hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
頭蓋縫合部に関与する遺伝要因と顎顔面形態との関連性を解明する

本研究では頭蓋顎顔面形態に関与が予想される約8個の候補遺伝子リストを作成し、候補遺伝子関連解析を行う。そのため下記1および2の視点から2カ年計画で研究を実施する予定であった。既に関連倫理委員会は承認済みであり、また約500名の検体収集、DNA抽出、約50万SNPs(一塩基多型)のタイピングを完了している。1候補遺伝子関連解析から頭蓋顎顔面の変形に関与する遺伝的要因を検証する。申請者らが既に収集を完了している約500名のDNAデータ・約50万SNPsから関連性の検証を行う。(解析済み)2関与する遺伝因子の役割から頭蓋顎顔面の変形の病態理解・発症メカニズムを解析する。候補遺伝子関連解析から得られたデータと頭蓋顎顔面形態との関連性を検証する。(解析中)今年度、候補遺伝子関連解析から得られたデータと頭蓋顎顔面形態との関連性の検証を進め報告をまとめる予定である。最終年度(平成30年度)に、候補遺伝子関連解析から得られたデータと頭蓋顎顔面形態との関連性を検証し、研究を完了する予定であったが研究遂行に想定以上の時間を要し、また精緻に研究計画を達成するため期間を延長した。今年度、候補遺伝子関連解析から得られたデータと頭蓋顎顔面形態との関連性の検証を早急に進め報告をまとめる予定である。本研究は既に関連倫理委員会の承認済みである(昭和大学ヒトゲノム・遺伝子解析倫理委員会承認番号108号平成20年12月16日付)。対象者は昭和大学歯科病院矯正歯科に来院されている成人患者(先天性疾患を有する者は除外する)について協力を依頼し文章にて同意を得たものである。候補遺伝子関連解析から頭蓋顎顔面の変形に関与する遺伝的要因を検証を行った。過去の報告において頭蓋顎顔面形態と関与が疑われる約8個の候補遺伝子リストを作成し候補遺伝子関連解析を行った。FGF / FGFRシグナル経路に関与する遺伝子の変異は頭蓋骨癒合症および顔面の異常を引き起こし、その結果、頭蓋骨早期癒合症など特に縫合部および軟骨結合に影響を与えることが明らかにされているものもあり候補遺伝子リストにはFGFR1遺伝子も含まれる。また、約50万SNPs(一塩基多型)のタイピング(研究開始時、すでに完了済み)ゲノムワイド関連解析約50万SNPs(一塩基多型)のタイピング(イルミナOmni Express)が完了している。全ゲノム増幅(1000倍以上)→断片化(300600bp程度)処理→ビーズチップ(イルミナOmniExpress)とのハイブリダイゼーション→ポリメラーゼによる伸張反応→蛍光標識→スキャナーによる生データ読み取りの過程を経て遺伝子型を決定した。候補遺伝子の関連解析として、本申請課題ではDigiTag2、Taqman法によるタイピングを採用した。SNPs(一塩基多型)のタイピング精度・再現性を維持しながら可及的に低コストで実施した。本研究は既に関連倫理委員会の承認を得ていた(昭和大学ヒトゲノム・遺伝子解析倫理委員会承認番号108号平成20年12月16日付)。また、平成27年9月までに一次スクリーニングとしての約500名の検体収集、DNA抽出、約50万SNPs(一塩基多型)のタイピング(イルミナOmniExpress)を完了し、また本申請課題が実施可能な二次スクリーニングとしての約200名の検体収集、DNA抽出も完了している。同様の解析手法を用いた研究を過去にも行っており、本年度もおおむね順調に研究が進展したものと考えられる。解析に必要な施設(リアルタイムPCRシステム)においても昭和大学に現有し、DigiTag2法(Anal Biochem, 2007)は疾患感受性候補領域における絞り込みに必要と考えられる数十から数百種類のSNPsを同時にタイピングする方法として実用化されている。ハイスループットであるTaqman法もSNPタイピングにおいて併用する。HapMap date(http://hapmap.ncbi.nlm.nih.gov/)からの350万アッセイが既成として用意されているため、目的とするSNPsの解析が簡便に行えたと考える。

最終年度(平成30年度)に、候補遺伝子関連解析から得られたデータと頭蓋顎顔面形態との関連性を検証し、研究を完了する予定であったが研究遂行に想定以上の時間を要し、また精緻に研究計画を達成するため期間を延長した。今年度、候補遺伝子関連解析から得られたデータと頭蓋顎顔面形態との関連性の検証を早急に進め報告をまとめる予定である。【平成30年度の研究計画】関与する遺伝因子の役割から頭蓋顎顔面の変形の病態理解・発症メカニズムを解析する。(1)頭蓋顎顔面計測データの抽出:被験者から得られた資料のうち、正面・側面頭部X線規格写真(セファロ)から透写図を作成し、距離的計測および角度的計測を行う。(2)遺伝統計学的解析:集団の構造化の検定→ハプロタイプ推定(Genotype imputation;コンテンツが異なるマーカーセット間でのジェノタイピングデータの推測)→関連解析(独立性検定)を経て疾患・形質に関連する遺伝子座位を特定する。申請者らは過去にこの手法での報告を行っており、また遺伝統計学的解析手法に習熟している。(3)補完SNPsの解析:候補遺伝子の関連解析(4)研究成果の総括:研究成果は、歯科分野のみならず人類遺伝学分野においても国内外の学会にて報告するとともに国際的な学術雑誌に発表する。また購読者数の多い歯科商業誌へも総説を投稿することを予定する。さらに新聞や雑誌等メディアを通じ、成果を公表し学術的波及に努める予定である。
「腸管の解毒代謝系は食べることで整備される」仮説の検証

ダイオキシン類の投与による消化管での解毒酵素(CYP等)の発現誘導は、フラボノイド(FLA)によって抑制された。一方で、ある種のFLAはCYP発現を誘導した。DNAマイクロアレイ解析の結果、ダイオキシン類とFLAにより誘導される遺伝子発現のパターンが異なることが示され、それは両者のAhRとの相互作用の違いによることが示唆された。AhRアゴニスト活性を持つ8種のFLAのうち1種のみがAhRを介した制御性T細胞誘導活性を示すなど、AhRとの相互作用のわずかな差が多様な生理機能性の発現を導くと考えられる。本研究は、「フラボノイドのような成分の日常的な摂取が腸管上皮の解毒系を活性化し、異物侵入に対するバリア機能を強化しているのでは?」という仮説を検証するとともに、フラボノイドをはじめとする食品成分による解毒系酵素の発現誘導が、ダイオキシンのような有害物質によって誘導される解毒系酵素発現と、量的・質的にどのように異なるのかを分子レベルで明らかにすることを目的としている。本年度はまず第1相、第2相の解毒酵素系の調節を司る主要な転写因子であるAhRとPXRの応答性を鋭敏にかつ特異的に観察するためのより安定な応答細胞株の作成を行った。その結果、PXRについてはヒト腸管細胞株を用いて、またAhRについてはヒト肝細胞株を用いて安定なレポーターアッセイ系が確立しつつある。これらを用いて、前者ではリファンピシン、後者ではTCDDをリガンドとして転写因子の活性測定を行い、同時にフラボノイドをはじめとする様々な食品関連成分の影響を調べた結果、いくつかのフラボノイド類がTCDDによるAhR活性化を強く抑制することを見出した。また、フラボノイド類やテルペノイド類の中にPXRを活性化するものがあることも見出され、フラボノイドをはじめとする食品因子が腸管あるいは肝臓での解毒系を活性化することが確認された。特にタンジェレティンのようなメトキシフラボノイドについては、アゴニストとして単独でAhRの活性化を顕著に誘導することが見出されたことから、今後はTCDDとタンジェレティンによるAhR活性化機構をより詳細に検討し、有害化合物と食品因子の解毒系活性化作用の量的・質的な違いを明らかに出来ると考えられた。本研究は、「フラボノイドのような食品成分の日常的な摂取が腸管上皮の解毒系を活性化し、異物侵入に対する腸管バリア機能を強化しているのでは?」という仮説を検証するとともに、フラボノイド等によって誘導される解毒系酵素発現が、ダイオキシン(TCDD)のような有害物質によって誘導されるそれと量的・質的にどのように異なるのかを分子レベルで明らかにすることを目的とした。TCDDの低毒性アナログ物質である3-メチルコラントレンをマウスに投与すると腸管上皮や肝臓での解毒酵素(CYP1A1など)の発現が上昇したが、フラボンを同時に経口投与することで、その発現応答は抑制された。また、ヒト腸管上皮細胞Caco-2を用いて、メトキシフラボンであるタンジェレティン(Tan)がAhRのアゴニストとしてCYPの誘導を引き起こすことも確認された。TCDDとTanで処理したCaco-2細胞の遺伝子変動をDNAマイクロアレイを用いて解析したところ、変動する遺伝子の種類は両処理でほぼ類似していたが、各種リガンドに対するALDH3A1(薬物代謝酵素)、EREG(EGF受容体リガンド)、FGA(フィブリノーゲン)などの応答性は両処理で顕著に異なっており、AhRによる異物認識には質的な差があることが示された。AhRリガンド結合領域に変異を導入した各種発現ベクターを用いたレポーターアッセイによってAhRとリガンドの相互作用の検討を行った結果、変異導入による転写活性の変化が、Tan、TCDD、ITE(AhR内因性リガンド)の3者で異なることが見出され、AhRリガンド結合領域との相互作用が、遺伝子発現の質的変化をもたらすことが示唆された。AhRアゴニスト活性を示す8種類のフラボノイドを用いた実験で、その1種類のみが制御性T細胞誘導活性を示すなど、AhRとの相互作用のわずかな差が多様な生理機能性発現を導くと考えられた。
新規遺伝子改変マウスにおけるWee1遺伝子の膵発癌への関与とその臨床的意義

我々は、膵癌細胞株を用いて、細胞周期でのG2M checkpointの制御に関与するWee1遺伝子の発現解析を行い、正常膵上皮細胞株に比較して、膵癌細胞株においてWee1遺伝子の発現が増強していることを示した。また、ヒト膵癌切除組織より採取した正常膵組織および癌組織を用いたWee1蛋白の発現解析を免疫染色法にて行い、正常膵組織においてはWee1蛋白発現は認めず、膵癌組織の25.5%(13/51例)において発現していることを示した。しかし、膵癌組織においてWee1(+)群とWee1(-)群におけて臨床組織学的特徴の統計学的解析を行ったが、TNM分類、UICC stage、Histologic grade、Residual tumor categoryすべての項目において統計的有意差は認められなかった。Wee-1(+)群とWee-1(-)群で、Overrall survival、Disease freesurvivalの差も認められなかった。以上の結果より、Wee1遺伝子の膵癌における発現を確認できたが、Wee1遺伝子単独の発現レベルは、臨床病理学的な所見と相関するものはなく、その機能は,他の分子との相互作用により働くものと考えられた。当該年度は、real-time RT-PCRを使用したWee1mRNA発現の定量の系を作製した。増幅される領域が狭いので、パラフィン標本を含めた殆ど全てのサンプルでWee1mRNAを定量することが可能になった。これまでに当教室が有する膵臓がんより樹立した14種類の細胞株を使用して、Wee1mRNAの量を定量した。今の所、正常細胞のmRNAの発現のレベルと比較して、明らかな差は認めていない。これまでに当教室に保存しているヒト膵癌のパラフィン標本より、microdissection法にて癌組織を切り出して、Wee1mRNAを定量する。これにより、Wee1mRNAの発現と予後、悪性度、ステージ等を比較して、膵臓癌とWee1との関連を明らかにしていく。また、これまでにヒトの肺がんにおいて、Wee1の蛋白質レベルの発現は、悪性度と関連がある報告(Ann Oncol.2004;15(2):252-6)がある。我々も膵臓がんにおいて、Wee1の抗体をパラフィン標本に使用して、発現レベルを検討してゆく予定である。また、ノックアウトマウスの実験系は、現在遺伝子タイピングの系を作製中であるが、米国から輸入予定のマウスは、九州大学医系キャンパスのアニマルセンターの改築等のために、計画が遅れている。今年度は導入、交配し、研究可能な個体数を増加していくと共に正常マウスを使用して先に解析系を作成していく。作年度は、real-time RT-PCRを使用したWeelmRNA発現の定量の系を作製した。増幅される領域が狭いので、パラフィン標本を含めた殆ど全てのサンプルでWeelmRNAを定量することが可能になった。これまでに当教室が有する膵臓がんより樹立した14種類の細胞株を使用して、WeelmRNAの量を定量した。これまでに当教室に保存しているヒト膵癌のパラフィン標本より、microdissection法にて癌組織を切り出して、WeelmRNAを定量する。これにより、WeelmRNAの発現と予後、悪性度、ステージ等を比較して、膵臓癌とWeelとの関連を明らかにしていく。当該年度は、5サンプルのヒト膵がんを調べ、膵がん組織では正常の組織と比較して、約2倍のWeelmRNAの発現を認めた。現在、サンプル数を増やすため、mRNAを数十のサンプルより抽出中である。また、これまでにヒトの肺がんにおいて、Weelの蛋白質レベルの発現は、悪性度と関連がある報告(Ann Oncol. 2004 ; 15(2) : 252-6)がある。我々も膵臓がんにおいて、Weelの抗体をパラフィン標本に使用して、発現レベルを検討してゆく予定である。

本研究期間中に、real-time RT-PCRを使用したWee1mRNA発現の定量の系を作製した。増幅される領域が狭いので、パラフィン標本を含めた殆ど全てのサンプルでWee1mRNAを定量することが可能になった。これまでに当教室が有する膵臓がんより樹立した14種類の細胞株を使用して、Wee1mRNAの量を定量した。今の所、正常細胞のmRNAの発現のレベルと比較して、明らかな差は認めていない。また、当教室に保存しているヒト膵癌のパラフィン標本より、microdissection法にて癌組織の切りだし作業を行い、得られた微量検体よりRNA抽出作業を進めている。これらの検体により、Wee1mRNAを定量する。これにより、Wee1mRNAの発現と予後、悪性度、ステージ等を比較して、膵臓癌とWee1との関連を明らかにしていく。これまでに、5サンプルのヒト膵がんを調べ、膵がん組織では正常の組織と比較して、約2倍のWee1mRNAの発現を認めた。また、これまでにヒトの肺がんにおいて、Wee1の蛋白質レベルの発現は、悪性度と関連がある報告(Ann Onco1.2004:15(2):252-6)がある。我々も膵臓がんにおいて、Wee1の抗体をパラフィン標本に使用して、発現レベルを検討してゆく予定である。また、ノックアウトマウスの実験系は、現在遺伝子タイピングの系を作製中であるが、米国から輸入予定のマウスは、九州大学医系キャンパスのアニマルセンターの改築等のために、計画が遅れている。今年度は導入、交配し、研究可能な個体数を増加していくと共に正常マウスを使用して先に解析系を作成していく。
歯周病原細菌由来FDFの細胞への影響及び歯周炎病態への関与の解析

FDFは細胞内に取り込まれ(侵入し)、ミトコンドリアに到達後酸化膜電位を上昇させ、最終的にIL-8の産生を亢進することが明らかになった。歯周炎患者・健常者(各21名)から歯肉溝滲出液を採取し、抗FDF抗体価を検討した。その結果、抗体価は健常者群と比較して歯周炎患者群で有意に高い値を示した。さらに、ポケット深さ・ClinicalAttachment Level(CAL), Bleedingon probingの割合の3臨床パラメータと坑FDF坑体価とが有意な相関を示し、病態との関連性が認められた。基礎的研究によりFDFがTannerella forsythiaの病原因子の一つとの証左が得られた。そこで、(1)歯周炎患者群と健常者群間の歯肉溝滲出液における抗FDF抗体レベルの比較、(2)歯周炎患者群における重度部位と健常部位との抗FDF抗体レベルの比較を行った。また当該部位の歯肉縁下プラークを採取しT.forsythia rRNAおよびfdf geneを同時にPCRにて検出した。その結果、歯周炎患者群と健常者群間では、前者において有意に高値を示した。一方、歯周炎患者群における重度部位と健常部位の抗体レベルを比較すると、後者において有意に高値を示した。この理由として、(1)歯周炎重度部位においては局所に抗体が存在するが、歯周病原細菌のプロテアーゼなどによって分解される、(2)重度部位局所での抗体産生量が減少している、の2つの機序が考えられる。また抗FDF抗体レベルとPPD,CALは負の相関関係を示した。これらの事実から、FDFにより中和抗体の産生が誘導され結果的にFDF活性が低下し悪化を免れた可能性も示唆される。本研究によりGCF中の抗FDF抗体レベルと歯周炎患者および健常者の歯周組織の状態の関連が示され、FDFが歯周炎に関係する主要な抗原であることが示唆された。さらに抗FDF抗体の防御作用が示唆され、自己抗体(抗体を健常部位から採取し接種)またはヒト型モノクロナール抗体の歯周ポケット内への局所投与が、治療法の一つとなる可能性が考えられる。基礎的研究によりFDFが歯周炎の発症・進行におけるTannerella forsythiaの病原因子の一つであることが明らかになった。一方、歯周炎患者群における重度部位と健常部位の抗体レベルを比較すると、後者において有意に高値を示した,この理由として、(1)歯周炎重度部位においては局所に抗体が存在するが、歯周病原細菌のプロテアーゼなどによって分解される、(2)重度部位局所での抗体産生量が減少している、の2つの機序が考えられる。また抗FDF抗体レベルとPPD, CALは負の相関関係を示した。従って、歯周病検査項目として利用すべく簡便な方法を検討する予定である。当初の研究計画:1.Tannerellaforsythia由来FDFの細胞内での標的器官を解析するために、共焦点レーザー顕微鏡、作用細胞の分画物を用いて解析する。2.歯周炎(慢性・侵襲性)患者・健常者の唾液、歯肉溝滲出液、末梢血中に含まれる坑FDF坑体価を、FDFリコンビントタンパク質を精製した標品を抗原として用いたELISA法により測定し、病型・臨床症状・治療経過との関連を考察する。研究経過及び研究成果:1.基礎的研究においては、FDF細胞に作用させた結果、細胞内に取り込まれ(侵入し)、ミトコンドリアに到達後、酸化膜電位を上昇させ、最終的にIL-8の産生を亢進することが明らかになった。この事実は、FDFが歯周病の発症・進行に関与するメカニズムを明らかにした点で画期的な知見である。2.臨床的研究においては、歯周炎患者・健常者(各21名)から歯肉溝滲出液、歯肉縁下プラークを採取し、それぞれの抗FDF抗体価を検討した。

さらに、ポケット深さ・Clinical Attachment Level(CAL),Bleedingon probingの割合の3種の臨床パラメータと坑FDF坑体価との間には有意な正の相関関係が認められた。上記のように、病態と抗FDF抗体価との関連性が認められたため、歯周病の診断・予後判定のための新規の簡易な検査法として確立していく予定である。具体的には、プラズモン共鳴センサーを用いた迅速検査法への当該抗体の応用を目指している。
赤外分光法と原子間力顕微鏡の融合による液中での単一分子観察・同定技術の開発

薄型中空スキャナを用いることで,試料の下方から集光した中赤外光を照射しつつ,試料表面を観察できる周波数変調原子間力顕微鏡(FM-AFM)を開発した。赤外光照射によって生じる微小な変化を検出するために,カンチレバーを小型化してFM-AFMの感度を格段に向上させた。さらに,ポリスチレン-PMMAブロックコポリマーの相分離膜を観察し,本装置により分子種識別イメージングが可能であることを示した。本研究は、赤外分光法と周波数変調原子間力顕微鏡(FM-AFM)を組み合わせることで、単一分子スケールの分解能で分子を識別・同定できる技術の開発を目標としている。本年度は、特定の波長の赤外光を選択的に取り出すことのできる赤外光源の開発と、赤外光を試料に照射しながらAFM観察が可能なAFM装置の設計・製作に取り組んだ。その結果、赤外光源に関しては、幅広い波長範囲の光を発生する赤外光源と特定の波長の光のみ透過する特性を持つフィルタを組み合わせることで、選択的に特定波長の赤外光を取り出すことのできる光源を完成させた。AFM装置の設計においては、液中での観察を可能とするために、試料の下側から赤外光を照射可能とした。また、できるだけ高い強度の赤外光を試料に照射するために高い開口数の対物レンズを試料の下に配置して赤外光を集光し試料に照射できるようにした。そのため、高倍率対物レンズの短い作動距離の間に、試料を走査するためのスキャナを収める必要が生じた。それを可能とするため、有限要素法を用いたシミュレーションの結果に基づいて、高さ4mmの薄型スキャナを設計した。現在、以上のように設計した装置全体を試作して組み立て終わった段階である。来年度は、本年度に設計および製作した赤外光源とAFM装置を組み合わせて、実際に赤外光を試料に照射して分子振動を誘起して、その効果をAFMにより検出できるかどうかを検証する。さらに、その分子振動の励起・検出のために必要な赤外光の強度を定量的に明らかにする。その後、赤外フィルタを、赤外光の波長を連続的に変化させることのできる分光器と置き換えることにより、単一分子レベルの赤外分光が可能かどうかを検証する。本研究で開発する手法は、赤外光を試料に照射することで分子振動を励起し、それを分子スケールの分解能をもった原子間力顕微鏡(AFM)により検出することを基本原理としている。これを実現するために、昨年度までに、セラミック光源とフィルタを組み合わせて、選択的に特定波長の赤外光を照射できる赤外照射システムを開発した。さらに、赤外用の反射型対物鏡を組み込んだAFM装置を設計・製作した。この際、試料の下に作動距離の短い反射型対物鏡を設置して、試料へと赤外光を照射するために、非常に薄く(厚さ:4mm程度)、中空構造を持ったスキャナを新たに設計・開発した。今年度は、昨年度開発した薄型中空スキャナを改良し、それを駆動するための専用高圧アンプを開発した。これらと昨年度開発したAFM装置を組み合わせて液中原子分解能観察が可能であることを確認した。さらに、このAFM装置と昨年度製作した赤外光源を組み合わせて、赤外照射下でのAFM観察を可能とした。これまでの実験で、高分子薄膜のAFM観察中に赤外光を照射し始めると、薄膜の熱膨張により、膜厚が大きく変化する様子がAFMで確認されている。現在、吸収波長の大きく異なる2種類のモノマー分子から成るブロック共重合体の相分離膜を作製する条件出しを進めている。今後は、これに赤外光を照射して、赤外吸収の違いをAFMで検出し、局所的な分子識別を目指す。また、これらの研究開発と並行して、上記のAFM装置と組み合わせるための赤外分光器の設計を進めてきた。これをフィルタの代わりに用いることで、より高い分解能で赤外光の波長を選択できるほか、連続的に波長をスイープして、赤外吸収スペクトルを計測することも可能となる。今後は、この分光器を組み込んだAFM装置を実用化し、局所的な赤外吸収スペクトルの計測や分子識別を目指す。本研究では、原子スケールの分解能を持った原子間力顕微鏡(AFM)と、化学種識別能力を持った赤外分光法を組み合わせることで、分子レベルでの化学種識別イメージングの実現を目指した。昨年度までの研究では、赤外光源とフィルタを組み合わせて、選択的に特定波長の光を照射できる赤外照射システムを開発した。さらに、それと赤外用の反射型対物鏡を組み込んだAFM装置を組み合わせた赤外AFMを設計・製作した。本年度は、赤外フィルタの代わりに赤外分光器を用いて、2-20μm(500-5,000cm-1)の幅広い範囲で波長を連続的に変えられる赤外光源を開発した。一方で、様々な試料を、様々な基板上に作製し、分子識別イメージングのために最適な試料系を検討した。その結果、マイカ基板上に作製したポリスチレン(PS)とPMMAのブロックコポリマーの相分離膜が適していることを見出し、その作製条件を確立した。

上記の試料に対して、分光器を通して光を照射すると分子種や波長に依存した変化が見られなかった。この原因としては、分光器の挿入により光強度が大幅に弱まったことや、それによって探針直下に赤外光を正確に照射することが難しくなったことなどがあげられる。そこで、従来よりも格段に小型化したカンチレバーを用いて、力感度を7倍程度向上させた。さらに、従来よりも走査範囲を拡大したスキャナを開発して、探針の位置合わせを容易にした。念のため、フィルタを用いる構成に一旦戻して、赤外照射前後の変化を観察した。すると、C=0振動励起用フィルタを用いた場合には、ここに吸収のあるPMMAの方がPSに比べて大きく膨張することが分かり、分子識別イメージングの可能性が示された。今後は、再び分光器を用いた構成に戻して局所的な赤外分光スペクトルの取得を目指す。
マウス胎仔生殖細胞の分化段階に特異的に発現する遺伝子のクローニングと機能解析

胎仔生殖細胞の形成、分化や増殖・生存能の低下、減数分裂の開始、精原細胞への分化は、環境因子とそれに対するこれらの細胞の反応性の変化により制御されていると考えられる。しかしこういった過程を制御する分子機構はこれまであまり明らかになっていない。そこで本研究では、こういったことを解明する目的で、発生段階特異的あるいは性特異的に生殖細胞やその支持細胞で発現する遺伝子をサブトラクションcDNAスクリーニングにより単離し、その機能を解明することを目的とした。まず、始原生殖細胞の形成に関わる遺伝子の単離を目的に、始原生殖細胞で特異的に蛍光タンパク質であるGFPを発現するOct3/4GFPトランスジェニックマウスから単離した移動期始原生殖細胞と、全能性幹細胞を含む胚盤胞からcDNAを合成し、それらの間でサブトラクションスクリーニングを行い、前者で特異的に発現する遺伝子の候補を得た。さらにそれらの発現パターンをRT-PCRおよびin situハイブリダイゼーション法により調べ、移動期および生殖隆起内の始原生殖細胞で発現しているが、全能性幹細胞や体細胞組織では発現しない遺伝子を見いだした。また、胎仔生殖細胞の性分化、減数分裂開始を制御する遺伝子を得るために、12.5日胚の雄、雌の生殖隆起を用いて同様にサブトラクションスクリーニングを行い、雄生殖隆起で特異的に発現している遺伝子の候補を得た。今後、それらの発現パターンの詳細と機能を明らかにする。また、胎仔生殖細胞の性分化、減数分裂開始を制御する遺伝子を得るために、125日胚の雄、雌の生殖隆起を用いて同様にサブトラクションスクリーニングを行い、雄生殖隆起で特異的に発現している遺伝子の候補を得た。今後、それらの発現パターンの詳細と機能を明らかにすることのより、生殖細胞発生を制御する分子機構を解明することが期待できる。本研究は、マウス胎仔生殖細胞の発生・分化や増殖・生存能の低下、減数分裂の開始、精原細胞への分化の制御に関わる新規分子の単離・同定を、いろいろな分化段階の生殖系列細胞を材料としたサブトラクションcDNAクローニングにより行い、それらの機能を明らかにすることを目的とする。本年度は、cDNAを得る材料として異なる分化段階の胎仔生殖細胞を精製するために、外来遺伝子を胎仔生殖細胞で特異的に発現させられることがすでに報告されているoct-3遺伝子の発現制御領域にGFP(Green FluorescentProtein)遺伝子をつないだものでトランスジェニックマウスを作成した。得られたトランスジェニックマウスでは8.5日胚以降、出生時まで生殖細胞で特異的なGFPの発現が確認された。またこのマウス胚の生殖隆起及び10.5日胚背部腸間膜の細胞を解離後、蛍光顕微鏡下で蛍光を発する生殖細胞を単離できることを確認した。一方、初期胚での始原生殖細胞の発生に関与する遺伝子を得るために、生殖細胞を含む体を構成する全ての細胞のもとになる未分化幹細胞集団である、エピブラストからのcDNA合成を試みた。数百細胞程度からなる単一のエピブラストからcDNAを合成し、PCRで増幅することによりサブトラクションcDNAスクリーニングに足る量のcDNAを得た。今後この方法により単離生殖細胞からのcDNA合成も行う予定である。しかしこういった過程を制御する分子機構はこれまで明らかになっていない。そこで本研究では、こういったことを明らかにする目的で、発生段階特異的あるいは性特異的に生殖細胞で発現する遺伝子をサブトラクションcDNAスクリーニングにより単離し、その機能を解明することを目的とする。本年度は、始原生殖細胞の性分化に関わる遺伝子を得るために、12.5日胚の雄、雌の生殖隆起を用いてスクリーニングを行い、雄生殖隆起で特異的に発現している遺伝子の候補を多数得た。また、始原生殖細胞の形成に関わる遺伝子の単離を目的に、始原生殖細胞で特異的にGFPを発現するトランスジェニックマウスから、蛍光顕微鏡下でマイクロマニピュレーターを用いて単離した、移動期にある8.5-10.5日胚始原生殖細胞と、未分化幹細胞である胚盤胞内部細胞塊からcDNAを合成し、それらの間でサブトラクションスクリーニングを行い、移動期始原生殖細胞で特異的に発現する遺伝子の同定を試みている。

胎仔生殖細胞の形成、分化や増殖・生存能の低下、減数分裂の開始、精原細胞への分化は、環境因子とそれに対するこれらの細胞の反応性の変化により制御されていると考えられる。しかしこういった過程を制御する分子機構はこれまであまり明らかになっていない。そこで本研究では、こういったことを解明する目的で、発生段階特異的あるいは性特異的に生殖細胞やその支持細胞で発現する遺伝子をサブトラクションcDNAスクリーニングにより単離し、その機能を解明することを目的とした。まず、始原生殖細胞の形成に関わる遺伝子の単離を目的に、始原生殖細胞で特異的に蛍光タンパク質であるGFPを発現するOct3/4GFPトランスジェニックマウスから単離した移動期始原生殖細胞と、全能性幹細胞を含む胚盤胞からcDNAを合成し、それらの間でサブトラクションスクリーニングを行い、前者で特異的に発現する遺伝子の候補を得た。さらにそれらの発現パターンをRT-PCRおよびin situハイブリダイゼーション法により調べ、移動期および生殖隆起内の始原生殖細胞で発現しているが、全能性幹細胞や体細胞組織では発現しない遺伝子を見いだした。また、胎仔生殖細胞の性分化、減数分裂開始を制御する遺伝子を得るために、12.5日胚の雄、雌の生殖隆起を用いて同様にサブトラクションスクリーニングを行い、雄生殖隆起で特異的に発現している遺伝子の候補を得た。今後、それらの発現パターンの詳細と機能を明らかにする。
大動脈瘤に対するラッピング効果とDDS を利用した低侵襲治療法の開発

本研究では、大動脈瘤に対する低侵襲手術のための治療デバイス開発を行った。動脈瘤の進展を防ぐDoxycycline(DOXY)に着目し、生体吸収性材料(ポリ乳酸)とDOXYを混和してelectrospinning法で紡糸し担体を作製した。DOXYの徐放化が可能で、平滑筋細胞やマクロファージと共培養するとMMPs、カテプシン、炎症性サイトカイン、ケモカインを抑制し、エラスチン発現が亢進した。大動脈組織との共培養ではエラスチン分解が抑制され、MMP-2の発現も抑制した。さらに、アポE欠損マウスによる大動脈瘤モデルでは、エラスチン分解抑制、MMP2,9、IL-6、TNF-αの発現抑制、TIMP-1、IGF-1の発現促進を認め、新たな動脈瘤治療の可能性が示唆された。本研究は、近年増加傾向にあり日本人死因の1.2%となっている動脈瘤に対し、根治手術となる人工血管置換術が、余りに侵襲が大きいために、手術を受けることが困難となるような患者に対し、病理・病態的観点からアプローチし、新たな治療法を開発する。[担体の開発]MMP-2の発現を抑制することで、動脈瘤の進展を防ぐ薬剤としてDoxycyclineがあるが、歯牙色素沈着や菌交代による感染症などの副作用により、全身投与による治療は非現実的となりつつある。我々は生体吸収性材料に薬剤を混和し、徐放化するドラッグデリバリーシステムを開発した。薬剤にdoxycyclineを用い、生体吸収性材料として高分子ポリマーのポリ乳酸とポリグリコール酸の共重合体を用いた。これらを特殊溶媒中で高電圧を印加するelactrospinning法を用いてナノファイバー化した担体を作製した。この担体は、薬剤がin vitroでは、最初の12日で30%程度、その後は徐々に1ヶ月で50%程度溶出し、in vivoでは最初の12日で70%程度、その後は徐々に1ヶ月ですべてが溶出した。In vivoで急激に溶出する原因は、ポリマーの加水分解による溶解に加えて、貧食細胞の食作用が影響したのではないかと考えられた。[doxycycline溶出担体の効果]doxycycline溶出担体と大動脈組織とを共培養した場合、大動脈内エラスチン量は有意に維持され、MMP量も有意に減じていた。上記結果から、動脈瘤に対する可能性が示唆された。現在、アポE欠損マウスによる動脈瘤モデルを作製したので、in vivoにおけるこの担体の効果を検討する計画をしている。*スタチン溶出担体に関して:同様の手法でスタチン溶出担体を作製したが、細胞との共培養で、細胞がアポトーシスを起こし、実験系が成り立たなかった。現在スタチン濃度を最適化している。[担体の開発]昨年度同様Doxycyclineを、生体吸収性材料に混和し徐放化するドラッグデリバリーシステムを開発した。生体吸収性材料としてポリ乳酸のみとすることで、徐放をより緩やかにすることが可能であった。[doxycycline溶出担体の効果]doxycycline溶出担体は、平滑筋細胞との共培養で、単培養に比し、有意にMMP12の遺伝子発現を抑制し、TGF-b1、Loxの遺伝子発現を促進した。さらに、マクロファージとの共培養では、MMP9およびMMP12を有意に抑制した。「動脈瘤モデルの作成」アポリポプロテインEノックアウトマウスにアンギオテンシンIIを持続注入することで、動脈瘤モデルを作成した。「動脈瘤発症抑制モデル」腹部大坊脈にdoxycycline溶出担体を被覆し動脈瘤発症抑制効果を観察した。エラスチンの分解は有意に抑制され、MMP-2,9の発現も有意に抑制された。さらに、IGF-1やTIMP-1の発現は亢進し、炎症性サイトカインのIL-6やTNF-aは有意に抑制された。doxycycline溶出担体の動脈瘤発症抑制効果が十分に示唆された。本実験を今後も大動物へと発展させ、臨床応用に近づける必要があるであろう。
閉経前に診断された子宮がん治療後の倦怠感マネジメントに関する基礎的研究

本研究では、閉経前子宮頸がんの女性を対象に倦怠感の特徴を明らかにした。調査対象は7名で、平均年齢40.7歳(SD5.2)、進行期はTMNIb1IIa2であった。対象者は術前から身体的な症状を生じており、頻度の多い順に、腰痛、痛み、頻尿、おりもの、ほてりや発汗であった。通常と異なる倦怠感を6名(85%)が感じていた。倦怠感による生活への支障では、「生活を楽しむこと」、「気持ちのだるさ」、「通常の仕事(家庭外や生活の雑事を含む)」で得点が高かった。倦怠感マネジメントで実施が多かった項目は「だるさの少ない時に仕事や家事を行う」と「ゲームや音楽、社会活動など気晴らしへ参加する」であった。睡眠の質が低かったのが4名で、不安・抑うつの症状があるものがそれぞれ5名と3名であった。睡眠の質は、倦怠感の重症度と有意な相関を認めた。不安・抑うつは倦怠感による生活の支障と有意な相関を認めた。活動量の測定では一日の平均歩数は5063.8歩/日(SD2332.9, range1144-8438)であった。身体活動は倦怠感と負の相関関係を認めた。日常生活活動でのエクササイズ量は、倦怠感を強く認識しているもので少ない傾向にあった。活動量は気持ちのだるさ、通常の仕事のだるさ、生活を楽しむことのだるさと負の相関関係にあった。研究結果から、倦怠感は治療に臨む前に生じており、睡眠の質、不安・抑うつと関連していた。また日常生活における活動を妨げる要因となっている可能性が示唆された。本研究から得られた結果は、子宮がんの女性の倦怠感を軽減するための看護支援を検討する基礎資料となり、将来の看護介入に役立つことが期待される。今後は縦断調査から介入調査へと展開し、若い世代のがん患者の治療と社会的活動の両立につながるような介入プログラム開発を検討する。本研究は閉経前の子宮がん女性を対象に、がん治療に伴う倦怠感とその関連要因について明らかにすることを目的とした基礎調査である。倦怠感と周辺症状、またその関連要因について明らかになることで、今後はがん治療に伴う倦怠感を有する子宮がんの女性、とくに生殖・就労年齢にある女性に適応可能な症状マネジメントプログラムの開発につながることが期待される。本年は調査の第一段階として、文献レビューを実施した結果、倦怠感の関連症状である不安・抑うつと、性・生殖機能の変化に注目した。閉経前の子宮がん女性では、高齢でがん治療を受ける女性と比較して、子宮・卵巣摘出による更年期様症状や、性機能の変化に対する否定的な認知が不安・抑うつを増強させ、倦怠感の症状の改善を妨げる可能性がある。しかし、国内では性・生殖面の研究や看護実践は十分に蓄積されていない。そこで、調査に使用する性機能に関する尺度を検討する段階で、英国のサイコセクシュアルセラピストに助言を求めるとともに、日本国内ではケアが十分になされていない性生殖機能の身体的・認知的ケアについて、具体的な英国での実践状況をインタビューした。一方で、本年予定していた調査の実施は、熊本地震の影響を受け、研究施設・調査対象者の確保が困難となったことから遅延している状況である。現在、病院施設での調査実施を準備するとともに、関連症状の尺度と身体活動の測定方法についても検討を進めている。2016年4月14・16日に熊本地震が発災して以降、一時的な避難のため、また数週間にわたり熊本市内での研究活動が実施困難となったことに加え、熊本市内の病院施設では一部で診察不可能となるような甚大な被害を受けたことから、地域の医療体制が一時混乱し、数か月にわたって調査実施を見送る必要が生じた。また予定していた病院施設への調査依頼は極めて困難であった。また、大学の教育体制の再構築、学生への心理支援のための面接の実施、震災支援のための業務に充てる時間を確保することが必要となり、予定していたエフォートを研究調査に充てることが困難となったため。本研究の目的は子宮がん女性において、1)がん治療に伴う倦怠感の変化と、身体活動量および心理・認知的要因との関連、ならびに生活への影響、2)倦怠感に対する症状マネジメントの実態を明らかにすることであった。昨年度までに実施した文献レビューならびに、英国のサイコセクシュアルセラピストへのインタビュー調査を踏まえ、本年度は、フィールドでの調査を進めるために倫理審査への準備と、フィールドの協力者と調査手順の確認、対象者の特定と協力の可否について検討していった。しかし、予定していたフィールドでの調査実施は、熊本地震の影響が残る中、研究施設・調査対象者の確保が困難となったことから遅延している状況である。具体的には、一時的な非難や、数か月にわたる復興活動などを理由に、熊本市内での研究活動が困難になった。また発災以降の教育体制の再構築、学生への心理支援などにより、予定していたエフォートを本調査に充てることが困難となったことが理由である。現在、より具体的な調査施設での調査実施を準備するとともに、関連症状の尺度と身体活動の測定方法についても検討を進めている。

本年度に予定していたフィールドでの調査実施に関しては、遅れが生じているが、フィールドでの調査に向けて、文献調査ならびに質問紙作成に必要な情報収集、データ収集に必要な機器の購入、フィールドでの調査協力者との打ち合わせを実施していった。また日本看護科学学会と日本がん看護学会に参加し、がん看護学会では関連領域の研究者との情報収集や、発表を行った。本年度はこれまでの調査への準備を踏まえ、フィールドでの調査実施を予定していた。しかし熊本地震が発災して以降の影響が残っており、熊本市内の病院施設では一部で診察不可能となるような甚大な被害を受けたことから、予定していた病院施設への調査依頼は極めて困難となった。調査の実施が一時的に見送られたことに加え、大学の教育体制の再構築、学生への心理支援のための面接の実施、関連施設の看護師や地域住民への震災支援などの業務に時間を費やし、調査に充てる時間を十分確保することができず、また予定していたエフォートを研究調査に充てることが困難となった。本研究では、閉経前子宮頸がんの女性を対象に倦怠感の特徴を明らかにした。調査対象は7名で、平均年齢40.7歳(SD5.2)、進行期はTMNIb1IIa2であった。対象者は術前から身体的な症状を生じており、頻度の多い順に、腰痛、痛み、頻尿、おりもの、ほてりや発汗であった。通常と異なる倦怠感を6名(85%)が感じていた。倦怠感による生活への支障では、「生活を楽しむこと」、「気持ちのだるさ」、「通常の仕事(家庭外や生活の雑事を含む)」で得点が高かった。倦怠感マネジメントで実施が多かった項目は「だるさの少ない時に仕事や家事を行う」と「ゲームや音楽、社会活動など気晴らしへ参加する」であった。睡眠の質が低かったのが4名で、不安・抑うつの症状があるものがそれぞれ5名と3名であった。睡眠の質は、倦怠感の重症度と有意な相関を認めた。不安・抑うつは倦怠感による生活の支障と有意な相関を認めた。活動量の測定では一日の平均歩数は5063.8歩/日(SD2332.9, range1144-8438)であった。身体活動は倦怠感と負の相関関係を認めた。日常生活活動でのエクササイズ量は、倦怠感を強く認識しているもので少ない傾向にあった。活動量は気持ちのだるさ、通常の仕事のだるさ、生活を楽しむことのだるさと負の相関関係にあった。研究結果から、倦怠感は治療に臨む前に生じており、睡眠の質、不安・抑うつと関連していた。また日常生活における活動を妨げる要因となっている可能性が示唆された。本研究から得られた結果は、子宮がんの女性の倦怠感を軽減するための看護支援を検討する基礎資料となり、将来の看護介入に役立つことが期待される。今後は縦断調査から介入調査へと展開し、若い世代のがん患者の治療と社会的活動の両立につながるような介入プログラム開発を検討する。速やかに病院施設での調査を開始できるよう以下の通り体制を整えていく。1.調査対象施設を拡大するとともに、必要な調査対象数を確保するため、外来で実践活動をしている専門看護師を中心に研究協力を求めていく2.調査対象者への面接によるデータ収集をとりやめ、アンケート調査の一部に自由記述を含めるなどし、必要なデータを収集するなどの対応が必要である3.当初予定していたがん治療後1カ月後と3カ月後の縦断研究の間隔を検討する病院施設でのデータ収集が円滑に進むよう、以下の体制を整えていく。
日本の消費者のグリーン意識・環境意識と消費行動に関する実証研究

本研究課題である消費者のグリーン意識・環境意識がその消費行動に与えている影響を、食料品の消費行動を中心に研究を進めた。予備調査として主婦、学生のグループインタビューを複数に行い、20人前後の被験者に面接した。平成6年2月29日までに札幌、東京、神戸で300人の被験者にアンケート調査を行い、回答を得た。アンケート調査票は環境問題の関心度、リサイクル行動、食料品の購買行動についての45の質問で構成されている。分析の結果、日本の消費者の環境意識がきわめて高く、また「地球に優しい」製品の開発、製品の広告・表示・包装、リサイクリングなどのマーケティング問題への関心も高いことを明らかした。しかしながら、グリーン意識と環境意識は必ずしもその消費行動に結び付いてないという実態も明らかにした。また、グリーンコンシューマ-と呼ばれるグループの消費者は、積極的に分別リサイクルに取り組み、食品添加物などの問題に対して拒絶的な態度を示し、食料品への価格弾力性が小さいことも明らかにした。この研究結果からは、グリーンコンシューマ-を「生活文化」として定着させるためには、エコマークなどの商品環境情報を周知させるシステムづくりの必要性、そして企業が環境マーケティングを押し進める必要性があるという示唆が得られる。なお、調査結果を現在論文にまとめている段階であるが、95年5月に開催される日本商業学会全国大会で報告する予定である。
クロム鉱石粉末の溶鉄中への吹込みによる溶融還元法の開発

クロム鉱石の紛末を溶鉄中に底吹きし、溶鉄中の【C!_】により還元するというFe-Cr合金製造の新プロセスの開発研究を行なった。20kg規模の実験により、まず、このプロセスの可能性の高いことを実証した。次に、クロム還元速度に及ぼす温度、鉱石吹き込み速度、紛末粒径、キャリアガス流量等の影響を明らかにし、反応工学的検討を行なった。また、環元過程におけるSiの挙動やクロム還元速度に及ぼす【Cr!_】含有量の影響を明らかにし、プロセスの速度論的検討を行なった。最後に、未還元鉱石を更に還元し、クロム回収率を上げるためには、溶鉄表面にスラグを置き、一旦、スラグ中に溶解させた後、還元させる必要のあることを指摘した。クロム鉱石のスラグ中への溶解還元挙動を明らかにするために、小型の実験を行ない、黒鉛+スラグ+鉱石を加熱した場合の、酸化鉄の優先還元や還元速度に及ぼす諸条件の影響を明らかにした。溶鉄表面に鉱石とスラグを投入する実験では、スラグ中への鉱石の溶解と、その溶鉄中【C!_】による還元速度を求め、その反応の律速機構等に関する検討を行なった。スラグ中への酸化クロムの溶解度の測定も行ない、炭素との共存下では、溶解度が著るしく増大することを明らかにした。最後に、クロム紘石の予備還元焼結に関する実験を行ない、還元開始温度や最適加熱パターン等基礎的な知見を得た。5t試験転炉を用いた実験では、炭材と【O_2】の燃焼反応が同時に進行する条件下でも、クロム鉱石の溶融還元が十分進行することを実証した。鉱石を底吹きした時の還元の結果を上記20kg規模の結果と比較検討し、クロム回収率向上のためには、鉱石を【O_2】と共に吹き込み、火点の高温域で溶融することが重要であることを明らかにした。ただし、鉱石を底吹きする時には、輸送配管の損耗が激しいという工業的問題点が明らかとなり、微紛炭燃焼炎中を通すという新しい上吹き法を開発した。1.30kg溶解炉を用いた鉱石粉末の底吹き実験予め脱珪処理した製鋼用銑20kgを高周波誘導炉で溶解し、南ア産クロム鉱石を底部ノズルより吹込み、溶鉄中の炭素による還元を行った。鉱石粉末の粒径と供給速度,温度,ガス流量を変えて実験を行い、各々の還元速度とクロム回収率におよぼす影響を調べた。また、鉱石粉末の上置きと底吹きの比較より、溶鉄中に分散した鉱石粉末の還元速度を評価し、上記実験条件の影響を明らかにした。(1)還元速度は、粉末供給速度と温度の増加とともに増大し、粉末粒径の増加とともに減少した。ガス流量の影響は小さかった。(2)クロム回収率は、高温程大きく、粉末の粒径と供給速度の増加とともに減少した。(3)溶鉄中に分散した鉱石粉末の還元速度は、粉末粒径の-1/2乗に比例して減少し、供給速度の2/3乗に比例して増加した。また、還元速度は高温程大きく、見掛けの活性化エネルギーは約40Kcal/molであった。ガス流量はほとんと影響をおよぼさなかった。(4)実験中の脈石中のシリカの還元挙動より、クロム鉱石の還元の律速段階は溶鉄中の酸素の移動であると結論した。2.クロム鉱石のスラグ中への溶解と還元に関する実験

クロム鉱石と黒鉛粉末を混合してAr気流中で加熱し、排ガス中のCOと【CO_2】量をガスクロマトグラフにより測定した。その結果、還元は900°Cより始まり、また、CaOを添加すると、低温での還元が促進されることがわかった。また、黒鉛ルツボ中に鉄を溶かし、その上に、鉱石とスラグを添加し、溶鉄中へのクロムの回収速度を調べた。その結果、クロム回収反応は、主に、溶鉄-スラグ界面で進行し、その速度は0次反応式で表わせることがわかった。したがって、この反応の律速段階は、鉱石のスラグ中への溶解過程であると結論した。
駆動電圧最小化を目的とした静電駆動型ＭＥＭＳのトポロジー最適化

本研究の目的は,新しい機能,あるいは高機能を持ち革新的な低電圧駆動を実現する静電駆動型MEMSの構造創成設計を行う事である.この目的を達成するために,静電駆動型MEMSが静電場より静電引力を得る性能と,静電引力により所定の大変形を得る性能を,数値解析手法により同時に評価を行い,その解析結果に基づき,最適構造の創成設計を行う構造最適化法を開発した.本研究の目的は,静電場・構造連成の設計問題を解くトポロジー最適化の方法論を構築する事により,新しい機能,あるいは高機能を持ち革新的な低電圧駆動を実現する静電駆動型MEMSの構造創成設計を行う事である.この目的を達成するために,静電駆動型MEMSが静電場より静電引力を得る性能と,静電引力により所定の大変形を得る性能を,数値解析手法により同時に評価を行い,その解析結果に基づき,トポロジー最適化により構造の創成設計を行う方法の開発を目指す.平成24年度の研究実施状況報告書においては,平成25年度においては,1駆動電圧を低く設定し,指定変形量を大変形となるよう設定する事により,低電圧駆動を実現する静電駆動型MEMSの創成設計法の構築,2方法論の3次元問題への拡張,の2つを研究課題として設定した.課題1については,最適化問題の直接的な定式化および実装に至る前段階として,静電引力が作用する電極間の相対的な位置関係と作用する静電引力からなるプロファイルが設計者の意図通りになるように電極構造を最適化する方法論の構築に取り組んだ.これにより,より有用な機能をもった静電駆動型MEMSの構造創成設計が可能になる.また,静電駆動型MEMSの構造創成設計の基本的な方法論についても,既存の方法論では最適解探索の効率について課題があったが,それを解決する新たな方法論の開発に成功した.課題2については,鋭意研究を進めており,一定の結果は得られているものの,計算精度にまだ難点が残っている状況である.上述のように,最終的な研究目的に対して,平成25年度の研究成果により着実に前進している状況である.これに関連して,平成25年度に,査読付き国内学術雑誌論文に1本論文が掲載され,国際会議において1件の発表を行った.また,国際学術雑誌論文に2本論文を投稿している.本研究の目的は,新しい機能,あるいは高機能を持ち革新的な低電圧駆動を実現する静電駆動型MEMSの構造創成設計を行う事である.この目的を達成するために,静電駆動型MEMSが静電場より静電引力を得る性能と,静電引力により所定の大変形を得る性能を,数値解析手法により同時に評価を行い,その解析結果に基づき,最適構造の創成設計を行う構造最適化法を開発した.本研究の目的は,静電場・構造連成の設計問題を解くトポロジー最適化の方法論を構築する事により,新しい機能,あるいは高機能を持ち革新的な低電圧駆動を実現する静電駆動型MEMSの構造創成設計を行う事である.この目的を達成するために,静電駆動型MEMSが静電場より静電引力を得る性能と,静電引力により所定の大変形を得る性能を,数値解析手法により同時に評価を行い,その解析結果に基づき,トポロジー最適化により構造の創成設計を行う方法の開発を目指す.研究計画においては,平成24年度の研究課題として,1静電駆動型MEMSの必要駆動電圧を評価可能な解析手法の開発と,2静電駆動型MEMSの形状変更が必要駆動電圧に与える影響の数学的検討を設定した.1については,申請者らが以前に提案した金属導波管を対象としたトポロジー最適化法を静電駆動型MEMS設計問題に応用し,また数値実験によりその妥当性を検証し,達成した.2については,1の成果に基づき,随伴変数法を用いた感度解析手法を静電駆動型MEMS設計問題に適用し,静電駆動型MEMS設計問題における感度導出を行った.得られた感度についての妥当性は数値実験により確認した.課題1,2について十分な成果が得られたため,さらにこれらの成果を発展させ,指定した変形量を得る静電駆動型MEMSの電極構造を設計するトポロジー最適化法を構築した.指定した変形量を得る静電駆動型MEMSのトポロジー最適化法が確立されれば,駆動電圧を低く設定し,指定変形量を大変形となるよう設定する事により,低電圧駆動を実現する静電駆動型MEMSの創成設計へと繋がる.このため,平成24年度達成した,指定した変形量を得る静電駆動型MEMSのトポロジー最適化法の構築は,大きな研究成果と言える.これに関連して,査読付き学術雑誌論文に2本論文を投稿しており,国際会議において1件の発表を予定している.本研究の目的は,静電場・構造連成の設計問題を解くトポロジー最適化の方法論を構築する事により,新しい機能,あるいは高機能を持ち革新的な低電圧駆動を実現する静電駆動型MEMSの構造創成設計を行う事である.