hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
獣害によって衰退した森林生態系における生物間相互作用ネットワークの構造と機能

近年、ニホンジカの生息個体数増加や生息分布の拡大とともに、森林への被害は激しく、その維持が困難な状態にある森林が多くみられる。こうした森林の荒廃は森林生態系に大きな影響を与えている。健全な森林生態系では、長年月を経て維持されてきた食物連鎖などの生物間相互作用ネットワークが正常に機能している。シカによる樹幹剥皮害で大量の樹木が枯死している森林では、長年培われてきた生物間の相互作用が崩れている。このような被害が生物間相互作用ネットワークに対する影響にまで踏み込んで調査された例は少ない。本研究では、シカによって剥皮害を受けた森林生態系内における生物間相互作用ネットワークがどのような影響を受けているのかを様々な角度から明らかにし、森林生態系における生物多様性維持機構の解明に寄与することを目的とした。調査はニホンジカの生息個体数の増加により森林衰退が激しい大台ヶ原で行った。この地域における現存植生をササとの関連において明らかにした。ニホンジカの生息密度とその生息分布を明らかにし、それらとササ草原拡大との関係を検討した。さらに樹木剥皮害発生環境を把握し、シカが樹皮を剥皮する要因についても検討した。森林生態系内の生物間相互作用を定量的に調べるには、特定の生物の実験的な除去などによってその制御効果を調べるのが有効な手段である。折しも環境省は大台ヶ原にニホンジカの食害から原生林を保護することを目的とし2000年に防鹿柵を設置した。柵内外を比較することによって、ササの形態的・生理的な変化が明らかになり、ササの侵入・繁茂の程度とその進行にともなう樹木実生への影響が明らかになった。さらに、シカの生息と樹木の衰退・枯死を通して受ける森林の無機的環境の変化、およびこうした動植物環境の変化にともなう草食性のネズミ、食植性昆虫とそれを捕食する捕食性鳥類などへの間接的な影響を明らかにした。ニホンジカによる剥皮害が発生し森林の維持が困難な状況にある奈良県大台ヶ原において、ニホンジカの被食圧が高い防鹿柵外とそのの影響を排除した防鹿柵内とで、ミヤコザサの生理生態的特性と植食性昆虫の種構成・成長量を比較し、以下の結果を得た。1.柵外のミヤコザサの地上部・地下部現存量はともに季節を通じて柵内の約1/2ほどであった。2.ミヤコザサの窒素含有率は、地上部・地下部のどの器官においても季節を通じて柵外が柵内を上回っていた。3.柵外のミヤコザサ群落の葉は、柵内の群落の葉に比べ光合成系の窒素含有物質量、光合成能力ともに高い値を示した。この光合成能力の増大は、被食圧がもたらす形態の矮小化による光合成生産能力低下の補償に役立っている可能性がある。4.柵外のミヤコザサはニホンジカの被食によって葉と稈の矮小化と分枝数の増加がみられたが、展葉期の延長や二次成長みられなかった。しかし、葉の延命がはかられていることが明らかになった。5.柵外と柵内では鱗翅目幼虫の種数に違いがなかったが、密度は柵内が柵内より高かった。また、優占種であるウスグロアツバにおいて、幼虫の体サイズが柵内で柵外を上回っていた。6.ミヤコザサの葉に寄生するカイガラムシ密度は柵内が柵外より高かった。さらに同じく大台ヶ原において、ニホンジカの密度の違いが森林植生の改変をとおして鳥類群集に及ぼす影響を調べ、以下の結果を得た。

1.シカ密度の高いところでは,採食によって下層植生の密度が減少するために下層を利用する鳥が少ない一方で,樹皮の採食によって枯死木が増えるために樹洞を利用する種類が多かった。大台ケ原において、ニホンジカによる樹木剥皮の被食量、樹種選択性、樹皮の含有成分と剥皮発生の関係について調査し以下の結果を得た。1.調査した24樹種のうち9種(針葉樹3種、広葉樹6種)が剥皮を受けていた。このうち剥皮面積が最大であったのはリョウブであった。2.樹種選択性が高いのもリョウブであり、次いでフウリンウメモドキであった。3.樹種選択性と樹皮の含有成分との相関をみた結果、Caのみに有意な負の相関がみられた。ニホンジカによる剥皮害が発生し森林の維持が困難な状況にある奈良県大台ヶ原において、ニホンジカの被食圧が高い防鹿柵外とそのの影響を排除した防鹿柵内とで、ミヤコザサの生理生態的特性と植食性昆虫の種構成・成長量を比較し、以下の結果を得た。1.正木峠防鹿柵(2000年11月設置)の内外でミヤコザサ当年葉の形質を比較した。被食圧下にある柵外では葉面積が縮小し、面積あたりの窒素、可溶性タンパク質、Rubisco、クロロフィルいずれの含有量も、あるいは最適条件下での最大光合成能力や自然環境下における実際の光合成速度も、年間を通じて柵内よりも高かった。以上の結果から、被食圧を受けているササでは、光合成関連窒素含有化合物の増加により葉面積あたりの光合成能力が向上し、葉面積の縮小による物質生産量の減少を緩和している可能性が示唆された。2.コホート分析の結果,ニホンジカとミヤコザサはどちらも、全ての樹種の生存数を有意に低下させていたが、針葉樹ではニホンジカの効果がより大きく、広葉樹ではミヤコザサの効果がより大きかった。季節的には,ミヤコザサによる実生の生存率の低下は春先から9月までに現れる一方で、ニホンジカによる低下は9月以降に現れた。3.防鹿柵の内外で、ミヤコザサに寄生するカイガラムシ2種の分布様式と産仔数を比較したところ、防鹿柵内側で密度が高く、集中分布をし、産仔数も防鹿柵外側を上回っていた。4.防鹿柵の内外で、ピットフォールトラップにより地表徘徊性無脊椎動物の種構成を比較したところ、防鹿柵外側の方が個体数、多様性ともに防鹿柵内側よりも高かった。5.柵内の野ネズミ生息個体数は柵外よりも多く、シカによるササの被食の影響が明らかになった。また、それに伴い野ネズミによるトウヒ種子捕食率が柵内で高い傾向がみられた。6.林床の実生コホート分析の結果,ニホンジカとミヤコザサはどちらも、全ての樹種の生存数を有意に低下させていたが、針葉樹ではニホンジカの効果がより大きく、広葉樹ではミヤコザサの効果がより大きかった。1.大台ケ原のミヤコザサは、ニホンジカによる被食圧に対して小型化、窒素濃度の増大、光合成能力の向上、という反応を示している。このうち小型化は、シカによる接触や踏みつけなどの物理的刺激に反応して、細胞増殖が抑制されることで起きる可能性が高いことを明らかにした。また、プロテクトケージを利用して様々なサイズのササを作成したところ、植物体サイズと葉の窒素濃度あるいは光合成能力との間に負の、窒素濃度と光合成能力との間に正の相関関係が認められた。
前臨床試験のデータ解析法の合理化と国際化の研究

本研究は前臨床試験のうち,毒性試験と薬効薬理試験とを対象としている.毒性試験では,(ア)Mouse lymphoma assay,(イ)代謝協同阻害試験,(ウ)細胞転換試験,(エ)変異原性試験,などについてデータ解析法の検討を行なった.このうち,(ア)については林真氏(国立医薬品食品衛生研究所),大森崇氏(東京理科大学)と論文原稿を作成中である.(イ)については岩瀬裕美子氏(三菱化学)らと共に新たなバリデーション研究の試験計画を検討している.(ウ)については土屋敏行氏(昭和電工)を第1著者とした論文を投稿済みである.(エ)についてはI.D.Adler氏(ドイツ)を第1著者とした論文をMutation Research誌に公刊した.さらに1999年3月にワシントンで行われる遺伝毒性の国際ワークショップでの討論内容に,これを反映させる予定である.毒性試験の代替法の開発については,ドレイズ眼刺激性試験の代替法の実用性を検討し,完全代替はできないが無刺激性物質の検出と強刺激性物質の検出には役立つ代替法があることをデータ解析の結果として整理している.結果は,ロンドンと神戸で開かれた2回のワークグループ会議と1998年6月のトキシコロジー学会で発表した.薬理試験では,データを単純な検定で解析するのでなく,モデルを設定して解析することを提案し,研究成果を山田俊介氏(東京理科大学)を通して医薬安全性研究会に報告した.1999年2月に行われた日本製薬工業協会医薬品評価委員会,統計特別小委員会シンポジュームでは,吉村自身が講演を行い研究成果を発表している.この他に,1998年12月22日に南アフリカのケープタウンで開かれた国際計量生物学会でも成果を発表している.本研究は前臨床試験のうち,毒性試験と薬効薬理試験とを対象としている.毒性試験では,(ア)Mouse lymphoma assay,(イ)代謝協同阻害試験,(ウ)細胞転換試験,(エ)変異原性試験,などについてデータ解析法の検討を行なった.このうち,(ア)については林真氏(国立医薬品食品衛生研究所),大森崇氏(東京理科大学)と論文原稿を作成中である.(イ)については岩瀬裕美子氏(三菱化学)らと共に新たなバリデーション研究の試験計画を検討している.(ウ)については土屋敏行氏(昭和電工)を第1著者とした論文を投稿済みである.(エ)についてはI.D.Adler氏(ドイツ)を第1著者とした論文をMutation Research誌に公刊した.さらに1999年3月にワシントンで行われる遺伝毒性の国際ワークショップでの討論内容に,これを反映させる予定である.毒性試験の代替法の開発については,ドレイズ眼刺激性試験の代替法の実用性を検討し,完全代替はできないが無刺激性物質の検出と強刺激性物質の検出には役立つ代替法があることをデータ解析の結果として整理している.結果は,ロンドンと神戸で開かれた2回のワークグループ会議と1998年6月のトキシコロジー学会で発表した.薬理試験では,データを単純な検定で解析するのでなく,モデルを設定して解析することを提案し,研究成果を山田俊介氏(東京理科大学)を通して医薬安全性研究会に報告した.1999年2月に行われた日本製薬工業協会医薬品評価委員会,統計特別小委員会シンポジュームでは,吉村自身が講演を行い研究成果を発表している.この他に,1998年12月22日に南アフリカのケープタウンで開かれた国際計量生物学会でも成果を発表している.本研究は,前臨床試験のうち毒性試験と薬効薬理試験とを対象としている.毒性試験では,(ア)Mouse Lymphoma Assay,(イ)代謝協同阻害試験,(ウ)細胞形質転換試験及び,(エ)一般反復毒性試験のデータ解析法の研究を行った.(ア)については英国の変異原学会の提案しているデータ解析法について批判的検討を行い,より小規模の実験を前提にした実験デザインとデータ解析の方法を提案した.これについては現在,国立医薬品食品衛生研究所の林真博士,東京理科大学の大森崇氏らと共に投稿論文を執筆中である.(イ)については三菱化成の岩瀬裕美子氏を中心とした共同研究に関してデータ解析法の教示を行った.(ウ)については,東京理科大学の西山智氏と共同で1997年12月3日の環境変異原学会で形質転換試験のデータ解析法について研究発表を行った.これは現在進行中の発ガン試験の代替法のバリデーション研究に取り入れられる予定である.(エ)については,1997年8月7日に国立医薬品食品衛生研究所で講演を行った.薬理試験では,1997年4月の計量生物学会での研究発表の内容をさらに深化させ,1997年11月に,大森崇氏と共著で日本薬理学雑誌に,用量・時間・反応型実験のデータ解析法についての提案を発表した.提案は,時間・反応曲線にある形の非線形関数を想定し,用量の影響をパラメータでとらえることである.用量効果の有意性はパラメータの値で把握でき,従来の方法より優れている言える.本研究は前臨床試験のうち,毒性試験と薬効薬理試験とを対象としている.毒性試験では,(ア)Mouse lymphoma assay,(イ)代謝協同阻害試験,(ウ)細胞転換試験,(エ)変異原性試験,などについてデータ解析法の検討を行なった.

このうち,(ア)については林真氏(国立医薬品食品衛生研究所),大森崇氏(東京理科大学)と論文原稿を作成中である.(イ)については岩瀬裕美子氏(三菱化学)らと共に新たなバリデーション研究の試験計画を検討している.(ウ)については土屋敏行氏(昭和電工)を第1著者とした論文を投稿済みである.(エ)についてはI.D.Adler氏(ドイツ)を第1著者とした論文をMutation Research誌に公刊した.さらに1999年3月にワシントンで行われる遺伝毒性の国際ワークショップでの討論内容に,これを反映させる予定である.毒性試験の代替法の開発については,ドレイズ眼刺激性試験の代替法の実用性を検討し,完全代替はできないが無刺激性物質の検出と強刺激性物質の検出には役立つ代替法があることをデータ解析の結果として整理している.結果は,ロンドンと神戸で開かれた2回のワークグループ会議と1998年6月のトキシコロジー学会で発表した.薬理試験では,データを単純な検定で解析するのでなく,モデルを設定して解析することを提案し,研究成果を山田俊介氏(東京理科大学)を通して医薬安全性研究会に報告した.1999年2月に行われた日本製薬工業協会医薬品評価委員会,統計特別小委員会シンポジュームでは,吉村自身が講演を行い研究成果を発表している.この他に,1998年12月22日に南アフリカのケープタウンで開かれた国際計量生物学会でも成果を発表している.
潮流発電のポイント選定を見据えたフィルタ理論FEMによる高精度流況推定技術の解明

本研究では,潮流発電のポイント選定に対する流れ場の推定精度を向上させるために,カルマンフィルタFEMによる流れ場の推定解析に関する検討を行った.支配方程式としては浅水長波方程式を用い,空間および時間方向に対する離散化には,ガラーキン法とセレクティブ・ランピング法を用いた.検討結果を踏まえて,実際の湾に対する計算モデルにおいて,流れ場の推定解析を行い,発電ポテンシャルの算定を行った.また,非線形項を含むシステム方程式に対する流れ場推定解析のため,アンサンブルカルマンフィルタFEMに関する検討も行った.H27年度では,観測値を用いた流れ場推定解析に対する準備として,波動水槽における水位の経時変化データの取得と,カルマンフィルタ理論および有限要素法に基づく流れ場の推定プログラムの検証を行った.実験では,全長20m程度の波動水槽に水深0.46mの水を用意し,波の伝播実験および3箇所における水位の経時変化の定点観測を行った.2箇所の水位データを用いて流れ場の推定解析を行い,残りの1箇所の水位の経時変化と,流れ場の推定解析結果を比較すると,傾向は捉えられているものの,計測値と解析値の間には差がある結果となった.また,本検討では流速ベクトルの向きは流れの伝播方向を適切に表せていることは確認できた.次に,観測点の設定の位置や,観測変数の数(平面x,y方向の流速,水位変動量)に関する考察のため,数値実験を行った.観測変数の数については,「平面x,y方向の流速,水位変動量」を観測値とした場合は,「水位変動量のみ」を観測値とした場合に比べて,精度の良い結果を得ることが多かった(計測点の設置位置によっては,観測変数が多くても精度の良い結果とならなかった例もあった.).また,観測点の配置を,波の伝播の上流側から流路中央点まで計測点を設置した場合と,流路中央点から下流側まで計測点を設置した場合について比較を行ったところ,流れの下流側のみに計測点を設置した場合は,上流側の水位を適切に表せないことがわかった.学会活動としては,日本応用数理学会2015年度年会にて研究成果を報告し,研究の進捗の結果を,長岡工業高等専門学校紀要(Vol.51,pp.1-9, 2015)へ投稿し,また,現状の結果については,日本機械学会論文集(第82巻,第835号pp.1-19, 2016)へ投稿し受理された.現在まで,波動水槽において水位変動量の径時変化を計測するための準備を行い,水位の履歴を計測することができた.また,カルマンフィルタFEMによる浅水域における流れ場の推定を行うプログラムを構築し,矩形水路を用いた数値実験および実験による計測データを使用した検証を行った.流れ場の支配方程式としては,線形の浅水長波方程式を用い,離散化手法としては,空間方向に対しては,三角形一次要素(同次補間)を用いたガラーキン法,時間方向に対しては,セレクティブ・ランピング法を適用した.観測変数の数,観測点の数・配置位置を変えた検討を行ったところ,流れの下流側のみに計測点を配置すると,上流側の流れ場の推定が困難になることがわかった.観測点間の状態量(流速・水位変動量)は,有限要素法による補間により適切に補間されるが,境界条件を考慮した流れ場の推定解析を行わないと,観測点に囲まれた領域以外は推定が困難なものとなる.この問題点を解決するために,現在,ベルマンの原理に基づく評価関数を最小にするように境界条件を設定する方法について,学習し検討を行うことを考えている.また,二次元領域における流れ場の推定プログラムは完成しているが,今後,任意の境界形状の問題へ拡張が可能なように,陸岸境界におけるslip境界条件を入れる必要がある.H28年度では,H27年度の成果を受け,流れ場の推定計算に流入境界条件を考慮した場合の検討および,実際の湾における流れ場の推定解析を行った.流れ場の推定計算に流入境界条件を考慮した場合の検討では,開水路モデルにおいて,水路中央点からの流出側のみに観測点がある場合を仮定し,正弦波(正解値)と余弦波の境界条件を入れた場合について検討を行った.検討の結果としては,正弦波(正解値)でなく余弦波の場合においても,流れ場の推定解析を行うことができてしまうため,境界条件を設定する場合は留意する必要があることを数値実験による検討より確認した.また,実問題に対する応用としては,解析例として東京湾を対象とした.観測値としては,海上保安庁所管の検潮所より提供される2016年7月21日0:002016年7月22日24:00までの5分間隔で東京(晴海),千葉,横浜にて検潮された水位変動量を観測変数として与え東京湾内の流れ場の推定を行った.横須賀の検潮所における水位変動量の観測値は,流れ場の推定シミュレーションの結果の妥当性を検証するための比較値として使用することにした.流れ場の推定シミュレーションでは,陸境界において壁面すべり境界条件,湾の入口においては,主要4分潮の境界条件を設定し解析を行った.結果として,横須賀の検潮所において,観測値と推定値の比較を行ったところ,良好に一致する結果を得た.また,東京湾において推定された流速分布を用いて,潮流発電のための発電ポテンシャルを算定したところ,富津岬のあたりで最も高い値を示す結果となり,多くの発電量を得る地点を選定することができた.

H27年度の成果に対して,任意の境界形状の問題へ拡張が可能なように,陸岸境界におけるslip境界条件を入れられるように改良し,また流入境界条件も入力し流れ場の推定が行えるように流れ場の解析プログラムを改良した.流入境界条件の入力の部分は,例え,異なる波形が入力されたとしても,流れ場の推定シミュレーションが発散せずに,結果が得られることを確認したため,流入境界条件を入力して解析を行う場合は特別に配慮をしてシミュレーションを行う必要があることを確認した.また,東京湾における流れ場の推定解析も実施し,横須賀の検潮所における水位の計測値と,シミュレーションにおいて得られた推定値を比較したところ,おおむね等しい結果が得られていることを確認した.これらの検討結果については,「日本機械学会北陸信越支部第53期総会・講演会」,「国際会議ECCOMAS2016」,「日本機械学会第29回計算力学講演会」,「日本応用数理学会数理設計第18回研究集会」,「日本機械学会計算力学部門設計に活かすデータ同化研究会」にて報告を行い,また,研究成果については,長岡工業高等専門学校紀要(Vol.52,pp.1-7, 2016),IntechのFinite Element Analysis(pp.1-19, 2016)のOPEN ACCESS BOOKへ投稿し受理された.本研究を通じて,Organized Sessionも国内会議(日本機械学会北陸信越支部第53期総会・講演会),国際会議(ECCOMAS2016)と立ち上げることができ,各研究者との交流も拡がっている.本研究の拡張性としては,非線形の流れ場領域への問題がまだ課題となっていることもあるため,非線形の流れ場の推定が可能な様に解析プログラムを発展させていくことを最終年度の予定と考えている.本研究では,潮流発電のポイント選定に対する流れ場の推定精度を向上させるために,カルマンフィルタFEMによる流れ場の推定解析に関する検討を行った.支配方程式としては浅水長波方程式を適用し,空間および時間方向に対する離散化には,ガラーキン法とセレクティブ・ランピング法を用いた.簡易な水路モデルの結果を踏まえて,実際の湾に対する計算モデルを用いて,流れ場の推定解析を行い,発電ポテンシャルの算定を行った.また,非線形項を含むシステム方程式に対する流れ場推定解析のため,アンサンブルカルマンフィルタFEMによる流れ場の推定解析も行った.検討においては,まず開水路モデルを用いたカルマンフィルタFEMによる流れ場推定の解析において,観測点配置に関する検討結果を示した.結果として,境界条件を設定しない場合,上流側の流れ場が適切に得られないことを確認できた.次に,東京湾のモデルを対象として,流れ場の推定解析を行い発電ポテンシャルの算定結果を示した.検討結果より,従来のFEMとカルマンフィルタFEMによる解析を行ったところ,カルマンフィルタFEMを用いることにより横須賀における観測点において,観測値と概ね一致する結果を確認できた.最後に非線形項を有するシステム方程式における検討として,アンサンブルカルマンフィルタを用いた流れ場の推定解析を行った.非線形の浅水長波方程式の空間および時間方向の離散化に対しては,SUPG法および後退差分法を適用した.アンサンブルカルマンフィルタでは初期条件を複数用意し解析を行う必要があり,初期条件の数(サンプル数)が流れ場の推定精度に与える影響について検討を行った.結果として,本検討におけるモデルではサンプル数が1000準備されていれば,おおむね真値に一致する結果が得られることを確認した.
次世代医用ロボット用ソフトアクチュエータ開発の基礎研究

イオンポリマーメタル複合体は、ナフィオンなどの導電性高分子に白金・金などの貴金属を化学めっきした複合体で、センサとしてもアクチュエータとしても動作する。1-3 Vの電圧で大きな変位を発生し、任意形状に加工が可能で、無音で動作する、制御の容易な人工心筋のアクチュエータとして最適な材料である。イオンポリマーメタル複合体による人工舌プロトタイプモデルに次いで、人工筋肉駆動声帯プロトタイプモデルの開発に成功し、実現可能性の高い人工筋肉開発に前進がみられた。さらに、イオンポリマーメタル複合体をセンサとして用い、衣料に組み込んでヒトの動作を連続測定するスマートインタラクティブテキスタイルの開発に成功した。1-3Vの電圧で大きな変位を発生し、任意形状に加工が可能で、無音で動作する、制御の容易な人工心筋のアクチュエータとして最適な材料である。平成21年度は、イオンポリマーメタル複合体の環状加工に成功し、管腔臓器補助アクチュエータの実現に向けて大きく前進した。また、IPMCインピーダンスの特性を計測し、パワーアシストハンド用センサを開発した。平成12年度より、助成を頂いた「イオンポリマーメタル複合体を用いた人工心筋開発の基礎研究」により整備した、加熱攪拌器、定温振盪器、精密天秤を利用して膜めっきを行なった。膜力学特性計測用には、ポテンショスタットを用いて定電流・定電圧を維持したパルス波による応答特性を、既存の等尺性張力測定装置、等張性変位測定装置により測定した。また、その電圧・電流に対する発生張力、応答変位特性を計測し、膜の変形メカニズムを検討するとともにアクチュエータ作成に最適な動作条件を検討した。成果を英文著書(Springer)、計測自動制御学会英文誌、計測自動制御学会SI部門、および幕張メッセテクノフロンティア2009モーションエンジニアリング展に発表した。平成22年度は、膜圧の大きなイオンポリマーメタル複合体の生成法と大電流駆動に成功し、関節駆動アクチュエータの実現に向けて大きく前進した。また、イオンポリマーメタル複合体の発生力をロードセルと等尺性張力測定装置による膜力学特性測定で比較した。平成12年度より、助成を頂いた「イオンポリマーメタル複合体を用いた人工心筋開発の基礎研究」により整備した、ヒートプレス、加熱撹拌器、定温振盪器、精密天秤を利用して膜めっきを行なった。また、その電圧・電流に対する発生張力、応答変位特性を計測し、アクチュエータ作成に最適な動作条件を検討した。成果を著書、計測自動制御学会SI部門、および東京ビッグサイトテクノフロンティア2010モーションエンジニアリング展に発表した。平成23年度は、イオンポリマーメタル複合体の電極開発、特にはんだを用いない電極圧着技術の開発に成功し、実現可能性の高い人工筋肉プロトタイプモデルの作成に成功した。前年には膜厚の大きなイオンポリマーメタル複合体の生成法と大電流駆動に成功し、これらの技術を組み合わせて実用化を図る。平成12年度より、助成を頂いた「イオンポリマーメタル複合体を用いた人工心筋開発の基礎研究」により整備した、ヒートプレス、加熱攪拌器、定温振盪器、精密天秤を利用して膜めっきを行なった。成果を著書、計測自動制御学会SI部門、および東京ビッグサイトテクノフロンティア2011モーションエンジニアリング展に発表した。

イオンポリマーメタル複合体は、ナフィオンなどの導電性高分子に白金・金などの貴金属を化学めっきした複合体で、センサとしてもアクチュエータとしても動作する。1-3 Vの電圧で大きな変位を発生し、任意形状に加工が可能で、無音で動作する、制御の容易な人工心筋のアクチュエータとして最適な材料である。平成25年度は、前年開発されたイオンポリマーメタル複合体による人工舌プロトタイプモデルに次いで、人工筋肉駆動声帯プロトタイプモデルの開発に成功し、実現可能性の高い人工筋肉開発に前進がみられた。さらに、イオンポリマーメタル複合体をセンサとして用い、衣料に組み込んでヒトの動作を連続測定するスマートインタラクティブテキスタイルの開発に成功した。はんだを用いない電極圧着技術の開発にも成功し、これらの技術を組み合わせて実用化を図る。イオンポリマーメタル複合体の発生力をロードセルと等尺性張力測定装置による膜力学特性測定で比較した。平成12年度より、助成を頂いた「イオンポリマーメタル複合体を用いた人工心筋開発の基礎研究」により整備した、ヒートプレス、加熱攪拌器、定温振盪器、精密天秤を利用して膜めっきを行なった。膜力学特性計測用には、ポテンショスタットを用いて定電流・定電圧を維持した方形波による応答特性を、既存の等尺性張力測定装置、等張性変位測定装置により測定した。成果を国際学会、計測自動制御学会SI部門、国際学会(IEEE EMBS)、計測自動制御学会SI部門、および東京ビッグサイトテクノフロンティア2013モーションエンジニアリング展に発表し、評価を得ることができた。平成24年度は、イオンポリマーメタル複合体による人工舌プロトタイプモデルの開発に成功し、実現可能性の高い人工筋肉開発に前進がみられた。前年にははんだを用いない電極圧着技術の開発に成功し、これらの技術を組み合わせて実用化を図る。また、イオンポリマーメタル複合体の発生力をロードセルと等尺性張力測定装置による膜力学特性測定で比較した。また、その電圧・電流に対する発生張力、応答変位特性を計測し、アクチュエータ作成に最適な動作条件を検討した。成果を国際学会(CIMTEC2012)、計測自動制御学会SI部門、および東京ビッグサイトテクノフロンティア2012モーションエンジニアリング展に発表した。
ポストディクションとしての仮現運動の知的情報処理

仮現運動は100年以上前に発見された現象で、今日では人工的な動画の表示はほぼすべて仮現運動を利用しているといっても過言ではない。一方、「postdiction(後付け)」という概念は、比較的新しいもので、約20年前にフラッシュラグ効果の説明のために使われたのを契機として、多くの分野に浸透していった。本研究では、postdictionの概念を用いることで、仮現運動の知的情報処理と考えられていたものをどのように説明できるかという疑問から出発している。主要な研究結果は、主観的輪郭をもつ図形のvisualsaltation効果に関するものである。visualsaltation効果は、ある位置で2回視覚対象を点滅させて3回目を離れた位置に提示すると、知覚的には、2回目の点灯が1回目と3回目の中間の位置に見えるという現象である。これは3回目の点灯位置が決まらないと2回目の点灯位置の見えが定まらないことから、時間をさかのぼって2回目の点灯位置を決めたことになるため、postdictionの代表的な現象といえる。この現象が、カニッツァタイプの主観的三角形、エーレンシュタイン図形および縞の向きで定義された四角形においても起こることを明らかにした。カニッツァタイプの主観的輪郭図形や縞の向きを使ったテクスチャ定義図形では、同サイズの輝度定義図形よりもsaltation効果が強いという結果を得た。運動知覚においては、輝度定義図形は最も強いボトムアップ型の運動信号を出すので、この効果とは一致していない。トップダウンの効果として、ある時間範囲内で前後関係を矛盾なく説明するための位置や運動の解釈が行われるものと考えられる。また、この研究から偶然みつかった周辺視でのフリッカー錯視についても詳細なデータを得た。左右に仮現運動を起こす2つの継時的な視覚刺激に対し、3つの音刺激を同時に提示すると、視覚的にも3つの見えが生じるというこれまでの報告(sound-induced visual rabbit, Kamitani & Shimojo, 2001)を確認した。また、実験プログラムの整備と予備観察を行った。その結果、いくつかの現象との関連が判明し、文献的な研究を行った。2つの視覚刺激を同じ位置に続けて提示し、3つ目の視覚刺激を離れた場所に提示すると、2つ目の刺激の知覚的位置や方位が中間に変化して見える現象であるvisualsaltation(視覚的跳躍)効果が、本研究と関連が深いことがわかった。また、2つの刺激を同じ位置に提示すると、2つ目の刺激が中心視野よりに動いて知覚される効果も関連が確認された。これらは、コンピュータ上で刺激を作成して観察・確認した。さらに、単独の対象であっても、周辺視野に提示すると点滅して見える現象を発見した(基盤研究(A) 15H01981と連動)。背景の色が赤のとき、緑や青の対象を提示すると、それだけで点滅して見えるため、2回対象を提示したように見える。これについては全く新しい現象として調査を行い、論文として投稿した。これらは本来の研究目的に対して、アーティファクトとしてその効果が混入する可能性があるため、本来調べる現象との明確な区別を行う必要がある。H29年度はこれらを踏まえて、慎重に実験計画の策定を行い、当初予定していた一連の実験を遂行する予定である。ほぼ予定した通りに推移している。予定外の現象との関連が明らかになったため、やや回り道をしているが、遅れているというほどではない。純粋に視覚モダリティ内で完結するvisualsaltation効果により、ポストディクションの効果を検討した。visualsaltation効果は、同じ位置で2回フラッシュし、直後に離れた場所で1回フラッシュする対象を周辺視で観察すると、2番目のフラッシュが、1回目と3回目の中間の位置に見える現象であるが、2回目のフラッシュを3回目と同じ位置に出しても中間の位置に見えることを確認した。このことは、ポストディクションにより、2回目のフラッシュの位置を認知的に変更していることを示している。次にこの効果が主観的な図形(ここではカニッツァの三角形とエーレンシュタイン図形)においても起こることを確認した。さらに、ランダムドット上で新たなランダムドットが出現する、輝度変化が起こらない刺激を用いても同様の効果が得られることが分かった。このことは、visual saltation効果において、輝度変化による運動信号(First-order motion)が不要であることを意味し、注意の移動などの高次の運動の認知が関わっていることを示唆している。auditory induced visual rabbitにおいても、ランダムドットを用いた刺激で生じることを観察した。これらの結果は、国際学会で発表する予定である。周辺視野に対象を提示すると点滅して見える現象について(基盤研究(A) 15H01 981と連動)、投稿中であった論文に分析を加えてi-Perception誌に掲載した。この現象については、H30年度にさらに詳しく調べる予定である。論文としての成果を十分出すまでにいたっていない。visual

saltation効果は、ある位置で2回視覚対象を点滅させて3回目を離れた位置に提示すると、知覚的には、2回目の点灯が1回目と3回目の中間の位置に見えるという現象である。これは3回目の点灯位置が決まらないと2回目の点灯位置の見えが定まらないことから、時間をさかのぼって2回目の点灯位置を決めたことになるため、postdictionの代表的な現象といえる。この現象が、カニッツァタイプの主観的三角形、エーレンシュタイン図形および縞の向きで定義された四角形においても起こることを明らかにした。カニッツァタイプの主観的輪郭図形や縞の向きを使ったテクスチャ定義図形では、同サイズの輝度定義図形よりもsaltation効果が強いという結果を得た。運動知覚においては、輝度定義図形は最も強いボトムアップ型の運動信号を出すので、この効果とは一致していない。トップダウンの効果として、ある時間範囲内で前後関係を矛盾なく説明するための位置や運動の解釈が行われるものと考えられる。また、この研究から偶然みつかった周辺視でのフリッカー錯視についても詳細なデータを得た。特に変更する予定はない。当初の計画通りすすめていく。最終年度でもあるので、実験と論文の執筆に注力したい。マンパワーが足りない部分は大学院生の短期雇用により協力を得たい。当初予定していなかった関連する現象の文献的研究を行ったため、実験がH29年度にずれ込み、アルバイト代や被験者謝礼等がH28年度内に使用されなかったため。最終年度に国際学会への出張を計画しており、その費用に当てることを予定している。他に、論文の英語校閲や投稿料、大学院生の短期雇用費等で、大幅に支出が増えると見込まれる。H29年度中に数回の実験を行う予定であり、アルバイト代や被験者謝礼等に使用していく予定である。
ミリ波サブミリ波による巨大バイナリーブラックホールの観測的研究

ミリ波帯での高精度モニター観測によって、巨大銀河の中心から周期的に時間変化する強度変動を発見することに成功した。この結果とこれまでの観測結果から、巨大銀河の中心にはバイナリーブラックホールが存在する可能性を示唆できた。ブラックホール同士の合体は宇宙空間において最も壮大な自然現象の内の1つである。さらに、本結果は超巨大ブラックホールへの成長過程の中でブラックホール衝突が深く関わっている可能性を示したと考える。本年度は、観測速度を向上するために観測精度(感度)のさらなる向上を目指したミリ波サブミリ波における高精密モニター観測法の開発の第一ステップとして、3ビット4GHzアナログデジタル変換器の開発を行った。電波望遠鏡の検出感度をリミットしている要因として、アナログ/デジタル変換器の性能が非常に大きく関与する。現在、野辺山45m電波望遠鏡やアタカマ・サブミリ波望遠鏡(ASTE)に搭載されているアナログ/デジタル変換器のビット数は1ビットである。それを3ビットに拡張できれば、感度は1.5倍上昇する。さらに4GHz帯域幅(8G samples per second)を実現すれば世界に類の無い広帯域高感度観測が実現できる。本研究では、バイナリブラックホールが中心部に存在すると思われている3C66Bや、他のさまざまな早期型銀河を中心に、ミリ波サブミリ波での高精密モニター観測を実施し、バイナリブラックホールの検出を目指す。また、早期型銀河シルエットディスクのガスの物理状態やAGNの活動性との関係などを統計的に調べ、AGNに付随する分子ガス円盤/リングの特性について明らかにし、巨大銀河形成メカニズムを解明することまで辿り着けることを目指す。そして、ブラックホール・ディスク・ジェットといった銀河のエンジンとガソリン(エネルギー供給源)の関係を解き明かしたい。計画通り、本年度は高精度モニター観測の心臓部である3ビット4GHzアナログデジタル変換器の開発を完了し、単体性能評価(有効ビット数)でも希望通りの性能が出ていることを確認した。昨年度開発した8Gサンプル3ビットアナログ・デジタル変換器への入力部には適正レベルに調整する機能を持たせる必要があり、常温アンプそして帯域外信号除去のためのバンドパスフィルタ、伝送路での反射や共振を防ぐためのアイソレータ、入力信号パワー調整のための可変アッテネータなどを用いて、本年度は高精度観測モニター観測システムの開発を行った。現在搭載されているデジタル変換器のビット数が1ビットであることから、それを3ビットに拡張することにより、電波望遠鏡の検出感度を1.5倍に上昇することができる。さらに4GHz帯域幅を実現すれば、世界に類の無い広帯域高感度観測が可能となる。本研究では、バイナリブラックホールが中心部に存在すると思われている巨大楕円銀河を中心に、ミリ波サブミリ波での高精密モニター観測を実施し、バイナリブラックホールの検出を目指す。最終的に、ブラックホール・ディスク・ジェットといった銀河のエンジンとガソリン(エネルギー供給源)の関係を解き明かしたい。計画通り、本年度は高精密モニター観測システムの構築に成功し、システム総合試験にて予定通りの性能が出ていることを確認した。また、現存する望遠鏡群を用いて巨大楕円銀河である3C 66Bを観測し、その中心に衝突直前のバイナリブラックホールが存在することを発見した。この成果は米国の天体物理学専門誌「アストロフィジカル・ジャーナル・レター」に掲載され、報道発表も行った。本研究では、観測速度を向上するために観測精度(感度)のさらなる向上を目指したミリ波サブミリ波における高精密モニター観測法の開発を行う。そして、ミリ波サブミリ波での高精密モニター観測を実施することでバイナリーブラックホールの検出を目指すものであった。検出感度をリミットしているのはアナログ/デジタル変換器の性能が非常に大きく関与している。それを3ビットに拡張し、感度を1.5倍上昇させた。さらに線形応答の範囲が15dB以上確保できることからリニアリティーの改善も可能なる。さらに4GHz帯域幅を実現し、世界に類の無い広帯域高感度観測装置を完成させた。そこで、前年度までに開発を行った高精密モニター観測装置をASTE望遠鏡に搭載し、ミリ波からサブミリ波帯でのALMAを想定したサーベイ観測を実施した。ASTE望遠鏡は、大気の透過率が非常に良い"チリのアタカマサイト"でミリ波からサブミリ波まで観測することが可能であるが、5000mの高地といえどもサブミリ波が観測できるのは冬の時期(日本の夏の時期)であるので、その時期に観測を実施した。巨大楕円銀河である3C66Bを観測し、その中心に存在する超高速運動の時間変化を描くことに成功した。この成果は米国の天文学専門誌「アストロノミカル・ジャーナル」に掲載された。

また、昨年度、巨大楕円銀河である3C66Bを観測し、その中心に衝突直前のバイナリーブラックホールが存在することを発見した成果に関し、「アメリカ天文学会」や「重力波・バイナリーブラックホール・銀河衝突に関する国際研究会」にて講演し、精力的に議論を展開した。
利用者に適応的な電子化マニュアルの自動構築に関する研究

種々の高機能な製品が開発されるにつれ,その製品に関するマニュアルの重要さは増加する一方である.しかし,マニュアルに書かれている知識は読みやすさ,内容の構造化の度合などで依然として問題が多い.このような状況を鑑み研究では,「多様な利用ができるマニュアルの枠組」ならびに「情報ナビゲーション」を融合した知的マニュアルの基礎的考察を行なっている.研究計画ではそれぞれの年度においてそれぞれの要素技術を確立する予定であったが,本年度は両者の知見を得ることができた.以下に概要を示す.・マニュアル文に現れるゼロ代名詞推定システム個々の条件表現の性質により,動作主を決定することができることを示した.(「情報ナビゲーション」に関連)・推定された結果を応用したマニュアル閲覧システム推定された動作主を用いて,利用者の行なうべき動作と機器が自動的に行なう動作を分離表示するマニュアル閲覧システムを構築した.(「情報ナビゲーション」に関連)索引語の自動抽出語が複合名詞を形成するしやすさに注目することにより,重要語を抽出できることを示した.抽出された索引語を利用した学習型ハイパーテキスト生成システム抽出された索引語各々に対して,それが文書中に現れた時に,説明箇所であるかあるいは単なる参照箇所であるかを表層表現から推定し,適切にハイパーリンクを設定するシステムを構築した.複数文書に渡るマニュアルの自動ハイパーテキスト生成システム複数分冊に跨るマニュアルにおいて,文書中の関連箇所を自動的に推定するシステムを構築した.種々の高機能な製品が開発されるにつれ,その製品に関するマニュアルの重要さは増加する一方である.しかし,マニュアルに書かれている知識は読みやすさ,内容の構造化の度合などで依然として問題が多い.このような状況を鑑み研究では,「多様な利用ができるマニュアルの枠組」ならびに「情報ナビゲーション」を融合した知的マニュアルの基礎的考察を行なっている.研究計画ではそれぞれの年度においてそれぞれの要素技術を確立する予定であったが,本年度は両者の知見を得ることができた.以下に概要を示す.・マニュアル文に現れるゼロ代名詞推定システム個々の条件表現の性質により,動作主を決定することができることを示した.(「情報ナビゲーション」に関連)・推定された結果を応用したマニュアル閲覧システム推定された動作主を用いて,利用者の行なうべき動作と機器が自動的に行なう動作を分離表示するマニュアル閲覧システムを構築した.(「情報ナビゲーション」に関連)索引語の自動抽出語が複合名詞を形成するしやすさに注目することにより,重要語を抽出できることを示した.抽出された索引語を利用した学習型ハイパーテキスト生成システム抽出された索引語各々に対して,それが文書中に現れた時に,説明箇所であるかあるいは単なる参照箇所であるかを表層表現から推定し,適切にハイパーリンクを設定するシステムを構築した.複数文書に渡るマニュアルの自動ハイパーテキスト生成システム複数分冊に跨るマニュアルにおいて,文書中の関連箇所を自動的に推定するシステムを構築した.
アトピー遺伝子座の決定とその社会医学的スクリーニングへの応用法の確立

英国オックスフォード大学との共同研究により、第11染色体とアトピーの関連が示された。そこで、日本人集団においてもこの関連を検討するため、健常対照群100名とアレルギー疾患群(喘息、鼻炎、皮膚炎)400名のDNAサンプルを抽出し、IgE受容体β鎖遺伝子内に発見されたRFLP(Restriction Flegment Iength Polymorphysm)多型について検討を行った。その結果、アトピー群には非アトピー群に対して有意の多型分布の変化が認められ、第11染色体11q近傍にアトピーを制御する遺伝子の存在が示唆された。このβ鎖遺伝子の両則に位置するCD2OとTCNI(Transcyanocobalamine 1)遺伝子のRFLPには有意の分布変化がなく、β鎖近傍に候補遺伝子が存在することが、日本人集団でも確認された。英国人集団においては、高親和性IgE受容体β鎖におけるいくつかの変異とアトピーとの関連が示された。そこでこれらの変異を簡便に判定する方法としてPCR法を用いたARMSテスト(Alleli Specific Amplification)が開発された。また微量サンプルや尿中からのDNA抽出法についても検討を行った。その結果、血液約100μLからPCRに十分なサンプルが得られることが判明した。また尿に尿素系の化合物を加えると保存が可能で、輸送に時間のかかるアフリカやアジヤのサンプルも分析可能であることが確認された。これらの方法によって大量の少量サンプルが短時間によって判定が可能となった。その結果約1000名のオーストラリア人やアフリカ人についてこれらの変異の有無を検討したところ、アトピーとの関連が示された。また、順天堂大学医学部免疫学グループはこれとは異なる変異とアレルギー性鼻炎の関連を報告している。現在日本人集団内におけるこれらの変異との関連についてARMSテストを用いて検討中である。現在いくつかのグループがアトピーの候補遺伝子を発表しているが、これらについてもARMS法やRFLP法により簡便に判定が可能である。これらのテストによって各個人の遺伝的リスクが決定され、我々の開発したライフスタイル要因や環境要因の定量化法によってこれらの要因のアトピー遺伝要因との交路が判明し予防戦略の構築が開始されると期待される。血清中の総IgEレベルをアレルギー反応の指標として、ライフスタイル(17項目の日常生活習慣)がどのようなIgEレベルに影響を及ぼすかを検討した。さらにこれら日常生活習慣のうち最も大きな感受性の決定要因であった喫煙習慣と超合金の吸入曝露がそれぞれIgEレベレにいかなる影響を及ぼすかについて検討した。その結果ライフスタイルの健康的な者ほど血清中総IgEレベルが正常値域にある可能性が有意に高かった。また、コバルトを含む超合金に対して曝露歴のある者の方が曝露歴の無い方より有意に高いIgEレベルを示したが、一方で喫煙の有無はこれら超合金曝露の有無にかかわらず有意にIgEレベルを上昇させた。血清中IgEレベルを指標にする限り喫煙と超合金曝露は双方ともIgEレベルを有意に上昇させる要因として独立に動いている事が示唆された。今回の解析では除外したアトピー素因保有者及びIgEレベルが400以上の高IgE値保有者においては、上に述べた諸環境要因のみならず、遺伝要因の関与も大きいことが考えられる。今後はこれらアレルギー発症のハイリスクグループを対象として、高感受性の分子遺伝学的機構の解明を行いたい。

又超合金などの各環境要因に特異的なIgEレベルを測定して、その決定要因の解析を行う予定である。一方アトピー遺伝子の社会医学的スクリーニングの実施に備えて、微量血液の保存とDNA抽出、さらにPCRの諸条件について予備的検討を行い、それぞれ最適の条件・方法について一定の知見を得ることができた。超硬合金製造の職域集団において、血清中の総IgE値およびCobalt-specific IgE値をアレルギー反応の指標として、ライフスタイルおよびCobalt暴露の複合影響の解析を行った。Cobalt-specific IgE値はCobalt暴露の影響が大きく、一部喫煙の影響もみられた。一方総IgE値はCobalt暴露およびライフスタイルの両方の複合影響を受けていた。また総IgE値が400以上の高値を示す者はとくにこれら諸環境要因の影響を強く受けていた。このグループに属する者では、アトピー等の遺伝要因の関与の可能性も考えられる。アレルギーの遺伝要因としては、HLAのDQ遺伝子の関与が報告されているが、最近遺伝性の強いアトピー患者において11番染色体FCERIB遺伝子或いはその近傍の遺伝子の関与を示唆するデータが報告されている。我々は、この遺伝子の多型情報の豊かなマーカーを用いて、日本人家系における連鎖の解析を開始した。またアトピー遺伝子の社会医学的スクリーニングの準備段階として、極微量血液を用いた場合の最適な保存条件、DNA抽出法、さらにPCRの方法等について、様々な検討を加えつつある。英国オックスフィード大学との共同研究により、第11染色体とアトピーの関連が示された。そこで、日本人集団においてもこの関連を検討するため、健常対照群100名とアレルギー疾患群(喘息、鼻炎、皮膚炎)400名のDNAサンプルを抽出し、IgE受容体β鎖遺伝子内に発見されたRFLP(Restriction Flegment length Polymorphysm)多型について検討を行った。その結果、アトピー群には非アトピー群に対して有意の多型分布の変化が認められ、第11染色体11q近傍にアトピーを制御する遺伝子の存在が示唆された。このβ鎖遺伝子の両則に位置するCD20とTCN1(Transcyanocobalamine 1)遺伝子のRFLPには有意の分布変化がなく、β鎖近傍に候補遺伝子が存在することが、日本人集団でも確認された。英国人集団においては、高親和性IgE受容体β鎖におけるいくつかの変異とアトピーとの関連が示された。そこでこれらの変異を簡便に判定する方法としてPCR法を用いたARMSテスト(Alleli Specific Amplification)が開発された。また微量サンプルや尿中からのDNA抽出法についても検討を行った。その結果、血液約100μLからPCRに十分なサンプルが得られることが判明した。また尿に尿素系の化合物を加えると保存が可能で、輸送に時間のかかるアフリカやアジヤのサンプルも分析可能であることが確認された。
抗体のミスフォールディング情報を出力する交差反応性分子ライブラリの創製

近年、治療用抗体は医薬品売上高の上位を占めるようになってきたが、抗体は精製や輸送、保存過程において劣化しやすいことが未だ問題となっている。そのため、抗体医薬品を設計する際には、各過程における抗体の処理・保管法を、複数の分離・分光分析を併用して、厳密に設定する必要がある。本研究では、交差反応性を示す蛍光DNA/ナノサイズ酸化グラフェン(nGO)複合体群を利用することで、抗体のミスフォールディング情報をフィンガープリントとして出力し、これを多変量解析によって解析することで抗体の劣化状態を簡易かつ迅速に同定できる新規センシング法を開発した。一般に抗体は不安定であるため、製造から投薬までの各過程において様々な経路でミスフォールディングして劣化しやすい。したがって、抗体製品の安定な生産法を確立するには、サンプルに含まれる抗体の状態評価が鍵となる。本研究では、抗体のミスフォールディング情報を出力した“フィンガープリント"を利用することで、一回のアッセイで簡易にミスフォールド抗体組成を同定できるセンシング法の開発を目指す。本年度はミスフォールド抗体のフィンガープリンティングに適した分子群の設計を試みた。酵素や合成高分子など様々な材料のスクリーニングを行った結果、3'末端に蛍光団を修飾した一本鎖DNA(ssDNA-TAMRAs)とナノサイズの酸化グラフェン(nGO)からなる複合体群が有効であることを見出した。ssDNA-TAMRAsとnGOを混合すると、複合体を形成してssDNA由来の蛍光が消光する。異なる配列を有する6種類のssDNA-TAMRAsとnGOからなる複合体群を、それぞれマイクロプレート中でアレイ状に配置したセンサーを準備し、ここに天然状態・変性状態・凝集状態のヒト由来抗体(イムノグロブリンGおよびオマリズマブ)を加えた。その結果、各種抗体とssDNA-TAMRAs/nGO複合体間の競合的な相互作用の強弱を反映した蛍光フィンガープリントが得られた。線形判別分析によって、得られたフィンガープリントを解析したところ、抗体の種類に関わらず各状態を高精度に識別することができた。また、本センシング法は、3つの状態の抗体混合物の識別にも利用できることが明らかになった。様々な材料のスクリーニングを行った結果、初年度の目標とした、ミスフォールド抗体の検出に適した材料の開発を達成した。この材料を利用することで、i)各種ミスフォールド状態に固有のフィンガープリントの出力、そして、ii)異なるミスフォールド状態の抗体が混合した溶液の識別が可能なことを見出した。以上の成果から、当初の計画通りに研究が進展したと考えられる。本年度は、前年度に設計した「3'末端に蛍光団を修飾した一本鎖DNAとナノサイズの酸化グラフェン(nGO)からなる複合体群」の、抗体評価への応用可能性をさらに詳細に調べた。(i)熱による劣化過程のモニタリング:水溶液中で抗体に熱が加わると、立体構造の段階的な破壊や、会合体の形成およびその成長などによって複雑な経路で劣化をしていく。複合体群によって取得した蛍光フィンガープリントを線形判別分析によって解析するアプローチを利用することで、80°Cでオマリズマブを加熱した際の複雑な劣化過程の各段階を識別することに成功した。(ii)多様な抗体の劣化評価:同手法を用いることで、等電点が6.5から8.7の間の計4種の医薬品抗体の評価を行った結果、天然状態と凝集状態を識別できることが見出された。以上のように、ssDNA/nGO複合体群を用いる本手法は、1回の簡単なアッセイで迅速に抗体の状態を決定できるため、将来的には抗体産生における条件スクリーニングなどに資する分析技術としての利用が期待できる。上記の方法は、蛍光フィンガープリントを獲得するために、マイクロプレートの複数のウェルからの蛍光応答を検出する必要があった。そこで、よりハイスループットなフィンガープリント獲得を可能にするために、マルチチャネル化を試みた。具体的には、異なる配列のssDNAのそれぞれに対して、フルオレセインやローダミンといった異なる波長の蛍光を生じる蛍光団を修飾したものを、1つのウェル中でnGOと混合した溶液を利用することで、1ウェルからでもタンパク質の識別に利用できる蛍光フィンガープリントが得られることを見出した。現在はこの知見をもとにして、抗体評価系の更なる改良を試みている。[1]センシング系の改良:初年度に開発したssDNA-TAMRAs/nGO複合体群は、抗体に対する応答が弱く、感度が不十分である。そこで、より高感度かつ識別能の高いセンシング系を構築するために、nGOをベースにして更に適した材料の開発を試みる。同時に、異種蛍光団の併用によるマルチチャネル化や環境応答性高分子を利用するセンシング系の簡易化なども検討する。[2]ミスフォールド抗体組成の定量:構築したセンシング系を用いることで、実際の製造過程で抗体が受ける化学・物理刺激によって形成したミスフォールド抗体の識別が可能かどうかを調べる。さらに、各ミスフォールド抗体を様々な割合で混合したサンプルの組成の定量を試みる。バイオ分析

化学材料のスクリーニングが効率よく進み、計画当初に比べて試薬類の種類および使用量が少なかったため、繰り越しを計上した。次年度は多様な抗体の使用を検討しており、必要な試薬類の購入に今年度の繰越額を充てる予定である。