hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
デジタル流通革命の経済効果に関する理論的・実証的研究

近年、音楽から書籍、画像、映像を始めとするコンテンツが「デジタル製品」としてネット経由で流通する「デジタル流通革命」が起き、通信や放送、新聞、出版、音楽など、数多くの産業で従来の業界の壁を破壊する産業融合が進行している。本研究では、このデジタル流通革命の経済効果という研究課題に対して、ビジネス・エコノミクスの立場から、ケーススタディ・理論・実証の三位一体の形で取り組み、ビジネスモデルならびに産業構造の変化と社会的厚生との関係を理論と実証の両面から明らかにした。研究成果は多数の国際学会で発表すると共に、国際的な学術専門誌から多数の論文を公刊し、広く成果を発信した。本研究では、音楽から書籍、画像、映像などのコンテンツが「デジタル製品」としてネット経由で流通する「デジタル流通革命」について、ケーススタディ・理論・実証の三位一体の形で体系的な研究を進めることを目的としている。具体的には、以下の研究テーマについて、ケーススタディ、理論分析、実証分析を研究課題としている。(1)「プラットフォーム・ビジネスにおける互換性と排他的契約に関する分析」(2)「コンテンツプロバイダーによるプラットフォーム選択に関する分析」(3)「垂直市場構造とデジタル製品の品質選択に関する分析」(4)「購買履歴に基づく価格差別に関する分析」(5)「eコマースの分析」およびその他この研究成果を国際学術誌に投稿する準備を進めている。さらに、(5)に関する成果の一部については、査読付き国際誌に公刊して広く研究成果を公開した(研究成果を参照)。本研究では、音楽から書籍、画像、映像などのコンテンツが「デジタル製品」としてネット経由で流通する「デジタル流通革命」に関して、ケーススタディ・理論・実証の三位一体の形で体系的な研究を進めている。具体的には、次のような5つの研究テーマについてのケーススタディ、理論分析、実証分析が本研究課題である。(1)「プラットフォーム・ビジネスにおける互換性と排他的契約に関する分析」、(2)「プラットフォーム選択に関する分析」、(3)「垂直市場構造とデジタル製品の品質選択に関する分析」、(4)「購買履歴に基づく価格差別に関する分析」、(5)「eコマースの分析」今年度のそれぞれについての研究実績は以下の通りである。(1)に関する理論分析の成果の一部として、製品ライフサイクルにおける互換戦略に関する論文は、査読付の国際学術誌Review of Network Economics,Vol.12(2), pp.131-155, 2013に公刊された。さらに、プロセス・イノベーションの経済厚生に与える影響を分析した新たな論文を神戸大学経営学研究科のDiscussion Paperとしてまとめ、国際学術誌に投稿中である。(2)に関する実証分析については、論文を修正し、国際学術誌に投稿する予定である。(3)に関する理論分析は論文としてとりまとめ、国際学術誌に投稿予定である。(4)に関する理論分析は論文としてとりまとめ、国際学術誌に投稿した。(5)については、スマートフォンの利用をベースとしたオムニチャネルの展開に関する実態調査を行った。本研究では、音楽から書籍、画像、映像などのコンテンツが「デジタル製品」としてネット経由で流通する「デジタル流通革命」に関して、ケーススタディ・理論・実証の三位一体の形で体系的な研究を進める。具体的には、次のような5つの研究テーマについて、ケーススタディ、理論分析、実証分析を研究課題としている。(1)「プラットフォーム・ビジネスにおける互換性と排他的契約に関する分析」、(2)「プラットフォーム選択に関する分析」、(3)「垂直市場構造とデジタル製品の品質選択に関する分析」、(4)「購買履歴に基づく価格差別に関する分析」、(5)eコマース。今年度のそれぞれに関する研究実績は以下のとおりである。まず、(1)に関しては、電子書籍のようなデジタル・プラットフォームにおける互換性をめぐる戦略的な意思決定の問題を、コンテンツ・プロバイダと消費者側のプラットフォーム選択を内生化したモデルのもとで理論的に分析を行い、査読付き国際学術誌に受理され、近刊予定となっている。また、two-sided marketsにおけるプロセス・イノベーションが、互換性をめぐる企業の戦略的な意思決定を通じて企業利潤ならびに経済厚生に対してもマイナスの影響を与える点について研究成果をまとめ、平成27年7月の国際学会で発表予定にあり、査読付き国際学術誌に投稿中である。(2)に関する実証分析は査読付きの国際学術誌に投稿し、第1ラウンドの修正・再投稿の準備中である。(3)に関する分析は終えて、査読付きの国際学術誌に投稿の準備中である。(4)に関する分析は終えて、平成27年7月の国際学会で発表予定にあり、査読付き国際学術誌に投稿の準備中である。(5)に関して、小売段階で広がるオムニチャネルの経済効果について、理論ならびに実証分析を行っている。本研究では、音楽から書籍、画像、映像などのコンテンツが「デジタル製品」としてネット経由で流通する「デジタル流通革命」に関して、ケーススタディ・理論・実証の三位一体の形で体系的な研究を進めてきた。具体的には、以下のような研究テーマについて研究を進めた。(1)「プラットフォーム・ビジネスにおけるイノベーションと互換性をめぐる戦略的な相互依存関係の分析」、(2)「スイッチングコストが伴うもとでの購買履歴に基づく価格差別と製品選択に関する分析」、(3)「家庭用テレビゲーム産業におけるコンテンツ・プロバイダによるプラットフォーム選択に関する理論的・実証的分析、(4)「インターネットを通じた取引(eコマース)に関する理論的・実証的分析」、および(5)「垂直的市場構造とデジタル製品の品質選択に関する分析」である。今年度のそれぞれに関する研究実績は以下の通りである。(1)、(2)、(4)に関しては、アメリカ西部経済学会の国際大会(Western Economic Association International Conference)にて研究成果を学会報告した。また、(1)、(2)については、研究論文を査読付き国際学術誌に投稿中である。

(3)および(4)に関しては、それぞれの研究成果を査読付き国際学術誌から公刊した。さらに、(4)に関しては、小売段階で急速に進展するモバイル・リテイリングとオムニチャネルに関するケーススタディを進めた。(5)に関しては、分析を終えて、査読付き国際学術誌に投稿のための準備を行った。研究概要で示した課題に関する研究をすすめ、予定していた論文をとりまとめて査読付き国際学術誌に投稿するとともに、その一部については受理され、研究成果を公刊することができたため。本年度も,音楽から書籍,画像,映像などのコンテンツが「デジタル製品」としてネット経由で流通する「デジタル流通革命」に関して,ケーススタディ・理論・実証の三位一体の形で体系的な研究を進めた。本年度の研究課題として,(1)「プラットフォーム・ビジネスにおけるイノベーションとアプリ互換性に関する分析」,(2)「プラットホームの価格戦略に関する分析」,(3)「switching costsとstaying costsの両方が伴うケースにおける購買履歴に基づく価格差別(BBPD)と製品選択(positioning)に関する分析」,(4)「デジタル革命のもとでの産業融合とイノベーションの分析」という4つの点に焦点を絞って研究を行った。今年度のそれぞれの研究実績は以下の通りである。(1)に関しては,研究協力者との論文が,修正・再投稿の作業を経て査読付の国際学術誌に受理され,近刊予定となった。(2)に関しては,研究協力者が「欧州産業経済学会」(EARIE)および「アジア太平洋産業組織コンファレンス」(APIOC)にて研究報告を行い,論文を国際学術誌に投稿した。(3)に関しては,研究成果を国際学術誌に投稿し,修正の上で再投稿を求められたため,内容の修正ならびに投稿に向けた作業を行った。(4)に関しては,電子書籍やホテル予約におけるプラットホーム間の価格均等条項(APPA)をめぐる最近の研究動向などについて,「欧州経済学会」(EEA)および「欧州産業経済学会」(EARIE)に参加して資料収集を行った。さらにデジタル流通革命の研究成果のひとつとして,産業融合とeコマースの進展,ICTを用いたプラットフォーム・ビジネスによる破壊的イノベーションに関する新たな章を追加した著書を公刊した。近年、音楽から書籍、画像、映像を始めとするコンテンツが「デジタル製品」としてネット経由で流通する「デジタル流通革命」が起き、通信や放送、新聞、出版、音楽など、数多くの産業で従来の業界の壁を破壊する産業融合が進行している。
表面修飾による酸化物最表面ハーフメタル性回復とスピン注入への応用

ハーフメタル強磁性体は高いスピン依存伝導特性を実現する上で重要な材料であるが、表面界面でスピン偏極度が減少する問題点を抱えている。Fe3O4(100)最表面スピン偏極度が、水素終端により大幅に回復される現象を我々は報告したが、本計画ではこの現象をFe3O4(111)表面についても解析すること、および吸着分子への高いスピン偏極誘起に利用することを試みた。(111)表面スピン偏極はバルクと逆符号で水素終端効果がないこと、これは4配位のFeイオンで表面が終端されていることにより説明されることを示した。本計画の目的は、表面修飾によりハーフメタル酸化物最表面スピン偏極を回復させ、特に吸着有機分子に高いスピン偏極を与える方法を探索することである。本年度は、当初の計画通り、強磁場表面磁性計測装置に接続する有機薄膜作製用真空装置を作製するとともに、吸着分子スピン偏極計測を行った。まず、有機薄膜作製容器に関しては、既存の真空排気装置、超高真空容器容器および電流導入端子等の真空部品を再利用することにより、製作費用を節約することができた。10-9Torr前半の真空条件下で温度制御したるつぼからの蒸着と膜厚計による蒸着速度計測をできるシステムを整え、これを強磁場偏極ヘリウムビーム装置に接続し、試料トランスファーできるようにした。次に、Fe3O4表面に吸着した有機分子の誘起スピン偏極、および吸着分子の常磁性計測を試みた。Fe3O4表面スピン偏極度を水素終端により回復させ、これにより吸着分子フェルミ面近傍の電子状態に高いスピン偏極を誘起させることを狙っている。しかし、Fe3O4表面のフェルミ面状態密度が低いために、フェルミ面近傍の誘起スピン偏極を準安定ヘリウムビームによりモニターしにくい問題があり、誘起スピン偏極計測が計画より遅れている。また、基板表面と分子の相互作用が吸着常磁性分子のスピンに与える影響に着目している。物理吸着した酸素分子に明瞭なスピン偏極を観測することには成功しており、今年度誌上発表することができた。いくつかの常磁性有機分子に対し液体窒素温度でのスピン偏極計測を試みたが、現時点では明瞭なスピン偏極は観測されていない。当初予定していた液体ヘリウム温度でのスピン偏極計測がヘリウム供給不足の影響等で進まず、低温実験と他の常磁性分子での探索も課題として残った。そこで計画を一年延長し、次年度にこれらを実施することとした。ハーフメタル強磁性体は、高いトンネル磁気抵抗比やスピン注入効率を実現する上で欠かせない材料であるが、その多くは、表面・界面でスピン偏極度が大きく減少する問題点を抱えている。一方、我々はハーフメタル酸化物の一つであるFe3O4表面に対し、(100)表面のスピン偏極度は殆どゼロに近いが、表面の水素終端により最表面スピン偏極が劇的に増大する現象を発見した。本計画では、表面修飾によりハーフメタル最表面スピン偏極を回復させ、その表面を用いて隣接分子に高いスピン偏極を誘起する方法を探索することを目標とした。本研究では以下の2点に着目して研究を進めた。(1)表面スピン偏極および表面改質法の検討Fe3O4(111)面スピン偏極計測を行った。(111)面に関しては、スピン分解光電子分光法で観測された表面数層の平均スピン偏極が-80%程度と高く、デバイス応用には(111)面が適していると考えられてきた。しかし、(111)最表面のスピン偏極度は予想外の逆極性(+20%)であり、水素終端による偏極回復は殆どないことを我々は実験的に明らかにした。最表面にFe3+イオンが露出しているためと考えられた。(2)吸着分子のスピン偏極計測有機分子蒸着用小型チャンバーを作製し、ナフタレン、鉄フタロシアニンをFe3O4上に蒸着した。しかし、Fe3O4が分子のEF近傍に誘起する電子状態のDOSは大変低いため、そのスピン偏極計測が困難であり、この問題を期間内に克服することができなかった。なお、基板との相互作用は詳しく議論できなかったが、吸着常磁性分子(O2,Feフタロシアニン)のスピンを強磁場下での測定により検出した。本計画の目的は、表面修飾によりハーフメタル最表面スピン偏極を回復させ、その表面を用いて隣接分子に高いスピン偏極を誘起する方法を探索することである。ハーフメタル強磁性体は、フェルミ準位におけるスピン偏極度が100%である材料を指し、高いトンネル磁気抵抗比や半導体等への高いスピン注入効率を実現する上で欠かせないキーマテリアルである。しかし、その多くは、表面・界面でスピン偏極度が大きく減少する問題点を抱えている。一方、申請者らは最近、酸化物ハーフメタルであるFe3O4(100)表面のスピン偏

極度は清浄表面で殆どゼロであるが、水素終端によりハーフメタル性が回復する現象を見いだした。スピンを担う最表面の磁性原子の環境を適切に制御することによりスピン偏極を回復できることを本結果は示している。本計画では、この手法により界面で高スピン偏極を得ること、隣接分子に高スピン偏極を誘起することを目的としている。本年度は、Fe3O4表面スピン偏極に対する面方位依存性を詳しく調べた。スピン分解光電子分光実験により(111)で-80%という高いスピン偏極度が報告されているため、(111)面が磁気トンネル接合に多く利用されてきた。しかし高い磁気抵抗比が得られておらず、多くの場合、低い磁気抵抗比は界面の低品質性に帰せられてきた。申請者らはFe3O4(111)バルク単結晶を用いて極めて結晶性のよい表面を超高真空下で作製し、その表面スピン偏極を強磁場下で偏極準安定ヘリウムビームにより計測した。(111)面ではスピン偏極の符号が正で20%程度であること、水素終端により表面ハーフメタル性は回復しないこと、が明らかとなった。低い表面スピン偏極は汚染が原因ではなく、伝導に寄与しない4配位のFe3+イオンが終端面であるために生じる本質的現象であることを計算との比較により示した。有機分子蒸着チャンバーは予定通り製作でき、蒸着と膜厚計測ができること、また強磁場偏極ヘリウムビーム装置への試料搬送も正常に行えるシステムを整えることができた点では順調である。一方、以下の点では計画より遅れている。分子と基板の伝導電子が相互作用して吸着分子フェルミレベル付近に誘起準位が形成され、強磁性基板がこの電子状態に誘起するスピン偏極を本計画では測定する必要がある。水素終端によりFe3O4(100)表面ハーフメタル性を回復させた基板が、有機分子伝導準位に誘起させるスピン偏極度をモニターすることを試みているが、該当する電子状態由来のピークが微弱であり、内核準位のペニングイオン化のピークと重なり議論が難しい問題に直面している。常磁性分子自身のスピン偏極に関しては、物理吸着状態の酸素分子に対して明瞭な信号を検出できたが、他の有機分子に関しては信号検出は今後の課題である。以下の3点については、計画以上に順調に進んでいる。(1)Fe3O4最表面スピン偏極の面方位依存性を明らかにすることは、申請段階からの目標の一つであったが、本年度これを達成することができた。(2)結晶性の良い表面を用意し、その表面上で吸着分子スピン偏極を効率よく評価できる方法論を確立することは技術面の重要課題の一つであった。Fe3O4に関しては、強磁場下の表面スピン計測とバルク単結晶を利用することにより、イオン衝撃とアニーリングにより(100)面、(111)面を何度も容易に再生しながら分子スピン偏極を議論できる見通しを得た。(3)準安定ヘリウム原子源および六極磁子の改良によりビームの輝度を向上でき、これにより信号のノイズを低減することができた。この点今後の実験に必要な基盤技術も向上できている。一方、下記については計画より少し遅れている。(4)金属表面の場合とは異なり、Fe3O4基板/吸着分子間に生成される界面状態密度が小さく、そのスピン偏極計測が困難であり、微弱な界面状態のスピン偏極を計測する手法を再検討する必要性を生じた。(5)平成23年度に表面磁性計測装置に有機分子蒸着用小型真空容器を接続する計画であったが、平成23年度は設計のみで製作まで到達できなかった。
転写因子Tfcp2l1を介した129系統マウスES細胞の安定な自己複製機構

ES細胞の樹立と維持は、培養条件および遺伝的背景(マウス系統)に強く依存することが知られているが、その原因は不明のままである。本研究において、血清条件下で自己複製が可能なマウス系統(129系統が代表)と、そうでないマウス系統(NOD系統など)を比較し、129系統における自己複製の安定性の要因について解析を行い、以下のことが判明した。129系統、NOD系統およびF1に由来するES細胞を、2i培養法により樹立し遺伝子発現解析によって転写因子Tfcp2l1を同定した。このTfcp2l1は、129-およびF1-ESCのみで高い発現を維持できた。すなわち、129系統が寄与した遺伝的背景をもつESCにおいて発現が維持できることが明らかとなった。NOD-ESCにおいて、Tfcp2l1安定発現株を樹立すると血清条件下で長期間自己複製を維持できた。胚盤胞注入実験により、このESCはキメラ寄与能を維持できていることも確認できた。2iにより樹立したESCにおいてTfcp2l1は血清条件下における自己複製を支持できることが示された。さらに、NOD由来胚盤胞へTfcp2l1を導入すると血清条件下において、阻害剤フリーな培養条件でES細胞株を樹立することができた。また、Tfcp2l1の安定発現株において、野生型NOD-ESCでは減弱が認められたLIF-Stat3経路の活性が亢進していた。以上のことから、Tfcp2l1によりLIF-Stat3経路の活性化が、129-ESCと同等に活性化できることがナイーブ型ESCの樹立と維持に重要であることが示唆された。上記の一連の研究成果について、現在論文投稿準備を進めている。本研究の目的は、ナイーブ型多能性幹細胞における安定な自己複製の機構を明らかにすることである。マウスES細胞において、血清条件下での安定的な自己複製は、サイトカインLIFおよび遺伝的背景(マウス系統)に強く依存する。このマウス系統差の原因を明らかにするために、血清条件下で安定に自己複製できる129系統と、できない1型糖尿病モデル系統(NOD)から、無血清2i培養法を用いてES細胞株を樹立した。そして、これらの細胞において、血清条件下での遺伝子発現の比較を行い、転写因子Tfcp2l1を見出した。この結果をもとに、初年度である平成28年度は、以下の研究を行った。マウスNOD系統に由来するES細胞において、Tfcp2l1発現系を構築し、Tfcp2l1が、どのようにして血清条件下での自己複製を支持しているのかを解析した。その結果、Tfcp2l1依存的にLIFシグナルに関与する因子群の発現が亢進していることを見出した。また、Tfcp2l1がこれらの遺伝子の転写制御領域へ直接結合していることも確認できた。これらのことから、Tfcp2l1は、LIFシグナル因子群の発現を直接的に誘導することが示された。Tfcp2l1とStat3のChiP-Seqから、両者のゲノム上の結合領域に重複する部分が認められ、特に、LIFシグナル伝達およびLIFの標的となる多能性維持に関与する遺伝子の近傍において顕著であった。Tfcp2l1とStat3は協調して働き129-ES型の高いLIFシグナル応答性を付与し、LIF下流で誘導される多能性維持に関与する遺伝子群の発現を誘導する。その結果、ES細胞は血清条件下において安定な自己複製をすることができると考えられる。さらに、マウスのナイーブ型多能性幹細胞において、129-ES型のLIFシグナル応答性と安定な自己複製は密接に関連していることが示唆された。1)Tfcp2l1とStat3のゲノム結合領域の解析し、ES細胞の自己複製に特異的なStat3のゲノム上の結合領域を見出した。これらの領域の多くは、サイトカインLIFの応答性に関与する遺伝子の発現制御領域を含んでいることも判明している。2)その他のマウス系統に由来するES細胞において、Tfcp2l1は血清条件下での自己複製を支えることができる:これまで血清条件下において自己複製ができないとされていた複数のマウス系統に由来するES細胞へTfcp2l1を導入すると血清条件下で自己複製を維持できることを見出した。3)129系統由来ES細胞において、Tfcp2l1またはStat3について、それぞれの単独コンディショナルノックアウトES細胞を作製し、両者の相補性を検討した結果、相補性が認められないことを明らかにした。4)ラットES細胞では、Tfcp2l1の過剰発現では自己複製を維持できない:ラット由来ES細胞へTfcp2l1を導入し、血清条件下での自己複製を検討した。その結果、予想に反してマウスとは異なり、Tfcp2l1を過剰発現したラットES細胞は血清条件下では自己複製することができなかった。1)3)の成果に関しては、論文投稿準備中の段階となっている。4)については平成29年度も継続して、ES細胞の自己複製におけるTfcp2l1の機能解析を行い、マウスとラットの種差を明らかにする予定である。また、ES細胞樹立過程でのTfcp2l1の過剰発現系を構築するためのベクター作製も終了し、平成29年度中に、NOD系統に由来する初期胚からの血清条件下でのES細胞樹立が可能かどうかを検定する準備は整っている。以上の状況から、研究は概ね順調に進展していると判断した。本研究は、マウスES細胞のナイーブ型多能性幹細胞に特異的に発現している転写因子Tfcp2l1による多能性維持における役割を明らかにすることを目的としている。

本年度は、Tfcp2l1の人為的null細胞の樹立と外来性Tfcp2l1-不安定化ドメインとの融合タンパクによるレスキュー実験系を確立した。これらの実験系を用いて、転写因子Tfcp2l1はマウスES細胞の多能性維持に必須であることが判明した。1)Tfcp2l1fko1(exon2)-ESCの樹立:Exon2の両アレルをloxPで挟み、この細胞を用いてMerCreMerの安定発現株を作製し、タモキシフェン(Tx)添加によりTfcp2l1(exon2)の領域を人為的に除去できるTfcp2l1fko1(floxEx2)-ESCを樹立した。この細胞株において、Tx添加するとほとんどの細胞が死滅したが一部の細胞が生残し、これらの細胞は継代できた。加えて生残細胞を免疫染色すると野生型ES細胞と同等に染色されることから、exon2だけを除去しても多能性を維持することができると考えられる。Tfcp2l1KO1(floxEx2)-ESCを用いて、Tfcp2l1遺伝子の3`UTR内にloxPを導入したES細胞(Tfcp2l1KO2)を樹立した。Tx添加により全てのエクソンを除去すると全ての細胞が死滅したことから、Tfcp2l1遺伝子はES細胞の自己複製に必須であることがわかった。2)Tfcp2l1KO2のレスキュー実験系によるTfcp2l1の多能性維持機構の解析:Tfcp2l1に人為的安定化ドメイン(DD)を融合した発現系を確立した。この融合タンパクは、安定化剤添加により安定化する。この系をTfcp2l1KO2-ESCへ導入し、Txと安定化剤を同時に添加することで、Tfcp2l1KO2-ESCは多能性を維持できる。本年度は、これまでに樹立できていなかったTfcp2l1遺伝子の全ての遺伝子領域が、人為的に除去可能なES細胞株の樹立に成功した。これにより、これまで不可能であったTfcp2l1のナイーブ型多能性幹細胞における多能性維持について詳細な機能解析が可能となっている。このことから順調に進展していると判断した。ES細胞の樹立と維持は、培養条件および遺伝的背景(マウス系統)に強く依存することが知られているが、その原因は不明のままである。本研究において、血清条件下で自己複製が可能なマウス系統(129系統が代表)と、そうでないマウス系統(NOD系統など)を比較し、129系統における自己複製の安定性の要因について解析を行い、以下のことが判明した。129系統、NOD系統およびF1に由来するES細胞を、2i培養法により樹立し遺伝子発現解析によって転写因子Tfcp2l1を同定した。このTfcp2l1は、129-およびF1-ESCのみで高い発現を維持できた。すなわち、129系統が寄与した遺伝的背景をもつESCにおいて発現が維持できることが明らかとなった。NOD-ESCにおいて、Tfcp2l1安定発現株を樹立すると血清条件下で長期間自己複製を維持できた。胚盤胞注入実験により、このESCはキメラ寄与能を維持できていることも確認できた。2iにより樹立したESCにおいてTfcp2l1は血清条件下における自己複製を支持できることが示された。さらに、NOD由来胚盤胞へTfcp2l1を導入すると血清条件下において、阻害剤フリーな培養条件でES細胞株を樹立することができた。
電子ハイブリッド・MHD連成計算機実験による惑星放射線帯電子加速過程の研究

磁化惑星で普遍的に生じている相対論的電子加速過程の解明を目的とした計算機シミュレーション研究を実施した。惑星磁気圏と太陽風との相互作用を解く磁気流体力学計算と、放射線帯でのプラズマ波動の発生と相対論的電子の加速過程を再現する電子ハイブリッドコードを組み合わせる「連成計算」により、地球および木星磁気圏を対象に、高効率な電子加速過程を引き起こすホイッスラーモード・コーラス放射の発生条件を明らかにした。本研究は、惑星磁気圏に普遍的な相対論的電子加速モデルを構築することを目的として、加速過程を担うホイッスラーモード・コーラス放射の発生過程を電子ハイブリッド・MHD連成計算により再現し、コーラス放射の波動特性と電子加速効率を究明する。平成27年度はまず、コーラス放射発生過程に関する電子ハイブリッドシミュレーションを、特に初期条件として与える高エネルギー電子の速度分布と、発生するコーラス放射との関連に着目して実施した。得られた計算結果をもとに、コーラス放射の特徴と計算の初期条件とに関するデータベースを作成した。また、木星磁気圏の磁場構造とプラズマ環境の変動幅について考察するために、様々な太陽風条件下でのMHDシミュレーションを実施した。コーラス放射の発生領域に対応する木星半径の10倍から20倍の領域に着目して、連成計算で用いる初期条件と、必要な計算資源量について整理した。以上の研究活動によって得られた成果は、国内外での学会・研究会で発表した。研究経費はデータ解析環境の整備とデータベース作成補助のための謝金、関連する最新の研究成果の情報収集ならびに成果発表旅費として使用した。H27年度の研究計画として挙げた、電子ハイブリッドコードによるコーラス放射発生過程に関するサーベイ計算と、MHDコードを用いた木星磁気圏の磁場構造・プラズマ環境の時間・空間変動については順調に実施できており、相対論的電子加速モデルで用いられるデータベース構築も予定通り進められている。研究計画2年目となる平成28年度は、初年度に引き続きコーラス放射発生過程に関する電子ハイブリッドシミュレーションを、特に初期条件として与える高エネルギー電子の速度分布と、発生するコーラス放射との関連に着目して実施して、得られた計算結果をもとに、コーラス放射の特徴と計算の初期条件に関するデータベースの構築を進めた。また、過去の研究からコーラス放射の発生頻度が高い領域であることが示されているガニメデ衛星軌道近傍での木星磁気圏の磁場構造とプラズマ環境について、MHDシミュレーションを実施して調べ、それを初期条件として電子ハイブリッドシミュレーションを行う連成計算を実施した。その結果、高エネルギー電子の数密度がある一定の値以上となる条件で、非線形効果が卓越していることを示唆する計算結果が得られ、詳細な解析を実施している。本研究で取り組んでいる連成計算手法は、成果発表を行った日本シミュレーション学会主催のJSST2016でOutstanding Presentation Awardを受賞するなど、高い評価を受けている。H27年度に引き続いて、電子ハイブリッドコードによるコーラス放射発生過程に関するサーベイ計算と、MHDコードを用いた木星磁気圏の磁場構造・プラズマ環境の時間・空間変動についての調査が順調に実施できており、相対論的電子加速モデルで用いられるデータベース構築も予定通り進められている。研究計画最終年度となる平成29年度は、継続して実施してきたコーラス放射発生条件に関するサーベイ計算の結果を用いたデータベースの構築を完了した。特に、電子ハイブリッドシミュレーションにより得られた、初期条件として与える高エネルギー電子の速度分布と発生するコーラス放射との関連に着目したデータセットが整備された。この結果に基づいてまとめた研究成果は、学術論文として発表した他、国内外での学会・研究集会で公表した。さらに、擾乱時の地球磁気圏および木星磁気圏のガニメデ衛星軌道近傍での背景磁場・プラズマ環境を対象とした連成計算の結果をまとめて、国内外での学会・研究集会で成果を報告した。国際学会での招待講演を行うなど高い評価を受けた。本研究の成果は、2016年12月に打ち上げられたジオスペース探査衛星あらせによる地球放射線帯領域でのコーラス放射と相対論的電子との相互作用過程の理解にも大きく貢献することが期待されており、本課題成果の波及効果に関して複数の招待講演と多数の国際・国内学会発表で公表した。以上の成果は9編の査読付き論文として公表され、6件の招待講演を含む12件の国際・国内学会での講演で発表した。

当初の研究計画に従って、H28年度は引き続きサーベイ計算を実施すると共に、電子ハイブリッド・MHDコードによる連成計算機実験を実施する。大規模計算機実験の実施の為に、十分な計算機資源の確保が必要であり、そのための計算機共同利用申請を既に済ませている。また、得られた計算結果と、地球ならびに木星磁気圏でのプラズマ波動・高エネルギー粒子観測結果との比較を進める。観測結果の解析研究を進めるために、研究協力者との共同研究や、関連する研究プロジェクトとの連携を積極的に進めている。当初の研究計画に従って、H29年度は引き続きサーベイ計算を実施すると共に、H28年度より開始した電子ハイブリッド・MHDコードによる連成計算機実験を継続して実施する。29年度が最終年度であるため、記入しない。宇宙空間プラズマ物理学29年度が最終年度であるため、記入しない。
原始星の進化の統計的研究

原始星の進化を統計的に研究するために、4メートル短ミリ波望遠鏡を用いた分子スペクトル(^<12>CO,^<13>CO,C^<18>O;J=1ー0)の観測を行なった。今年度は、受信器の超伝導化とスーパーミニコンピュータの導入によって、飛躍的に観測効率の向上がはかられた。さらに、マイクロプロセッサとPCD型フォトダイオードアレイを用いた新型分光計が予定通り稼動を始めた。新型分光計はデータ取りこみにおけるデッドタイムを極力抑制しており、特に一点あたりの観測時間が30秒以下という高速観測において高い効率を達成している。分子流天体については、我々のグループによって発見されたものが総数50個をこえており、統計的研究のためのサンプルとしてより一層質が向上した。前年度得られていた「分子流天体における光度超過」の傾向が一層明らかになった。分子雲コアについては、^<13>CO、C^<18>Oスペクトルによる広域観測がスピードアップしたことによって、データベースが急速に拡張されつつある。特に^<13>COスペクトルは全体で約3万点が既に取得されており、分子雲コアの総数はほぼ倍増した。
隆起サンゴ礁段丘における旧汀線高度の高精度復元と第四紀の地殻・海水準変動の解明

琉球列島の喜界島には,標高と形成年代の異なる4つの完新世隆起サンゴ礁段丘(I, II, IIIおよびIV面)が発達しており,これらは4回の間欠的な地震隆起のみによって形成されたとする見解と,ユースタティックな海水準変動も関与していたとする見解がある.本研究の目的は,現在のサンゴ礁における礁地形や造礁サンゴの分布と段丘上に保存されている礁地形や造礁サンゴ化石の分布を,定量的に記載して詳細に比較することにより,各段丘形成時の汀線高度を高精度で復元することと,復元された汀線高度とサンゴ化石の放射年代値をもとに島の隆起年代と隆起量をより精密に推定し,各段丘形成へのユースタティックな海水準変動の関与を考察することである.その結果,4つの段丘上の造礁サンゴ化石群集の種構成はほとんど同じで,すべての段丘が現在のサンゴ礁浅海部く特に礁斜面上部)に相当する環境下で形成されたことがわかった.また,現在の礁斜面上部の優占種であるPocillopora verrucosaの被覆率が水深1.5m付近で最も高いことと,段丘上の現地性P. verrucosa化石の被覆率が1面では7.07.5mと8.59.6m, II, IIIおよびIV面ではそれぞれ3.53.8m,2.52.8m,0.41.0mで高いことから,各段丘形成時の汀線高度はI面が8.59.0mと10.811.1m, II, IIIおよびIV面がそれぞれ5.05.3m,4.04.3m,1.92.5mと推定される.さらに,推定された汀線高度,サンゴ化石試料の放射年代値と採取地点の標高を同座標軸上にブロットすると,1.4,3.1,4.1および6.3kaに4回の間欠的な地震隆起に伴う相対的な海面低下が,6.37.0kaにはユースタティックな海水準変動に伴う23mの相対的な海面上昇が起こったことが考えられる.琉球列島の喜界島には,標高と形成年代の異なる4つの完新世隆起サンゴ礁段丘が発達している.これらの段丘の形成要因については,4回の間欠的な地震隆起のみによって形成されたとする説と,その他にユースタティックな海水準変動が関与しているとする説の二つの見解が示されており,現在もこの議論は続いている.この問題を解決するために本研究では,まず段丘の分布高度を高精度で測定し,礁地形や同構成層の堆積物・造礁サンゴ化石を定量的かつ詳細に記載したうえで,これらを現在のサンゴ礁と比較することによって,各段丘形成時の汀線高度を従来の研究より高い精度で復元する.次に,復元された汀線高度と従来報告されている^<230>Th/^<234>U・^<14>C年代値および本研究で新たに得られた^<14>C年代値をもとに島の隆起年代をより精密に推定し,各段丘の形成にユースタティックな海水準変動が関与しているのを考察する.これまでの調査で,4つの完新世隆起サンゴ礁段丘はすべて現在のサンゴ礁の浅海部(特に礁斜面上部)で形成されたことが明らかになった.また,現在の礁斜面上部の水深1.5m地点で最も卓越しているPocillopora verrucosaの段丘上での分布高度から,各段丘形成時の汀線高度はI面形成時が8.59.0mと10.511.0m,II,IIIおよびIV面形成時がそれぞれ5.05.5m,4.04.5m,2.02.5mと推定された.さらに本研究での^<14>C年代測定結果は,II,IIIおよびIV面については従来の報告とほぼ調和的であったが,I面については従来のものと異なるより新しい年代の造礁サンゴ化石も含まれていることが明らかになった.推定された汀線高度の結果からも,I面が年代の異なる2回の海面停滞期に形成された可能性が高い.よって平成13年度は,I面のサンゴ化石の^<14>C年代測定を重点的に行う必要がある.琉球列島の喜界島には,標高と形成年代の異なる4つの完新世隆起サンゴ礁段丘(I, II, IIIおよびIV面)が発達しており,これらは4回の間欠的な地震隆起のみによって形成されたとする見解と,ユースタティックな海水準変動も関与していたとする見解がある.本研究の目的は,現在のサンゴ礁における礁地形や造礁サンゴの分布と段丘上に保存されている礁地形や造礁サンゴ化石の分布を,定量的に記載して詳細に比較することにより,各段丘形成時の汀線高度を高精度で復元することと,復元された汀線高度とサンゴ化石の放射年代値をもとに島の隆起年代と隆起量をより精密に推定し,各段丘形成へのユースタティックな海水準変動の関与を考察することである.その結果,4つの段丘上の造礁サンゴ

化石群集の種構成はほとんど同じで,すべての段丘が現在のサンゴ礁浅海部く特に礁斜面上部)に相当する環境下で形成されたことがわかった.また,現在の礁斜面上部の優占種であるPocillopora verrucosaの被覆率が水深1.5m付近で最も高いことと,段丘上の現地性P. verrucosa化石の被覆率が1面では7.07.5mと8.59.6m, II, IIIおよびIV面ではそれぞれ3.53.8m,2.52.8m,0.41.0mで高いことから,各段丘形成時の汀線高度はI面が8.59.0mと10.811.1m, II, IIIおよびIV面がそれぞれ5.05.3m,4.04.3m,1.92.5mと推定される.さらに,推定された汀線高度,サンゴ化石試料の放射年代値と採取地点の標高を同座標軸上にブロットすると,1.4,3.1,4.1および6.3kaに4回の間欠的な地震隆起に伴う相対的な海面低下が,6.37.0kaにはユースタティックな海水準変動に伴う23mの相対的な海面上昇が起こったことが考えられる.
沖積低地の微地形成と地形環境動態に関する研究

本研究は沖積低地における地形環境の変化と微地形形成との関係を明らかにすることを目的とし,対象地域の微地形・堆積物の特性について詳細な検討を行った.また,低地の微地形と自然災害との関係をより具体的に解明するため,2004年12月26日に発生した津波災害との関係についても検討した.海津は,濃尾平野や矢作川沖積低地においてボーリング調査を実施し,完新世後期における土砂堆積域の変遷について低地の地形・地質に関する検討を進めた.その結果,濃尾平野では土砂堆積域が順次変化することが明らかにされ,また,矢作川低地では低地の幅が比較的狭いにもか変わらず約2800年前を中心とする時期には埋没林が形成されるような土砂の堆積域が比較的固定化されていた時期が存在したこと,また,完新世後期以降土砂堆積が比較的顕著に発生した時期と相対的に安定した時期が存在していることが明らかになった.一方,海津・藤本は,現地研究者のNguyen氏,Ta氏とともにメコンデルタ北部地域においてボーリング調査を行うと共に、堆積物の14C年代試料を測定に供した.その結果,サイゴン川低地の完新世中期における海岸線の位置に関するデータが得られ,完新世後期の地形変化とマングローブ林の立地変動が明らかにされた.また,久保はメコンデルタ上流部において氾濫原地域の地形分類図作成と、表層地質調査、土地利用・水利用調査をおこない,プノンペン周辺の低地微地形と水害との関係を詳細に検討した.これらに加えて,海津・堀はタイ南部アンダマン海沿岸低地の微地形と津波堆積物の分布および津波流動についての検討をおこなうとともに,海津はインドネシア国スマトラ島北端部のバンダアチェ平野において平野の微地形と津波の流動に関する現地調査をすすめ,微地形の違いが津波の流動に大きく影響することを明らかにした.本研究は沖積低地における地形環境の変化と微地形形成との関係を明らかにすることを目的とし,対象地域の微地形・堆積物の特性について詳細な検討を行った.また,低地の微地形と自然災害との関係をより具体的に解明するため,2004年12月26日に発生した津波災害との関係についても検討した.海津は,濃尾平野や矢作川沖積低地においてボーリング調査を実施し,完新世後期における土砂堆積域の変遷について低地の地形・地質に関する検討を進めた.その結果,濃尾平野では土砂堆積域が順次変化することが明らかにされ,また,矢作川低地では低地の幅が比較的狭いにもか変わらず約2800年前を中心とする時期には埋没林が形成されるような土砂の堆積域が比較的固定化されていた時期が存在したこと,また,完新世後期以降土砂堆積が比較的顕著に発生した時期と相対的に安定した時期が存在していることが明らかになった.一方,海津・藤本は,現地研究者のNguyen氏,Ta氏とともにメコンデルタ北部地域においてボーリング調査を行うと共に、堆積物の14C年代試料を測定に供した.その結果,サイゴン川低地の完新世中期における海岸線の位置に関するデータが得られ,完新世後期の地形変化とマングローブ林の立地変動が明らかにされた.また,久保はメコンデルタ上流部において氾濫原地域の地形分類図作成と、表層地質調査、土地利用・水利用調査をおこない,プノンペン周辺の低地微地形と水害との関係を詳細に検討した.これらに加えて,海津・堀はタイ南部アンダマン海沿岸低地の微地形と津波堆積物の分布および津波流動についての検討をおこなうとともに,海津はインドネシア国スマトラ島北端部のバンダアチェ平野において平野の微地形と津波の流動に関する現地調査をすすめ,微地形の違いが津波の流動に大きく影響することを明らかにした.日本における各種タイプの沖積低地および海外対象地域であるメコンデルタにおける地形・堆積物および地形をとりまく環境についての文献レビューをすすめ,沖積低地の堆積物や微地形に関する基礎的なデータを収集した.また,それらの形成および地域的特色に関する基本的な情報を把握するとともに,対象地域の地形・堆積物の特性にかかわる予察的調査を行った.メコンデルタに関して海津は,現地研究者のNguyen氏,Ta氏とともに現地調査をおこない,微地形の特徴を把握するとともに,洪水に関する基礎的な調査をおこなった.また,久保はカンボジア平原(プノンペン周辺)について空中写真の判読により微地形分布図を作成し、表層地質の調査をおこなうとともに、雨季(洪水時)と乾季の衛星画像の解析と微地形・表層地質との関係について検討した。一方,川瀬は,三重県雲出川下流低地について成果をまとめ,3,6002,600年前頃以前には相対的に波浪営力が強い環境の下,浜堤列が形成されたが,2,000年前頃以降は河川の供給土砂量が増大し,円弧状の三角州が発達したことを明らかにした.さらに,藤本は,西表島仲間川下流沖積平野におけるマングローブ林および淡水湿地林の立地変動と相対的海水準変動を明らかにするため、マングローブ林背後に分布するサキシマスオウ群落内の6地点でボーリング調査を行った。その結果、淡水湿地堆積物直下にはマングローブ堆積物は見出せず、干潟環境から直接淡水湿地環境へ変化した可能性を指摘した。中村は,海岸地形や沖積平野の微地形の発達に関連する試料について,加速器質量分析(AMS)による高精度の14C年代値を提供するための基礎的研究を行うと共に,沖積平野の堆積物試料の年代測定を実施した.奥貫は,新しい空間分析のためのソフトウェア開発を進めた.

なお,海津はタイ南部のハジャイ平野においても微地形調査を進め,微地形と水害に関する予察的調査をおこなっている.昨年度に引き続いて日本における各種タイプの沖積低地および海外対象地域であるメコンデルタにおける地形・堆積物や微地形に関する基礎的なデータを収集した.また,それらの形成および地域的特色に関する基本的な情報を把握するとともに,対象地域の地形・堆積物の特性にかかわる予察的調査を行った.メコンデルタに関して海津・藤本・川瀬は,現地研究者のNguyen氏,Ta氏とともにメコンデルタ北部地域において現地調査をおこない,微地形と堆積物に関するデータを取得した.また,藤本は,メコンデルタ北東部カンザー地区において、後期完新世におけるマングローブ立地の動態を明らかにするための現地調査を行った。その結果、現在粘土層が堆積し、マングローブ立地としては最も内陸側に位置する地域の深度50-150cmに、Rhizophora林の存在を示すマングローブ泥炭の存在が確認され、その形成年代を明らかにすべく年代測定を実施中である。さらに,久保はカンボジア平原(プノンペン周辺)について空中写真の判読により微地形分布図を作成し、表層地質の調査を進め、微地形・表層地質との関係について検討した。一方,海津は,完新世後期の濃尾平野における土砂堆積域の変遷について低地の地形・地質と遺跡の分布や遺物の検出状況をもとに検討し,a)4,300-3,000yr BPの間,遺跡は低地北東部に偏在しており,低地中央部や西部には認められない.b)3,000yr BP以降,遺跡の分布域は徐々に西側と南側に拡大した.c)2,200yr BP以降,遺跡は低地中央部や南部に立地したことを明らかにした.また,これらから,3,000yr BP以降土砂の堆積域が低地西部や南部に移動し,2,200yr BP以降土砂の堆積域がさらに低地の西や南側に移行したことを明らかにし,低地の地形形成が単純な一様なものではないことを指摘した.中村は,海岸地形や沖積平野の微地形の発達に関連する試料について,加速器質量分析(AMS)による高精度の14C年代値を提供するための基礎的研究を行うと共に,沖積平野の堆積物試料の年代測定を実施した.奥貫は,新しい空間分析のためのソフトウェア開発を進めた.なお,海津はタイ南部ソンクラー湖沿岸低地の微地形形成についても調査を進め,低地の形成過程と微地形の発達について検討を進めた.また,海津・川瀬はタイ南部のアンダマン海沿岸低地においても微地形調査を進め,微地形と津波災害に関する予察的調査もおこなった.昨年度に引き続いて日本における各種タイプの沖積低地および海外対象地域であるメコンデルタにおける地形・堆積物や微地形に関する検討を進め,それらの形成および地域的特色に関する情報を把握するとともに,対象地域の地形・堆積物の特性と水害,とくに2004年12月26日に発生した津波災害との関係についても検討した.海津・藤本・川瀬は,メコンデルタに関して現地研究者のNguyen氏,Ta氏とともにメコンデルタ北部地域において現地調査をおこない,メコンデルタ北部サイゴン川低地の地形発達およびマングローブ林の立地変動を明らかにするため、ロンアン省の6地点、ホーチミン市北部の3地点、ホーチミン市南部の2地点、およびホーチミン市カンザー地区の7地点でボーリング調査を行うと共に、13点の14C年代試料を測定に供した。現在のところ、そのうち3点の測定結果が得られており、サイゴン川低地の完新世中期における海岸線の位置に関するデータが得られた。
外部トリガーにより安定・同期化する振動人工遺伝子回路の構築

外部からトリガーを与えることにより、より安定に動作し、かつ同期化する振動人工遺伝子の構築を目指し、研究を行った。まず、外部環境を正確に均一にするための微小流体リアクターの試作を行い、先行研究のプラスミドを入手し、GPF発現の振動実験を行った。個々の細胞の振動は、振幅、周期とも大きくばらついており、多くの細胞の測定が必要であること、一つの細胞の振動を測定するためには目視と手動による画像処理を数多く行う必要があること、リアクター内で細胞が重なるなどすると上手く測定できないことが明らかとなった。これらのことから、リアクターのさらなる改良と画像処理ソフトウェアの開発が必要であると分かった。本研究は合成生物学分野で研究されている振動回路の安定化を目指している。生体内で構築された人工遺伝子回路を正確に、安定に動作させるためには、外部の環境を正確にかつ均一に、安定に制御する必要がある。そのため、微小流体リアクターを共同研究先に作成してもらい、利用することとした。また、これらの装置の動作確認のため、すでに振動回路として報告されているHasty (Nature, 2008)のプラスミドを分与してもらい、実験を行った。lacIおよびAraC欠損大腸菌を作成し、Hastyプラスミド導入株を構築した。導入株を用いて、微小流体リアクターによる観測を行ったところ、Hastyとほぼ同じ結果が得られたものの、細胞間による振動にある程度の差があり、報告されたものより、個体差が大きいと考えられた。このため、多数の細胞を観測し、統計的にデータ整理必要があることが考えられた。そのためには、現在提案されているリアクターでは、一度の実験で、1ないし2の細胞しかうまく観測できないため、一度の実験で多数の細胞を観測できるリアクターまたは一度の実験で多くの実験条件を観測できるリアクターの開発が必要であると考えられた。また、微小流体リアクターによる観測では、細胞を単層にする必要があるが、積層されうまく観測できないケースも多く見られた。また、細胞増殖が進むと、リアクター内に細胞が完全に充填され、外部環境を安定に均一状態に制御できないことも明らかになった。これらのことから、リアクターの改良が必要であると考えられた。また、より安定な動作を目指してHastyプラスミドの改良および理論解析を行った。振動回路の安定化には、マイクロリアクターの開発と振動回路の構成およびその調整重要であり、本研究はその点で、非常に重要な示唆を与えるものと考えられた。振動現象は、サーカディアンリズムなど生命で広く観察される現象で、振動する人工遺伝子回路を設計・解析することは、生命情報科学でも大変興味深い。本研究では、外部から周期的にトリガーを与え、それにより各細胞の振動周期を同期させ、振動を安定化させる人工遺伝子回路をシステム設計し、分子生物学実験により実証をすることを目的としている。本年度は、光強度あるいは誘導剤濃度などをトリガーとして、振動現象が同期するように、振動系を設計し、遺伝子組換え等で実現する予定であったが、海外のグループが本研究と同じアイディアを発表したため、急遽、将来の合成生物学の基盤確立に大きく貢献できると考え、本研究を実行するための問題点を明らかにすることに注力した。このため、昨年度試作したマルチステージ微小流体リアクターでのさらなるデータ収集とIPTGおよびアラビノース濃度を変更した振動現象の観測を行った。流体リアクターで振動現象を測定することで、長時間測定を行うと菌体増殖が激しく、測定していた菌体が押し流されてしまう現象は、現状のマルチステージ微小流体リアクターへ改良しても回避が難しいことが明らかとなった。また、5-10分おきに、顕微鏡で位相差画像と蛍光画像を測定し、測定対象菌体内の蛍光値を数値化する作業が必要となるが、この処理は観測者が長時間にわたり手動で行う必要がある。このことが、多数の振動現象の測定には大きな問題であるとわかった。これは、長時間の測定で、細胞が分裂するため、徐々に対象の菌体の場所がずれ、なおかつ二つに分かれるため、従来の画像認識ソフトウェアを少し改良するだけでは、困難であるためである。特に、画像処理ソフトウェアの問題は、振動現象の測定実験回数に大きく制約を与えるもので、新しいアイディアのソフトウェア開発が必要不可欠であると考えられた。Hastyプラスミドを用い、微小流体リアクターで振動現象の動作確認ができた。Hastyプラスミドの改良および理論解析も行い始めることができた。25年度が最終年度であるため、記入しない。微小流体リアクターの改良を行い、一度の実験で、多くの実験条件、多数の細胞を観測できる測定系の構築を目指す。また、Hastyプラスミドの改良および理論解析を進め、振動現象安定化を進める。
マイクロRNAと磁気ターゲッティングを併用した難治性骨折の治療戦略

偽関節等の難治性骨折はしばしば治療に難渋する。microRNA(miRNA)は様々な生命現象に重要な役割を担っており、疾患の病態にも関与している。本研究は、骨形成を促進するmiRNAを同定し、難治性骨折モデル動物に合成miRNAを磁気ターゲッティングと併用することにより骨癒合を促進することを目的とした。ヒト骨髄間葉系幹細胞(hMSC)を骨分化誘導し、分化前後で発現変動するmiRNAを網羅的に解析し、microRNA-222 (miR-222)を抑制すると骨分化が促進することがわかった。miR-222 inhibitorを、ラット難治性骨折モデルに局所注射したところ、骨形成が促進されていた。様々な生命現象に重要な役割を担っており、疾患の病態にも関与しているmicroRNA(miRNA)の発現を制御することにより、難治性骨折の新たな治療方法を検討する。骨形成能・血管新生能を有するmiRNAの解析を行った。ヒト骨髄間葉系幹細胞(MSC)を骨分化誘導し、分化前後で発現変動するmiRNAを網羅的に解析した。有意に発現が変動していたmiRNA-222に着目し、解析を行った。MSCの骨分化誘導を行う際、MSCに合成miRNA-222を強制導入し、またmiRNA-222 antisenseを導入し発現抑制を行った。Osteocalcin、Runx2のReal time PCRとアリザリンレッド染色を行ったところ、miRNA-222の発現を抑制すると骨分化が促進し、過剰発現させると骨分化が抑制されることがわかった。次に、ラット大腿骨骨幹部を骨折させ、その骨膜を焼灼した偽関節モデルを作製し、アテロコラーゲンと混合したmiRNA-222 antisenseを局所投与した。対照群は、非機能性の1本鎖DNAを投与した。投与後8週でmiRNA-222 antisenseを投与した群では、単純レントゲン上、CT画像上骨癒合が確認できた。対照群では、仮骨形成は認めるものの、骨折部の架橋は認めなかった。組織学的評価においてもmiRNA-222 antisenseを投与した群では、骨折部の良好な骨形成を認め、IsolectinB4による血管形成の評価においてもmiRNA-222 antisenseを投与した群では、多くの新生血管を認めた。目的;偽関節等の難治性骨折はしばしば治療に難渋する。本研究は、骨形成に重要な役割を担うmiRNAを同定し、難治性骨折モデル動物に合成miRNAあるいはそのアンチセンスを局所投与することにより、骨癒合を促進することを目的とする。さらに、投与する合成miRNAあるいはそのアンチセンスとナノサイズの鉄粉を混合し、外磁場によって偽関節部に核酸を集積させ、より骨癒合が促進させることができるかどうか検討する。方法;ヒト骨髄間葉系幹細胞(hMSC)を骨分化誘導し、分化前後で発現変動するmiRNAを網羅的に解析する。有意に発現が変動するmiRNAにつき、骨分化を促進するかどうか検討する。骨分化能・血管新生能を有するmiRNAについて、合成2本鎖miRNAあるいはinhibitorを、ラット難治性骨折モデルに局所注射し、骨癒合を評価する。合成miRNAあるいはinhibitorとMRI造影剤であるフェルカルボトランをアテロコラーゲンと混合し、ラット難治性骨折部に局所注射し外磁場装置を用いて骨折部に集積させる。結果;hMSCにおいて骨芽細胞分化に伴い、miRNA(miR)-222の発現が有意に低下した。hMSCにmiR-222 antisenseを強制導入したところ、骨芽細胞分化は促進された。ラットの大腿骨骨幹部を骨折させ骨膜を焼灼する難治性骨折モデルにmiR-222 antisenseを投与したところ、非機能性の一本鎖DNAを投与した対照群と比較すると有意に骨形成が促進された。また、miR-222の投与により、骨折部での血管新生も確認された。考察:MSCにおいてmiR-222の発現を抑制すると骨芽細胞分化が促進されることが確認された。miRNAantisenseは臨床応用されているものもあり、難治性骨折の治療にも応用できるものと考えられる。まず、骨形成能を有するmicroRNAの同定を行い、これまで骨形成に関しては報告のなかったmiRNA-222が骨形成に関与していることを同定できた。また、実際にラット大腿骨偽関節モデルにおいてmiRNA-222の発現を抑制することで骨形成が促進することが確認できた。整形外科学、再生医療miRNA-222の骨形成能に関する標的遺伝子の同定を含めたメカニズムの解析を行う。

また、ラット大腿骨偽関節モデルに対し、磁性体をmiRNA-222 antisenseとともにアテロコラーゲンを混合し、偽関節部に投与した後、磁場をかけて集積させることができるかどうか検討を行う。