hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
化合物半導体の状態図と熱力学データベース構築

Ga-P-Sb系についても,これまで報告されている実験値に矛盾のない解析結果が得られた.また,いずれの3元系についても,液相面および液相/固相の平衡組成が計算可能となったことから,液相エピタキシャル成長のための有用な指針が得られた.III-V族化合物半導体(III=Al,6a,In:V=P,As,Sb)はSi半導体には見られない多くの特長を有している.さらに,これらの化合物同士の固溶体は混晶半導体と呼ばれており,発光デバイスや超高速デバイスとして,幅広く応用されている.混晶半導体のバンドギャップや格子定数などの物理的性質は組成によって制御できるため,目的の性質を有する化合物を作製するためには組成の制御が非常に重要である.特に,平衡に近い状態で行われる液相エピタキシャル成長(Liquid PhaseEpitaxy:LPE)法で結晶成長させる場合には,平衡状態図が不可欠である.しかし,基板上に非常に薄いエピタキシャル膜を成長させた場合,バルク材では予想もつかない相が出現したり,平衡組成が変化することが報告されている.そこで本研究では,III一V族化合物半導体の相平衡について,既存の熱力学データと本実験結果に基づいた熱力学解析により,バルク材と薄膜の相平衡を予測するためのデータベースを作成した.液相については準正則溶体モデル.化合物相については副格子モデルを用いて両相の自由エネルギーを近似した.さらに,基板上に結晶成長させた薄膜については,薄膜と基板の間に生じる格子歪の効果を考慮して相平衡を解析した.本研究では, 11通りの3元系の相平衡が計算できるパラメータを評価して,III-V族化合物半導体の熱力学データベースを構築した.格子歪を考慮した薄膜の相平衡を計算した一例として,InP基板の(100)面にGaAs-GaSb化合物を液相エピタキシャル成長させたとき,膜厚が1μmでは,基板と化合物薄膜が格子整合する51mol%GaAs近傍の組成にバルクの相平衡では存在しない単相領域が出現する.この計算結果はQuillecらの液相成長法による実験結果と良く一致している.同様に,種々の薄膜と基板の組み合わせについて解析を行った結果,相安定性は基板の格子定数と配向,および成長層の膜厚に大きく依存することが明らかになった.
本邦産アカウキクサの共生窒素固定とその応用

1.昨年度に採取したAzolla japonica(オオアカウキクサ)の殺菌法の改良を試みたが、エタノール洗淨を加え次亜塩素酸処理時間を短くすることで、糸状菌に汚染されない培養株を得ることに成功した。その増殖および窒素固定活性(アセチレン還元活性)に対する温度、照度などの外囲条件の影響を調査したが、Azolla imbricata(アカウキクサ)に比べて低温での成育が優った。常温での窒素固定活性は、両者に大差はなかった。2.抗生物質処理によって得られたアカウキクサのラン藻非共生株を、培地に化合態窒素を加えて培養したものと、ラン藻共生株の無窒素培養のものの生育を比較したが、増殖速度はほゞ変らず、遊離アミノ酸組成にも大差はみられなかった。また前者では、培地窒素濃度を増大しても生育は大きくは低下しなかった。3.アカウキクサに共生ているラン藻は、アカウキクサ葉の空胞中にあるalgal packets(ラン藻嚢)内で活動しているが、このpacketsを窒素固定活性を保ったまゝ破壊せずに分離できれば、共生ラン藻と宿主との間の物質授受の解明に大きな進展が期待できる。そこで、アカウキクサ葉組織の酵素による分解ととりだしたpacketsの精製の方法、操作について、種々の検討を行った。4、窒素固定酵素に対する阻害が少なく分解時間が短くてすむ、セルラーゼなどを含む酵組液組成を定め、アルゴン気相中での光照射下で分解を行った。とりだしたpocketsの窒素固定活性を維持するめに、精製洗淨液中にエネルギー源となる物質の添加を種々試みたが、アカウキクサ葉磨碎液を加えることがもっとも効果的であった。精製中の光照射も有効であった。これら各種の比較試験による検討の結果確立した方法によって、窒素個定活性を有するpacketsの分離採取に成功した。
粗粒火山灰土の間隙特性と水分・熱移動に関する研究

粗粒火山灰土(火山放出物未熟土)は多孔質で特異な間隙構造を有する軽石を主体とする土壌である。その一般的な物理性は粗間隙に富み排水性は非常に良好であるが、有効水分領域に対応した保水間隙量が小さく保水性が劣っているために生産性の低い土壌となっている。そこで本研究ではこの粗粒火山灰土に対して保水性、排水性に優れた土壌改良資材であるバ-ク資材を用いた土層改良を行い、主に土壌の間隙構造ならびに試験圃場での水分・熱移動の点から土壌物理性の評価を行った。対象とした土壌は、駒ヶ岳系の未風化軽石の粗粒火山灰土で、表層で約20%以上、下層では約40%以上が粒径2mm以上のレキによって占められていた。このレキ分の粒子密度は2.50g/cm^3以下であり、また切断面の目視による観察から内部間隙に富む軽石であると判断した。この現状土区の表層土の間隙量は0.52cm^3/cm^3で、圃場容水量以下の吸引圧(-4.9kPa>)に相当する間隙(保水間隙)量は0.29cm^3/cm^3を示し、バ-ク資材を10t/10a、粗粒火山灰土に混層することにより、間隙量、保水間隙量がそれぞれ0.62、0.36cm^3/cm^3と増大し、容量的な変化に伴って保水性の改善が期待された。7月中に観測された無降雨期(8日間)の土壌水分ポテンシャルの変動は、現状土区では-39kPaに急激に低下するのに対して、10t/10a混層区では-9.8kPaまで緩やかに低下していた。また44mm潅水後25時間の表層が保持していた水分量は混層区の方が多く、現状土区では潅水量の18%が残存したのに対して10t/10a混層区では21%であり、バ-ク資材混層により多量かつ長時間にわたって水分を保持するといった物理特性変化(保水性の改善効果)が認められた。またバ-ク資材の混層により10t/10a混層区では顕著な地温の変化は認められなかったが、40t/10a混層区では熱容量の増大に伴って現状土区と比較して12°C高い地温変動を示していた。
鉄筋コンクリ-ト構造の使用限界状態に関する研究

1.持続荷重下の挙動について(1)付着応力(τ)ーすべり(s)関係:持続載荷開始後1日間に付着クリ-プによりその剛性は大きく変化した。その後の剛性の低下はなく、既に提案しているτーsモデルの妥当性を評価できた。(2)固定部からの鉄筋の抜け出しによる付加たわみ:片持梁において付加たわみは、曲げ応力によるたわみの約4倍と大きく、鉄筋の抜け出しは(1)のτーsモデルを用いた付着解析によって算定することが出来た。(3)載荷時期の影響:載荷開始時期が遅くなるとプレストレスの損失により初期ひびわれ幅は増大し、載荷時期の早い場合の長期ひびわれ幅より大きくなる。一方たわみは載荷時期が早いと圧縮側コンクリ-トのクリ-プ・乾燥収縮変形によって載荷時期が遅い場合より長期たわみは大きくなる。(4)びわれ幅やたわみの算定:クリ-プ解析等によって精度よく算定できた。広く用いられているACI Codeの長期たわみ算定式は、クリ-プ・乾燥収縮量に変動がある場合は、適合性に限界がある。2.繰返し荷重下の挙動について鉄筋コンクリ-ト(以下RCと略記)およびPRCはりに、2つの荷重レベルにおいて各20回ないし20万回の繰返し載荷を行い、次のような結界が得られた。(1)20回の繰返し荷重によるたわみ等の増大は初めの5回のうちにその95%が生じた。(2)RC梁での鉄筋応力が1000及び2000kg/cm^2に対応する荷重3および6tonにおける20万回の繰返し載荷の結果、3tonでは23回の繰返し以後のたわみやひびわれ幅の増加は極めて少なかった。6tonでは片対数のグラフ上を直線的に増大した。(3)繰返しによる変形等の増大は、鉄筋とコンクリ-ト間の付着応力の緩和と、圧縮側コンクリ-トの繰返しによるひずみの増大に起因する。1.持続荷重下の挙動について持続荷重の大きさと載荷時期を要因にプレストレスト鉄筋コンクリ-トはり(以下PRCと略記)の持続載荷実験を行い、次のような結果が得られた。(1)載荷開始時期が遅くなるとプレストレスの損失により初期ひびわれ幅は増大し、載荷時期の早い場合の長期ひびわれ幅より大きくなる。(2)ひびわれ幅や等曲げスパン内のたわみはクリ-プ解析等によって精度よく算定できた。2.繰返し荷重下の挙動について鉄筋コンクリ-ト(以下RCと略記)およびPRCはりに、3つの荷重レベルにおいて各20回の繰返し載荷を行い、次のような結果が得られた。(2)繰返し荷重による増大は、応力変動範囲が広い程、大きくなった。鉄筋のひずみ分布によると、20回の繰返し後も付着応力はかなり残存している。

なお、引続き、RCはりの20万回の繰返し載荷ならびに、RCプリズム試験体の繰返し載荷および持続載荷を行い、鉄筋とコンクリ-ト間の付着応力の緩和について検討するとともに繰返しや持続荷重下の変形増大の予測式の誘導を行う予定である。3種類の鉄筋コンクリ-ト(RC)およびプレストレスト鉄筋コンクリ-ト(PRC)はりにおいて、2年間の持続載荷試験と20万回の繰返し載荷試験を行った。また持続荷重下のたわみやひびわれ幅の増大に大きく影響する付着応力の緩和すなわち付着クリ-プをRCプリズムの両引試験によって調べ、同時に片持ち梁の持続載荷も行って、固定端からの抜け出しによって生じる付加たわみについても検討・考察を行った。以上の4つの実験から得られた結果をまとめると以下のようになる。1)2年間の持続載荷によってRCおよびPRCはりのたわみは、初期たわみの300400%、曲げひびわれ幅は2030%増大した。プレストレスによって初期たわみが制御されたPRCでは、クリ-プたわみは圧縮応力の大きさの影響を受けて大きく、増大倍率はRCより大となった。2)RCはりでの鉄筋応力が1000および2000kg/cm^2に対応する荷重3tonおよび6tonにおける20万回の繰返し載荷の結果、3tonでは23回の繰返し以後のたわみ、ひびわれ幅等の増加は極めて少なかった。6tonにおいては23回の繰返し以後も片対数グラフ上直線的に増大した。3)持続荷重下の付着応力(τ)ーすべり(s)関係は、持続開始直後から1日までの間に付着クリ-プにより、その剛性は大きく変化した。その後は剛性の低下はなく、筆者の既に発表しているτーsモデルの妥当性を評価できた。ただし、コンクリ-トの乾燥収縮を抑制した試験体においては、持続開始の1日後もτーs関係における剛性の低下が認められた。4)片持ちの梁の持続載荷における固定部からの抜け出しによる付加たわみは、梁の曲げ応力によるたわみの約4倍と大きく、その鉄筋の抜け出しは、両引試験から得られたτーs関係を用いた付着解析によって算定することができた。
ジルコニアの義眼製作方法構築への応用

「ジルコニアの義眼製作方法構築への応用」研究目的現在の義眼材料であるPMMA(アクリルレジン)の欠点を補って、長期使用が可能なジルコニア製義眼の製作方法を構築することを目的とした。研究方法1、任意の3D義眼形状データ(STLデータ)を作成した。2、歯科用ミリングマシーンに義眼形状データを入力し、機械加工により、ジルコニアディスク(直径約98mm、厚さ約18mm)からジルコニア義眼を削りだした。3、削りだした義眼形状にガラス材を浸透させた後、約1,600°Cの焼成釜で約6時間かけて焼結させた。4、日本人の基本的な虹彩色の基準を決定するために、一番作製する頻度が高い虹彩色の3種類色見本を株式会社日本義眼研究所より借用して、歯科用色彩計を用いてL*a*b*表色系における色彩測定を行った。5、ジルコニア義眼形状への虹彩(黒目)の着色には3種類色見本を参考に、歯科陶材用着色材を組み合わせて積層着色し、830°C870°Cで焼成した。着色の度に5°Cずつ温度を下げることで、色の混ざり合いを防ぎ、色見本に合わせた色調を再現できることが確認できた。6、虹彩色色見本に近似させるように着色・焼成した、3種類の試料体も歯科用色彩計を用いてL*a*b*表色系における色彩測定を行ったが、測定数値は近似してはいなかった。7、着色した虹彩の上に透明色の陶材を焼成させることで、レンズ効果を持たせ、生体同様の瞳の形状を付与することができた。研究成果歯科用CAD/CAMシステムを応用することによりジルコニア製義眼形状を削りだすことが可能となった。また、歯科陶材用着色材を応用することで義眼の虹彩を着色することが可能となった。デジタル技術(形状作製)とアナログ技術(虹彩の着色)の融合により、ジルコニアを用いた義眼の製作方法を構築することができた。
天然資源の国際管理制度に関する経済学的研究

本研究の目的は1貿易・資源管理関連政策の決定要因、2政策による経済パフォーマンスの変化の定量評価である。それを踏まえて主に貿易政策の決定要因の分析と政策のパフォーマンスの定量評価を行ってきた。今年度は主にすでにある研究成果の発表を重視し、学会・ワークショップ等で発表を行った。その結果、より研究の含蓄が深まるとともにより精緻な分析に至ることができた。来年度を目途に学術誌等に投稿し、成果を世界に発表したい。2: Foreign influence and Populism本研究課題は外国政府の影響力が行使される状況で自国の貿易政策がどのように歪められ、経済厚生に影響を与えるのかを分析した。日本国際経済学会関西支部研究会、琉球経済ワークショップ、日本国際経済学会にて発表を行った。来年度学術誌へ投稿を行う。26年度が最終年度であるため、記入しない。今年度は、研究計画に従って1資源関連政策の決定要因に関する分析、2政策による経済パフォーマンスの変化の定量評価についての分析を行った。1に関しては、天然資源の一例として長期の農業政策指標を用いた機産物の政策の決定要因に関する分析を行った。OECDが毎年発行している農業の保護の強さを示す農業支持指標を日本のデータに関して明治初期まで遡り推計し、日本の農業政策がどのような要因で解明されてきたかを分析することを目的としている。OECD諸国のデータを用いて初期に行った分析がOECDの農業政策評価レポート2013の第一章のコラムに掲載された。そこでは、経済成長初期から中期においては多くの国がほぼ同じ要因から農業政策が進展(農業搾取から農業保謹へ)するのに対して、経済成熟期において農業政策の決定要因は脱明できない何かで決定されることが多くなることを示した。この結果は各国の政治形態や地理的条件などの各国の個別条件が重要であることを示唆しており、日本において長期データを用いて推計を行うモチベーションになった。・国内学会(日本経済学会春季大会(ポスター報告))にアクセプトされた。上の研究の概要のとおり、おおむね年初の研究計画に沿って、研究が遂行されている。食料安全保障のリスクと政策効果の定量評価についての研究は、二つの国際学会と一つの国内学会(ポスター)において発表を採択されており、それを経てOECDのワーキングペーパー掲載後、学術雑誌への投稿を予定している。発展として、食料安全保障に関する国際協定のあり方について検討を進めていきたい。農業政策の決定要因に関する分析は現在データの整理の段階であるが、最終年度中に分析まで進めていく予定である。最後に資源管理制度の国際協調に向けた分析として、政治的要素を政策決定プロセスに内包した理論モデルを構築中である。この研究に関しても、内外での発表などを通じて進めていく所存である。
高等植物の細胞接着機構に関わる遺伝子の同定とその発現制御

細胞接着およびペクチン生合成メカニズムの分子的理解を目的として、タバコ(Nicotiana plumbaginifolia)の半数体植物の葉切片にアグロバクテリウムを介してT-DNAを導入して培養し、不定芽形成能力を失うと同時に、細胞接着性の弱くなった突然変異体nolac(non-organogenic callus with loosely attached cells)の作出系を確立した。得られた変異体の一つであるnolac-H18株において、変異の原因遺伝子として新規糖転移酵素遺伝子=NpGUT1(glucuronyltransferase 1)が同定された。NpGUT1は、ペクチン多糖にグルクロン酸を転移する新規酵素をコードする遺伝子で、茎頂や根端などの頂端分裂組織で特に発現が強かった。変異体のペクチンでは、ラムノガラクツロナン-II(RG-II)においてグルクロン酸を欠くため、ホウ素を介した分子間架橋が形成されなかった。またこの遺伝子は、分裂組織以外では、タペート組織、成熟花粉、花粉管の先端部、花柱の伝達組織において発現が見られた。そこで、DEXによりNpGUT1アンチセンスが誘導される形質転換タバコを作成し、各ステージでDEXを投与したところ、雄器官では花粉形成、花粉発芽・花粉管伸長の阻害が見られ、また雌器官では、花柱の伝達組織の形成に異常が生じ、不稔となった。一方、ペクチンRG-Iのアラビナン鎖の伸長が著しく抑制されている変異体nolac-H14において、原因遺伝子として新規膜タンパク質をコードするLARA1(long arabinan related protein 1)が同定された。過剰のアラビノースを培地に添加することにより変異形質が回復した事から、LARA1はアラビノース転移酵素へUDP-アラビノースを供給する輸送体の一部である可能性が考えられた。半数体Nicotiana plumbaginifoliaの葉切片にアグロバクテリウムを介してT-DNAを導入し、不定芽形成能力の喪失と共に細胞接着性の低下した変異体を作出した。そのうちnolac-H18株において、変異の原因遺伝子として新規糖転移酵素遺伝子=NpGUT1(glucuronyltransferase 1)が同定された。NpGUT1は、ペクチン多糖にグルクロン酸を転移する新規酵素をコードするペクチン合成に関わる初めての遺伝子で、頂端分裂組織で特に発現が強かった。また、変異体のペクチンではホウ素を介した分子間架橋が形成されなかった。次に、pNpGUT1::GUS形質転換タバコを用いて、生育ステージによる発現解析を行ったところ、NpGUT1は、球状胚、心臓型胚、魚雷型胚といった若いステージの種子胚の全体、発芽直後の子葉・茎頂、芽生えの茎頂および篩部・維管束形成層で発現を示した。花においては、タペート組織、成熟花粉、花粉管の先端部、花柱の伝達組織において発現が見られた。以上のことから、NpGUT1は、ペクチンのホウ素架橋の形成に重要であることが明らかとなったが、この遺伝子はメリステム等における細胞接着ばかりではなく花粉管と花柱伝達組織の間における接着にも重要であることが示された。今後さらに詳細な発現解析を行うと共に、その翻訳産物の細胞内局在性を明らかにすることにより、ペクチン生合成のメカニズムと、細胞接着における働きが明らかになることが期待される。ペクチンのアラビナン鎖の伸長が著しく抑制されていることが判明している変異体nolac-H14において、原因遺伝子として新規膜タンパク質をコードするLARA1(long arabinan related protein 1)が同定された。

過剰量のアラビノースの添加により変異形質が回復したことから、LARA1はアラビノース転移反応の基質であるUDP-アラビノースの供給に関与すると考えられた。また、pLARA1::GUS形質転換植物においてLARA1は、茎頂および側根原基での発現(根端では無し)が確認された。今後、UDP-アラビノースを供給するサブユニットである可能性の高いLARA1を端緒として、酵母TAP systemを用いた検索を行うことにより、未知のアラビナン鎖合成酵素コンプレックスの全貌解明が期待される。また今回、アクティベーションタギングによる過剰発現系を用いた細胞接着変異体の作成を行った。その結果、現在までに6株の変異体株を作出し、そのうちの一つでは、葉の表皮の細胞間に大きな裂け目が生じるとともに、葉肉細胞等にも形態と接着性の異常が生じている様子が観察された。また、nolac変異体の培養系の改良により、これまで維持することができなかった多くの株の増殖が可能になった。今後は、nolac変異体の作成に従来のT-DNA導入による方法に加え、アクティベーションタギングを用いることで、さらに多種のnolac変異体の獲得ができるものと考えている。細胞接着関連遺伝子のこれらの変異体の遺伝子解析を進めることで、新たな細胞接着関連遺伝子の同定が期待される。NpGUT1(glucuronyltransferase 1)は、ペクチン多糖にグルクロン酸を転移する新規酵素をコードする遺伝子である。本研究では、その胚および花における発現と機能を解析した。NpGUT1::GUS形質転換タバコの未熟種子胚では、全体(特に幼根)、発芽直後の子葉・茎頂、芽生えの茎頂および篩部でGUS発現が見られた。そこで、茎頂での発現がまだおきていないステージにおいて、DEXによるNpGUT1遺伝子発現の抑制を茎頂のみで起こしたところ、茎頂がカルス化、本葉が癒合したものが観察された。また、DEXを与えた状態で発芽させた場合、ホウ素欠乏と同様の生育阻害が観察された。一方、花においてNpGUT1は、タペート組織、成熟花粉、花粉管の先端部、花柱の伝達組織においてNpGUT1の発現が見られた。NpGUT1の発現が強かった花柱の伝達組織は、花粉管の通り道となっており、また細胞間の接着が非常に弱い。受粉後に花粉管が伸長し胚珠を目指す際、花粉管との間での細胞接着が行われると考えられるが、それらの組織の形成と機能にNpGUT1が重要であることが予想された。そこで、未熟な雄蕊または雌蕊においてDEXによりNpGUT1の発現を抑制したところ、花粉形成、花粉管伸長などの雄性器官の形成阻害のみならず、雌しべ花柱の伝達組織の不全といった雌性器官の形成阻害が起きていた。今回、NpGUT1の発現抑制による花柱の伝達組織の形成阻害が起きた雌しべが、花粉管を誘導できるかどうかをアッセイしてみたところ、花粉管は花柱の中を通過できなかった。以上よりNpGUT1は、受精に関わる組織の形成と機能に重要であることが明らかとなった。
オーストラリアにおける先住民コミュニティと学校の連携に関する研究

本年度は、トレス海峡島嶼民が居住する地域における「学校と先住民コミュニティとの連携」について調査を継続した。具体的には、第一に先住民教育に関わる資料収集、第二にケアンズ・タウンズビル・木曜島におけるフィールドワークを実施した。あわせて、メルボルン・アデレードでは、リテラシー・ニューメラシー教育や先住民教育の専門家と面会し、インタビューを行った。資料収集は昨年度に引き続き、主にジェームスクック大学の図書館で実施した。同大学には、トレス海峡島嶼地域における学校教育に関する研究者が多く在籍し、今回はその第一人者であるバーリー・オズボーン氏と面会し、先住民教育と社会的公正について意見交換することができた。またタウンズビル、木曜島では、学校とコミュニティの連携についてのフィールドワークを継続した。具体的には、学校とコミュニティ間で交わされた「チャーター」をテーマとして、学校を訪問し、インタビュー調査や授業観察などを実施した。また、クイーンズランド州教育省と学校、先住民コミュニティの連携の「鍵」となっている先住民教育の支援機関がケアンズにある。そこでは、クイーンズランド州全体の学校と先住民コミュニティの連携についての動向を調査した。特に同機関は、先住民生徒のみを対象としたリテラシー技能の尺度を開発しており、その実施状況及び課題などをインタビューした。今年度は、先住民コミュニティと学校・教育省間の連携に関する調査を実施した。その対象地域として、クイーンズランド州においてトレス海峡島嶼民が全居住者に占める割合が高い地域を調査地として選定した。具体的には、(1)タウンズビル近郊の先住民コミュニティ、(2)トレス海峡島嶼の各島々(木曜島、モア島)の先住民コミュニティを事例とした。また、最新の教育政策の収集を目的としてキャンベラ、アデレードにも滞在した。タウンズビルのジェームスクック大学では、遠隔地域に居住する先住民対象の教員養成コースが用意されている。そこでは、先住民の立場からの独自の教育内容を提供している。また、タウンズビル近郊の先住民コミュニティが独自に運営している一部寄宿制の中等学校も訪問した。ここでは、親元を離れて就学している先住民生徒へのケアの現状やリテラシー教育の課題など、インタビューを通して調査することが出来た。トレス海峡では、木曜島においては、同地域における唯一の中等学校を訪問し、先住民コミュニティと学校などが共同で運営している「文化祭」に参加することが出来た。そこでは,学校長や地域住民の代表者とのインタビューを通して、毎年両者間において交わされる「合意」について聞き取り調査を行った。また、モア島では二校の初等学校を訪問して、同様の調査を行った。キャンベラでは、連邦政府教育省が提示している最新の教育政策を入手すると同時に、先住民文化研究所やオーストラリア国立大学では、先住民コミュニティと学校の連携に関連した論文などを収集した。アデレードでは、遠隔地域からの先住民生徒が多く就学する大学を訪問した。これらの調査により、先住民コミュニティと学校・教育省間の連携の様々な現状を見ることが出来た。来年度は、それらを踏まえ、教員養成とカリキュラム編成に焦点をあてて、実地調査を行いたい。本年度の研究は、トレス海峡島嶼民に関連する地域において、学校と先住民コミュニティとの連携について調査を継続してきた。具体的には、第一にトレス海峡島嶼地域に関わる資料収集、第二にタウンズビル・木曜島におけるフィールドワークを行った。あわせて、ブリスベン・メルボルンでは、教育研究者と面談し、先住民教育の実態についてインタビューした。資料の収集は、主にジェームズクック大学の図書館で実施した。具体的なテーマとしては、学校とコミュニティ間で交わされた「チャーター」、「リテラシー教育」、「コミュニティを上台としたカリキュラム・教材」などを視点として、数校を訪問し、インタビュー調査を実施した。また、クイーンズランド州教育省と学校、先住民コミュニティの架け橋となっている先住民教育の支援機関がケアンズにある。ここを訪問し、クイーンズランド州全体の学校と先住民コミュニティの連携についての動向などを調査した。研究発表は、6月の日本比較教育学会で「オーストラリアにおける教育成果と社会的公正:「格差」と「差異」を視点として」、10月のキューバで開催された世界比較教育学会で"Australian Indigenous Education Policy and Social Equity"(「オーストラリア先住民を対象とした教育政策と社会的公正」)、12月にはオセアニア教育学会でrオーストラリア先住民にとって多文化社会、多文化主義とは?」を発表した。これらの発表では、コミュニティが重視している非先住民と先住民の間の文化的「差異」の尊重と公共機関が重視している基礎学力の「格差」の是正がどのように学校現場や政策上で表現され、機能しているかを考察・発表した。

そこでは、クイーンズランド州全体の学校と先住民コミュニティの連携についての動向を調査した。特に同機関は、先住民生徒のみを対象としたリテラシー技能の尺度を開発しており、その実施状況及び課題などをインタビューした。
ホスト社会沖縄と日系人―ラテン文化資本の架橋性―

平成30年度においては、個人へのインタビュー調査の予備調査として、南米系日系人ダンサーが主宰するサルサ教室において参与観察を行った。その結果、対象者のサンプリングについては、当初は初級者に、異文化学習する前と後での変化や学ぼうと思い至った経緯などをインタビューすることを想定していたが、実際には中級者が多いこと、クラスをまたいで受講する参加者が多く初級者との線引きが難しいことから、対象者のダンス歴については広くとった方がよいことが明らかになった。調査方法については、社会関係資本に関する先行調査の多くは量的調査であるので、本調査の第一段階として異文化学習を結節点とした社会関係資本の活用状況についての量的調査を行う必要があると結論付けられた。量的調査では当該サルサ教室の社会関係資本としての構造を明らかにすることを目的とし、後に続く質的調査では詳細なエピソードや当該の社会関係資本に対する主観的な位置づけについて聞き取る。このため、社会関係資本に関する先行調査の情報を収集し、レビューを行った。そのうえで質問票の作成に着手した。今回企画している調査はホスト社会側の異文化学習に関するものなので、異文化学習を「社会的橋渡し」の活動として位置づけ、実際に橋渡しの役割を果たしているか(南米系日系人との仲間意識を醸成しているか、文化的理解を深めているか、南米系日系人への支援につながっているか等)を実証することを調査目的とする。また、「南米系日系人への支援」の内容も、ちょっとした情報提供や情緒的サポートから仕事の斡旋、金銭的支援まで様々に想定されるが、公的サービスへの連結に注目した質問項目を盛り込めば「社会的連結」へのアクセスについても実証的に分析できると思われる。ほぼ申請時の計画通りに進行しているため。平成31年度においては、県の日系人関連施策に関わるドキュメント収集を開始するほか、サルサ教室を起点としたスノーボールサンプリングによって、ラテンダンスに親しんでいる個人への量的調査および質的調査(本調査)を実施し、調査結果について学会報告を行う。平成32年度においては、本調査の分析をさらに深化させて成果報告書を作成するほか、学術誌への論文投稿を行う。平成30年度においては、物品費を旅費(25,160円)と謝金(20,470円)を補うために使用し、物品は購入しなかったため、4,370円の次年度使用額が生じた。その分は次年度において、物品を購入するために使用する。
高活性な不斉求核触媒の創製と不斉反応への展開

平成29年度の研究計画の一つである「独自に開発した触媒による1,2ジオールのエナンチオ選択的アシル化反応」について詳細に実験を行った。その結果、触媒を用いたd,l-1,2-ジオールの速度論的光学分割反応において低触媒量(0.5 mol %以下)かつ、高いエナンチオ選択性の発現を可能にした(最大s = 180)。この触媒反応系では従来法では難しい非環状および環状1,2-ジオールを同一触媒を用いて分割することができることが大きな特徴である。また、過剰反応であるジアシル化反応の抑制にも成功している。各種対照実験より、触媒の第三級アルコール部位と反応基質の1,2-ジオール部位との間の水素結合がモノアシル化反応のみを劇的に加速し、高い触媒活性とエナンチオ選択性を発現していることが明らかになった。また、大量スケール合成(10 g)にも応用可能であり、このとき触媒を回収率96%以上で回収することもできた。さらに、本触媒反応系はmeso-1,2-ジオールの非対称アシル化反応にも使用することができ、この場合においても高い触媒活性とエナンチオ選択性を示した。本研究はAdvanced Synthesis & Catalysis, Vol. 359, pp. 2778-2788 (2017)., The Journal of Organic Chemistry, Vol. 82, No. 13, pp. 6846-6856 (2017).,有機合成化学協会誌, Vol. 75, No. 6, pp. 632-649 (2017).に詳細に記し、論文として発表した。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
ショックとATP感受性Kチャンネル:心筋虚血に与える影響

【目的】心筋虚血を誘発するショックにおいてIK. ATPが活性化され、ショック時の心筋虚血巣の拡大を軽減しているか否かを検討する。【方法】1)麻酔開胸犬12頭中6頭をレザヴァーを用いて脱血し、平均血圧40mmHgの出血性ショック(HS)を作成した。IK. ATP阻害薬グリベンクラミド(GLB、1mg/kg静注)投与前後で冠血流量および局所心筋血流を測定し、対照群の6頭(平均血圧118±11mmHg)と比較した。2)他の11頭(GLB投与n=6、非投与n=5)では、HS作成10分後に拍動心を短軸面で高速切断凍結した。心断面のNADH蛍光により心筋虚血を可視化し、GLBの心筋虚血巣の大きさに対する影響を検討した。また蛍光領域、非蛍光領域においてサンプリングを行い、乳酸およびATPの濃度を測定した。【結果】1)GLB投与により、HS群では冠血流量が85±10%に減少した(p<.05)。これは心外膜側血流の選択的減少によるものであった。一方、対照群では冠血流量および局所心筋血流量に有意な変化はなかった。2)GLB非投与群では蛍光領域(虚血領域)を左室断面の26±31%に認め、心内膜側優位の分布を示した。GLB投与群では虚血領域は78±20%に増加し(p<.01)、分布は貫壁性となった。蛍光領域の乳酸濃度は非蛍光領域に比して有意に高値を示し(37±16vs.13±10nm ol/mg-prot., p<.01)、蛍光領域の心筋虚血が確認された。GLB投与群の心外膜側にATP濃度はGLB非投与群に比して有意に低値であった(30±8vs.43±6nm ol/mg-prot., p<.01)。一方心内膜側ではGLB投与群、非投与群間にATP濃度に差はなかった(41±6vs.44±6,NS)。【総括】出血性ショックではIK. ATPが活性化され、心外膜側への虚血の進展を防止することが明らかとなった。
瞬間冷凍による青果物の冷凍及び長期貯蔵法の開発

冷凍による青果物の細胞破壊を抑制するため、1)アルミ材を活用した急速冷凍、2) 4050°Cの熱ストレス処理、3)トレハロース処理による超急速冷凍法を開発研究した。アルミ容器にトマトを収納しアルミ粒で埋没させると約20分で冷凍でき、液体窒素噴霧による急速冷凍と比べても差はなかった。45°Cの熱ストレスをトマトに24時間与えると、冷凍による細胞破壊をある程度抑制できた。さらにトマトの果柄をトレハロース溶液に漬けると、冷凍によるクラックをかなり抑制できた。本研究の目的は、青果物を細胞破壊なしに(抑制して)凍結させ、長期貯蔵することである。以下の成果を得た。1.アルミニウム容器・粒を利用した超急速冷凍法の開発できるだけ速く凍結させることが細胞破壊の抑制に有効である。そこで、熱伝導性の優れた金属(銀、銅、アルミニウム、ステンレス)板にスライスしたトマトを密着させて冷凍すると、冷凍時間はアルミニウムが最短であった。この場合、板が厚いほど、また両面から密着させれば、密着無しと比べ、冷凍時間が大幅に(約15倍ほど)短縮できた。次に、丸ごとのトマトを対象に、アルミニウム製の容器にアルミニウム粒を入れ、それにトマトを完全に埋没させて冷凍すると、冷凍時間はアルミニウム粒を用いない場合と比べ、約5倍ほど短縮できた。この結果は、最近話題のエタノールによる液体凍結法より、やや優れていた。このように、アルミニウム材が青果物の急速冷凍にかなり有効とわかった。アルミニウム容器のかたち、粒の大きさ等の調整で、超急速(瞬間)冷凍が可能と考えられる。2.熱ストレス負荷による冷凍果実の細胞破壊、裂果、解凍後のドリップの抑制凍結による細胞破壊を抑制するため、次に、熱ストレス処理を行った。トマトを4050°Cのマイルドな高気温(または温水)下に1224時間置く処理が、植物の細胞膜・壁を頑丈にし氷晶化による細胞破壊を抑制する効果を見出した。最適化手法を用いて、最適な(細胞破壊を最も抑制する)熱ストレス処理法を究明すれば、クラック(裂果)および解凍時におけるドリップを最小限にできると考えられる。3.自然で無害な凍結保護剤(トレハロース等)を利用した細胞破壌の抑制凍結による細胞破壊を抑制するため、自然で無害な凍結保護剤(トレハロース等)を添加すると、トマトの細胞破壊が少なくなった。これはトレハロースの働きでガラス化状態になり(結晶化しないで)、氷のサイズが小さくなったためと考えられる。この方法の有効性もある程度確かめられた。青果物の長期貯蔵を考えると、冷凍貯蔵法が有効である。しかし、植物細胞は硬い細胞壁があるので、冷凍により細胞が壊れやすいという問題がある。そこで本研究では、青果物の冷凍において、細胞破壊を抑制する方法を検討した。さらに農業分野に適用させるため、低温ストッカー(-60°C)を用いて安価かつ簡易な冷凍法を検討した。細胞破壊の抑制法として、(1)アルミニウム材を有効利用した急速(瞬間)冷凍法の開発、(2)4050°Cの熱ストレス処理、(3)自然で無害なトレハロース添加の3つの方法を検討した。(1)について、冷凍時間は、スライストマト(2cm厚)の場合、アルミニウム板を接触させた方が、また板厚の厚い方が早く冷凍できた。また片側のみの接触では10分程度であったが、両側から接触させると3分ほどとなり、約3倍速く冷凍できた。一方、丸ごとのトマトについては、トマトをアルミ容器に入れアルミ粒で埋没させると、冷凍時間は約20分となり、アルミニウム材不使用の場合の約90分と比べ、約4.5倍短縮できた。これにより細胞破壊をかなり抑制できた。これらの結果はエタノールによる液体凍結法よりやや優れており、また液体窒素(-120°C)噴霧による方法と比べても遜色はなかった。アルミニウム材の有効利用が超急速(瞬間)冷凍に有効と分かった。(2)については、気温45°C、24時間の熱ストレス負荷をトマトに与えることで、冷凍による細胞破壊や組織のクラックをある程度抑制できた。(3)については、トマトの果柄をトレハロース溶液に24時間以上漬けてトレハロースを吸収させ、その後冷凍させれば、冷凍による組織のクラックを抑制できた。以上より、熱伝導性の高いアルミニウム材を有効利用した急速冷凍法、熱ストレス処理、トレハロース処理を適切に組み合わせた冷凍法が、水分含量の多い青果物の冷凍に有効であり、安価かつ簡易な急速冷凍法を確立する上で重要と考えられる。
生物的アプローチによる大空間構造物の構造形態創生

H12年度は生物的アプローチの計算方法による基礎研究、H13年度は、建築構造解析、特に構造形態の創生や逆問題の解析、同定解析に応用する生物的アプローチ(セル・オートマトン(CA)法,遺伝的アルゴリズム(GA),免疫アルゴリズム(IA))の理論展開と基本的なプログラム開発を完了した。また、これらの考え方を発想支援システムへと発展させるための可能性を調べ、基本的な考え方と試作システムの開発を進めた。H14年度は、これらの成果を基に、各生物的アプローチを有機的に関連付けた育種法(simulated breeding method)と呼ばれる方法の基礎を確立させ、大空間構造物の構造形態創生発想支援に関する試作システムの開発を中心に研究開発を実施し、育種法の可能性を調べた。建築構造の形態を求める問題では大域的最適解だけが要求されるわけではなく、デザインを考慮した実現可能な評価の優れた準最適解を得る方法が重要である場合が多い。ここに、数理的な一義的に解を決定しようとする方向ではなく、生物的アプローチによる多様性を追求した多くの準最適解を設計者の発想に基づいて、設計者の評価を直接構造評価に反映させることが可能なシステム開発が要求され始めている。特に、大空間構造は、デザイナーの描いた形状が必ずし、構造として適切であるかどうかすぐには判定できないため、ここで試作した生物的アプローチを利用した育種法による発想支援システムは、デザインの幅を広げる可能性を有する。本研究では、生物的アプローチ利用による発想支援の基本的な考え方が明確にできた。なお、種々の分野における育種法は進化的な計算手順による内容ではあるが、本研究により、盆栽的な方法による形態創生を可能とする考え方も新たに提案できた。建築構造解析に応用されている生物的アプローチ(進化,遺伝,学習,免疫,自律分散,自己組織化)を整理し、それらの性質と長短所をまとめ、適用事例の適合性を検討した。各方法における基本アルゴリズムのソフトは各々開発し、直接スキームの検討も実施している。これらの調査・検討において、分散的かつ自律的な創発型システムに分類される計算法が工学全般において積極的に利用されているにも関わらず、建築構造解析分野では応用例が極めて少ないことが判明した。自律分散系の計算法はセル・オートマトン(CA)のモデルに対応させられ、セルと有限要素を同一視できる観点から、間接的な応用例は多くある。しかし、CAの特徴を直接的に最大限に利用した例が殆どない。これらの考察からCAを用いた自己組織化による形態創生の手順(自律分散系解法)の利便性を考慮した開発を行った。また、種々ある生物的アプローチの技法を視野に入れ、自律分散系解法と遺伝的アルゴリズム(GA)や他の生物的アプローチ技法を連携させた大空間建築構造物の形態創生へと展開する準備を進めた。これらの成果は国際学会で連続体構造と骨組構造に応用した2編を発表している。なお、コンピュータグラフィックス(CG)を利用した基本システムの開発も行い、計算と形態表示のステアリング的表示を可能にし、形態創生の把握を容易にさせた。さらに、CAを用いた解法は、非線形解析への応用が難しいと一般に考えられていたにも関わらず、幾何学的非線形の解析にも応用できることを明らかにした。特に、複合ケーブル構造の初期張力決定問題や施工手順の問題への適用に展開できる基本的なデータの蓄積ができた。複合ケーブル構造の解析では、三次元の移動座標系を用いた定式化を終わらせ、プログラム開発に移すところまで進めている。H12年度の基礎研究を受け、H13年度において、建築構造解析、特に構造形態の創生や逆問題の解析、同定解析に応用する生物的アプローチとして、自律分散の特性が導入できるセル・オートマトン(CA)法、進化計算に強力な方法と認知されている遺伝的アルゴリズム(GA)、生物多様性が表現できる免疫アルゴリズム(IA)を採用し、理論展開と基本的なプログラム開発を完了した。

また、ウイルス進化論の考え方を導入したGAの理論展開も進めた。CA法では、複合ケーブル構造の解析に応用し、非線形問題と捉えた構造物の初期形態の創生と安定性の検討を行った。特に、テンセグリテイ構造の初期張力決定では、従来にない方法で、導入張力の決定が安定的に短時間で計算できることが分かった。この方法は、初期形態の計算ばかりでなく、施工法法の計算にも応用できる。GAでは、実数型の遺伝子を用い、交叉による形質遺伝が連続に移行できる新しい方法の導入に成功した。IAでは、GAとは異なり、多様な解の出現をトラス構造の多目的最適化の問題に適用し、準最適解の大きな意味を示した。なお、コンピュータグラフィックス(CG)を利用した基本システムをC言語により開発を行い、上記のGA, IA計算と形態表示のステアリング的表示を可能にした。すなわち、育種計算法として人間の評価値をシステムに導入できるという形態の発想支援システムの考え方と試作システム開発の成功を意味している。これにより、デザイナーに構造的には問題のないデザインの把握や新しい発想による形態の創生を容易にさせることができる。また、自動的に、形態を家畜のように育てていくシステムを手に入れた。後半では、これらの幾つかの生物的アプローチを複合させ、より効率の良い計算法の開発に作業を移した。この他に、空間構造特に張力構造の基本的な計算方法を整理した。H12年度は生物的アプローチの計算方法による基礎研究、H13年度は、建築構造解析、特に構造形態の創生や逆問題の解析、同定解析に応用する生物的アプローチ(セル・オートマトン(CA)法,遺伝的アルゴリズム(GA),免疫アルゴリズム(IA))の理論展開と基本的なプログラム開発を完了した。また、これらの考え方を発想支援システムへと発展させるための可能性を調べ、基本的な考え方と試作システムの開発を進めた。H14年度は、これらの成果を基に、各生物的アプローチを有機的に関連付けた育種法(simulated breeding method)と呼ばれる方法の基礎を確立させ、大空間構造物の構造形態創生発想支援に関する試作システムの開発を中心に研究開発を実施し、育種法の可能性を調べた。建築構造の形態を求める問題では大域的最適解だけが要求されるわけではなく、デザインを考慮した実現可能な評価の優れた局所的最適解を得る方法が重要である場合が多い。ここに、数理的な一義的に解を決定しようとする方向ではなく、生物的アプローチによる多様性を追求した多くの準最適解を設計者の発想に基づいて、設計者の評価を直接構造評価に反映させることが可能なシステム開発が要求され始めている。特に、大空間構造は、デザイナーの描いた形状が必ずし、構造として適切であるかどうかすぐには判定できないため、ここで試作した生物的アプローチを利用した育種法による発想支援システムは、デザインの幅を広げる可能性を有する。本研究では、生物的アプローチ利用による発想支援の基本的な考え方が明確にできた。なお、種々の分野における育種法は進化的な計算手順による内容ではあるが、本研究により、盆栽的な方法による形態創生を可能とする考え方も新たに提案できた。
悪性腫瘍骨転移による骨破壊を阻止する新規薬物TNFαペプチドアンタゴニストの開発

以前の研究より、in vitroにおける破骨細胞形成系の実験においてW9ペプチドが、破骨細胞形成を抑制することがわかっている。また今回の実験でW9ペプチドが、RNAKL/RANKのシグナルを抑制することを示したことから、W9ペプチドがRNAKL/RANKのアンタゴニストとしても作用することがわかった。今回の研究でTNFαペプチドアンタゴニストW9(W9ペプチド)の効果を様々なモデルマウスを用いて確かめた。炎症性骨破壊を引き起こすリウマチ関節炎モデルであるCIAマウスに対するW9ペプチドの効果について確かめた。その結果、W9ペプチドの投与により、CIAマウスの炎症および骨破壊の両方を抑制することが認められた。そのためW9ペプチドが炎症性骨吸収に対しても抑制効果があるものと考えられた。さらに歯周病原性細菌であるP.gingivalisをマウス頭蓋に打ち込み、その結果生じた骨吸収に対してW9ペプチドの投与は抑制的に作用した。この結果より、歯周病に関連する骨吸収に対しても抑制効果があることが示唆された。これらの結果を考慮すると上記モデルマウスに対するW9ペプチドの骨吸収抑制効果は、破骨細胞を抑制したことによるものであると考えられた。最近、乳癌・前立腺癌・肺癌などの骨に転移を起こしやすい癌細胞が、破骨細胞形成を促進させることが報告されている。またOPGやビスフォスフォネートなどの投与が担癌マウスの骨破壊を抑制したことも報告されている。そのため、これらの骨破壊に破骨細胞が非常に重要であることが示唆され、RNAKL/RANKのアンタゴニストとして作用するW9ペプチドが悪性腫瘍の骨転移による骨破壊を抑制する可能性が示された。以上の結果より、W9ペプチドが様々な骨吸収に対して抑制効果を示すことが確認され、また本ペプチドが悪性腫瘍による骨破壊の治療薬として有望であることが示唆された。これまでにTNFαペプチドアンタゴニストW9(以下W9ペプチド)の効果をin vivoにおいて様々なモデルを用いて確かめた。まず、低カルシウム食飼育マウスおよび骨粗髭症モデルであるOVXマウスを用い、これらマウスに起こる骨吸収がW9ペプチドの投与により抑制されることを確かめた。これらの実験からW9ペプチドが、in vivoにおける骨吸収モデルにおいて骨吸収抑制効果があることが示された。次に上記モデルとは別の炎症性骨破壊を引き起こすリウマチ関節炎モデルであるCIAマウスに対してどのようなW9ペプチドの効果があるかを確かめた。その結果、W9ペプチドの投与により、CIAモデルの炎症および骨破壊の両方を抑制することが認められたことから、W9ペプチドが炎症性骨吸収に対しても抑制効果があることが示唆された。この実験系において浸透圧ポンプを用い、骨吸収抑制効果が十分に得られたことから、この方法を用いたW9ペプチドの投与方法を確立した。一方、in vitroでTNFリセプターを欠損したマウスの骨髄細胞を用いた破骨細胞形成系の実験においてW9ペプチドが有意に破骨細胞形成を抑制したことから、W9ペプチドがTNFリセプターとは別にRANK/RANKLを阻害することで破骨細胞形成を抑制することが示唆されたさらにW9ペプチドが乳癌細胞の骨転移による骨破壊および癌細胞に対してどのような効果があるか現在、解析中である。これまでの研究によりTNFαペプチドアンタゴニストW9(以下W9ペプチド)の効果をin vivoにおいて様々なモデルを用いて確かめ、下記の成果を得た。まず、低カルシウム食飼育マウスおよび骨粗鬆症モデルであるOVXマウスを用い、これらマウスに起こる骨吸収がW9ペプチドの投与により抑制されることを確かめた。したがってW9ペプチドが、in vivoにおける骨吸収モデルにおいて骨吸収抑制効果があることが示された。

次に上記モデルとは別の炎症性骨破壊を引き起こすリウマチ関節炎モデルであるCIAマウスに対してどのようなW9ペプチドの効果があるかを確かめた。その結果、W9ペプチドの投与により、CIAモデルの炎症および骨破壊の両方を抑制することが認められた。このことはW9ペプチドが炎症性骨吸収に対しても抑制効果があることを示すものと考えられた。さらに歯周病原性細菌であるP.gingivalisをマウス頭蓋に打ち込み、その結果生じる骨吸収に対して浸透圧ポンプを用いたW9ペプチドの投与によってその骨吸収が減少した。このことから、歯周病に関連する骨吸収に対しても抑制効果があることが示唆された。浸透圧ポンプを用いてW9ペプチドを投与する方法により、骨吸収抑制効果が十分に得られたことから、この方法の有用性が示された。以上の結果より、W9ペプチドが様々な骨吸収に対して抑制効果を示すことが確認され、本ペプチドが骨吸収を伴う疾患の治療薬剤として有望であることが示唆された。
細胞システム動態の分岐解析と疾患制御への応用

本研究では、細胞シグナル伝達系を動的システムと見なして、システムバイオロジーや非線形力学系の観点から解析を行い、細胞動態を理解し解析するための数理科学技術の発展を目指す。前年度に重点的に解析を行ったアトピー性皮膚炎の数理モデル解析に関しては、いくつかの課題を検討した。投薬が間欠的に行われた場合は、シグナル伝達機構の内部の空間的スイッチに加えて、入力シグナルも時間的にスイッチすることになる。こうした空間的にも時間的にもスイッチ機構を持つモデルの分岐解析の技術的な可能性を検討した。また、症状の定性的変化(特に悪化)は分岐現象に対応するが、事前にその予兆を検出することができれば、早期対策が可能となる。患者の皮膚バリアの状態が計測できると仮定して、どのような量が早期警戒シグナルとなり得るかを検討した。また本年度は、高次元微分方程式系で表現されるNF-kBシグナル伝達系の数理モデルを効率的に解析する方法を探究し、前処理として必要なモデルの次元縮約について調査した。その結果、(1)感度解析により主要な伝達経路を同定して状態変数を限定する、(2)各状態変数の時間スケールの差を考慮して注目する時間スケールの状態変数のみに限定する、(3)要素の相互作用を表すグラフを発見的なルールに基づいて簡略化する、などの手法が有望であることが分かった。高次元モデルをより低次元モデルに縮約し、分岐解析ソフトで解析するための準備を行った。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、主にアトピー性皮膚炎の数理モデル解析を行った。アトピー性皮膚炎の要因は様々であり、まだメカニズムは十分に解明されたとは言えない。そのため、あらゆる患者に有効な治療法はまだ確立されていない。先行研究において、患者に典型的に見られる皮膚バリアの動態パターンが4つに分類され(Healthy, Bistability, Oscillation, Damaged)、そのダイナミクスを記述する数理モデルが提案されている。この数理モデルは、環境要因、免疫応答、細胞シグナル伝達系などを考慮しており、数理的観点からは連続変数とスイッチに対応する離散変数が混在するハイブリッド力学系と見なせる。この数理モデルの理論的および数値的分岐解析により、上述の4つの動態パターン間の遷移条件を明らかにした。例えば、病原体の量が減少していくと、より症状の軽い動態に移行するが、病原体をどのレベルまで下げれば、その移行が誘導できるか、ということが分かる。次に、抗生物質、保湿剤、ステロイド剤という3種類の薬剤による治療を考慮した数理モデルを考え、分岐解析により、こうした薬剤治療が、動態パターン遷移を誘導する臨界的な条件を特定した。連続的な投与以外にも、間欠的な投与やより現実的な治療法を試し、投与量と投与期間のトレードオフを見出した。また、2種類以上の薬の併用も、効果的な場合があることを示した。本結果は、アトピー性皮膚炎の治療プロトコルを考える上で、有用な知見をもたらすと考えられる。本研究では、(1)NF-kappaBシグナル伝達系の数理モデル、および(2)アトピー性皮膚炎の数理モデル、の解析を行うことを計画していた。本年度は、(2)のアトピー性皮膚炎の数理モデル解析を重点的に行い、治療の検討に資する知見を得て、論文にまとめた。(2)に関しては十分な結果が得られた。アトピー性皮膚炎の数理モデル解析に関しては、まだいくつか課題が残っている。例えば、数理モデルには2つのスイッチ機構が入っているが、投薬量が間欠的な場合は、入力シグナルも時間的にスイッチすることになる。こうした空間的にも時間的にもスイッチ機構を持つモデルの分岐解析は、まだ技術が確立しておらず、力学系としての研究対象になる。また、分岐現象により、患者の皮膚バリアの動態パターンが遷移するので、その直前には遷移の予兆シグナルを検出できる可能性がある。

その場合、患者個々の内因的なパラメータ値が分からなくても、計測データのみから変化点を予兆し、症状が悪化するような遷移を未然に防ぐという可能性がある。こうした早期警戒シグナルの開発も、検討していきたい。また、並行して、NF-kappaBシグナル伝達系の数理モデル解析を今年度よりも重点的に行う予定である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。