hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マイクロシステムにおける流体混合の数値予測手法の開発

本課題は、混相流のマイクロデバイスとしての応用面に着目し、マイクロシステムにおける混相流を伴う流体混合の高精度数値予測手法の開発を研究目的とするものである。第二年度となる本年度は、粒子法における壁境界表現手法の開発、研究成果のとりまとめを実施した。粒子法は、複雑形状あるいは薄肉の固体物体の取り扱いに課題があることが知られている。マイクロデバイスでは流路の内壁が複雑な形状をしている場合や、薄肉な回転翼などを有する場合も多く見られるため、粒子法を用いてそのような解析を行うために壁境界の表現手法の改良が求められている。従来の壁境界表現方法の一つとして粒子の鏡像(ミラー粒子)を用いる手法が挙げられる。この手法は、境界条件の計算アルゴリズムが単純であることや、境界条件の設定にかかるプリプロセスのコストが小さいという長所をもつ。一方で、適用可能な形状の自由度が小さいという短所があった。そこで、(i)ミラー粒子のミラー粒子を考慮すること、(ii)視線判定を導入すること、によって形状適応性の問題を回避する新しい壁境界表現手法を開発した。数値実験に基づく提案手法の妥当性検証を行った結果、複雑形状においても適切に固体壁境界を評価し安定に妥当な解を得ることができることを示された。これまでの研究により得られた成果をとりまとめ、国内外での学会発表およびジャーナル論文の執筆・投稿を行った。具体的には、昨年度の研究「格子-粒子ハイブリッド型手法の開発」により得られた成果は国際学会にて口頭発表を行った。「粒子法における壁境界表現手法の開発」により得られた成果は、国内学会にて口頭発表を行い、学会誌へ論文を投稿した。更に、これらの研究成果を主としてまとめた博士論文を執筆し、所属研究機関に提出した。同博士論文は審査の結果受理され、博士(工学)の学位を取得した。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。研究実施初年度となる本年度は、既往研究の文献調査、従来手法の精度検証、ハイブリッド型手法の開発を実施した。流体混合や混相流を伴う流れの数値解析に関する既往研究の文献調査を行った結果、以下のことがわかった。格子法をベースとした計算手法は、対流項の離散化誤差に起因して発生する数値拡散が解析精度を著しく低下させる要因となる。一方、粒子法では対流項が現れないため数値拡散の発生を回避することができる。更に、粒子法は移動境界の取り扱いに適する性質をもち、複雑な自由表面変形や相変化を伴う問題に多くの適用例がある。既存の計算手法である有限体積法とMPS法の計算コードを作成し、数値実験による解析精度の検証を行った結果、以下のことが明らかとなった。格子法である有限体積法は物理量の保存性や計算の安定性に優れており流れの計算では解析精度が高いが、数値拡散の発生により一般の流体混合問題に対して高精度な解を得ることが困難である。一方、粒子法であるMPS法では、流れの計算では精度・安定性が有限体積法に劣るものの、流体混合の計算では大きな数値拡散が発生せず妥当な解を得ることができた。流れの解法には有限体積法を使用し、濃度の解析には粒子法を使用するハイブリッド型の計算手法の開発を行った。粒子法では計算点配置の不均一性による解析精度の低下と数値不安定性の発生が懸念されるが、最小二乗法を用いた空間離散化スキームを採用することで精度を改善し、粒子分布の均一化補正により不安定性の問題を回避した。数値実験による解析精度の検証を行った結果、本提案手法は数値拡散が極めて小さく、流体混合問題を高精度に評価できることが確認された。研究実施初年度となる本年度は、マイクロシステムにおける混相流を伴う流体混合の高精度数値予測手法の開発を行うため、既往研究の文献調査、従来手法の精度検証を行う予定であった。実際は、これらに加え、新しい計算アルゴリズムであるハイブリッド型手法を開発し、精度検証についても実施し、ジャーナル論文としてまとめるに至った。

具体的には、昨年度の研究「格子-粒子ハイブリッド型手法の開発」により得られた成果は国際学会にて口頭発表を行った。「粒子法における壁境界表現手法の開発」により得られた成果は、国内学会にて口頭発表を行い、学会誌へ論文を投稿した。更に、これらの研究成果を主としてまとめた博士論文を執筆し、所属研究機関に提出した。同博士論文は審査の結果受理され、博士(工学)の学位を取得した。粒子法は、自由表面流れや混相流などの移動境界問題に適する解析手法として脚光を浴びている。しかしながら、複雑形状あるいは薄肉の固体物体の取り扱いに課題があることが知られている。マイクロデバイスでは流路の内壁が複雑な形状をしている場合や、薄肉な回転翼などを有する場合も多く見られるため、粒子法を用いてそのような解析を行うために壁境界の表現手法の改良が求められている。そのような状況を鑑みて、任意形状に適用可能な壁境界表現手法の開発を行いたい。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
糖鎖認識ユビキチンリガーゼの構造変換に基づくF-boxタンパク質の標的分子探索

様々な生体反応において重要な役割を担うユビキチン・プロテアソーム系において最も重要な分子ユビキチンリガーゼ。その中で最も良く研究されているSCF型ユビキチンリガーゼの基質認識ユニットのF-boxタンパク質の標的分子探索を行う系を確立した。この系を用いて糖鎖を認識するF-boxタンパク質Fbsファミリーに属するFbxo44の基質を同定し、その機能を明らかとした。ユビキチン・プロテアソーム系による選択的タンパク質分解は,様々な生体反応において重要な役割を担っている。この系において最も重要な分子は,分解を受けるべく標的タンパク質を見分け,それにタイミング良くユビキチンを連結させる酵素`ユビキチンリガーゼ'であり膨大な数存在することが知られている。その中で最も良く研究されているファミリーのひとつSCF型ユビキチンリガーゼの基質認識ユニットのF-boxタンパク質はヒトでは約70種存在するが,多くのF-boxタンパク質の標的分子は未知である。本研究では,糖鎖を認識するF-boxタンパク質Fbs1と相同性が高いF-boxタンパク質のうち,糖鎖結合能のないFbxo44とFbxo17を中心に基質の探索を行うことを目的とした。今年度は,Fbxo44とFbxo17の標的分子スクリーニングの系を立ち上げ,いくつかの標的分子を同定した。Fbxo44には2種類のオルタナティブスプライシングフォームが存在するが,それらFbxo44a及びFbxo44bはC末端側半分が全く異なるアミノ酸配列を持つ。これらの中で,Fbxo44bの標的分子であるビテロネクチン様カルボキシペプチダーゼ(CPVL)を中心にその細胞内における挙動を解析し,Fbxo44が糖鎖非依存的にCPVLを小胞体においてユビキチン化することを見出した。また,Fbxo44aについてはRNA結合配列をもつ複数個のタンパク質と結合することを見出した。Fbxo44aがこれらの分解に関わるのかを今後詳細に検討していく。ユビキチン・プロテアソーム系による選択的タンパク質分解は、様々な生体反応において重要な役割を担っている。この系において最も重要な分子は、分解を受けるべく標的タンパク質を見分け、それにタイミング良くユビキチンを連結させる酵素'ユビキチンリガーゼ'であり膨大な数存在することが知られている。その中で最も良く研究されているファミリーのひとつSCF型ユビキチンリガーゼの基質認識ユニットのF-boxタンパク質はヒトでは約70種存在するが、多くのF-boxタンパク質の標的分子は未知である。本研究では、糖鎖を認識するF-boxタンパク質Fbs1と相同性が高いF-boxタンパク質のうち、糖鎖結合能のないFbxo44とFbxo17を中心に基質の探索を行うことを目的とした。昨年度はFbxo44のオルタナティブスプライシングフォームのFbxo44bがビテロネクチン様カルボキシペプチダーゼ(CPVL)に結合することを見出した。本年度はこれに焦点を絞り、Fbxo44bとCPVLの関係を詳細に検討した。その結果、Fbxo44bは細胞質に存在するペプチドNグリカナーゼ(PNGase)により糖鎖が取り除かれた蛋白質を特異的にユビキチン化するこれまでとは異なる新しいタイプの小胞体関連分解に関わるリガーゼを形成していることを明らかとした。Fbxo44a及びFbxo17に関しては、引き続き基質の解析を継続し、その機能の解明を行っている。
放射線治療後の癌患者における癌細胞の浸潤・転移に関する基礎研究

放射線治療後の癌患者は早期の治療によって予後期間に影響を与える。予後期間に最も関係のある癌細胞の浸潤・転移に関した因子に注目をし、予後との関係を検討した。近年、悪性腫瘍におけるU-PAとPAI-1の役割が注目されている。癌細胞は血管内に侵入し、基底膜と結合組織を破壊して転移形成をしているものと考えられる。そこで癌患者の同意を得た検体標本を用いて、細胞外基質を溶解し、癌細胞の浸潤・転移に関与しているU-PAと浸潤・転移に対して抑制的に働いてるPAI-1について免疫染色を行い、染色性の陽性%を計測した。上記の因子に加えて細胞増殖に関係のあるPCNAについても免疫染色を行い、H.E染色と対比しながら計測を行った。同様の因子を用いて、当院で樹立した食道癌細胞を用い培養系で細胞に対する阻害度を検討した。1995年1999年間に放射線根治照射を施行した食道癌患者について、患者の同意を得た検体標本を用いて免疫染色を行った。免疫染色の染色性の陽性率はU-PAでは4070%と比較的高く、浸潤・転移を進行させているものと思われた。それに反して、PAI-1は3555%と中程度の値を示し、多少、浸潤・転移に関して抑制的に働いている部分も見られた。増殖性の指標として、PCNAの免疫染色を行ったが2555%と比較的低い値で、細胞の増殖があまり盛んに行われていなかった。食道癌細胞を用いた培養系での上記の因子について細胞阻害度を検討した。その結果、PAI-1では10,25,50μMの濃度で添加すると細胞数が減少し、細胞に対して抑制的に働いていた。U-PAでは多少の減少は見られたが添加による影響は見られなかった。PCNAの増殖因子では10μMと25μMと細胞数の増加が見られたが50μMに従って減少の傾向が見られた。今後、細胞外基質について検討を行い癌細胞の浸潤・転移のメカニズムを解明する。放射線治療後の癌患者の予後期間は早期の治療により変動してくる。予後期間の長短の原因として、色々あるが、その中から最も関係のある癌細胞の浸潤・転移に関した因子に注目をし、予後との関係を検討している。悪性腫瘍におけるUPAとPAI-1,PAI-21の役割が近年注目されている。癌細胞の血管内侵入には血管基底膜と結合組織の破壊がありこれは転移形成に重要なステップとされている。そこで癌患者の同意を得た検体標本を用いて、細胞外基質を溶解し、癌細胞あ浸潤・転移に関与しているU-PAと浸潤・転移に対して抑制的に働くPAI-1,PAI-2について免疫染色を行い、染色性の陽性%を計測している。上記の因子に加えて増殖に関係のあるPCNAについても免疫染色を行い、基礎データとしてH.E.染色を行い、対比しながら計測を行っている。免疫染色の染色性の陽性率はUPAでは4070%と比較的高く、浸潤・転移を進行させているものと思われる。それに反して、PAI-1は3555%と中位の値を示し、多少、浸潤・転移に関して抑制的に働いている部分も見られる。

増殖性の指標として、PCNA免疫染色を行ったが25-55%と比較的低い値で、細胞の増殖があまり盛んに行われていないようの思われた。今後は標本数を増やして免疫染色を行い、陽性率の確認をすると共に、食道癌患者の癌細胞から樹立した培養株を用いて、これらの因子の阻止率を検討する。最後に患者の予後期間と対比し、予後期間との関係を検討する。放射線治療後の癌患者は早期の治療によって予後期間に影響を与える。予後期間に最も関係のある癌細胞の浸潤・転移に関した因子に注目をし、予後との関係を検討した。近年、悪性腫瘍におけるU-PAとPAI-1の役割が注目されている。癌細胞は血管内に侵入し、基底膜と結合組織を破壊して転移形成をしているものと考えられる。そこで癌患者の同意を得た検体標本を用いて、細胞外基質を溶解し、癌細胞の浸潤・転移に関しているU-PAと浸潤・転移に対して抑制的に働いてるPAI-1について免疫染色を行い、染色性の陽性%を計測した。上記の因子に加えて細胞増殖に関係のあるPCNAについても免疫染色を行い、H.E.染色と対比しながら計測を行った。同様の因子を用いて、当院で樹立した食道癌細胞を用い倍養系で細胞に対する阻害度を検討した。1995年1999年間に放射線根治照射を施行した食道癌患者について、患者の同意を得た検体標本を用いて免疫染色を行った。免疫染色の染色性の陽性率はU-PAでは4070%と比較的高く、浸潤・転移を進行させているものと思われた。それに反して、PAI-1は3555%と中程度の値を示し、多少、浸潤・転移に関して抑制的に働いている部分も見られた。増殖性の指標として、PCNAの免疫染色を行ったが2555%と比較的低い値で、細胞の増殖があまり盛んに行われていなかった。食道癌細胞を用いた培養系での上記の因子について細胞阻害度を検討した。その結果、U-PAでは多少の減少は見られたが添加による影響は見られなかった。PAI-1では10,25,50μMの濃度で添加すると細胞数が減少し、細胞に対して抑制的に働いていた。PCNAの増殖因子では10μMと25μMで細胞数の増殖が見られたが50μMに従って減少の傾向が見られた。今後、細胞外基質について検討を行い癌細胞の浸潤・転移のメカニズムを解明する。
大極殿院の思想と文化に関する研究

平城宮第一次大極殿院の〓積擁壁の設計方法を検討した結果、同心3円と偏心円を用いて設計施工していることがわかった。これはキトラ古墳の石室天文図の内規・赤道・外規・黄道と同様の構造である。古代中国では宮殿は宇宙を象って造営していることが歴史史料にあり、日本でもその設計思想を学んだことが明らかとなった。また、同心円の中心に置かれるのが高御座であることなどから、高御座は地軸を意識した記紀神話の「天の御柱」を象るものと考えることができた。平城宮の中枢施設、第一次大極殿を中心にその設計思想や背景にある文化を明らかにする。その成果を来春復原工事が完了する大極殿において、活用するとともに、遺跡の活用プログラムを開発する。平城官跡で第一次大極殿の復元事業が進んでいるが、遺跡は対者を復元するだけでは理解に十分ではない。韓国ソウルの景福宮では守門将の交代儀式などが復興され、教育的効果をあげているだけでなく、観光にも役立っている。そのため、儀式を運営している韓国文化財保護財団を訪れ、担当者に実務の現状と問題点などをヒアリングした。その成果は下記にまとめた。さらに、このような事例を国内の関係者と意見交換すべく、彼らを招き研究会を行った(2007.2.22)。この研究会では平城宮で奈良時代に行っていた騎射の儀式にっいて、場所や内容を続日本紀から確認し、平安時代の儀式書を参考にして儀式の次第を復元考察した、芳之内圭・内田和伸論文「五月五日節会の復興に関する研究」を報告した。また、研究会では、下鴨神社などで実際に騎射(流鏑馬)を行っている弓馬術礼法の小笠原流の射手を招き、かつて行われていた可能性の高い平城宮朝堂院南門や朱雀門で実際に行うことができるか現地を確認してもらい、サラブレットでなければ距離が短くても済むため可能であるとの指摘を受けた。事業主体の決定などの確定が実現に向けての課題であることが確認された。平城官第一次大極殿院については、設計思想の点からいくつかの考察を行い、第一次大極殿前の博積擁壁は宇宙の構造を象るものであること発表した。特に、その高さは8尺で3尺転ぶ勾配をもっていることに関して、古代中国思想(飛烏時代に日本にも導入されている陰陽五行思想)では両数字とも三足烏の八咫烏に関わると同時に、日の正位である東の方位に関わるものであること、擁壁の折れ曲がる平面形も八咫烏に関わることなどを指摘した。平城宮に2つある朝堂院については、中央区の4堂院と東区の12堂院について、2つの朝堂院は太微宮を象ったものであるとの見解を示した。前者の正殿は第一次大極殿院南門であり、その特異な利用形態を考慮すると5堂として捉えてもよいものであること、『晋書』天文志に「太微、天子庭也、五帝之坐也、十二諸侯府也」とあり、太微宮は天子の庭であり、五帝の座であり、十二諸侯府とされたことが根拠となる。古代の国庁の配置計画にいかなる設計思想があるかを検討するために、報告書の整理と遺構図の貼り合わせ作業を行い、次年度の検討材料とした。宮殿の建物配置を星座に擬することは秦の始皇帝の時から始まったが、その後も漢の未央宮、三国時代魏の景福殿、霊光殿などが宇宙を象ったことを『文選』賦篇などに窺うことができる。魏の大極殿は北極星に擬え、唐長安城の太極限も同様であった。このように宮殿の造営は宇宙を象るものと知られていたが、古代日本ではどうだったかは不明であった。大極殿前の〓積擁壁は複雑な形状を成す。検出遺構から設計方法を検討すると、大極殿中心のやや北寄り(高御座)を中心に240尺、280尺、320尺の同心3円を描き、後殿前に中心をもつ360尺の偏心円との交点などを用いて形状を決定している。複雑な設計方法であるが、キトラ古墳の石室天文図とモチーフは同じで、同心3円は内規(周極星の範囲)・赤道・外規(観測点における南天の限界円)、偏心円は黄道を意図したもので、40尺の倍数を用いた規則性は天文秩序を意図している。古代日本も宮殿は宇宙を象るという思想を学び、奈良時代前半の平城宮第一次大極殿院も宇宙を象ったのであることが実証できた。正面の擁壁の高さは8尺で、3尺転ぶ勾配をなしているが、3と8はともに五行思想で"日の正位"東に配当される数宇であり、日のイデオロギーや、三足烏の八咫烏と関わる。

高御座は天地間の往来の可能な場所であり、記紀の国産み神話の"天の御柱"を具現していると理解できるのである。これらは天下支配の正当性の根拠を天上界に求め、宮殿と玉座はそれを誇示し、国家の勢威を示すものであった。また、他に回廊の長さの数値や出土瓦の意匠などが易や天文、暦などで意味をもつものであることを指摘し、それは国家の安寧を祈願したものと推測できた。中国における宮殿の造営の思想は、星座の配置を象るものから『周礼』に基づくものへ南北朝期に変化するという(渡辺信一郎「六朝隋唐期の太極殿とその構造」『都城制研究(2)』奈良女子大学)。日本で大極殿が成立した時には、中国では唐の時代、後者にあたった。既に明らかにしたように、平城宮第一次大極殿前庭の〓積擁壁は大極殿の中心のやや後方、高御座の位置を中心にした同心3円と偏心円の交点を用いたもので、キトラ古墳石室天文図同様に宇宙の構造を描いたものであった。一方、〓積擁壁の位置が示す地割りの比率が天地を象徴する数、9:6であるなど、両方の設計思想を窺うことができた。大極殿やその庭における遺構や荘厳具についても同様の分析を試み、理解を深めることができた。それについては分析途中でもあり、最終報告で述べることとするが、設計者が意図したものは天地、陰陽の調和で、それによる天下の安寧を願ったと言える。大極殿院の設計思想の延長で高御座の復原を試み、既存の模型や現存のものとは異なる案の詳細を検討することができた。奈良時代の高御座は記紀神話を具現している可能性が一層高くなった。宮殿遺跡の活用関係では、韓国朝鮮王朝時代の景福宮における常参儀の見学、茶礼を活かした遺跡の活用研究会参加を果たし、伝統文化を活かした遺跡の活用の重要性を改めて認識した。また、これらを実施している韓国文化財保護財団の研究者の講演録を翻訳した。研究費の補助を受けた平成18-21年度の研究を科研報告(全355頁)にまとめた。研究目的に合わせた報告書の構成としている。第一部は平城宮第一次大極殿院の発掘調査成果をもとに、宮殿は宇宙を象るということを実証した。具体的には、大極殿と後殿が立つ大極殿院の北約3分の1の範囲は、南の玉砂利の広場より約2.4メートル高い壇になっていた。臣下らは一段低い南の広場に整列し大極殿内の高御座に座す天皇を拝した。この壇の東西には広場から壇に上がる斜路があり、壇の正面と斜路の側面には博(せん)と呼ぶレンガを表面に積んだ〓積擁壁があった。その〓積擁壁の平面形は屈曲する奇妙な形で、これを決めるのに、大極殿の中心の少し北側(高御座の位置)を中心に同心3円を描き、後殿前の点を中心にした偏心円との交点などを用いていることが分かった。ちょうどキトラ古墳の天文図に描かれる同心3円と偏心円の関係と同じである。中国の史書や『文選』を検討すると、始皇帝以来古代中国の宮都は宇宙を象るという思想があり、宮都の造営にあたっては、易や天文、暦、算術、地理(風水)など術数と呼ばれる知識体系が使われた。日本では陰陽寮が術数を使い、大極殿院の造営に関わったと推定した。第二部では、こうした思想を意識した上で、高御座を構想するとどのようになるか、〓積擁壁はどのように整備すべきかを検討した。また、明治27年の平安遷都1100年を契機に、大極殿跡などの宮跡の保存と顕彰が各地で行われるようになり、宮跡の保存と顕彰は政治的な課題となったことを明らかにした。第三部では、宮都の造営が思想的には陰陽の調和、五行の循環を通して安寧を求めるものであり、そこで行われる年中行事もその手段だったことから、遺跡の活用プログラムとして年中行事を再現する検討を行った。第四部は、関連する研究の論集である。
シリコンナノディスクアレイ構造を用いた知能情報処理デバイス・回路の開発

ナノディスクアレイ構造と最先端CMOS素子であるFinFETを結合して構成したスパイキングニューロンデバイスを提案・開発した.ナノディスクアレイはバイオナノプロセスと中性ビームエッチング技術で作製される.スパイキングニューロンモデルの実装では,シナプス部でのシナプス後電位の生成が鍵となる.これをナノディスクアレイ内での電子伝導での時間遅れにより実現する.また,ゆらぎのある電子伝導がノイズを利用した情報処理に利用できる.単電子回路シミュレーションを用いて,電子の動作を解析し,ナノ構造を設計した.また,ナノデバイスに適した情報処理モデルとして,モジュラー型自己組織化マップの発展系を開発した.ナノディスクアレイ構造と最先端CMOS素子であるFinFETを結合して構成したスパイキングニューロンデバイスを提案・開発した.ナノディスクアレイはバイオナノプロセスと中性ビームエッチング技術で作製される.スパイキングニューロンモデルの実装では,シナプス部でのシナプス後電位の生成が鍵となる.これをナノディスクアレイ内での電子伝導での時間遅れにより実現する.また,ゆらぎのある電子伝導がノイズを利用した情報処理に利用できる.単電子回路シミュレーションを用いて,電子の動作を解析し,ナノ構造を設計した.また,ナノデバイスに適した情報処理モデルとして,モジュラー型自己組織化マップの発展系を開発した.1ナノ構造の最適化と情報処理回路への応用積分発火型スパイキングニューロンモデルでのスパイクパルス入力に対するアナログ応答(シナプス後電位:PSP)において,PSP信号のゆらぎが脳型処理に有効に働くことに注目し,ゆらぎ量の制御電極の配置依存性やナノ構造アレイパターン依存性を回路シミュレーションによって調べた.その結果,制御電極の位置によりPSPのゆらぎ量を変えられることがわかった.また,入力電圧値を変えることにより相対的にゆらぎ量を調節できること,1次元アレイの方が2次元アレイよりも平均化効果が小さいためにゆらぎを大きくできることなどを見いだした2ナノ構造の物理特性解明,標準CMOSプロセスとの結合ナノディスクアレイ構造の電圧-電流特性の温度依存性などを調べた.その結果,ナノディスク膜厚2nmでは,60K以下の低温では抵抗値がほとんど変化しないが,それ以上の温度では抵抗値が減少すること,ナノディスクの膜厚によって活性化エネルギーが制御できることを明らかにしたCMOSデバイスとナノ構造との結合の検討については,0.25μm標準CMOS技術を用いてMOSトランジスタを試作し,配線層を研磨によりエッチバックして,その上にナノディスクアレイ構造の材料となるSi膜を堆積した.しかし,低温で堆積する必要があったために膜質が十分でなく,以降のプロセスを断念した,このため,CMOSとナノ構造の製造工程自体を見直し,実験室レベルで全工程を行うことし,次年度の計画を立案した3ナノ構造による計算手法の考案と情報処理モデルの最適化モジュラーネットワーク自己組織化マップ(mnSOM)モデルについて,ゆらぎまたはノイズを積極的に利用することで性能向上が図れることを見いだし,次年度に向けて検討を進めることとした1)ナノ構造の最適化と情報処理回路への応用積分発火型スパイキングニューロンモデルでのスパイクパルス入力に対するアナログ応答を生成するために,ナノディスクアレイ内の電子ホッピング伝導を利用する.ニューロンモデルに必要なノイズとして利用するために,電子伝導のゆらぎ特性を制御することを昨年度に引き続き研究した.今年度は制御電極電圧を変えることにより,ゆらぎ量にほぼ影響を与えずにシナプス荷重値を制御できることを新たに見いだした.さらに,電圧変化に応じた静電エネルギー分布の変化を解析し,ゆらぎ量と静電エネルギー分布の関係を明らかにした.2)ナノ構造製造方法の最適化と物理特性解明,CMOSプロセスとの結合ナノディスクアレイ構造と結合するCMOSデバイスについては,独立行政法人産業技術総合研究所(産総研)の協力を得て,フィン型トランジスタ(FinFET)を用いることとして,製造プロセスを設計し,試作を開始した.FinFET作製プロセスを完了し,ナノ構造作製前の平坦化プロセスまでを行った.引き続き,作製プロセスを進める予定である.また,量子ドットの直径・間隔および埋め込み層を制御することで,ナノディスク間のバンドカップリングを制御できることが分かった.過渡応答評価に関連して,単電子デバイスの高周波特性に関する評価技術を立ち上げ,ディスク間の伝導に関してTHz領域まで信号が通ることを示した.3)ナノ構造による計算手法の考案と情報処理モデルの最適化開発中のデバイスで実現を目指している脳のマクロな情報処理モデルの一つである自己組織化マップ(SOM)の理論的研究を進めた.モデルの高度化に相当するSOMの高階化は理論的に見て非線形テンソル分解に相当することを明らかにし,これを応用することにより,ベクトル表現が困難な対象に関してもテンソルとして表現することで取り扱いが可能になることを示した.本研究では、CMOS集積回路と新開発のナノ構造を合体した究極の省サイズ・低消費電力な脳型情報処理デバイスの開発を目的として、時間軸情報処理方式に基づくスパイキングニューロンモデルを実装するデバイスを開発した。これは、極微細フィン型MOSトランジスタ(FinFET)と、自己集成型バイオナノプロセスと中性粒子ビームエッチングによるナノディスクアレイ(NDA)構造を組み合わせた新デバイスであり、それを製造するプロセス技術を開発した。処理モデルとしては、モジュラーネットワーク自己組織化マップ(mnSOM)を中心に研究を進めた。製造プロセスでは特に、FinFET作製後のチップ表面平坦化のための研磨工程において研磨速度の再現性の確保が難しいことがわかったため、昨年度までのゲート電極を露出する工程に替えて、金属配線でNDAとゲート電極を接続する工程を開発した。ナノディスク間のトンネリング現象のタイミング

ゆらぎを、脳型処理に必要とされるノイズとして利用するために、昨年度に引き続き構造・回路シミュレーション用いて解析を行った。その結果、2次元パターンよりも1次元パターンがゆらぎを大きくできることを見いだし、その効果を制御電極の電位で制御する方法を考案した。また、ナノディスク間のトンネル容量結合の大きさを、実測とシミュレーションを併用して評価する手法を確立し、ナノディスク中の電子数を変えることにより、ナノディスク間連結度合いを調節できることを明らかにした。このデバイスで実現が期待されるmnSOMについては、これをテンソルに拡張したTensor SOMを開発し、マーケティングの大規模データに応用した。その結果、データの9割以上が欠損していた場合でもデータの可視化や分析が可能であることや、欠損データの推定ができることを示し、Tensor SOMの能力の高さを示した。1)昨年度に引き続き,独立行政法人産業技術総合研究所の協力を得て,FinFETと自己組織化プロセスによるナノディスクアレイ構造を結合するための製造プロセスを研究した.自己組織化プロセスのためのフェリチン溶液塗布をFinFET作製後にウェハ全面に均一に行うためには,完全にチップ表面を平坦化する必要があり,そのためのCMP(Chemical Mechanical Polishing)技術が鍵となった.今年度の試作では,FinFETの周辺にダミーパターンを形成することで,孤立FinFET周辺でのCMPでの過研磨を防止し,SEM観察によりフェリチン高密度配置を確認した.その他,各製造プロセスで条件出しを行いつつ,試作を進めた.2)ゆらぎ機能付きの積分発火型スパイキングニューロンモデルを実現することを目標に,ナノディスクアレイ内の電子ホッピング伝導を『ゆらぎ付きの高抵抗機能』として利用して,それに結合したFinFETのゲート容量との組み合わせでRC回路を構成する構造を検討した.設計した3次元構造から静電容量値を抽出し,単電子回路シミュレーションで動作を検証した.また,単電子デバイスの高速動作性に関して,単電子デバイス独特の整流作用に注目した新たな評価方法を考案し検証した.単電子転送デバイスでは,電子の伝播にはCRで決まる遮断周波数は存在せず,トンネル現象のみで決まる電子伝播を考慮すればよいという知見を得た.3)研究中のナノ構造での実現が有望視されている情報処理モデルとして,高階SOMの理論的確立に取り組み,高階SOMが形状空間論の工学的実装であることを示すとともに,実用性の高い形状空間法として工学実現した.これは形状空間に限らず,高階SOMによる知的情報処理原理の普遍的理論基盤につながるものである.デバイス試作については,東日本大震災と原発事故の影響で産総研での試作開始が遅れた.25年度が最終年度であるため、記入しない。
励起準位寿命測定による三軸非対称変形原子核の研究

ここ20年の不安定原子核の研究により安定な原子核に比べて陽子・中性子比が大きく異なる原子核における殻構造が変化し,安定核近傍では魔法性を持っていた原子核が不安定性を増すにつれ変形し魔法性を失ったり,新たな閉殻構造が生じたりすることが実験的に確認されるようになった。中性子過剰な“二重魔法数"を持つ原子核である78Niが魔法性を持ち続け球形構造を維持しているかは長年の謎であった。この謎の解明のため当該研究員は2014年5月に理化学研究所RIBFにおいて一陽子ならびに二陽子ノックアウト反応による78Niの励起準位探索実験を行った。当該年度は原子核反応理論との比較に基づいた一陽子ノックアウト反応により励起される準位の理解をすすめた。同時に二核子ノックアウト反応においてのみ励起される準位の理解を行うべく,新たに殻計算の理論物理学者との議論を行った。同時に,投稿論文の執筆をすすめた。また,同時に密度の高いシンチレーターを用いた高検出効率のγ線エネルギー計測アレイの開発を行った。理研RIBFに代表されるインビーム核分光実験は,安定な原子核から遠く離れた(アイソスピンが大きな)不安定原子核の性質を知るうえで最も強力な手法である。現在,理研では脱励起γ線をNaI(Tl)シンチレーターアレイDALI2を用いて測定を行っている。事象数の限られるより中性子過剰な原子核や,よりγ線多重度の高い高励起準位測定に利用する為,新たな高検出効率の検出器の検討を行った。近年新たに開発されたGAGGシンチレーターはNaI(Tl)と同程度またはそれ以上のエネルギーならびに時間分解能を持つうえ,潮解性がなく,γ線の検出効率が極めて高いため,本シンチレーターを用いた検出器のシミュレーションや,プロトタイプを用いたテストに着手した。28年度が最終年度であるため、記入しない。研究テーマを実現する上での前段階として当該年度はNi-78原子核の第一励起状態探索実験を行った。近年の不安定原子核の研究により安定な原子核に比べて陽子・中性子比が大きく異なる原子核における殻構造が変化し,安定核近傍では魔法性を持っていた原子核が不安定性を増すにつれ変形し魔法性を失ったり,新たな閉殻構造が生じたりすることが実験的に確認されるようになった。特に中性子過剰な“二重魔法数"を持つ原子核であるNi-78が魔法性を持ち続け球形構造を維持しているかは長年の謎であった。この謎の解明のため当該研究員は5月に理研RIBFにおいて陽子ノックアウト反応による励起準位探索実験を行った。本実験では脱励起γ線を計測するNaIシンチレーターアレイと,液体水素標的にTPCを組み合わせ,ノックアウト反応が起きた反応点を再構成することができるMINOSという二種の検出器を用いて測定を行った。上記研究の他に,今後の実験に向けた実験装置の性能向上のため,二つの実験装置開発を行った。第一に不安定核ビームにおける電荷状態を区別し粒子識別性能を向上する為の全運動エネルギー検出器の開発である。本研究は比較的低エネルギーでの実験を行う際に生じる電荷状態を正しく識別する検出器開発である。テスト実験を4月と10月に行った。また第二の開発としてγ線エネルギー計測アレイの開発を行った。当該研究者が目指すような原子核の高励起状態から変形構造を知るという目標を達成するために,高いエネルギー分解能を持つ検出器の開発は必然である。これまで無機シンチレーターの中でも最もエネルギー分解能が高いとされるLaBr3を用いた開発を行ってきたが,潮解性という弱点のためシンチレーターを格納する容器を肉厚にせざるを得ず,装置全体の検出効率を稼ぎにくかった。このため,近年開発されたGAGGに注目し開発に着手した。研究テーマを実現する上の前段階として,本年度は78Ni原子核の第一励起状態探索実験の解析を継続して行った。この謎の解明のため当該研究員は2014年5月に理化学研究所RIBFにおいて陽子ノックアウト反応による78Niの励起準位探索実験を行った。現在この実験で得られたデータを解析が概ね完了し,理論計算を行う研究者との議論を行っている段階である。また,同時に次世代のγ線検出器の開発にも携わった。カリフォルニア州バークレーにあるLawrenceBerkeley National Laboratoryに滞在しγ線トラッキング半導体検出器アレイGRETINAの開発に携わった。不安定核から放出されるγ線のエネルギーを正確に測定することは原子核の変形などの構造を知るうえで重要な情報となる。相対論的速度で飛行する原子核から放出されるγ線は強いドップラー効果の影響を受けるため,γ線の放出角度を1mmオーダーで正確に測定することが重要になる。GRETINAは電極分割を行ったγ線反応位置を測定可能なゲルマニウム半導体検出器をアレイ状に設置した検出器である。私は検出器の一つのセグメント内で複数のγ線反応が起きた際にそれぞれのγ線を区別しエネルギーを正しく再構成する為の信号処理アルゴリズムの問題点の洗い出しを行った。

78Niの励起準位測定実験のデータを解析したところ,当初の予想に反して複数のピークが観測されたが,統計量が限られているために解析に時間を要している状況である。ここ20年の不安定原子核の研究により安定な原子核に比べて陽子・中性子比が大きく異なる原子核における殻構造が変化し,安定核近傍では魔法性を持っていた原子核が不安定性を増すにつれ変形し魔法性を失ったり,新たな閉殻構造が生じたりすることが実験的に確認されるようになった。中性子過剰な“二重魔法数"を持つ原子核である78Niが魔法性を持ち続け球形構造を維持しているかは長年の謎であった。この謎の解明のため当該研究員は2014年5月に理化学研究所RIBFにおいて一陽子ならびに二陽子ノックアウト反応による78Niの励起準位探索実験を行った。当該年度は原子核反応理論との比較に基づいた一陽子ノックアウト反応により励起される準位の理解をすすめた。同時に二核子ノックアウト反応においてのみ励起される準位の理解を行うべく,新たに殻計算の理論物理学者との議論を行った。同時に,投稿論文の執筆をすすめた。また,同時に密度の高いシンチレーターを用いた高検出効率のγ線エネルギー計測アレイの開発を行った。理研RIBFに代表されるインビーム核分光実験は,安定な原子核から遠く離れた(アイソスピンが大きな)不安定原子核の性質を知るうえで最も強力な手法である。現在,理研では脱励起γ線をNaI(Tl)シンチレーターアレイDALI2を用いて測定を行っている。事象数の限られるより中性子過剰な原子核や,よりγ線多重度の高い高励起準位測定に利用する為,新たな高検出効率の検出器の検討を行った。近年新たに開発されたGAGGシンチレーターはNaI(Tl)と同程度またはそれ以上のエネルギーならびに時間分解能を持つうえ,潮解性がなく,γ線の検出効率が極めて高いため,本シンチレーターを用いた検出器のシミュレーションや,プロトタイプを用いたテストに着手した。理研RIBFにおける核構造研究においても,フラグシップとなりうる実験を主導し,現在解析を行っている。この実験では最新の検出器を用いた実験であったが,成功裏に終えることができた。現在当該研究者は2015年度前半中に実験データを論文に仕上げるべく急ピッチで解析を行っている段階であり,現在概ね順調に研究が進展していると言える。データ解析を引き続き行う。解析結果を論文に仕上げ発表,また国際学会での発表を行い,次の実験への足掛かりを作る。またこれに並行して次世代の検出器の開発に継続して取り組む。28年度が最終年度であるため、記入しない。昨年5月の実験のデータ解析を継続して行う。本年度中に論文に仕上げ発表,また国際学会での発表を行い,次の実験への足掛かりをつくる。本年度後期には不安定核の変形構造を追及する実験に主体的に参加し,さらに知見を得る。プレスリリース有
フィールド調査に基づく保育内容の構造化研究-保育実践の原則と発達の流れを軸として

(1)個々のフィールド調査とその分析:本研究は保育内容論の構築、「保育内容」の構造化が目的であるので、そこに無藤(2005)の「保育の4原則」を1つの軸として「物」の役割の教材論、構成遊びの認識論的・人間関係論的アプローチ、応用発達心理学アプローチによる分析を取り入れることによって、「人とのかかわり」「物とのかかわり」の教材性、またそのことによって育つものは何であるのか(発達の流れはどうか)を明らかにした。(2)文献調査:1990年以降の日本の保育系学会および近接関連学会の大会発表論文集および機関誌から保育内容論、保育構造論に関するもののレビューおよび分析:1990年以降の日本の保育系学会および関連学会の大会発表論文集および機関誌から保育内容論、保育構造論に関するもののレビューおよび分析を行う。保育の質というのは、保育を実践する保育者の質(保育観)と同値ではないにしても、かなりの部分が重なりあうものであり、それは、保育者自身が持つ「ミクロ」な視点での保育内容の構造輪である。それは、フィールド調査に基づくビデオ分析からもある程度は明らかにされることであるが、学会において発表されたもの、学術論文として掲載されたものを、それぞれのフィールド調査に応じてレビューし分析することによって、それぞれの4人の個々の視点から、少しマクロな構造論が個々に構築をするための補助資料として検討を行った。(3)戦後の保育構造論についての検討および分析:資料収集・第1次分析については、研究代表者・瀧川が行い、研究会開催時に「戦後の保育構造論」の討議を行い、4人で第2次分析を行った。そのことによって、本研究成果を戦後の保育構造論の中での位置づけをはかり、それらの構造論の歴史的分析を踏まえ、保育現場のフィールド調査に基づいた保育実践から立ち上がる保育内容論の構築をはかった。(1)個々のフィールド調査とその分析本研究は保育内容論の構築、「保育内容」の構造化が目的であるので、そこに無藤(2005)の「保育の4原則」を1つの軸として「物」の役割の教材論、構成遊びの認識論的・人間関係論的アプローチ、応用発達心理学アプローチによる分析を取り入れることによって、「人とのかかわり」「物とのかかわり」の教材性、またそのことによって育つものは何であるのか(発達の流れはどうか)を明らかにした。(2)文献調査:1990年以降の日本の保育系学会および近接関連学会の大会発表論文集および機関誌から保育内容論、保育構造論に関するもののレビューおよび分析1990年以降の日本の保育系学会および関連学会の大会発表論文集および機関誌から保育内容論、保育構造論に関するもののレビューおよび分析を行う。保育の質というのは、保育を実践する保育者の質(保育観)と同値ではないにしても、かなりの部分が重なりあうものであり、それは、保育者自身が持つ「ミクロ」な視点での保育内容の構造論である。それは、フィールド調査に基づくビデオ分析からもある程度は明らかにされることであるが、学会において発表されたもの、学術論文として掲載されたものを、それぞれのフィールド調査に応じてレビューし分析することによって、それぞれの4人の個々の視点から、少しマクロな構造論が個々に構築をするための補助資料として検討中である。(3)戦後の保育構造論についての検討および分析資料収集・第1次分析については、研究代表者・瀧川が行い、(4)の研究会・自主シンポジウム時に「戦後の保育構造論」の討議を行い、4人で第2次分析を行う。そのことによって、本研究成果を戦後の保育構造論の中での位置づけをはかり、それらの構造論の歴史的分析を踏まえ、保育現場のフィールド調査に基づいた保育実践から立ち上がる保育内容論の構築を行いつつある。(1)個々のフィールド調査とその分析

本研究は保育内容論の構築、「保育内容」の構造化が目的であるので、そこに無藤(2005)の「保育の4原則」を1つの軸として「物」の役割の教材論、構成遊びの認識論的・人間関係論的アプローチ、応用発達心理学アプローチによる分析を取り入れることによって、「人とのかかわり」「物とのかかわり」の教材性、またそのことによって育つものは何であるのか(発達の流れはどうか)を明らかにした。(2)文献調査:1990年以降の日本の保育系学会および近接関連学会の大会発表論文集および機関誌から保育内容論、保育構造論に関するもののレビューおよび分析1990年以降の日本の保育系学会および関連学会の大会発表論文集および機関誌から保育内容論、保育構造論に関するもののレビューおよび分析を行う。保育の質というのは、保育を実践する保育者の質(保育観)と同値ではないにしても、かなりの部分が重なりあうものであり、それは、保育者自身が持つ「ミクロ」な視点での保育内容の構造論である。それは、フィールド調査に基づくビデオ分析からもある程度は明らかにされることであるが、学会において発表されたもの、学術論文として掲載されたものを、それぞれのフィールド調査に応じてレビューし分析することによって、それぞれの4人の個々の視点から、少しマクロな構造論が個々に構築をするための補助資料として検討を行った。(3)戦後の保育構造論についての検討および分析資料収集・第1次分析については、研究代表者・瀧川が行い、研究会開催時に「戦後の保育構造論」の討議を行い、4人で第2次分析を行った。そのことによって、本研究成果を戦後の保育構造論の中での位置づけをはかり、それらの構造論の歴史的分析を踏まえ、保育現場のフィールド調査に基づいた保育実践から立ち上がる保育内容論の構築をはかった。
熱と光を同時に利用したナノインプリントのための透明ヒータの開発

【研究目的】ナノインプリントとはモールド表面に刻まれた微細な凹凸パターンを樹脂に転写する技術であり、転写の際に加熱と光照射を行って転写精度を向上させる。本実験を行うためには光を透過できるヒータ(以後、透明ヒータ)が必要であったためその製作を研究目的とする。【研究方法】透明ヒータはガラス基板に導電性材料を成膜し、電圧を印加してジュール熱により加熱する。本ヒータが透明であるためには導電性材料も透明でなければならないためその材料にITO(酸化インジウムスズ)を用いる。ヒータの電源定格及び紫外線硬化実験に利用することを考慮して透明ヒータの仕様はヒータ抵抗550Ω、透過率(波長365nm)0.2以上と定める。この仕様を満たすためのITOの成膜条件の最適化を行う。また、透明ヒータの温度制御方法の確立、昇温試験、透過率測定を行う。製作した透明ヒータを用いて熱と光を同時に利用したナノインプリントの試験を行う。【研究成果】ITOの成膜はスパッタ法で行った。当初製作した透明ヒータのヒータ抵抗は239Ω、透過率は0.04と求める仕様を満たすものではなかった。そこでスパッタで成膜した後のITOに400°C、90分で熱処理を行ったところヒータ抵抗34Ω、透過率0.34と改善し、両者とも仕様を満たすものとなった。温度制御はヒータ近傍に銅箔線を製作し、金属抵抗の温度変化を利用して行った。昇温試験を行い、定格温度200°Cまで問題なく加熱できることを確認した。ここで加熱により透過率が低下する問題が確認され、透過率の仕様を満たさなくなる可能性があった。そこで定格温度の200°Cにおける透過率を測定したところ0.26であり仕様を満たすことを確認した。なお、温度と透過率の関係は比例関係であり、その変化は可逆性であることが分かった。製作した透明ヒータを用いて熱と光を同時に利用したナノインプリントを行い、正常にパターンを転写できることを確認した。
ATP含量を高めた形質転換ラン藻及び植物の開発

Synechococcus sp.NKBG15041cは海洋ラン藻の中でも生育の早い。当研究室ではこの株から構築したゲノムライブラリーから大腸菌を用いた機能スクリーニング法で、高増殖やストレス耐性に関与する原因遺伝子群の探索を進め、新規遺伝子であるc32.05を得た。c32.05タンパク質はATP非依存的にシャペロン様の活性を有し、大腸菌や淡水産ラン藻で生育促進とストレス耐性の向上をもたらす事が確認されている。本研究では細胞質発現タイプのc32.05を導入した植物であるシロイヌナズナを用いc32.05の植物での効果を検証した。野生株、GUS導入株、c32.05導入シロイヌナズナであるL3-1、L8-1を用いた。滅菌種子をMS寒天培地、もしくは土壌に植え、塩、熱、強光、弱光ストレスをかけた。一定期間の生育後、植物体を観察しそれらの生存率、生重量、植物丈、葉の枚数を測定した。塩ストレス試験はMS寒天培地で14日生育させたのち、土ポッドに植え継ぎ3週間目に100 mM、4週間目に150 mM、5週間目に200 mM、7週間目に0 mM NaCl水溶液を与え、播種から8週目に観察、測定をした結果、c32.05を導入した形質転換体は生存率が高く、クロロフィル量が増加していることかが確認された。また、形質転換体は、非ストレス下で生育が促進された。また、塩、熱、強光、弱光ストレス下において生重量、植物丈、葉の枚数、クロロフィル含量の全ての項目がWT、GUS導入株よりc32.05導入シロイヌナズナの方が増加しており、c32.05の発現は植物のストレス耐性の向上と生育促進をもたらす可能性が示唆された。Synechococcus sp. NKBG15041cは極めて増殖が極めて早い事が知られている海洋ラン藻である。当研究室では大腸菌を用いた機能スクリーニング法で高増殖の原因遺伝子の探索を進めてきた。このうち本研究ではc32.05に着目し、c32.05ノックダウン株を作出し、その生育に関するキャラクタリゼーションを行うことを目的とした。さらに、異種ラン藻(Synechocystis sp. PCC6803)に対し、c32.05を発現株を作出し、生育やストレス耐性への影響を明らかにする。さらに本研究ではc32.05を発現するシロイヌナズナを作出し、生育への影響を明らかにすることを目的とした。その結果、c32.05を発現する大腸菌やラン藻Synechococcus sp. PCC6803の形質転換体の作出に成功した。得られた各形質転換体には生育の促進と耐熱性の向上等が確認された。また、末端対合アンチセンス法により、Synechococcus sp. NKBG15041cのc32.05ノックダウン株を作出したところ、c32.05の顕著な発現抑制が確認された。この形質転換体には、各種ストレス下での生育抑制が確認され、c32.05の発現が、Synechococcus sp. NKBG15041cの高い増殖能やストレス耐性に極めて重要な役割を担っていることが明らかになった。さらに、本研究ではc32.05を発現する形質転換シロイヌナズナの作出にも成功した。今後は今年度得られた形質転換植物(シロイヌナズナ)の生育に関するキャラクタリゼーションを進める予定である。

末端対合アンチセンス法により、Synechococcus sp. NKBG15041cに対し、c32.05遺伝子の発現量が約80%まで低下した、ノックダウン株の作成に成功した。ノックダウン株には、非ストレス下での生育の低下の他、耐熱性の低下が確認された。また、Synechocystis sp. PCC6803にc32.05を導入した結果、得られた形質転換体には、生育の促進が認められ、特に強光条件下において顕著な生育促進の傾向が認められた。さらに、c32.05を発現した形質転換大腸菌における場合と同様に、耐熱性が向上していることが確認された。さらに、今年度はCaMVプロモーターを用いて、c32.05を発現する形質転換シロイヌナズナの作出を試みた。その結果、複数のT1種子を得ることができた。種子を無事に獲得できたことから計画通りの研究を実施する予定である。c32.05の発現は、大腸菌やラン藻に対し、生育促進をもたらすことが確認された。また、Synechococcus sp. NKBG15041c自身の増殖期初期にもc32.05が強く機能していることが推察された。今後はc32.05を過剰発現する形質転換シロイヌナズナを作出し遺伝子の発現と植物の生育への影響を解析する予定である。
骨格筋から分泌される因子と運動が及ぼす影響についての基礎的研究

擬似的な運動や高血糖を再現した環境下において、ヒト骨格筋細胞からどの様な因子が放出され、さらにはその因子が脂肪細胞などに対してどの様な影響を及ぼしているのかについて、培養細胞を用いて検討を行った。その結果擬似的な運動環境下の骨格筋細胞では、12種類の遺伝子が2倍以上増加し、逆にこれと異なる12種類の遺伝子が半分以下に減少した。また高血糖を再現した環境では、一部の因子の遺伝子発現がさらに増加し、さらに運動環境下の骨格筋細胞の培地をヒト脂肪細胞に添加したところ、複数のサイトカインが2倍以上増加した。骨格筋細胞は内分泌器官の一つであり、他の臓器にも影響を及ぼす多様な機能を持っていると予想された。複合疾患であるメタボリックシンドロームの進展と治療の効果を、エネルギー代謝の観点から総合的にモニター出来るマーカーは現時点では存在していない。その様な中で、近年骨格筋が外環境に対して何らかの因子を積極的に放出することで、多様な生理的機能を果たしている可能性があるとの報告が出されている。そこで我々は、i)骨格筋細胞がどの様な因子を放出する機能を持っているのか、またii)運動はこの因子を放出させる機能にどの様な影響を及ぼすのか、さらにはiii)この因子は他の体内組織に対してどの様な影響を及ぼすのか、などについて基礎的な検討を行うことに価値があると考えた。本研究では、研究対象としてヒト由来骨格筋細胞を分化誘導させ、これに対して申請者が過去に特許を取得した波動圧ストレス負荷装置を用いてin vitroで擬似的な骨格筋運動再現させた。そして、まず擬似的運動によって発生する機械的刺激よって、骨格筋からどの様な因子が放出されるのかについての検討を行うことを計画した。初年度の検討結果から、培養骨格筋細胞において擬似的運動負荷に反応して様々な分泌因子の遺伝子発現と対応するいくつかの蛋白質が増加を示すことが明らかになったため、今年度はその具体的な因子について細胞外放出の状況を検討した。その様な中で、近年骨格筋が外環境に対して何らかの因子を積極的に放出することで、多様な生理的機能を果たしている可能性があるとの報告が行われている。本研究では、研究対象としてヒトならびにラット由来の培養骨格筋細胞を用い、in vitroで擬似的な骨格筋運動再現するために、申請者が過去に特許を取得した波動圧ストレス負荷装置を用いた。そして、まず運動によって発生する機械的刺激よって、骨格筋からどの様な因子が放出されるのかについての検討を行うことを計画した。初年度の検討結果から、培養骨格筋細胞において擬似的運動負荷に反応して様々な分泌因子の遺伝子発現が増加を示すことが明らかになった。「骨格筋細胞から分泌される因子の概要と、擬似的運動負荷の影響の有無についての検討」では、アレイを用いて84種類の因子の遺伝子発現について検討を行った結果、擬似的運動負荷を加えた骨格筋細胞において、以前の検討で増加が示唆されたFGFを含む12種類の因子の遺伝子発現が2倍以上の増加を示し、これらと異なる12種類の因子の発現が逆に半分以下に減少した。そこで特に6倍以上の増加を示したinhibinについて、実際に培養液中の因子の濃度を測定した結果、蛋白質レベルでも圧負荷をかけた細胞からの分泌が増加を示す事が明らかになった。「病的環境における骨格筋細胞からの分泌因子の変化の有無についての検討」では、重症な糖尿病での血中濃度に近い400mg/dlのグルコース濃度環境下で骨格筋細胞を培養し、さらに圧力負荷の存在下で検討を行った結果、通常の糖濃度に比べてinhibinの遺伝子発現がさらに増加を示し、高グルコース環境は骨格筋細胞の内分泌機能に影響を及ぼす可能性が高いと考えられた。「培養脂肪細胞に対する作用の有無についての検討」では、上述の環境で変化が現れた骨格筋細胞の培地を保存し、これを脂肪細胞の培養液に加えて、骨格筋細胞から放出された因子が、ヒト脂肪細胞から放出されるサイトカインに影響を与えるか否かを検討した、抗体アレイを用いて、ヒト脂肪細胞の培地に放出されたサイトカインの変化を同時に検討した結果、複数のサイトカインの濃度が2倍を超えて増加した。総合領域