hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
散発性小脳髄芽腫発生モデルの構築とがん微小環境の作用

散発性髄芽腫のマウスモデルを構築し、がん抑制遺伝子であるPatched1(Ptc1)の遺伝子型の違いが腫瘍進展に影響を及ぼす現象に注目して、Ptc1遺伝子量の差異が腫瘍の発生だけでなく、腫瘍進展に関わる微小環境の形成においても重要な役割を果たすことを示した。遺伝子発現解析から、Ptc1(+/-)の小脳組織では免疫応答サイトカインCXCL9の発現が亢進しており、また、発生した髄芽腫組織内では、同様のCXCL10が発現亢進していることから、これらをリガンドとするCXCR3リセプターのシグナル経路活性化が、脳内免疫系のmicroglia細胞を介して、腫瘍微小環境を形成している可能性が示唆された。Medulloblastomaの散発性マウスモデルシステムを構築し、微小環境との相互作用を解析から、腫瘍進展のメカニズムを明らかにすることを目的としている。初年度の問題点は、用いたモデルシステムにおいて、増殖が持続せず最終的な腫瘍発生まで至っていないことで、腫瘍発生過程を通しての微小環境との相互作用の把握には、まだ不充分であったことにある。そこで、次年度では、基本となる腫瘍発生モデルシステムの完全な構築をめざした。変異細胞が小脳組織に導入される際に、その生存活性率の低下が要因と考えられたため、導入する細胞の活性低下を極力抑えるための方策として、in vitro培養過程を省略して、小脳組織から直接に変異細胞を調整する方法を考案した。具体的には、小脳を摘出する前の個体の段階でTamoxifen処理を行ってPtc1変異を誘導し、その後摘出した小脳組織から細胞を調製してマウスの小脳に注入する方法である。結果は、注入後約1ヵ月以降から腫瘍の発生がほぼすべてのマウスで観察されることが判明し、散発性の腫瘍モデルシステムとしてはこれまでにない良好な経過を示した。ただし、この実験で発生した腫瘍には共通して特徴的な形態がみられたことから、腫瘍の周囲の微小環境との相互作用が影響している可能性が示唆された。今回、望ましいモデル実験系が構築できたことで、Ptc1アレルが野生型のホモ接合体マウスと、変異型Ptc1をもつヘテロ接合体マウスの2種類を用いて、その異なる微小環境下における小脳腫瘍形成について検討することが可能になった。散発性Medulloblastomaを発生するマウスモデルシステムの構築を目的として、新たに作製した、野生型のPtc1(S/S)/R26CreERT2マウスの小脳組織に、sporadicなPtc1遺伝子変異を持つ細胞を出現させる方法としては、40HT(Tamoxifen)を含む微小粒子を組織内に移植し、その周辺細胞のCreERを活性化することによって変異を導入する手法をとった。また、別の手法としては、Ptc1変異を導入した小脳外顆粒層細胞(EGL)を野生型マウスの小脳に直接注入する方法も採用した。Ptc1変異の導入には、小脳外顆粒細胞を生後7日の小脳組織から採取して細胞培養系に移し、培養プレート上で40HT処理を行った。これらの手法によるPtc1変異の導入後の経過観察結果からは、数日で、小さな増殖巣が出現することが観察されるが、その後の進展はみられず、強いアポトーシスシグナルが検出されて腫瘍形成まで至らない現象が観察された。免疫組織学的な解析からは、増殖巣に、脳内の免疫細胞である活性化microglia細胞の激しい侵入現象がみられて、これが増殖阻害の原因となっている可能性が示唆された。ただし、Ptc1ヘテロ接合体マウスに発生したMedulloblastomaの組織を、同様に解析すると、腫瘍組織内に活性化microglia細胞の蓄積がみられること、また、腫瘍に至る前段階の異常増殖巣(PNC)から活性化microglia細胞の侵入は始まっていることが観察されたことから、単純に、モデル系における活性化microglia細胞の侵入現象そのものがアポトーシス誘導の原因となっているとは言えず、腫瘍関連microglia細胞(TAM: tumor-associated macrophages)の関与の仕方が腫瘍の進展を左右する可能性を示唆する新たな問題点が明らかになってきた。本研究では、がん抑制遺伝子であるPatched1(Ptc1)に焦点を絞り、その遺伝子量が微小環境に作用し腫瘍の進展に影響を及ぼす現象に注目して、その分子機構の解明を試みた。昨年度までに、Tamoxifen処理によってPtc1変異を導入した小脳細胞を注入する方法を利用して腫瘍進展のモデルマウス実験系を構築したことで、Ptc1アレルに変異のない野生型マウスと、変異型Ptc1をもつヘテロ接合体マウスの2種類を用いて、異なる微小環境下における小脳腫瘍の進展を解析した。

野生型マウスでは、小脳組織内での腫瘍増殖は観察されず、野生型微小環境下では強い炎症反応で増殖阻害が起きた。一方、Ptc1ヘテロ接合体マウスでは、小脳組織内での増殖が高い確率で観察され、Ptc1ヘテロ接合性が腫瘍の増殖を維持する微小環境をもたらすことが示された。この差異を明らかにする目的で、マイクロアレイによる遺伝子発現の比較解析をしたところ、Ptc1ヘテロ接合体の小脳組織で免疫応答に関与するCXCL9の発現が亢進しており、また、発生した髄芽腫組織内では、同様のCXCL10が発現していることが判明したことから、これらをリガンドとするCXCR3リセプターのシグナル経路の活性化が、免疫系のmicroglia細胞を介する形で腫瘍の進展に役割を果たしている可能性が示唆された。さらに、これを支持するデータとして、モデルマウスを用いたCXCR3リセプターの特異的阻害剤の投与実験で、移植された腫瘍の増大が抑制される結果が得られた。現時点では、Patched1遺伝子とCXCR3リセプター遺伝子の機能的関連性を示す、他からの報告はないが、今回の研究で、Patched1遺伝子の、Shhシグナル系因子としてだけでない、がん抑制遺伝子としての新規の機能解明に至る端緒を開いた。実験腫瘍学初年度の腫瘍発生モデル実験では、用いた二つの方法とも、移植直後には小さな増殖巣が出現することが観察されるが、その後の進展はみられず、強いアポトーシスシグナルが検出されて腫瘍形成まで至らない現象のみが観察された。免疫組織学的な解析からは、増殖巣への免疫細胞マイクログリアの激しい侵入現象がみられて増殖阻害が起きていることが判明し、腫瘍発生過程の解析を困難にしていた。この問題点を克服して、持続的な増殖を実現するための方策を検討した結果、次年度では、新たなモデルシステムを用いることで、腫瘍の発生まで追跡できる実験系を構築することができた。この実験手法の確立によって、腫瘍の進展過程と微小環境の相互作用の解析を加速できると考える。腫瘍発生のモデル実験から、Medulloblastomaの腫瘍組織に免疫細胞であるMacrophageの蓄積が起きていることが明らかになり、周囲の微小環境からの相互作用も腫瘍形成に関係することが示された。この事実は、今回の微小粒子を小脳組織に移植する方式をとるモデル実験系では、移植の際に組織を一時的に損傷することは回避出来ないため、このこと自体で免疫系細胞の集積を誘発してしまうことから、腫瘍発生の初期過程の解析を難しくする可能性を示すこととなった。したがって、より周辺組織への損傷の少ない、遺伝子変異誘発の方式を検討する必要性があり、その検討に時間を取られた結果、当初計画では達成予定の、遺伝子変異誘発のタイミングを小脳の発生時期からその後の成体までの各時期に変化させ、各時期における腫瘍前駆細胞の出現を検討する実験の実施が遅れることになった。i)新たなモデルシステムを利用して、異なる変異導入時期に調製されたPtc1変異細胞と腫瘍形成能との関係を検討する。また、小脳発生過程でのPtc1変異細胞の注入時期と腫瘍形成能との関係を明らかにする。ii) Ptc1アレルが野生型のホモ接合体のマウスと、変異型Ptc1をもつヘテロ接合体マウスの2種類を用いて、Ptc1の異なる遺伝子型に由来する組織の微小環境が腫瘍形成に及ぼす影響を解析する。
細胞の機能的分化の調節を反映する遺伝子転写調節因子の分子組織細胞化学的解析

1.胎盤絨毛膜の細胞はプロラクチン・ファミリー蛋白遺伝子を発現する細胞に機能的分化をするが、それに当該遺伝子の発現を促進する転写調節因子(Pit-1)の分布の差が反映するかを結合型の特異的転写調節因子の分布を証明するSouthwestern組織化学で検討したところ、妊娠後期のラット胎盤で核内にPit-1が分布してくる絨毛膜細胞と細胞質にプロラクチン・ファミリー蛋白を発現してくる絨毛膜細胞とが時期および細胞レベルでほぼ一致していた。2.機能的に分化している細胞における転写調節因子の存在状態を超微細形態レベルでSouthwestern組織化学により検討したところ、プロラクチン・ファミリー蛋白を発現している絨毛膜細胞およびプロラクチンを発現しているラット下垂体前葉細胞では、Pit-1が当該細胞の核の正染色質に局在していた。したがって、細胞の機能的分化には、活性型クロマチンが存在する正染色質部位に活性結合型の転写調節因子が分布することが必要であることが示唆された。3.活性型転写調節因子と遺伝子DNAあるいはその転写産物核酸の核内における位置的量的な相互関係を解析するために、超微細形態的に因子および核酸を同時に可視化する基礎的技法の確立を試みた。45S rRNAは18S rRNAと28S rRNAに当分子数にスプライシングされるが、マウス精巣において18S rRNAならびに28S rRNAの分布を大小金コロイド粒子を用いたポストエンベッディングによるin situハイブリダイゼーション法で同時に定量的に電子顕微鏡下で検出したところ、セルトリ細胞の核小体の中での量的分布は異なっていた。このことから、転写因子や転写産物核酸などの代謝が異なる核内物質でも同時に定量的に相互分布の証明ができることが示唆された。本研究では、細胞の機能的分化は転写調節因子の分布の差を反映するのかを明らかにすることが目的である。ラットの胎盤では、妊娠令が進むと絨毛膜の細胞が機能的に分化してプロラクチンファミリー蛋白(PFP)を産生するようになる。本年度においては、絨毛膜の細胞の機能的分化はプロラクチン(PRL)遺伝子を発現させる転写調節因子(Pit-1)の分布の差を反映するのかを、種々の妊娠期間における胎盤内の細胞においてPit-1とPFPの分布との相互関係を分子組織細胞化学的方法および免疫組織化学法で検討した。ウィスター系妊娠ラットの胎盤の凍結組織切片を用いた。Pit-1の分布はSouthwestern histochemistry法(SWH法)で、PFPおよびPit-1の分布は酵素抗体法で光顕的および電顕的に検出した。その結果、SWH法ではPit-1は妊娠13日から15日では主にjunctional zoneの栄養膜細胞の核質に分布し、その後は妊娠16日から20日では主にlabyrinth zoneの栄養膜細胞の核質に分布していた。免疫組織化学によるPit-1の陽性細胞はSWH法による陽性細胞とほぼ一致していて、妊娠18日まではPit-1はlabyrinth zoneの未分化な中型の栄養膜細胞の核質およびポリリボゾームに観察されたが、妊娠19日と20日ではPit-1は分化した小型の栄養膜細胞の核質のみでポリリボゾームには検出されなかった。PFPの陽性細胞はPit-1の陽性細胞とほぼ一致していて、妊娠13日から20日までPFPはこれらの栄養膜細胞の細胞質に分布していた。したがって、Pit-1が核内に分布することが、妊娠後期のラット胎盤の栄養膜細胞においてPFP遺伝子の発現の調節に関係していることが示唆された。培養細胞の核内に、合成核酸プロープないし抗体を導入する条件は検討中である。

本研究では、細胞の機能的分化は転写調節因子の分布の差を反映するのかを明らかにすることである。われわれは、ラット胎盤の絨毛膜においてプロラクチン・ファミリー蛋白を産生する細胞への機能的分化と、プロラクチン・ファミリー蛋白の遺伝子発現を促進させる転写調節因子(pit-1)の核内分布との間に強い関係があることを、主に光学顕微鏡レベルの分子組織細胞化学的方法および免疫組織化学法により示唆してきた。12年度では、細胞内で転写調節因子Pit-1を人為的に増減させて調節することにより、細胞の機能的分化を調節することが可能かをラットおよびヒトの培養細胞を用いて明らかにする予定であったが、遺伝子導入装置の不備により、、転写調節因子の核内での存在状態と核内の構造およびクロマチンとの関係を詳細に理解することを目的として超微細形態的にそれらの関係を解析することを試みた。ラット胎盤および下垂体の組織切片において、電子顕微鏡レベルのSouthwestern histochemistry(SWH)法および免疫組織化学法を施行した。その結果、胎盤絨毛膜の細胞および下垂体前葉の細胞において、免疫組織化学法では転写調節因子Pit-1蛋白は細胞質リボゾームと核の正・異染色質いずれにも点状に局在していたが、SWH法ではPit-1は核の正染色質にのみ点状に局在していた。またSWH法でPit-1が正染色質に局在する細胞が、それぞれプロラクチン・ファミリー蛋白陽性の絨毛膜細胞およびプロラクチン陽性の前葉細胞であった。したがって、細胞の機能的分化には、転写され得る状態にある遺伝子DNAが存在する正染色質部位に活性型の転写調節因子が分布することが必要であると示唆された。培養細胞の核内に、合成核酸プローブないし抗体を他の導入法による導入する条件は検討中である。われわれは平成12年度に、ラット胎盤において絨毛膜のブロラクチン・ファミリー蛋白を産生する細胞への機能的分化と、ブロラクチン・ファミリー蛋白の遺伝子を発現させる転写調節因子(Pit-1)の核内分布との間に強い関係があることを,電子顕微鏡レベルの分子組織細胞化学的方法により示唆した。13年度では、Pit-1の機能を人為的に調節することにより,細胞の機能的分化を調節することが可能かを培養細胞を用いて電子顕微鏡レベルのSouthwestern histochemistry法等で解析して明らかにする予定であったが、培養関連機器ならびに遺伝子導入装置に不備があったため、活性型転写調節因子と遺伝子DNAあるいはその転写産物核酸の核内における位置的量的な相互関係を解析するために超微細形態的に可視化する基本的技法の確立を試みた。モデルとして、2種の核内物質を同時に細胞内での局在化を施工した。45SrRNAは18SrRNAと28SrRNAに当分子数にスプライシングされるが、核内の量的分布は不明である。マウス精巣において18SrRNAならびに28SrRNAの分布を大小金コロイド粒子を用いたポストエンベッディングによるin situハイブリダイゼーション法で同時に定量的に検出すると、精母細胞とセルトリ細胞の核小体の中での分布は同じであったがそれぞれの量は異なっていた。このことから、転写因子や転写産物核酸などの代謝が異なる核内物質でも同時に定量的に相互分布の証明ができることが示唆され、これら分子組織化学技法を今後の研究の発展に適用できると考えられた。
テロメラーゼ制御遺伝子のクローニング

ヒト線維芽細胞TIG-3をSV40の大型T抗原で不死化した細胞株SVts8細胞のmRNAを用いてZAP-express cDNA libraryを作製した。本ライブラリーは2×10^6pfu/μgでありスクリーニングに用いるものとして高品質であった。本ライブラリーを有限寿命のSV40トランスフォーム細胞と不死化細胞(SVts8)mRNA由来のプローブを用いて約10^6クローンをスクリーニングしたところ最終的にノーザン解析で顕著な差が見出されたクローンとして5クローン得られた。これらのうち1クローンは、その他の不死化細胞で発現が減少しているのであった。このクローンの塩基配列を決定したところ既知のものとのホモロジーはなかった。様々な培養がん細胞での発現を検討したが、正常細胞とがん細胞株との間で顕著な差が見出せなかった。また、Differential display方を用いて、約20種類のプライマーを用いスクリーニングを行ったところ有限寿命細胞と不死化細胞でその発現に差があったものが約40クローン得られた。このうち、不死化細胞で発現が減少するのが10クローン得られた。これら遺伝子断片はいずれも200bp程度の長さのものであった。これらについても塩基配列を決定したところ、4クローンは未知の遺伝子断片である可能性が考えられた。現在、これらの遺伝子の完全長cDNAの単離、機能解析を進めている。特に、これらクローンがテロメラーゼ活性の制御に関わっているかどうかを細胞レベルで検討中である。
心筋細胞機能の加齢変化を規定する遺伝子の解析:Differential display改良法による遺伝子クローニングと医療への応用

【目的】老化により心筋エネルギー代謝は低下し、心臓収縮力も低下する.我々はこれまでに、α-およびβ-adrenergic receptor、ET_A-およびET_B-receptor、AT_1receptorなど各種心筋受容体蛋白質とmRNAの加齢変動、心筋SR機能の低下、さらに冠血管内皮細胞でのNO産生の著名な減少とPGI_2遊離の増加などを明かにし、加齢に伴う病態生理との関連について考察してきた.本研究課題では、若齢ラットおよび老齢ラット心臓から抽出したRNAに対して、Differential Display Reverse Transcription-Polymerase Chain Reaction(DDRT-PCR)法を適用し、老化によって発現量の変動する遺伝子の特定を試みた.【方法】2-3ヵ月齢および24-27ヵ月齢の雄性Fischer344ラットの左心室からRNAをAGPC法により抽出し、3種類のOligo-dT-Anchor primerを用いてFirst stand cDNAを合成した.それらを基に、各々8種類のArbitrary primerとAnchor primerで、[α^<32>P]dATP存在下でPCR反応を行い、反応生成物をDNAシークエンスゲル上で解析した.老化ラット心臓で発現量の異なる多数のバンドを切り出し、DNAの精製、T-vectorへのライゲーション、塩基配列解析を行った.得られたクローンをプローブとし、組織全RNAを用いたノーザンブロット解析により心臓での発現量の変化を検討した.【結果および考察】シークエンスゲル上で分離されたPCR産物のうち、若齢ラット心臓に比較して老化ラット心臓で発現増加の見られるクローンを19個、発現の減少するクローンを66個選択した.それらのうち31クローンについて塩基配列解析を行ったところ、14クローンは未知遺伝子であった.既知遺伝子産物は、ミトコンドリア代謝関連物質、細胞表面糖蛋白質、細胞情報伝達関連物質、ミオシン重鎖サブタイプ等であった.以上のようにDDRT-PCR法は、心臓老化に伴う遺伝子発現変化を効率よく検出でき、新たな老化関連因子を研究する上で有用な方法の一つであることが確認できたので、さらに未知遺伝子について解析中である.【目的】老化により心筋エネルギー代謝は低下し、心臓収縮力も低下する.我々はこれまでに、α-およびβ-adrenergic receptor、ET_A-およびET_B-receptor、AT_1receptorなど各種心筋受容体蛋白質とmRNAの加齢変動、心筋SR機能の低下、さらに冠血管内皮細胞でのNO産生の著名な減少とPGI_2遊離の増加などを明かにし、加齢に伴う病態生理との関連について考察してきた.本研究課題では、若齢ラットおよび老齢ラット心臓から抽出したRNAに対して、Differential Display Reverse Transcription-Polymerase Chain Reaction(DDRT-PCR)法を適用し、老化によって発現量の変動する遺伝子の特定を試みた.【方法】2-3ヵ月齢および24-27ヵ月齢の雄性Fischer344ラットの左心室からRNAをAGPC法により抽出し、3種類のOligo-dT-Anchor primerを用いてFirst stand cDNAを合成した.それらを基に、各々8種類のArbitrary primerとAnchor primerで、[α^<32>P]dATP存在下でPCR反応を行い、反応生成物をDNAシークエンスゲル上で解析した.老化ラット心臓で発現量の異なる多数のバンドを切り出し、DNAの精製、T-vectorへのライゲーション、塩基配列解析を行った.得られたクローンをプローブとし、組織全RNAを用いたノーザンブロット解析により心臓での発現量の変化を検討した.【結果および考察】シークエンスゲル上で分離されたPCR産物のうち、若齢ラット心臓に比較して老化ラット心臓で発現増加の見られるクローンを19個、発現の減少するクローンを66個選択した.それらのうち31クローンについて塩基配列解析を行ったところ、14クローンは未知遺伝子であった.既知遺伝子産物は、ミトコンドリア代謝関連物質、細胞表面糖蛋白質、細胞情報伝達関連物質、ミオシン重鎖サブタイプ等であった.以上のようにDDRT-PCR法は、心臓老化に伴う遺伝子発現変化を効率よく検出でき、新たな老化関連因子を研究する上で有用な方法の一つであることが確認できたので、さらに未知遺伝子について解析中である.様々な循環器疾患の発症にかかわる内因性因子として注目され,ごく最近心不全誘発因子であることも明らかにされたエンドセリン(ET)の受容体が,老化心筋で著明に増加していることを申請者らは発見した.本研究の目的は,ET等の生活習慣病関連ペプチドの病態生理学的意義解明に加えて,Differential display法の改良法によって,ETの加齢による心機能低下に関与する遺伝子を発見し,それに基づいて新しい治療法や検査法を開発をめざすことにある.本年度は,老化心筋でみられたET受容体のアップレギュレーションとその病態生理学的意義を明らかにすること目的に,ET受容体のサブタイプ(ET_A,ET_B)遺伝子発現の加齢変化および心筋収縮力に対するET-1反応性の加齢変化とその機序について検討した.方法:全RNAをAGPC法で抽出し,ET受容体サブタイプ特異的オリゴヌクレチオドプライマーを用いてRT-PCRを行った.さらにRNAを変性ゲル中で泳動後ナイロン膜いブロットし,[^<32>P]dCTPラベルしたET_A,ET_B特異的プローブを用いてそれらの遺伝子発現を定量した.結果:1)ET-1は,ラト心筋に対し陽性変力作用を惹起すること,この陽性変力作用は老化により著明に低下すること,2)ET-1によって惹起される

陽性変力作用はET_A,ET_Bそれぞれの受容体の選択的拮抗薬を用いた実験から,ET-1による陽性変力作用は主としてET_Aを介すること,3)ET-1によって惹起される陽性変力作用は,筋小胞体へのCa^<2+>取り込み阻害薬によって著明に抑制されること,4)RTーPCRおよびノーザンブロッティングによって測定したET_A,ET_B受容体遺伝子発現には加齢差は認められないこと,以上が平成9年度の研究により明らかになった.したがって,老齢ラットにおいてみられたET受容体B_<max>の増加は転写レベルの亢進によるものではないことが示唆された.ET受容体の増加にもかかわらず老齢ラット心筋においてET-1反応性が低下する原因としては,心筋収縮に関与しないET_B受容体サブタイプだけが増加している可能性は低いと考えられる.老齢ラット心筋においてはET-1によるSRのCa^<++>取り込み・放出が若齢ラットに比較して低下しているために陽性変力作用が減弱し,その結果として,ET受容体の適応性増加が起こっている可能性が示唆された.【目的】アドレノメデュリン(AM)はヒト褐色細胞腫組織より発見されたペプチドであるが,副腎,心臓,血管壁,腎臓などに広く発現していることや降圧作用を有することから、様々な循環器疾患の発症や進展に対し防御的に働く新しい循環調節ホルモンとして注目されている.我々は、AMが心機能に対しほとんど影響することなく持続的な冠血管拡張作用を惹起すること,その作用が老化により減弱することを見いだした.そこで本年度はAMの冠血管拡張作用および老化による減弱の機序を摘出灌流心臓標本を用いて検討すると同時に、血管および心室筋におけるAMの遺伝子発現の加齢変化を検討した.【方法】3(若齢)と27ヵ月齢(老齢)のFisher 344 rat(♂)から摘出した心臓をLangendorff式に定圧灌流し、左心室内圧とその一次微分、心拍数、coronary flowを測定した.NOの関与をL-NNAを用いると同時に、冠流出液を分集し,NOを測定した.また、冠流出液中のPGI_2を測定した.AM受容体遺伝子発現を,若齢および老齢ラットの心室筋と培養大動脈平滑筋細胞よりRNAを抽出し,RT-PCR法により検出した.【結果】(1)Achは若齢ラットのCFを増加させたが,老齢ラットのCFを減少させた.(2)NPによる冠血管拡張作用に加齢変化は認められなかった.(3)AMは心機能に有意に影響することなく,濃度依存性に持続的な冠血管拡張作用を惹起した.しかし,老齢ラットに対するAMの冠血管拡張作用は若齢ラットに比べ軽微であった.(4)AMによる冠血管拡張作用は、両群ともにL-NNAによって抑制された.しかしその程度は,若齢ラットにおいてより顕著であった.(5)AMは両月齢群に対しPGI_2遊離促進作用を示さなかった.
樹状細胞を標的とした経鼻ワクチンの臨床応用に向けた研究

NKT細胞と樹状細胞の細胞間相互作用による免疫応答の誘導を明らかにし、より効率的な免疫誘導とワクチン開発の研究を行った。インフルエンザ菌P6や肺炎球菌PspAとともにGalCerをマウスに対して経鼻免疫を行なうことで、強力な抗原特異的免疫応答が誘導され、鼻粘膜局所におけるNKT細胞と樹状細胞の細胞間相互作用が明らかとなった。このGalCerによって誘導される生体防御免疫応答にはTh17細胞が関与していることも明らかとなった。興味あることにGalCer単独投与によってもNKT細胞と樹状細胞の細胞間相互作用が観察され、生体防御免疫応答が誘導された。NKT細胞のリガンドであるalpha-GalCerを抗原とともに経鼻免疫することで、NKT細胞が活性化され、細胞間相互作用により樹状細胞が成熟、活性化し、抗原特異的免疫応答が誘導される。さらに強力かつ効果的、持続的な免疫応答の誘導のために免疫プロトコールを検討し、長期間の経過観察を行うことを目的とした。またNKT細胞と樹状細胞の細胞間相互作用についても解析を進め、上気道における特異性についても検討を行なう予定としていた。抗原としてインフルエンザ菌P6や肺炎球菌PspAとともにalpha-GalCerをマウスに対して経鼻免疫を行ない、抗原特異的免疫応答についてELISA、ELISPOT法にて検討した。免疫終了後、生菌を経鼻的にチャレンジし、感染実験による長期間の免疫効果、予防効果の観察を行なった。またNKT細胞と樹状細胞の体内動態について、フローサイトメトリーや免疫組織化学にて検討した。alpha-GalCerを抗原とともに経鼻免疫することで、NKT細胞が活性化され、細胞間相互作用により樹状細胞が成熟、活性化し、抗原特異的免疫応答が誘導された。また、誘導された防御免疫は長期間にわたって維持された。興味あることにTh17細胞が鼻粘膜局所に誘導され、Th17細胞の生体防御免疫における役割が示唆された。中和抗体を用いて、IL-17産生細胞をノックダウンすると細菌の排除が低下したため、alpha-GalCerをアジュバントとして用いた誘導される上気道粘膜免疫においてTh17細胞の防御機能が示唆された。NKT細胞のリガンドであるalpha-GalCerを抗原とともに経鼻免疫することで、NKT細胞が活性化され、樹状細胞が成熟、活性化し、抗原特異的T細胞・B細胞が誘導され、特異的免疫応答が誘導される。さらにワクチン形態を工夫し。ドラッグデリバリーシステムを改良し、効果的なワクチン開発につなげることを目的とした。抗原としてインフルエンザ菌P6や肺炎球菌PspAとともにalpha-GalCerをマウスに対して経鼻的に投与し、抗原特異的免疫応答についてELISA,ELISPOT法にて検討した。鼻粘膜からT細胞を分離、精製し、抗原特異的サイトカイン産生についてRT-PCRにて検討した。その結果、経鼻免疫により抗原特異的免疫応答が鼻粘膜および全身的にも誘導された。またフローサイトメトリーにより、鼻粘膜中にNKT細胞と成熟樹状細胞が増加していることが明らかとなり、同時にTh17細胞の関与が示唆された。経鼻ワクチン接種後に、生菌を接種した結果、生菌の排除が促進され、ワクチンの予防効果が明らかとなった。興味あることに抗原を用いずにalpha-GalCerのみ投与した場合でも、インフルエンザ菌や肺炎球菌の排除がある程度、促進された。この場合、中和抗体を用いてIL-17、IL-21を中和すると、排除効果が減弱したことより、上気道感染においてIL-17,IL-21の重要性が示唆された。上記のような液体ワクチンに加えて、徐放性ゼラチンゲルにワクチン成分を含ませ、経鼻的にマウスに接種した。その結果、1回の投与で特異的免疫応答が誘導された。alpha-GalCerのワクチンアジュバンととしての有効性がさらに明らかになり、またドラッグデリバリーを工夫することで、ワクチンに臨床応用につながる可能性が示唆された。前年度までの結果をふまえ、さらに長期的な効果について検討した。これまでは免疫終了後1カ月までの効果しか検討できていなかったが、今年度はさらに6カ月までの効果が確認できた。ブースト効果については検討中である。またワクチン形態を変え、ゼラチンゲルワクチンを作成した。ゼラチンゲルの配合が異なるとゲルが生体内でうまく徐放しなかったり、吸収されなかったりしたが、至適配合を決定後、ワクチンとして接種可能となった。このゼラチンゲルワクチンの効果を検討するとともに、ドラッグデリバリーシステムについて工夫する予定である。これまでは細菌抗原を主としていたが、癌抗原を用いたワクチンの検討も行う予定である。NKT細胞のリガンドであるalpha-GalCerを抗原と共にマウスに経鼻投与することで、インフルエンザ菌や肺炎球菌などの上気道炎起炎菌に対して、効果的な感染防御免疫が誘導されることをこれまでの研究から明らかにしてきた。NKT細胞は非常に効率的に樹状細胞を活性化しうることから、alpha-GalCer単独投与により、防御免疫が誘導されうるか、alpha-GalCer単独投与により誘導される上気道粘膜免疫応答について解析を行った。マウスに対してalpha-GarCer 2μgを週1回、計3回経鼻投与を行い、最終投与1週間後に、鼻粘膜を採取した。免疫組織化学にて組織学的検討を行うと同時に、鼻粘膜組織から単核球を分離し、分子細胞生物学的に解析した。

その結果、NKT細胞の活性化により樹状細胞が成熟、活性化することが明らかとなった。また抗原非特異的にIL-17やIL-21が誘導され、酸菌感染に対して防御的に作用する可能性が示唆された。昨年度までの結果から、alpha-GalCerは非常に有効なアジュバントであることが明らかとなっていた。より有効なワクチンデリバリーシステムの開発と同時に、alpha-GalCer単独投与により誘導される粘膜免疫応答の解析を行った。その結果、当初の予測よりもより強く免疫応答が誘導されることが明らかとなった。抗原を付加せずにアジュバント単独投与にて感染防御免疫が誘導されうる可能性が示唆され、このことは再現性の確認を要するものと思われた。再現性の確認のため、当初の研究期間を延長した。上気道粘膜免疫応答の誘導機序の解明のために、免疫応答の司令塔である樹状細胞およびNKT細胞の細胞間相互作用を中心に研究を進めていった。NKT細胞のリガンドであるalpha-galactosylceramide (a-GalCer)をマウスに対し、週1回、計3回経鼻投与した。a-GalCer投与後にマウス鼻粘膜を採取し、単核球を分離し、解析した。フローサイトメトリーでは樹状細胞およびNKT細胞ともに増加していることが明らかとなり、特に粘膜免疫誘導組織であるNALTにおいて顕著であったことから、樹状細胞とNKT細胞の細胞間相互作用の場がNALTであることが示唆された。抗体産生細胞についてELISPOT法にて解析した結果、鼻粘膜IgA産生細胞の増加が観察された。T細胞レベルの解析ではTh1およびTh2型免疫応答の誘導が示唆され、さらに興味あることにTh17細胞の関与が示唆された。a-GalCer投与後に肺炎球菌もしくはインフルエンザ菌の生菌を経鼻注入し、24時間後に細菌の排除について観察した。その結果、肺炎球菌、インフルエンザ菌ともa-GalCer単独投与により、鼻咽腔からの排除が促進された。また抗IL-17モノクローナル抗体を用いてTh17細胞を排除すると、細菌の排除が鈍化した。以上のことから、鼻粘膜NKT細胞の活性化により、樹状細胞の成熟分化が促進され、この両者の細胞間相互作用により、B細胞活性化による抗体産生の増強およびTh1, Th2さらにTh17型免疫応答が誘導され、生体防御に寄与していることが示唆された。a-GalCer単独投与による免疫誘導という現象を追試した。NKT細胞と樹状細胞の細胞間相互作用による免疫応答の誘導を明らかにし、より効率的な免疫誘導とワクチン開発の研究を行った。インフルエンザ菌P6や肺炎球菌PspAとともにGalCerをマウスに対して経鼻免疫を行なうことで、強力な抗原特異的免疫応答が誘導され、鼻粘膜局所におけるNKT細胞と樹状細胞の細胞間相互作用が明らかとなった。このGalCerによって誘導される生体防御免疫応答にはTh17細胞が関与していることも明らかとなった。興味あることにGalCer単独投与によってもNKT細胞と樹状細胞の細胞間相互作用が観察され、生体防御免疫応答が誘導された。
リカレント教育の効果に関する理論的・実証的研究

我が国においては、「大学開放の歴史」が乏しい上、リカレント教育そのものの経験が未だに乏しいこともあって、事例研究をする際の事例そのものの数が少ない。そこで、この研究では、リカレント教育にかかる事業を実験的に実施したいくつかの地域のデータを収集・分析した。その中でも、特に北海道大学が深く関わった北海道士幌町におけるリカレント教育実践を多角的に分析し、この研究の中心に据えた。これに加えて、諸外国のリカレント教育にかかる資料等も収集した結果、一つのモデル的なリカレント教育事業としてイギリスのアルスター大学の取組みに着目し、併せて分析の対象とした。こうした分析の結果得られた知見としては、次のような点が挙げられよう。1.リカレント教育の基本として、地域社会の抱えている課題や住民のニーズを把握することが重要である。その際、地域社会を支える専門的職員の専門性に着目し、その専門性との関わりで大学との接続を考えることが、有意義な教育を実現する上で大切である。2.リカレント教育の実践において、受講者、講師、運営側の関係者は相互に影響を与えあっており、場合によっては、その実践を超えて基本的な立場や考え方すらも揺るがすこどもある。したがって、リカレント教育の積み重ねは、大学改革や行政改革にも影響を及ぼすことが予想される。3.イギリスのアルスター大学の実践は、上記1,2の点を検証する上で一つのモデルを提供するものであり、数々の示唆を与えるものである。平成8年度に「北海道地域リカレント教育推進事業」の一環として実施された「士幌町生涯学習講座」における調査研究活動を通して、学習者自身や教育機関あるいは地域社会において、リカレント教育がどのような効果を及ぼしているか、について実証的に調査研究を行った。また、イギリスのアルスター大学におけるリカレント教育(正確には「地域づくり教育」)に着目し、その地域社会への様々な効果について分析を行った。士幌町生涯学習講座について調査研究により明らかになった点は次のとおりである。(1)高等教育機関が自らが行うリカレント教育において学習者個人に最も効果を及ぼし得る教育内容は、地域的にある程度広がりをもつ「専門性」を体現する講座である。(2)講師(教員)と学習者(住民)が講座を通してインターラクティブな関係になることが新しい「知」を創造する源となる。(3)地域の課題を取り上げたり、学習の方法を討論主体にするなど工夫することにより、講座終了後も自習的なグループなどが生まれ、講座の効果が継続される。また、アルスター大学におけるリカレント教育についての調査研究では、同大学を中心に地域の様々な機関がネットワーク化され、適切に役割を分担することによってリカレント教育の効果を増倍していることが明らかになった。平成8年度及び9年度に北海道士幌町で実施された「士幌町生涯学習講座」に関わる中で、実証的に調査研究を行った。それにより明らかになった点は次のとおりである。(1)高等教育機関が実施するリカレント教育において学習者個人に最も効果を及ぼし得る教育内容は、地域的にある程度広がりをもつ「専門性」を体現する講座である。(2)講師(教員)と学習者(住民)が講座を通して相互互恵的な関係になることが新しい「知」を創造する源となる。(3)地域の課題を取り上げたり、学習の方法を討論主体にするなど工夫することにより、講座終了後も自習的な学習グループなどが生まれ、講座の効果が継続される。また、京都地域や神奈川地域でこれまで行われたリカレント講座について、講師、運営担当者及び学習者のそれぞれに対して、上記と同様の趣旨で、聞き取り調査等を行った。それらにより明らかになった点は次のとおりである。(1)一見専門性やアカデミズムとは関係のなさそうな活動においても、多くの場合専門性を見出すことができ、それを踏まえ講座として体系化することが大学と住民との距離を縮めることにつながる。(2)リカレント教育を体系的に行うためには、関係機関の連携・協力が不可欠であり、それを進めるための手法として「単位互換」が役立つ。さらに、イギリスのアルスター大学におけるリカレント教育による効果についても分析を行った。
Tsc-22による幹細胞の増殖制御機構

Tsc-22のES細胞増殖抑制機構を検討したところ、Tsc-22は転写因子c-Myc、Oct4と結合し、細胞増殖因子p21の発現を増強することを明らかにした。またTsc-22はERasに結合することで、PI3-Akt経路を抑制することも重要であることを見出した。ES細胞は、胚盤胞の内部細胞塊より樹立された全能性を有する細胞であり、高い自己複製能と増殖能を持つ。我々はTGF-βシグナル標的遺伝子のES細胞増殖への関与を解析する過程で、Tsc-22に着目した。まずマウスES細胞へTsc-22遺伝子を導入して、ES細胞の増殖、全能性の維持におけるTsc-22の役割を検討したところ、Tsc-22を発現させたES細胞では増殖抑制が認められた。しかしながら未分化マーカーの発現は認められ、全能性は維持されていると考えられた。マウスES細胞の増殖には、Rasファミリーの1種である日ERasが重要である。ERasは全能性の維持には必須ではないが、ES細胞の増殖、腫瘍形成に重要であることが知られている。そこでTsc-22とERasの結合について検討したところ、Tsc-22とERasの結合が認められた。ERasは、主にGTP結合型(活性化型)として存在し、主にPI3 kinase経路を活性化する。そこでTsc-22とPI3 kinase触媒サブユニットであるp110δとの結合について検討したところ、Tsc-22はp110δとも結合し、Tsc-22、ERas、p110δは3者複合体を形成することが明らかになった。次にTsc-22を発現させたときのES細胞の増殖シグナル伝達系への影響について検討したところ、Aktのリン酸化が抑制されることが明らかになった。さらにERasによって制御される下流シグナルについて検討するために、ERasを発現する培養細胞株を樹立した。ERasを発現する細胞株では、低血清状態でのリン酸化Aktの低下が起こらず、さらにはがん遺伝子c-Mycの減少も起こらないことが明らかになった。このことからERasからのシグナルはc-Mycの安定性にも影響を与えていることが示唆された。現在このERas発現細胞株にさらにTsc-22を発現させたときのシグナル伝達、足場依存的な増殖、ヌードマウスでの造腫瘍性を検討している。本年度は、Tsc-22のES細胞の増殖抑制作用について解析を行った。まずES細胞に胚様体を作成させ、分化過程におけるTsc-22の発現について解析した。するとTsc-22は未分化なES細胞、及び分化したES細胞で発現していることが明らかになった。山中らはES細胞の初期化を誘導する転写因子として、Oct4,Sox2,Klf4,c-Mycの4つの転写因子を同定した。Tsc-22はc-Mycと結合することから、その他3つの因子との相互作用についても検討した。するとTsc-22はc-Mycのみならず、Oct4にも結合することが明らかになった。一方、Sox2,Klf4には結合しなかった。Cdkインヒビターp21は山中因子による初期化を抑制することが報告されている。そこでp21レポーターに対するc-Myc,Oct4の作用について検討したところ、c-MycだけでなくOct4もp21レポーターを抑制する活性をもつことが明らかになった。さらにこれらの作用はTsc-22によって解除された。さらに我々はc-MycとOct4が結合し、Oct4による転写活性化をc-Mycが抑制することを見出した。さらにこの系にTsc-22を加えると、c-Mycによる抑制が解除された。以上のことからES細胞におけるTsc-22の増殖抑制作用にはc-Myc,Oct4によるp21プロモーターの抑制作用の解除が重要であると考えられた。またTsc-22はc-MycによるOct4の抑制を阻害し、Oct4による未分化性の維持作用に関与していると考えられた。現在Tsc-22をES細胞でノックダウンする実験系を確立し、Tsc-22をノックダウンした際に細胞増殖や分化にどのような影響がもたらされるか検討中である。
学童の運動不足の解決を図る小学校保健体育教育の実践理論の構築

本研究は,学童の「運動不足」の教育的解決を図るための体育学習および保健学習の統合に向けた小学校体育科の学習内容を系統・体系化した実践仮説の構築およびそれらの検証を試みることである.生活実態調査の結果,学童の特徴の1つとして「低体温児」が挙げられ,その原因として,生活がもたらす「精神的疲労」が「運動不足」を生じさせ,その結果,運動,栄養および休養のひずみが生じてきたものと結論した.そのことから,学童に身体的活動の「楽しさ」を「実体験」させる「体育授業」の重要性と運動・栄養・休養を含めた運動促進に関わる学習内容の系統・体系化が試みられ,体育授業が設定された.体育授業をするにあたって,運動・栄養・休養に関して形態学的に検討した.その結果,運動・栄養・休養が均衡なものは,身体活動能力が均衡的で,その能力は優れ,運動・栄養・休養が不均衡なものは,肥満や痩せ傾向にあり,身体活動能力も不均衡的で,その能力は低いものであった.しかも,これらの現象は,学童自身のこれまでの比体表面積がよく表現していた.これらの結果を踏まえ,成熟を加味した学習集団による身体活動の楽しさと仲間づくり,さらに縦断型比体表面積を学習材として学習者自身が主体的に運動・栄養・休養に関して「これまでの生活」から「これからの生活」を見通せる「力」を身につけさせるための「総合的な学習」が実践的に検証された.これらの実践研究の成果は,学童の運動不足の解決を図る小学校保健体育教育の実践理論として,「これまでの生活」から「これからの生活」を踏まえ,「個々」に合った「教育」と「学習」をすべきであることを示唆するものであった.本研究は,学童の「運動不足」の教育的解決を図るための体育学習および保健学習の統合に向けた小学校体育科の学習内容を系統・体系化した実践仮説の構築およびそれらの検証を試みることである.生活実態調査の結果,学童の特徴の1つとして「低体温児」が挙げられ,その原因として,生活がもたらす「精神的疲労」が「運動不足」を生じさせ,その結果,運動,栄養および休養のひずみが生じてきたものと結論した.そのことから,学童に身体的活動の「楽しさ」を「実体験」させる「体育授業」の重要性と運動・栄養・休養を含めた運動促進に関わる学習内容の系統・体系化が試みられ,体育授業が設定された.体育授業をするにあたって,運動・栄養・休養に関して形態学的に検討した.その結果,運動・栄養・休養が均衡なものは,身体活動能力が均衡的で,その能力は優れ,運動・栄養・休養が不均衡なものは,肥満や痩せ傾向にあり,身体活動能力も不均衡的で,その能力は低いものであった.しかも,これらの現象は,学童自身のこれまでの比体表面積がよく表現していた.これらの結果を踏まえ,成熟を加味した学習集団による身体活動の楽しさと仲間づくり,さらに縦断型比体表面積を学習材として学習者自身が主体的に運動・栄養・休養に関して「これまでの生活」から「これからの生活」を見通せる「力」を身につけさせるための「総合的な学習」が実践的に検証された.これらの実践研究の成果は,学童の運動不足の解決を図る小学校保健体育教育の実践理論として,「これまでの生活」から「これからの生活」を踏まえ,「個々」に合った「教育」と「学習」をすべきであることを示唆するものであった.本研究の目的は,現在指摘されている小児の「運動不足」の教育的解決を図るうえから,教科外体育的活動をも視野に入れた,また体育学習および保健学習の統合の促進に向けた小学校体育科における学習内容を系統・体系化した実践仮説の構築およびそれらの検証を試みることである.そこで本年度は,運動の促進を図る学習内容の系統・体系を仮説するための資料を収集することを目的とした.対象は,東北・北海道地区,関東・信越地区,東海・北陸地区,近畿地区,中国・四国地区および九州・沖縄地区の6地区の都市部とそれ以外に存在する児童,1年生から6年生まで2500名である.調査内容は,運動,栄養および睡眠の3要因各々に関する子どもの認識調査および運動促進にかかわる実践についてのビデオ観察ならびに学習ノートからの実態調査をした.その結果,生活実態調査および認識調査から1.子どもたちは,運動,栄養,睡眠のアンバラスなものが多いこと.2.社会科学的要因として,子どもたちは,遊ぶ意欲を有しているものの,塾がよいなど習いごとに時間が奪われ,運動不足状態にあること.3.生物科学的要因として,子どもたちの生体は,摂取エネルギー量に占める脂肪の割合が高く,低体温状態にあり,成人病様危険因子を有するものが多いこと.が明らかにされた.これらから,学校体育では,スポーツに関わる基礎・基本的な知識や技能を創造的実践能力として統合できる力を身につけさせる必要性を論じ,すなわち,より高い楽しさを味わうためには,分析,判断,創造して統合していく過程を学習内容とすることが,より良い生き方のできる子どもを育てることになるものと考察した.来年度は,これらの調査結果をさらに分析し,運動の促進を図る学習内容の系統・体系を仮説し,これらによる実験授業を実施し,実践仮説の検証を行う予定である.

本研究の目的は,現在指摘されている小児の「運動不足」の教育的解決を図るうえから,教科外体育的活動をも視野に入れた,また体育学習および保健学習の統合の促進に向けた小学校体育科における学習内容を系統・体系化した実践仮説の構築およびそれらの検証を試みることである.本年度は前年度に得た調査結果をもとに運動の促進を図る学習内容の系統・体系を仮説し,学校現場での実験授業を実施し,実験仮説の検証についてである.対象は東北・北海道地区,関東・信越地区,東海・北陸地区,近畿地区,中国・四国地区,九州・沖縄地区の6地区の都市部とそれ以外に在住する児童(1-6年生)である.仮説を設定するために分析した内容は,運動,栄養および休養の三要因に関わる生活調査(調査票),ならびに実験授業による実践仮説の検証は,上記の6地区の1-6年生,各2学級で,実験授業のビデオ観察および学習ノートからの授業分析である.その結果,運動不足には社会的・生活行動要因が連関し,環境への適応・操作能力が必要であり,多様な価値の認識と現象の分析,さらに各教科の学習で得た知識や生活経験から課題解決に必要な情報を取捨選択し,知恵として活用できる主体的な適応・操作能力が必要で重要であることを明らかにした.それをもとにして運動の促進を図る学習内容について仮説を設定した.その設定された実験授業を実施し,現在分析中である.来年度は,実験授業等の分析結果をまとめ,報告書を作成する.本研究は,学童の「運動不足」の教育的解決を図るための体育学習および保健学習の統合に向けた小学校体育科の学習内容を系統・体系化した実践仮説の構築およびそれらの検証を試みることである.生活実態調査の結果,学童の特徴の1つとして「低体温児」が挙げられ,その原因として,生活がもたらす「精神的疲労」が「運動不足」を生じさせ,その結果,運動,栄養および休養のひずみが生じてきたものと結論した.そのことから,学童に身体的活動の「楽しさ」を「実体験」させる「体育授業」の重要性と運動・栄養・休養を含めた運動促進に関わる学習内容の系統・体系化が試みられ,体育授業が設定された.体育授業をするにあたって,運動・栄養・休養に関して形態学的に検討した.その結果,運動・栄養・休養が均衡なものは,身体活動能力が均衡的で,その能力は優れ,運動・栄養・休養が不均衡なものは,肥満や痩せ傾向にあり,身体活動能力も不均衡的で,その能力は低いものであった.しかも,これらの現象は,学童自身のこれまでの比体表面積がよく表現していた.これらの結果を踏まえ,成熟を加味した学習集団による身体活動の楽しさと仲間づくり,さらに縦断型比体表面積を学習材として学習者自身が主体的に運動・栄養・休養に関して「これまでの生活」から「これからの生活」を見通せる「力」を身につけさせるための「総合的な学習」が実践的に検証された.これらの実践研究の成果は,学童の運動不足の解決を図る小学校保健体育教育の実践理論として,「これまでの生活」から「これからの生活」を踏まえ,「個々」に合った「教育」と「学習」をすべきであることを示唆するものであった.
船舶機関員の保守点検における感覚記憶力の支援と感覚技能の育成に関する研究

本研究は船舶機関士に対する技術の支援と育成を目的として取り組んでおり、この開発によって機関の異常を早期に発見するこができる。実験はディーゼル機関の設定項目(燃料弁噴射圧力や弁間隙など)の値を種々に変更して行った。実験時の音や振動を用いて多変量解析をした結果、それらには設定項目の情報が存在することを確認できた。次に機関員の感覚記憶力を保全支援システムによって支援できるかどうかの検証を行った。機関の設定項目を標準値に設定した時と、標準値以外に設定した時の発生するや振動を被験者に体験させて、それらから両者の区別ができるかどうかをアンケート調査したところ、90%程度の確率で両者の識別ができた。これによって機関員の感覚記憶力も保全支援システムによって支援できることが分かった。わが国の海運界で顕在化しつつある日本人船員の質的・量的不足に対処するために、次世代の優れた船員を確保することが緊急の課題されている。安全運航を支える技術力の確保とその伝承の観点から将来に不安を残しており、船員の技術力向上の必要性がある。しかし、海技の習得には長い年月が必要となる上に団塊の世代後の技能伝承が危惧され、その対応策が強く求められている。このような社会的背景の下に機関員の熟練技能育成問題に応えるべく取り組んでいる研究である。機関員の保全業務の一つに聴覚や触覚などの感覚器官による点検作業がある。この業務では機関員が巡回点検時に受けた音や振動を過去に記憶したものと較べて判定しているが、判定基準となる過去の記憶は個人差がある上に曖昧さがあり正確性に欠けるため機関員に正確な情報を与えて感覚記憶を補完する保全支援システムが必要である。本システムを構築にはディーゼル機関の運用によるデータ収集分析と診断を行うためのアルゴリズムの開発、並びにシステムのハードウェアの製作が必要になるが、計画初年度となる平成22年は点検ポイントの調査とその場所における計測を実施し、保全データベースの基礎的な構築をめざした。具体的にはディーゼル機関を連続運転しながらその放射音と振動を長期間に渡って採取し、その間のデータを分析することにより正常テンプレートを作成した。そのテンプレートを検証するために、機関弁間隙を変更して日常と運転状況の違いを人為的に作り出し、基準値±0.2mmの範囲内で変更して実験した。正常時のデータ840ケースで作成した正常テンプレートを用いて判定した結果、正常データでは94.5%が正常と診断され、弁間隙基準値外の異常データでは94.4%が異常と判定され、判定アルゴリズムの構築は達成することができた。そこで、次年度以降のハードウェアを含めた総合的なシステム構成に向けて検討している。平成22年度は保全データベースの基礎的な構築を行った。運転状況の変更パラメータとして、弁間隙量を取り上げ、人為的に基準値±0.2mmの範囲内で変更して実験して統計解析を行った結果、基準値から外れた場合は異常と検出することができ判定アルゴリズムの構築ができた。平成23年度は運転状況の変更パラメータとして、燃料弁の噴射圧を取り上げ、80kg/cm^2210kg/cm^2のレンジで変更することにより、異常音と異常振動のテンプレートを作成した。さらに本年度は統計解析のデータベースの他に感覚量として機関員に提示するためのアナログデータベースを構築した。これは熟練技能のテンプレート化で正常時の感覚量を格納しておき、必要に応じて船舶機関室の現場で機関員に過去の感覚記憶を再現するためのものである。この再生に当たっては、放射音と機械振動を現場で感じ取るためのハードウェアとそれを実現するためのアルゴリズムが必要となるので、現在それを開発しているところである。

わが国の外航海運は、グローバル化する世界経済の中で熾烈な国際競争を強いられた結果、日本船籍の減少と共に日本人船員も最盛期の1/20以下に減員している。このような状況下でわが国の経済や国民の生活を遅滞なく支えるためには国際海上輸送の確保は様々な方向から検討をしておく必要がある。その一つに日本人船員の量的確保と技術水準確保が挙げられている。本研究は船員の海技技術の育成と船員に対する技能の支援を目的に進めている研究である。船の安全運航にとって、機関の保守点検は非常に重要な業務の一つである。機関は機器監視システムによってモニタリングされているが、機関員の巡回点検も機関の保全にとって大きな役割を果たしている。例えば部品の折損などに起因する異常音や異常振動を感覚器官により判定することも多い。しかし、この判定には習熟した実技経験が必要となるが乗船の機会が減少した現在では難しい。そこで本研究では感覚量の記憶を保全支援システムのデータベースに蓄積しておき、異常音などを現場で再生して比較することにより機器の状況を把握させたり教育させたりするものである。感覚量をデータベース化する保全情報解析装置のアルゴリズムが完成したので、ディーゼル機関の燃料噴射圧を種々に変更して実験を行い、その時の放射音と振動を収録し格納した。また、弁間隙量も変更して実験を行った。実験の変更要素は燃料弁噴射圧、及び弁間隙であるが、それぞれの音と振動データをFFT分析し、多変量解析を実施したところ重相関係数0.9程度の値で回帰でき、音響と振動の物理量にはそれぞれの情報量が存在することを確認した。次にデータベース内の音響と振動を再現して、異常時と正常時の状況が判別できるかどうかの判定をアンケート形式で回答させたところ90%以上の確率で分別でき、感覚記憶力もシステムで補完できることが分かった。機関音と振動のデータベースの構築に当たっては、データ数が多いほど信頼性が向上するため、現在も実験を引き続き行っているので実験の完了には至っていない。24年度が最終年度であるため、記入しない。現在、進めている実験データを整理して保全データベースを構築すると共に、機関室の現場で機関員が統計解析から現在の機関の状況が正常範囲か異常状態になったのかを放置するシステムと、同時に現場で過去の感覚記憶力を再現して現状と比較することにより機関員に熟練技能を会得する熟練技能育成システムを一体化した保全支援システムを完成させる。