hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
抑制型レクチン受容体ＭＩＣＬを介した結核菌の新規免疫回避機構の解明

これまでに結核菌に対するパターン認識受容体として活性化型C型レクチン受容体が報告されているが、抑制型C型レクチン受容体が結核菌を認識するか否かは報告されていない。そこで抑制型受容体による結核菌認識をレポーター細胞で調べたところ、ヒトMyeloid inhibitory C-type lectin (MICL)が結核菌の親水性成分を認識することが明らかになった。本研究は、結核菌感染時における抑制型C型レクチン受容体であるヒトMICLの役割を明らかにすることを目的にしている。結核菌の親水性成分中に含まれるヒトMICLリガンドを絞り込むために酵素処理してレポーター活性を調べたところ、プロテアーゼで著しくリガンド活性が低下した。このことから、ヒトMICLリガンドはタンパク質である可能性が示唆された。またコンカナバリンAカラム結合分画にリガンド活性が存在していたことから、リガンド成分はマンノースもしくはグルコースなどの糖成分をもつことが示唆され、リガンドは糖タンパク質である可能性が考えられた。ヒトMICLを発現しているヒト単球由来細胞株であるTHP-1を用いて結核菌刺激による炎症性サイトカインの条件検討を行った結果、用量依存的にIL-8が産生されることがわかった。レポーター細胞でヒトMICLの結核菌リガンドの認識に対するブロッキング活性がある市販の抗ヒトMICL抗体も調べており、結核菌刺激時におけるヒトMICLの機能を調べる上での条件検討ができた。in vivo解析のためにヒトMICLノックインマウスを樹立したがヒトMICLを発現していなかった。そこで代替案であったpCAGGSベクターにヒトMICLのcDNAを挿入したプラスミドを作成し、ヒトMICLトランスジェニックマウスを樹立した。このマウスの血球系細胞ではヒトMICLが発現していることを確認できた。ヒトMICLを発現している単球由来細胞株であるTHP-1ならびにヒトMICLレポーター細胞を用いて、結核菌に対する免疫応答の指標となる炎症性サイトカインの産生と抗ヒトMICL抗体のリガンド認識阻害活性を調べ、in vitroでの機能解析のための条件検討を行うことができた。またin vivoの解析のためにヒトMICLノックインマウスの樹立を試みた。ミエロイド細胞表面での受容体発現が確認できなかったが、代替案であったヒトMICLトランスジェニックマウスをpCAGCSベクターを用いて樹立し、血球系細胞表面での受容体発現を確認した。樹立したヒトMICLトランスジェニックマウスを用いて骨髄由来樹状細胞やマクロファージもしくはプライマリーのミエロイド細胞を用いて、結核菌刺激によって産生される炎症性サイトカインを指標にして、親水性成分に免疫抑制の寄与があるかを調べる。またヒトMICLを発現するTHP-1を粗精製結核菌親水性成分で刺激すると、炎症性サイトカインであるIL-8を産生する。これを指標にして、抗ヒトMICL抗体存在下でのIL-8の産生量の変化を調べる。結核菌親水性成分でIL-8の産生量に差異が見られた場合は、結核菌体で刺激を行い、結核菌感染時においても影響を与えうるかどうかin vitroで検証するこれらの解析に加え、結核菌親水性成分に中に含まれる免疫活性化に寄与する受容体の同定ならびに機能解析を行う。ヒトMICLを発現している単球由来細胞株であるTHP-1ならびにヒトMICLレポーター細胞を用いて、結核菌に対する免疫応答の指標となる炎症性サイトカインの産生と抗ヒト

MICL抗体のリガンド認識阻害活性を調べ、in vitroでの機能解析のための条件検討を行うことができた。またin vivoの解析のためにヒトMICLノックインマウスの樹立を試みた。ミエロイド細胞表面での受容体発現が確認できなかったが、代替案であったヒトMICLトランスジェニックマウスをpCAGCSベクターを用いて樹立し、血球系細胞表面での受容体発現を確認した。樹立したヒトMICLトランスジェニックマウスを用いて骨髄由来樹状細胞やマクロファージもしくはプライマリーのミエロイド細胞を用いて、結核菌刺激によって産生される炎症性サイトカインを指標にして、親水性成分に免疫抑制の寄与があるかを調べる。またヒトMICLを発現するTHP-1を粗精製結核菌親水性成分で刺激すると、炎症性サイトカインであるIL-8を産生する。これを指標にして、抗ヒトMICL抗体存在下でのIL-8の産生量の変化を調べる。結核菌親水性成分でIL-8の産生量に差異が見られた場合は、結核菌体で刺激を行い、結核菌感染時においても影響を与えうるかどうかin vitroで検証するこれらの解析に加え、結核菌親水性成分に中に含まれる免疫活性化に寄与する受容体の同定ならびに機能解析を行う。
生体内脂質ラジカルの構造解析手法の開発とその応用

脂質過酸化反応はラジカル反応により進行し、その過程により「脂質ラジカル」を生じる。これら分子種は連鎖的かつ爆発的にその酸化障害を拡大させる。したがって、疾患発症時に生成する脂質ラジカルの構造解析は、疾患メカニズムの詳細な究明や予防法の提案への貢献が期待される。そこで我々は、ニトロキシドの脂質ラジカルへの結合能を応用し、脂質ラジカルの構造解析手法の構築を目指した。開発した手法を応用することで、4種の不飽和脂肪酸より生成する合計80種もの脂質ラジカルの同定に成功した。さらに本手法は、実験動物を用いた系にも応用可能であり、11種もの生体内脂質由来ラジカル種の検出にも成功した。本研究では疾患発症に密接に関与する活性種として「脂質ラジカル」に着目し、その検出・構造解析を可能とする評価系を構築する。さらに、得られた時間・空間的情報、分子情報を統合し、疾患メカニズムを明確化することを目的とする。そのために、本年度では(1)蛍光検出・質量分析に特化した蛍光ニトロキシドプローブの最適化、(2)脂質ラジカル-プローブ付加体の一斉構造解析システムの構築とその基礎的応用の二点を計画し、研究を遂行した。目的(1)では、これまでに申請者らが開発した脂質ラジカル蛍光検出プローブを応用し、試験管レベルで発生させた脂質ラジカルの解析並びに、各測定時における検出感度を評価した。本解析手法はこれまでのラジカル解析手法と比べ、遥かに高感度かつ高選択的であり、生体応用も可能な極低濃度のプローブ量にてその解析が可能であった。目的(2)では、目的(1)で開発したプローブとLC-FL-MS装置を応用し種々の脂質由来のラジカル種との反応付加体の解析法確立を目指した。本研究は九州大学生体防御医学研究所馬場研究室との共同研究にて行い、付加体の精密質量分析による詳細な脂質ラジカル構造推定に成功した。構造推定に成功したラジカル種の中にはこれまでに報告例のない化合物も多くみられた。さらに、各脂質より生成するラジカル種とプローブ付加体のクロマトグラムパターンをリストアップすることで、包括的かつ簡便に多様な脂質ラジカルを一斉解析可能なシステムを構築することに成功した。本年度は蛍光プローブ・LC-FL-MS装置を用いた脂質由来のラジカル種との反応付加体の解析法確立を目的とした。本研究ではこれまでに報告例のない多くの新規脂質ラジカルの検出に成功しており、これらの結果は本手法の感度の高さを示すものであり、さらに脂質過酸化反応を紐解く上で極めて有益な知見であるとも言える。また、予備的に本解析手法を疾患モデル動物へと適用したところ、生体内にて生成した脂質ラジカルの解析にも成功している。来年度は、以上の結果をさらに発展させるとともに、種々の疾患モデル動物への応用を進めていく予定である。我々がこれまでに開発した脂質ラジカル蛍光プローブは、脂質ラジカルとのラジカル-ラジカル反応により、安定な共有結合を形成し、蛍光発光を示す。すなわち、脂質ラジカルを検出すると同時に、不安定なラジカル種を安定な蛍光標識体へと変換することができる。そこで、これら蛍光標識した脂質酸化物を含む生体試料を採取し、結合した蛍光団をマーカーとしLC-FL (蛍光検出)による分離・付加体の選定、ならびにMS (質量分析)を行うことで、生体内脂質ラジカルの構造解析が可能となる。そこで、本研究では「疾患発症時に生成する生体内脂質ラジカルの蛍光検出ならびに、構造解析手法の構築」を大目標とした。前年度に開発した脂質ラジカル解析システムを、疾患モデル動物を用いた評価系へと応用させた。ニトロソアミンは肝臓において代謝活性化を受けることにより、脂質過酸化反応を惹起し、後に種々の肝疾患を誘発する(Min, L., et al., Nat. Cell Biol., 2012)。そこで、これら疾患発症初期課程において、生成するラジカル種の解析を進めた。その結果、11種もの脂質由来ラジカル種の検出に成功し、これらもまた、蛍光強度よりその発生量が定量可能であった。これらは内因性の脂質ラジカルを同定した初めての研究成果である。以上の結果より、本研究では実験動物にも応用可能な全く新たな脂質ラジカル解析法を構築することに成功した。今後更に本手法に改良を重ね、その高感度を図るとともに、検出されたラジカル種に焦点をあてた新たな疾患発症メカニズムの提案が期待される。来年度は、本年度に開発した脂質ラジカル解析法を用い、(1)プローブ-脂質ラジカル付加体の一斉構造解析システムの構築とその基礎的応用、(2)種々の疾患モデルにおける脂質ラジカルの蛍光検出・構造解析を進めていく予定である。目的(1)では前年度までに開発した脂質ラジカル一斉構造解析システムを用いて、培養細胞もしくは生体試料中において生成する脂質ラジカル種のならびに構造解析を行う。構造解析については引き続き馬場研究室との共同研究にて行う。

目的(2)では、これまでに、種々の病態モデルにおいて生じる各脂質ラジカルの量的変動を追跡する。ニトロソアミンや四塩化炭素、アセトアミノフェンは肝臓において代謝活性化を受けることにより、脂質過酸化反応を惹起し、後に種々の肝疾患を誘発する。そこで、これら疾患発症初期課程において、どのような脂質ラジカルがいつ、どこで生じているか、時間的・空間的・量的・質的評価を行う。以上、得られた結果より、各疾患発症時におけるそれぞれの脂質ラジカルの役割について明らかにすることで本研究を総括する。29年度が最終年度であるため、記入しない。分析科学29年度が最終年度であるため、記入しない。
キュウリモザイクウイルスサテライトRNAによるタバコ黄化誘導機構の全容解明

キュウリモザイウイルス(CMV)のY-sat RNA (Y-sat)がCMVに感染したタバコを黄化させるメカニズムを宿主のサイレンシングとの関わりにおいて解析してきた。昨年度はY-satのターゲットになっているChlI遺伝子がクロロフィル合成に関与するのみではなく、気孔においてアブシジン酸(ABA)のリセプターとして機能することに注目した。すなわち、Y-satが増殖すると葉が黄化するのみではなく、気孔の開閉が不全となると予想される。しかし、実際は、サリチル酸の蓄積レベルを上昇させて気孔を閉じていることが判明した。この発見はY-satの増殖によって植物が乾燥ストレスに特段弱くなるデメリットが生じていないことを示唆する。ならば、葉の黄化が植物の光合成にどれほどの影響を及ぼしているのか、光合成速度を光の強さに応じて測定したところ、弱光下では健全植物やCMV感染植物に比較して、ほぼ同等であることを観察した。また、強光下であっても健全植物の80%程度の光合成を維持できることを観察し、Y-satの増殖はそれほど感染植物に悪影響を及ぼしていないのではと思うに至った。これらの観察から、以下のような2つの仮説を構築した。1「Y-satは生き残り戦略としてあえてタバコを黄化させており、黄化自体はそれほどタバコにダメージを与えていない」、2「黄化したタバコにはアブラムシが好んで飛来し、Y-satを周囲の植物に伝搬する」。この仮説の実証をするために、アブラムシがY-sat感染タバコに誘引されるか調べることにし、緑色タバコと黄化したタバコの間にアブラムシを放って嗜好性を観察した。その結果、アブラムシは確かにY-sat感染植物に好んで飛来することが明らかになった。Y-satはタバコを黄化させることによって、アブラムシによる伝搬を効率化させており、これは、ウイルスの恐るべき生き残り戦略であると結論した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。キュウリモザイクウイルス(CMV)のサテライトRNA(satRNA)はCMVに寄生して増殖する300400塩基の短いnon-coding RNAである。satRNAは大抵の場合、CMVの病徴を軽減するが、我々が研究材料としたY-satRNA(Y-sat)はCMVに感染したタバコを鮮黄色に変化させる。Y-satの存在のみで、なぜ劇的な病徴の変化が生じるのか長年の謎であった。我々は数年前に、この黄化病徴の誘導の原因として、クロロフィルの合成酵素遺伝子(ChlI)が宿主のRNAサイレンシング(RS)によって分解されるためであることを明らかにしている。今年度は、RS経路の重要な因子の中から2本鎖RNA分解酵素であるDCL2とDCL4がY-satの黄化病徴誘導にどのように関わるのか解析するため、DCL2/DCL4のノックダウンタバコを作出した。Real-time RT-PCRによってそれらの発現が低下していることを確認した後、DCL2/4によって生成される21-ntと22-ntのsiRNAを解析した。siRNAをノーザンブロットで解析した結果、これらの蓄積が著しく減少しており、それとは対照的に24-ntのsiRNAが相補するように増加していた。この形質転換植物にY-satを接種したところ、予想に反してタバコが黄化したことから、ChlIに対するRSは24-nt siRNAによるものと考えられ、これまでArabidopsisの研究からわかっていた知見とは異なる新現象であることが判明した。もし、タバコで24-nt siRNAが21-ntや22-nt siRNAを相補するようにヒエラルキーができているのであれば、エピジェネティクス制御は、植物によってRS因子の役割が異なっていることを示唆するものである。今年度得られた成果は、Y-satRNAによるタバコの黄化が、2本鎖RNA切断酵素であるDCL2とDCL4によって生成する21-nt及び22-nt siRNAのみならず、DCL3によって生成する24-nt siRNAによっても、DCL2/4のノックダウン化で誘導されるという新知見である。これは当初の予想になかったことであるが、先行しているArabidopsisによる定説とは矛盾するものであり、植物によってRSの制御のしかたが異なっていることを示すおもしろい現象であると考えている。なお、DCL2とDCL4を認識する抗体を作成することにチャレンジしたが、in vitroで合成したタンパク質には反応するものの、植物から抽出したタンパク質では、明瞭なバンドが得られなかった。おそらく発現量が微量であり、ウエスタンによって検出することは難しいのかもしれない。キュウリモザイクウイルス(CMV)のY-satRNA(Y-sat)はCMVに感染したタバコを鮮黄色に変化させる。この黄化病徴誘導はクロロフィルの合成酵素遺伝子(ChlI)が宿主のRNAサイレンシング(RS)によって分解されることに起因する。今年度は、このRSに関わる宿主因子を特定する研究を進めた。野生タバコの2本鎖RNA分解酵素であるDCL2とDCL4のダブルノックダウン植物(D24)において、21-nt及び22-nt siRNAが消滅し、DCL3によると思われる24-nt siRNAが顕著に出現した。D24植物はY-satが感染すると依然として黄化することから24-nt siRNAにもクロロフィル合成酵素であるChlI遺伝子のmRNAを分解する能力があるものと推測される。これは、24-nt siRNAが21-ntや22-nt siRNAが欠失した場合に、それを相補することを意味する。

また、RS経路で重要なRDR6遺伝子をCMVのH1ベクターによって抑制したD24にY-satを感染させたところ、黄化は観察されなくなった。これは、RDR6が黄化誘導に重要であることを意味する。このとき、すべてのsiRNA種が大きく減少しており、他のsiRNA種と同様に24-nt siRNAの増幅にもRDR6が関与していることが明らかになった。これまで、RDR6は主に21-nt siRNAの増幅に関与するとされていたので、新知見である。Y-satのターゲットであるChlIはクロロフィル合成以外にもアブシジン酸(ABA)のリセプターとして気孔細胞で機能していることが判明している。昨年度の計画にあるとおり、Y-sat感染タバコで気孔の開閉について解析したところ、ABAには反応できなくなっており、その代わりとしてサリチル酸(SA)の蓄積レベルを向上させて、気孔を閉じていることが明らかになった。CMVのY-satRNAのタバコでの黄化誘導機構に、宿主のRDR6がDCL2とDCL4が作るsiRNAを増幅する役割を介して関与するルことを明らかにできたので、当初の目標をクリアーできている。また、Y-satのターゲットのクロロフィル合成酵素酵素であるChlIが機構でのアブシジン酸(ABA)のリセプターであることから、乾燥ストレスへのY-sat感染タバコの適応を調べたところ、気孔の開閉をサリチル酸を介して行っていたこと明らかとなり、Y-satが感染植物の生き残りに貢献していることが判明した。Y-satの巧みな生き残り戦略の一つとして注目できる。キュウリモザイウイルス(CMV)のY-sat RNA (Y-sat)がCMVに感染したタバコを黄化させるメカニズムを宿主のサイレンシングとの関わりにおいて解析してきた。昨年度はY-satのターゲットになっているChlI遺伝子がクロロフィル合成に関与するのみではなく、気孔においてアブシジン酸(ABA)のリセプターとして機能することに注目した。すなわち、Y-satが増殖すると葉が黄化するのみではなく、気孔の開閉が不全となると予想される。しかし、実際は、サリチル酸の蓄積レベルを上昇させて気孔を閉じていることが判明した。この発見はY-satの増殖によって植物が乾燥ストレスに特段弱くなるデメリットが生じていないことを示唆する。ならば、葉の黄化が植物の光合成にどれほどの影響を及ぼしているのか、光合成速度を光の強さに応じて測定したところ、弱光下では健全植物やCMV感染植物に比較して、ほぼ同等であることを観察した。また、強光下であっても健全植物の80%程度の光合成を維持できることを観察し、Y-satの増殖はそれほど感染植物に悪影響を及ぼしていないのではと思うに至った。これらの観察から、以下のような2つの仮説を構築した。1「Y-satは生き残り戦略としてあえてタバコを黄化させており、黄化自体はそれほどタバコにダメージを与えていない」、2「黄化したタバコにはアブラムシが好んで飛来し、Y-satを周囲の植物に伝搬する」。
Whole-in-oneシステムによる生命の創成

大腸菌の蛋白質合成系に関与する可溶性の蛋白性因子(開始因子、伸長因子、終結因子、アミノアシル合成酵素等)の31種類の因子をクローニング、大量発現、精製を行った。さらに、リボソームも極めて純度のものを単離し、また80種類のtRNAを含む画分を調整した。これらの170種類の分子種から再構築することにより、蛋白質合成活性をもった蛋白質合成系(PUREシステム)の作製に成功した。PUREシステムは、1mlあたり0.2mgの蛋白質の生産が可能であった。現在生体外蛋白質合成系または無細胞蛋白質合成系と称されているものは、すべて細胞を破砕した抽出液に過ぎず、真の意味での生体外蛋白質合成系は申請者の本システムがはじめてである。このシステムは、蛋白質分解酵素や核酸分解酵素を含まず、また実験者がその反応を自由に制御できる点で、大変優れた遺伝子発現システムの構築に成功したといえる。このシステムにより、MS2やQβなどのファージを創製することを試みたが、感染能を有するファージを造り出すことはできなかった。同時の並行して、大腸菌の抽出液を用いたシステムでは、感染能を有するファージが生産された。このことから、こうしたファージのアセンブリーには大腸菌由来の蛋白質が関与していることが、示唆された。
視線と顔の魅力度:国際共同研究と国際ワークショップに向けた企画調査

本研究の目的は、顔の表情、視線、感情について、最新の研究成果や理論に高く興味をもっている研究者に対して、国際ワークショップを企画し、実施した。国際ワークショップの開催は、平成14年10月19日20日にわたり京都本研究の目的は、顔の表情、視線、感情について、最新の研究成果や理論に高く興味をもっている研究者に対して、国際ワークショップを企画し、実施した。国際ワークショップの開催は、平成14年10月19日20日にわたり京都
尿管芽の発生モデル構築と分化誘導への応用

本研究計画で誘導目標としていた尿管芽細胞およびその前駆細胞のマーカー遺伝子を、遺伝子改変マウスを用いて実施したマイクロアレイ解析により抽出した。さらにこのアレイデータを用いて、尿管芽発生の後期課程の分化に必要と考えられる候補因子を抽出した。次に、実際にマウス胎仔の尿管芽前駆細胞をインビトロで候補因子の存在下に培養し、同定したマーカー遺伝子の発現変化を定量的に解析することにより、尿管芽の前駆細胞の分化誘導に必要となる因子の濃度と組み合わせを決定した。この実験系によって尿管芽の後期発生過程である、胎生8.5日目の中間中胚葉から胎生10.5日目の尿管芽までの成熟分化に必要な因子が確定できた。さらに、この胎生8.5日目の胎仔中間中胚葉から誘導した尿管芽細胞を後腎間葉との共培養アッセイによって機能評価を行い、実際に胎仔本来の尿管芽と同様に分岐形成能を保持していることを確認した。また、この誘導尿管芽は後腎間葉に含まれるネフロン前駆細胞を維持する能力と分化させる能力を有しており、尿管芽と後腎間葉における双方の幹細胞を互いに維持するという特性も確認することができた。続いて、マウスES細胞から胎生8.5日目の胎仔中間中胚葉相当の細胞を分化誘導しうる条件の検討を開始した。これまでに既に確立している後腎間葉細胞の分化誘導プロトコルを参考に、尿管芽系譜に合わせて一部改変しながら誘導条件の最適化を進めている。当初の予定通り、生体における胎仔細胞を用いた解析により分化誘導の指標となるマーカーを抽出できたこと、さらに尿管芽の前駆細胞から尿管芽へと成熟化する際に必要となる成長因子の組み合わせを同定できたことから、おおむね当初の予定通り進捗していると考えられる。また、マウスES細胞からの分化誘導に関しても一部必要成長因子の同定が進んでおり、当初の計画よりやや先行している。現在進めているマウスES細胞からの中間中胚葉への分化誘導方法を確立するとともに、これをさらに応用してヒトiPS細胞からヒトの中間中胚葉細胞を誘導するプロトコルの確立を目指す。この際に、ヒトの中間中胚葉マーカーが依然明らかでないため、マウスで得られているマーカー遺伝子を参考にヒトの中間中胚葉の定量的解析に有用なマーカーの検討も同時に進める。多能性幹細胞からの誘導方法にめどがついた段階でヌードマウスへの移植によってさらに誘導腎臓原基が大きく成長できるかについても検討を行う。平成28年度においてはマウスES細胞およびヒトiPS細胞の分化誘導培養に多数の条件検討が必要となるため、試薬および消耗品において平成27年度に比べて大幅な出費が見込まれる。また、平成28年度にはアメリカ合衆国における国際学会への参加および論文投稿を予定しており、出費が見込まれる。これらに発生する諸費用についても次年度使用額を充当する計画である。当該年度においてはマウス胚を用いた小スケールでの実験系が多く、培養関係の消耗品に予定ほどの出費が発生しなかった。また、条件見当の至適化において当初想定していたよりも早く進捗したため、リコンビナントタンパクや抗体などの支出が減少した。

平成28年度においてはマウスES細胞およびヒトiPS細胞の分化誘導培養に多数の条件検討が必要となるため、試薬および消耗品において平成27年度に比べて大幅な出費が見込まれる。また、平成28年度にはアメリカ合衆国における国際学会への参加および論文投稿を予定しており、出費が見込まれる。これらに発生する諸費用についても次年度使用額を充当する計画である。
アルツハイマー病におけるSTAT3分子の機能解析

アルツハイマー病(ア病)は認知症の最大の原因である。我々は、ア病患者後頭葉よりア病関連神経細胞死を制御するヒューマニン(Humanin, HN)を同定し、HNおよびその誘導体であるコリベリン(Colivelin, CLN)の神経保護作用を検討したところ、JAK2/STAT3経路の活性化によってア病関連神経細胞死を抑制することが判明した。本研究では、STAT3の不活性化がア病発症に関与するかを検討した。この結果、年齢依存的に海馬神経においてSTAT3が不活性化され、ア病患者ではSTAT3不活性化が著明であることを見いだした。STAT3不活性化の主な要因は脳内βアミロイドAβの増加であり、STAT3不活性化によりアセチルコリン作動性神経の機能が障害されることが明らかとなった。STAT3を標的とする新しいア病診断・治療薬の開発が期待される。アルツハイマー病(以下、ア病と略す)は最も頻度の高い神経変性疾患であり、認知症の最大の原因となっている。その病因は不明であり、治療薬としてはコリンエステラーゼ阻害剤の塩酸ドネペジル(アリセプト)が認可されているが、その効果は乏しく、。超高齢化社会を迎える我が国において治療薬開発は急務とされている。本研究では、STAT3分子による認知・記憶障害改善のメカニズムを解明し、またそのア病への関与を検討する。第一に、STAT3活性低下のア病発症への関与を検討する為、種々のア病モデルマウスを用いて年齢依存的、遺伝系依存的なSTAT3活性状態の変化を検討する。また、この際に、実際のア病患者における関与も検討する為、孤発性ア病患者脳サンプルにおけるSTAT3の活性状態も検討する。第二に、HN誘導体が抗コリン剤誘導性記憶障害に対して強い拮抗作用を示すことに着目し、コリベリンのコリン作動性神経保護作用を検討する。第三にSTAT3を活性化する神経保護因子HNおよびコリベリンを用いて、ア病モデルマウスに対する治療効果を検討する。また、第四にSTAT3が認知・記憶機能に重要な役割を果たしているかを検討する。本年度は、ア病モデルマウスおよびア病患者脳におけるリン酸化STAT3の免疫組織化学を実施し、海馬においてア病特異的にSTAT3分子が不活性化されていることを確認した。また、コリベリンのコリン作動性神経に対する作用の解析から、コリベリンがコリンエステラーゼ阻害作用を持たず、STAT3活性化によってムスカリン型アセチルコリン受容体の細胞内局在を変化させることによってアセチルコリン感受性を増大していることが判明した。さらにコリベリンをア病モデルトランスジェニックマウスに投与してその記憶障害改善効果について確認した。アルツハイマー病(ア病)は最も頻度の高い神経変性疾患であり、認知症の最大の原因となっている(Mattson, Nature2004)。ア病の病理学的特徴である老人斑、そしてその主成分であるβアミロイド(Aβ)はア病病態の中心と考えられ、Aβ産生・代謝を制御する治療薬開発が試みられてきた。我々のグループは、ア病患者において特に萎縮の程度が弱い後頭葉よりア病関連神経細胞死を制御する24アミノ酸からなる因子、ヒューマニン(Humanin, HN)を同定した。HNおよびその誘導体であるコリベリン(Colivelin, CLN)の神経保護作用を検討したところ、in vitroおよびin vivoにおいて細胞内のJAK2/STAT3経路を活性化することによりア病関連神経細胞死を抑制することが判明した(Chiba et.al., J Neurosci 2005 : Yamada et.al., Neuropsychopharmacology 2008)。STAT3はもともとサイトカインによって活性化されるシグナル伝達分子として同定された転写因子の一つである。発生、細胞増殖・生存などに重要な機能を担うことが知られているが、これまでに認知・記憶機能に関与するという報告はなかった。STAT3の不活性化がア病発症に関与するかを、ア病患者脳および複数のア病モデルマウス脳を用いて検討した。この結果、(1)年齢依存的に海馬神経細胞におけるSTAT3が不活性化されること、(2)ア病では年齢調整対照群に比較してSTAT3不活性化が著明であることを見いだした。さらに、Aβをマウス脳室内に投与することにより同様のSTAT3不活性化が観察され、またア病モデルマウスに対して抗Aβ抗体を投与して脳内のAβを除去することでSTAT3の活性が回復することから、AβがSTAT3不活性化の一因を担っていることが示唆された。
戦時体制下の日本における工作科の研究

本研究は、戦時体制下の日本において国民学校芸能科工作があらわれるまでの経過と背景について明らかにしたものである。本研究の結果、教育審議会と文部省における国民学校の審議過程における芸能科工作の出現において、日本手工研究会と学校美術協会、機械化国防協会による文部省への芸能科作業への反対運動が影響を及ぼしていたことを明らかにした。平成24年度は、昭和1415年の国民学校案中の芸能科作業が文部省内において訂正され、芸能科工作となるまでの省内の経緯について明らかにした。また、昭和14年の教育審議会における中学校の審議中、芸能科作業に代わり芸能科工作があらわれた経緯についても明らかにした。更に、昭和15年の芸能科作業に対する図画手工関係者らによる反対運動の経過についても明らかにした。また、新しくあらわれた芸能科工作がどのような特性を付けられていたかについて、戦中にあらわれた美術教育研究機関である図画工作研究所を対象に調査した。先ず、文部省内における国民学校教則案の成立までの経緯を考察した結果、昭和15年5月の教則案の新聞発表直前まで、芸能科作業という名称は芸能科工作へ変わっていなかったことが判明した。また、昭和14年の教育審議会の中学校の審議中、国民学校案に先駆け、文部省側により芸能科作業を芸能科工作へと訂正されていることを審議会記録から明らかにした。次に、昭和15年に文部省の芸能科作業に激しく反対した団体の動向を調査した。日本手工研究会・学校美術協会の後藤福次郎・機会化国防協会(陸軍の外郭団体)である。本研究は、これら3団体が密接に関係し、文部省へ作業を工作あるいは手工へ変更するよう働きかけ、ある程度の効果を及ぼしていたことを明らかにした。最後に、芸能科工作があらわれた後に発足した図画工作研究所の実態を調査した結果、芸能科図画と芸能科工作が統合的に扱われていたことが明らかとなった。芸能科工作は、その教科目単独ではなく、芸能科図画が扱わない領域を担当することで、教科目の特性が決定していた点を明らかにした。○研究の具体的内容/平成23年度は、当初の目的に沿い、昭和14年の教育審議会による国民学校案の審議の中で、芸能科と芸能科作業があらわれる経緯を中心に調査・考察した。先ず、教育審議会の速記記録を基にし、会議が進展してゆく中で、芸能科が出現するまでの経緯、及び、芸能科作業の一部として手工が科目内に取り込まれてゆく経緯を明らかにした。また、当時の図画手工教育の関係者達による、教育審議会案の芸能科作業への反対運動の具体的な経過と背景を明らかにした。次に、文部省内において国民学校制度が確立する直前、芸能科作業が芸能科工作へと変更する時代背景として、文部省内の模型教育研究会と、陸軍人が幹部を務める機械化国防協会の二つの団体が、模型航空機作りを中心とした工作教育を奨励していた点を明らかにした。○研究の意義/国民学校制度の成立過程について教育審議会記録を基に分析した研究は多いが、芸術教育の教科である芸能科の成立過程に焦点をあてた研究は今まで見当たらなかった。それを明らかにした点は意義深いといえる。また、図画手工教育の研究者達により作業を工作の名称へと変更するよう運動が起こされていた点、模型工作の教育を奨励していた文部省と陸軍省の関係団体の存在を明らかにした点も意義深いといえる。○重要性/日本では、戦後以降、図画工作の2領域をもって美術教育の主軸とするという基本方針が戦時中に確立しており、本研究により、この発端・経緯・時代背景を調査・分析・考察できた。更に、工作教育が重視されるようになった時代背景として、文部省・陸軍省の関連団体が模型工作教育を推進・擁護していたことを明らかにした。以上の研究結果に見られるように、日本の学校教育において工作があらわれた背景として、戦時体制下における軍部と学校教育団体との関係が明らかとなったという点において、本研究は重要性が高いと考えられる。平成23年度は、当初の目的に沿い、昭和14年の教育審議会における国民学校案の芸能科作業と手工の審議経過の考察、及び、その案に反対する図画手工関係者達の動向を明らかにした。この結果は美術科教育学会の学会誌『美術教育学』(第33号、2012年発行、査読付き)の中に、和田学「教育審議会議における国民学校芸能科作業の成立過程とその意見書における図画工作案の出現について」として発表した。それに加え、昭和15年に芸能科工作が出現する時代背景として、模型航空機作りを中心とした模型工作教育を奨励する二つの団体、文部省の模型工作教育の研究団体、及び陸軍省と文部省により共同支援された機械化国防協会の実態について解明した。更にこの2団体の教材開発や教員講習会などに積極的に協力した東京文理科大学・東京高等師範学校に母体を置く日本手工研究会の活動についても明らかにした。この研究結果は、筑波大学芸術系が発行する『芸術研究報』(第32号、2012年発行、査読付き)に、和田学「戦時体制下の日本における模型工作教育の出現」として発表した。以上の平成23年度の研究結果から、おおむね順調に進展していると考えられる。

平成24年度は、昭和14年以降、教育審議会により決定した国民学校案における芸能科作業が、文部省内の中で、どのように芸能科工作へと改変させられたのか、その経緯を調査・考察する。その方策として、文部省に関係する資料だけでなく、広く戦時中の教育・陸軍関係の雑誌を中心に考察を進めることで、その詳しい実態を明らかにする。その資料を基に、文部省内の官僚の動向などを調査し、省内における芸能科作業・芸能科工作を推進していた人物について調査・分析する。また、初等教育の芸能科工作の出現に先駆け、教育審議会内の中等教育改革における審議の中で、中等教育課程において芸能科作業が芸能科工作へと変更しており、この背景も初等教育課程において芸能科工作が出現するうえで影響を及ぼした可能性が高いと考えられることから、会議記録を基に経緯と背景を分析する。次に、昭和15年の国民学校制度の成立直前の時期、その案へ反対する図画手工関係者達の反対運動とそれに協力した政治家・官僚・陸軍関係者の実態について明らかにする。この調査は、教育、及び図画手工関係の機関誌を通じて調査・分析を進めてゆく。次に、昭和15年、最初に芸能科図画工作を研究する施設として東京に設置された、図画工作研究所の設立の経緯や実態を調査する。この研究所は、文部省と学校美術協会という団体により共同運営され、芸能科の改革運動の先導者となった後藤福次郎という人物により設立されている。彼は数年後、大政翼賛会の科学技術委員会の委員となり、図画工作教育を芸能科において振興するよう説得していることから、彼の素性とその研究所の実態を明らかにすることは、芸能科改革運動の全貌を知るうえで極めて重要と考えられる。この調査も、教育、及び図画手工関係の機関誌を通じて調査・分析を進めてゆく。平成24年度は、従来の計画通り、研究費の50万円を、物品費30万・旅費20万として用いる。本研究において必要とする文部省・陸軍省・工作教育の関連者の動向を記した資料は、インターネットの古書店通販サイトを通じ購入できるものもあるが、実際に研究施設・図書館に訪問し、新聞・雑誌のバックナンバーを全て調査・分析しなければならないものもある。旅費の20万円は、その文献の閲覧・複写のため他大学の図書館及び研究施設へ訪れる際の交通費・宿泊費に用いる。物品費の30万円は、文部省・陸軍省・工作教育の関係者に関する文献資料の購入、及び資料の複写代金に用いる。
他者との相互作用により主体的なキャリア形成能力を育むキャリア教育科目のデザイン

本研究の目的は,キャリア教育において主体的にキャリアを形成する能力を育むために,応募者のこれまでの研究成果である相互評価学習実践モデルをデザイン研究アプローチにより発展させ,他者との相互作用に重点を置いたキャリア教育科目のデザイン原則を明らかにすることである.具体的には次の3点について明らかにする.A.学習者の効力感やキャリア意識は他者との相互作用を通じてどのように変化するのか.B.他者との相互作用を通じたキャリア構築を促進する協調学習方法の要件は何か.C.進路選択自己効力を向上させ,維持するためには,どのような授業デザインが効果的か.本研究の目的は,キャリア教育において主体的にキャリアを形成する能力を育むために,応募者のこれまでの研究成果である相互評価学習実践モデルをデザイン研究アプローチにより発展させ,他者との相互作用に重点を置いたキャリア教育科目のデザイン原則を明らかにすることである.具体的には次の3点について明らかにする.A.学習者の効力感やキャリア意識は他者との相互作用を通じてどのように変化するのか.B.他者との相互作用を通じたキャリア構築を促進する協調学習方法の要件は何か.C.進路選択自己効力を向上させ,維持するためには,どのような授業デザインが効果的か.
メタ磁性を利用した新しい磁気冷凍法のための材料開発

磁気冷凍は磁気熱量効果を用いた冷凍法であり,エネルギー効率が高く,環境にやさしいことから注目を集めている.磁気冷凍機実現のためには大きな磁気熱量効果を有する作業物質を開発が急務である.本研究では磁気熱量効果の大きい物質として,一次の磁気相転移を示す化合物をとりあげた.このような化合物ではキュリー温度直上で強磁性が磁場によって誘起されるので,大きな磁気熱量効果が期待される.本研究では,ErCo_2とRMn_2Ge_2(R=Gd,Dy)をとりあげ,磁気熱量効果の研究を行った.また,あわせてこれらの化合物の磁気転移の詳細についても調べた.結果として,ErCo_2系の化合物がキュリー温度で大きな磁気熱量効果を示すことを見出した.断熱温度変化ΔT_<ad>は8Tの磁場で13Kにおよび,この値は他の希土類化合物よりも十分大きい.さらにCoを少量のNiで置換することにより,大きな磁気熱量効果を保ったままキュリー温度を32Kから13Kまで変化させることにも成功した.一方,DyMn_2Ge_2は大きな磁気異方性を示すため,単結晶を用いた測定によってその磁気熱量効果を明らかにすることができた.この化合物ではΔT_<ad>は5Tで6K程度であるが,その大きさは磁場によってあまり変わらない.また,本研究の結果,一次転移物質の磁気熱量効果の特徴も明らかになった.すなわち,通常の二次転移物質に比べると一次転移物質は,弱い磁場でも比較的大きな磁気熱量効果を示すが,その温度幅は狭い,磁場を大きくしても磁気熱量効果の大きさはあまり変わらないが,温度幅は磁場に比例する,という特徴をもっている.このような特性は最近提唱されているactive magnetic regenerator(AMR)に有利であり,一次転移物質のもつ磁気冷凍作業物質への応用の可能性を示すことができた.磁気冷凍は磁気熱量効果を用いた冷凍法であり,エネルギー効率が高く,環境にやさしいことから注目を集めている.磁気冷凍機実現のためには大きな磁気熱量効果を有する作業物質を開発が急務である.本研究では磁気熱量効果の大きい物質として,一次の磁気相転移を示す化合物をとりあげた.このような化合物ではキュリー温度直上で強磁性が磁場によって誘起されるので,大きな磁気熱量効果が期待される.本研究では,ErCo_2とRMn_2Ge_2(R=Gd,Dy)をとりあげ,磁気熱量効果の研究を行った.また,あわせてこれらの化合物の磁気転移の詳細についても調べた.結果として,ErCo_2系の化合物がキュリー温度で大きな磁気熱量効果を示すことを見出した.断熱温度変化ΔT_<ad>は8Tの磁場で13Kにおよび,この値は他の希土類化合物よりも十分大きい.さらにCoを少量のNiで置換することにより,大きな磁気熱量効果を保ったままキュリー温度を32Kから13Kまで変化させることにも成功した.一方,DyMn_2Ge_2は大きな磁気異方性を示すため,単結晶を用いた測定によってその磁気熱量効果を明らかにすることができた.この化合物ではΔT_<ad>は5Tで6K程度であるが,その大きさは磁場によってあまり変わらない.また,本研究の結果,一次転移物質の磁気熱量効果の特徴も明らかになった.すなわち,通常の二次転移物質に比べると一次転移物質は,弱い磁場でも比較的大きな磁気熱量効果を示すが,その温度幅は狭い,磁場を大きくしても磁気熱量効果の大きさはあまり変わらないが,温度幅は磁場に比例する,という特徴をもっている.このような特性は最近提唱されているactive magnetic regenerator(AMR)に有利であり,一次転移物質のもつ磁気冷凍作業物質への応用の可能性を示すことができた.磁気冷凍は磁性体に磁場を加えることによって、変化したエントロピーを熱という形で外部に放出させる冷凍サイクルである。この磁気冷凍は従来、格子負荷が無視できるような低温域(20K以下)でのみ用いられている。しかし、磁気エントロピーが格子負荷に匹敵しうるほど大きい場合は、磁気冷凍をより高温で実用化することができる。本研究では、磁場によって常磁性から強磁性(又はフェリ磁性)にメタ磁性転移する物質を磁気冷凍作業物質に応用することを目的とする。本年度はErCo_2の磁気熱量効果とRMn_2Ge_2(Rは希土類)の磁気転移について調べた。ErCo_2はキュリー温度32Kで、フェリ磁性から常磁性へ一次転移する。キュリー温度以上で磁場をかけるとメタ磁性を起こす。これは磁場によって磁気転移温度が上昇することを意味し、上記作業物質として期待がもてる。この系の磁場中比熱を観測したところ、磁場によってエントロピーが大きく変化することが明らかになった。温度45Kでの磁気熱量効果は14Kにも達し、これは他の磁気冷凍作業物質と比べても遜色はない。また、キュリー温度で変化する磁気エントロピーは全体のエントロピーの50%にも達することがわかった。RMn_2Ge_2は低温で一次転移を起こし、Rのモーメントのみが常磁性になる。磁場によってこのRのモーメントをメタ磁性的に磁化することができるので、大きなエントロピー変化が期待できる。DyMn_2Ge_2の磁気熱量効果を測定したところ、温度50Kで10K程度の磁気熱量効果を観測した。

またRの転移点を制御する目的で、RをYやLaで置換して磁性を調べたところ、YがRの転移温度を下げるのに有効なことが明らかになった。最近、アメリカのグループも、一次転移を示す物質の磁気熱量効果に注目している。これに関連して、強磁性-反強磁性転移を示すCe(Fe,Co)_2のエントロピーの磁場依存性も測定した。磁気冷凍は磁性体に磁場を加えることによって、変化したエントロピーを熱という形で外部に放出させる冷凍サイクルである。この磁気冷凍は従来、低温域(20K以下)でのみ用いられているが、磁気エントロピーが格子負荷に匹敵しうるほど大きい場合は、磁気冷凍をより高温で実用化することができる。私たちはこのような考えに基づき磁場によって常磁性から強磁性(又はフェリ磁性)にメタ磁性転移する物質を磁気冷凍作業物質に応用し、新しい磁気冷凍を開発することを目的にしている。昨年度はErCo_2とDyMn_2Ge_2の磁気熱量効果と調べたが、今年度は磁気転移温度を制御する目的でそれぞれの系をYで置換した系を作製し、その磁気熱量効果について調べた。Er_<1-X>Y_XCo_2ではxの増加につれて磁気転移温度は低下する。しかし同時にエントロピー変化も小さくなることが明らかになった。エントロピーの減少はEr原子数が減ることによるもので、この意味ではCoサイトを置換するほうが望ましいことがわかる。一方、Dy_<1-Y>Y_YMn_2Ge_2においてはゼロ磁場で観測された急激なエントロピー変化は磁場をかけると消失してしまうことが明らかになった。これはとDyMn_2Ge_2の結晶構造が正方晶であり、Dyの磁気異方性が大きいので多結晶を用いた測定では、転移が急速になまってしまうためであると理解される。これらの結果からもっとも望ましい系はEr(Co_<1-X>Ni_X)_2であると考えられ、現在試料の作製を行っている。なお、比熱を用いた磁気熱量効果の測定は多大な労力を必要とするので、今年度は上記二つの系については結晶場と分子場を取り込んだモデル計算を行い、磁気比熱が磁場によってどのように変化するかを評価する方法をあわせて開発した。計算結果は転移温度の磁場依存性をよく再現しており、材料設計に指針を与えることが明らかになった。磁気冷凍は磁性体に磁場を加えることによって,変化したエントロピーを熱という形で外部に放出させる冷凍サイクルである.この磁気冷凍は従来,低温域(20K以下)でのみ用いられているが,磁気エントロピーが格子負荷に匹敵しうるほど大きい場合は,磁気冷凍をより高温で実用化することができる.私たちはこのような考えに基づき磁場によって常磁性から強磁性(又はフェリ磁性)にメタ磁性転移する物質を磁気冷凍作業物質に応用し,新しい磁気冷凍を開発することを目的にしている.今年度は以下のような結果を得た.1)これまで主として磁場中での比熱測定により,磁場熱量効果を評価してきたが,今年度は精密な磁化の温度依存性を種々の磁場で測定することにより,マックスウェルの関係式を用いてエントロピー変化を評価する方法を採用した.この方法によりは磁気異方性の大きい物質の磁気熱量効果を,単結晶を用いて正確に評価できることになった.まず,DyMn_2Ge_2について測定を行ったところ,多結晶の測定とは異なり,この物質は単結晶を用いた場合5Tの磁場まで一次転移はシャープさを保ったままであることを明らかにした.この結果,この物質は5Tの磁場では約15Kの幅にわたって大きな磁気熱量効果を示すことを見出した.
溶媒のゆらぎに律速される非熱平衡化学反応の理論

溶液中の拡散によって起こる2次反応は化学において基本的に重要な課題である。従ってその研究は古くから行われ、1910年代のSmoluchowskiの研究にまで逆上ることができる。それ以来この反応の多くの側面が明らかにされてきた。しかし2次反応の一般的な場合における速度定数の厳密でしかも(誰でも簡単に計算できる程度に)便利な表式はまだ得られていない。このような要請を満たす2次反応速度定数の一般式を厳密に証明した。この式はFredholm第2種積分方程式を解くことにより計算できる。積分方程式は、連立一次方程式を拡張して考えると、(連続変数の値で指定される)連続関数の値を未知数とする連立一次方程式である。計算機で実際に計算するときには、連続変数を離散化近似する必要があり、このときには積分方程式は実際に連立一次方程式で近似される。従って、積分方程式の解を計算機で求めのは非常に簡単である。この新しく発見された方法に対して2次反応速度定数を求めるための従来の方法は、2次の常備分方程式を数値的に解くことによるものであり、計算誤差が非常に入り易いものであった。連続変数を離散化近似するとき、積分は関数値の和で近似されるのに対し、2次微分は関数値の2重差分でしか近似できないからである。従ってこの新しい方法は、今後広く使われるようになると予測される。
柔軟性生体組織の触覚性状を定量化する触診センサシステムの開発

本研究では、乳がん等の早期発見を目指し、柔軟性生体組織の複雑な触覚性状対して人間の曖昧的な触覚を客観的に定量的に実現し,柔軟な生体組織の弾性特性と粘弾性特性を同時に計測する触診センサシステムを開発した。具体的には、感圧導電性ゴム及びPVDFフィルム等の複数のセンサ受感材を使用しセンサを構築し、その出力から時間領域及び周波数領域の複数のパラメータを算出することにより、複雑な触覚性状を同時に検出することができた。自作モデルや乳がん触診モデルを用いて実験した結果、センサの有効性が検証された。本研究は、柔軟性生体組織の弾性・粘弾性特徴等の複雑な触覚性状を同時に定量化的に把握する触覚センサシステムを開発するものである。具体的には、複数種の機能性材料をセンサ受感材として使用して、人間の触覚受容体の動的な振動触覚と静的な圧触覚を同時に模倣して、生体組織のような柔軟性対象物に対して人間の曖昧的な触覚を客観的に定量的に実現し、柔軟な生体組織の弾性特性と粘弾性特性を同時に計測することにより、正常部位と腫瘍などの病変部位の組織の識別を可能とする触診センサシステムを開発する。将来、医師に腫瘍などの触診を定量化客観化できる手法を提供し、また一般人にも在宅で乳がんなどの病変の早期発見に使用可能な触覚センサシステムを提供することを目指す。研究期間中の初年度に、ハードウェアを構築した。PVDFフィルムと感圧導電性ゴムをセンサ受感材として利用し、センサ受感部、センサベース部およびセンサ駆動部の形状、構造、材質の設計を行い、センサを試作した。また、センサ出力の前処理電子回路の設計試作などを行い、データ収集システム等のハードウェアを構築した。さらに、センサ加振装置の振動発生・振動伝達などの機構を設計して試作した。データ収集実験を行った。異なる弾性・粘弾性特性を持つ実験サンプルを対象物として利用し、構築したセンサシステムのハードウェアを用いてこれらのサンプルに対してデータ収集実験を行っている。定量化パラメータの抽出を進行している。データ収集実験の結果を基づき、センサ出力から弾性・粘弾性特性を定量化的に表す時間領域・周波数領域パラメータを検討している。本研究は、将来医師に腫瘍などの触診を定量化する手法を提供し、また一般人にも在宅で乳がん等の病変の早期発見に使用可能の手段を提供することを目指して、柔軟性生体組織の触覚性状を定量化的把握する触覚センサシステムを開発するものである。平成27年度中、前年度に行った研究の知見を元に、センサ感度の向上を目指して、センサハードウェアおよびソフトウェアの改善改良を行った。研究の結果、センサ構造上、硬い基材に挟まれた感圧ゴムの層、その上に柔軟性の基材に挟まれたPVDFフィルムの層を配置するような積層構造で、センサの感度が最も高いことを明らかにした。また、PVDF表面上ガーゼを配置することによってセンサ感度をさらに向上することができることを確認した。さらに、実験を経てセンサから対象物に印加する初期負荷条件、センサ全体の振動周波数および振幅などの加振条件を模索し、それらに基つき加振装置と振動伝達機構を再構築した。それと同時にソフトウェア面においてはパラメータや、パラメータ抽出の信号処理アルゴリズムの改良改善も行った。パラメータとしてPVDF出力の基本波の成分とその高次調波の成分を利用して対象物の粘弾性特性を表すことが出来た。改良したセンサシステムを用いて、柔軟性サンプルに硬い異物を埋め込んだ対象物に対して検証実験の結果、異物の検出が可能であることが明らかにした。さらに医療教育用「乳がん触診モデル」を用いてシステムの性能検証実験を行い、正常部位の組織と乳がん、線維腺腫や乳腺症などの病変部位の組織を定量化的に判別できたことを確認した。研究の成果を日本機械学会2016年次大会に発表する予定である。平成27年度に、おおむね当初計画通り研究を進展して、前年度研究の知見を元にセンサシステムの改善改良を行っていた。(1)センサ改善改良のハードウェアの面においては、センサの構造を再考し、その形状および各層の母材の最適化を行い、センサ感度を向上できた。また実験を経てセンサ駆動部の振動周波数、振幅および初期荷重条件などを模索し、新たなセンサ駆動加振装置を再構築した。(2)センサ改善改良のソフトウェアの面においては、対象物の触覚性状を表すパラメータを再考した。特に粘弾性特性については、対象物の変形と荷重のあいだの時間遅れに注目し、正弦波で駆動されたセンサの出力の波形のひずみからPVDF出力波形の基本波の成分と高次調波の成分を利用したパラメータを確立した。(3)人肌ゴムを利用して柔軟性サンプルを作成し、その中に異なる深さに硬い異物を埋め込んだ対象物に対して検証実験を行った。実験の結果、本研究で開発した触覚センサを用いて異物の存在を検出することが出来た。(4)医療教育用「乳がん触診モデル」を用いてシステムの性能検証実験を行った。実験結果より、正常部位の組織と乳がん、線維腺腫や乳腺症などの病変部位の組織を定量化的に判別できたことを確認した。(5)しかしながら、現在検証実験を行う際、センサの初期荷重は不安定のため、センサ出力の再現性に問題があり、その改善策が目前の課題である。

本研究は、将来医師に腫瘍などの触診を定量化する手法の提供、また一般人にも在宅で乳がん等の病変の早期発見に使用可能の装置の提供、さらに低侵襲手術ロボットに触覚フィードバック技術の提供を目指して、複数種の機能性材料を利用して、柔軟な生体組織の弾性・粘弾性特徴等の触覚性状を同時に測ることにより、正常組織と腫瘍などの病変組織の識別を可能とする触診センサシステムを開発するものである。研究期間中、センサ受感材としてPVDFフィルムと感圧ゴム等を利用し、センサ本体、センサ駆動装置、計測電子回路等のハードウェアを構築した。またセンサ出力から対象物の触覚性状を表すパラメータを検討し、パラメータを抽出する信号処理ソフトウェアを構築した。最終年度中、これまでの研究の知見をもとに、特にセンサの小型化、再現性向上を目的として、センサ構造、信号処理ソフトウェアの改良改善を中心として研究を実施していた。柔軟な人肌ゲルのベース材に硬い異物を埋め込んだ実験対象物を利用して、改良したセンサシステムの検証実験を行った。実験結果により、センサ出力から異物の有無に関係せずベース材の硬さの特定と、異物の有無、異物の部位の検出が可能であることを確認した。さらに医療教育用「乳がん触診モデル」を用いてシステム検証実験を行い、正常部位の組織と乳がん、線維腫瘍などの病変部位の組織を定量化的判別できることを確認した。将来、動物実験、臨床実験等を経てセンサシステムの実用化を目指す。また、PVDFの触覚センサへの応用の新展開の研究も進めている。研究成果を学術講演会や、大学ブックレットを通じて社会に発信している。成果を取り纏め学術誌への投稿が準備中である。本研究では、乳がん等の早期発見を目指し、柔軟性生体組織の複雑な触覚性状対して人間の曖昧的な触覚を客観的に定量的に実現し,柔軟な生体組織の弾性特性と粘弾性特性を同時に計測する触診センサシステムを開発した。具体的には、感圧導電性ゴム及びPVDFフィルム等の複数のセンサ受感材を使用しセンサを構築し、その出力から時間領域及び周波数領域の複数のパラメータを算出することにより、複雑な触覚性状を同時に検出することができた。自作モデルや乳がん触診モデルを用いて実験した結果、センサの有効性が検証された。平成26年度に、おおむね計画通り研究を進展している。(1)ハードウェアの面に、センサ本体、前処理回路、データ収集システムの設計試作は完了しており、センサ加振装置の振動発生・振動伝達などの機構も設計して試作して、プロトタイプの構築は予定通り完成した。(2)データ収集実験を行っている。構築したセンサシステムのハードウェアを用いて、自作および外注の異なる対象物に対して、データ収集実験を行った。(3)定量化パラメータの摸索を進行している。データ収集実験の結果を基づき、センサ出力から弾性・粘弾性特性を定量化的に表す時間域・周波数域パラメータを検討している。感圧ゴム出力の時間領域および周波数領域パラメータから、対象物の硬さに関連する弾性特性を表すパラメータはほぼ確立した。PVDF出力から、粘弾性特性を表すパラメータの検討を現在進行している。さらに、ハードウェアの試作、データ収集実験においては、本来予定している27年度のセンサ改善改良と、駆動部最適な振動周波数および振幅の摸索も一部進行している。