斜振動系を製作した.さらに,最適減衰を求める手法を提案するとともに,実験系に対する最適減衰を計算により求め,それに基づく実験と数値解析を行った.(2)実験結果は解析結果と概略一致し,傾斜系では二つの振子の有効な運動により振動をよく吸収して二振子動吸振器が有効であることを明らかにした.

(3)振り子の代わりに溝つきガイドとローラ(ボール)を用いた動吸振器を製作するとともに,ローラのすべりを考慮した理論解析を行った(4)ローラ系の実験と数値計算の結果,概略振り子系の場合と似た効果を示すが,最適減衰を実験的に与えることは困難であり,今後の課題となった.しかし,ローラの場合は1平面の中に半径の異なる溝を作ることが可能であるため,振り子系より動吸振器系を簡単な構造でコンパクトに製作することが可能であり,加振振動数の変動が少なく傾斜が変化する場合の動吸振器としては有効であることがわかった.
文化としてのサービスの多角的な検証　－相互行為・価値・成立過程の分析を通して－

本年度前半は、研究課題の一部である文化としてのサービスが社会的に再生産される背景の考察のため、バー文化の担い手であるプロのバーテンダーの養成を行うバーテンダースクールでの参与観察をスタートさせ、3ヶ月ほどかけてデータの取得を実施した。観察中に記述したフィールドノートと、これまでに同様に実施してきた実際のバー店舗での参与観察からは、客の要望に応えるための具体的な知識やスキルの習得以上に、自身の所作に気を配ると同時に、それを一種のパフォーマンスとして提示することの重要性を強調するバー文化の言説が明らかになった。このような身体性への注目は組織における実践論で見逃されがちな要素である。この結果を受け、身体とアイデンティティという文脈で現在論文を執筆中である。2018年夏までに海外ジャーナルへの投稿を予定している。昨年度までに取得した顧客と店員の相互行為分析に関しては、その分析を終わらせ、オーダー場面に着目した論文の執筆を本格的に開始した。6月にはある程度まとめ上げた内容を組織学会にて口頭発表した。本年度後半の9月からは以前より関係を構築していたデンマーク、Copenhagen Business Schoolに3ヶ月間滞在し、自身の研究発表や現地研究者とのディスカッションを実施し、今後の研究の道筋や共同研究の可能性などを模索した。また、執筆中の論文に関してもフィードバックを受け内容を改善した。帰国直前に論文は欧州トップジャーナル、Organization Studiesに投稿を済ました。現在、レビュアーから肯定的なコメントを受けてFirst Revisionを進めているが、それは滞在中に得たアドバイスやディスカッションの成果である。また、これまでの研究成果を基に、顧客評価、相互行為、提供者側の言説という3つの側面からサービスと文化に関する考察をまとめ、博士論文の執筆を開始している。29年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、サービス現場における相互行為データの収集とその分析を主な課題として計画し、実施してきた。データの取得は京都、祇園に店を構えるバーにご協力いただき、被験者(客として来店)とバーテンダーの実際のやりとりをビデオカメラ、レコーダーなどを用いて撮影した。記録したデータは映像を編集した上で、オーダーとサーブの場面に着目して会話を書き起こし、エスノメソドロジー・会話分析の手法に則って分析を行った。分析の結果、経営学の組織化理論に貢献する学術論文執筆の具体的なストーリー構築を行うことができたのは本年度の大きな成果である(年度内の投稿は叶わなかったが、執筆はすでに開始している)。また、協力いただいた店舗で、参与観察を定期的に実施し、そこでの出来事やサービスのやり方など、本研究のテーマであるサービスの文化的側面の考察に有用な記述を取り溜めた。顧客評価とサービスの文化的側面の成立背景の検証に関わる分析のために取得を予定していた、レビューサイトのデータや文献についても適宜収集と分析を進めた。本件に関してはまだ分析を始めたばかりであるが、取得したデータと研究目的の整合性が取りにくく、方法の再検討も思案中である。海外との比較として実施を予定していた共同研究は、対象をホテルにおけるサービスに絞り、自身は日本の調査を請け負うこととなった。実際に大阪の外資系ホテルに協力いただき、参与観察を実施した。そこで取得したデータについては、シンガポールにて他国の実施者と比較分析を実施した。また、2ヶ月弱、欧州諸国に滞在し(主にフランス)、同様の手法を用いている研究者はもちろん、異分野(マーケティング系)の研究者とも自身の研究データ(相互行為データとレストランレビューサイトの分析結果)を議論、分析することができたことは、自身の知見を広め、今後の研究を進めていく上で大きな糧となった。本年度の計画は主に相互行為データの収集と分析であったが、実施場所などに関して多少の変更はあったが(当初は東京での実施を予定)、博士研究を推進する上で必要な量の大部分を取り揃えることができ、概ね順調に推移している言える。顧客評価の分析、サービスの文化的側面の成立背景の分析については、上述した通り、調査を始めてみたことで、若干の難しさに直面しているが、データ自体は取得できていることや、研究方法の代替案なども検討できており、当初の予定を鑑みても大きく計画が遅れているわけではない。追加的な項目として、海外でのデータ収集に関しても計画していたが、結論から言うと今年度は海外でデータの収集は叶わなかった。しかし、共同研究先に滞在し、ネットワークを構築したことで、次年度、実際にデータを取得できる計画が具体的に進んでおり、頓挫するような形にはなっていない。総じて、研究課題は概ね順調に進展していると考えられる。

昨年度までに取得した顧客と店員の相互行為分析に関しては、その分析を終わらせ、オーダー場面に着目した論文の執筆を本格的に開始した。6月にはある程度まとめ上げた内容を組織学会にて口頭発表した。本年度後半の9月からは以前より関係を構築していたデンマーク、Copenhagen Business Schoolに3ヶ月間滞在し、自身の研究発表や現地研究者とのディスカッションを実施し、今後の研究の道筋や共同研究の可能性などを模索した。また、執筆中の論文に関してもフィードバックを受け内容を改善した。帰国直前に論文は欧州トップジャーナル、Organization Studiesに投稿を済ました。現在、レビュアーから肯定的なコメントを受けてFirst Revisionを進めているが、それは滞在中に得たアドバイスやディスカッションの成果である。また、これまでの研究成果を基に、顧客評価、相互行為、提供者側の言説という3つの側面からサービスと文化に関する考察をまとめ、博士論文の執筆を開始している。サービス現場の相互行為分析に関してはまず論文の執筆を最優先事項として進める。現在、組織論におけるヨーロッパのトップジャーナルに投稿を思案しており、7月に第一稿を投稿する予定である。顧客評価のデータについては計画通り取得したレビューサイトのコメントを用いた言説分析を実施する。サービスの文化的側面の社会的再生産の考察については、当初予定していた書籍などからの検証が容易ではないことが判明したため、バーというサブカルチャーの担い手であるバーテンダーの育成プロセスの記述という別の手段を代案として検討している。具体的な方法は、バーテンダーへのインタビューやバーテンダースクールの参与観察などを考えている。海外での調査、および検討は次年度も可能な限り継続し、自身の博士研究に積極的に取り入れることを検討中である。特に本年度ネットワークを確立したフランス、イギリス、デンマークなどの国に滞在し、具体的なデータを交えた議論を実施する予定である。次年度は、本年度ほとんど達成できなかった、学会での発表や論文の執筆なども積極的に行う。すでに6月の組織学会で相互行為データに関する分析結果を報告予定である。また、異なる種類のデータ分析をまとめ、博士論文を構成する作業も早めに始めていくこととする。29年度が最終年度であるため、記入しない。
宇宙機軌道設計のための多体力学系の制御理論的解析

解析的な扱いが難しい多体力学系においては,制御理論を用いた軌道の解析を行った.非線形制御の手法を取り入れ,力学系の構造を利用しつつ,外乱抑制などの工学的な目的を達成する制御系を提案した.また,低推力連続加速により,目的地に到達することができる初期状態の集合であるAttractive Setの概念を最適制御をベースとして導入し,力学系の安定・不安定多様体と最適に制御された軌道の関係を明快に説明した.さらに,安定・不安定多様体を利用した平衡点間の遷移軌道を設計し燃料消費が大幅に減少することを確認することができた.近年では3体問題とよばれる2天体からの重力により運動を行う宇宙機の問題において,NASA JPL(ジェット推進研究所)により2001年に打ち上げられたジェネシスミッションにおいて力学系理論に基づく軌道設計が用いられ,多体力学系の性質を積極的に利用することで効率的な宇宙機軌道が実現され,力学系の性質を用いることで効率の良い惑星間移行軌道が設計可能であることが明らかになった.しかし,その設計手法は数値的,試行錯誤的なものであり,設計理論の確立には至っていない.このため,本研究の目的は,力学系を用いた軌道の発見的設計ではなく,制御理論をベースとした体系だった設計論を展開することである.本年度は,代表的な多体問題である円制限三体問題に関して解析を進めた.円制限三体問題には,ラグランジュ点とよばれる回転座標系における平衡点が存在するが,このうちで,直線解とよばれるL1, L2, L3平衡点は,ポテンシャル面の鞍点に位置している.これらの点近傍において小halo軌道という周期軌道を実現するための制御法を検討した.さらに得られた軌道を維持するために必要な制御法と総速度変化を求めた.次に,円制限三体問題の鞍点型の平衡点近傍に存在する非線形周期軌道であるハロー軌道近傍のダイナミクスについて検討を行った.円制限3体問題は解析解が存在しないため,ハロー軌道自体は数値的な方法によって,数値でのみ求めることが可能である.このため,ハロー軌道近傍におけるフォーメーションや軌道維持制御を実装する手法について,これまで用いられてきた数値的な実装とは異なる,状態遷移行列の計算を必要としない制御則を導出し,それによるフォーメーション制御法を提案した.さらに,ハロー軌道近傍のフォーメーション問題は,ラグランジュ点近傍におけるフォーメーション問題とハロー軌道の重ね合わせにより実現できることを示した.本研究の中心課題である,これまでに解析的な扱いが困難であった多体系のダイナミクスに対する効率のよい軌道設計論を展開した.具体的には,スライディングモード制御理論の観点から周期軌道の解析を行った.スライディングモード制御とは,非線形制御理論の一手法であり,制御入力を付加することでシステムの状態を多様体上へ拘束することで目標状態への収束や,外乱に対するロバスト性を保証することができる.ハロー軌道の安定化の方法として,単純な位置フィードバック制御により,ハロー軌道の不安定成分のみを打ち消し,準周期軌道を作り出すことが可能であることが知られている.申請者は昨年度までに,単純な1自由度の鞍点型平衡点をもつダイナミクスに対して,位置フィードバックによる安定化のメカニズムを,スライディングモード制御による中心多様体への状態の拘束として理解できることを明らかにしてきた.本年度は,この解析を高次元の場合へと拡張し,詳細に解析することで,これまで用いられてきた位置フィードバック制御の限界を明らかにした.さらに,スライディングモード制御の本質であるロバスト性を生かし,不確定性を含むダイナミクスに対してロバストな制御方法を提案した.その際,チャタリングとよばれる高周波の切り替わり現象とロバスト性のトレードオフを考慮し,適切なロバスト性を実現しつつチャタリング現象を抑える手法を提案した.また,最適レギュレータの重み行列を変化させフィードバックゲインと燃料消費量の関係を明らかにした.そして望ましいゲインをスライディングモードの制御系のフィードバックゲインに利用することで,燃料効率のよい制御系を実現した.NASAにより2001年に打ち上げられたジェネシスミッションは力学系理論に基づいて設計された軌道が用いられ,力学系の性質を積極的に利用することで効率的な宇宙機軌道が実現された.しかし,その設計手法は試行錯誤的なものであり,設計理論の確立には至っていない.また,スラスタにより軌道制御を行う宇宙機は,スラスタによる加速度のもとでの非ケプラー運動となり従来の理論により軌道を計算することができない.このため,制御理論と力学系を結びつけ宇宙機の運動を理解することは重要な課題である.本研究では,発見的な軌道設計ではなく,制御理論的なアプローチから体系だった軌道設計理論の構築することを目的とし研究を行った.解析的な扱いが難しい多体力学系においては,限られた燃料しか持たない宇宙機がスラスタによる制御を行っても目的地まで到達するまで制御を続けることができるのかどうかわからない.このため,目的地に到達することができる初期状態の集合である"Attractive Set"の概念を導入し解析を行った.まずヒル三体問題を想定し,平衡点あるいは周期軌道近傍で線形化されたダイナミクスを用いて解析を行った.このときAttractive setが楕円体となるが,その長軸方向,短軸方向と力学系の安定・不安定方向との関連を明らかにした.さらに,制御を行う際の最適遷移軌道と平衡点あるいは周期軌道に付随する安定・不安定多様体との関係を明らかにした.