hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
In situ 組織工学アプローチを応用した生体内完結型歯周再生療法の新たな試み

骨・歯周組織再生治療において,細胞移植を行わずシグナル分子(rhBMP9),生体材料(吸収性コラーゲンスポンジ:ACS),さらに物理刺激(低出力超音波パルス波:LIPUS)や欠損改変(骨髄穿孔:IMP)を行うことで最大限に宿主細胞の動員と賦活化,創傷治癒の安定化を計るin situ(欠損内での)組織工学アプローチの確立を目的に実験を行った。骨再生評価は1ラット頭蓋骨欠損モデル,歯周組織再生評価は2イヌ2壁性骨内欠損モデルを用いた。実験系1ではラットの頭頂骨に径2.7mmの骨欠損を外科的に作製(4欠損/匹)し,LIPUS非照射群は骨欠損:OFD:a群,ACS移植のみ(ACS):b群, ACS/rhBMP9移植:c群を施術し, LIPUS照射群はOFD+LIPUS: d群, ACS+LIPUS: e群, ACS/rhBMP9移植+LIPUS: f群に分け4週観察を行った。その結果, f群でa群,b群,d群,e群より欠損閉鎖率で,またa群, b群, c群, d群, e群に対して新生骨面積率で統計学的に有意に高い値を認めた。この結果よりrhBMP9の効果がLIPUSを併用することで骨再生により効果的であることが示唆された。実験系2ではイヌの下顎第2前臼歯と第4前臼歯に外科的に作製した2壁性骨内欠損(4欠損/匹)の一方にIMP,他方をOFDとした後,歯肉弁を復位縫合し片側をLIPUS非照射群,対側はLIPUS照射群(IMP+LIPUS群,OFD+LIPUS群)とし,術後1週より3週間LIPUSを照射し4週観察を行った。その結果, OFD+LIPUS群とIMP+LIPUS群の新生骨形成量はOFD群より,新生セメント質形成量はOFD+LIPUS群がOFD群, IMP群より有意に多かった。この事からLIPUSは2壁性骨内欠損においても歯周組織再生を効果的に促進することが示唆された。様々な疾病により失われた組織・臓器の形態と機能を再生すべく幹細胞、足場材、および成長因子を利用する組織工学的手法を取り入れた再生療法が盛んである。近年、種々の細胞をソースとした細胞移植法が脚光を浴び一定の成果が報告されている。しかし、細胞移植法の実現には克服すべき問題点も多い。そこで、本研究では生体外から細胞移植を行わず、簡便に改変した歯周組織欠損内でシグナル分子/足場材と適切な物理刺激を応用することで最大限に宿主細胞の動員と賦活化、創傷治癒を計るいわばin situ (その場での)組織工学アプローチの有用性を検証し、低侵襲かつ効率的な生体内完結型の歯周組織再生療法として新たに臨床展開することを目的とした。まず初年度はシグナル分子として従来よりその歯周組織再生効果が報告されているエナメルマトリックスデリバテイブゲル(EMD-gel)に対し、酢酸を溶媒とすることで生体材料への吸着を向上させるEMDリキッド(EMD-L)に着目した。これまでin vivoにおいてはサル3度分岐部病変および2壁性骨欠損において吸収性足場材としてコラーゲンスポンジ(ACS)を用いた時、EMD-L/ACS、EMD-gel/ACS、ACSのみ、歯肉剥離掻爬術のみよりも良好な歯周組織再生を促すことを明らかとし、in vitroではEMD-Lにより牛骨ミネラル上に播種した骨髄由来間葉系幹細胞(ST-2)においてRunx2,COL1a2, OCN,ALPといった骨分化マーカーの発現を有意に上昇させることを確認した。物理刺激としては難治性の骨折等に対してその治癒期間の短縮に対し良好な効果が報告されている微弱な超音波パルス波(LIPUS)に着目し、歯周骨内欠損に対する効果を上記、シグナル分子との複合応用を踏まえ現在、イヌ歯周組織欠損を外科的に作製し評価を行っている。シグナル分子の解析については予定通りに進んでいる。物理刺激としてLIPUSの中型動物、さらに歯周組織欠損に対する評価はこれまでも報告がなく、LIPUS照射の条件設定と企画性・再現性を有する前処置に時間を要している。現在、これらの課題がクリアされ次年度に向け試験を継続中である。種々の細胞を用いた細胞移植法が再生医療分野で脚光を浴び一定の成果が近年、報告されているがその実現には克服すべき問題点も多い。特に歯周組織欠損のような小規模欠損では生体外から細胞移植を行わず、シグナル分子・足場材と適切な物理刺激や欠損の改変を意図的に応用することで最大限に宿主細胞の動員と賦活化、創傷治癒を計るin situ (その場での)組織工学アプローチが有用であると考えられる。特に本アプローチでは物理刺激として微弱な超音波パルス波(LIPUS)を軸に骨再生( 1ラット頭蓋骨欠損モデル)および歯周組織再生( 2イヌ2壁性骨内欠損モデル)を評価した。前年度の試験よりLIPUSの照射条件およびシグナル因子としてrhBMP9の至適濃度、最適な担体(吸収性コラーゲンスポンジ:ACS)を決定し実験系1においては1)コントロール(骨欠損のみ)、2)ACS移植のみ(ACS)、3) ACS/rhBMP9移植(ACS/rhBMP9)の外科的処置を行った後、LIPUS照射群、LIPUS非照射群の2群に分け4週観察を行った。マイクロCT解析を行った結果、rhBMP9使用群で有意に骨形成が認められ、LIPUS併用群ではさらに安定した骨形成効果が認められた。

2においてはイヌの下顎第2前臼歯遠心および第4前臼歯近心に外科的に作製した2壁性骨内欠損の一方には骨髄穿孔(IMP)を付加的に施し、もう一方は無処置とした後、歯肉弁を復位縫合し片側をLIPUS照射(3週)群、対側をLIPUS非照射群として物理刺激と欠損改変の歯周組織再生効果を検証した。現在、動物数が少ない(2匹)ながらも放射線学的評価、組織学的形態計測評価においてもIMPとLIPUS併用群が無処置群、IMP単独群、LIPUS単独群より良好な歯周組織再生が認められた。現在、実験系1、実験系2についても結果を解析中であるがこれらの実験系については最終報告の段階に入りつつある。骨・歯周組織再生治療において,細胞移植を行わずシグナル分子(rhBMP9),生体材料(吸収性コラーゲンスポンジ:ACS),さらに物理刺激(低出力超音波パルス波:LIPUS)や欠損改変(骨髄穿孔:IMP)を行うことで最大限に宿主細胞の動員と賦活化,創傷治癒の安定化を計るin situ(欠損内での)組織工学アプローチの確立を目的に実験を行った。骨再生評価は1ラット頭蓋骨欠損モデル,歯周組織再生評価は2イヌ2壁性骨内欠損モデルを用いた。実験系1ではラットの頭頂骨に径2.7mmの骨欠損を外科的に作製(4欠損/匹)し,LIPUS非照射群は骨欠損:OFD:a群,ACS移植のみ(ACS):b群, ACS/rhBMP9移植:c群を施術し, LIPUS照射群はOFD+LIPUS: d群, ACS+LIPUS: e群, ACS/rhBMP9移植+LIPUS: f群に分け4週観察を行った。その結果, f群でa群,b群,d群,e群より欠損閉鎖率で,またa群, b群, c群, d群, e群に対して新生骨面積率で統計学的に有意に高い値を認めた。この結果よりrhBMP9の効果がLIPUSを併用することで骨再生により効果的であることが示唆された。実験系2ではイヌの下顎第2前臼歯と第4前臼歯に外科的に作製した2壁性骨内欠損(4欠損/匹)の一方にIMP,他方をOFDとした後,歯肉弁を復位縫合し片側をLIPUS非照射群,対側はLIPUS照射群(IMP+LIPUS群,OFD+LIPUS群)とし,術後1週より3週間LIPUSを照射し4週観察を行った。その結果, OFD+LIPUS群とIMP+LIPUS群の新生骨形成量はOFD群より,新生セメント質形成量はOFD+LIPUS群がOFD群, IMP群より有意に多かった。この事からLIPUSは2壁性骨内欠損においても歯周組織再生を効果的に促進することが示唆された。In vivo実験については最終的な組織学的評価までかなりの時間を要するため、観察期間中の放射線学的解析を元に、次年度以降の効率的かつ生産的な研究計画の立案を行う。実験系1については動物数が少ないため、規定の実験動物数に当初の動物数に近づけるよう追試を行う予定である。LIPUSを用いたIn vivo実験の開始が当初の予定よりも遅れ、実験動物および消耗品に関わる経費が本年度には計上されなかった。大規模in vivo実験に関わる費用が大きく、今年度予算のみでは一括実施が不可能であったため、今年と、次年度に分けて段階的に実施する計画とした。その結果、上記の次年度使用額が発生したが最終年度の研究経費と併せてプロジェクトの完遂とする。次年度から、本年度の結果を踏まえ試験規模を拡大するため必然的に使用経費は増額となる。
泥絵（DOROE）の総合研究－都市史・美術史・文化財科学の手法から－

泥絵は19世紀の日本絵画の中でも、西洋画との接点や、色彩のある風景画であるにもかかわらず、浮世絵などに比較して、一般にはあまり知られていない。本研究では、都市史や絵画史、江戸東京の景観変遷と絵画モチーフとしての対象選択の意味、19世紀の西洋画や初期の洋画との技法・材料比較、悉皆的な材料学的検討、泥絵の保存性に関する予備な調査を含め「泥絵」に関する初の総合的研究を行う。浮世絵から油彩画への転換期に存在した「泥絵」という庶民の風景画を世界に認知してもらう機会として、萌芽研究で挑戦したい。東京の風景が新たに変わりゆく「東京2020」に近い時期に報告書兼図録を刊行、展示などの活用への展開可能にしたい。
膵癌患者におけるS-1血中濃度推移と副作用、治療効果に関する検討

【目的】膵癌患者に対し、S-1単独療法、S-1併用放射線化学療法、ゲムシタビン+S-1併用療法施行時における、S-1(5-FU、ギメラシル、オテラシル)の血中濃度を測定し、血中濃度と副作用発現状況、治療効果について調査し、適切な投与量、投与方法の検討を目的とする。【研究方法】膵癌患者に対し、測定用採血は可能な限り少なくとも投与前に実施した。採血後は低温下にて迅速に遠心分離し、測定まで-30°Cにて保存した。測定は、5-FUはGC-MS法を用いて行なった。副作用については、同意取得時から基本的には化学療法終了1ヶ月後までを調査し、CTC-AEversion3.0にて評価した。抗腫瘍効果については、化学療法開始前のCTと化学療法終了後のCTでの画像よりRECISTを用いて医師が評価を行った。加えて腫瘍マーカーの推移についても調査を行なった。【結果】測定可能患者は5症例であり、そのうち膵癌は3例、胃癌1例、原発不明癌1例であった。測定はトラフ値のみ実施し、その値は61.0±37.1ng/mLであった。効果判定結果は膵癌3例はいずれもSDであり、原発不明癌1例ではPD、胃癌1例は効果あり(RECIST評価なし)と判定された。腫瘍マーカーに関しては3例において低下傾向を示した。副作用については、吐き気、食欲不振、骨髄抑制を認めるもいずれもG3以上の副作用の発現はなく、1例において吐き気により休薬したが、その後再開された。症例数が少ないためトラフ値濃度と抗腫瘍効果、副作用の発現について詳細な検討はできなかったが、膵癌においては28.7123ng/mLと個人差が大きいものの、3例ともに効果はSDであり、効果は得られていると考えられた。一方、副作用においては休薬が設定された1例のトラフ値は63.4ng/mLであり、特別高い数値を示しているわけではなかった。
ヒトES細胞の機能的肝細胞への分化誘導法の確立とその再生医療への応用

ヒトES細胞を使用した当該研究課題を,岡山大学大学院医歯薬学総合研究科・病態制御科学専攻腫瘍制御学講座のヒトES細胞専用実験室(臨床研究棟8階)にて安全に施行し得た。常に胚提供者への感謝の念をもって実験を行った。ポリスルフォン製の中空糸と装置内に注入された細胞が付着できるようにポリアミノウレタン加工不織布からなるバイオ人工肝臓装置を開発し、未分化ヒトES細胞2000万個をバイオ人工肝臓デバイス(有効長10cm,有効内容積30ml)に注入した。バイオ人工肝臓デバイスは、CO2インキュベーターの中で駆動させた。胚様体を2日間形成させた後にActivin-A(100 ng/ml)とbFGF(100 ng/ml)を培養液に添加することで3日間培養しDefinitiveendodermを形成した。肝細胞成長因子HGF(100 ng/ml)と1%DMSO (dinethyl sulfoxide)にて8日間培養し最後に3日間10-7Mデキサメサゾンを添加した。細胞の活性をグルコースの消費量から算出したところ一日で約100 mg/dlと良好な消費が認められた。循環培地中にリドカン(最終濃度が10 μg/dl)を添加してその代謝率を計測したところ付加したリドカインの50%が代謝された。さらに、培地中のアルブミン量と各種凝固因子(フィブリノーゲン、プロトロンビン、アンチトロンビン、プラスミノゲン)量を測定した。培養24時間におけるアルブミン産生量は0.25 g/dl、フィグリノーゲン15 mg/dl、プロトロンビン0.3 mg/dl、アンチトロンビン0.4 mg/dl、プラスミノゲン10 mg/dlであった。細胞を充填していない培養液だけを循環させた非細胞充填バイオ人工肝臓デバイスでは,グルコースの消費やリドカインの代謝は認めず,アルブミンや凝固因子は産生されていなかった。未分化なヒトES細胞を当該バイオ人工肝臓デバイス内で培養し,薬物を代謝し、アルブミンや凝固因子、そして尿素を産生する能力のある肝細胞への分化誘導に成功した。ヒト胚性幹細胞(ES細胞)から機能的肝細胞を分化誘導する手法を開発し、当該肝細胞を用いて、in vitroで肝組織を作成し(1)実験試料として利用、(2)医薬品開発へ応用、(3)再生・移植医療へ応用することを目標とした。ヒトES細胞から、胚様体を2日間形成させた後に、Activin-AとbFGFにてDefinitiveendodermへの分化誘導を行い、その後、肝細胞成長因子HGFとDMSO(dimethyl sulfoxide)にて培養し、最後にデキサメサゾンを添加することで機能的な肝細胞への誘導を行った。当該肝細胞では、薬物代謝の面で重要なチトクロムP450(CYP)3A4の発現が確認された。CYPは薬物の代謝に関与する代表的な酵素であるが、中でもCYP3A4は現在臨床で使用されている医薬品の50%以上の代謝に関与している分子種であり、薬物治療の最適化を考える上で最も重要な代謝酵素であることから、当該細胞の医薬品開発へ応用が可能と考える。また、分化誘導したヒトES細胞由来肝細胞はヒトアルブミンを培地中に産生することが分かり、免疫不全マウスに移植したところ、移植細胞は肝臓内に生着し、マウス血中にヒトアルブミンが持続的に検出された。当該結果は、ヒトES細胞由来肝細胞が再生・移植医療へ応用可能であることを示す重要な所見である。

細胞を充填していない培養液だけを循環させた非細胞充填バイオ人工肝臓デバイスでは,グルコースの消費やリドカインの代謝は認めず,アルブミンや凝固因子は産生されていなかった。未分化なヒトES細胞を当該バイオ人工肝臓デバイス内で培養し,薬物を代謝し、アルブミンや凝固因子、そして尿素を産生する能力のある肝細胞への分化誘導に成功した。
抹消組織樹状細胞サブセットの機能的意義の解明

抗原提示細胞である樹状細胞は、機能的な特性を示す複数のサブセットからなる。その中でも、ケモカイン受容体XCR1を発現している樹状細胞(XCR1+樹状細胞)は、取り込んだ抗原を細胞傷害性T細胞に提示するクロスプレゼンテーション能が高い。本研究では、XCR1+樹状細胞誘導欠失マウスや恒常的欠失マウスを用いて、末梢組織、特に腸管における機能的意義の解明を目指した。XCR1+樹状細胞恒常的欠失マウスでは、小腸T細胞の減少が認められ、免疫恒常性の維持に重要であることが示唆された。また、誘導的欠失マウスを用いた実験より、経口投与したタンパク質に対する免疫寛容の誘導に重要であることを明らかにした。抗原提示細胞である樹状細胞は、生体内で様々な組織に広く分布している。特に、皮膚や肺、腸管などの末梢組織に存在する樹状細胞は、微生物の検知などにより活性化して所属リンパ節に移動し、そこでT細胞に微生物由来抗原を提示することにより、獲得免疫を活性化する。このような樹状細胞は、機能的特性を有する種々のサブセットから構成されており、本研究計画は、これら樹状細胞サブセットの機能的意義の解明を目指すものである。ケモカイン受容体XCR1は、樹状細胞サブセットの中でも、取り込んだ抗原を細胞傷害性T細胞(CD8 T細胞)に提示してそれを活性化させる能力、つまり、クロスプレゼンテーション能が高い樹状細胞に特異的に発現している。この発現特異性を利用し、ジフテリア毒素(DT)の投与によりXCR1+樹状細胞を誘導的に欠失できる遺伝子改変マウス(XCR1-DTRvenusマウス)を用いて、その機能の解析を行ってきた。さらに、上記マウスを用いて、XCR1+樹状細胞がT細胞応答における経口免疫寛容の誘導にも関与している結果を得てきている。そこで、本年度は、B細胞応答に対する経口免疫寛容へのXCR1+樹状細胞の関与について検討を行った。野生型およびXCR1-DTRvenusマウスにDTの投与と共にPBSあるいはOVA(抗原)を経口投与し、その後、除去された樹状細胞の回復後に、各マウスにOVAを免疫して血液中の抗OVA抗体の抗体価を測定した。その結果、野生型マウスでは、PBSを経口投与した群に比べてOVAを経口投与したマウスにおいて、OVAに対する抗体価の減少が観察された。その一方で、XCR1-DTRvenusマウスマウスではこの減少が認められなかった。このことは、XCR1+樹状細胞が、B細胞応答、つまり、抗体産生に対する経口免疫寛容の誘導に重要であることを示している。概要で示した様に、B細胞応答における経口免疫寛容へのXCR1+樹状細胞の関与について検討を行った。その結果、経口免疫寛容誘導時にXCR1+樹状細胞を欠失させると抗体価の減弱が誘導されない、つまり、抗体産生に対する経口免疫寛容の誘導においてもXCR1+樹状細胞が重要な働きをしていることが示唆された。これに加えて、以下のことについても検討を行った。XCR1+樹状細胞を恒常的に欠失しているXCR1-DTAマウスでは、上皮間リンパ球(intraepithelial lymphocytes, IEL)が有意に減少している。その原因の一つとして、腸管へのT細胞のhomingに重要な分子であるケモカイン受容体CCR9や接着分子α4β7インテグリンの発現の障害などが推測されるため、これら分子の発現について検討を行った。その結果、XCR1-DTAマウス由来腸管T細胞でのこれら分子の発現は、コントロールマウスでのそれと違いは認められなかった。また、腸管のT細胞について、Annexin Vと7-AADとの染色性を基にアポトーシスや細胞死について検討したところ、XCR-DTAマウスにてその亢進が認められた。このことから、XCR1+樹状細胞の恒常的欠損によるIELの減少は、homing receptorの発現が低下しているからではなく、細胞の生存が障害されていることが原因の一つとして考えられた。この結果は、論文(Ohta et al. Scientific Reports, 2016)の一部として報告した。上記進捗状況から、おおむね計画通りに進展していると考えている。樹状細胞は、特徴的な機能を有する複数のサブセットより構成されている。その中でも、取り込んだ抗原を細胞傷害性T細胞(CD8 T細胞)に提示するクロスプレゼンテーション能が高い樹状細胞は、その機能から抗腫瘍免疫、抗ウイルス免疫に関わっていると考えられている。ケモカイン受容体XCR1は、このクロスプレゼンテーション能が高い樹状細胞サブセット(XCR1+樹状細胞)に特異的に発現している。これまで、XCR1の発現特異性を利用して、ジフテリア毒素(DT)の投与によりXCR1+樹状細胞を誘導的に欠失できる遺伝子改変マウス(XCR1-DTRvenusマウス)や、恒常的にXCR1+樹状細胞を欠失させたマウス(XCR1-DTAマウス)を用いて、生体内でのXCR1+樹状細胞機能について解明してきた。特に、XCR1-DTAマウスでは、腸管に認められるT細胞(特に、上皮間リンパ球(IEL)中のT細胞)が、顕著に減少していること、つまり、腸管免疫恒常性における機能を明らかにしている。

このようなXCR1+樹状細胞の機能を担っている分子機構を検討するため、腸管樹状細胞をCD103+CD11b- (XCR1+)、CD103+CD11b+、CD103-C11b+の3つのサブセットに分類し、遺伝子発現プロファイルを検討した。その結果より、XCR1+樹状細胞に優位に発現していること、また、推測される機能や特徴などから、いくつか遺伝子を選定し、その機能を検討するためにCRISPR法にてそのノックアウトマウスを作成した。現在、XCR1-DTAマウスと同等の表現型、すなわち、腸管T細胞の減少の有無について検討するとと共に、樹状細胞機能について検討を行っている。現在、作製した各遺伝子のノックアウトマウスについて、解析を進めているところである。また、それら以外でも、XCR1陽性樹状細胞に高く発現している候補遺伝子について、そのノックアウトマウスの作成を進めている。病態モデルや一部遺伝子改変マウスの作成で遅れがあるものの、おおむね順調に進行していると考えている。抗原提示細胞である樹状細胞は、特徴的な機能を有する複数のサブセットより構成されている。その中でも、ケモカイン受容体XCR1を発現しているXCR1+樹状細胞は、取り込んだ抗原をCD8 T細胞(細胞障害性T細胞)に提示するクロスプレゼンテーション能が高く、この活性により腫瘍免疫や抗ウイルス免疫に重要な役割を果たしている。これまで様々な遺伝子改変マウスを用いて、生体内でのXCR1+樹状細胞の機能について解析してきた。特に、XCR1+樹状細胞を恒常的に欠失しているXCR1-DTAマウスでは、腸管特有の上皮間リンパ球(IEL)中のT細胞を含め、小腸のT細胞が顕著に減少していること、つまり腸管免疫恒常性におけるXCR1+樹状細胞の機能的意義が明らかになっている。腸管免疫におけるXCR1+樹状細胞機能を担う分子基盤について検討するため、腸管樹状細胞をCD103+CD11b-(XCR1+)、CD103+CD11b+、CD103-C11b+の3つのサブセットに分類し、遺伝子発現プロファイルを検討した。そして、XCR1+樹状細胞に優位に発現していることや推測される機能や特徴などからいくつかの遺伝子を選定し、その機能を検討するためにCRISPR法にてノックアウトマウスを作成した。現在までに、一種類の遺伝子欠損マウスについて解析を行ったが、XCR1-DTAマウスと同様の表現型は示しておらず、他の機能分子の存在が示唆された。さらに、腸炎症を基盤とした大腸発がんへの関与を検討するために、アゾキシメタン(AOM)投与後に、周期的にデキストラン硫酸ナトリウム(DSS)投与して腸炎を発症させて発がんを誘導する大腸がんモデルを行った。しかしながら、XCR1-DTAマウスでもコントロールマウスと同様の頻度、大きさの腺腫が認められたことから、本モデルにおける大腸発がんには、XCR1+樹状細胞以外の細胞が関与していることが示唆された。抗原提示細胞である樹状細胞は、機能的な特性を示す複数のサブセットからなる。その中でも、ケモカイン受容体XCR1を発現している樹状細胞(XCR1+樹状細胞)は、取り込んだ抗原を細胞傷害性T細胞に提示するクロスプレゼンテーション能が高い。本研究では、XCR1+樹状細胞誘導欠失マウスや恒常的欠失マウスを用いて、末梢組織、特に腸管における機能的意義の解明を目指した。XCR1+樹状細胞恒常的欠失マウスでは、小腸T細胞の減少が認められ、免疫恒常性の維持に重要であることが示唆された。また、誘導的欠失マウスを用いた実験より、経口投与したタンパク質に対する免疫寛容の誘導に重要であることを明らかにした。
X線結晶解析に基づく白麹菌キシラナーゼの好酸性・耐酸性機構の解明

キシラナーゼCの至適pHが大幅に上昇した変異体であるD37NのX線結晶構造解析を行った。その結果、Asn37の側鎖は野生型のAsp側鎖に比べて電子密度が不明瞭になっており、酸・塩基触媒であるGlu170との水素結合が弱くなっていることが示唆された。これは、これまで筆者らが示したキシラナーゼCの好酸性機構を支持するものである。キシラナーゼCの基質結合クレフトの入り口に存在するGlu118の変異体と、D37Nを組み合わせた各種変異体の活性のpH依存性を測定した結果、E118QとE118Aで酸性域の活性が6070%程度に低下し、全ての変異体で中性域の活性が120230%程度に上昇した。従って、Glu118はキシラナーゼCの好酸性に寄与していることが分かった。キシラナーゼCの基質結合クレフトに存在するTyr10、Phe131、Trp172の各種変異体酵素の活性のpH依存性を測定した結果、Y10F,F131W以外の変異体では、全てのpH域に渡って活性が9040%程度に低下したことから、これらの変異は酵素活性そのものに悪影響を与えていると考えられた。しかし、Y10Fでは酸性域のみで活性が9030%程度に低下しており、わずかヒドロキシル基一つの違いが本酵素の好酸性に寄与していることが分かった。F131Wでは、興味深いことに、酸性域にある最大活性が1.5倍に上昇していた。131位の側鎖はサイズの大きいTrpの方が周囲の疎水的な環境を維持するために適していると考えられる。キシラナーゼBのAsn43は、キシラナーゼCのAsp37に相当する。これをAspに置換した変異体の活性のpH依存性を測定した結果、中性域のみで活性が8030%程度に低下しており、中性キシラナーゼでも酸性キシラナーゼと同様にこの残基が活性のpH依存性を決定していることが明らかになった。キシラナーゼCの好酸性機構に重要な残基の一つとしてアスパラギン酸37が既に詳細に解析されているが、その他にも重要な残基があることが結晶構造から予想されているので、それらについてもタンパク質工学的な解析を行った。まず、基質結合クレフトの入り口に存在するグルタミン酸118をアラニン、グルタミンにそれぞれ置換した変異体を用意し、さらに、これをアスパラギン酸37をアスパラギンに変異したものと組み合わせた変異体5種と、組換え大腸菌由来の野生型酵素、白麹菌から精製されたキシラナーゼCをあわせて計7種の酵素について発現、精製を行った。現在、これらの精製酵素について、既報の論文では調べられていない、より詳細な活性-pHプロファイルと、速度論的解析等について測定を行っているところである。さらに、その他にも、本酵素の好酸性機構に重要であると思われるチロシン10,フェニルアラニン131,トリプトファン172と、耐酸性機構に重要であると思われる、多くの酸性残基についての変異体の作成を行っている。それに加え、キシラナーゼCに相同で、通常の至適/安定pHを持つキシラナーゼBについても同様にタンパク質工学的手法を用いるために、大腸菌での発現ベクターの作成を行い、発現/精製系を確立した。現在、この組み換え大腸菌由来キシラナーゼBが白麹菌由来の酵素と同様の性質を持つかどうか解析中である。また、酵素を変性し失活させる実験とともに、滴定実験で表面電荷のpKaの測定を行い、耐酸性機構を詳細に調べるためには、100mg以上という、非常に大量の酵素が必要である。そこで、キシラナーゼC/B遺伝子を高コピー導入した白麹菌を用いて大量発現、精製の実験を行った結果、キシラナーゼCでは十分な量の酵素が得られた。キシラナーゼBの発現は十分ではなかったため、現在、発現条件などの検討を行っている。

F131Wでは、興味深いことに、酸性域にある最大活性が1.5倍に上昇していた。131位の側鎖はサイズの大きいTrpの方が周囲の疎水的な環境を維持するために適していると考えられる。キシラナーゼBのAsn43は、キシラナーゼCのAsp37に相当する。これをAspに置換した変異体の活性のpH依存性を測定した結果、中性域のみで活性が8030%程度に低下しており、中性キシラナーゼでも酸性キシラナーゼと同様にこの残基が活性のpH依存性を決定していることが明らかになった。
共振に基づいた反動動作の理解

本研究は重りのついたバネを揺さぶる強制振動という考え方で、歩行や走行などの反動動作における筋や腱の働きを理解し、アキレス腱への振動刺激を用いて、反動動作の遂行に重要とされている筋紡錘からのフィードバックの貢献を定量することを目的とする。本研究から、反動動作の力学的及び生理学的なメカニズムに関する包括的な知見や、スポーツパフォーマンスの向上やリハビリテーションに対する基礎的な知識が期待される。
幹細胞を用いた新生児慢性肺疾患に対する新規治療法の開発

日齢5に、Muse細胞またはnon Muse細胞(各1×104 cells/個体)またはvehicleをCLDモデルラットの右外頸静脈から投与し、有効性を評価している。これまでに、日齢15での評価で、肺胞発達障害の改善、肺高血圧の改善を示している。今年度は、より長期の日齢29の治療効果の評価、生着の評価、肺胞洗浄液(BALF)の検討を行った。肺への生着は、免疫組織学的評価と、ヒトゲノムに特異的なAlu配列の定量的PCRでヒト細胞を検出することにより評価した。日齢15、日齢29にMuse細胞の肺組織への生着を確認した。nonMuse細胞でも肺内に検出されたが、少数であった。PCRにても同様な結果を得た。BALFでは、CLDで白血球数(マクロファージとリンパ球)が増加したが、Muse細胞投与により軽減した。nonMuse細胞でも白血球数は減少していたが、有意ではなかった。Muse細胞による抗炎症作用が示された。予定していた実験が出来たため。肺機能検査における機能的改善、臨床応用を目指した細胞製剤での有効性を評価していく。新生児慢性肺疾患(CLD)の新規治療法開発のため、CLDモデルに対し各種細胞を投与し、細胞移植の有効性について検討を行った。CLDモデルは新生仔ラットを使用し、生直後から日齢15まで80%酸素負荷を行うことで作製した。日齢5に、Muse細胞またはnon Muse細胞(各1×10^4 cells/個体)またはvehicleを右外頸静脈から投与し、日齢15に治療効果の評価を行った。治療効果の評価としては、肺組織評価として肺組織体積密度の測定を、心臓の肺高血圧変化評価として右室と心室中隔+左室の乾燥重量比(RV/LV+IVS)測定と肺動脈壁肥厚(medial wall thickness)測定を行った。Muse細胞投与には、慢性肺疾患、およびそれに伴う肺高血圧症に対し治療効果があることがわかった。来年度に予定していた肺高血圧に対する評価が本年度に施行できた。一方、本年度に予定していた投与後分布に関しての評価が出来なかったため。治療メカニズム解明のため、免疫組織学的染色やAlu Sequenceによる細胞の生着評価、血液・肺胞洗浄液を用いた生化学的評価、胸部CT検査による画像評価などを行っていく予定である。生着細胞の分化の評価を行う予定であったが、購入する抗体を決められず次年度となったため生じた。次年度に同じ目的で使用する。予定していたAlu sequenceが行えなかったため若干の残金を生じた。来年度にAlu sequenceを行う。
女性労働運動における「実践を語るプロジェクト」-労働組合スタッフの力量形成-

本研究では、成人の女性が「働き続けること」可能にする力を、労働組合の仲間の関係の中で育てていく過程に注目する。このため、「働く女性の全国センター(ACW2)」のメンバーである全国の女性ユニオン等の団体によびかけて、労働組合スタッフを中心に、労働相談・団体交渉による問題解決の経験と、それを支える支援者の取り組みを、小グループで「語る・聴く」ことに取り組むプロジェクトを、東京・名古屋・北海道・大阪等で実施した。本研究は、女性労働運動における労働組合スタッフの力量形成を目的とする。そのさい、a)労働組合の日常の活動のなかから、女性が働き続けるための主体形成をとらえる、b)各地の組合スタッフが比較的長期のスパンを持って自分の「実践」を振り返り、語り合うこと、それらを記録化していく取り組みにより、組合員とスタッフの関係、状況の中で判断していることの意味を考えることに取り組む。日々、深刻で緊急を要する労働問題に当事者と共に取り組んでいる労組スタッフは、力量形成を切実に必要としている。しかし、プログラムが外在的に決定されているような学習や、マニュアルやスキルの習得のような学習観では、スタッフが経験している現実と結びついていかない。そこで、異なる地域の、異なる現実に対面している労働組合スタッフが、実践を語り合い聞きあっていくことが「省察的実践者」としての力になるのではないかと考える。本研究は、労組スタッフと研究者の相互主体的なかかわりをとおして、プロジェクトの展開をあとづけるものである。とくに女性労働運動を取り上げる理由は、女性が男性に比べ相対的に教育の機会が少ないためである。非正規雇用が多い女性は企業内での教育訓練を受けにくく、長期間の宿泊を伴う労働組合の幹部養成教育にも家族的責任を担う女性は参加しづらい。また全国の女性ユニオンは、働く女性の全国センター(ACW2)などを通じて連帯を深めようとしているが、こうした取り組みに女性の共同的な学習が組み込まれていくことは、それぞれの地域の力量形成にもつながっていくことが期待されるものである。2009年度については、3月に実施した名古屋の「フォーラム女性と労働」では、ちょうど各地で組合の定期大会を実施した直後の時期であり、組合の議案書を比較してそれぞれの組合の活動の工夫や課題を話し合った。また24人の参加者が3グループに分かれて、一人の実践について聴いた。このとき、「女性ユニオン名古屋」は執行委員長の交代による世代交代があり、先行世代の人の豊かな実践を継承してほしいという意識があった。10月に実施した札幌の「フォーラム女性と労働」では、「北海道ウィメンズユニオン」が取り組んできたセクシャルハラスメントの労災認定にかかわって、北海道・東京・名古屋の事例をあわせて検討した。また33人の参加者が5グループに分かれて、一人の人の実践について聴いた。セクシャルハラスメントは、被害者の気持ちが揺れ動くことが多く、支援者の意識とずれを生ずることもあるといわれるが、ふだんいっしょに活動している人ではない、少し離れた立場の人と、じっくり話し合うことに意味があるのではないかと考えた。9月には、日本社会教育学会で中間報告を行った。本研究では、「実践を語る・聴くプロジェクト」として5回にわたり「フォーラム女性と労働」を実施した。第14回は、働く女性の全国センター(ACW2)と共催で、東京・名古屋・札幌・大阪で開催した。「フォーラム女性と労働」の基本的な設定は、参加者が56人の小グループに分かれて、それぞれのグループで報告者のあゆみをじっくりと聴く、ということであった。各地で開催したことでそれぞれの地域の取り組みや活動しているメンバーの具体的な姿が語られ、さらにそれを聴き取ることで自分たちの取り組みを意識していくこととなった。一方で、記録づくりなど持続的な関係の深まりが必要になることがあり、全国的なネットワークの中で十分に対応できなかった現実があった。第5回は東京近郊の有志で実施することとしたが、このとき、働く女性が集う場の継続が必要であることを確認し、今後何らかの方法で継続的な活動を行うことなどを話し合った。今後の取り組みについては、他日を期したい。また、本研究において「フォーラム女性と労働」の実施以外に、実践のふり返りをつうじて力量形成をしている、京都市青少年活動センター・福井市立至民中学を訪問し、調査を行った。実践のふり返りを通してスタッフの力量形成をめざす「フォーラム女性と労働」のような取り組みは、社会教育職員の力量形成をめざす動きに学んで、労働組合のスタッフを学習支援者ととらえ、その力量形成をめざすものである。職場でも、労働組合でも、研修等の機会を得にくい女性にとって、自分のあゆみを語ることは自らの職業・労働の意味をとらえなおしていくことであり、また仲間の組合員の活動を支えるとはどういうことかをふり返る意味をもつものと考えられる。
導電性高分子-フラーレン複合体の分子複合界面制御と光電デバイス応用に関する研究

本研究では、分子複合界面をミクロンオーダーさらにはナノサイズで制御する技術を開発、導入することで、導電性高分子-フラーレン複合体光電デバイスの飛躍的な性能の向上を目指すと共に、次世代有機電子デバイスの提案することを目的としている。具体的には、ポリチオフェン、ポリパラフェニレンビニレン骨格といったπ電子共役系が高度に発達し、高い光電変換特性を示す導電性高分子と、C_<60>、C_<70>等のフラーレン及びフラーレン誘導体、さらにはカーボンナノチューブを用いた光電変換素子の作成において、分子複合界面の制御を行った。その結果を以下にまとめる。(1)導電性高分子-フラーレン複合体のヘテロ接合界面におけるナノサイズの分子複合界面の制御として、フォトリソグラフィーの微細加工技術、さらにはSNOMによる微小露光技術を応用し、構造的な断面積の増大を行なった。導電性高分子-フラーレンの分子複合界面の制御における最適な条件を明らかにした。(2)フェムト秒チタンサファイヤレーザー及び時間分解蛍光測定装置を応用し、ピコ秒時間分解変調分光システムを構築し、導電性高分子-フラーレン複合体のヘテロ接合界面の時間分解光誘起吸収、時間分解蛍光及び時間分解電界誘起吸収を測定し、非線形光電導とポーラロン対再結合についての知見を得た。(3)フラーレン蒸着膜上に導電性高分子をスピンコートすることにより、100nm以下の凹凸形状をもったヘテロ接合が形成されることを見出し、導電性高分子-フラーレン相互浸透界面の形成における溶媒依存性、温度依存性、スピンコート条件依存性、膜厚依存性などを明らかにした。更に電極界面の微細加工により分子複合界面の面積増加が可能であることも明らかにした。(4)上記の手法による分子複合界面制御を行なった薄膜を用いて、光電デバイスの作製を行い、光学的性質、電気的性質、光電変換特性等の特性評価を行った。導電性高分子-フラーレン相互浸透界面では反射率が大幅に低下することが明らかになり、光電変換効率についても大幅に改善された。即ち、導電性高分子-フラーレン複合体において分子複合界面が重要であり、その制御が可能であることを明らかにするとともに、複雑な界面形成により有機デバイスの性能の向上を示唆する結果を得た。具体的には、ポリチオフェン、ポリパラフェニレンビニレン骨格といったπ電子共役系が高度に発達し、高い光電変換特性を示す導電性高分子と、C_<60>、C_<70>等のフラーレン及びフラーレン誘導体、さらにはカーボンナノチューブを用いた光電変換素子の作製において、分子複合界面の制御を行った。(1)導電性高分子-フラーレン複合体のヘテロ接合界面におけるミクロンオーダーの分子複合界面の制御として、フォトリソグラフィーの微細加工技術を応用し、構造的な断面積の増大を行なった。微細加工の方法としては、従来のフォトリソグラフィー法を改良し、導電性高分子に最適な条件を明らかにした。さらに感光性を有する導電性高分子に関しては、直接露光による微細加工が可能であることから、その最適条件を見出した。(2)導電性高分子-フラーレン複合体のヘテロ接合界面におけるサブミクロンオーダーの分子複合界面の制御として、ラビング法によるランダム形状化、側鎖に光機能性置換基を有する導電性高分子を用いた二光束干渉法による周期的形状化を導入した。(3)フラーレン蒸着膜上に導電性高分子をスピンコートすることにより、100nm以下の凹凸形状をもったヘテロ接合が形成されることを見出し、導電性高分子-フラーレン相互浸透界面の作製について最適条件を見出した。(4)上記の手法による分子複合界面制御を行なった薄膜を用いて、光電デバイスの作製を行ない、光学的性質、電気的性質、光電変換特性等の特性評価を行なった。導電性高分子-フラーレン相互浸透界面では反射率が大幅に低下することが明らかになり、光電変換効率についても大幅に政善され約1%が得られた。

(2)フェムト秒チタンサファイヤレーザー及び時間分解蛍光測定装置を応用し、ピコ秒時間分解変調分光システムを構築し、導電性高分子-フラーレン複合体のヘテロ接合界面の時間分解光誘起吸収、時間分解蛍光及び時間分解電界誘起吸収を測定し、非線形光電導とポーラロン対再結合についての知見を得た。(3)フラーレン蒸着膜上に導電性高分子をスピンコートすることにより、100nm以下の凹凸形状をもったヘテロ接合が形成されることを見出し、導電性高分子-フラーレン相互浸透界面の形成における溶媒依存性、温度依存性、スピンコート条件依存性、膜厚依存性などを明らかにした。更に電極界面の微細加工により分子複合界面の面積増加が可能であることも明らかにした。(4)上記の手法による分子複合界面制御を行なった薄膜を用いて、光電デバイスの作製を行い、光学的性質、電気的性質、光電変換特性等の特性評価を行った。導電性高分子-フラーレン相互浸透界面では反射率が大幅に低下することが明らかになり、光電変換効率についても大幅に改善された。即ち、導電性高分子-フラーレン複合体において分子複合界面が重要であり、その制御が可能であることを明らかにするとともに、複雑な界面形成により有機デバイスの性能の向上を示唆する結果を得た。
ベータ・セクレターゼ活性をモニターするバイオマーカーの分析

アルツハイマー病(AD)患者の脳脊髄液において総α2,6シアロ糖鎖エピトープの上昇が認められた(p<0.001)。さらに、α2,6シアロエピトープのシグナルが増加している糖タンパク質を同定した。これらの糖タンパク質のレベルをnormal control, mild cognitive impairment (MCI), ADの3群で測定し、診断マーカーとしての意義を検討中である。この研究過程で、髄液に特徴的な糖鎖を持つ糖タンパク質が同定された。このタンパク質のコアタンパク部分に対する抗体を用いて神経組織内での分布を検討したところ、脈絡叢に存在することが明らかとなった。従ってこの糖タンパク質は脈絡叢から分泌されるものと考えられた。認知症を示すADおよび特発性正常圧水頭症を対象として、我々の見出した新規糖タンパク質レベルを測定した。特発性正常圧水頭症ではコントロールに比べて約1/2に低下していた(p=0.00043)。一方、アルツハイマー病では、コントロールと差が認められなかった。すなわち、このマーカーによってADと正常圧水頭症が明確に鑑別されることが示された(p=0.00006)。研究の成果をもとに、「糖鎖バイオマーカーによる特発性正常圧水頭症の診断」(特願2008-293940)という特許出願を行った。また、髄液中の糖タンパク質の糖鎖変化を系統的に調べて、ADの新たな診断マーカーの開発を試みている。アルツハイマー病(AD)患者の脳脊髄液においてα2, 6シアロ酸糖タンパク質の上昇が認められた(p<0.001)。しかし、現時点では総α2, 6シアロ糖鎖の定量を行っているだけなので、どの糖タンパク質の変化が顕著であるかは特定されていない。AD患者の脳脊髄液の糖タンパク質のレクチンプロット分析を行うことにより、糖鎖変化が顕著に起こっている糖タンパク質の同定を行った。プローブとしては、α2, 6シアロ糖鎖に特異的に結合するSNAレクチンを用いた。分子の同定を確実に行うため、2次元電気泳動後のレクチンプロットを試みた。アルツハイマー病患者で変化が著しい糖タンパク質が検出されたので、電気泳動後のバンドをトリプシンにてゲル内消化し、得られたペプチドや糖ペプチドの混合物を液体クロマトグラフィーにて分画した。主なピークに関して質量分析(MS)、更にMS/MS分析を行う。得られたフラグメントパターンにより部分アミノ酸配列を決定し、溶出された糖タンパク質の同定を行ってタンパク質の同定を行った。糖ペプチドに関しては、MS/MSにより糖鎖構造情報を得ると共に、糖鎖修飾を受けているアミノ酸残基の同定を行った。また、髄液中の糖タンパク質の糖鎖変化を系統的に調べて、神経変性疾患の新たな診断マーカーの開発を試みている。
脳性麻痺障がい者の意図認識によるユニバーサルコミュニケーション支援機器の開発

脳性麻痺障がい者の発話スタイルは健常者と異なり,その発話内容を理解するのが困難な場合がある.本研究では,障がい者の自立した社会生活支援に資するコミュニケーション支援機器の開発を目指し,聞き取りの難しい障がい者発話に対して自動音声認識システムの研究開発,聞き取りの難しい障がい者発話を聞き取り容易な音声に変換する音声変換システムの研究開発,更に画像情報を用いたマルチモーダル発話認識システムの研究開発を行い,機械学習法を用いた新しい音声特徴量抽出法などを提案し,従来手法と比較して提案手法の有効性を示した.脳性麻痺障がい者の発話スタイルは健常者と全く異なり,その発話内容を理解するのが困難な場合がある.本研究では,障がい者の自立した社会生活支援に資するコミュニケーション支援機器の開発を目指す.H25年度では,(I)様々なRandom行列を用いた構音障がい者の音声特徴量抽出に関する研究を行った.従来手法では,正規分布からRandom行列が生成されていたが,提案手法では,ベータ分布,ガンマ分布からRandom行列を生成することを検討し有効性を示した.更に,(II)アテトーゼ型構音障がい者を対象として,辞書選択を用いた非負値行列因子分解に基づく声質変換において話者性を維持した声質変換を提案した.従来,最も一般的な混合正規分布モデルを用いた手法では,話者変換を目的として研究されてきたため,この従来手法を構音障がい者に適用し,健常者の声質へ変換した場合,音声は聞き取りやすく変換されると考えられる.しかしながら構音障がい者音声の話者性は完全に別の健常者の話者性へと置き換えられてしまう.構音障がい者のなかには「自分らしい声で話したい」というニーズがあり,障がい者の話者性を維持した声質変換が求められている.提案手法では,出力話者のカテゴリ辞書のうち,子音に関するカテゴリ辞書のみに健常者のスペクトルを用い,母音に関するカテゴリ辞書に障がい者のスペクトルを用いることで,障がい者の話者性を維持した声質変換を実現した.聴取実験によって,提案手法は構音障がい者の話者性を維持しつつ聞き取りやすさを向上することを示した.さらに,従来手法と比較して,提案手法は自然性の高い音声で変換できることを示した.また,(III)画像センサから斜め方向から発話した人に対して,Active Appearance Modelsを用いることで,様々な角度の顔方位を正面に変換してリップリーディングを行う手法を検討した.脳性麻痺障がい者の発話スタイルは健常者と異なり,その発話内容を理解するのが困難な場合がある.そのような方々の発話理解を目指し,本年度,以下4つのサブテーマ毎に研究を遂行した.(I)障がい者発話には,ある音素が欠落するといった性質があるため,Deep Boltzmann machineを用いた教師無しのラベル情報推定を行うことにより,正しいラベル情報の取得を試みた.(II)5感情の表情認識について,AdaBoostによる高速表情認識手法について検討を行った.(III)昨年度の研究成果を継続し,非負値行列因子分解(Non-negative Matrix Factorization: NMF)に基づく声質変換手法を検討してきた.同声質変換手法では,入力スペクトルから推定された基底の係数(アクティビティ)を出力話者辞書のパラレルな基底の係数と同一視して変換を行っていた.すなわち,同一発話内容であれば,話者にかかわらず選ばれる基底は同じであるという仮定していた.実際には,基底には多様なスペクトルが含まれるため,同一発話内容であっても選ばれる基底は話者によって異なり,話者間の“アクティビティ不一致問題"が発生していた.当該年度では,この問題を解消するため,入力話者のアクティビティを出力話者のものに変換するマッピング行列を導入し,これを推定するためのアクティビティ適応型NMFを提案した.(IV)これまでの声質変換法では,音声特徴のみを用いた変換手法となっていた.当該年度では,新たに唇画像特徴を組み込んだマルチモーダルな声質変換手法を提案した.唇特徴を組み込むことにより,背景雑音に更に頑健な変換が実現された.脳性麻痺障がい者の発話スタイルは健常者と異なり,その発話内容を理解するのが困難な場合がある.そのような方々の発話理解を目指し,昨年度の研究を継続させながら,本年度以下4つのサブテーマについて研究を遂行した.(I)障がい者の発話のばらつきが大きくなるという課題に対して,多層ニューラルネットワークの一種である,畳み込みニューラルネットワーク(Convolutional neural networks)を用いた発話変動に頑健な音声特徴量抽出法を提案した.210単語認識タスクにおいて,従来のケプストラム特徴量と比較して,約8%(認識率84%から92%)の認識率の改善が得られた.(II)様々な角度から映された顔画像に対して感情認識を行った.具体的には,"Speeded Up Robust Features" (SURF)を改良した新たな特徴量を提案し,有効性を確認した.(III)本年度は,Alternating Direction Method of Multipliers (ADMM)を用いた非負値行列因子分解(NMF)による声質変換を提案し,有効性を示した.昨年度までのNMFによる声質変換では,計算コストが高いという問題があった.提案手法により10倍近くの高速化が実現された.(IV)画像情報を用いた発話認識を行うため,本年度は,唇画像に対してフレーム間の変化を表現可能な唇差分画像及び,畳み込みニューラルネットワークを用いる手法を提案し,その有効性を示した.本年度の交付申請書では,研究実績にて報告した通り4つのサブテーマを設定していた.本年度の実績として,(I)

障がい者音声の解析に関して,昨年度の確率的音素ラベリング手法と畳み込みニューラルネットワークによる手法を研究開発し,音声認識精度を改善出来ることを示し,学会などで論文発表を行った.(II)顔表情認識においても実動作可能な手法を提案し,学会発表を行った.また,(III)声質変換手法においては,これまで研究代表者らが提案してきた非負値行列因子分解による手法に関して,少量学習データ及び雑音環境下における声質変換の性能を改善し,学会発表を行った.また,(IV)画像情報を用いた発話認識においても,差分特徴量を提案し,その有効性を示すことが出来て,国際会議に論文を投稿中である.多くの成果が得られており,本申請課題は,当初の計画以上に進展しているといえる.脳性麻痺障がい者の発話スタイルは健常者と異なり,その発話内容を理解するのが困難な場合がある.本研究では,障がい者の自立した社会生活支援に資するコミュニケーション支援機器の開発を目指している.今年度は,下記4つのサブテーマについて研究を遂行した.(I)障がい者の音声認識:話者に依存するパラメータと依存しないパラメータを持つRestricted BoltzmannMachineを用いた音響特徴量抽出法を提案し,構音障がい者の単語発話認識実験により,提案手法の評価を行った.評価実験において,既知話者に対して提案手法の有効性を示した.(II)感情変換:「ストレス度」の少ないコミュニケーションを目指し,怒り声を通常声に変換する手法の研究を遂行した.具体的には,Deep neural networksを用いた声質変換手法を提案し,客観評価実験により有効性を示した.(III)障がい者の音声合成:障害者の話者性を維持しつつ,聴き取りやすい音声を生成する方法の研究を遂行した.具体的には,隠れマルコフモデルに基づく音声合成手法においてスペクトル,ピッチパラメータに関して健常者音声合成モデルと障がい者音声合成モデルの統合手法を提案し,主観聴取評価実験により有効性を示した.(IV)画像情報を用いた発話認識:factored 3-way RBM (Restricted Boltzmann Machine)を用いた音声特徴量と画像特徴量を統合した特徴量抽出法を提案し,音声と唇画像を用いたマルチモーダル音声認識実験により,提案手法の有効性を示した.上記4つのサブテーマにおいて,各々評価実験を行い従来手法と比較して有効性を確認できたが,今後は更に精度の向上及び学習データを減らした場合について研究を遂行していく.脳性麻痺障がい者の発話スタイルは健常者と異なり,その発話内容を理解するのが困難な場合がある.本研究では,障がい者の自立した社会生活支援に資するコミュニケーション支援機器の開発を目指し,聞き取りの難しい障がい者発話に対して自動音声認識システムの研究開発,聞き取りの難しい障がい者発話を聞き取り容易な音声に変換する音声変換システムの研究開発,更に画像情報を用いたマルチモーダル発話認識システムの研究開発を行い,機械学習法を用いた新しい音声特徴量抽出法などを提案し,従来手法と比較して提案手法の有効性を示した.
口腔内細菌の付着を抑制するインプラント材の開発

現在のインプラントは細菌感染によるインプラント周囲炎が発症し易く、脱落の危険性を孕んでいる。チタンは骨結合性に優れる反面、口腔内細菌も付着しやすく、表面を鏡面にしようとも粗面にしようとも、若干の量的差こそあれ細菌は付着しプラークが形成される。したがって、口腔に露出した部位は骨組織接触部に求められる性質とは異なる表面改質法が求められる。本研究では、耐摩耗性に優れた表面処理法であるドライプロセス法を用い、特に表面荷電を考慮した表面改質法を試みその有効性を検討した。鏡面の純チタン板に、イオン注入処理、陽極酸化処理、チタニア低温溶射処理、イオンプレーティング処理、イオンビームミキシング処理の耐摩耗性表面処理を施した。処理表面の物性をX線光電子分光法、薄膜X線回折法で評価するとともに、表面エネルギーおよびCaイオンの付着量を計測した。その後、表面改質された試料上で[^3H]-thymidineでラベリングしたP.gingivalis、および[^3H]-uridineでラベリングしたA.actinomycetemcomitansを1時間培養し、歯周病原菌の初期付着特性を検討した。さらに、生菌数測定法による抗菌性を評価した。これらの菌のin vitroでの初期付着試験の結果、Ca^+注入処理面で付着量が多く、Alumina被膜処理面で特異的に少なくなり、表面の荷電状態およびCaの存在が初期付着特性に関与していることが明らかとなった。また、F^+注入処理が両菌に対し有効な抗菌性を示した。その後、唾液中に存在する抗菌性タンパク質(ペプチド)をチタンに固定し、それらの発現を促すための表面改質法を検討した。プラズマ重合法や化学処理法であるトレシルクロリド処理で表面改質されたチタンを、抗菌性タンパク質Histatin5を含んだPBS溶液に浸漬し、その吸着量を水晶発振子マイクロバランス測定装置にて測定した結果、Histatin5の吸着量は表面改質されたチタンが未処理のチタンに比較して有意に増加し、これらの表面処理法の有用性が確認された。現在のインプラントは、インプラント周囲炎が発症し易く脱落の危険性を孕んでいる。インプラント周囲炎の原因の一つに細菌感染がある。したがって、この部位は骨組織接触部に求められる性質とは異なる表面改質法が求められる。細菌の吸着特性は表面荷電に影響を受けやすいことから、主に表面荷電を考慮した表面設計を試みた。また、この部位は常時ブラッシングがなされることから、イオン注入法、イオンプレーティング法など耐摩耗性に優れた表面に改質できるドライプロセス法を採用した。鏡面の純チタン板に、イオン注入処理(Ca^+,N^+,F^+)、陽極酸化処理、チタニア低温溶射処理、イオンプレーティング処理(TiN、Alumina)、イオンビームミキシング処理(Ag,Sn,Zn,Pt)の耐摩耗性表面処理を施した。その後、表面改質された試料上で[^3H]-thymidineでラベリングしたP.gingivalis ATCC33277(P.g.)、および[^3H]