hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
地球内部電磁流体現象に関する数値計算技法の開発

地球などの天体の磁場生成のメカニズムの研究をするとき,磁場・速度場が非線型方程式の連立解として与えられること,本質的に3次元の計算が必要となることのため,解析的取扱いと数値計算が共に極めて困難である.更に,従来行われてきた天体磁場生成に関するシミュレ-ションの計算方法(固有関数展開方法)では,固有関数評価に相当の手間がかかり,膨大な計算時間が必要とされてきた.本研究では,θ,r方向にはスプライン法,φ方向にはスペクトル法による微分評価を行い,3次元球座標格子上の電磁流体力学計算を行うスキ-ムを開発した.このスキ-ムは物理量の空間微分の評価において,固有関数展開法と同程度の精度を維持しながら,計算時間を短縮できるという利点がある.計算スキ-ムがダイナモ問題に応用できるためには,(1)球面の境界条件を正確に扱うこと,(2)特に真空中のポテンシャル磁場と滑らかに接続することができることが必要であるが,本研究で開発したスキ-ムはこれらの要請を満たしている.開発したスキ-ムをテストするため,上記と同じ要請を持つがダイナモよりは容易な問題として,太陽風ー非磁化惑星(金星・火星)・衛星(月)相互作用の問題を扱いスキ-ムの有効性を確認した.この問題の場合,中心には電気伝導度有限の惑星・月中心核があり,電気伝導度の非常に低い地殻(電磁気学的には真空)を隔てて電気伝導度の高い磁化プラズマが流れている.太陽風に流されてきた惑星間空間磁場は真空層を貫き中心核と相互作用を始める.特に月の場合,このような描像はアポロによる探査の時代から知られていたが,3次元計算の困難のため,完全な解は知られていなかった.本研究で得た計算結果はまだ予備的なものだが,今後より現実的なパラメタのもとでの計算を行うことにより,月の構造などについても新しい知見が得られる可能性がある.地球などの天体の磁場生成のメカニズムの研究をするとき,磁場・速度場が非線型方程式の連立解として与えられること,本質的に3次元の計算が必要となることのため,解析的取扱いと数値計算が共に極めて困難である.更に,従来行われてきた天体磁場生成に関するシミュレ-ションの計算方法(固有関数展開方法)では,固有関数評価に相当の手間がかかり,膨大な計算時間が必要とされてきた.本研究では,θ,r方向にはスプライン法,φ方向にはスペクトル法による微分評価を行い,3次元球座標格子上の電磁流体力学計算を行うスキ-ムを開発した.このスキ-ムは物理量の空間微分の評価において,固有関数展開法と同程度の精度を維持しながら,計算時間を短縮できるという利点がある.計算スキ-ムがダイナモ問題に応用できるためには,(1)球面の境界条件を正確に扱うこと,(2)特に真空中のポテンシャル磁場と滑らかに接続することができることが必要であるが,本研究で開発したスキ-ムはこれらの要請を満たしている.開発したスキ-ムをテストするため,上記と同じ要請を持つがダイナモよりは容易な問題として,太陽風ー非磁化惑星(金星・火星)・衛星(月)相互作用の問題を扱いスキ-ムの有効性を確認した.この問題の場合,中心には電気伝導度有限の惑星・月中心核があり,電気伝導度の非常に低い地殻(電磁気学的には真空)を隔てて電気伝導度の高い磁化プラズマが流れている.太陽風に流されてきた惑星間空間磁場は真空層を貫き中心核と相互作用を始める.特に月の場合,このような描像はアポロによる探査の時代から知られていたが,3次元計算の困難のため,完全な解は知られていなかった.本研究で得た計算結果はまだ予備的なものだが,今後より現実的なパラメタのもとでの計算を行うことにより,月の構造などについても新しい知見が得られる可能性がある.
抗酸菌のmacrophage内殺菌機構回避メカニズムの解明

macrophage内に貪食された抗酸菌がストレス蛋白を合成し種々の殺菌機序を回避している可能性につき検討を行なった。ヒト末梢血より密度法により単核球成分を分離し、ヒトAB型血清を含むRPMI1640培地中で2時間培養後、非付着細胞を洗浄除去しヒト単球由来のmacrophageの単層培養とする。over night培養後の細胞に、当教室で開発し維持しているM.avium complex(MAC)強毒株31F093Tを1細胞当り10CFU感染させた。6時間CO_2 incubatorで培養後、培地で洗浄し細胞外の抗酸菌を除去し更に96時間培養した。超音波破砕器を用いて細胞のみを破壊し抗酸菌を採取し、、ガラスビーズ、lyxozyme、proteinase-Kを用いて抗酸菌を破壊後AGPC法によりRNAを抽出した。抽出したRNAよりreverse transcriptaseを用いてcDNAを合成し、6KD抗原をcodeするgeneに特異的なprimerを用いてPCR法によリ383bpの遺伝子配列を増幅し電気泳動により検出した。また、細胞外の抗酸菌についても、同様の処理を行ないRNAを抽出し、65kD抗原をcodeするgeneのmRNAの有無を検出した。その結果、細胞に貪食されていない状態の抗酸菌では65kD抗原の合成を示すmRNAの存在が示されたが、逆に細胞に貪食された抗酸菌では65kD抗原の合成を示すmRNAの存在を検出できなかった。細胞内で抗酸菌は種々のストレスに対し各種の蛋白を合成し対処していると考えられるが、今回の検討では、65kD抗原の細胞内での合成を示す所見は得られなかった。今後は更にhsp familyに属する他の蛋白質についても同様の検討を行なう必要があると考えられた。
鶏Fas抗原遺伝子のフローニングによるマレック病ワクチンの作用機序の解明

現在鶏Fas遺伝子のクローニングを進めている。2日齢鶏の胸腺よりフェノール・グアニジン法により調製したRNAを用いてcDNAライブラリーを調製した。ライブラリーの作成には発現ファージベクターであるλEX/loxを用いた。このライブラリをジゴキシゲン(DIG)標識したマウスFas cDNAを用いてプラークハイブリダイゼーションによりスクリーニングして(約400,000プラーク)鶏Fas遺伝子cDNAのクローニングを試みた。ハイブリダイゼーションの条件はFas遺伝子が既にクローニングされているヒト、マウス、ラットにおいてもお互いの相同性約65%と低く、鶏ではさらに相同性が低いことが予想され、約55%の相同性を想定した。スクリーニングの結果、数種類の陽性クローンが得られ、2次および3次クローニングを行い、最終的に5個のcDNAクローンを得た。また同時に上記の方法で鶏胸腺の他、脾臓、マレック病腫瘍由来株化細胞(MSB1)よりcDNAを調製して、ヒト、ラット、マウスFas遺伝子で相同性の高い塩基配列よりデザインしたプライマー(5′-GACCCAGAATACCAAGT-3′及び5′-TTCTGCTGTGTCTTGGA-3′)を用いてPCR法により鶏Fas遺伝子の増幅を試みた。その結果、サイズの異なる3種類の特異的バンド(約700300塩基対)が得られ、これらをpGEM-Tベクターに組み込んだ。今後、これらの塩基配列を決定するとともに、これらのクローンをプローブとしてFas遺伝子の完全長を含むcDNAクローンをライブラリーよりスクリーニングする予定である。さらにゲノムを用いたPCR法によるクローニングも行っている。
戦後日本の科学界における素粒子論グループ・基礎物理学研究所の役割に関する研究

本研究では、素粒子論グループ(以下、素G)と京都大学基礎物理学研究所(以下、基研)を歴史的に取り扱い、戦後日本の物理学界および科学界の発展との関係を分析して、次の点を明らかにした。(1)湯川記念館・基研の設立をめぐる素Gには「世代」に根ざした異質な精神面が共存していた。(2)基研の歴史的背景では、戦前・戦中の理研・仁科研や中間子討論会の活動に加えて、三村剛昻らの波動幾何学の研究活動やそれに関連する理論物理学研究所の動向も重要な背景となっていた。(3)素Gの活動は研究の民主化を進めるなかで、基研の研究制度の構築に深く関わり、国内外に影響を与える全国共同利用制の研究所の源流に関与した。本研究は、素粒子論グループ(以下、素論G)と彼らの活動と深い関係をもつ京都大学基礎物理学研究所(以下、基研)を、歴史的に調査、分析し、戦後日本の物理学界の発展との関係、さらに日本科学界全体に与えた影響を明らかにするものである。この研究の目的に照らし、平成24年度では、『素粒子論グループ事務局報』への調査、基研の元所長や関係者へのインタビューを実施する予定であったが、基研の地下室に収められていた広島大学理論物理学研究所(以下、理論研:1944年設立、1990年基研と合併)の関連資料を見出し、それに関する調査、分析を主に進めることになった。理論研設立の中心人物となったのは理論研初代所長の三村剛昂(1898-1965)である。彼は、戦前から戦後にかけて素論Gと交わり、湯川秀樹のノーベル章受賞後に湯川記念館が設立される過程や湯川記念館および初期の基研の運営において大きな役割を担った(『基研案内』(1958年)、小林稔の発言(『自然』1957年1月号、38頁))。さらに、素論Gや基研への重要な系譜となった「組織の芽」には、理化学研究所の仁科芳雄研究室を中心に活動していた「中間子討論会」だけでなく、三村を中心とする学術研究会議の「基礎理論班」も加えられている(『基研案内』、16頁)。こうした点から、素論Gから基研設立への流れにとって、三村と理論研関係者は脇役ではなく、主な源泉の一つとみなすのが適当だろう。本年度の研究では、仁科、湯川、朝永、坂田らの系譜を素論Gから基研設立への唯一の大きな流れと考えるのではなく、三村らの動向も重要な系譜として位置づけるための分析の準備作業を行った。その成果の一部は、日本物理学会第68回年次大会(2013年3月)での三村に関する展示パネル内容によって示された。本研究は、素粒子論グループ(以下、素論G)と彼らの活動と深い関係をもつ京都大学基礎物理学研究所(以下、基研)を、歴史的に調査、分析し、戦後日本の物理学界の発展との関係、さらに日本の科学界全体に与えた影響を明らかにするものである。この研究の目的に照らし、平成25年度の当初の研究計画のうち、小沼通二氏、田中正氏、九後太一氏、早川尚男氏らの基研関係者への聞き取り、California大学Santa Barbara校のKavli理論物理学研究所への訪問および当研究所の運営に関する聞き取りなどを実施した。とくに、Kavli研究所に関しては、基研関係者から聞かれる、研究会運営制度における基研とKavli研究所との歴史的つながりを現地の聞き取りでは確認できず、基研関係者の見解と相違が見られることが分かった。また、平成24年度に取り組んだ、素論Gの一員だった三村剛昂と広島大学理論物理学研究所(以下、理論研)に関する史料の調査・分析も継続して行った。その眼目は、『基研案内』にあるように、理論研関連の科学活動が基研設立の主な源流の一つと考えられるからであり、さらに、これまで十分でなかった理論研の設置やその背景に対する分析を進展させることにあった。これらに関する調査・分析の結果、戦局悪化の進む1944年8月の理論研の設置はこれまで「異例」とされていたが、1944年を過ぎた時点でも、決戦体制に向けた科学動員において、軍事的応用を求める諸課題だけが最優先されたのではなく、軍事的応用研究に直結するとは一見思えない基礎研究を取り込んだ「数学・物理」分野の戦時研究課題が重視された傾向も見られたのであり、科学技術動員体制が激しく進行するなかだったからこそ、理論研のような研究所の設置が認められたとも考えられることが分かった。

本研究は、素粒子論グループと彼らの活動と深い関係をもつ京大基礎物理学研究所(以下、基研)を、歴史的に調査、分析し、戦後日本の物理学界の発展との関係、さらに日本科学界全体に与えた影響を明らかにするものである。この研究の目的に照らし、平成23年度においては、湯川記念館(1952年設立)、続く基研(1953年設立)の運営会議、研究部員会議の報告を掲載している『素粒子論グループ事務局報』(1952年)を分析した。この分析を通して、湯川記念館(以下、記念館)の設立に際して、設立の原動力となった素粒子論グループのなかに「世代」に根ざした異質な精神面が共存していたことを明らかにした。湯川秀樹や朝永振一郎らの素粒子論グループの「ボス」世代は、「コペンハーゲン精神」や理研の「自由」な雰囲気といった戦前からの伝統の復活を、記念館に期待したのに対して、早川幸男や山口嘉夫らの「若手」世代は、戦後の経済的困窮状態にあった研究環境にからむ諸課題の解消を、記念館に求めたのであった。これらの精神面の共存は、記念館設立に対する異なる役割に現れ、かつ、戦前のよき伝統を体現する理想と、戦後の苦境に対応する現実策を記念館に注入することにつながり、共同利用研としての記念館・基研の精神的および物質的基盤を形作ったのである。つまり、素粒子論グループの「世代」に根ざす異なる精神面の共存は、戦後日本の新しい研究制度の一つ、共同利用研の設立に影響を与えたといえるのである。また、高岩義信氏らの基盤研究(A)「湯川・朝永・坂田記念史料の整理および史料記述データベースの整理」(2008-2010年度)の研究成果を活用するために、湯川記念館および名古屋大学坂田記念史料室を訪問し、史料の現況確認を行った。本研究は、素粒子論グループ(以下、素粒子論G)と彼らの活動と深い関係をもつ京都大学基礎物理学研究所(以下、基研)を、歴史的に調査、分析し、戦後日本の物理学界の発展との関係、さらに日本科学界全体に与えた影響を明らかにするものである。この研究の目的に照らして、平成26年度ではこれまでの調査の補足、分析のまとめ作業を行った。重視した点は、基研の設立前後の系譜を考察するのに重要と考えらる、広島文理科大学理論物理学研究所(以下、理論研)の戦中の展開、California大学Santa Barbara校のKavli理論物理学研究所(以下、Kavli研)と基研の歴史的関係である。平成25年度からの継続研究であるこの二点について、平成26年度では次のように分析を深めた。前者については、基礎研究を取り込んだ「数学・物理」分野の戦時研究課題に重きが置かれる政策下で理論研が設立されたという見方に加えて、国体論の設置や理科系教員の養成、戦時下の特別科学教育などにかかる広島文理科大学の存在感や、三村剛昻を中心とする波動幾何学グループの一部メンバーの国粋主義的思想(例:岩付寅之助『日本科学道』)などの影響も勘案して、理論研の設立を考察した。他方、こうした点は素粒子論Gの湯川・朝永たちの戦時の動向とは一線を画するところがあり、戦中の広島の理論研設立の特異性、それに対する戦後の基研設立の特徴を確認できた。後者については、研究会運営制度に関する基研とKavli研の歴史的関係をKavli研関係者は否定しているが、1970年代末に設立されたKavli研と類似な研究会制度が1950年代の基研に築かれていたという点は注目に値する。また、基研の研究会制度が国内に向けられたものに対して、Kavli研の制度は国内外に向けられた国際的制度と言えるため、時代の変化にともなう研究会制度の発展の各段階ととらえられる。
ディスクリプタ方程式表現を活かした制御問題の解法

ディスクリプタ方程式表現は,動的システムの数式モデルとして,物理情報を保存し,かつ,静的拘束条件を動的要素と共に複雑な変換なしに記述できるものである.そのモデル表現の特徴を活かせるよう,制御器構成のための条件式に制御対象の物理パラメータが変換されることなくそのまま現れるような制御問題の解法を提案した.条件式は数値的に解くことができ,得られた解から制御器が構成でき,例題によって提案法の有効性を検証した.ディスクリプタ方程式表現は,動的システムの数式モデルとして,物理情報を保存し,かつ,静的拘束条件を動的要素と共に複雑な変換なしに記述できるものである.そのモデル表現の特徴を活かせるよう,制御器構成のための条件式に制御対象の物理パラメータが変換されることなくそのまま現れるような制御問題の解法を提案した.条件式は数値的に解くことができ,得られた解から制御器が構成でき,例題によって提案法の有効性を検証した.ディスクリプタ方程式表現は,変数変換や逆変換等の複雑な変換を用いることなく対象システムを数式表現でき,かっ,静的拘束条件を動的要素と共に記述できるという特徴をもっている.すなわち,従来からよく用いられてきた状態方程式表現に比べ,ディスクリプタ方程式表現はより柔軟で高い記述能力を有している.本研究では,このようなディスクリプタ方程式表現の特徴を活かし,さまざまな制御問題をディスクリプタシステムの安定化問題と捉え,その解法を提案することを目的とし,当該年度において,以下の成果を得た.1.線形時変ディスクリプタシステムに対して,安定条件とディスクリプタ変数フィードバックによる安定化可能条件を微分LMI(線形行列不等式)により必要十分条件として導出し,さらに,安定化ディスクリプタ変数フィードバック制御器を与えた.微分LMIの一般的な数値計算法は未だに開発されていないため,微分LMIの一解法を例題によって示し,本手法の有効性を検証した.2.線形時変ディスクリプタシステムに対して,動的な出力フィードバック制御器による安定化可能条件を微分LMIにより必要十分条件として導出し,制御器構成法を与え,例題によりその有効性を検証した.3.線形時変ディスクリプタシステムに対するH ∞制御問題の解法を微分LMIによって与えた.4.一般的なシステムにおける指数安定性の概念を見直し,減衰速度を考慮に入れた新たな安定性の概念(λ安定性)を提案し,そのための条件を導出し,例題によりその効果を示した.制御対象の数式モデルであるディスクリプタ方程式表現は,適切に変数を選ぶことで,物理的な関係式を並べるだけで得られる.そのため,変数変換や逆変換等の複雑な変換を用いることなくパラメータ構造を保持でき,かつ,静的拘束条件を動的要素と共に記述できるという特徴を持っている.このような特徴を活かし,制御仕様を方程式表現内に含め,制御問題を安定化問題に帰着させる解法の提案を目指し,本年度はつぎの研究成果を得た.1. λ漸近安定性の概念の導入とλ安定化条件の導出:動的システムの解が指定したスピードで注目する平衡点へ収束するというλ漸近安定性、の概念の導入と平衡点がλ漸近安定となる時変制御器設計法を導出した.そして,その設計法の有効性を例題により検証した.2.状態方程式制御器設計法の提案:制御対象がディスクリプタ方程式で表されていても,動的制御器は実装を考慮すると状態方程式表現されるべきである.そこで,ディスクリプタ表現を介さず直接的に状態方程式制御器を設計する方法を提案した.安定化とH_∞制御問題に対する状態方程式制御器を線形行列不等式(LMI)の解によって構成し,その有効性を例題で検証した.ディスクリプタ方程式表現は制御対象の数式モデルとして,変数変換や逆変換等の複雑な変換を用いることなく,制御対象が有する物理情報であるパラメータ構造をそのまま表すことができ,かつ,静的拘束条件を動的要素と共に記述できるという特徴をもっている.すなわち,状態方程式表現に比べ,ディスクリプタ方程式表現はより柔軟で高い記述能力を有している.このような特徴に注目し,制御目的・制御仕様を制御系に対する拘束条件と安定性の要求と捉え,このような拘束条件をディスクリプタ方程式表現内に含めた拡大ディスクリプタシステムの安定化問題に制御問題を帰着させる解法の提案をめざし、以下の成果を得た.1.時間依存多目的制御:制御系の振る舞いが指定したスピード(非指数関数オーダー)で平衡点へと収束し,かつ,指定ノルム上界を満たす多目的制御のための時変制御器設計法を導出し,その有効性を例題により検証した.2.状態方程式制御器設計法の確立:ディスクリプタ方程式表現された制御対象であっても,動的制御器は実装を考慮すると状態方程式表現されるべきである.そこで,ディスクリプタ表現を介さず状態方程式制御器を設計する方法を導出した.前年度の成果に加え,制御対象がプロパーな場合も含め,制御系の安定化とH∞制御問題に対する状態方程式制御器を線形行列不等式(LMI)の解によって構成する方法を確立した.
高エネルギー粒子を弁別して検出する特性を持つカラー写真を用いた放射線検出器の開発

銀塩感光材料を用いて、高エネルギー荷電粒子の検出と弁別を試みた。荷電粒子の弁別には古くから銀塩感光材料が用いられてきているが、銀塩感光材料そのものとその現像処理法との改良により、放射線検出、特に高エネルギー荷電粒子の飛跡検出と、そこからの精細な粒子弁別の改良を試み、(1);カラー現像法を用いた特性の異なる放射線の色分け検出、(2);金沈着現像法を用いた精細飛跡検出、(3);プラスチック飛跡検出器CR-39とのハイブリッド飛跡検出システムの構築、の3つの方法を試し、次のような成果が得られた。(1);サイズと感度の特性の異なる写真乳剤を、異なる発色をするように多層に塗布したフィルムで、種類・特性の異なる放射線を、異なる色で発色させて表示することにより、1枚のフィルム上で色の違いとして検出することができた。(2);金沈着現像法を飛跡検出に適用することにより、より精細な飛跡像が得られた。グレインデンシティ測定に適用したところ、従来の現像法と比べて測定精度が向上した。また有害な廃液の排出が大きく抑えられた。さらに、金沈着現像法の改良を行い、金微粒子の調製条件を解明した。高解豫度像が得られることからホログラム記録にも可能であることが示された。(3);ハイブリッド検出システムを構築して、核破砕反応の解析を試みた。重粒子線ガン治療においては核破砕反応による被爆量の測定が必須であり、そのためには、破砕片を個々に検出して、同定する検出器が必要である。CR-39と銀塩感光材料の長所を活かすことにより、個々の破砕片の検出・同定が可能なことが示された。銀塩写真感光材料での放射線の検出に対して種々の現像法を試み、各方法の得失を比較した。通常の白黒現像法は、現像銀粒子がフィラメント状になるため像がぼやけること、現像液にハイドロキノンなどの有害な現像薬品を含むので、取扱や廃液処理に問題があるので、これに代わる現像法として、金沈着現像法を開発した。これは感光したハロゲン化銀粒子を現像により還元する代わりに、1価の金イオンの不均化反応を利用して金微粒子を沈着させ、金微粒子からなる飛跡の写真像を観察するものである。沈着条件を種々探求して、その改良により明瞭な放射線飛跡の像を得ることができた。この方法は(1):より高解像度で放射線飛跡の像を得ることができる、(2):飛跡のサイズがハロゲン化銀粒子サイズに依存しないので、感光材料の選択の幅が広がる、(3):有害な現像薬品を含まないので、写真廃液の処理が容易となる、などの利点がある。金沈着現像法の原子核乳剤への適用はまだ報告例が無く、高解像度という写真感光材料の特質を活かし、欠点を克服する新しい処理法となる可能性がある。一方、放射線検出器として各種の条件で自製塗布カラー感光材料を製作した。しかしこれらの多くは現像処理中に乳剤膜が剥離するという問題を生じたので、その改善を試みた。発色現像の後の漂白定着の処理中に剥離しやすいことが判明したので、この間に硬膜処理を導入する手法を採用した。各種硬膜法を試みた結果、現像後濃酢酸で処理することにより剥離が防止され、安定したカラー現像処理が可能となって、カラー写真を用いた放射線検出器の開発への問題点の一つが解決された。銀塩感光材料が放射線検出にも感光することを応用して、高エネルギー荷電粒子の弁別を試みた。高エネルギーの炭素イオンなどのビームはガン治療に用いられるが、これらのイオンビームは核破砕反応で生じた破砕片による被爆を生じる。

その反応の詳細が明らかでないため、被爆線量の正確な推定が困難である。破砕片である高エネルギー荷電粒子を個々に検出して、その種類やエネルギーを同定することが求められている。高エネルギー荷電粒子の弁別は銀塩感光材料とCR-39などのプラスチック飛跡検出器が主に用いられているが、両者一長一短がある。銀塩感光材料はすべての荷電粒子を検出できるが、重い粒子の弁別能が悪く、一方、CR-39は分解能は高いが、軽い粒子は検出不可能である。ここでは両者を組み合わせて使用し、両者から得られるデータを総合することにより、炭素イオンビームとその破砕片からなる荷電粒子の弁別を試みた。両者を精密に重ね合わせて、そこへ加速器からの290MeVの炭素イオンとその破砕片を照射した。両者に記録された荷電粒子飛跡の画像を解析し、affine変換の手法で両者の飛跡の座標の対応付けを行った。CR-39上のエッチピットサイズ測定でC、B、Beのイオンが弁別された。銀塩感光材料上の飛跡で、CR-39上の飛跡と対応がつくものを除くと、これはCr-39に記録されないH、He、Liの飛跡となる。この飛跡の写真乳剤膜中の体積を計測し、その分布をとると、2つのピークと1つの肩が検出された。これはそれぞれH、He、Liの飛跡に対応すると考えられ、その同定を試みている。昨年に引き続き、銀塩感光材料飛跡の分解能の向上を目的として、金沈着現像法も試みた。CとHの飛跡についての分解能を,グレインデンシティや飛跡体積で測定したところ、従来の現像法より分解能が向上し、同定能力が高まることが確認された。金沈着現像法などの銀塩感光材料の分解能を高める改良を進めることにより、銀塩感光材料とCR-39とのハイブリッド測定系での全荷電粒子の弁別への展望が開けた。銀塩感光材料を用いて、高エネルギー荷電粒子の検出と弁別を試みた。重粒子線ガン治療における高エネルギー粒子の核破砕反応と、それによる被爆の解析には、破砕片を個々に検出して、同定することが必須である。高エネルギー荷電粒子の弁別には古くから銀塩感光材料が用いられてきた。ここでは銀塩感光材料そのものとその現像処理法との改良により、荷電粒子の精細な弁別を試みた。銀塩感光材料による放射線検出には、(1).フィラメント状銀粒子の形成による飛跡像のぼけ、(2).解像度向上に伴う光学顕微鏡分解能以下の細い飛跡像の出現、(3).現像処理液での有害な薬品の使用などの欠点がある。これらの欠点改良のため、金沈着現像法を適用した。この方法では放射線の感光部に金原子を析出させて金微粒子で飛跡を形成するが、金微粒子はフィラメント状にならず、サイズコントロールが可能なので飛跡像サイズのコントロールも可能であり、現像液には有害薬品を含まないなどの長所がある。グレインデンシティやUTS測定に適用したところ、従来の現像法と比べて測定精度が向上した。また、ハロゲン化銀粒子粒径を段階的に変化させて、エネルギーロスを段階的に減少させることにより、荷電粒子の電荷とエネルギーの違いを反映した検出限界を持つ感光材料システムの可能性を探った。粒径と現像法を変えることで、荷電粒子の検出限界を段階的に変えることができ、これより全荷電粒子の弁別への展望が開けた。さらに、カラー現像を用いた色分け弁別を試みた。カラー現像処理の工程で漂白処理を除外することで、現像銀と色素雲の形成を同時に行い、現像銀像で飛跡の精細さを保持するとともに、現像銀粒子を色素雲で着色することで現像銀の区別を図り、グレインデンシティの精細な測定を可能にした。
鎖骨頭蓋異形成症の矯正的歯の移動遅延の病態解明に向けたアポトーシスに関する研究

runx2/cbfa1は骨芽細胞分化の転写因子として同定された遺伝子で、そのヘテロ欠損はヒトにおいては鎖骨頭蓋異形成症を発症させる。鎖骨頭蓋異形成症患者は矯正治療時に歯の動きが遅延することが知られているが,その原因は明らかではない。本研究は鎖骨頭蓋異形成症モデルマウスであるrunx2ヘテロ欠損マウスを用いて,鎖骨頭蓋異形成症患者の歯の移動が遅延する原因について分子生物学的に検討した。マウス実験的歯の移動モデルを確立するために、マウスの上顎切歯に直径0.012インチのニッケル・チタン製ワイヤーをレジン接着し、上顎右側第一臼歯を移動させた。実験的歯の移動開始から、12時間、1,3,7,14,21日後に腹腔内ペンドバルビタールナトリウム麻酔下で、シリコン印象剤を用い上顎印象を採取した。これに超硬石膏を注入し、得られた模型上でデジタルノギスを用いて、上顎両側第一臼歯口蓋咬頭間距離を計測し、歯の移動量を計測した。また、実験的歯の移動によって生じるメカニカルストレスは、破骨細胞を誘導し、骨の吸収を促進することが知られている。そこで酒石酸耐性酸ホスファターゼ(TRAP)染色によって、圧迫側での破骨細胞数の計測を行った。その結果,runx2ヘテロ欠損マウスでは,移動開始から7日以降で歯の移動が、野生型マウスより遅延していた。また、ヘテロ欠損マウスでは圧迫側の破骨細胞数が野生型に比較して減少していた。以上より、runx2ヘテロ欠損は圧迫側において破骨細胞の出現を減少させることが明らかとなった。その結果、runx2ヘテロ欠損マウスにおいて歯の移動が遅延することが示唆された。
共生窒素固定機能を制御する宿主植物遺伝子のクローニング

根粒菌は、マメ科植物に共生し空中窒素を固定する。このような根粒菌の共生窒素固定機能は、宿主植物の遺伝子によって制御されている。共生窒素固定機能を制御する宿主植物遺伝子を単離することを目指し、マメ科のモデル植物であるミヤコグサの窒素固定機能を失ったFix-変異体を作出し、それらの中から新規のFix-変異体を選抜し、原因遺伝子のクローニングを行った。その結果、5系統の新規のFix-変異体が単離された。さらに、そのうちの一つの変異体の原因遺伝子が同定された。ポジショナルクローニング法により共生窒素固定機能を制御する宿主植物遺伝子を同定することを目的に、マメ科のモデル植物であるミヤコグサのMiyakojima MG-20系統を用いて、共生窒素固定機能に変異を生じたFix-突然変異体の作出を行った。種子5,000粒を0.4%EMSで処理し、2,656個体の植物からM2種子を得た。これらの種子合計25,390粒を用いて一次さらに二次スクリーニングを行った結果、32系統のFix-突然変異体が単離された。そこで、表現型解析のためにMiyakojima系統、ラフマッピングのためにGifu系統との交配を行った。現在までに、これら32系統のうち、Miyakojimaとの交配とGifuとの交配によってそれぞれ6系統のFix-突然変異体からF2種子が得られ、それぞれ4系統については単一劣性遺伝子支配による遺伝様式が確認された。さらに、Gifuとの交配によって得られたF2劣性ホモ個体を用いたラフマッピングにより、F13遺伝子は第1染色体、F04遺伝子は第5染色体に位置することが示された。これまでにマップされている7種類のFix-突然変異体の原因遺伝子の染色体地図上における位置とF13とF04遺伝子との位置を比較した結果、F04遺伝子は新規の領域にマップされ、新規のFix-突然変異体であると考えられた。そこで、F04変異体については、ポジショナルクローニングに向けて解析個体数を増やしてマッピングを行っているところである。さらに、F04変異体のバッククロス系統が得られたため、根粒の形態観察をはじめとする表現型解析を開始したところである。また、残りの系統については、引き続き、交配、ラフマッピングを行っている。ポジショナルクローニング法により共生窒固定機能を制御する宿主植物遺伝子を同定することを目的に,昨年度EMS処理によって作出された32ラインのミヤコグサFix-突然変異体の候補の遺伝解析と表現型解析を行った。変異体候補に着生した根粒を実体顕微鏡で観察し,根粒の形態形成に関わる変異体と予想されるHist-突然変異体を選別した結果,最終的に20ラインをFix-突然変異体として今後の解析に用いることとした。表現型解析のためのMiyakojima系統との交配は,10ラインから種子が得られ遺伝解析を行った。その結果,8ラインについては,F2世代において正常型と変異型が3:1に分離することが確認された。また,ラフマッピングのためのGifu系統との交配は,7ラインから種子が得られ,6ラインのラフマッピングが終了した。その結果,1ラインは,これまでに遺伝子座が同定されたsym102変異体と同じ領域に原因遺伝子がマップされた。しかし,同じ領域にマップされた2ラインと残りの3ラインは,これまでに同定された遺伝子座とは別の領域に原因遺伝子がマップされ,新規のFix-突然変異体であると予想された。さらに,同質遺伝子系統が作成された1ラインについては,表現型解析を行った。その結果,このFix-突然変異体は窒素固定活性が低い変異体であること,根粒菌は根粒に感染するものの感染細胞に異常が見られることが明らかになった。また,約700個体のF2劣性ホモ個体を用いて連鎖解析を行った結果,原因遺伝子を約1.5cMの間に絞り込むことができた。ポジショナルクローニング法により共生窒素固定機能を制御する宿主植物遺伝子を同定することを目的に、ミヤコグサFix-突然変異体候補の遺伝解析、表現型解析、原因遺伝子の同定を行った。昨年度、選抜されたFix-突然変異体候補の中からHist-突然変異体として除外したラインの後代にFix-突然変異体と予想される個体が出現したことから、最終的なFix-突然変異体を24ラインとした。表現型解析のためのMiyakojima系統との交配は、新たに5ラインから種子が得られ、遺伝解析を行った。その結果、3ラインについては、F2世代における正常型と変異型の分離比が3:1に適合した。また、ラフマッピングのためのGifuとの交配は、新たに5ラインから種子が得られ、昨年度未解析の1ラインを加えた6ラインのラフマッピングが終了した。

その結果、1ラインがこれまでに同定されたFix-突然変異体の遺伝子座とは異なる領域に原因遺伝子がマップされ、新規のFix-突然変異体であると推測された。さらに、新規のFix-突然変異体として同定された1ラインで新たに同質遺伝子系統が作製されたので、表現型解析を行った。その結果、窒素固定活性が低いこと、白色とピンク色の2種類の根粒が着生すること、白色の根粒の内部構造には感染細胞に異常が見られることが示された。また、昨年度から継続して原因遺伝子のマッピングを行ってきたFix-突然変異体の1ラインでは、Gifuとの交配個体から得られたF2劣性ホモ個体972個体の解析が完了した。その結果、原因遺伝子を単一のTACクローンに絞り込み、そこに予測された遺伝子の中に一塩基の変異を有する遺伝子を検出することに成功した。
腸管における架橋酵素を介したシグナル伝達制御と腸内細菌との共生成立の分子機構

トランスグルタミナーゼ(TG)は、タンパク質間の架橋反応を触媒する。哺乳動物には8種類の相同酵素が存在するが、ハエには1個の遺伝子のみが存在し、TGの研究には格好のモデル生物である。TGはハエ腸管の囲食膜形成に関与し、腸管の抗菌ペプチド産生を担うIMD経路を抑制していた。IMD経路は細菌表層のペプチドグリカンを認識して抗菌ペプチドを産生するが、TGはNF-κB様の転写因子を阻害し、常在細菌に対する過剰免疫を抑制していることが判明した。さらに、ハエ腸内細菌を解析してTGのノックダウン系統の腸内細菌叢を明らかにし、囲食膜形成に関与するタンパク質を同定して、囲食膜形成に関わるTGの機能解明を行った。腸内の常在細菌は宿主の免疫反応から免れて増殖し、腸管の恒常性に寄与するとともに各種栄養源の供給を行っている。しかし、病原細菌の細胞壁成分であるペプチドグリカン(PGN)と常在細菌のPGNを識別する分子機構は不明である。トランスグルタミナーゼ(TG)は、グルタミン残基とリジン残基の側鎖同士を架橋する架橋酵素である。ハエにおいては、TGをRNAiによりノックダウンすると、外皮の異常を誘導するとともに、生存率が著しく低下することが判明した。本研究では、TGによる腸管上皮の情報伝達制御、および宿主と腸内細菌との共生成立の分子機構を解明することを目的とする。TG-RNAiにより、通常飼育した非滅菌ハエの生存率が有意に減少したが、滅菌ハエにおいては、TG-RNAiによる生存率低下は観察されなかった。一方、腸管のPGN受容体を介した情報伝達経路であるIMD経路の抗菌ペプチド産生は、TG-RNAiした非滅菌ハエにおいて著しく亢進していた。さらに、TG-RNAiした非滅菌ハエの腸管抽出物を、野生型の滅菌ハエに経口投与すると、生存率の低下を引き起こした。また、非滅菌ハエにTG-RNAiを行うと、腸管上皮細胞のアポトーシスの原因となり、IMD経路のNF-κB様転写因子であるRelishの核移行を誘導することが判明した。TGの架橋反応を阻害する試薬を非滅菌ハエに経口投与すると、腸管上皮細胞のRelishの核移行が促進され、結果的に抗菌ペプチド産生が増強された。以上のことから、TGがIMD経路の転写因子Relishを架橋して不活性化させ、常在細菌に対する過剰な免疫応答を抑制することで、腸管免疫の恒常性維持に寄与していると結論した。本研究成果は、2013年7月23日付けのScience Signaling誌に掲載された。本研究では腸管免疫におけるトランスグルタミナーゼ(TG)の機能を調べた。TGをRNAiした系統と、コントロール系統の腸管における各種免疫関連因子の産生量をリアルタイムPCR法により定量化した。その結果、主要な免疫経路であるIMD経路の抗菌ペプチドが、RNAi系統において著しく亢進していることが判明した。また、腸管特異的にTGをRNAiした系統では、コントロール系統と比較して生存率が有意に減少した。興味深いことに、RNAi系統を無菌状態にすると、生存率は大幅に回復した。さらに、TGのRNAi系統の腸管抽出物を、無菌化した野生型系統に経口投与すると、TGをRNAiしたときと同様に生存率が低下した。以上より、TGは腸管免疫を負に制御し、腸内細菌叢の維持を行っている可能性が高い。また、TGの合成基質を用いてIMD経路の基質タンパク質を同定した。この基質タンパク質とTGを昆虫細胞により共発現させたところ、基質タンパク質はTGにより高度に架橋された。以上のことから、TGはIMD経路の因子を架橋して不活性化させ、腸管免疫の恒常性維持に寄与していることが判明した。一方で、囲食膜(PM)はキチンおよびキチン結合タンパク質からなる、無脊椎動物に特有の腸管防御膜である。PMは腸管上皮表面を管のように覆っており、機能的には脊椎動物のムチン層に相当する。これまで、キチン結合モチーフを有するドロソクリスタリン(Dcy)遺伝子が、PMを介した生体防御に必須であることが報告されていた。そこで、生化学的・分子遺伝学的手法によりDcyの機能解析を行った。その結果、TG依存的なDcyの高分子化が観察された。また、高致死性の細菌を用いた実験から、Dcyが高分子化することで、細菌の分泌する外毒素プロテアーゼによる腸管上皮細胞傷害を防ぐことが示唆された。次世代シーケンサーによる腸内細菌叢解析を行ったところ、TG-RNAiにより、腸内細菌叢が変化することが判明した。TG-RNAi系統が短命である原因を詳しく調べるために、腸管より細菌を単離した。

その結果、A属2種とL属1種の腸内細菌の単離に成功した。単離したA属2種はいずれも16S-rDNA配列が完全に一致する種がデータベース上になく、新種と考えられた。次世代シーケンサーによる解析で、主要な腸内細菌として検出されたP属については、今回はハエ腸管から単離出来なかった。これまで大型昆虫から囲食膜の構成タンパク質がいくつか明らかにされており、R&Rモチーフを含有するキチン結合性タンパク質であった。データベースで相同遺伝子を調べたところ、ハエゲノム上には、3種の遺伝子(ここでは遺伝子A、B、Cとする)が存在した。ハエの各組織における遺伝子CのmRNA量を定量PCRにより解析した結果、中腸における発現量が一番高いことが判明した。次に、タンパク質Cが囲食膜を構成するタンパク質であるかを確かめるため、囲食膜透過性評価の実験を行った。遺伝子CをRNAiしたハエにおいて、コントロールと比較すると、蛍光ラベルしたデキストラン粒子が腸管上皮まで広がっている様子が確認され、タンパク質Cが囲食膜形成に寄与していることが示唆された。組換え体のタンパク質Cを調製し、TGの合成基質であるダンシルカダベリンをTG存在下で作用させたところ、TG依存的にダンシルカダベリンがタンパク質Cに取り込まれることが分かった。タンパク質Cの抗体を用いて、ハエ成虫全身のタンパク質をウェスタンブロットにより解析したところ、単量体の分子量ではなく、ゲルトップに高分子のバンドとして検出された。また、腸管から抽出した腸管タンパク質を用いてウェスタンブロットしたところ、ゲルトップに高分子のタンパク質Cに対する抗原バンドが確認された。生化学TGによる転写制御の標的となる転写因子を同定でき、複雑な情報伝達経路の制御機構に一旦を解明できた。また、その成果を一流雑誌であるScience Signalingに掲載することがきた。今年度は下記の研究を遂行し、十分なデータを得て現在原著論文を投稿中であり、当初の計画を十分に達成するとともに、さらに腸管のPMのTG基質としてDcyを同定し、その機能解析まで行ったことは、当初の計画以上に進展していると考える。TGの標的基質の同定とTGによるシグナル伝達制御の分子機構を解明した。1)GAL4/UASシステムを用い、腸管特異的にTGをRNAiによりノックダウンした。腸管からmRNAを回収し、リアルタイムPCR法によって、腸管におけるImd経路、およびToll経路依存的な各種抗菌ペプチド(セクロピン、ドロソマイシン、ジプテリシンなど)の発現量を定量化した。TGをノックダウンしたハエ、さらには過剰発現したハエ系統と野生型の抗菌ペプチドの発現量をそれぞれ比較した。2)TGの合成基質であるペンチルアミン(ビオチン化)と腸管抽出液を混合し、TG活性により抽出液中のタンパク質を特異的にビオチン化し、TGの主要な標的基質が転写因子のRelishであることを同定した。3)同定した標的基質の組換えタンパク質を調製して、TGによる主要な架橋反応を生化学的に解析するとともに、標的基質Relishの架橋部位がN末端領域であることを同定した。さらに、標的基質に対する抗体を作製して、標的基質の腸管上皮における細胞内局在性を調べた。腸内細菌の有無による標的基質の細胞内局在性の変化も調べた。
調音データベースを用いた運動性構音障害の調音運動研究

本研究では,X線マイクロビームを用いて収集された若年健常者複数名からなるX線マイクロビーム米語発話データベース及び運動性構音障害(発語失行)被験者3名の調音データを使用し、発語失行の調音運動特徴の記述を試みた。本研究の特徴としては1)多数の健常発話者の使用による妥当性の高い健常調音の範囲推定、2)3種の発話速度で発話しており、発話速度の調音運動への影響の検討が可能となった。充分な健常発話者数と複発話速度の使用による、調音運動への発話速度の影響記述、3)、より日常会話に近い文章発話課題の使用による般化可能性の増大、が挙げられる。調音運動記述に際しては特定座標軸に影響されないという利点をもつ調音器官スピードパラメータを使用し、下口唇と下顎のnumber of speed peaks,mean peak speed,number of major speed peaks,mean major peak speed,total distance travelledを検討対象とした。本研究は(1)X線マイクロビーム発話データベースを用いて健常発話者と運動性構音障害を持つ発話者の調音運動特徴の詳細な記述を行うこと(2)運動性構音障害の調音運動特徴の言語間比較研究可能性を探ること、を目的とする。(注:"articulation"の訳語として音声学では「調音」、医学では「構音」が使われることが多い。「調音」と「構音」は同義とする。)2004年度は前年から行われている発語失行症の調音運動研究を発展させ、"normal""slow""fast"の3種の発話速度における口唇と下顎の運動データを分析することにより発話速度の調音運動、特に調音器官の運動スピードに与える影響を解明した。下唇と下顎のスピードピークのタイミングを検討することにより、2つの調音器官のタイミング制御の分析を行った。発話速度の低下は発語失行症の特徴であるが、従来の発語失行症調音運動の研究では発語失行症と健常者の発話を発話速度を統制することなく比較していた(McNeil, Caligiuri & Rosenbek, 1989)。一方健常者がゆっくり発話した場合に調音器官運動スピードのパターンが変化することが報告されており(Adams, Weismer & Kent, 1993)、従来の研究で報告された健常者と発語失行症との調音運動の違いは発話速度の違いに起因するものであるのか否かが不明であった。本研究では発語失行群と"normalrate"で発話した場合の健常群との間には、本研究で対象とした調音運動パラメータについては差が認められるが、"slow rate"で発話した場合の健常群と発語失行群では差は観察されないことが判明した。結果の一部はInternational Clinical Phonetics and Linguistics Association 2004(LaFayette, Luisiana, USA)にて発表された。本研究は(1)X線マイクロビーム発話データベースを用いて運動性構音障害を持つ発話者の調音運動を多数の健常発話者のそれと比較することにより運動性構音特徴の詳細な記述を行うこと、(2)運動性構音障害の調音運動特徴の言語間比較研究可能性を探ること、を目的とする。2005年度は前年度に続いて"normal""slow""fast"の3種の発話速度における口唇と下顎のスピード変化のパラメータ化を推進した。それとともに下唇と下顎のスピードピークのタイミング比較を、語数を増やして行うことにより結果の単語間般化性を検討した。結果として発話速度の変化とスピード変化の回数は強い正の相関を示すが、調音器官の運動スピードと発話速度の関係は線形ではなく、発話速度の低下に伴って調音器官運動スピードは低下するが発話速度が上昇しても調音器官運動スピードが上昇するとは限らないことが明らかになった。又、比較的大きなスピードピークの数は発話速度にかかわらず一定であり、これらと発話の音声学的内容とが関連している可能性が示唆された。タイミング分析では対象語のうち1つでは下唇のスピードピーク出現の相対的タイミングに全発話者、発話速度を通じて一貫性が見られた。しかしこのような一貫性は他の語では観察されず、少数の語を分析してタイミング制御を論ずることの危険性が明らかになった。健常発話者と運動性構音

障害発話者との比較では"normal rate"で発話した場合、健常群との間に差が認められるが、健常群が"slow rate"で発話した場合には差は観察されなかった。本研究は運動性構音障害の調音運動特徴記述の基盤となる健常発話者間の調音運動の個人間および発話速度間のばらつきを定量的に示し、先行研究で報告されていた運動性構音障害の特徴が個人差または発話速度の影響である可能性を示唆した。本研究はX線マイクロビーム発話データベースを用いて運動性構音障害を持つ発話者の調音運動を多数の健常発話者のそれと比較することにより運動性構音特徴の詳細な記述を行うことを目的とする。2006年度は."normal""slow""fast"の3種の発話速度における口唇と下顎のスピード変化のパラメータ分析をさらに詳細に行った。その結果、健常若年話者は発話速度を2倍速くせよとのインストラクションを与えた場合、発話時間をこのような指示を与えない場合と比較して約20%減少させるが、発話速度を半分にせよとのインストラクションを与えた場合の発話時間延長程度には個人差があることが判明した。さらに、運動性構音障害発話者ではインストラクションに応じた発話時間変化の程度は健常若年話者よりも小さいことが判明した。本研究で対象とした調音パラメータは、下顎および下唇のspeed history中に見られるスピードピークの数、前者のうち比較的大きな(最高スピードの50%を超える)スピードピークの数、平均ピークスピード、比較的大きなピークの平均ピークスピード、下顎および下唇の移動距離を含む。これらのうち運動性構音障害発話者が若年健常発話者と異なる傾向を見せたのは下唇の移動距離であり、運動性構音障害発話者の中には下顎から独立した下唇の動きが少ない例があることが示唆された。その他の調音パラメータにおいては健常発話者と運動性構音障害発話者との差は"normal rate"で発話した場合には認められるが、若年健常発話者が."slow rate"で発話した場合には運動性構音障害発話者との差は観察されず、運動性構音障害の調音運動特徴記述においては発話速度の影響を考慮することが不可欠であることが確認された。
研究開発組織のグリーン化に関する研究

本研究の目的は、国内外のサイエンスをべースとした研究開発型企業の研究開発組織のグリーン化のケース、特許データ、論文データ、コーポレートデータなどの基礎データを収集・分析し、研究開発組織のグリーン化のベストプラクティスを実証的に明らかにすることが目的である。本年度は、1990年後半以降環境対応が盛んになされた産業から調査実施可能な企業を抽出し、訪問調査を行い、典型的な企業を事例として、研究開発組織のグリーン化とイノベーションの関係に関する分析を行うと共に、社外とのコミュニケーションとイノベーションとの関係に関する分析に焦点をあてた。米国のカーペットメーカーのInterface,Inc、エアコンメーカーとしての松下電器、富士通、冷蔵庫メーカーの松下電器、日立アプライアンスへの訪問調査を行った。特に、エネルギー多消費機器については、エネルギー消費効率向上技術から実使用のエネルギーロス削減技術へ、エネルギーが流れる方向にイノベーションが移行するという仮説を設定し、特許分析を行った結果、近年、エネルギー多消費機器のエコイノベーションにおいて、エネルギー消費効率向上技術から実使用のエネルギーロス削減技術の創出へ移行していることが明らかとなった。その移行に成功する背景にあるメカニズムとして、エネルギー消費効率向上技術が限界に近づくとエネルギーの流れに沿って実使用のエネルギーロス削減技術ヘイノベーションが移行した可能性が示された。また、実使用のエネルギーロス削減技術の技術別の種類を決定するには、消費者からのニーズ、企業のビジネス戦略、他の社内技術の利用(企業内の研究開発組織)、大学との共同研究、文献からのリサーチが深い関わりを持つことがケーススタディより明らかになった。本研究は、国内外のサイエンスをベースとした研究開発型企業の研究開発組織のグリーン化のケース、特許データ、論文データ、コーポレートデータなどの基礎データを収集・分析し、研究開発組織のグリーン化のベストプラクティスを実証的に明らかにすることが目的である。まず、本年度は、1990年後半以降環境対応が盛んになされた産業から調査実施可能な企業を抽出し、訪問調査を行い、典型的な企業を事例として、研究開発組織のグリーン化とイノベーションの関係に関する分析に焦点をあてた。まず、研究開発組織のグリーン化にかかわる既存文献・事例調査を行った上で、米国のカーペットメーカーのShaw industries,Inc、エアコンメーカーとしての三菱電機、ダイキン工業への訪問調査を行った。Shaw industries,Incは、1990年後半から現在に至るまでに、C to C(Cradle to Cradle)というコンセプトに基づき、技術的及び生態学的にリサイクル可能な商品へとビジネスモデルを移行することに成功した企業であった。そのイノベーション過程においては、明確な環境に特化した研究開発組織は存在しないものの、社長からのトップダウンによるリスクを恐れないビジョンがドライビングフォースとなり、イノベーションが実現したことが明らかとなった。つまり、大きな環境部門を持たない形態で環境配慮型製品のイノベーションが実現された。また、エアコンメーカーの三菱電機及びダイキン工業の事例を分析すると、1990年後半から現在までに、環境配慮をする以前から存在した技術的要因がドライビングフォースとなり、省エネ率の高い環境配慮型製品が実現したことが明らかとなった。エアコンメーカーの場合は、社内の組織変革は主なイノベーションの要因でない可能性が示唆された。
生体に使用可能な新規メカニカルストレス負荷モデルの開発

メカニカルストレスは骨再生材料の機能発揮において重要な周辺環境の一つであると考えられ生体応用後の材料自身が周囲組織から受けるメカニカルストレス量を規定できるモデルの開発を目的とした。本系ではまずメカニカルストレス非負荷時の骨構造,特にリン酸オクタカルシウムをベースとした骨再生材料による再生骨を組織および構造学的に調査し、再生骨は自家骨との間に皮質骨厚、骨梁の構成等に違いがあることを確認した。生体へ応用後の骨再生材料が周囲組織から受けるメカニカルストレス量により異なる挙動を示すことが報告されており(Matsui A et al., Tissue Eng Part A.,2010)、それらを規定できるモデルの開発は今後の再生医療分野において重要な意義を持つ。本研究は骨再生過程におけるin vivoメカニカルストレス負荷モデルを提案し,骨再生材料との併用により、そのメカニズムと骨リモデリングへの影響(骨再生に最適なストレス量の定量)を調査することを目的とし立案されたものである。実験開始段階において、4週齢のラット下顎骨を部分的に切離し、チタン製のストレス負荷装置を装着することで、細胞レベルの応答と骨再生に及ぼす影響を検討しようと試みるも、侵襲および口腔内衛生状態のニントロールが困難であったことから、実験動物を中型動物であるビーグル犬へと変更した。実験部位は上顎とし、第二、第三切歯を抜歯し歯槽骨を削合・骨欠損を作製後、本研究にて開発したメカニカルストレス負荷装置を装着し、同検討を行うこととした。本年度はリン酸オクタカルシウム(Ca_8H_2(PO_4)_65H_2O;OCP)とコラーゲンの人工合成物であるOCP/Collagen(OCP/Col)の製作と犬上顎への試料の埋入および、μCTによる新生骨の骨質評価を含めた各種評価を行った。結果、OCP/Col埋入群においては3次元的にも良好な骨架橋形成が確認されたが、対照群であるCollagenのみの埋入群においては骨形成を確認することはできなかった。μCTによる骨質評価においてはBMD(bone mineral density)値において皮質骨様細織と海綿骨様組織の2種の異なる組織の形成を確認し、これら所見は臨床的にも重要な知見であると考える。来年度以降、同部位へ本研究で提案するストレス負荷モデルを応用することにより、骨形成に最適なストレス量の評価と形成された新生骨の骨質評価等に関しさらに詳細な検討を進める予定である。骨再生材料の機能発揮においてメカニカルストレスは重要な要素の一つであると考えられている。本研究は、生体応用後の材料自身が周囲組織から受けるメカニカルストレス量を規定できるモデルの開発を目的とした。実験にはリン酸オクタカルシウム(OCP)をベースとした骨再生材料であるOCP-コラーゲン複合体(OCP/Col)を用い、それらを犬上顎骨欠損モデルへ応用した。メカニカルストレス負荷には歯科矯正治療用の装置を応用し、試料埋入部位両端の歯牙に装着後、歯牙の牽引力を調整することで試料埋入部位へ負荷するストレス量を調整するよう計画した。初めにメカニカルストレス未負荷時の骨構造解析を行うため、試料埋入部位を埋入10カ月経過時点で摘出し、microCTによる構造学的解析および皮質骨・海綿骨の定量的解析、HE染色による組織学的解析を含む各種評価を行った。組織および構造学的解析結果からOCP/Colによる再生骨は、皮質骨様組織と、骨梁様構造を有する海綿骨様組織という二種の異なる自家骨類似の組織から構成されることが示唆された。これまで骨再生材料による再生骨自身の構造学的解析報告は少なく、さらに質の異なる自家骨様組織の形成はOCP/Colの優れた骨再生能を改めて示唆する結果であるとともに、今後の再生医療分野においても貴重なデータであると考える。また本研究では同時に、OCP/Colによる再生骨と自家骨の比較検討を行ったところ骨梁組織の走向や密度等の面において両者の相違を確認することができた。