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交通参加の立場による不安全行動の個人内変動とその生起メカニズムの解明

研究1:自転車の進路選択について,交通場面全体の安全を考える場合でも,自分が歩行者の立場なら自転車は車道に行った方が安全であると考え,自転車及びドライバーの立場なら自転車は歩道に行った方が安全であると考えることがわかった.すなわち,同じ人でも交通参加の立場(歩行者,自転車運転者,自動車ドライバー)により,交通場面の捉え方が変化することが明らかになった.研究2:無信号交差点を歩いて横断する際,実際よりも安全に左右を確認できていると思い込む自己評価バイアスが働くことがわかった.実際には交差点に進入してから安全確認しており,例えば交差道路に自転車や自動車がいる場合は衝突するタイミングであった.先行研究では,1同じ人でも使う乗り物によって運転行動が異なること(具体的には一時停止交差点の通過速度,確認回数,確認時間が自転車運転時の方が危険側)や,2不安全行動の原因が異なること(具体的には自転車運転時は危険だとわかっていてもそのような運転行動をしてしまう,車運転時は実際よりも自分の運転行動は安全だと思い込んでいる)が明らかとなっている.先行研究の課題は,道路交通において最も交通弱者の立場となる歩行時に関して明らかになっていない点と,不安全行動の要因を解明しきれていない点である.車両に区分される自転車や車の運転時と異なり,歩行時は特有の不安全行動が見られると予想される.本研究は,これらの課題にアプローチし,交通参加の立場による不安全行動の個人内変動とその生起メカニズムの解明を目指すものである.平成28年度は主に次の2点を実施した.1.平成29年度に実施予定の質問紙調査に向けてインタビュー調査を行った.歩行時,自転車運転時,車運転時の交差点における不安全行動やその理由を尋ねた.2. 1を元に質問項目の検討を行い,安全態度,ルールに関する知識,行動のメタ認知,結果重大性,能力の自己評価,優先意識等に関する内容を盛り込む予定である..2.平成29年度に実施予定の質問紙調査で問う交通場面の検討を行った.質問紙調査の際に回答者がその場面をイメージしやすいように,交通場面を再現する前にイラストおよび3DCGの作成を行った.平成28年度に所属大学が変わったため,研究環境に変化があり,その影響で進捗はやや遅れ気味である.ただし,平成28年度中に平成29年度に行う質問紙調査の準備までは終了しており,今後は対面実験の実施に集中できる状況である.研究環境については,実験場所の確保等は完了しており,この1年間で同じ領域の院生による協力体制ができあがっている.したがって,本年度の計画の実施については問題ないと思われる.研究1:交通参加の立場(歩行者,自転車運転者,自動車ドライバー)により,交通場面の捉え方がどのように異なるかを検討するために質問紙調査を行った.提示した交通場面は,走行中の自転車が数秒後に車道または歩道を選択する場面で,車道には自動車,歩道には歩行者がいた.調査参加者には,自分が歩行者の場合,自転車運転者の場合,自動車ドライバーの場合を想定し,自転車の進路選択に関する質問に回答するよう求めた(被験者内計画).その結果,歩行者を想定した場合は自転車は車道に行くべきだと感じ,自動車ドライバーを想定した場合は自転車は歩道に行くべきだと感じるなど,交通参加の立場により交通場面に対する態度が異なる可能性が示唆された.研究2:自動車と自転車に関する先行研究では,自動車の場合は自分の運転行動が実際よりも安全だと思い込んでいる自己評価バイアスが見られること,自転車の場合は自己評価バイアスは見られず,ある程度危険だとわかった上でそのような運転行動をしていることが明らかになっている.本研究では,歩行行動に自己評価バイアスが見られるかを検討するために実路実験を行った.実験参加者が歩いて無信号交差点を横断する様子を撮影し,確認タイミングや確認回数等を分析した.実験参加者には交差点横断時の歩行行動をイメージし,どのように安全確認したかを回答するよう求めた.回答内容と実際の安全確認との違いを検討した結果,確認タイミングについては,実際よりも安全なタイミングで行っていると思い込んでいることが明らかになった.研究1:自転車の進路選択について,交通場面全体の安全を考える場合でも,自分が歩行者の立場なら自転車は車道に行った方が安全であると考え,自転車及びドライバーの立場なら自転車は歩道に行った方が安全であると考えることがわかった.すなわち,同じ人でも交通参加の立場(歩行者,自転車運転者,自動車ドライバー)により,交通場面の捉え方が変化することが明らかになった.研究2:無信号交差点を歩いて横断する際,実際よりも安全に左右を確認できていると思い込む自己評価バイアスが働くことがわかった.実際には交差点に進入してから安全確認しており,例えば交差道路に自転車や自動車がいる場合は衝突するタイミングであった.当初の計画から大きな変更はない.平成29年度前半は,先行研究と同様の手続きで実路実験行い,歩行時,自転車運転時,車運転時の一時停止交差点の通過行動の様子をドライブレコーダ(小型カメラ)で撮影する.この映像から通過速度や確認行動について分析を行う.また,この後行う対面実験に向けて,映像を見たときに誰の映像か特定されないように,撮影した映像にぼかし処理を施す.平成29年度後半は,実験参加者を対象に先行研究と同様の手続きで対面実験を行う.ぼかし処理を施した映像を本人に見せ,通過行動がどれくらい危険か評価を求める.併せて,普段の自分の通過行動がどれくらい危険か評価を求める.これらの評価を比較し,実際よりも自分の通過行動は安全だと思い込んでいるのか,危険だとわかっていてもそのような通過行動をしているのかを明らかにする.さらに,不安全行動とその理由に関する質問紙調査を行う.

最終的に,実路実験,対面実験,質問紙調査で得られた結果を元に,不安全行動の個人内変動とその生起メカニズムに関するモデル作成を行う.認知心理学,人間工学対面実験を平成28年度後半に実施予定であったが,進捗の遅れにより平成29年度に実施することとなったため,その分次年度使用額が生じている.対面実験を行う際の人件費,謝金,映像加工代,消耗品等に使用する予定である.
スレーブ側に一切センサーを持たないリアルハプティクスシステムの実現

現在、モーションコントロールやメカトロニクスにおいてエンコーダなどの位置検出器やストレインゲージを用いたトルクセンサなどの力(トルク)検出器なしに位置制御あるいは力制御を行うことは劣環境における作業に欠かせない。さらに、深海中、真空内、高放射線下などの過酷な作業現場では力触覚を伝送しバイラテラル制御を行うことが求められている。平成30年度の研究においては現在最も多用されているブラシレスDCモータに対して位置や力の検出器を用いない力覚伝送技術の基盤を確立することに成功した。具体的にはブラシレスDCモータ内の永久磁石型回転子の磁束の時間変動を検出し、これを電子的にAB信号に変換し通常のエンコーダ信号に該当するパルスを発生させる技術を確立した。つまり、ブラシレスDCモータからのホール信号をパルス整形してAB信号を発生させる技術を確立したのでありその分解能は1.5P/R程度(4逓倍で6P/R)の低精度になる。しかし、外乱オブザーバを付加することで通常のエンコーダによる制御と比較して、遜色ない制御性を得ることができる。具体的なブラシレスDCモータを使って実験したところ、256P/Rのエンコーダを実装した場合に比べて、定常状態では位置制御、力制御ともに誤差はなく、過渡状態では位置制御における瞬時最大誤差が1.5倍程度、トルク制御における瞬時最大誤差が1.2倍程度になり通常の使用法では問題ない性能を得ることに成功した。さらに力触覚伝送という、速度誤差およびトルク誤差がともに小さくなければ精確な力触覚が得られないようなシステムにおいてもエンコーダの有無に殆ど差が無いことを実験で明らかにした。このようにエンコーダやトルクセンサがなくてもブラシレスDCモータでは、センサがあるのとほぼ同等の性能を得た。また、これを一軸の力触覚伝送システムに適用して良好な性能を得ることに成功した。平成30年度においては産業界で使われている最も代表的なモータであるブラシレスDCモータを対象として、外付けの検出器が一切無い速度ー力制御を可能にするシステム開発を行った。これまでの研究からロバストなモーションコントロールは結果的には完全加速度制御系と等価であることがわかっている。アクチュエータに求められる速度制御(あるいは位置制御)と力制御は双対の関係にあり、モーションコントロールに求められる機能はこれら二つの制御の組み合わせ(=一般化座標変換)で実現できる。従って、外付けの検出器がない場合に等価的な加速度制御系を実現できれば必要な機能を実現できることになる。平成30年度においてはブラシレスDCモータのホール信号を用いることで超低精度エンコーダと等価な信号を得ることに成功し、これに外乱オブザーバを併用することで性能劣化を最小限に食い止めることに成功した。この方法は電動機のモデルに依らないので、電機子抵抗変化やインダクタンス変動にロバストである。これ以上の性能を得るにはモデル依存にならざるを得ない。実際にはDCリンクに流れるq軸電流とブラシレスDCモータのモデルを用いた加速度推定を行うことで性能改善がどれ程なされるかという比較評価を今後予定しており、今年度と来年度の二年間で明らかにしていく。平成30年度は基盤技術の開発に集中し、外付けセンサの一切無い場合でも低精度エンコーダを装着したばあいと同等の性能が得られ、さらに外乱オブザーバの併用で実用上問題ない程度まで性能向上を行えることを明らかにすることができた。これは当初の計画を上回るペースであり、現在この実験結果を中心にした論文を学会誌に投稿中である。今年度(令和元年度)では、昨年度に引き続きセンサレスでリアルハプティクスを実現するための残された理論の整備と翌年度に向けたいくつかの実験を行う。これまで達成したスレーブ側のセンサレス制御は一軸運動である。力触覚は畢竟接触対象物のインピーダンスを感じる能力に他ならないため、周波数領域における(スレーブ側で発生する)力と速度の比により表わされる。マスターからスレーブに伝達される力信号がτ1遅れ、次にスレーブからマスターに伝達される速度信号がτ2遅れると、オペレータが感じるインピーダンスは本来感じるべき時間よりτ1+τ2遅れた力信号と本来感じるべき時間よりτ2遅れた速度信号の周波数領域の比となってしまう。この場合は力と速度はともに位置と時間からインプリシットに計算され、その遅れは上述のような計算となるが、これは位置読み取り信号のみにより力と速度を同時に計算することを前提としている。もし力と速度を別々のセンサから推定計算すると、上記の遅れのみならず、それぞれの遅れ時間の差もインピーダンスの誤差に影響する。したがって、スレーブ側にセンサを持たない場合は推定する力と速度がどれだけ遅れるかということをあらかじめ制御系に織り込んでおかないと正しい力触覚(=対象のインピーダンス)が再現されないことになる。今後スレーブ側にセンサを持たない多自由度におけるリアルハプティクスシステムについて軸ごとの遅れ時間を考慮に入れた制御系を設計し、これを多自由度系実システムで検証する予定である。また、遅れによるインピーダンスの再現性に関する指標を定義し、この指標で制御性能が評価できるかどうかを併せて検証する。実験装置は昨年度に製作した実験装置に改良を加えた多自由度の把持システムにより行う予定である現在、モーションコントロールやメカトロニクスにおいてエンコーダなどの位置検出器やストレインゲージを用いたトルクセンサなどの力(トルク)検出器なしに位置制御あるいは力制御を行うことは劣環境における作業に欠かせない。

平成30年度の研究においては現在最も多用されているブラシレスDCモータに対して位置や力の検出器を用いない力覚伝送技術の基盤を確立することに成功した。具体的にはブラシレスDCモータ内の永久磁石型回転子の磁束の時間変動を検出し、これを電子的にAB信号に変換し通常のエンコーダ信号に該当するパルスを発生させる技術を確立した。つまり、ブラシレスDCモータからのホール信号をパルス整形してAB信号を発生させる技術を確立したのでありその分解能は1.5P/R程度(4逓倍で6P/R)の低精度になる。しかし、外乱オブザーバを付加することで通常のエンコーダによる制御と比較して、遜色ない制御性を得ることができる。具体的なブラシレスDCモータを使って実験したところ、256P/Rのエンコーダを実装した場合に比べて、定常状態では位置制御、力制御ともに誤差はなく、過渡状態では位置制御における瞬時最大誤差が1.5倍程度、トルク制御における瞬時最大誤差が1.2倍程度になり通常の使用法では問題ない性能を得ることに成功した。さらに力触覚伝送という、速度誤差およびトルク誤差がともに小さくなければ精確な力触覚が得られないようなシステムにおいてもエンコーダの有無に殆ど差が無いことを実験で明らかにした。このようにエンコーダやトルクセンサがなくてもブラシレスDCモータでは、センサがあるのとほぼ同等の性能を得た。また、これを一軸の力触覚伝送システムに適用して良好な性能を得ることに成功した。平成30年度においては産業界で使われている最も代表的なモータであるブラシレスDCモータを対象として、外付けの検出器が一切無い速度ー力制御を可能にするシステム開発を行った。これまでの研究からロバストなモーションコントロールは結果的には完全加速度制御系と等価であることがわかっている。アクチュエータに求められる速度制御(あるいは位置制御)と力制御は双対の関係にあり、モーションコントロールに求められる機能はこれら二つの制御の組み合わせ(=一般化座標変換)で実現できる。従って、外付けの検出器がない場合に等価的な加速度制御系を実現できれば必要な機能を実現できることになる。平成30年度においてはブラシレスDCモータのホール信号を用いることで超低精度エンコーダと等価な信号を得ることに成功し、これに外乱オブザーバを併用することで性能劣化を最小限に食い止めることに成功した。この方法は電動機のモデルに依らないので、電機子抵抗変化やインダクタンス変動にロバストである。これ以上の性能を得るにはモデル依存にならざるを得ない。実際にはDCリンクに流れるq軸電流とブラシレスDCモータのモデルを用いた加速度推定を行うことで性能改善がどれ程なされるかという比較評価を今後予定しており、今年度と来年度の二年間で明らかにしていく。平成30年度は基盤技術の開発に集中し、外付けセンサの一切無い場合でも低精度エンコーダを装着したばあいと同等の性能が得られ、さらに外乱オブザーバの併用で実用上問題ない程度まで性能向上を行えることを明らかにすることができた。これは当初の計画を上回るペースであり、現在この実験結果を中心にした論文を学会誌に投稿中である。
卵巣癌の治療抵抗性に関わる代謝特性の解明と新規治療標的の同定

治療抵抗性とされる4種類の卵巣明細胞腺癌細胞株(TOV21G, OVTOKO, ES2, RMG-I)を用いて、低栄養、低酸素ストレス環境下における細胞増殖を解析した。その結果、細胞株間において、低酸素、低栄養に対する反応が異なることが明らかとなった。また活性酸素(ROS)の抑制剤であるN-acetylcysteine(NAC)やビタミンE誘導体Troloxの添加によりその反応が抑制されたことより、ストレス環境に対する反応にROSが重要な役割を担っていることが明らかとなった。卵巣癌は大網転移する際に、エネルギー代謝を脂肪酸代謝へシフトさせることにより、転移をしやすくする特徴を有することが報告されている。そこで、ストレス環境下における脂質代謝を解析するために、細胞質内の脂肪の量をOil-Red O染色、Bodipy493/503染色にて解析したところ、ストレス環境下の卵巣明細胞腺癌は細胞内の脂肪が増加することが明らかとなった。本研究により、ストレス環境下において卵巣明細胞腺癌は脂肪酸が増加すること、その際に発生するROSの排除機構が癌細胞の生存に重要であることが示唆された。
原発性肝癌に対する陽子線と炭素イオン線の無作為比較試験

単発無治療肝癌患者に対する陽子線(P群)と炭素線治療(C群)の治療計画で差がないことを確認した後、年齢、性別、肝障害、腫瘍径の4因子で動的中央割り付けし、同一線量分割で治療する前向き無作為比較試験(主要評価項目:全生存率、副次的項目:局所制御率、安全性)を行った。44例が登録され、脱落3例を除いた41例(P群20、C群21)を解析した。再発はP群3例(肝内3)、C群5例(肝内4、肝外1)で、死亡3例(P群1、C群2)は全て原病死であり大きな副作用はなかった。なお、両群とも局所再発はなく、1・2年全生存率は両群で差を認めなかった。観察期間中央値11ヶ月の中間評価で線種間に有意差を認めなかった。兵庫県立粒子線医療センターは世界で唯一、陽子線と炭素線の両者を利用可能な施設であることから、陽子線と炭素線の無作為比較試験を実施できる世界唯一の機関である。本研究では肝細胞癌に対する陽子線・炭素線による粒子線治療を行い、それぞれの有効性・安全性を無作為比較試験で検討すること、および医療経済学的な評価を加えることが目的である。本年度は研究実施計画書に示した計画通り、プロトコール・同意書・説明文書等の作成を行った。臨床試験の方法は非劣性試験とし、既存の治療成績では、炭素線治療(C)の1年全生存率は82.5%、陽子線治療(P)の1年全生存率は87.0%であったことから、非劣性マージン:10%とし、陽子線治療145例、炭素線治療145例(有意水準:片側2.5%、検出力:80%、Cの生存率:82.5%、Pの生存率87%、非劣性マージン:10%、合計イベント数:44例、1群あたり症例数:145例)と設定した。症例登録については両群間のバイアスを排除するため治療開始時年齢、性別、Liver damage、腫瘍径の4因子を動的中央割り付けすることとした。倫理委員会で協議を行い承認が得られたので、本年度内から登録を開始することとしている。主な対象症例は1)臨床的、病理学的に肝細胞癌と診断されている。2)単発である。3)腫瘍栓、肝細胞癌破裂がなく、肝門部リンパ節転移や遠隔転移を伴わない。4)治療計画シミュレーション時に炭素線・陽子線間に有意な差がない。こととし、陽子線も炭素線も:66GyE/10frで治療を行うこととした。エンドポイントはプライマリー:全生存率、セカンダリー:局所制御率、QOL、安全性、医療経済評価である。兵庫県立粒子線医療センターは世界で唯一、陽子線と炭素線の両者を利用可能な施設であることから、陽子線と炭素線の無作為比較試験を単一機関で実施できる世界唯一の機関である。レトロスペクティブな検討では、同じ線量分割で治療した場合、両線種間において全生存率および局所制御率に差を認めないことを示してきた。本年度は研究実施計画書に示した計画通り、非劣性臨床試験の登録を開始している。陽子線治療145例、炭素線治療145例(有意水準:片側2,5%、検出力:80%、Cの生存率:82.5%、Pの生存率87%、非劣性マージン:10%、合計イベント数:44例、1群あたり症例数:145例)を目標として開始した。症例登録については両群間のバイアスを排除するため、研究分担者の国立循環器病センターにおいて治療開始時年齢、性別、Liver damage、腫瘍径の4因子を動的中央割り付けをしている。2)単発である。4)治療計画シミュレーション時に炭素線・陽子線間に有意な差がないこととし、66GyE/10Fr照射プロトコールに限定して登録を開始している。

本研究の目的は66GyE/10Fr照射した肝癌治療成績を、前向き無作為比較試験(主要評価項目:全生存率、副次的評価項目:局所制御率、安全性)で検討する事である。対象は1)臨床または病理学的に新鮮肝細胞癌、2)単発、3)腫瘍栓、肝癌破裂がないN0M0例で、4)治療計画上も線種間に差がない事とし、年齢、性別、肝障害度、腫瘍径の4因子を動的中央割り付けした。44例が登録され、脱落3例(患者同意得られず、線量変更、照射中の骨折で治療中止が各1例)を除いた41例(陽子線20例、炭素線21例)を解析した。観察期間、性別、年齢、肝障害度、腫瘍径、ウィルス性肝炎、T因子(UICC2009)、AFP、PIVKAIIは陽子線:炭素線でそれぞれ0.434.9月(中央値9.1):0.426.8月(中央値11.8)、男15女5:男16女5、5887才(中央値72):4687才(中央値72)、A8 B10C2:A10B10 C1、1263mm(中央値24):1062mm(中央値21)、B4 C11NBNC5:B2 C15 NBNC4、T1:12T2:9 T3:0:T1:9 T2:10T3:1、1.4-8280ng/ml(7.7):6.4-20470ng/ml(6.4)、13-23100mAU/ml(46.5):13-145000mAU/ml(46)で背景因子に差はなかった。再発は陽子線群3例(肝内3)、炭素線群5例(肝内4、肝外1)に認め、死亡3例は陽子線群1例、炭素線群2例で死因は全て肝内再発による原病死であり治療関連死はなかった。なお、両群とも局所再発、Grade 3以上の晩期有害事象はみとめなかった。1,2年全生存率は陽子線群100%, 87.5%、炭素線群100%, 66.7%で差を認めなかった。結論:無作為比較試験の中間結果では炭素線・陽子線間に有意差はなかった。66GyE/10Frの単一プロトコールでは肝門部にかかる中枢型肝癌の登録ができず、本臨床試験に登録できる症例が限定される。25年度が最終年度であるため、記入しない。登録症例数が未だ不十分であるため、分担研究者と協議を重ねた結果、現行の肝門部を含まない末梢型肝癌に用いている66GyE/10Frのプロトコールに加え、肝門部肝癌にも適用される72GyE/20Frプロトコールでも登録できるよう、研究計画書の見直しを図るべく倫理委員会にて検討する予定である。
細胞分化スイッチ機構を担うＳＯＸ－パートナー因子複合体のゲノム標的認識

細胞分化は、複数の転写制御因子が互いにパートナー因子として作る複合体がスイッチ機能を果たすことによって進行する。これらの複合体が結合するDNA配列は固有のもので、個々の因子の結合配列の和ではない。本研究では、Sox2とパートナー因子複合体のDNA結合配列をin vitroおよびin vivoの2つの条件で体系的に研究した。(1) Sox2とPax6の複合体がin vitroで結合する配列群を、EMSAを用いたSELEX法を開発して決定した。(2)ビオチン化された転写因子を用いたChIP-seq法を改良して、エピブラスト幹細胞においてSox2とPou5f1が結合するゲノム領域を網羅的に解析した。細胞分化は、複数の転写制御因子がつくる複合体がスイッチ機能を果たすことによって進行する。これらの複合体が結合するDNA配列は、個々の因子が単独で結合する配列の和ではなく、複合体に固有のものである。しかし、転写因子複合体のDNA結合配列を体系的かつ網羅的に研究した例はなかった。そこで、以下の3段階にわけて、新たな研究を実施する。各段階は、概ね本研究計画の3つの年度に対応している。(1)転写制御因子SOX2と、PAX6やPAX2がつくる複合体のin vitroでのDNA結合配列を網羅的に集めて分類し、(2)それらの配列群への転写制御因子複合体の結合の特性を解析するとともに、それらの配列群のエンハンサーとしての機能を評価し、そして(3)それらの配列群のゲノム中での分布とin vivoでの機能評価をおこなう。平成25年度に実施するChIP-Seq解析に備えて、in vivoビオチン化転写制御因子の発現ベクターを開発した。そこで、SOX2,PAX6を中心とした次の研究を計画した。(1)転写制御因子SOX2と、PAX6やPAX2がつくる複合体のin vitroでのDNA結合配列を網羅的に集めて分類し、(2)それらの配列群への転写制御因子複合体の結合、ならびにそれらの配列群のエンハンサーとしての機能を評価し、そして(3)それらの配列群のゲノム中での分布とin vivoでの機能評価をおこなう。(2)古典的なSOX2-PAX6複合体の結合配列であるDC5配列を用いて、SOX2とPAX6の結合によってDNAがどのように変形するのかを解析した。両因子の結合によって、大きなDNA屈曲が導かれることがわかった。本研究は、次の目的で実施している。(1)転写制御因子SOX2と、PAX6やPAX2がつくる複合体のin vitroでのDNA結合配列を網羅的に集めて分類し、(2)それらの配列群への転写制御因子複合体の結合の物理化学的な特性を解析するとともに、それらの配列群のエンハンサーとしての機能を評価し、そして(3)それらの配列群のゲノム中での分布とin vivoでの機能評価をおこなう。平成23年度の研究では、SOX2-PAX6ならびにSOX2-PAX2複合体が結合する配列群を網羅的に収集することを中心とした。これまでには、転写制御因子複合体のDNA結合配列を網羅的に収集(SELEX)する研究が行われたことはなく、新しい方法を開発する必要があった。そこで非RI標識プローブを使ったEMSA(electrophoretic mobility shift assay)による新しいSELEX法を開発した。さらに、これまでのSELEXでは、転写制御因子のDNA結合ドメインだけを用いて実施するのがほとんどであったが、複合体による結合を考慮して、転写制御因子全長を用いるという難度の高い方法を採用した。この新しい方法によって濃縮されたSOX2-PAX6複合体、SOX2-PAX2複合体、PAX6単独、PAX2単独の各々の結合配列について、数10万個以上の配列を次世代シーケンサーを用いて決定し、その分類を行っている。Sox2をはじめとした転写制御因子が結合するゲノム上の部位を、in vivoビオチン化転写制御因子を用いたChIP-Seq (Chromatin Immunoprecipitation- Sequencing)解析によって明らかにすることを目指した。

この方法は抗体の有無や性能などに依存せず、ビオチン化tagを付加するための発現バクターの挿入ORF (Open Reading Frame)を置き換えるだけでどのような転写制御因子にも適用可能なので、同一条件で多数の転写制御因子のゲノム結合を平行して、そして体系的に解析することができる。この方法を駆使して、エピブラスト幹細胞ゲノムにおけるSox2とPou5f1などの転写制御因子の結合領域、その領域の大きさ、分布等を分析した上で、Sox2とPou5f1の共通の結合領域を分析した。その結果を、他のグループから発表されたES細胞、神経幹細胞におけるSox2、Pou5f1/Pou3f2の結合部位と比較したところ、次のことが明らかになった。(1) Sox2は、ES細胞では多くの場合Sox2-Pou5f1のペアとして作用するが、エピブラスト幹細胞や神経系幹細胞では、Sox2はPou以外の多様な転写制御因子と複合体をつくり、ES細胞とは大きく異なった制御標的をもつ。(2)しかし、これらの異なった細胞種に共通したSox2-Pou結合領域も存在していて、近在遺伝子のGene Ontology解析からは、それらが初期胚発生に必須の遺伝子群を制御していることが示唆された。分子発生生物学研究は、年次計画に従って順調に進展している。平成24年度の研究では、in vitroのDNA結合反応によるSOX2-PAX6複合体の結合配列の主体が、これまでin vivoのエンハンサーの解析から得られていたSOX2-PAX6複合体の結合配列とはPAX6の結合配列が逆向きであるという、意外な発見がなされた。これら2つのタイプの結合配列が、実際のゲノム上の機能的な結合配列にどのように使い分けられているかが重要な研究課題で、その研究を平成25年度に実施する。転写因子複合体に固有の認識DNA配列を、in vitroの場合とin vivoの場合とを体系的に多数集めて比較するという研究目的、そして、in vitro, in vivoいずれの場合に関しても、この研究において新しい技術を開発して、それを用いて研究成果を得るという目標は、大枠において達成されようとしている。研究はいくつかの技術的な困難を克服して順調に進行し、現在までの達成度は、研究全体の三分の一、平成23年度の目標のほぼ100%であるといえる。平成23年度の研究では、これまで例のない、転写制御因子複合体によるSELEXを実施し、そのために非RI標識probeを使ったEMSAによるSELEXという斬新な方法を開発した。また、転写制御因子の分子全長を純化し、それを用いてSELEXを行うという難度の高い研究方法をとって成功した点も、高く自己評価できる。サンガー法で予備的に決定した数100の結合配列を参考にして、EMSAから得られた配列プールをどのようにして分類するかというアルゴリズムも開発した。現在進行中の配列群の分析から、これまで誰も目にしたことがない斬新な研究成果が生まれることを期待している。これまでの研究で、異なったタイプのSOX2-PAX6複合体結合配列が存在することが明らかになった、これらの結合
「ルール違反」の常態化の検討:文化的慣習の般化の視点から

文化的慣習の般化とは、ある特定の場面の経験により獲得された信念が一般化され、別の場面においても適用されてしまうことをさす。本研究では、特にルール違反に関する般化を取り上げる。本年度は2年計画の2年目であり、特に日常生活に関わるルールについて、(1)関連性の高いルールほど違反を容認する傾向が共通しているか、(2)違反容認意識と周囲の他者が違反を容認している程度が関連しているか、を中心に検討を行った。日常的なルールを対象とするため、市民を対象とした無作為抽出による調査を行った。藤沢市民1000名を調査対象とした郵送調査、モニターサンプル800名を対象としたインターネット調査を行った。その結果、上記の2つの問題について、(1)関連性の強い問題について、ルール違反を容認する傾向の相関が高いこと、(2)ルール違反を容認する傾向は日常的に接する他者と共有されていることが示された。今年度の研究の結果から、ルール違反を容認する意識は、関連性の高い別の問題にも般化する可能性が示唆された。また、違反を容認する傾向は、周囲の他者と共有されることによって強化される可能性も合わせて示された。昨年度に行われた企業組織の安全意識についての検討と合わせて考慮すると、ルール違反の常態化という問題を検討する際に、慣習の般化という視点が有効であると言えるだろう。ただし、本研究で行われたのは相関を通じた分析であり、今後因果関係については更なる検討が必要である。JR福知山線の脱線事故をはじめ、安全を脅かす様々な事故などの背景には、定められた手順が遵守されないなどのルール違反に関する要因がある。本年度は2年計画の1年目であり、特に産業安全に関わるルールについて、違反が行われやすいルールとそれを導く環境について探索的な検討を中心に行った。化学系企業において、操業の安全性に関わる明示的・潜在的なルールへの意識・対処についてインタビューを行い、違反が生じやすいルールの特徴の抽出を試みた。その結果、他の目的との競合(例:迅速な処理が必要な場面)や、省略しても影響が出ない可能性が高い作業の省略(例:確認作業)について、比較的違反が行われやすい傾向があった。また、企業成員に対する質問紙調査の分析も行い、関連する認知傾向や価値観等の個人特性と違反容認意識との関連を検討した。その結果、仕事の速さという競合する目標を優先する意識や、トラブルを他者と共有せず自分自身で解決すべきとする組織風土が、違反容認意識に正の効果を持っていることが示された。また、一般的な違反容認意識が高い場合、低い場合と比較して個別の不安全行動間の相関が高く、般化が生じていることが示唆される。
HIV表面糖蛋白質gp120糖鎖の構造と機能に関する研究

HTLV-IIIBで感染したヒトT-Lymphoblastoid cells(H9)より精製したgp120を150μg得て、これをヒドラジン分解にかけてgp120糖鎖を定量的に遊離後、NaB^3H_4で還元してgp120糖鎖をトリチウム標識オリゴ糖として得た。これを高圧濾紙電気泳動、E-PHAアガロ-スカラムやRCA-120 HPLCカラムを用いたレクチンアフィニティクロマトグラフィ、Bio-Gel P-4 HPLC等にかけてオリゴ糖の分離精製を行ない、5種の中性オリゴ糖画分(a-e)と酸性オリゴ糖由来の8種の脱シアル化中性オリゴ糖画分(f-j,k_1-k_3)を得た。そこで、これら13種のオリゴ糖画分をそれぞれ各種グリコシダ-ゼによる逐次分解分析等にかけてそれらの糖鎖構造を明らかにした。その結果、HTLV-IIIB感染ヒトT細胞(H9)由来gp120では高マンノ-ス型糖鎖が糖鎖全体の約60%を占め主要な糖鎖となっており、この他にも種々の複合型糖鎖、混成型糖鎖が認められ、感染細胞由来gp120が多様な糖鎖を有する特異な分子であることが判明した〔J.Biol.Chem.in press〕。さらに、本研究代表者らがすでに明らかにしているCD4分子に結合能を有するCHO細胞由来recombinant gp120の糖鎖〔Biochem.J.254.599-603(1988)〕とこれらの糖鎖を比較した結果、両gp120分子に共通して存在する糖鎖の構造を同定できた。つぎにgp120分子の主要な糖鎖である高マンノ-ス型糖鎖に着目して、最近開発に成功したネオグリコリピド技術〔J.Biol.Chem.264.13834-13839(1989)〕等を用いてヒト血清およびマクロファ-ジ由来のマンノ-ス結合蛋白質のこの糖鎖群に対する結合能を検討した。その結果、ヒト血清およびマクロファ-ジのマンノ-ス結合蛋白質は両gp120に結合でき、しかもそれが両分子の糖鎖への結合によることが判明した〔AIDS,3,793-798(1989)〕。この事実はgp120の糖鎖を介した(CD4を介さない)HIV感染過程の存在を強く示唆した。
自由境界を伴う非線形現象を記述する力学系の大域的安定性の研究

本年度では、前年度までの研究内容をべースに、より発展的な展望を見据えた研究テーマに取り組んだ。得られた研究成果は、以下2つに要約される。1.前年度における地域経済動向に対する考察の過程で、対象期間によって経済の状況(力学系)そのものが大きく変化している点が新たに指摘された。こうした時間と伴に変動する力学系は時間依存する制約条件付の変分不等式によって生成されるが、現時点ではその取り扱いを可能とする数学理論がまだ十分に整備されていない。経済現象に限らず、同種の変分不等式を研究することによって、貯水ダムや相転移現象に現れる自由境界問題をもカバーする汎用性の高い一般論を構築することが可能である。この様な背景から、ここではひとまず最も簡単と思われる設定での変分不等式を考え、その可能性の検証を行った。更に、力学系が「自励系へ漸近するケース」および「周期的に変動するケース」の2通りの状況を考え、それぞれにおける力学系の大域的安定性に関し、アトラクターを用いた特徴づけを行った。2.固体・液体相転移現象におけるより進んだ現象再現を目標に、Penrose-Fifeが提唱した熱力学的な解釈を用いた熱方程式と、Gibbs-Thomson則に基づいた状態変化に関する特異拡散方程式とを連立させた数学モデル(Penrose-Fife型モデル)を扱った。同時にGibbs-Thomson則に内在する特異性をp-Laplacianによって平滑化した近似問題を考え、近似問題と元々のPenrose-Fife型モデルの双方に対し、解の存在および空間1次元での解の一意性を証明した。今後は空間多次元での解の一意性の検証はもちろんであるが、その先の研究課題である自由境界の形状変化の解析に向け、活動を継続したい。本年度では、自由境界を伴う非線形現象の代表例である相転移現象に的を絞り、数学モデルが生成する力学系に対する安定性解析を行った。扱った数学モデルは、いずれも温度変化と相変化を記述する2つの方程式で構成される。具体的な研究内容は次の3つに要約される。1.M.フレモンド氏(フランス)が提唱した形状記憶合金の数学モデルを題材に取り上げ、力学系の安定性をアトラクターと呼ばれる集合を用いて特徴付けた。同じテーマでは空間1次元のケースの結果が既に報告されているが、ここではこの先行結果を空間3次元のケースへ拡張した。2.自由境界上の表面張力の効果を記述する「ギブス・トムソン則」に基づいた固体・液体相転移現象の数学モデルを扱った。温度が既知(定数)ならば、定常解の幾何学的特徴を捉えた研究報告が幾つかあるが、本年度ではこの仮定を外し、空間2次元の定常解に対する安定性解析を行った。その結果、数学モデルの定常解の安定性を自由境界上の曲率を用いて特徴づけし、ギブス・トムソン則で主張される表面張力の効果が再現されている事を確認した。しかしこの数学モデルには、熱流に時間平滑化の項を組み入れるなど、物理的に不自然な部分も含まれている。このような人工的な要素を取り除いた設定での結果はまだ得られておらず、次年度以降の課題として残されている。3.ギブス・トムソン則をベースに、物質固有の特性を反映する枠組みでの安定性解析にも着手した。その第一歩として、正の定数とされていた表面張力係数を空間変数に依存させ、エネルギー密度に偏りを持たせた新しい数学モデルを構築した。結果として、表面張力係数の表現が定常パターンの形状決定に大きく寄与する事を具体的な形で示した。しかし、この結果は物質の異方性などをカバーするにはまだ不十分であり、過渡的な段階の報告である。次年度以降もこの目標に沿った活動を継続したい。本年度では、前年度で取り組んだ相転移現象を対象とした研究を継続するとともに、地域経済などの社会現象にも考察の範囲を広げ、以下の3つに要約される成果を得た。1.前年度は物質固有の特性を考慮した固体・液体相転移モデルを構築し、定常状態に現れる自由境界のパターンを具体的に例示した。本年度でもこの活動を継続し、各定常パターンが力学系の中で持つ安定性を幾何学的な観点を交えて考察した。今後はより高度な幾何学的測度論の手法を取り入れるなどして数学モデルを見直し、改良した新しい数学モデルに対しても同様の安定性解析を行いたい。2.ソローモデルとして知られる常微分方程式による数学モデルを参考にして、市町村など比較的細かい地域の経済動向の再現を目的とした、偏微分方程式による数学モデルを構築した。地域経済では場所による経済量(パラメータ)の格差がしばしば重視されるため、相転移現象と同様にパラメータの値の分布によって生じる自由境界が考察の鍵となる。しかし物理現象とは違い、経済現象では実験が行えないばかりか、参考データの量もそれほど多くは期待できないため、本研究のような科学的解釈を伴う動向の予測・制御問題が特に重要となる。ここで扱った数学モデルは、経済量の拡散による平均化を重視して導出され、方程式系には非常に強い非線形性が内在する。このため期間中には「時間局所解の存在」など基礎的な部分の成果しか得ることが出来ず、モデル自体の妥当性の検証なども含め多くの課題が残された。3.上記2で扱った数学モデルを再検討し、導出された改良版のモデルに対して2と同様の考察を試みた。その結果、改良版のモデルには時間大城解か一意的に存在し、更に各解軌道は時間大域的に有界であることもわかった。

今後はこの成果を基に、アトラクターを用いた力学系の安定性解析にも取り組みたいと考えている。本年度では、前年度までの研究内容をべースに、より発展的な展望を見据えた研究テーマに取り組んだ。得られた研究成果は、以下2つに要約される。1.前年度における地域経済動向に対する考察の過程で、対象期間によって経済の状況(力学系)そのものが大きく変化している点が新たに指摘された。こうした時間と伴に変動する力学系は時間依存する制約条件付の変分不等式によって生成されるが、現時点ではその取り扱いを可能とする数学理論がまだ十分に整備されていない。経済現象に限らず、同種の変分不等式を研究することによって、貯水ダムや相転移現象に現れる自由境界問題をもカバーする汎用性の高い一般論を構築することが可能である。この様な背景から、ここではひとまず最も簡単と思われる設定での変分不等式を考え、その可能性の検証を行った。更に、力学系が「自励系へ漸近するケース」および「周期的に変動するケース」の2通りの状況を考え、それぞれにおける力学系の大域的安定性に関し、アトラクターを用いた特徴づけを行った。2.固体・液体相転移現象におけるより進んだ現象再現を目標に、Penrose-Fifeが提唱した熱力学的な解釈を用いた熱方程式と、Gibbs-Thomson則に基づいた状態変化に関する特異拡散方程式とを連立させた数学モデル(Penrose-Fife型モデル)を扱った。同時にGibbs-Thomson則に内在する特異性をp-Laplacianによって平滑化した近似問題を考え、近似問題と元々のPenrose-Fife型モデルの双方に対し、解の存在および空間1次元での解の一意性を証明した。今後は空間多次元での解の一意性の検証はもちろんであるが、その先の研究課題である自由境界の形状変化の解析に向け、活動を継続したい。
唐代古噴壁画の転写・輸送・保存修復に関する科学的研究

唐代壁画資料の転写・輸送・保存修復のための基礎データの収集をおこなうと同時に、関連する麦積山や天梯山、柄霊寺などの壁画・塑像資料についても日中共同で現地調査を実施した。中国では、古墳壁画については現地保存が困難で、その多くは現地において転写・輸送され、博物館等において保存修復されている。従来から転写材料として天然高分子材料が使用されていたが、転写前の剥落防止等の事前処置に熱可塑性合成樹脂等を適用することによってより緻密な転写が可能となった。また、転写後の保存修復に用いるバッキング材料は、石膏やFRPが一般的であったが、壁体構造の研究からより湿度環境に対して緩和能力に優れた素材の開発をおこなった結果、エポキシエマルジョン樹脂(サイトFX)に土を混合した素材が、より壁材に近い性質を有することが明らかになった。本研究において、これらのバッキング材料を使用して壁体を復元し、高松塚西壁女子群像や馬球図(映西歴史博物館所蔵)の復元模写を実施し、同時に古代描画法についても検討を加えた。これらの修復材料は、炳霊寺涅槃塑像の欠損部の復元にも利用された。本研究において、壁画資料に赤外線リフレクトグラフィによる調査を実施したところ、内モンゴルの大召寺壁画の彩色下層より文字記号が発見された。これは古代壁画制作技法を解明する上では貴重な発見である。これらの成果が発表された後、中国国内から、相次いで同様な文字記号が発見されだした。また、同時にこれらの壁画よりスマルトが発見されたことも、中国における輸入顔料の歴史的な変遷を知る上では重要となった。(1)唐代壁画の保存修復において適切な保存修復処置を施すには、壁画壁体の構造を明らかにする必要がある。本年度は日本と中国の壁体の比較検討と予備的な調査を行なうために、上淀廃寺より出土した壁画壁体の内部構造をX線コンピュータトモグラフィ(X線CT)による非破壊的調査をおこなった。その結果、層構造と壁体製作時に混入されたスサの形状を明瞭に可視化することが可能となった。X線CTによる壁画壁体の非破壊的内部構造調査は、唐代壁画の保存修復において、壁体製作技法の解明と保存修復法の開発研究に大いに有効であることが明らかとなった。(2)唐墓壁画の中でも晩唐期の壁画は漆喰層も薄く、裏面から新たな材料を用いて補強する必要がある。現在は厚さlcm程度の厚みで漆喰を裏面に施し、さらにガラスクロスを貼りつけて強化し、アルミ製の支持枠を取りつけている。漆喰層の重量や劣化、輸送時の衝撃緩和性などを考慮した場合、新たな材料を用いて補強する技術を開発する必要がある。そこで、透水性と成形性にすぐれ、軽量で十分な強度を発揮する変性エポキシ樹脂と土を混合して板状試片を作製し、漆喰層を施した上に各種顔料を塗布することでテストピースを調製した。西安と奈良において、顔料の変退色調査のための暴露試験を継続中である。(3)中国側研究協力者を招聘し、唐墓壁画の断片の顔料分析を行ない、保存修復の基礎データを蓄積するとともに、唐墓壁画の保存修復に関する検討会を行なった。CGによる画像処理の研究は継続中である。前年度に引き続いて壁画の転写・輸送・保存修復処置のためのデータの収集と実験をおこない、さらに新しい試みとして、復元的模写法の検討とその実施をおこなった。(1)古墳壁画の転写・輸送については、日中共同で現地調査をおこない、従来の天然樹脂に加えて、転写前の仮強化処置として熱可塑性合成樹脂の使用法について検討をおこなった。さらに実験室において中国班による転写資料の保存修復処置をおこない、改良点について検討した。特にバッキング材としての壁体に、より土の性質を保持できるエポキシエマルジョンタイプ系樹脂の使用を検討した。

(2)中国側より提供された壁画片を用いて、高エネルギーX線CTによる非破壊構造調査を実施した。その結果、二層ないし三層構造で壁画壁体が作られている様子が明らかにされた。(3)中国の古墳で発見された唐代の顔料壷に残存していた顔料および壁画片の分析を実施して、唐代壁画顔料と比較検討した。(4)日本において高松塚古墳の西壁女子群像の復元模写をおこない、陜西歴史博物館に輸送した。今後、展示してその経年変化等について調査する予定である。なお、模写にあたっては、エポキシエマルジョンと土を混合して壁体を作り、さらに紙スサ・フノリ等を混合した白土層(二層)を作製した上に模写をおこなった。(5)転写された壁画の保存処理法の開発を進めるいっぽうで、陝西博物館内で中国側と共同で復元模写法の研究と実物の模写を実施し、描画等における技術的検討をおこなった。前年度に引き続いて唐代壁画資料の転写・輸送・保存修復のための基礎データの収集をおこなうと同時に、関連する麦積山や天梯山、炳霊寺などの壁画・塑像資料についても日中共同で現地調査を実施し、壁体の構造、彩色材料等の調査をおこなった。また、今年度は、前年度より継続して、転写・輸送のための保存修復材料として、壁画の層構造の特質を保持できるエポキシエマルジョン樹脂製バッキング材料についての、詳しい使用方法についての検討をおこない、さらに炳霊寺涅槃塑像の復元にも適用を試みた。また、保存修復における復元的研究の一環として、彩色顔料の分析および層構造について調査を継続した。そのなかで、参考とした内モンゴルの大召寺壁画より赤外線リフレクトグラフィによって、顔料下層より文字記号が始めて発見された。これは古代の壁画制作技法を解明する上では貴重な発見であった。また、同時にこれらの壁画よりスマルトが発見されたことも、中国における輸入顔料の歴史的な変遷を知る上では重要である。いっぽう、将来、中国における古墳壁画の現地保存法を検討するため、日中共同で熊本県下をはじめ福岡県、北海道(フゴッペ洞窟、手宮洞窟)などで実施されている現地保存法の実見をおこない、保存環境の諸問題について現地討諭をおこなった。なお、これまで得られた研究成果については、陜西歴史博物館において、奈良文化財研究所・陜西歴史博物館・陜西省考古研究所の共同開催により2日間にわたり研究発表会を開催した。日本からは奈良文化財研究所をはじめ、愛知芸術大学などが参加し、中国からは西北大學をはじめ文物研究所などの参加を得た。
高齢期の社会的孤立とそのライフコース的要因に関する量的・質的分析

人間の社会関係上の支援を重要な課題とする社会福祉にとって重要な課題である高齢期の社会的孤立の実状とそのライフコース上の要因の解明を研究目的とした。厳密な操作的基準に基づき大都市における高齢者の社会的孤立の発現率の推計とその基本的特徴を明らかにしたこと、また高齢期の社会的孤立のライフコース上の要因に関しては、「ライフコースを通じての不利の累積仮説」が長期孤立に関しては追認できたが、高齢期になってからの短期孤立については支持されないことが検証された。平成19年度には、社会的孤立の概念の操作化の方法を中心にした文献レビューを踏まえて、一人暮らし高齢者を対象にした訪問面接調査を、東京都板橋区で実施した。同区内の町丁目を地域特性によって4地域に分類し、そこに居住する一人暮らし高齢者を選挙人名簿から系統抽出法を用いて抽出し、3,080名を対象にした。面接の過程で実際には一人暮らしでないことが分かった516名を除き、1,221名から有効回答(回収率47.6%)を得た。回答者の平均年齢は75.1歳、性別は男性が27.0%(330名)、女性が73.0%(891名)であり、現在、収入になる仕事をしている人は19.9%(243名)であった。社会的孤立状態を操作的に把握するために、回答者に、家族、友人や近所の人を含めて「親しくしている人」を最大で10名まで挙げてもらい、その1人ひとりについて、現在の交流の様態をたずねた。孤立状態の操作的基準として、親しい人が1人もいない場合を「極端な孤立」、1人以上いるがその人たちとの対面接触頻度と非対面接触頻度のいずれもが月に1回程度以下の場合を「やや孤立」とした。その結果、一人暮らし高齢者全体に占める「極端な孤立」の発現率は3.4%(40名)、「やや孤立」のそれは7.1%(85名)であった。この発現率に基づいて板橋区で孤立状態(極端な孤立+やや孤立)にある一人暮らし高齢者数を推計すると、2,0402,830名であることが明らかになった。孤立状態にある高齢者には、男性が多く、低所得者が多いことが確認された。平成20年度には、上記の調査結果の詳細な統計分析を行うとともに、ソーシャルワーク的なニーズアセスメントとそのニーズに対する援助方法について、援助事例の質的分析を行い、必要な福祉的施策・援助と関連づけて総合的に整理し、研究全体の成果をまとめる。本年度は、はじめに、昨年度に実施した東京都板橋区に居住する一人暮らし高齢者を対象にした訪問面接調査(有効回答票1,391:有効回収率47.9%)の追加分析を行った。ライフコース上の要因として、配偶者、子ども、自分の親、きょうだい、配偶者の親・親戚と別居した時期についてクラスター分析を行い、高齢者の一人暮らしに至る主要な経緯を5つに分類した(配偶者同居型、親戚同居型、配偶者・子早期別居型、子どもなし型、長期一人暮らし型)。その結果、一人暮らし高齢者のなかでも、一人暮らしに至る経緯によって、所得や資産だけでなく、住環境、健康、社会参加や社会的孤立の問題においても格差が存在していることが明らかにされた。とくに、「長期一人暮らし型」と「子どもなし型」は、低所得の人、劣悪な住環境にある人、地域活動等に不参加の人、孤立状態(親族を含め、他者との対面・非対面接触頻度が月に1回程度以下)に該当する人の割合が高くなっていた。一方、事例調査は、板橋区と練馬区にある高齢者向け住宅等に住む一人暮らし高齢者46名を対象に行った。その結果、高齢者の社会的孤立は、幼少期の親との死別に始まり、低学歴や家出、不安定職への従事、離婚、失業など、生涯を通じた累積的な不利によって現在に至った長期的な孤立とあわせて、高齢期からの短期的な孤立があることが明らかになった。また、短期的な孤立のなかでも、加齢に伴って普遍的に経験する健康状態の悪化や家族・友人等との死別による孤立と、高齢期の離婚や破産などの特定のライフイベントの経験による孤立があることが分かった。
樹状構造をつくる血管内皮細胞の集合運動とその制御システム

本年度は、血管伸長時の血管内皮細胞動態とその制御システムを体系的に理解していくために、その数理モデル化を進めた。タイムラプス観察から捉えられた細胞運動動態に基づき、血管伸長時の細胞運動の状態を方向性(前・後)とスピード(速い・遅い)で規定し、それらの状態が確率的に遷移するエージェントベースの一次元離散モデルを組んだ。重要な血管伸長因子VEGFによる血管伸長をシミュレーションした結果、この単純な組み込み仮定によってVEGFによる血管伸長とその際の細胞動態の特徴をある程度再現できた。さらに、それぞれの運動状態の細胞分布密度の変化を移流項、反応項で表した4連の連立偏微分方程式として書くことで、モデルの支配方程式を導出できた。しかし、同モデルでは先端の入れ替わりなど先端部分の動態の再現が不十分であった。そこで、先端の細胞挙動を規定する仮定をさらに組み込んだいくつかのモデルを試行した。結果、先端になった細胞はある一定時間経過した場合その動きを止めるという仮定を組み込むと先端部分の細胞動態をより再現できた。このモデル化のプロセスより、先端細胞の挙動は他の細胞に比し確率論的に説明できる部分は少なく、その多くは決定論的に制御されていると考えられた。また、血管壁細胞との細胞間相互作用により血管内皮細胞動態を制御する機序を検討すべく、壁細胞選択的な遺伝子操作が可能となるノックインマウス(ETAR::CreERT2)を樹立した。今後、レポーターマウスとの交配により壁細胞動態の可視化、また、ジフテリア毒素受容体を発現させるマウス(iDTR)と交配させ時間特異的な壁細胞除去を行うことで、壁細胞の重要性を検討する。以上の成果を発展させていくことで、場との対話により個々の血管内皮細胞動態が制御され、そこで獲得した秩序ある集団としてのふるまいがいかに血管のかたちへ繋がるか統合的に理解できると考えられる。24年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、血管内皮細胞が樹状様のネットワーク構造をとる過程の細胞動態とその制御メカニズムに関して、新しい重要な知見が得られた。具体的には、出芽的血管新生過程を模す培養モデルにおいて、血管内皮細胞動態を観察した結果、血管の伸長や分岐形成を担う細胞動態を捉えることができ、その動態はこれまでの想定以上に極めて複雑であることが分かった。細胞の相対的位置関係を経時的に変化させることで細胞が位置的に混ざり合いながら(細胞の混ざり合い現象)、しかし全体としては秩序だった樹状形態をとった。また、これまで特別な細胞と位置づけられてきた先端細胞に関しても同様に入れ替わりが起きていることも見いだした(先端細胞の入れ替わり現象)。さらに、マウス網膜血管新生において同様の現象が生じていることも分かった。また、薬理学的実験、細胞動態と血管形態の定量解析から血管内皮細胞動態を支配する分子実態の一端を明らかした。血管新生促進因子VEGFは、血管内皮細胞の平均速度の増加や方向性運動の質的な向上、さらに先端細胞の遊走距離の増加を介して、血管伸長に対して促進的に作用していること、VEGFによる血管伸長の一部は、D114-Notchシグナルを介した内皮細胞間相互作用により負に制御されて、また内皮細胞-壁細胞間の相互作用により正に制御されていることが分かった。さらに、得られた細胞動態の特性に基づき、血管伸長現象を説明できる基礎となるモデルを新しく構築した。細胞の運動性と先端細胞の挙動を規定する簡単な規則をモデルに組み込むことで、血管伸長とその際の細胞動態をある程度再現できることが解ってきた。以上の成果により、今後、個々の血管内皮細胞のふるまいが血管の"かたち"へ、いかに繋がるのかを統合的に理解できると考えられる。

24年度が最終年度であるため、記入しない。本年度の当初の研究計画の中心に掲げていた、1)血管新生モデルにおける血管内皮細胞動態の同定と定量的評価、2)実際の細胞動態に基づく数理モデルの構築、3)薬理学的実験によるモデルの検証と修正、その過程における血管新生メカニズムの解析に関しては十分達成されている。次年度に使用予定の遺伝子改変マウスも、現在個体を樹立中であり、当初の計画は達成されている。今後、本年度の成果を基礎に、血管内皮細胞動態の制御メカニズム、特に血管内皮細胞-壁細胞間相互作用による制御とその分子実態に関して、現在準備中もしくはこれから樹立する遺伝子改変マウスを使いながら、タイムラプスライブイメージング、コンピュータによる定量解析、マウス個体での検証、薬理学的介入、および数理生物学的手法を用いた検討により、これまでと同様に解析する。また、実細胞動態に基づき、血管伸長過程を説明する新たなモデルを提示する。