hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
スピーキング・プラント・アプローチにおける植物生体計測とXMLソフトセンシング

平成17年度(平成18年3月31日)はこれまでの研究成果を踏まえて研究代表者を中心に本格的な実験をコケ緑化システムを一例として実施した.ソフトセンシンクの要となるモデルへの対応をアルゴリズム開発グループを再編し(村瀬・清水)が中心になり既存の汎用モデルや個別モデルを統合し,新たな適応モデル開発に取り組んだ.IT利用とセンシング技術開発(植物工場グループ・生理活性・ポストハーベスト・マイクロシステムグループ)はフィールド・サーバーを利用することを基本として,個々の分野でこれまで培われてきたセンシング技術を活用し,IT利用を主にフレームの構築を図った(桶・平藤・羽藤).具体的には無線LAN上に計測システムを搭載しPCベースでIP付きセンサー群からなる計測システムをそれぞれ構築した.最終実験は計測システムが実験的に稼動しうることを最優先し,センシングの対象を屋上緑化用スナゴケ生理とした,実際には測定困難な要素,すなわちコケの水分状態の計測を行なう必要があり困難な場面も発生したが,この問題解決については個々の領域でこれまで培ってきたノウハウを適用して必要なデータを集め対応した.この段階でソフトセンシングが可能なパラメータについて洗い出しを行なうことと,ネットワーク上で一つのセンサー群を形成するフィールドサーバー観測・制御システムが完成した.赤外線カメラを搭載したフィールドサーバーはコケ表面温度および周辺環境データからコケの水分状態をソフトセンシングして,遠隔基地に設置されたXMLサーバーでコケ管理のための制御信号を生成し現場のフィールドサーバーを介して潅水システムを動作させる一連のシステムを構築することができた.平成17年度(平成18年3月31日)はこれまでの研究成果を踏まえて研究代表者を中心に本格的な実験をコケ緑化システムを一例として実施した.ソフトセンシンクの要となるモデルへの対応をアルゴリズム開発グループを再編し(村瀬・清水)が中心になり既存の汎用モデルや個別モデルを統合し,新たな適応モデル開発に取り組んだ.IT利用とセンシング技術開発(植物工場グループ・生理活性・ポストハーベスト・マイクロシステムグループ)はフィールド・サーバーを利用することを基本として,個々の分野でこれまで培われてきたセンシング技術を活用し,IT利用を主にフレームの構築を図った(桶・平藤・羽藤).具体的には無線LAN上に計測システムを搭載しPCベースでIP付きセンサー群からなる計測システムをそれぞれ構築した.最終実験は計測システムが実験的に稼動しうることを最優先し,センシングの対象を屋上緑化用スナゴケ生理とした,実際には測定困難な要素,すなわちコケの水分状態の計測を行なう必要があり困難な場面も発生したが,この問題解決については個々の領域でこれまで培ってきたノウハウを適用して必要なデータを集め対応した.この段階でソフトセンシングが可能なパラメータについて洗い出しを行なうことと,ネットワーク上で一つのセンサー群を形成するフィールドサーバー観測・制御システムが完成した.赤外線カメラを搭載したフィールドサーバーはコケ表面温度および周辺環境データからコケの水分状態をソフトセンシングして,遠隔基地に設置されたXMLサーバーでコケ管理のための制御信号を生成し現場のフィールドサーバーを介して潅水システムを動作させる一連のシステムを構築することができた.平成15年度はプラットフォーム作りのための模擬実験を行なう環境整備とIT利用を研究推進の2本柱とした.スピーキング・プラント・アプローチの提唱者である橋本が常時研究を行なっているシステム適応制御の手法を駆使してソフトセンシングのプラットフォーム作りのバックボーンを構築するための基礎調査を行った.ソフトセンシングの要となるモデルへの対応はアルゴリズム開発グループ(村瀬・酒井・平藤)が中心になり既存の汎用モデルや個別モデルについて整理検討するとともに新たな適応モデル開発について検討した.IT利用とセンシング技術開発(植物工場グループ・生理活性・ポストハーベスト・マイクロシステムグループ)はプラットフォーム作りのための模擬実験を行なう環境整備を行なうことが課題であり,個々の分野でこれまで培われてきたセンシング技術を活用して(ハードセンシングを重点に)IT利用を主にフレームの再構築を図る必要があり対象事例に付いて種々の検討を行った.具体的には無線LAN上に計測システムを載せることを進め,PCベースでIP付きセンサー群からなる計測システムをそれぞれ構築する複数のテストモデルを構築した.IT活用ユニット(羽藤)はウェアラブル情報端末としてのセンサー開発のFSを綿密に行なうことと模擬実験環境を個々の領域で進める際の支援を行なう努力を行い一定の成果を収めた.この部分は最終的にはプラットフォーム作りの重要部分となる予定である.当該年度は計測システムが実験的に稼動しうることを最優先し,センシングの対象を選択する必要があり,そのための予備的実験を行なった.研究代表者のもとに研究用サーバーを設置する.さらにウェアラブル情報端末型センサーの開発実験サイトを設置した.平成15年度にはデータの収集システムとIP付きセンサー群の取り扱いが可能な実験環境を整えることが主たる目的でありトライアルベースでは成功した.それとともに新たな最適化アルゴリズムなどの開発もネットワークの中で情報が収集されるという環境を利用できる形に整えた.平成16年度(平成17年3月31日)は昨年度のプラットフォーム作りのための模擬実験を行なう環境整備とIT利用を研究推進を受けて,ソフトセンシングの要となるモデルへの対応をアルゴリズム開発グループ(村瀬・酒井・平藤)が中心になり既存の汎用モデルや個別モデルについて整理検討するとともに新たな適応モデル開発に取り組んだ.IT利用とセンシング技術開発(植物工場グループ・生理活性・ポストハーベスト・マイクロシステムグループ)はプラットフォーム作りのための模擬実験を行なう環境整備を行なうことが課題であり,個々の分野でこれまで培われてきたセンシング技術を活用して(ハードセンシングを重点に)IT利用を主にフレームの再構築を図った.

具体的には無線LAN上に計測システムを載せることを進め,初年度はPCベースでIP付きセンサー群からなる計測システムをそれぞれ構築した.IT活用ユニット(五十嵐・羽藤)はウェアラブル情報端末としてのセンサー開発のFSを綿密に行なうことと模擬実験環境を個々の領域で進める際の支援を行なう準備を行った.この部分は最終的にはプラットフォーム作りの重要部分となる.昨年度は計測システムが実験的に稼動しうることを最優先し,センシングの対象を選択する必要があり,そのための予備的実験を重ねた.とくに本年度はIT利用のFSの結果に従ってウェアラブル情報端末センサー開発のための基礎技術の研究を展開するとともに,PC利用のウェアラブル情報端末センサー擬似設置環境でソフトセンシングの実験を行なった.実際には測定困難な要素の計測を行なう必要があり困難な場面が発生すると予想されたが,この問題解決については個々の領域でこれまで培ってきたノウハウを適用して必要なデータを集め対応した.この段階でソフトセンシングが可能なパラメータについて洗い出しを行なうことと,ネットワーク上で一つのセンサー群を形成する実験システムが15年度に完成している事を踏まえてネットワーク利用型のセンシングシステムであるが故のソフトセンシングについても新規に検討を加える.さらに,課題であるソフトセンシングのプラットフォームの構築を行なった.具体的な実験例とてコケ緑化に関するコケ生理のソフトセンシングとIT利用に関するプロジェクト研究がテレビ放映された.平成16年10月12日,毎日放送,ザ・ブレインサミットで公開され,当該研究補助金によるプロジェクトであることも報告された.平成17年度(平成18年3月31日)はこれまでの研究成果を踏まえて研究代表者を中心に本格的な実験をコケ緑化システムを一例として実施した,ソフトセンシングの要となるモデルへの対応をアルゴリズム開発グループを再編し(村瀬・清水)が中心になり既存の汎用モデルや個別モデルを統合し,新たな適応モデル開発に取り組んだ.IT利用とセンシング技術開発(植物工場グループ・生理活性・ポストハーベスト・マイクロシステムグループ)はフィールド・サーバーを利用することを基本として,個々の分野でこれまで培われてきたセンシング技術を活用し,IT利用を主にフレームの構築を図った(桶・平藤・羽藤).具体的には無線LAN上に計測システムを搭載しPCベースでIP付きセンサー群からなる計測システムをそれぞれ構築した.最終実験は計測システムが実験的に稼動しうることを最優先し,センシングの対象を屋上緑化用スナゴケ生理とした.実際には測定困難な要素,すなわちコケの水分状態の計測を行なう必要があり困難な場面も発生したが,この問題解決については個々の領域でこれまで培ってきたノウハウを適用して必要なデータを集め対応した.
ニューラルネットによるCFRP積層材の力学特性と内部損傷との関係解明

本研究では、衝撃負荷による損傷増大がCFRP積層材の静および動的特性に与える影響と巨視的レベルの損傷として、円孔を有する積層板の固有振動数を解析および実験の両面から検討し、さらにニューラルネットワークをCFRP積層板の境界条件の同定に応用し、次の3分野で研究成果をあげた。1.破壊に至らない程度の衝撃負荷をCFRP積層材に与え、超音波探傷機を用いて衝撃負荷前後で損傷面積の変化と積層材の減衰能の変化を求めた後、4点曲げ強度と圧縮強度を求めた結果、1)損傷面積の変化と減衰能の変化は比例し、厚さが小さいほど曲線的に減衰能は大きくなり、減衰能の変化より損傷面積の変化を求めることが可能となる。2)曲げ強度、損傷面積および減衰能は相関関係を有し、減衰能が大きくなると曲げ強度は小さくなる。3)減衰能の値が小さい場合は圧縮破壊モード、損傷面積が大きく、減衰能がある値以上になると座屈破壊モードとなり、強度値は圧縮破壊モードよりも減少する。2.本研究で定式化した手法による円孔を有するCFRP積層板の振動特性の解析結果と実験結果は一致することを明らかにした上で、1)有孔CFRP積層板の固有振動数は境界条件の違いによって、無孔の場合よりも増減する。2)有孔CFRP積層板の固有振動数は無孔の場合に比べて、積層構成の影響も大きく受ける。3)孔の大きさ、境界条件、積層構成や積層板の縦横比の影響を受ける固有振動数をニューラルネットワークで求めるための学習データを獲得し、解析式を用いなくても、ニューラルネットワークで求められる可能性を示した。3.基本固有振動数と振動モードからCFRP積層板境界での支持条件である回転およ垂直バネ定数やCFRP積層板の曲げ剛性をニューラルネットワークを用いて同定できることも明らかにした。数式で解けない逆問題解析や材料および構造同定解析において、特に大きな威力を発揮するニューラルネットを用いて、CFRP積層材内部の層間剥離などの損傷とCFRP材の力学的特性との定量的な関係を解明する研究を行い、下記の成果を得ることができた。1.CFRP積層板の座屈応力を与えて繊維配向角や両軸圧縮合力比を求める逆問題解析にニューラルネットが有用であることを示し、さらに限られた教師データで構築されたニューラルネットが無数の場合の座屈半波数と最小座屈応力を求める場合にも有用であることを明らかにした。2.CFRP積層材内部の損傷量、その位置と振動モード、固有振動数の関係を教師データとしてニューラルネットに学習させた後、固有振動数と振動モードが与えられれば損傷量とその位置が逆に求められるシステムを構築し、ニューラルネットがCFRP材の損傷同定に応用できることを示した。3.開孔を有する各種のCFRP積層板が一軸圧縮を受ける場合、積層構成によって圧縮、あるいは層間せん断で破壊することを解析および実験の両面から明らかにし、今後積層構成と積層板の強度との関係をニューラルネットで構築する場合の有益な資料を得た。4.破断に至らない程度の衝撃曲げ負荷をCFRP積層材のはりに与えて、衝撃の前後で超音波深傷装置で求めたはり内部の層間剥離の量とはりの減衰能の関係を明らかにした。その結果、減衰能は衝撃負荷によるはりの内部の変化に対して敏感に変化することが実験的に得られた。

1.破壊に至らない程度の衝撃負荷をCFRP積層材に与え、超音波深傷機を用いて衝撃負荷前後で損傷面積の変化と積層材の減衰能の変化を求めた後、4点曲げ強度と圧縮強度を求めた結果、1)損傷面積の変化と減衰能の変化は比例し、厚さが小さいほど曲線的に減衰能は大きくなり、減衰能の変化より損傷面積の変化を求めることが可能となる。2)曲げ強度、損傷面積および減衰能は相関関係を有し、減衰能が大きくなると曲げ強度は小さくなる。3)減衰能の値が小さい場合は圧縮破壊モード、損傷面積が大きく、減衰能がある値以上になると座屈破壊モードとなり、強度値は圧縮破壊モードよりも減少する。2.本研究で定式化した手法による円孔を有するCFRP積層板の振動特性の解析結果と実験結果は一致することを明らかにした上で、1)有孔CFRP積層板の固有振動数は境界条件の違いによって、無孔の場合よりも増減する。2)有孔CFRP積層板の固有振動数は無孔の場合に比べて、積層構成の影響も大きく受ける。3)孔の大きさ、境界条件、積層構成や積層板の縦横比の影響を受ける固有振動数をニューラルネットワークで求めるための学習データを獲得し、解析式を用いなくても、ニューラルネットワークで求められる可能性を示した。3.基本固有振動数と振動モードからCFRP積層板境界での支持条件である回転およ垂直バネ定数やCFRP積層板の曲げ剛性をニューラルネットワークを用いて同定できることも明らかにした。
SiGeとSOIを駆使した超低消費電力極微細Si系CMOSデバイス構成法の研究

本研究では,Si CMOS集積回路の格段の低消費電力・高速化を目指し,SiGeをソース・ドレイン層,ゲート電極,および,チャネル部に導入し,かつ,薄膜SOI(Silicon on Insulator)を用いたCMOSデバイス実現のために,デバイス動作・特性解析,新たなデバイス評価法の開発を含めたCMOSデバイス構成法の研究を行った.歪SiGe層を埋め込みチャネルとするSiGe/Siヘテロ構造を導入したpMOSFETを試作し,従来構造の2倍以上の相互コンダクタンスを得た.ある臨界膜厚以上のSiGe層厚では,膜厚増大と共にMOSFETのドレインリーク電流が増大することが判明した.この原因を明らかにすると共に,Ge比率とSiGe膜厚に対する設計指針を得た.ドープトSiGe低温成長により,急峻な不純物濃度分布の極浅S/D層の形成を可能とし,0.1μmゲート長せり上げS/D構造pMOSFETを試作した.この手法が,短チャネル効果抑制に有効であり,また,良好なドレイン駆動力が得られ,低抵抗な極浅S/D構造が得られることを確認した.アナログ応用で重要な低周波雑音特性を検討した.歪SiGeチャネルpMOSFETは,従来構造に比べて優れた低周波雑音特性を有することを明らかにした.また,Ge比率やSiGe膜厚に対して,低周波雑音レベルと相互コンダクタンスgmの間にユニバーサルな関係があることを見出し,高gm化により雑音レベルの低減が図れることを明らかにした.ボディ浮遊SOI構造での低周波雑音特性を検討した.ボディ浮遊効果に起因したローレンツ型過剰雑音がホット・キャリア・ストレスにより,大きな影響を受けること,および,そのメカニズムを明らかにした.デバイス特性に大きな影響を及ぼすと考えられる,チャネル部に導入したSiGe/Siヘテロ構造界面の電気的品質を評価するため.低温におけるチャジポンピング法を用いたヘテロ界面準位密度の直接測定法を確立した.本研究では,Si CMOS集積回路の格段の低消費電力・高速化を目指し,SiGeをソース・ドレイン層,ゲート電極,および,チャネル部に導入し,かつ,薄膜SOI(Silicon on Insulator)を用いたCMOSデバイス実現のために,デバイス動作・特性解析,新たなデバイス評価法の開発を含めたCMOSデバイス構成法の研究を行った.歪SiGe層を埋め込みチャネルとするSiGe/Siヘテロ構造を導入したpMOSFETを試作し,従来構造の2倍以上の相互コンダクタンスを得た.ある臨界膜厚以上のSiGe層厚では,膜厚増大と共にMOSFETのドレインリーク電流が増大することが判明した.この原因を明らかにすると共に,Ge比率とSiGe膜厚に対する設計指針を得た.ドープトSiGe低温成長により,急峻な不純物濃度分布の極浅S/D層の形成を可能とし,0.1μmゲート長せり上げS/D構造pMOSFETを試作した.この手法が,短チャネル効果抑制に有効であり,また,良好なドレイン駆動力が得られ,低抵抗な極浅S/D構造が得られることを確認した.アナログ応用で重要な低周波雑音特性を検討した.歪SiGeチャネルpMOSFETは,従来構造に比べて優れた低周波雑音特性を有することを明らかにした.また,Ge比率やSiGe膜厚に対して,低周波雑音レベルと相互コンダクタンスgmの間にユニバーサルな関係があることを見出し,高gm化により雑音レベルの低減が図れることを明らかにした.ボディ浮遊SOI構造での低周波雑音特性を検討した.ボディ浮遊効果に起因したローレンツ型過剰雑音がホット・キャリア・ストレスにより,大きな影響を受けること,および,そのメカニズムを明らかにした.デバイス特性に大きな影響を及ぼすと考えられる,チャネル部に導入したSiGe/Siヘテロ構造界面の電気的品質を評価するため.低温におけるチャジポンピング法を用いたヘテロ界面準位密度の直接測定法を確立した.本研究では、従来のSiCMOS技術の性能トレンドを格段に進展させるため,SiGeをソース・ドレイン層,ゲート電極,および,チャネル部に導入し,かつ,薄膜SOI(Silicon on Insulator)を用いてCMOS集積回路の超低消費電力・高速化を図ろうとするものである.本年度は,その第一段階として,歪SiGe層を埋め込みチャネルとするSi/SiGeヘテロ構造を導入したバルクSi pMOSFETを試作し,通常構造の2倍以上の相互コンダクタンスが得られ,SiGeをチャネル部に導入することの有効性を確認した.しかし,Ge比率に依存したある値以上のSiGe層厚にすると、SiGe膜厚の増大に伴ってMOSFETのドレインリーク電流が増大することがわかった.表面生成電流の評価やドレインリーク電流の温度依存性評価などから,その原因がゲートとドレイン層のオーバーラップ領域における,ゲート酸化膜界面準位を介したバンド間トンネル電流に起因していることを明らかにした.このドレインリーク電流が発生し始めるSiGe膜厚は,所謂,結晶中に転位欠陥が発生する臨界膜厚に近い値であることから,SiGe層の歪緩和に伴う何らかの欠陥が発生し,SiGe層の上部にあるSi層,および,さらにその上部のゲート酸化膜の品質に対して影響を及ぼし,デバイス特性に悪影響を及ぼしていることが明らかになった.

この結果は,デバイス構造設計する際の重要な指針となる.また,薄膜SOIを適用する場合に課題となるソース・ドレイン層の寄生抵抗を低減するために,SiGe層をソース・ドレイン層上に低温エピタキシャル成長させて,せり上げ構造とする研究を行い,550°Cという低温でドープトSiGe層を成長させることが可能となった.しかし、ゲート電極とソース・ドレイン層間にリーク電流が発生していることが判明し,今後,プロセスの改良を図る予定である.次年度以後では,さらに,SiGeのゲート電極への導入,および,SOI MOSFETのチャネル部への導入を検討予定である.本研究では,従来のSi CMOS技術の性能トレンドを格段に進展させるため,SiGeをソース・ドレイン層,ゲート電極,および,チャネル部に導入し,かつ,薄膜SOI(Silicon on Insulator)を用いてCMOS集積回路の超低消費電力・高速化を図ろうとするものである.本年度は,(1)歪SiGe層を埋め込みチャネルとするSi/SiGeへテロ構造を導入したバルクSi pMOSFETを用いて,今後のアナログ応用で重要となる低周波雑音特性の検討,(2)ボロンドープSiGeからの拡散による,不純物濃度分布が急峻で極浅ソース・ドレイン(S/D)層を有する0.1μmゲート長のせり上げS/D構造pMOSFETの試作,を行なった.(1)については,広範囲なGe比率とSiGe層厚を有するデバイスを用いて検討し,通常SiチャネルMOSに比べて低雑音化できることを明らかにした.また,雑音評価の際,特定のバイアス条件にして,主に,SiGeチャネルにキャリアを流し,SiGe/Siヘテロ界面品質を雑音特性から評価できることを明らかにした.この際の雑音特性のGe比率およびSiGe膜厚依存性は,MOSFETの最大相互コンダクタンスの振舞いとよく対応した.また,SiGeをSOIに導入する前段として,SOI MOSFETの雑音特性も検討した.部分空乏型では基板浮遊効果に起因するローレンツ型の雑音が見られる.この雑音はバイアス条件によっては完全空乏(FD)型でも見られるが,基板電圧を印加するなどして強いFD型にすると抑制できる.(2)については,長チャネルとの閾値電圧差が0.1V程度と小さく,極浅S/Dによる短チャネル効果抑制に有効であることがわかった.また,チャネル領域の不純物濃度は一定で,不純物分布の最適化は行っていないものの,2V電源でドレイン電流320μA/μmが得られ,極浅S/D層の寄生抵抗が低く抑えられていることも確認した.本研究では,従来のSi CMOS技術の性能トレンドを格段に進展させるため,SiGeをソース・ドレイン層,ゲート電極,および,チャネル部に導入し,かつ,薄膜SOI (Silicon on Insulator)を用いてCMOS集積回路の超低消費電力・高速化を図ろうとするものである.本年度は,(1)アナログ応用において重要となる低周波雑音に関して,SOI構造を用いたときに現れるローレンツ型過剰雑音に及ぼすホット・キャリア・ストレスの影響について検討し,さらに,(2)SiGe/Siヘテロ界面準位の評価方法を確立した.(1)ボディ浮遊SOI MOSFETにおけるローレンツ型過剰雑音がホット・キャリア・ストレスによって不安定になることを始めて見出した.完全空乏型SOI MOSFETでは,この過剰雑音はホット・キャリア・ストレスによって抑止される.
希土類含有ケイリン酸塩系新化合物のガラスからの結晶化による物性制御

以下に得られた知見を示す。・前駆体Narpsio-IIIからNarpsio-Vへの相転移における活性化エネルギーは、約510KJ/molであった。これより、Narosioではリンの効果により、ケイ酸化合物であるNasRoSi_4O_<12>に比べ、相転移速度が速いことが明らかとなった。・ReにGdを用いた場合、最も高い伝導度を有するNarpsio-Vの析出組成範囲は、Yの場合に比べて狭いことがわかった。・ReにGdを用いた場合、Yの場合に比較して、格子定数が増加し、その結果伝導パスが広がり、イオン伝導度が向上することがわかった。・ReにGdを用いた場合のNarpsio-Vの伝導度は、300°Cにおいて1.3×10^<-1>S/cm、活性化エネルギーは22.3KJ/molであった。これらの値は、現在実用化に近いとされるβ-およびβ'^1アルミナやNASICONと同程度であり、本研究で見い出されたNarpsioがNa/S燃料電池などへの応用が可能であることが示唆された。・ガラスやセラミックNarpsio-Vにおいては、機界に存在する体積分率0.1%以下の微量の残留ガラスがバルク全体の物性に大きく影響を及ぼすことが明確となった。
ミトコンドリアの呼吸活性に対する酸素輸送担体の発現量の意義

本研究は、酸素輸送担体:ミオグロビン(Mb)を過剰発現あるいは発現抑制する骨格筋培養細胞系を確立するとともに、骨格筋細胞内のMb発現量を調節した時のMbとミトコンドリアの相互作用、親和性、ならびに筋細胞の呼吸活性について検証することを目的とした。本年度は、1)骨格筋芽細胞の選択と筋管への分化条件の検討、2)Mbを過剰発現させるための発現ベクターの作製に取り組んだ。その結果、次のような成果を得た。1)骨格筋培養細胞としてラット由来骨格筋芽細胞(L6)を用いたが、推奨培養条件では筋管形成が十分ではないため、インスリン刺激による分化誘導を試みた。細胞培養液へのインスリン添加を行ったところ、分化が促進され、筋管細胞が増加したL6細胞を得た。また、分化による発現タンパク質の経時変化を観察したところ、インスリン刺激によりミトコンドリアマーカータンパク質の増加が確認された。2)Mbを過剰発現させるため、哺乳類細胞で高レベルの発現を行うCMVプロモーター搭載のpcDNA3ベクターを用い、Mb cDNAをTAクローニングにより組み込んだ。さらに、過剰発現させた際にタンパク質相互作用、親和性を確認するため、エピトープタグであるc-mycを付加し、myc/Mb/pcDNA3発現ベクターを得た。c-mycは免疫反応性の高いエピトープタグであり、大きさが比較的小さいため、Mbのような低分子タンパク質の機能を阻害しにくいと考えられる。来年度は,作製した発現ベクターを用いて遺伝子導入を行い、Mbを安定して過剰発現するL6骨格筋芽細胞株を作製し、Mbとミトコンドリアとの関連性や呼吸活性の変化の解明に取り掛かる予定である。
地方自治との関係における国の活動の限界――議会によるコントロールの観点から

90年代以降、日本では「地方分権」が主張され、継続的に改革が行われている。本研究は、このような現代的問題を踏まえ「地方自治」を、ドイツ公法学における地方自治をめぐる議論を参考として体系的に検討するものである。その際、議会による決定の一つである「立法」による地方自治の具体化に注目し、国の議会が地方自治についてどのように決定できるのか、またその限界はどこにあるのか、換言すると、憲法が保障する「地方自治」が立法にとってどのような役割を果たすのか、を検討とした。暫定的ではあるが、地方自治体の「権限とその執行の維持・確保」、および「最低限の存続」という観点が得られ、そこから検討を進めた。2016年度の研究実績の概要については、以下の通りである。まず申請テーマに関する日本とドイツの文献の収集に多くの時間を充てた。ドイツの文献については日本での収集には限界があるため、2017年2月10日より2月22日までベルリン、ハンブルク、およびハイデルベルクで文献の調査と収集を行った。その際、基本法の地方自治に関する文献だけでなく、各州の憲法と地方自治法に関する文献も重点的に収集した。ドイツ滞在中に、ベルリン・フンボルト大学クリスティアン・ヴァルトホフ教授(公法・財政法)、およびブツェリウス・ロースクール(ハンブルク)クリスティアン・ブムケ教授(公法・法理論)と面談し、ヴァルトホフ教授からはドイツの各州と地方自治体の関係について、ブムケ教授からはドイツの連邦制(連邦と各州の関係)について有益な情報を得た。また、3月に来日中のハイデルベルク大学ヴォルフガング・カール教授とは州と地方自治体の関係について、ミュンヘン大学アン-カトリン・カウフホルド教授とは地方自治をめぐる最新の法問題について、地方自治の専門家であるポツダム大学ハルトムート・バウアー教授とは最近の州憲法における地方自治の問題について、それぞれ意見交換ができた。研究の内容面では、従来の日本における憲法・行政法学における「地方自治」をめぐる議論を再検討し、整理した。憲法学でも「地方自治の本旨」(憲法92条)は議論されてきたが、「住民自治」と「団体自治」という要素の説明にとどまってきた。それに対して、行政法学では、両要素に積極的な意義を認めた上で、地方自治に関する法律の意義と機能、およびその限界を特定し、それぞれの地方自治体の権限を検討してきた。行政法におけるこの議論は、ドイツにおける議論を検討する際、ドイツにおいて法律が地方自治の法相にとってどのような役割をしているのかを検討する際の出発点となると考えられる。まず、文献収集についてであるが、9月の科研費の交付開始時より、日本の憲法と行政法の文献についても、ドイツの連邦制に関する文献についても、収集が順調に進んだためである。また、ドイツにおける文献調査においても、日本で収集が困難な文献とともに、各州の憲法と地方自治法に関する文献も収集できたことも研究の進捗にとって決定的であった。また、2017年2月のドイツ滞在中のヴァルトホフ教授とブムケ教授との面談、および3月に来日中のドイツ人研究者との意見交換の中で、ドイツにおける地方自治と議会の最新の法問題について非常に有益な情報が得られたことも理由にあげられる。研究内容では、日本の従来の議論の整理が進んだことにより、議会法律の地方自治に対する機能と限界が明らかになったことである。ただ、従来の議論は、国によるコントロールの過多が問題であったが、現在の分権化の議論においては国からの自治体への権限委譲の在り方、および自治体による権限遂行の可能性が問題となっている。この問題に対して、州が地方自治体に権限を委譲する際に財源の確保が要請される「Konnexit&auml;tsprinzip(牽連性の原理)」についてヴァルトホフ教授と議論し、分権化が議論されている日本における「地方自治の本旨」、およびその立法による具体化の議論にとって非常に参考になる法制度であることが確認された。また、連邦制に関しては、憲法改正によって制度変更が可能となるが、憲法改正によって州の立法権限がどのように変化するのか、に関して検討する端緒を獲得できた。研究実績の概要については、以下の通りである。研究の内容面では、昨年度収集した日本語、およびドイツ語文献の内容の精査・分析を行った。日本における議論であるが、昨年度行った行政法学における議論の検討で、地方自治に対する法律の意義が確認されたが、それをもとに憲法における議論を再確認した。「住民自治」と「団体自治」の概念を「地方自治の本旨」と理解し、共通でありつつも、憲法学と行政法学の議論の差が、把握しようとしている地方自治の「現実」、つまり「地方分権」への対応にあるとの考えに至った。このような考えの下で、戦後日本の「地方自治」をめぐる公法学における議論で重要な役割の一翼を担ったドイツ公法学の検討を行った。ドイツ公法学では、基本法28条、および各州憲法で規定されている「地方自治」の内容の明確化だけではなく、その内容および地方自治体の各権限の法律による具体化とその限界をめぐって詳細な議論がなされており、それらの権限を維持し、地方自治体の機能性を確保することに議論の中心がある。また、以上の研究について、ドイツにおける水準に達しているかを検証し、また検討不足を補うために、ドイツに滞在した。

その際、昨年度に引き続き、ベルリン・フンボルト大学のクリスティアン・ヴァルトホフ教授、およびブツェリウス・ロースクール(ハンブルク)のクリスティアン・ブムケ教授、ハイデルベルク大学のヴォルフガング・カール教授、およびミュンヘン大学のアン-カトリン・カウフホルド教授と面談し、ドイツにおける地方自治体と立法の関係、とくに地方自治体の機能性の立法による確保をめぐる問題について意見を交換し、指導を仰いだ。また、本年度は、ポツダム大学法学部・同地方自治研究所所長のハルトムート・バウアー教授とも面談し、「人口減少社会と地方自治体の機能性の維持」という日本でもアクチュアルテーマについて意見を交換した。90年代以降、日本では「地方分権」が主張され、継続的に改革が行われている。本研究は、このような現代的問題を踏まえ「地方自治」を、ドイツ公法学における地方自治をめぐる議論を参考として体系的に検討するものである。その際、議会による決定の一つである「立法」による地方自治の具体化に注目し、国の議会が地方自治についてどのように決定できるのか、またその限界はどこにあるのか、換言すると、憲法が保障する「地方自治」が立法にとってどのような役割を果たすのか、を検討とした。暫定的ではあるが、地方自治体の「権限とその執行の維持・確保」、および「最低限の存続」という観点が得られ、そこから検討を進めた。2年目の2017年度は、2016年度に収集できたドイツ語文献の精読、および議論の精査から始め、上記の「牽連性の原理」の議論状況を検討する。このことによって、伝統的に地方自治体に権限として認められてきた条例制定権、財政権などと並んで、地方自治体の権限を遂行する権限の確保を問題の中心として、検討を進めていく。また、連邦制に関しても、憲法改正によって州の立法権限がどのように変化を受けてきたのか(立法権限の縮減)、に関するドイツの議論を検討する。研究協力者とも意見を交換する機会を積極的に設け、日本とドイツの議論について助言を受ける。また、これらのドイツの議論の検討をまとめるべく、2017年度末に再度ドイツに滞在し、前述のヴァルトホフ教授、カール教授などに面会し、意見の交換、および助言を受け、さらに追加の文献を収集する。このことによって、議論の正確性と客観性を担保することに努める。以上の方法により、2016年度の日本の議論の再検討・整理を踏まえ、分権化時代の日本の地方自治のあり方を探求し、そこにおける国の議会とその法律の意義と機能、および限界(議会によるコントロールとしての地方自治の意義)を検討する。以上のことによって、論文にまとめ、公表し、本研究費の成果としたい。29年度が最終年度であるため、記入しない。公法学29年度が最終年度であるため、記入しない。
皮膚バリア機能を果たす極長鎖脂肪酸含有アシルセラミド生合成メカニズムの解明

皮膚バリア異常は魚鱗癬、アトピー性皮膚炎、乾燥肌を引き起こす要因となる。特に皮膚バリアに特化したアシルセラミドは脂質全体の約8%程度にも関わらずその合成不全は重篤な皮膚疾患を引き起こす。しかし、アシルセラミドの治療薬としてのポテンシャルや一部の生合成経路は未解明のままであり、それらを化学的に解明するためには十分な量が必要となる。本研究はアシルセラミド分子のなかでも最も多く存在するC34:1あるいは最長のC36:1の超長鎖脂肪酸を含有する分子種の効率的な全合成を達成した。またω-OHセラミドとリノール酸のアシル化酵素解明のために光アフィニティープローブの合成を実施した。アトピー・魚鱗癬は主に角質層の皮膚バリア機能障害によって引き起こされる。特に皮膚バリアには特有の超長鎖脂肪酸(C32,34,36)を持ったアシルセラミドが存在し、このアシルセラミドの減少が疾患の原因である。この皮膚表面特有のアシルセラミドの生合成機序は完全には解明されておらず、前駆体であるω-OHセラミドを基質とするアシルトランスフェラーゼの全貌は未解明のままである。またアシルセラミドの合成法はいくつか報告されているが、汎用性が低く、今後塗布薬や化粧品などへの応用は困難である。本研究は光アフィニティーラベル法を利用したアシルとランスフェラーゼの解明および超長鎖脂肪酸含有アシルセラミドの効率的全合成を目的としている。本年度は光アフィニティープローブに用いるリガンド(ω-OHセラミド)並びにアシルセラミドの効率的合成を行い、特に超長鎖脂肪酸(C32,34,36)の効率的な合成に成功した。当初、超長鎖脂肪酸の合成は安価なアルキン-ハロゲン化アルキルのカップリングを用いて超長鎖の構築および鎖長の制御を検討した。炭素鎖C20前後までは6080%程度の収率で反応が進行することを確認した。しかしそれ以上の炭素鎖になると極端に反応収率が低下すること、反応溶媒に発癌性の疑いがあるヘキサメチルリン酸トリアミドを大量に使用しなければならないことも判明した。これを克服するため安価な試薬を用いて、より効率を高めた多岐に渡る反応を検討したことで当初の予定以上の時間を費やした。結果、Wittig反応による伸長反応が最も効率であることが判明し、2段階のWittig反応で超長鎖脂肪酸の合成に成功し、また鎖長(C32,34,36)の制御にも成功した。他グループの同様なWittig反応による合成法では収率40%以下であるが、本研究では超長鎖脂肪酸合成においてより効率(80%程度)な反応系確立に成功した(論文作成中)。28年度はω-OH超長鎖脂肪酸(C=32,34,36)の合成を達成し,アシルセラミドの合成も達成した。しかしそれら物性や人工皮膚モデルへの応用、塗布治療薬への可能性を確認するためにはグラムスケールの合成が必要となることがわかった。そこでω-超長鎖脂肪酸の量がアシルセラミド合成の律速になる。そこでグラムスケール適応可能な合成ルートを再検討し、鎖長反応であるWittig反応の溶媒を改善、および反応基質を改善することで、これまでアルデヒド対リンイリドを2:1で混合していたものを1:1かつ収率80%以上で達成することに成功した。さらにセラミドはスフィンゴイド塩基を持ち、その生体内に存在する立体はD-erythreo型である。これは生体内のL-セリンより合成されるが、アミノ酸のキラリティーによって経皮吸収が異なる報告もされていることから、そのエナンチオマーであるL-erythro型のアシルセラミド合成にも着手しており、現在スフィンゴイド塩基と超長鎖脂肪酸およびリノール酸のカップリングを検討している。またガラスプレートを基盤としたアシルセラミドの人工皮膚モデル作成の検討も行なっている。一方、アシルセラミドを合成するアシルトランスフェラーゼ解明に関しては今年初めにその酵素がPNPLA1であることがNat.Commun.で報告された。しかし皮膚脂質関連酵素の光アフィニティーラベル法による釣り上げ実績はなく、またアシルセラミドのグリコシル化等を含めいまだ未解明な皮膚脂質代謝関連酵素群が存在する。従って今年度はまずアシルトランスフェラーゼを釣り上げる光アフィニティープローブの合成に成功し、その釣り上げ実験に移行している。アシルセラミドの物性や人工皮膚モデルへの応用、塗布治療薬への可能性を確認するためにはグラムスケールの合成が必要となることがわかり、グラムスケール合成対応可能なルートを再検討する必要があり、それに時間を費やすこととなった。また光アフィニティープローブのリガンドとして用いる際、プローブ合成の困難さから当初の予定以上にω-OHセラミドが必要になりその合成にも時間を費やすこととなったためである。しかし現在グラムスケールでの対応可能な合成ルートを確立させたので、本手法を用いてプローブを作成し、釣り上げ実験に移行している。最終年度は、1)ω-OHセラミドをアシルセラミドへとリノール酸をアシル化するアシルトランスフェラーゼの解明を光アフィニティーラベル法によって解明すること、2)および皮膚バリア機能の脂質ラメラ構造形成、維持に重要なタンパク結合型セラミドの主成分であり前駆体であるω-9位にシス型のオレフィンを持つ超長鎖脂肪酸(C34)含有アシルセラミドの合成についても新たに着手した。1)アシルトランスフェラーゼの解明については、先に他グループの遺伝学的手法によりホスホリパーゼの1種、PNPLA1であることが報告された(Nat. Commun. 2017)。

しかし、脂質代謝酵素の光アフィニティーラベル法による解明研究は例がないため、その可能性を検討した。光アフィニティープローブは当初、親水性樹脂に固定したものを作成する予定であったが、プローブの疎水性(超長鎖脂肪酸による)や脂質のかさ高さにより、固定化が困難であった。そこで樹脂の代わりにビオチンを標識タグとすることで、プローブを作成した(昨年度末)。しかし、本プローブも水溶性が低いため、親水性を保持したプローブの再構築の必要性が示唆された。現在は親水性を保持するためにPEGをリンカーとしたプローブ合成、また現在開発中の新型ジアジリン搭載型光アフィニティープローブの作成を行なっている最中である。本年度でプロジェクトは終了するが、これらプローブを作成後は標的のPNPLA1が釣り上がるのか否か、光アフィニティーラベル法の実用性を検討する。2)ω-9位にシス型のオレフィンを持つ超長鎖脂肪酸(C34)含有アシルセラミドの合成については、大量合成例がないので本研究期間中に見出した超長鎖脂肪酸の溶解可能な有機溶媒の組み合わせによってWiitig反応を効率良く進行させることに成功し、全合成に成功した。これらの結果について現在、論文投稿を行なっている。皮膚バリア異常は魚鱗癬、アトピー性皮膚炎、乾燥肌を引き起こす要因となる。特に皮膚バリアに特化したアシルセラミドは脂質全体の約8%程度にも関わらずその合成不全は重篤な皮膚疾患を引き起こす。しかし、アシルセラミドの治療薬としてのポテンシャルや一部の生合成経路は未解明のままであり、それらを化学的に解明するためには十分な量が必要となる。本研究はアシルセラミド分子のなかでも最も多く存在するC34:1あるいは最長のC36:1の超長鎖脂肪酸を含有する分子種の効率的な全合成を達成した。またω-OHセラミドとリノール酸のアシル化酵素解明のために光アフィニティープローブの合成を実施した。28年度は、27年度中に完成予定であった超長鎖脂肪酸含有ω-OHセラミド並びにアシルセラミドの合成を前期中に達成する。またWittig反応で得られるオレフィン部位は接触還元による重水素導入も検討する。後期は光アフィニティープローブの作成、有用性を確認し標的アシルトランスフェラーゼの釣り上げ実験に移行する予定である。アシルセラミド合成に関してはタンパク結合型セラミドの前駆体であることも知られており、アシルセラミドのスフィンゴイド塩基1位の水酸基がグリコシル化後、結合型セラミドへと代謝することが最近の研究で判明してきた。そこでグリコシル化超長鎖脂肪酸含有アシルセラミドの合成については報告例もないため、それに着手する予定である。またアシルトランスフェラーゼの釣り上げ実験はプローブが完成しているので、それを用いて釣り上げ実験を行なっている最中である。さらに現在、新規ジアジリン型光反応基を開発しており、これを使用し、従来の光アフィニティーラベル法よりも効率的であることを本ラベル実験によって証明する予定である。有機合成化学光プローブ作成に若干の遅れがあったため、その合成試薬の調達分に差額が生じた。本年度は当初、光アフィニティーラベル実験(生化学実験)を行う予定であったが、アシルセラミド及び、プローブ合成実験にほぼ留まったため、その分の支出が抑えられた。
気候変動に伴う全球洪水氾濫リスクの標準化及びリスク評価システム構築

近年巨大水災害への対応が国際的重要課題となっている中、現在気候(1979-2003)下の極端な洪水現象のリスクを正確に評価・(再現性)検証することが求められているが、加えて、将来気候(2075-2099)下のリスク変化を予測することも極めて重要である。そこで、本研究では、アジア域の脆弱な氾濫源やメガデルタ地帯を対象に、現在の最大リスクと将来のリスク変化を予測する基礎研究を行った。その結果、アジア域の浸水深変化には増大傾向がみられた。これをもとに、アジア14カ国について脆弱性指標を適用しリスク評価を行ったところ、バングラデシュの洪水リスクが最も高いという予測を得た。1.全球洪水リスク評価標準モデルの開発(1)洪水リスク評価に必要なハザード要素(洪水浸水深モデル=FID)改善:全球規模での洪水リスクを簡便に評価できるシステム構築のため、FID (水平分解能;約500m)計算は、空間解像度を高め、堤防・ダム等河川管理施設を反映する改良の後、アジア大陸に適用した。FIDモデルによるバングラデシュでの既往最大規模(50年確率流量)の洪水氾濫域と衛星画像から抽出した浸水域(MODIS:2004年、2007年、ALOS AVNIR:2007年、水平分解能;約15m)との一致の有無を測定した。特にシラジゴンジ地区内で、2007年最も水害が大きかった2箇所の水害調査(分光器+GPS観測、聞き取り調査)を9月に行い、FID計算を見直すことになった。(2)大規模洪水による時・空間的な浸水範囲の抽出精度向上:MODIS画像からMLSWIを用いて一次浸水域を抽出した上、DEMと組み合わせて二次浸水域を抽出する新たな手法を開発し、三次元的な浸水域の判読精度を改善した。また、時系列データを用いて200km以上の広範囲にわたる大洪水に対して、最大洪水浸水域の全体像も1日遅れで把握できた。2.全球浸水深指標と洪水リスクの変化予測(1)洪水リスク評価システムに利用する因子データを構築:因子分析により、社会的・経済的脆弱性指数として、人口比率、早期警戒制度、森林変化率、政治の安定化指数が代表的となった。事例研究として、フィリピン共和国とネパールとのリスクを比較し、洪水災害リスクが最も高かったバングラデシュの洪水ハザードから農業被害まで評価した。(2) WEB-GIS環境をつくるため情報収集:米国地質調査局USGSが開発した米国国内の洪水ウェブマッピングシステムFIM;高度なWEB-GIS技術による氾濫シミュレーションシステムについて情報交換および開発現況を把握した。将来的に、気候変動が全球洪水リスクに及ぼす影響を明らかにすることが重要となってくる。よって平成24年度には、洪水リスク評価標準モデルを開発した。洪水によって危険に曝される領域であるハザード(H; Flood Hazard)、危険に曝される人口や資産(E; Exposure)、水災害による社会の被害の受けやすさ(SS; Social Susceptibility)を一般因子の関数として標準化した事例を試みた。同時に、河川流域での洪水被害をもたらす直接的な重要要因となる洪水ハザードを評価し、その洪水浸水深モデル(Flood Inundation Depth:FID)を開発した。次に、社会の被害の脆弱性を考慮した一般因子をER-DATとUNデータベースから選び、最も強い影響を与える因子(早期警報指数、栄養指数など)を求めた後、それをアジアの15カ国へ適用し洪水災害リスクを評価した。本研究の洪水ハザード予測の妥当性を明らかにするため、対象地域であるアジア諸国の中から、2010年8月に発生したパキスタン・インダス川流域の大洪水と2011年10月に発生したタイ・チャオプラヤ川の下流部の大洪水を基に洪水浸水深モデルの計算を行った。さらに地球観測衛星データMODIS(水平分解能500m)とALOSPALSAR・AVNIR(水平分解能1530m)画像から最大浸水域を抽出し、現在の洪水氾濫脆弱性の現実性を確認した。これにより、氾濫域を短時間(準リアルタイム、12時間)に計算・抽出でき、全球の洪水リスクとして十分な精度も高めることができた。洪水ハザードから洪水災害リスクまでの一連の研究の流れをつくるためには、本研究のような特定の脆弱地域研究へ連続的につながるアプローチが重要であると考えられる。1.アジア域における洪水氾濫リスクの将来予測:MRI-AGCM3SのSRESA1Bシナリオに基づいて、現在気候(1980-2004年)と将来気候(2075-2099年)という二つの条件下で、影響人口を含めたアジア諸国の河川氾濫リスクを比較した。

アジア諸国中、調査可能な15カ国の脆弱性指標を調べ、洪水と相関性が高い指標(高齢者人口率,栄養失調率,都市化率,腐敗認識指数,早期警報)を選定し、評価した結果、バングラデシュ人民共和国の危険度が最も高いことが明らかになった。また、将来の人口増減率を考慮した影響人口は15カ国全体で3.4%(約3千5百万人)増加し、将来の影響人口全体に占める割合は中国が最も高いが、総人口比率で見るとバングラデシュの増加率(38.5%)が最も高いこともわかった。2.バングラデシュの将来変化予測:主に影響人口および農業被害の変化予測を目的として、近年最大規模であった2007年大洪水(10年確率洪水)を洪水浸水深モデル(FID)で再現した。また、実証データを求めるため、2012、2013と2014年に深刻な農業被害があったブラマプトラ川沿いの代表地区で、2年間にわたり同時期に現地水害調査を行い、稲作被害曲線を試作した。それを基に格子ごとの人口急増地域の氾濫リスク、氾濫域内の稲作被害分布、水施設(堤防)を考慮した新たなリスク評価を検討した。その結果、バングラデシュでは、堤防設置により、現在気候下で35%、将来気候下で34%、リスクを軽減できることがわかった。3.ウェブGISシステム試作:ArcGIS-Onlineを使って、アジア域主要河川の浸水ポテンシャルモデルや検証・分析結果の一部を地図上にわかりやすく可視化することを試みた。今後、クラウドArcGIS-Onlineを用いて、GISデータをアップロードして簡単に情報を共有できる洪水リスク管理支援システムに発展させていく。リモートセンシング、GIS、防災水文学(水災害危機管理)気象庁モデルによる降水量と河川流出モデル(BTOPモデル)の計算が多少遅れているが、現在のところ、(1)洪水リスク評価標準モデルの改善およびアジア域である洪水事例に基づいて検証、(2)アジア域の浸水深変化の増加傾向の結果まで達成できた。(1.1)洪水リスク評価標準モデルの改善および氾濫源における洪水の検証:社会の被害の脆弱性を示す特定因子を求め、アジアの15カ国にこのモデルを適用した。アジアの15カ国の洪水氾濫域検証は、平成25年度まで2010年のパキスタン・インダス川流域、2011年タイ国・チャオプラヤ川流域、2011年フィリピン共和国・パンパンガ川流域、ネパール全国、2011年メコン川・カンボジア氾濫源、2007年バングラデシュ・ブラマプトラ川の大洪水のように、全球スケールの大規模な洪水災害の実態把握(観測水文データ)・氾濫域比較分析・MOIDS(準リアルタイム)やALOS AVNIRなど衛星画像を用いる実例研究を行った。(2.1)全球浸水位指標と洪水リスクの変化予測:気候変動を考慮した計算が多少遅れているが、MRI-AGCM3S(SRES A1B)シナリオのみで適用し、浸水ポテンシャルモデル(FID)によりアジア域の浸水深変化が21世紀末に増加する傾向が確認できた。洪水リスクやDRMの最新の動きやリスク指標などについて世界銀行防災グローバル・ファシリティ(GFDRR)のリスク担当者三宅氏らと情報を交換した。(2.2)全球洪水リスク評価システム構築:WEB-GIS環境をつくるため情報収集:米国地質調査局(USGS)が開発した米国国内の洪水ウェブマッピングシステム(FIM)について情報交換および開発現況を把握した。
三次元培養細胞への機械的刺激と高分子HAを用いた顎関節症の解明と新規治療法の確立

顎関節OAは下顎頭軟骨の吸収破壊を初期病変とする退行性疾患で、慢性の関節炎と下顎骨の変形に伴う咬合異常、顎機能障害、顔貌の不調和を引き起こす。顎関節OAの発症には、顎関節組織に対する過度な圧縮負荷が関与しているが未だ不明な点が多い。そこで本研究では、顎関節OAの発症機序に着目し、ヒト軟骨・滑膜細胞に過度な機械的刺激を与えたときの高分子HAの存在/非存在が、遺伝子・タンパク発現変化に及ぼす影響の解明をした。その結果、過度な機械的伸張刺激負荷時の高分子HA添加は、潤滑機能蛋白SZPの遺伝子発現を増加させ、関節潤滑機能を改善させることが明らかとなった。正常な顎関節では、下顎頭と下顎窩の間に関節円板が介在しており、これが負荷に対する緩衝作用を発揮している。顎関節OAは、下顎頭軟骨の吸収破壊を初期病変とする退行性疾患で、慢性の関節炎と下顎骨の変形に伴う咬合異常、顎機能障害、顔貌の不調和を引き起こす疾患である。顎関節OAの発症には、顎関節組織に対する過度な圧縮負荷が関与しており、下顎頭に加わる機械的負荷がkeyfactorと考えられているが、そのメカニズムについての詳細はいまだ不明な点が多く、歯科臨床において治療が困難な疾患と位置付けられている。そのため、本研究では顎関節OAの発症機序ならびに顎関節の構造変化に着目し、機械的刺激と高分子HAが培養軟骨・滑膜細胞に及ぼす影響を探索することを目指した。実験1としてヒト軟骨・滑膜細胞を三次元培養し、過度な繰り返し機械的刺激負荷を与えたときの遺伝子・タンパク発現変化を解明した。さらに機械的刺激時の高分子HA投与が遺伝子・タンパク発現変化に及ぼす影響について解析を行った。過度な機械的刺激負荷後、炎症性サイトカインであるIL-1βおよび基質分解酵素(MMP-1,MMP-3,MMP-13)は、コントロール群と比較してそれぞれ3時間後、6時間後に有意に増加し、12時間後には減少した。一方で、高分子HA合成酵素(HAS2)の発現は減少し、低分子HA合成酵素(HAS3)の発現は増加した。また機械的刺激時の高分子HA投与は、HAS2遺伝子発現を亢進させ、HAS3遺伝子発現を抑制させた。今後は、実験2として顎関節OAによる関節組織のアポトーシス変化および顎関節内への高分子HA投与がトロンビン、一酸化窒素(NO)産生に及ぼす影響の解明していく。また実験3として、ラット過開口OAモデルの顎関節への高分子HA投与が関節組織の再生に与える影響の解明をしていく予定である。まず、ヒト軟骨・滑膜細胞に機械的刺激を与えたときの、高分子HAの存在/非存在が遺伝子・タンパク発現変化に及ぼす影響の解明した。さらに、機械的刺激時の高分子HA投与が軟骨・滑膜細胞をはじめとする関節組織の遺伝子・タンパク発現変化に及ぼす影響について解析を行った。過度な機械的刺激負荷後、炎症性サイトカインであるIL-1β及び基質分解酵素(MMP-1,MMP-3,MMP-13)は、コントロール群と比較してそれぞれ3時間後、6時間後に有意に増加し、12時間後には減少した。また、機械的刺激時の高分子HA投与は、HAS2遺伝子発現を亢進させ、HAS3遺伝子発現を抑制させた。ヒト滑膜細胞を三次元培養し、過度な繰り返し機械的刺激負荷を与えたときの遺伝子・タンパク発現変化は解明することができた。さらに、機械的刺激時の高分子HA投与が遺伝子・タンパク発現変化に及ぼす影響についても解析を行うことができ、実験1については概ね達成できたといえる。しかし、当初計画していた顎関節OAによる関節組織のアポトーシス変化および顎関節内への高分子HA投与がトロンビン、一酸化窒素産生に及ぼす影響についての検討がまだ達成できてない。これは、ラット過開口OAモデルの顎関節組織の摘出が安定して施行できなかったこと、またそれぞれ摘出しアポトーシス細胞をマイクロプレート内で標識し発色させて、半定量的に検出するステップが困難だったためと考えられる。

歯科矯正学今後は、実験2として、顎関節OAによる関節組織のアポトーシス変化および顎関節内への高分子HA投与がトロンビン、一酸化窒素(NO)産生に及ぼす影響の解明を行っていく。まず、ラット過開口OAモデルの顎関節への高分子HAの投与/非投与の顎関節組織をそれぞれ摘出し、アポトーシス細胞をマイクロプレート内で標識し発色させ検出する。さらにPCR法とWestern blot法を用いて高分子HAの存在/非存在でのトロンビンの発現変化を遺伝子およびタンパクレベルで定量解析する。次に、実験3としてラット過開口OAモデルの顎関節への高分子HA投与が軟骨・滑膜細胞の炎症性サイトカイン、骨・軟骨細胞分化を誘導する遺伝子(Sox9、アグリカン、II型コラーゲン、III型コラーゲンなど)や、基質分解酵素(MMP-1,3,13)、HA合成・分解酵素(HAS1/2/3、HYAL1/2/3)に与える影響を、PCR法とWestern blot法を用いて遺伝子およびタンパクレベルで定量解析する。これにより、顎関節OAモデルの顎関節内への高分子HA投与が軟骨・滑膜組織をはじめとした関節組織のリモデリングに及ぼす影響とその機序を解明する。