hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
染色体工学技術とゲノム編集技術の融合による遺伝子改変ブタの作製

近年、ドナー不足を解消する手段としてブタの臓器・組織を用いる異種移植に関心が高まっている。しかし、移植後1週目以降の急性・慢性拒絶反応による臓器機能不全を克服しなければならない大きな課題がある。本研究は、遺伝子搭載サイズに制限がない人工染色体技術と、任意のゲノムを部位特異的に切断し変異を挿入(ノックアウト)できるゲノム編集技術を組み合わせて、拒絶反応の少ない異種移植用の遺伝子改変ブタを作製することを目的とした。実際には、日本人に多いヒトHLA A24遺伝子を人工染色体で挿入し、かつ異種抗原であるGal転移酵素遺伝子をノックアウトすることにより、拒絶反応の少ない異種移植用のHLA挿入GalT-KOブタを作出する。本年度は、抗原関連遺伝子(GalT)を標的としたCRISPR-Cas9システムの構築(guide RNAの設計)を行い、設計したguide RNA(gRNA)の遺伝子改変効率をブタの体外受精胚を用いて確認し、高効率なgRNAを用いて遺伝子改変ブタの作製を試みた。その結果、胚移植後2頭が妊娠し合計6頭の産仔を得ることができ、第一世代でGalTホモ欠損ブタ作製に成功したほか、異種抗原となるαGalの消失が組織染色により確認できた。一方、ヒト人工染色体ベクターおよびマウス人工染色体ベクターをブタ線維芽細胞に微小核細胞融合法を用いて導入したところ、ヒト人工染色体ベクターでは1クローン、マウス人工染色体ベクターでは3クローンの薬剤耐性クローンが獲得できた。細胞をパッセージして増殖性がみられたクローンはヒト人工染色体ベクターでは1クローン、マウス人工染色体ベクターでは1クローンであった。個々の胚盤胞のシークエンス解析結果より、今回解析した7種類のgRNA中の4種のgRNAが高い編集導入率を示すことがわかった。さらにシークエンスデータから、変異導入率の高かった4種類のgRNAの中でもホモ変異体の作製可能なgRNAを3種にしぼり、GalTノックアウト豚作製を行った。胚移植の結果、gRNA#4およびgRNA#6を用いた場合には妊娠豚を得ることができなかったが、gRNA#10を使用した胚を移植した場合、移植頭数2頭中2頭が妊娠し、合計6頭の産仔を得ることができた。得られた仔豚のシーケンス結果をTIDEで解析した結果、6頭中1頭は野生型であり、残りの5頭はGalTホモ欠損である可能性が高いことが示された。野生型および鑑定殺したGalTノックアウト豚の心臓のαGal染色した結果、野生型の心臓ではGS-IB4-Alexa488によりαGalが染色されたのに対し、GalTノックアウト豚ではαGalが検出されなかった。ヒト人工染色体ベクターおよびマウス人工染色体ベクターをブタ線維芽細胞に微小核細胞融合法を用いて導入したところ、ヒト人工染色体ベクターでは1クローン、マウス人工染色体ベクターでは3クローンの薬剤耐性クローンが獲得できた。今後、それぞれ1クローンずつについて、FISH解析を進める予定である。GalTホモ欠損と判定した5頭のノックアウトブタにおけるGal抗原のオフターゲットを評価し、最適のgRNAを確定する。一方、ブタ細胞上のGal抗原をノックアウトした後も,non-Gal抗原に対する自然抗体の反応による遅延型拒絶反応が問題となっている。non-Gal抗原のうち,N-グリコリルノイラミン酸(NeuGc)はブタ血管内皮細胞上に発現する糖鎖として知られており、ヒトはこのNeuGc抗原を持たないため,ブタ-ヒト間異種移植ではNeuGcを標的とした抗体性拒絶反応の懸念がある。本年は、α-Gal抗原とNeuGc抗原をどちらも発現しないGalT/CMAHのダブルノックアウト豚の作製を試みる。人工染色体については、増殖性がみられたヒト人工染色体ベクター1クローン、およびマウス人工染色体ベクター1クローンそれぞれについてFISH解析を進め、一部はドナー核として使用し除核したブタ卵母細胞との融合による体細胞クローン胚の発育能を検討する予定である。その結果、効率のよい2種類のgRNAの設計が判明し、両gRNAは胚盤胞の形成率に影響しないことも確認できたため、胚移植により高効率にGalTノックアウトブタを作製することが期待できるようになった。一方、ブタ胎仔から採取した繊維芽細胞に人工染色体ベクターを微小核細胞融合法を用いて導入したところ、5クローンの薬剤耐性クローンが獲得できた。しかし、増殖性がみられたクローンについて、ブタの内在染色体異常がみられたため、追加のクローンの取得を目指すこととなった。

CRISPR/Cas9システムを用いてGalT遺伝子をノックアウトするための効率のよい2種類のgRNAの設計が判明した。両gRNAは胚盤胞の形成率に影響しないことも確認できたため、胚移植により高効率にGalTノックアウトブタを作製することが期待できるようになった。現在、判明した2種類のgRNAを用いてゲノム編集胚を作製後、受胚ブタに胚移植を行い、GalTノックアウトブタの作製を試みたが(2頭移植)、妊娠には至っていない。人工染色体ベクターをブタ線維芽細胞に微小核細胞融合法を用いて導入したところ、5クローンの薬剤耐性クローンが獲得できた。5クローンのうち、増殖性がみられた1クローンについて、FISH解析を行ったところ、ブタ染色体に転座することなく独立に人工染色体ベクターが1本存在することを確認できた。しかし、ブタの内在染色体異常がみられたため、今後は追加のクローンを取得して解析を進める予定である。近年、ドナー不足を解消する手段としてブタの臓器・組織を用いる異種移植に関心が高まっている。しかし、移植後1週目以降の急性・慢性拒絶反応による臓器機能不全を克服しなければならない大きな課題がある。本研究は、遺伝子搭載サイズに制限がない人工染色体技術と、任意のゲノムを部位特異的に切断し変異を挿入(ノックアウト)できるゲノム編集技術を組み合わせて、拒絶反応の少ない異種移植用の遺伝子改変ブタを作製することを目的とした。実際には、日本人に多いヒトHLA A24遺伝子を人工染色体で挿入し、かつ異種抗原であるGal転移酵素遺伝子をノックアウトすることにより、拒絶反応の少ない異種移植用のHLA挿入GalT-KOブタを作出する。本年度は、抗原関連遺伝子(GalT)を標的としたCRISPR-Cas9システムの構築(guide RNAの設計)を行い、設計したguide RNA(gRNA)の遺伝子改変効率をブタの体外受精胚を用いて確認し、高効率なgRNAを用いて遺伝子改変ブタの作製を試みた。その結果、胚移植後2頭が妊娠し合計6頭の産仔を得ることができ、第一世代でGalTホモ欠損ブタ作製に成功したほか、異種抗原となるαGalの消失が組織染色により確認できた。一方、ヒト人工染色体ベクターおよびマウス人工染色体ベクターをブタ線維芽細胞に微小核細胞融合法を用いて導入したところ、ヒト人工染色体ベクターでは1クローン、マウス人工染色体ベクターでは3クローンの薬剤耐性クローンが獲得できた。細胞をパッセージして増殖性がみられたクローンはヒト人工染色体ベクターでは1クローン、マウス人工染色体ベクターでは1クローンであった。個々の胚盤胞のシークエンス解析結果より、今回解析した7種類のgRNA中の4種のgRNAが高い編集導入率を示すことがわかった。さらにシークエンスデータから、変異導入率の高かった4種類のgRNAの中でもホモ変異体の作製可能なgRNAを3種にしぼり、GalTノックアウト豚作製を行った。
科学分野への女子のアクセス拡大に関する研究-高校における文理選択に注目して-

科学分野、とりわけ理工系の職業分野に女性が少ない一因として、理工系の学部や専攻を選択する女子が少ないことがあげられる。日本の場合、大学での学部選択は、高校で所属するコースや類型に規定される傾向が強い。そのため、16,17年度において、女子の大学・大学院在学状況の専攻別トレンド分析を行うとともに、大学生を対象とした質問紙調査による「高校における文理選択」の全体的傾向の把握とジェンダー分析および文理別分析、さらに文理選択に関する保護者調査などを実施してきた。なお、保護者調査の一部は、『河北新報』(2006.4.4.)にコメントとして掲載された。18年度においては、当事者である理工系学部の女子学生を対象とした参加型調査を実施した。調査は、女子学生比率が目だって低い工学部を対象とし、小グループにわけて実施した。その結果、彼女らの大学での学習・研究に対する満足度は高く、それが高校生たちに伝わっていないことが問題として指摘された。高校生に対して、工学部のカリキュラムや教育支援、就職などの魅力を工夫して伝えれば、理系で学ぶおもしろさがわかってもらえるし、もっと理系進路を選択する女子が増えるという意見が出された。また、18年度は最終年度に当たるため、上記の研究成果の公表に努めた。「イギリス教育学会」での報告や「大学電気工学教員研究集会」にパネラーとして発表する機会を得たほか、「女性の理工系進路選択支援事業・全国交流協議会」に参加することもでき、国内外の多分野の研究者・実践者らと交流を持てた。さらに、報告書やホームページの作成、『山形大学紀要(教育科学)』や『Journal of Society of Japanese Women Scientists』での投稿論文の掲載などによる成果公表も行った。科学分野の職業に女性が少ない要因の1つとして、大学の理系学部に女子が少ないことがあげられる。ではなぜ、理系学部に女子が少ないのか。その背景を探るため、高校における進路選択に関する質問紙調査を、大学生を対象として実施した。調査の概要は以下の通りである。*調査項目など;(1)大学生活の満足度(友人関係、勉学、趣味)、(2)卒業した高校について(設置者、共学・別学、4年制大学への現役進学率)、(3)高校時の所属クラスやクラスを選択する時点で重視したこと・迷い)、(4)高校での履修科目や科目の好き嫌いなど。*調査方法など;2004年7月、X大学(総合大学)の13年生の学生を対象に、14人の授業担当者が教室での留め置き法で実施。2,353人から回答を得た。*サンプル構成;回答者の主な属性は次のようであった。(1)性別;女子24.6%男子75.4%(2)学年;1年生38.4% 2年生31.4% 3年生24.6%(3)居住;自宅生13.0%自宅外87.0%本調査の結果から、高校における教育課程は多様化しているといわれるものの、回答者の95%は「理系・文系」という類型・コースに所属していること、約7割が高1終了までに類型・コースの意思決定をし、高2段階で実際に分かれていることが明らかとなった。また、類型・コースの選択時に、女子は男子以上に「迷い」を感じていること、「理系・文系」の選択に当たっては、女子が理系選択しようとする場合に周囲がネガティブに捉えている実態や、男子に対しては理系選択を促すような働きかけがあること、などが明らかになった。調査結果の詳細は、報告書(印刷物)にまとめた。また、英国で20年以上にわたって続いているWISE(Women Into Science and Engineering)等に関する訪問調査も実施し、企業と大学が女子の科学分野へのアクセス拡大に対して実施しているプログラムや実施状況、成果などについて情報を得た。科学分野、とりわけ理工系の職業に女性が少ない一要因として、大学の理系学部に女子が少ないことがあげられることを踏まえ、今年度は、(1)女子の大学・大学院在学状況の専攻別トレンド分析と、(2)高校での<文系/理系>の選択に関する質問紙調査の再分析、(3)進路に関する保護者インタビューを行った。(1)については、文部科学省の学校基本調査をもとに、女子の4年制大学進学率が15%を超えた1990年以降15年間の変化を分析した。この間、女子学生数の増加率が顕著に高かったのは、工学部(3.08倍)、医学・歯学以外の保健(2.71倍)、社会科学(2.60倍)などであった。女子の学部選択は若干拡大したようにみえるが、各専攻の対男子学生比をみると依然として不均衡であることが明確になった。修士課程では、人文科学や教育学を専攻する女子比率が低下し、専攻の選択に若干の多様性が見られるようになった。(2)については、前年度に実施した質問紙調査を、<文系理系><男女>にわけて分析した。その結果、文系女子は高校での文理選択においてもっとも問題を抱えていることが浮き彫りになった。その背景として、将来の進路展望が弱いことや、文系/理系に分けられない進路希望をもっていることなどが挙げられた。それだけではなく、<文系理系><男女>によって、高校で学習する教科に対する認識構造が異なることがわかった。もっとも、学校的認識をしていたのは、理系男子であった。なお、これらは、国際ジェンダー学会2005年大会において口頭発表した。(3)については、おもに高校生をもつ保護者に対してインタビューを実施し、学校における進路指導の実態や子どもの進路に対する保護者の意識などを探った。

文系理系に分ける時期や分け方などについて、保護者は不安や不満をもっているようであった。また、文理のどちらかを選ぶと事実上履修できない科目があり、そのために悩んだ様子や学校が子どもの能力を伸ばしてくれなかったというコメントもあった。詳細な分析は次年度にも行う予定である。科学分野、とりわけ理工系の職業分野に女性が少ない一因として、理工系の学部や専攻を選択する女子が少ないことがあげられる。日本の場合、大学での学部選択は、高校で所属するコースや類型に規定される傾向が強い。そのため、16,17年度において、女子の大学・大学院在学状況の専攻別トレンド分析を行うとともに、大学生を対象とした質問紙調査による「高校における文理選択」の全体的傾向の把握とジェンダー分析および文理別分析、さらに文理選択に関する保護者調査などを実施してきた。なお、保護者調査の一部は、『河北新報』(2006.4.4.)にコメントとして掲載された。18年度においては、当事者である理工系学部の女子学生を対象とした参加型調査を実施した。調査は、女子学生比率が目だって低い工学部を対象とし、小グループにわけて実施した。その結果、彼女らの大学での学習・研究に対する満足度は高く、それが高校生たちに伝わっていないことが問題として指摘された。高校生に対して、工学部のカリキュラムや教育支援、就職などの魅力を工夫して伝えれば、理系で学ぶおもしろさがわかってもらえるし、もっと理系進路を選択する女子が増えるという意見が出された。また、18年度は最終年度に当たるため、上記の研究成果の公表に努めた。「イギリス教育学会」での報告や「大学電気工学教員研究集会」にパネラーとして発表する機会を得たほか、「女性の理工系進路選択支援事業・全国交流協議会」に参加することもでき、国内外の多分野の研究者・実践者らと交流を持てた。さらに、報告書やホームページの作成、『山形大学紀要(教育科学)』や『Journal of Society of Japanese Women Scientists』での投稿論文の掲載などによる成果公表も行った。
リンパ管内皮細胞由来の平滑筋細胞収縮・弛緩因子の解明

本研究では,リンパ管内皮細胞由来のリンパ管平滑筋細胞に対する収縮・弛緩因子と体系的に解析し,血管系におけるそれらの物質との量的・質的差異を明確にさせ,その生理学的意義を解明することを研究の目的とした。その結果,リンパ管内皮細胞にはアセチルコリン(ムスカリン)受容体やヒスタミン受容体が存在し,この受容体が刺激されると内皮細胞よりnitric oxde(NO)が産生,放出されることが判明した。このNOはリンパ管平滑筋のグアニレートサイラーゼを刺激して弛緩反応や自発性収縮のリズムや振幅を抑制することが明らかになった。さらに,このNOの産生能には著しい部位差・種差が認められ,胸管におけるリンパ管内皮細胞ではその産生能力が高く,腸間膜リンパ管系ではNO産生能の低い傾向にあった。またウシに比較して,サル,イヌ,ブタのリンパ管内皮細胞でNO産生能が高い傾向を示すことも確認された。さらに,本研究において,イヌ胸管内皮細胞をコラゲネースを用いて化学的に剥離し,その細胞塊を使用してリンパ管内皮細胞の初代ならびに継代培養することに成功した。このリンパ管内皮細胞にFura-2AMを負荷し,ヒスタミン作用時の内皮細胞内Ca^<2+>濃度動態変化を画像ごとに解析したところ,作用直後の一過性のCa^<2+>濃度上昇をそれに引き続くプラトー型のCa^<2+>濃度上昇がすべての内皮細胞で確認された。このCa^<2+>濃度上昇に一致して,リンパ管内皮細胞からは多量のNOが産生・放出されていることが示唆された。すなわち,拘縮状態にあるイヌ大腿動脈標本に,ヒスタミン投与後の培養上清を滴下投与すると著明な弛緩反応が誘起された。この弛緩反応はバイオアッセイ動脈標本の内皮細胞を剥離しても,点滴保生液に抗ヒスタミン剤を前処置を施しても全く影響を受けず,培養上清にL-NMMAを処置すると抑制される事よりNOと確認されたのである。リンパ管平滑筋細胞の緊張性の制御において、リンパ管内皮細胞が重要な役割を担うことが私共の報告(Am、J、Physiol、260:H1172-H1178、1991)から知られてきた。この機能特性を解析するためには、培養リンパ管内皮細胞を用いたinvitroの実験係の開発が必要不可欠である。そこで今年度の研究で私共は、胸管内皮度細胞を培養する手法を確立し、その細胞を用いてロスタミン作用時の細胞内Ca^<2+>動態と分泌された生理活性物質の特性を解析した。実験には雑種成犬を用い、脱血屠殺後ただちに約10cmの胸管を摘出した。胸管は丹念に洗浄した後、コラゲナーゼを含む酵素液を胸管内胞に還流し内皮細胞を剥離した。剥離した細胞は、ウシ胎児血清を20%含む最少必須培地に分散させ、コラーゲンを被覆したカバーガラス上に蒔き培養した。得られた幾つかのコロニーの中から、単層に増殖する内皮細胞より成るコロニーを選択し、紲代培養を行なった。このようにして得られたリンパ管内皮細胞を用いて、ヒスタミン作用時の細胞内Ca^<2+>濃度の空間的時間的変化をFura-2AM螢光色素を負荷して検討した。

次に、ヒスタミン作用時のリンパ管内皮細胞より産生・分泌されてくる生理活性物質の生物活性をイヌ冠状動脈標本より作製したバイオアッセイシステムによって解析した。その結果、ヒスタミン100μM添加により、リンパ管内皮細胞内の[Ca^<2+>]は一過性に上昇し、約1分後にピークに達し、漸欠減少する傾向を示した。このピーク反応時のリンパ管内皮細胞培養上清をバイオアッセイシステムにに添加すると、内皮を剥離した冠状動〓標本に顕著な池緩反応が誘起された。この反応は、N-nitro-L-drginine 30μMを培養上清に前処置すると完全に抑制され、L-drginine 1mMの追加処置で抑制が取り除かれた。培養内皮細胞よりNOが産生・放出することが示唆された。リンパ系は毛細血管床における物質交換によって生じた組織液の回収路としての生理機能を有するばかりではなく,長鎖脂肪酸・脂溶性ビタミンやホルモン、免疫反応に寄与するγ-グロブリンやリンパ球の輸送等、血管系と並列に伴走する運搬路としても重要な役割を果している。ところが血管系に比べその機能解明は未だ十分とは言えない。最近、私共はリンパ管内皮細胞から弛緩物質(endothelium-derired relaxing factor,EDRF)が放出され、リンパ系の機能を制御する可能性について示唆した(Am.J.Physial.260:H1172-H1178,1991)。そこで本研究では、リンパ管内皮細胞由来の弛緩因子を体系的に解析し、血管系におけるそれらの物質との量的・質的差異を明確にさせ、その生理学的意義を解明することを研究の目的とした。その結果、リンパ管内皮細胞にはムスカリン受容体やヒスタミンのH_2受容体が存在し、この受容体が刺激されるとリンパ管内皮細胞よりnitric oxideが産生・放出され、リンパ管平滑筋を弛緩させることが判った。さらに、この弛緩因子の産生能には著しい部位差が認められ、脳管のリンパ管内皮細胞ではその産生能力が高く、腸間膜リンパ管系では低いことが判明した。さらに私共はイヌ脳管内皮細胞をcollagenaseを用いて化学的に剥離し、その細胞群を使用してリンパ管内皮細胞の初代培養ならびに継代培養することに成功した。この培養リンパ管内皮細胞にFura-2AMを負荷し、ヒスタミン投与時の細胞内Ca^<2+>動態を画像解析システムを用いて解析したところ、一過性のCa^<2+>濃度上昇に引き続く、漸減持続タイプのCa^<2+>濃度上昇を確認した。このCa^<2+>濃度に刺激されリンパ管内皮細胞は多量のnitric oxideが産生・分泌されバイオアッセイの拘縮動Hu標本に著明な弛緩反応を誘起することが確認された。
複合糖質の新規キラル分析法の開発

日本分光製のVCDの整備、測定条件の検討を詳細に行った。特に、本装置は、国内2号機にあたるため、同社の技術者と協力し、検出器などの検討を詳細に行った。特に、本装置の得意端数である高端数領域(4000-1600cm-1)の調整を念入りに行い、標準品を設定することにより、CH領域のVCD特性について検討した。単糖の代表例として、グルコースの精密理論計算を行った。すべてのコンフォメーションとその存在確立を明らかにし、VCDの理論計算を行った。特にDFT計算における基底関数を検討し、実測値であるグルコースのVCDスペクトルとの比較により、最適の基底関数を発見した。本応用は、VCDをコンフォメーション解析に利用する興味ある試みである。本年度、他予算により赤外領域円二色性分光器を購入し、設置作業を行った。世界的にも13台目の装置であるため、装置のセットアップ及び分析条件の検討にかなりの時間を費やした。スタンダード化合物であるαピネンにより詳細な条件検討を行った。特に、セルの調節及び溶媒等の検討を行った。また、理論計算を行うための他予算で購入した計算機のインフラの整備を行った。Compaq alphaserver ES45およびPentiumIV 2GHzを4台結合させたPCクラスタを主力マシンとして、利用し、Gaussian 98によるスタンダード化合物の理論スペクトルの再現を試みた。結果的に、密度汎関数法(B3LYP)および6-3G(d,p)基底関数を用いて理論計算を行うことにより、実験スペクトルと理論スペクトルの良好な一致を得ることに成功した。次に単糖類の測定を行った。グルコースに関しては鏡像体の測定を行い、鏡像体どうしが完全に反対のスペクトルを示すことを確認した。理論上は当たり前であるが、開発途中の装置では、このような基礎実験が今後のデータの信頼性を得るために極めて重要であると確信している。また、D-ガラクトース、D-マンノース、D-キシロース、D-フコース、D-リボース、D-N-アセチルグルコース、D-N-アセチルガラクトース等中心とする単糖類のVCD測定を行い、これらが、まったく違うVCDスペクトルパターンを示すことを発見した。一般に、少数の立体化学の違いをこれほど明確に識別できる分析法は皆無であり、VCDが糖類に極めて有効な分析手段であることが期待された。次に保護基の検討を行った。各種単糖類をベンジル化、アセチル化し、VCDの測定を行った。その結果、アセチル化された糖類のVCDシグナルが数倍にも増大し、アセチル化がシグナル感度を上昇させるのに非常に優れた保護基であることを確認した。糖VCDデータベース構築のため、まず単糖を網羅的に測定した。その際、αおよびβアノマーを個別に測定するためにメチルグリコシドをモデル化合物として選択し、それらについても測定した。また、いくつかの二糖や高次のオリゴ糖についても測定した。溶媒はDMSO-d6を用い、特に指紋領域に着目した。その結果、α-グリコシド結合を持つ糖においてのみ、1145cm^<-1>付近において特徴的な下向きの鋭い吸収帯が存在することを見出した。1位の酸素^<16>Oを^<18>Oに置換すると本吸収帯がシフトしたことから、本吸収帯はα-グリコシド結合特異的な吸収帯、すなわち「α-Glycoside band」であることを見出した。本特徴的バンドを用いてα-β比の定量、酵素反応のモニタリングなども検討した。また、DMSO-d6以外の溶媒、ひいては他の波数領域でもVCDを測定した。また、他予算で設置されたVCD装置の調整をおこなった。本装置は、従来装置よりさらに高波数領域の測定が可能である。本装置を使用した測定条件の詳細な検討を行い、糖鎖のC-H、及びO-Hの振動の測定を試みた。糖鎖の結合位置とこの領域のVCD吸収とのある程度の相関が確認できた。一般に糖のVCDは強度が弱くブロードになっており、解析が困難であるように思われたが、1145cm^<-1>付近において糖のα、βを識別する「α-Glycoside band」を見出した。これまでVCDは主に絶対立体化学の決定・タンパクの二次構造解析などに利用されてきたが、本研究はVCDによる糖鎖の解析という新たな研究領域の可能性を示すものである。また、本実験はVCDによる酵素反応モニタリングの初めての例である。
学校を基礎とした教育自治モデル構築に関する日本とニュージーランドの比較研究

日本においては2000年以降、学校運営に保護者や地域住民の声を反映させようとする制度改革が、学校評議員や学校運営協議会の導入として進められてきている。しかし、それ以前から生徒を含めた、保護者、教員による三者協議会に取り組む学校が存在している。他方、ニュージーランドでは1989年の教育法改正以降、学校ごとに、公選による学校理事会を設置する改革を実施している。本研究は、日本とニュージーランドにおける三者協議会と学校理事会の事例を比較調査することによって、保護者代表、校長、校長以外の教員代表、地域住民、そして生徒代表などによる、学校運営の自治的なモデルの構築をめざすものである。
医療的ケア児の地域包括ケアを推進するための「共助」にむけた連携システム開発

医療的ケア児のための地域包括ケア推進には多職種連携の強化が喫緊の課題であるが、多職種間の目的共有の困難感や目標設定の視点の相違、連携リーダーの不在等によって、医療的ケア児の生活支援における連携の強化には至っていない。そこで本研究の目的は、地域包括ケアを多職種連携の強化によって推進するために「共助」における連携システム(ガイドライン)を開発することである。この「共助」における連携システム(ガイドライン)は、具体的には、1ライフイベントに応じて主となる専門職の指定(明確化)、2専門職種間の役割分担、3多職種の協働支援体制の組織づくり、4相互に必要とする情報提供の仕組みから構成される。
人間拡張型テレプレゼンスシステムに関する研究

本研究では遠隔共同作業に関わるもので、人間と異なる特質を持つ機械や、他の人間に遠隔地から接続し、全周囲映像等を通して遠隔地の環境と相互作用することを支援する。従来のテレプレゼンス研究とは異なり、遠隔地の存在との差分を積極的に利点として活用するところが大きな特徴である。研究の前半ではドローンとの接続を対象とし、人間の姿勢変化や跳躍などがドローンと接続し没入感覚を生み出すことを確認した。後半では頭部搭載全周囲カメラを開発し、一人称映像で不快な体験となる画像揺れを解消し、利用者が自由な方向で環境を観測することを可能にした。研究成果は学術論文のみならず新聞やテレビ放送でも複数回取り上げられ報道された。本研究は、人間と異なる能力や運動特性を持つ対象物(機械、あるいは他の人間)と、人間とをネットワークにより接続し、遠隔地における作業支援など、人間の能力を向上させることを目的とした、人間拡張型のテレプレゼンス技術を研究している。従来のテレプレゼンスやテレイグジスタンス研究が、人間と同等のロボットを操作することを主に目的としているのと対称的に、本研究では人間との差分をゆるす際の人間=機械システムとしての特性を明らかにし、工学的解決を与える。初年度は、人間と異なる能力を持つ人工物として自律型クアッドコプター(Drone)に着目し、クアッドコプターによる飛翔型テレプレゼンスシステムの研究開発を行った。Droneはロボット産業の重要なプラットフォームとして近年注目度が増しており、従来のヒューマノイドや車輪型のロボットとも異なる広範な応用が期待できる。本研究ではDroneに搭載されたカメラと操作者の視覚と頭部搭載型ディスプレイにより接続し、操作者の身体運動をDroneの運動に反映させる。この機構により、利用者は自分があたかも飛翔能力をもつような感覚を持つことができる。さらに、身体行為をより拡張するようにDroneの運動制御を行う研究を行った。たとえば利用者の跳躍距離をDroneの運動に拡大して反映させることで、利用者が仮想的に高い跳躍能力を持つようにふるまうことができる。この技術は、たとえば利用者が専門家でDroneが被災地を検証するような場面に適用することができ、社会的にも利用価値が高いものであると考える。また同時に遠隔地観光などの産業創出にも寄与できる。今年度は同時に、人間と人間を接続する拡張型テレプレゼンスの研究も計画に先行しておこなった。これは頭部搭載カメラを装着した利用者Aを、遠隔地から作業支援するもので、複数の人間が協調する場合の新しい接続形態である。本研究は、人間と異なる特性を持つ(たとえばDroneのような)機械や、他の人間に遠隔地からネットワーク経由で接続することで空間の制約を越えた作業を行うための研究を行う。今年度前半はドローンと人間の遠隔接続に関する研究を行い、ドローンの視覚情報に接続し、頭部運動をドローンの旋回運動に結合することでドローンが飛翔する空間の状況を認識し適切な飛行経路をとれることを確認した。年度の後半には全周囲映像取得可能な頭部糖鎖カメラ(複数の広角カメラから構成され、装着者の頭部を中心とした360度映像の取得電装を可能にする)を開発し、ある利用者と他の利用者をネットワークを介して接続し、両者の協調作業を支援するシステムを構築した。この機構は相互コミュニケーションのみならず、装着者頭部からの全周囲映像として取得再現することで、スポーツ選手のプレイを選手視点で観測するなど新しい体験取得再生機構としての可能性を見出した。その際に課題となるのが一人称映像特有の画像酔いである。利用者が不用意に頭を振ることによる画像揺れが観測者にとって快適でない映像を作り出してしまう。そこで画像特徴点を追跡することで、全周囲映像の回転成分を抽出するアルゴリズムを開発した。この回転成分を取得した全周囲画像に逆適用することで画像回転を相殺することができる。実際に観測した結果、身体の移動感覚は残るが回転感感覚は充分抑えることができた。これにより、観測して快適な一人称視点絵映像の提供が得られ、さらに観測者と装着者がそれぞれ独立の方向に視線を向けることを可能にした。計画に基づいて人間ードローン拡張システムおよび人間ー人間拡張システムを実現し効果を確認した。また国際学会を中心に論文発表も順調に進展した。本課題は人間の能力を拡張するために人間を他の機械、あるいは他の人間と遠隔接続する手段を提供するものである。最終年度である本年度では、主に人間と人間の遠隔接続を中心に研究開発を行った。まず頭部搭載型の全周囲カメラシステムを構築し、装着者の周辺環境を360度の全周囲映像として取得し、複数カメラによる画像を一枚の全周囲映像(正距円筒図法画像)として連結する機構を構築した。この画像を蓄積ないし伝送することで、利用者の環境を追体験することができる。一方、昨年度より、このような一人称映像では装着者の頭部揺れに起因する画像酔いが顕著であることも判明しており、今年度はそれを抑制する画像処理アルゴリズムの改良を行った。本アルゴリズムでは全周囲映像の特徴点追跡により映像の回転成分(クオータニオン)を抽出し、それを逆に適用することで回転の影響を相殺する。実験の結果、酔いが軽減するとともに、機械体操などを行う装着者の映像を観測する際に一体外離脱視点に近い感覚を得ることを発見した。この構造によれば、装着者の頭部方向や運動とは独立に、ネットワークから接続した参加者は任意の方向を観測することが可能になり、より自由度の高い共同作業が可能になる。

これらの知見より、本課題の成果は遠隔共同作業の基盤として利用できることに加えて、特殊な状況や能力を持つ装着者(たとえばトップアスリート)の視点からの環境情報を、画像酔いを誘発する揺れを除去した状態で観測できるよになった。すなわち、一人称体験の記録手段としても有効であることを確認した。これらの研究成果は論文発表、デモンストレーション展示のみならず報道機関等でも複数回報道され研究成果のアウトリーチを図ることができた。本研究では遠隔共同作業に関わるもので、人間と異なる特質を持つ機械や、他の人間に遠隔地から接続し、全周囲映像等を通して遠隔地の環境と相互作用することを支援する。従来のテレプレゼンス研究とは異なり、遠隔地の存在との差分を積極的に利点として活用するところが大きな特徴である。研究の前半ではドローンとの接続を対象とし、人間の姿勢変化や跳躍などがドローンと接続し没入感覚を生み出すことを確認した。後半では頭部搭載全周囲カメラを開発し、一人称映像で不快な体験となる画像揺れを解消し、利用者が自由な方向で環境を観測することを可能にした。研究成果は学術論文のみならず新聞やテレビ放送でも複数回取り上げられ報道された。次年度は人間ー人間遠隔拡張システムの機能向上および評価を中心に行う。とくに画像スタビライゼーションがどの程度「画像酔い」を抑制できているのか、遠隔者どうしが接続した際に行動支援が行えていることなどを中心に確認する。また、頭部搭載システムの重量や形状を再検討し、より現実に近い環境で利用できるもtのにすることを目指す。27年度が最終年度であるため、記入しない。ヒューマンコンピュータインタラクション研究の初年度において、人間と人間を接続する形態の研究が予想以上に進捗した。対外発表を行い、最優秀論文賞などを受ける成果が出た。今年度の成果に基づいて、次年度は人間の感覚をより包括的に伝送し、複数の人間の感覚を融合させる研究として進展させることが可能になった。したがって当初の予定以上に研究が進展していると判断する。さらに、人間と人間を接続する際の視覚的なフィードバックのみならず、触覚フィードバックを行う際にに、従来の触覚フィードバックでは困難であった力覚を仮想的に与える仮想力覚の機構を発見した。これは本研究提案の構成要素としても利用価値があるとともに、将来的には独立した研究テーマとなり得る可能性を持っている。この発見も今期の研究進展が計画以上であったとする理由である。人間人間統合型テレプレゼンスシステムの評価実験を行った結果、一人称画像の揺れに由来する画像良いを軽減する画像処理アルゴリズムを強化することが必要とわかった。研究遂行上、本地検を研究計画に反映させるため一部設備購入等の実施を次年度に繰り延べた。今年度に改良を行った画像処理アルゴリズムの知見に基づき、頭部搭載カメラの個数や画角を調整した全周囲映像取得システムの構築に供する。初年度に、無人機Droneによる飛翔型テレプレゼンスシステムの基本部分を構築した。
亜鉛の殺細胞作用とＤＮＡメチル化阻害による抗がん機構

亜鉛は必須微量元素である。その亜鉛による抗がん機構について研究を行った。一過性の細胞内亜鉛濃度の増加は、がん化した細胞などを死に導くアポトーシスを誘導した。亜鉛により誘導されるメタロチオネイン(MT)のがん悪性化に対する影響を調べた。その結果、MTはがん悪性化を促進する可能性が示唆された。このように、亜鉛は一方ではがん細胞を死に導き、もう一方ではがん悪性化を促進するという二面性を持つことが明らかとなった。【目的】細胞内亜鉛濃度は生理的条件下、一定に保たれており、培養液中に亜鉛を添加したのでは一過性細胞内亜鉛の増加を再現できない。また、亜鉛はメタロチオネイン(MT)と結合するため、亜鉛自身の機能解析が困難であった。そこで、今回はMT欠損細胞を用い亜鉛イオノフォアにより一過性に細胞内亜鉛濃度を増加させ、亜鉛の細胞毒性を解析した。併せて亜鉛の細胞毒性に対するMTの影響を検討した。【方法】野生型(MT+/+)とMT欠損(MT-/-)マウス腺維芽細胞を用いた。亜鉛及び亜鉛イオノフォア(pyrithione)を処理し、細胞の生存率をMTT法により測定した。細胞内亜鉛濃度は原子吸光光度計を用いて測定した。アポトーシスの誘導はDNAの断片化を指標に解析した。【結果・考察】pyrithione添加により細胞内亜鉛濃度は対照群の約1.8倍に増加した。亜鉛を同時に添加すると細胞内亜鉛濃度は対照群の約7.5倍に増加し、MT+/+細胞とMT-/-細胞間で差はなかった。Pyrithione単独による細胞毒性はMT-/-の方が高く、MTが一過性細胞内亜鉛濃度増加に対して防御的に作用していることが考えられた。しかし、亜鉛を同時に添加すると両細胞間の感受性に差は認められなかった。細胞死の形態を解析した結果、pyrithioneによりDNAの断片化が観察され、アポトーシスが誘導されていた。その程度はMT-/-細胞の方が強かった。亜鉛を同時に添加するとDNAの断片化は観察されなかった。これらの結果より、亜鉛による細胞死の形態は細胞内亜鉛濃度によってアポトーシスかネクローシスのいずれを取るか決定されると考えられる。また、MTは亜鉛によるアポトーシスを抑制する可能性が示唆された。【目的】亜鉛により誘導されるメタロチオネイン(MT)のがんに対する影響を調査することにより、亜鉛の抗がん作用をについて考察を加えようと計画した。既に我々は野生型細胞とMT欠損細胞を比較した結果、MT欠損細胞ではマトリックスメタロプロテイナーゼ(MMP)2遺伝子発現が減少しており、MMP2遺伝子産物である68k Da typeIVコラゲナーゼ分泌活性も低下していることを明らかにしている。本研究では、MT欠損細胞にMT遺伝子を導入すること(MT相補実験)で、MTのMMP2発現に対する影響を明らかにすることを目的に検討を行った。一方、MMP2は細胞外マトリックスの基底膜にあるIV型コラーゲンを分解することで、がん細胞の浸潤に関係する酵素の1つである。そのため、MTのがん細胞浸潤に対する影響についても興味が持たれる。そこで、MTの細胞浸潤能に対する影響についても併せて検討した。【結果および考察】pcMT2 plasmidをMT^<-/->細胞に導入することにより、MT2遺伝子の発現が確認された。このMT2遺伝子発現細胞クローン(MT^<-/->MT2)のMMP2遺伝子発現量を調べたところ、MT^<-/->MT2細胞の方がMT^<-/->細胞に比べ明らかに高かった。さらに、ゼラチンザイモグラフィーの結果、MMP2活性もMT^<-/->MT2の方がMT^<-/->細胞に比べ明らかに高かった。これらのことより、MTはMMP2遺伝子発現のための重要な要因であると考えられる。一方、細胞浸潤能はMT^<-/->細胞の方が野生型細胞と比べ明らかに低かった。そのMT^<-/->細胞にMT2遺伝子を導入すると細胞浸潤能は増加した。【目的】種々の重金属は,発がんの原因物質であることが知られている.一方,マトリックスメタロプロテアーゼ2(MMP2)は活性中心に金属を有する分泌タンパク質であり,がんの進展および浸潤に関与している.そこで我々は,重金属による発がんメカニズムの一部にMMP2が関与している可能性を検討してきた.その結果,in vitro実験系では,Znが細胞培養液のMMP2分泌活性を増加させ,CdおよびCrは減少させた.一方,ex vivo実験系(酵素源として細胞培養液)ではこれらの金属はMMP2活性に影響を与えなかった.そこで今回,MMP2の細胞内タンパク質発現量およびmRNA発現量に対するZn, Cd, Crの影響を調査し,細胞内MMP2が細胞外へ分泌されるどの過程に影響しているのか検討した.【結果および考察】

細胞内MMP2活性を測定した結果,CdおよびCrは細胞内MMP2活性を増加させ,Znは減少させた。次に,MMP2 mRNAについて検討した結果,Zn, Cd, CrはMMP2 mRNAレベルに影響を与えなかった.したがって,CdおよびCrはMMP2の細胞外への分泌量を減少させることで,細胞内MMP2が増加し,Znは細胞外への分泌を亢進することで,細胞内MMP2レベルを減少させる可能性が示唆された.【目的】当研究室では、ラット培養細胞へ長期間(10週間以上)カドミウム(Cd)投与すると、細胞の形態学的変化が起こり、その細胞より抽出したDNAではメチル化異常が起こっていた。これらの結果はCdによる発がんメカニズムにDNAのメチル化異常が関係していることを示唆するものと考えられる。そこで今回の研究では、形態転換した細胞より抽出したRNAとコントロールのRNAを用いて、cDNA microarray法によりCdの標的遺伝子を同定することを目的に検討を行った。【方法】細胞:ラット肝臓培養細胞(TRL1215)を用いた。細胞に2.5μM塩化Cdを10週間曝露後、無Cd培養液で4週間培養した。細胞回収後、総RNAを抽出しマイクロアレー用試料とした。マイクロアレー:NCBI(National Center for Biotechnology Information)に公表されているラットの塩基配列のうち、3,779種選択しオリゴDNAプローブ配列を設計した(1遺伝子につき1プローブ)。設計したプローブ配列をCombi Matrix社製のB3-マイクロアレー作製機に入力して、ラットマイクロアレーを作製した。【結果および考察】各曝露Rat Culture Cellに対するDNAマイクロアレー解析では、発現変動が統計学的に有意であり、さらにコントロールの発現量に対する曝露群の発現量の比(EXP/CTL)が2倍以上または1/2以下という基準により、発現変動遺伝子を検出した。その結果、2.5μM Cd曝露により、76種類の遺伝子に有意な発現変動がみられた。そのうち、Nrf2によって遺伝子発現が調節されている解毒酵素(NQO1, GSTp1, HO1)の遺伝子発現量は、Cd曝露によって有意に増加していた。その他、細胞周期、がん遺伝子、がん抑制遺伝子の発現に有意な差がみられた。追加採用(平成22年10月)だったため、研究開始が遅れた。25年度が最終年度であるため、記入しない。(理由)追加採用(平成22年10月)だったため、研究開始が遅れた。さらに、研究室の人事(教授退職など)により、研究に割ける時間が減った。また、亜鉛により細胞の形質転換が上手くいかず、研究に遅れが出た。研究開始が遅れた分を取り返すため、卒業研究生(薬学部4年、5年)を当初の計画より2名程増員し研究に当たる。また、マイクロアレー実験や遺伝子発現実験などを外注にして、実験の効率化を図る。
増殖因子による幹細胞並びに個体発生の動態制御のシステム生物学的解析

増殖因子が幹細胞を制御する分子機構や、増殖因子を介して各組織や臓器が発生する分子機構の解明を、新規バイオインフォマティクスを用いて目指した。研究代表者がこれまでに作製した増殖因子FGFの細胞内司令塔分子FRS2alphaの変異マウスの解析から、神経幹細胞の自己複製能の鍵分子Hes1、心臓の発生パスウエイの鍵としてFRS2alpha-Shp2-Tbx2が明らかになった。さらに、乳腺幹細胞並びに乳癌幹細胞の自己複製能の鍵分子、NFkBが明らかになった。再生医療を実現するためには、未だ不明な点の多い幹細胞が増殖因子によって制御される分子機構や、組織や臓器が作り出される発生の分子機構を明らかにすることが必要である。幹細胞や発生は、FGFファミリーなどの増殖因子によって、複雑な制御を受けている。研究代表者は、FGFシグナルを伝達する司令塔細胞内因子FRS2alphaの変異マウスがFGFシグナルを包括的に個体レベルで解析する良いモデル系であるという結果を得ている。そこで、本研究では、これまでの分子生物学的方法論の欠点を補う形で、システム生物学的方法論を積極的に取り入れ、増殖因子による幹細胞及び発生の制御機構を解析し、その統合的理解をめざすとともに、再生医療に応用可能な新規シーズの抽出を試みている。1.FGFによる神経幹細胞の増殖並びに自己複製能制御のシステム生物学的解析我々の前年度までの解析より、FRS2alphaは、神経幹細胞の自己複製能にクリティカルであることを見いだした。そこで、その分子機構をシステム生物学的に統合的に理解するため、時系列詳細DNAマイクロアレイにより遺伝子発現パターンのプロファイリングを行い、これをバイオインフォマティクス解析に供した。FRS2alphaが、神経のbasal progenitor cellsの分化を制御するTbr2の発現誘導に重要な役割を果たしていることを見いだした。近年、種々の幹細胞を利用して、臓器や組織を再生させようとする再生医療が大変注目されているが、実現に至るまでには克服すべき問題点がいくつか存在する。なかでも幹細胞が増殖因子によって制御される分子機構や、組織や臓器が作り出される発生の分子機構に未だ不明な点が多いことは重要な問題である。幹細胞や発生は、FGFファミリーなどの増殖因子によって、複雑な制御を受けていることが知られている。研究代表者は、FGFシグナルを伝達する中心的な細胞内因子FRS2alphaの変異マウスを作製、解析することによって、このマウスがFGFシグナルを包括的に個体レベルで解析する良いモデル系であるという結果を得ている。そこで、本研究では、これまでの分子生物学的方法論の欠点を補う形で、システム生物学的方法論を積極的に取り入れ、増殖因子による幹細胞及び発生の制御機構を解析し、その統合的理解をめざすとともに、再生医療に応用可能な新規シーズの抽出を試みる。1.FGFによる神経幹細胞の増殖並びに自己複製能制御のシステム生物学的解析時系列詳細DNAマイクロアレイにより遺伝子発現パターンのプロファイリングを行い、これをバイオインフォマティクス解析に供した結果、Hes1-Pax6シグナルが重要な役割を果たすことが示唆された。現在Pax6の蛋白質レベルの発現、Pax6関連の遺伝子発現を確認しており、この新規シグナル伝達系の解明につなげる予定である。FRS2alphaが、神経のbasal progenitor cellsの分化を制御するTbr2の発現を抑制する分子機構を調べた結果、Hes1の発現誘導を介することが示唆された。今後Tbr2とHes1の発現の相互関係について、細胞生物学的な解析を行う予定である。
帝政前期ローマにおける政権交代と過去の記憶

帝政前期のローマでは、ネロやコンモドゥスのように皇帝が暗殺等により後継者を残さずして死去した事例とそれにともなう内乱が度々生じていた。「危機」の後、皇帝や元老院はこのような事態を生じさせた人物が「悪帝」であったという記憶を作り出すことで、特に歴史書などの言論空間を通じて新たな歴史を構築している。そこで、この恣意的な集合的記憶の構築過程を、碑文史料に残された「危機」の時代の記録と、元老院議員などが記した歴史書における「危機」についての叙述の比較によって分析することで、国家が乗り越えた「危機」という集合的記憶の形成過程とローマ人の歴史認識の変容を明らかにする。
荷重間の位相差を考慮した複合荷重下の船体構造の構造信頼性評価

2018年度は海上技術安全研究所において,船体縮尺模型を用いた実験を行い,開発したCFD-FEM連成解析法の検証,FORMを用いた設計不規則波導出ならびに設計不規則波を用いた荷重極値確率分布の推定法についての検証を行った.本課題の中核となる成果をあげることができたといえる.具体的な研究実績として次の項目を挙げる.1CFD-FEMの双方向連成手法を開発した.同手法により,ハルガーダ縦曲げモーメントの通常波浪成分と弾性振動による成分,また局部荷重について一貫した解析が可能であることを示した.2次に,CFD-FEMと同等の精度を有し,短時間で荷重推定ができるROM(Reduced Order Model)の開発を行った.得られたROMに対して,FORMを適用することで設計不規則波を導出する手法の開発を行った.これにより大幅な計算効率化を図ることができた.3ROM+FORMの手法で予め定めた設計不規則波を水槽試験に供したときの荷重計測結果と,不規則波中で計測された荷重極値確率分布を比較したところ,両者はよく一致した.ROM+FORMの手法により,設計不規則波を特定できることを模型実験的に確認できた.4一方で,弾性振動が卓越する場合には,ROM+FORMの方法を用いたときに,複数の設計点が存在しうることが判明した.ひとつの設計不規則波に絞り込めないことを意味しており,今後の課題とした.5また,前年度開発した縮尺模型に関しては,計測により局部応答のみを取り出すことができず,縦曲げなどハルガーダ応答と局部応答が重畳してしまう欠点が見つかった.ハルガーダ応答と局部応答を同時に計測する模型の開発は今後も必要である.6船体作用荷重をシミュレーションする際の不確実性についてとりまとめ,同不確実性の定量的な評価を試みた.7二重化FORM法による構造信頼性評価を行った.本課題の中核的な課題はFORM(一次信頼性手法)により,局部荷重とハルガーダ応答の位相差を正しく考慮したうえで,例えば崩壊事象に最も致命的な波浪時刻暦(設計不規則波)を求め,これにより荷重の極値を効率的に求め,かつ破損確率を評価することであった.2018年度中に,CFD+FEMの連成解析手法を開発し,局部荷重とハルガーダ荷重を一貫して解析することができるようになった.また,CFD+FEM連成解析に要する膨大な時間を削減するために,ターゲットとする時刻近辺でCFD+FEMと等価な結果を与えるROM(低次元化)モデルを開発し,FORMをROMに対して適用することで,設計不規則波を効率よく特定しうることを示した.さらに,2017年度に開発した縮尺模型を用いた水槽試験によって,ROM+FORM手法により得られた設計不規則波,その下での荷重の極値を調べ,FORM+ROMの方法に有用性を確認した.複合荷重下の崩壊事象を限界状態関数とすることで,崩壊確率も求められることを示した.以上の成果から計画通りに順調に研究進展しているといえる.一方で,応答の非線形性の度合いが高い場合には候補となる設計不規則波が複数存在するという問題点を摘出した.今後この問題を解決することができれば,様々な非線形問題へのFORM法の適用が可能となると思われ,当初の予定を上回る成果が期待される.また,開発された連成解析手法を可撓性が大きな浮体構造物に適用した時に,線形波の下であっても浮体上に非線形波が形成されること,この原因が流体と構造の境界における非線形性にあることを突き止めている.浮体の弾性応答に関する新しい知見であるといえ,この点では当初の予定を上回る成果をあげていると言える.前項で述べたように2018年度の研究によって,当初の目標の大半を達成することができている.その一方で,スラミング衝撃荷重が大きく,それによって引き起こされる弾性振動が卓越する場合には,開発されたROM+FORMによる手法がうまく機能しない場合があること,また,主な原因として複数の設計点が存在するためであることが示された.今後,この問題を解決できれば,FORMの強非線形問題への拡張のための糸口がつかめるものと思われる.現時点ではROMにモンテカルロ法を組み合わせる手法を検討しており,これに限らずFORMの強非線形問題への拡張を進めたい.また,浮体の可撓性が大きくなった場合の,浮体上の波の非線形現象を発見し,その一部を理論解明した.現状で二次の非線形まで検討できているので,同理論をさらに三次の非線形波にまで拡張ができれば,本研究から派生する世界に先駆けた成果といえる.今後,この方向の検討を詰めていきたい.以上のように,本課題研究の遂行により多数の成果を挙げてきている.成果の公表は重要であると考えており,様々な機会を使って成果発表を行う.研究所年度(H29年度)は以下の項目について研究実施した.1二重化FORM手法の開発を目指して,複合荷重が作用する場合の極限荷重を構造信頼性理論(FORM)を用いて導出した.単一荷重下の極限波とは異なる,波の時系列が得られることが明らかになった.この結果を利用して,縦曲げモーメントと局部圧力の極値確率分布を得た.二つは同じ極限波から同時刻に得られているため,従属的な確率変数としてモデル化された.二重化FORM手法のうちの一段目の開発ができた状態である.2バウフレアに作用する衝撃荷重下について評価するためのCFD-FEMの一体連成(one-way)解析法の開発を行い,Chuangの実験式と定性的に類似した結果が得られることを確認した.

CFDにより,3次元的なswell-upの効果を含んだ衝撃荷重評価が実施可能となった.従来のポテンシャル理論+カルマンの衝撃荷重理論と,大きさと位相の点で異なる結果が得られることがわかった.さらに弾性振動を含む縦曲げモーメントと局部変形を得た.3前進速度など操船の影響が船体構造荷重にどのような影響を与えるか,について検討を行った.ウェザールーチンを行う場合と行わない場合の10年分の航海をシミュレーションしておき,それぞれの遭遇海象の下での弾性振動を含む極値分布について比較を行った.ウェザールーチンを行った結果,対象船についてはおおむね20%ほどの荷重低下につながることを明らかにした.操船影響は大きな不確実性要因であると結論された.4全体縦曲げモーメントを計測するための機構と,局部応答を計測するに局部的に剛性を低下させた部分模型を備えた,縮尺船体模型について設計・製作を行い,一部の計測を実施した.意図通り,縦曲げモーメントと局部曲げを計測できることを確認した.本研究の中心的な課題は二重化FORM手法の開発ならびに衝撃荷重による弾性振動成分を含む縦曲げモーメントと局部曲げからなる複合荷重の評価手法の開発・実験検証である.前者については,H29年度に複合荷重を対象にした,FORMによる極値確率分布を求める手法を開発しており,予定通り研究進行しているといえる.平成30年度には,得られた確率分布が正しいかどうかを確認するための検証作業を予定している.得られた確率分布を用いた,FORM(二段目)による破損確率の評価を,平成30年度以降に予定しており,着実に開発が進んでいる,と考えている.複合荷重の評価手法の課題については,特にCFD-FEMの連成手法の開発を行った.大型コンテナ船について,衝撃荷重評価とそれによる弾性振動成分,ならびに二重底の局部曲げ変形を含む解析を実施した.また,従来のポテンシャル理論に基づく手法(非線形ストリップ法,三次元境界要素法)と,縦曲げモーメントに関するベンチマークを行い,同手法と比較した時に,縦曲げモーメントの波浪成分についてはほぼ一致する結果が得られること,衝撃荷重とそれに引き続く弾性振動成分については若干異なる結果が得られることがわかった.狙い通りの結果といえ,今後,実験による検証を予定している.実験模型に関しても,縦曲げモーメントと局部曲げ変形を同時に計測できる縮尺模型の設計開発と模型製作を実施し,複合荷重の同時計測が可能であることを確認している.他の重要な成果として,ウェザールーチン(実運航)と船体荷重の間の関係について調べ,ウェザールーチンに代表される操船が船体荷重に大きく影響しうることをシミュレーションによって,示した.荷重を論じる際の大きな不確実性項目であるといえる.以上から,おおむね予定通りの進捗状況であると評価される.2018年度は海上技術安全研究所において,船体縮尺模型を用いた実験を行い,開発したCFD-FEM連成解析法の検証,FORMを用いた設計不規則波導出ならびに設計不規則波を用いた荷重極値確率分布の推定法についての検証を行った.本課題の中核となる成果をあげることができたといえる.具体的な研究実績として次の項目を挙げる.1CFD-FEMの双方向連成手法を開発した.同手法により,ハルガーダ縦曲げモーメントの通常波浪成分と弾性振動による成分,また局部荷重について一貫した解析が可能であることを示した.