hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
歯科用IPによる放射性セシウム等の高エネルギー放射性物質検出感度の向上技術確立

エネルギー差は1.17MeVあるため、崩壊形式は最初にベータ線は512keVが95%でBa137mとなり、1.17MeVが5%でBa137となる。Ba137mは、662keVのガンマ線を放出しBa137になる。一方IPのエネルギー特性はk吸収端の40keV弱で、発光量はk吸収端より大きいエネルギーで急速に低下している。500keVとk吸収端との発光効率の比は約40倍となっている。すなわち500keVをいくつかの小さなエネルギーに変換することで、大きく効率が上昇し検出感度が上がると考えられる。エネルギー変換のために40KeV付近に特性X線を放出する物質を探した。その結果錫箔が最適であることが物理学的特性から考えられ、錫箔による階段の作成に取り掛かった。また歯科用IPは会社により性能が異なることがわかった。特に低コントラスト分解能に差がでる。これは検出感度に影響を及ぼすことが考えられる。さらに歯科用IPのエネルギー依存性を60kVと70kVのX線照射により低コントラスト分解能に差がみられるか検討した。この結果VistaScan Perioを用いるのが最適であることが示された。今後このIPと錫箔階段で実験を進める。最初の計画よりもやや遅れている。歯科用イメージングプレート(IP)は製造会社によって基本的な性能が異なることがわかった。歯科用IPは医科用IPとIP自体は同様であるが、読み取り装置に備わった機能やハードそのものが大きく異なることから、最低線量の検出能が非常に劣っていることが判明した。これらのことから、使用可能な装置で実験に最も適切な装置を選択するため、装置間の性能評価の実験を行った。この実験は最初の計画には予想されていなかったため、実験が少し遅れた。セシウム137とセシウム134が含まれているサンプル用の土壌は、セシウム134の半減期が2年と短いため、再び標準サンプルの計測を行った。標準U8容器に重さを5、10、20、50、100グラムまでの5種類に変化させたときの放射能量は、セシウム134は76から788Bqで、セシウム137は1066から9144Bqであった。10gまでは比例関係認められたが、20g、50g、100gでは効率が低下した。5gを基準とすると最大で半分程度になった。100gのサンプル土壌の放射能量では、歯科用イメージングプレートでの検出は1週間の設置では検知できなかった。過去の研究結果を応用してプレ照射を行ってから1週間後で測定したが、同様に検知できなかった。歯科用イメージングプレートでの検出限界となるX線量を用いて、新しくポスト照射を行って測定したところ、設置後1週間で検知できた。同様な方法で50gで行ったところ1週間で検知できた。繰り返し実験を行ったところ測定画像のグレイ値に大きなばらつきが認められた。原因を調べ結果、イメージングプレートの読み取り装置への挿入方向とカセッテの入れる位置に依存することが判明した。k吸収端を利用した検出では、歯科用X線フィルムの鉛箔の厚さでは、明らかに検出能の低下が認められた。錫箔では、明らかなグレイ値の低下は見られなかったことから、適切な厚さにより、検出能の向上が期待された。現在、均一な画像を得る測定方法が確立したことから、この方法により適切な錫箔の厚さを決定し、セシウムの検出限界を決定することを行っている。1.ベータ線とガンマ線のイメージングプレート(IP)への影響の違いの検討を行う。Cs137とCs134から放出されるβ線を遮断したものと遮断しないものの2種類の比較により検討を行う。R[g/cm2]=0.542
中世修道院文化における教父思想の伝統

本研究は、西洋古代から中世への移行の問題を、思想史的伝統という観点から取り上げ、12世紀までの思想史伝承を専ら担った修道院文化における教父思想の受容史を解明することを目的とした。従来、各思想家が教父から受けた影響など、断片的に研究されたことはあったが、総合的な研究はほとんど為されなかった。そこで、本研究では、包括的な計画を立て、共同研究と研究者の個人研究を組み合わせながら、教父思想の伝達史を時代を追って辿り主だった教父と古典古代の諸著作の受容と中世文化への適応の仕方を吟味し、中世文化における古代後期思想の歴史的全体像を捉えようと企画した。本研究の主要な成果は以下の通りである。1.当時の学校制度による教父・古典古代思想の伝達の方法とルートの解明,2.ベネディクト会修道制の諸改革による教父思想受容の諸段階の区別,3.中世図書館目録の研究による、教父時代の著作の流布状況の調査,4.以上の研究により、8世紀から12世紀まで、教父・古典古代思想の執筆者たちがそれぞれどの程度の権威を持っていたかを確認,5.教父・古典古代思想家を受容する際の選択基準・目的・位置付けの識別,6.11・12世紀における修道院神学と初期スコラ神学との明確な区別により、修道院神学に固有な教父文化との生きた連続の発見,7.ラテン修道院神学におけるギリシア・東方教父の修道伝統の吟味,8.重点的な研究により、既に、(1)教父・中世の歴史記述の変遷,(2)13世紀におけるアウグスティヌスの思想に対する受容の基本的類別,(3)ディオニュシオス・アレオパギテスの12,3世紀スコラ学・神秘思想に対する影響の解明,(4)13世紀後半から15世紀、またはルネサンス・近世に到るまでの教父思想の受容に関しては、その輪郭を明らかにすることが出来たが、より詳細な研究を今後の課題とする。
薬剤耐性菌の耐性分子機構に基づいた迅速鑑別法の開発と評価

1) Amblerのクラス分類によりOXY-型ベータラクタマーゼと同じクラスに分類されるTEM-型ベータラクタマーゼとCTX-M型ベータラクタマーゼのクラスAベータラクタマーゼ阻害剤に対する抵抗性を比較した。阻害剤として、スルバクタム、タゾバクタム、クラブラン酸を用いた。阻害剤抵抗性の指標として阻害剤のIC50値を算出した。各阻害剤のIC50値は、TEM-型ベータラクタマーゼとCTX-M型ベータラクタマーゼに対するIC50値と比べ、OXY-型ベータラクタマーゼに対するIC50値は高いものであった。また、OXY-型ベータラクタマーゼは測定した3薬剤のなかでも、特にスルバクタムに対して高い阻害剤抵抗性を示した。2) OXY-型ベータラクタマーゼ、TEM-型ベータラクタマーゼ、CTX-M型ベータラクタマーゼのスルバクタム分解活性を比較した。スルバクタムの分解産物の最大吸収波長における吸光度変化を指標として阻害剤分解活性を測定した。OXY-型ベータラクタマーゼは、TEM-型ベータラクタマーゼやCTX-M型ベータラクタマーゼと比べ、高い分解活性を示した。一般的なクラスAベータラクタマーゼと比較して、OXY-型ベータラクタマーゼは阻害剤に対する高い分解活性を有していた。OXY-型ベータラクタマーゼは、一般的なクラスAベータラクタマーゼに比して高いベータラクタマーゼ阻害剤分解活性を有していた。OXY-型ベータラクタマーゼが示す阻害剤抵抗性は、阻害剤の分解によるベータラクタマーゼ阻害剤不活化に起因することが示唆された。28年度が最終年度であるため、記入しない。1)大腸菌ライブラリーの構築、2)薬剤感受性試験、3)酵素の精製を実施した。1)当研究室に所有するOXY-型ベータラクタマーゼ産生株を対象として、PCR法にてOXY-型ベータラクタマーゼの保有を確認した。さらに、OXY-型ベータラクタマーゼ産生株においてダイレクトシーケンス法によりOXY-型ベータラクタマーゼの型別を実施した。阻害剤抵抗性の原因となるアミノ酸変異の同定を目的として、部位特異的変異導入法により大腸菌ライブラリーを構築した。2)OXY-型ベータラクタマーゼ産生株と、構築したライブラリーに対する各種抗菌薬(ベータラクタム薬,ベータラクタマーゼ阻害剤)の最小発育阻止濃度を寒天平板希釈法により測定した。阻害剤抵抗性を示した株に関しては、PCR法によるOXY-型ベータラクタマーゼを検索した。阻害剤耐性を示し、かつPCR法によって検索されなかった菌に関して、新規OXY-型ベータラクタマーゼ遺伝子の探索を目的にクローニングを実施した。3)当研究室が所有する菌株を用い、OXY-型ベータラクタマーゼの大量発現系作製とクロマトグラフィーシステムを用いた酵素精製方法を構築した。OXY-型ベータラクタマーゼ遺伝子をタンパク質の大量発現用ベクター(pET29a)に組み込み、BL21株を用いてクローニングすることで大量発現系を構築した。タンパク発現の誘導にはイソプロピル-ベータ-チオガラクトピラノシド(IPTG)を用いた。菌体の破砕には超音波破砕機を用いた。回収した上清からイオン交換クロマトグラフィーとゲルろ過クロマトグラフィーを組み合わせることで、90%以上の純度で酵素を精製した。野生型酵素とタンパク質の性質が異なる変異体酵素においては、精製過程の条件検討によって精製方法を最適化した。本年度は、1)大腸菌ライブラリーの構築、2)精製した酵素の評価、3)酵素学的性質の評価、4)阻害剤のハイスループットスクリーニング系の構築を実施した。1)1年目に作製した野生型酵素を産生する大腸菌を用い、部位特異的変異導入法により変異体酵素を作製した。2年目では、既報において阻害剤抵抗性の原因として示唆されていたものとは異なるアミノ酸について変異体酵素を作製した。2)精製した酵素に対してN末端アミノ酸シーケンスを実施した。N末端アミノ酸シーケンスの結果、精製したタンパク質のN末端5アミノ酸は予測された配列と一致し、精製したタンパク質がOXY-型ベータラクタマーゼであることを確認した。また、精製した酵素溶液を動的光散乱法で評価した。3)OXY-型ベータラクタマーゼの阻害剤抵抗性の原因を明らかとするために、ベータラクタム薬およびベータラクタマーゼ阻害剤に対する酵素学的性質を他のClassAベータラクタマーゼと比較した。これらClassAベータラクタマーゼに関しても、OXY-型ベータラクタマーゼと同様にして精製した。4)新たなベータラクタマーゼ阻害剤を見出すために、ハイスループットスクリーニングを計画しスクリーニング系を構築した。基質としてニトロセフィンを選択した。OXY-型ベータラクタマーゼ、ニトロセフィン、種々の化合物との存在下で酵素活性を阻害する化合物をスクリーニングする。そのために酵素の濃度、基質の濃度、阻害剤の濃度などの条件設定を行い、スクリーニング系の最適化を行った。2年目に計画していた研究計画を一部変更して実施した。2年目に計画していた実施項目に関して現在も検討を重ねている項目もあり、一部研究計画の遂行が遅延している。一方で、最終年度に予定していた新規阻害剤の候補検索に着手しており、その点においては当初の計画より先んじて研究を遂行できており、研究は概ね当初の研究計画通りに進行している状況にある。

1) Amblerのクラス分類によりOXY-型ベータラクタマーゼと同じクラスに分類されるTEM-型ベータラクタマーゼとCTX-M型ベータラクタマーゼのクラスAベータラクタマーゼ阻害剤に対する抵抗性を比較した。阻害剤として、スルバクタム、タゾバクタム、クラブラン酸を用いた。阻害剤抵抗性の指標として阻害剤のIC50値を算出した。各阻害剤のIC50値は、TEM-型ベータラクタマーゼとCTX-M型ベータラクタマーゼに対するIC50値と比べ、OXY-型ベータラクタマーゼに対するIC50値は高いものであった。また、OXY-型ベータラクタマーゼは測定した3薬剤のなかでも、特にスルバクタムに対して高い阻害剤抵抗性を示した。2) OXY-型ベータラクタマーゼ、TEM-型ベータラクタマーゼ、CTX-M型ベータラクタマーゼのスルバクタム分解活性を比較した。スルバクタムの分解産物の最大吸収波長における吸光度変化を指標として阻害剤分解活性を測定した。OXY-型ベータラクタマーゼは、TEM-型ベータラクタマーゼやCTX-M型ベータラクタマーゼと比べ、高い分解活性を示した。一般的なクラスAベータラクタマーゼと比較して、OXY-型ベータラクタマーゼは阻害剤に対する高い分解活性を有していた。OXY-型ベータラクタマーゼは、一般的なクラスAベータラクタマーゼに比して高いベータラクタマーゼ阻害剤分解活性を有していた。OXY-型ベータラクタマーゼが示す阻害剤抵抗性は、阻害剤の分解によるベータラクタマーゼ阻害剤不活化に起因することが示唆された。1年目に計画していた研究計画を実施し遂行した。2年目に計画していた実施項目に着手できているのもあり、研究は概ね当初の研究計画通りに進行している状況にある。酵素学的、構造学的手法を用いて、OXY-型ベータラクタマーゼの評価を継続する。さらに、ハイスループットスクリーニングによる新規阻害剤の探索を行う。探索した阻害剤を用いて新規検査法を確立する。さらに得られた成果をまとめる。28年度が最終年度であるため、記入しない。1年目に精製した酵素を酵素学的速度論で評価する。精製した酵素を結晶化し、その結晶のX線結晶構造解析することで酵素の立体構造決定を行う。得られた立体構造情報とケムインフォマティクスを利用して、OXY-型ベータラクタマーゼの阻害剤抵抗性の一因を原子レベルで明らかにするとともに、新規阻害剤の探索を行う。
軌道純化に基づく高温超伝導体の圧力・非平衡制御と転移温度増強の理論・実験的研究

高温超伝導を再攻略し、(1)軌道純化理論を二層系等に拡張し、(2)銅酸化物のTcのドーム構造を理論的に再現し、(3)隠れた梯子をもつMo系等を提案し、永崎グループで合成を開始、広いバンドと狭いバンドの共存が超伝導に有利なことも理論的に示し、(4)銅酸化物と同構造のイリジウム化合物の探索領域を拡大した。非平衡に対しては、(5)強いレーザー光で超伝導体を励起したときの物理を実験と理論の緊密な連携により確立し、ヒッグスモードが超伝導の良いプローブになり、(6)光との非線形相互作用のために強い第三高調波が発生することを、s波超伝導体NbN、銅酸化物高温超伝導体に対して発見し、理論解析も確立した。高温超伝導銅酸化物は未だに最高のTcをもつが、これを、鉄系超伝導などで培われた現在の視点から再攻略し、銅酸化物のTc増強、及び、非銅系類似物質における超伝導誘起を目指すのが本課題の目的である。本年度の実績は以下の通り。第一の柱は、代表者の青木等が示したように、単一軌道系と見られることが多い銅酸化物も実は多軌道性を有しており、単一軌道性を高める、すなわち「軌道純化」すればTc上昇が期待される。この理論的観点を詳しく調べた。具体的には、軌道純化理論を、これまでの一層系から二層系に拡張し、その普遍性を示した。さらに、銅酸化物の電子・ホール非対称性の起源を二体自己無撞着法によって調べ、非対称性を理解するためには現実的なバンド構造を考慮した3バンド模型が必要であることを示した。実験的には、研究開始年度にあたり単結晶試料の育成、高圧合成法を用いた試料作成に着手したとともに、異方的圧力効果の予備実験を行った。第二の柱は、強い外場(レーザー光)により励起される超伝導体中のヒッグス・モードは超伝導の良いプローブになる、という観点を理論的に詳しく解明した。実験的には、s波超伝導体NbNを対象に、高強度テラヘルツ波パルス駆動下で超伝導秩序変数がどのように時間変化するかを調べた結果、入射周波数の2倍の周波数で超伝導秩序変数が振動すること、その際に強い第三高調波が超伝導体から発生していることを発見した。系統的な測定(島野グループ)と理論(青木グループ)と緊密な共同研究から、この現象が超伝導ヒッグスモードと光との非線形相互作用に起因していることを明らかにした。理論的には、1年目において軌道純化理論の普遍性を示すことができ、順調なスタートを切ったといえる。高温超伝導銅酸化物のもつTcの「ドーム構造」理解のために、DMFT+FLeXという新たな理論枠組みを構築しつつある。また、酸素の軌道をあらわに考えることの重要性をこの段階で認識できたことは大きい意義を持つといえる。実験的には、異方的圧力効果検証のための実験セットアップの構築を行い、銅酸化物粉末配向試料を用いて予備実験を行ったことは良い出発点とおもわれる。また、ポンププローブ実験用の単結晶試料の育成も行えた。光励起に関しては得に予想以上に順調に進展した。超伝導秩序変数が光で動的に変調されること、従来電磁波とは結合しないと考えられていたヒッグス・モードが非線形応答領域では結合することを発見し、世界的にも大きな反響をもたらした。平衡での超伝導に関して、理論サイドでは、(1)銅酸化物高温超伝導体のTcが、キャリア濃度に対してドーム状になる実験事実について、DMFT(動的平均場理論)とFLEX(揺らぎ交換近似)を組み合わせる手法を新たに開発・適用することによりTcドームの再現に成功した。(2)銅酸化物のTcの電子・ホール非対称性の起源を、TPSC法をdp模型に適用して明らかにした。(3)非連結フェルミ面をもつ二層ハバード模型の超伝導転移温度をFLEXを用いて計算し、Tcの最大値がホッピングの1/10程度(室温)になることを示した。これに対する物質探索として、NiとCo酸化物に対する第一原理計算を行った。実験サイドでは、(1)水銀系超伝導銅酸化物において、大気圧ではキャリア不足の物質が22万気圧では-120°Cの超伝導を示すことを確認した。(2)新物質(Ln,Ca)2NiO4(Ln=Sm,Eu,Gd,Tb)を高圧合成法を用いて合成し、超伝導出現の可能性を探った。(3)銅酸化物超伝導体と同じ結晶構造を持つイリジウム化合物は、強いスピン軌道相互作用に起因する新しいモット絶縁体であるが、メカニカルアロイング法を用いることにより固溶領域の拡大に成功した。非平衡での超伝導に関して、理論サイドでは、電子とフォノンが結合している系を非平衡にすると、電子・フォノン結合の強さに応じて緩和過程が異なることを見出した。超伝導体におけるヒッグス・モードの理論を構築した。電子・フォノン結合系におけるヒッグス・モードの特徴を明らかにした。実験サイドでは、最適ドープの銅酸化物高温超伝導体を高強度テラヘルツ波パルスにより励起し、超伝導秩序のコヒーレントな振動の観測に成功した。2バンド超伝導体MgB2に対して、テラヘルツ第三高調波発生の実験を行い、ヒッグスモードを示唆する共鳴現象の観測に成功した。高温超伝導体の理解や実験的制御については、かなり全体像が明らかになりつつある感触をえている。

新たな超伝導の模型についても、さまざまな方向性で探索しており、理解が進んでいる。一方、設計されたものを新物質で合成、という点に関しては、試みは進行はしているものの、理想的な状況と比べるとまだ離れている場合が多い。光励起非平衡の実験に必要な高強度テラヘルツ波光源の開発は順調に進み、超伝導転移温度以下で、研究計画当初に予想したコヒーレント振動の観測に資した。[青木]研究実施計画通り、動的バーテックス近似(DΓA)を超伝導体に拡張する定式化を終了し、これを、高温超伝導酸化物に対するハバード模型に適用し始めた。これにより、以前にFLEX+DMFT法により求めた超伝導転移温度Tcのドーム構造が、DΓAでは全体的に低温側にシフトするが、やはりドームとなるという結果を得た。また、多体効果のためにフェルミ面が自発的に歪むポメランチュック不安定性も調べ、歪みがある場合にTcが増強されるケースがあることを見いだした。また、様々な遷移金属化合物に対して、Tcを増強させる物質設計を黒木グループと協力して行い、実験の永崎グループとも綿密な議論を行った。[黒木]Tc増強の設計について、特に単一軌道からなるが結晶構造のために特徴的な電子構造(例えば広いバンドと狭いバンドの共存系)をもつ系が超伝導を有利化する場合を中心に探索した。ここでは、第一原理電子状態計算も駆使した。[永崎]上記の理論設計と連携して実際に物質合成を様々試みた。また、加圧によるTcの変化の詳細や、島野グループによる超伝導におけるヒッグス・モードの実験のための単結晶作成も行った。[島野]高温超伝導酸化物を中心にして、超伝導におけるテラヘルツ・ポンプ・プローブ分光を様々行い、超伝導における集団励起であるヒッグス・モードやレゲット・モードの実験を行った。本年度は特に、ヒッグス・モードからの寄与と電荷密度揺らぎからの寄与の分離について、青木の理論グループとも連携して詰め、強結合超伝導において前者が支配的との結果を得た。[秋光]引き続きイリジウム化合物についてのドーピング等に関する実験を行うとともに、バレンススキップなど他の系についても探索した。本基盤研究の要である、理論(青木、黒木)による物質設計と、実験(永崎、秋光)による物質合成がおおむね順調に進んでいる。また、超伝導体におけるヒッグス・モードについても、このテーマでの実験、理論のパイオニア的なグループである島野と青木の連携が順調に進行しており、特に集団励起からの寄与と準粒子励起からの寄与の分離、といった新たな面も開発した。青木:動的バーテックス近似(DGammaA)を超伝導に拡張して非従来型超伝導を調べた。これにより、バーテックス補正が超伝導に重要な寄与をすることを初めて明確に示した。これは超伝導体の理解だけでなく、バーテックス補正最適化により超伝導を増強するというヒントを与える(ウィーン工大との国際共同研究)。超伝導の励起状態においては、異方的ペアリングをもつ銅酸化物高温超伝導体における集団励起(ヒッグスモード)の理論を構築し、島野グループの実験と併せて、共同研究を遂行した。黒木:単一軌道系において超伝導が増強される模型として、ワイドバンドとナローバンドが共存する系における超伝導を理論的に調べ、様々な鎖模型に対して、フェルミ準位がナローバンド近傍のときに超伝導が増強されることを示した。このメカニズムによる超伝導を実現できる物質を理論的に探索し、Sr3Mo2O7を、青木との共同研究により提唱した。秋光:層状Ir酸化物Sr2-xLaxIrO4をメカニカルアロイ法を用いることによりLa固溶量を増大させた。
絶対安定化ネットワーク構造の設計：IoT時代の新技術

複数の動的システムの相互作用によって,大域的な機能を発現するシステムを「ネットワーク化制御システム」という.制御工学の分野では,センサネットワーク,スマートグリッド,ビークルの自動運転などへの関心の高まりを背景に,今世紀に入って,ネットワーク化制御システムが主要な研究対象に成長してきている.一般に,ネットワーク化制御システムは,構成要素の特性に相当する「要素ダイナミクス」と,つながりに対応する「ネットワーク構造」の組だと考えられる.このとき,システムの規模が大きくなるに従って,個々の構成要素の情報を得るのが困難になることが知られている.それゆえ,「構成要素が未知だったとしても,システム全体の安定動作を100%保証するネットワーク構造(つながり)は何か?」が重要な問いとなる.本応募課題では,絶対安定化ネットワーク構造の設計理論を確立することを目的としている.これに対し,本年度の成果は以下の通りである.(1)絶対安定化を実現できるネットワーク構造のクラスとして,カクタスグラフが知られている.本年度は,絶対安定性の意味で,カクタスグラフと等価となるネットワーク構造の検討を行った.(2)絶対的双安定性のネットワーク構造の特徴付けを完成させた.(3)本研究の応用例として,移動ロボットネットワークを考えているが,その装置の準備を行った当初予定の通り進行しているため以下の2点について検討をする.(1)現在のところ,ノードに対してある種の単調性を仮定しているが,これを取り除くことを検討する.(2)移動ロボットネットワークで実験を行う.複数の動的システムの相互作用によって,大域的な機能を発現するシステムを「ネットワーク化制御システム」という.制御工学の分野では,センサネットワーク,スマートグリッド,ビークルの自動運転などへの関心の高まりを背景に,今世紀に入って,ネットワーク化制御システムが主要な研究対象に成長してきている.一般に,ネットワーク化制御システムは,図1に示すように,構成要素の特性に相当する「要素ダイナミクス」と,つながりに対応する「ネットワーク構造」の組だと考えられる.このとき,システムの規模が大きくなるに従って,個々の構成要素の情報を得るのが困難になることが知られている.それゆえ,「構成要素が未知だったとしても,システム全体の安定動作を100%保証するネットワーク構造(つながり)は何か?」が重要な問いとなる.本応募課題では,絶対安定化ネットワーク構造の設計理論を確立することを目的としている.これに対し,本年度の成果は以下の通りである.(1)絶対安定化を実現できるネットワーク構造のクラスとして,カクタスグラフが知られている.本年度は,絶対安定性の意味で,カクタスグラフと等価となるネットワーク構造を,閉路次数という概念を用いて特徴付けた.(2)絶対安定性の反対の概念である絶対不安定性(絶対振動的)の証明を完成させた.(3)本研究の応用例として,ライントレース型移動ロボットネットワークを考えているが,その装置の構築を行った.理論,実験ともに,予想通りの成果が得られているため.複数の動的システムの相互作用によって,大域的な機能を発現するシステムを「ネットワーク化制御システム」という.制御工学の分野では,センサネットワーク,スマートグリッド,ビークルの自動運転などへの関心の高まりを背景に,今世紀に入って,ネットワーク化制御システムが主要な研究対象に成長してきている.一般に,ネットワーク化制御システムは,構成要素の特性に相当する「要素ダイナミクス」と,つながりに対応する「ネットワーク構造」の組だと考えられる.このとき,システムの規模が大きくなるに従って,個々の構成要素の情報を得るのが困難になることが知られている.それゆえ,「構成要素が未知だったとしても,システム全体の安定動作を100%保証するネットワーク構造(つながり)は何か?」が重要な問いとなる.本応募課題では,絶対安定化ネットワーク構造の設計理論を確立することを目的としている.これに対し,本年度の成果は以下の通りである.(1)絶対安定化を実現できるネットワーク構造のクラスとして,カクタスグラフが知られている.本年度は,絶対安定性の意味で,カクタスグラフと等価となるネットワーク構造の検討を行った.(2)絶対的双安定性のネットワーク構造の特徴付けを完成させた.(3)本研究の応用例として,移動ロボットネットワークを考えているが,その装置の準備を行った当初予定の通り進行しているため以下の2点について検討をする.(1)昨年度に引き続き,絶対安定化ネットワーク構造をグラフ理論の概念を用いて特徴付ける.また,構成要素を追加/削除しながら,絶対安定化ネットワーク構造を生成するアルゴリズムを開発する.(2)ライントレース型移動ロボットネットワークに限定し,衝突回避の意味で絶対安定化するネットワーク構造を明らかにする.以下の2点について検討をする.(1)現在のところ,ノードに対してある種の単調性を仮定しているが,これを取り除くことを検討する.(2)移動ロボットネットワークで実験を行う.
古墳時代における伝世鏡の研究

前期古墳から出土する漢中期の鏡を伝世鏡と呼ぶ。弥生時代に舶載された銅鏡が、近畿地方の弥生社会には銅鏡を伝世する風習があったため出土せず、古墳時代に強力な政治的中心ができた後に前期古墳に副葬されるようになったとする仮説である。伝世鏡論を認める根拠の一つは、副葬鏡の幾つかに「手ずれ」とされる長年月にわたる磨きなどによって、鏡背文様が朦朧となったものが見受けられるという事である。朦朧化現象の原因については「湯冷え」が原因とする説と「踏み返し」が原因とする説とがあった。以上の問題意識から以下の2点を中心に検討した。一つは伝世鏡と言われているものについて観察調査を行った。高精度デジタルマイクロスコープを利用して、肉眼観察ではなしえない高倍率の観察と記録を行った。対象としては、方格規矩四神鏡、内行花文鏡、画文帯神獣鏡を取り扱った。伝世鏡論において代表的事例としてあげられている鶴尾神社4号墳出土鏡について詳細に検討した。これらの観察結果を総合すると、鏡背が朦朧となっていても、鋳肌の面積が大きく、朦朧化の原因は長期間の使用による磨滅などではないことが明白となった。朦朧となる原因については、明確な回答は得られず、幾つかの状況証拠によって踏み返しの際の技法上の問題か踏み返し鏡自体に問題が所在した可能性が高い。2点目は中国大陸において、列島内で出土する伝世鏡のような文様の朦朧とした銅鏡があるかどうかを確認することにした。調査地は陝西省洛陽市、山東省斉南市、大韓民国ソウル市などで類似鏡を探した。およそ600面ほどの出土鏡収蔵鏡に関して観察調査を行った。その結果2面の異体字銘帯連弧文鏡について、肉眼観察ではあるが伝世鏡の鏡背文様に認められる朦朧化現象が確認された。肉眼観察のみなので、詳細については今後の精密な観察と記録が必要であるが、類似の銅鏡を発見できたことは、朦朧化現象を列島内での伝世とそれによる長期間の使用による磨滅のみに限定する必要が無くなったということで大きな成果である。弥生時代から古墳時代への転換に重要な役割を担ったと説明されている伝世鏡を俎上にあげ、銅鏡の検討からこれらの仮説が正しいかどうか確認することを目的としている。まず第一に弥生時代の集落跡から出土した銅鏡の手ずれ、製作痕跡を検討した。福岡県徳永川ノ上遺跡出土鏡を検討し、手ずれ、湯冷えなどを確認した。次に弥生時代の王墓と考えられる平原弥生古墳出土鏡を検討した。顕著な手ずれは認められなかった。この2遺跡出土鏡に関しては、銅鏡の製作技法に関する研究も加えて詳細な報告を作成する予定である。その他、典型的な伝世鏡として紹介されてきた鶴尾神社4号墳出土鏡を対象に、デジタルマイクロスコープを用いて、細部を観察調査した。その結果、鏡背文様が朦朧としている原因は、手ずれというような長期間の使用によるものではないと判断できた。その原因はいわゆる湯冷えではなく、鋳造時の欠陥によるものであった。

続いて、いわゆる伝世鏡には含まれないものの、前期古墳から出土した画文帯神獣鏡を対象に同様の検討を行った。結果は鶴尾鏡と同様の理解ができた。この2種の鏡式に関しては現在報告を作成中である。その他、研究の基礎的な部分として、中国での銅鏡製作技術研究を知るために、中国科学院自然科学史研究所の何堂坤研究員を招聘し、意見交換を行った。また、中国の洛陽等を訪れ、中国の代表的な遺跡出土鏡に、伝世鏡に匹敵するような鏡背文様が朦朧となる鏡が存在するかどうか、中国人学者のレクチャーを受けた。弥生時代から、古墳時代への転換に重要な役割を担ったとされている伝世鏡を、対象に銅鏡の検討を行いその仮説の確認が目的である。九州地方出土の多紐細文鏡の調査を行った。宇木汲田遺跡、木村籠遺跡、若山遺跡出土の鏡について観察記録を行い、銅鏡の手ずれ、製作痕跡を検討した。記録方法としてデジタルマイクロスコープを使用し、細かな工具痕、使用痕を観察した。また福岡県宮原遺跡の内行花文鏡と石塚山古墳出土の三角縁神獣鏡の調査も併せて行った。これにより、九州出土の6面の多紐鏡の観察は、ほぼ終了したと言える。今年度は、本研究の基礎的部分をおさえるため韓国における出土鏡の調査を行った。東西里出土の多紐鏡を始め釘岩里出土、朝陽洞出土多紐鏡等について国立中央博物館の金在弘しより、レクチャーを受けた。以上により、多紐鏡の作成過程はその他の鏡の作成過程とは同様ではなく、それ独自の過程が行われているようであると考えられるため、今後その検討を要する。平成1012年度の研究では主に「伝世鏡」として取り扱われてきた銅鏡について、高精度デジタルマイクロスコープによる観察調査を中心におこなった。方格規矩四神鏡、内行花文鏡、加えて画文帯神獣鏡について伝世の根拠となる朦朧となる鏡背文様を持つものについて検討をおこなった。具体的には方格規矩四神鏡については、伝世鏡の代名詞にもなっている香川県鶴尾神社4号墳出土鏡、内行花文鏡については山口県国森古墳出土鏡、広島県中出勝負峠8号墳出土鏡、画文帯神獣鏡については、奈良県新山古墳出土鏡、奈良県伝ホケノ山古墳出土鏡について観察調査をおこなった。観察の結果から、これらの鏡背文様が朦朧とした部分については大部分が鋳肌であり、布や手による摩擦研磨によって磨かれた為にこのような状態になったのではないことが判明した。それではどうして文様が朦朧となったかというと、未だ決定的な証拠は得られていないが踏み返しによるものと想像できた。大陸において同様の朦朧とした銅鏡が発見できるかどうか、陝西省洛陽市と山東省済南市で中国側研究員と意見交換を行ったが、洛陽市では相当する遺物を確認できなかったが、済南市では前漢鏡の一部に同様の鏡背文様の朦朧化が確認できた。平成13年度には引き続き観察調査を続けて、踏み返し鏡の根拠を明確にすると共に、今年度までに製作した模造鏡をもとに手ずれ実験を行い、出土鏡との比較研究も行いたいと考えている。前期古墳から出土する漢中期の鏡を伝世鏡と呼ぶ。弥生時代に舶載された銅鏡が、近畿地方の弥生社会には銅鏡を伝世する風習があったため出土せず、古墳時代に強力な政治的中心ができた後に前期古墳に副葬されるようになったとする仮説である。伝世鏡論を認める根拠の一つは、副葬鏡の幾つかに「手ずれ」とされる長年月にわたる磨きなどによって、鏡背文様が朦朧となったものが見受けられるという事である。朦朧化現象の原因については「湯冷え」が原因とする説と「踏み返し」が原因とする説とがあった。以上の問題意識から以下の2点を中心に検討した。一つは伝世鏡と言われているものについて観察調査を行った。高精度デジタルマイクロスコープを利用して、肉眼観察ではなしえない高倍率の観察と記録を行った。
神経系の発生に関与する細胞外マトリックス物質の研究

発生過程の中枢神経系に存在し、発生を調節する機能物質として作用するプロテオグリカン分子を同定することを目的として、ラットの大脳組織からプロテオグリカンを分離した。生後1日ないし10ケ月齢の大脳組織からイオン交換および超遠心分離により可溶性プロテオリングを抽出した。プロテオグリカンはコア蛋白分子とこれに結合するグリコサミノグリカン分子から成る。大脳組織のプロテオグリカンにおける主要なグリコサミノグリカン成分は、コイドロイチン硫酸(コンドロイチン4硫酸)であった。コンドロイチン硫酸の殆んどは可溶性分画に存在していた。一方、ヘパラン硫酸は大脳のプロテオグリカンに少量しか認められず、不溶性であった。したがって大脳のプロテオグリカンは主にコンドロイチン硫酸鎖が結合する可溶性分子であると結論された。そこで、可溶性プロテオグリカンのコンドロイチン硫酸鎖をコンドロイチナ-ゼを用いて分解して、コア蛋白を分離した。SDSーPAGE法による分析の結果、可溶性のコンドロイチン硫酸プロテオグリカンのコア蛋白には、大きさの異なる6成分があることが判明した。すなわち、250,220,150,130,105,および93KDaの各成分である。幼若ラットの大脳組織には250と220KDaのコア蛋白が存在しており、その他の成分は微量であった。成熟ラットの大脳組織には150KDaのコアが大量に含まれており、250,130,105および93KDaのコアも存在していたが、220KDaのコアは検出されなかった。220KDaのコアは幼若組織においてのみ発現され、その他の4成分は、大脳形成に伴い増加し、250KDaのコアは常に同程度発現されていたことから、神経組織の発生に伴い異なるプロテオグリカン分子が発現されることが明らかにされた。各プロテオグリカン分子が神経系の発生過程において異なる機能を担っていることが示唆された。細胞外マトリックス物質が脳の発生過程において果す役割を解明する第一歩として、プロテオグリカンに着目し、脳に存在するプロテオグリカン分子を同定した。出生日、10、30日齢および成熟ラットの大脳皮質を中心とする大脳組織を蛋白分解酵素阻害剤存在下でホモゲナイズし、イオン交換や超遠心分離によりリン酸緩衝塩溶液に可溶性のプロテオグリカンを精製した。次いでこれをコンドイチナ-ゼで消化して、コンドロイチン硫酸プロテオグリカンのコア蛋白分子を調製し、ポリアクリルアミドゲル電気流動を行なった。出生時大脳に分布するコンドロイチン硫酸プロテオグリカンの主要なコア蛋白分子の大きさは220KDaで、その他に250Kの蛋白も認められた。10日齢の大脳においては220K分子は著しく減少し、150KDa分子が増加し、30日齢においては220K分子は検出されなかった。成熟した大脳における主要なコア蛋白は150KDaであり、130および93KDaの分子も30日齢以降増加した。これらの結果、大脳の発生に伴い細胞外マトリックスを構成するプロテオグリカンの分子組成が大きく変動することが判明した。大脳皮質中のコンドロイチン硫酸プロテオグリカンは生後著しく増加し、成熟脳における含量は出生時の約5倍に達する。

更に、コンドロイチン硫酸プロテオグリカンのうち可溶性分子の割合は未熟脳において極めて大きく、成熟に伴って減少することが判明した。コンドロイチン硫酸プロテオグリカンと並んでもう一つのプロテオグリカンであるヘパラン硫酸プロテオグリカンは、大脳において含量はほぼ一定で発生に伴ってあまり変化せず、しかも殆んどすべてのヘパラン硫酸プロテオグリカンはリン酸緩衝塩溶液には不溶性であった。これらの結果は、大脳の発生過程において細胞外マトリックスのプロテオグリカンのうち、コンドロイチン硫酸プロテオグリカンが、ニュ-ロンやグリアの成長や移動などを調節する可能性を示唆している。細胞外マトリックス物質であるプロテオグリカンが神経系に存在し、神経系の発生において特異的に発現される可能性を、グリコサミノグリカンの動態から明らかにしようとした。プロテオグリカンを特徴づける特殊な糖鎖であるグリコサミノグリカン鎖を大脳組織から分離し、ラットの大脳発生に伴うグリコサミノグリカンの消長を解析した。ラットの大脳におけるプロテオグリカンの主要なグリコサミノグリカンはコンドロイチン硫酸であった。出生時に大脳のコンドロイチン硫酸はほとんどが可溶性が、その後可溶性コンドロイチン硫酸の割合は減少したが、成熟後においても可溶性成分が全量の50%以上を占めており、これらのことは、可溶性コンドロイチン硫酸が、プロテオグリカンの主要な糖鎖であることを示していた。これに対し、ヘパラン硫酸量は少なく、大脳形成に伴う大きな変化は認められなかった。ヘパラン硫酸はほとんどが不溶性分画に検出された。これら2種のグリコサミノグリカンとは異なりプロテオグリカンコアに結合しないグリコサミノグリカンであるヒアルロン酸は出生直後大脳に大量に分布し、その後著しく減少した。昨年度本研究において、大脳の発生に伴い、出現する可溶性プロテオグリカンのコア蛋白が変化することを明らかにした。本年と大脳の発生に伴いプロテオリグリカンのグリコサミノカン鎖の組成と性質が変化することを示した結果、大脳の組織形成において、プロテオグリカンのコア蛋白とグリコサミノグリカン鎖の両者が機能物質として作用する可能性が示唆された。昨年検出した分子量の異なる6種のコア蛋白のそれぞれにグリコサミノグリカン鎖、特にコンドロイチン硫酸鎖がいくつ結合してプロテオグリカン分子を構成しているのかは、今後の研究課題である。
近交系マウスエクソーム解析によるプレパルス抑制遺伝子同定と統合失調症での評価

統合失調症の中間表現型と考えられているプレパルス抑制の量的遺伝子座解析(QTL解析)を、C57BL/6NとC3H/HeN系統のマウスで行った。両系統のゲノム配列については、パブリックデータベースに公開されていないため、我々自身で全エキソン配列解析を行った。エキソン多型を用いた高精度のQTL解析から、アミノ酸置換を伴うCdh23 753A/Gを責任多型として同定した。さらにこの遺伝子を統合失調症サンプルでエキソンシークエンスすることによって、統合失調症特異的な稀な変異を複数同定した。よってCDH23遺伝子が統合失調症の発症脆弱性に関与している可能性を得た。ゲノムマッピング:我々がプレパルス抑制(PPI: prepulse inhibition)のQTL(Quantitative Trait Loci:量的遺伝子座)解析に用いたC57BL/6N (NIH strain)とC3H/HeN (NIH strain)のゲノム配列については、パブリックデータベースに公開されていない。そこで我々は、両系統の全エキソン配列解析を行い、検出されたSNV (single nucleotide variant)の中から、「マウス染色体10番にあるQTLのタイピング」に用いるエクソン内多型を、申請書に記した方法で選別した。次にそれぞれのSNVにつき、PPI-QTLのロッドスコアをinterval mapping法とBayesian evaluation法の2つの統計解析方法を用いて計算した。その結果、アミノ酸置換を伴うCdh23 753A/Gが最も可能性が高いことが判明した。Cdh23遺伝子の生物学的検討:本遺伝子はカドヘリンスーパーファミリーに属する一員で、カルシウム依存的細胞間接着を媒介するグリコプロテインをコードしている。エクソンは合計69個あり、いろいろなスプライスバリアントの存在が報告されている。Cdh23 753A/Gもエクソンスキッピングに関係することが知られている。これまでCdh23は内耳に発現されていることは報告されていたが、前脳部位での発現は殆ど報告がなかった。そこで我々はin situ hybridization法で、P0, P6, P21のC57BL/6Nマウス(雄雌両方)とC3H/HeNマウス(雄雌両方)脳での発現を調べた。その結果、Cdh23遺伝子は扁桃体、海馬、視交叉上核等で発現しており、発現量のピークはP6にあることが判明した。なお、発現パターンについては、マウス系統差、性別による違いは見られなかった。昨年度までのマウス遺伝学的解析から、B6, C3H系統間のPPIの違いはCdh23 753A/G (B6が753A/A;C3Hが753G/G)による可能性が高まった。そこで本年度は、B6バックグラウンドのマウスがCdh23 753G/G (C3H型遺伝子型)となるようにCRISPR/Cas9によるゲノム編集技術を用いてノックインマウスを作成した。結果は予期したとおり、PPIの低下を惹起した。逆方向の操作、すなわちC3バックグラウンドのマウスがCdh23 753A/A (B6型遺伝子型)となるような実験も試みたが、C3の受精卵ではCRISPR/Cas9がうまく働かないことが判明し、断念せざるを得なかった。Cdh23 753A/A、Cdh23 753G/Gの両遺伝子型について、PPIを測定する12週齢前後のマウスでacoustic startle response、auditory brainstem response、走査型電子顕微鏡による内耳の微細構造、等を精査したが、聴覚機能に差があるという所見は得られなかった。このことは、Cdh23 753G/G (C3H型遺伝子型)が聴覚機能に関係なくPPIの低下に寄与していると考えられる。ただ、PPIが良好である753A/A型は、部分的なエキソン9のスキッピングを引き起こし(-エキソン8-エキソン10-)(脳の領域によってもスキッピングの程度は異なる)、またイントロン9がスプライスアウトされずエキソン9から引き続き転写が伸張しイントロン9の内部の途中で転写が中止するトランスクリプト産物も一部生成されることを確かめた。これらのゲノム事象とPPIという表現型の因果関係はなお不明である。ゲノム編集技術を用いてノックインマウスまで作成してPPIを調べることができたので、おおむね順調に進展していると判断している。今年度は、まずCDH23遺伝子の発現がヒトの神経系細胞で発達依存的に制御されているかどうか調べるために、iPS細胞、そこから分化させたneurosphere (神経幹細胞塊)、さらに分化させたneuronを用意し、real-time PCR法でCDH23 mRNAの発現を測定した。発現量は、iPS細胞< neurosphere < neuronとなっており、発達依存的発現制御が確認された。ヒトでのCDH23遺伝子のスクリーニングは次のように行った:1統合失調症サンプル1,200例を用いて、MIP (Molecular Inversion Probe)法によりCDH23遺伝子の全エクソンをスクリーニング。MIP法は、原理的にはmultiplex PCRと次世代シークエンサー解析を組み合わせたものである。CDH23遺伝子の全エクソンをカバーするために、152個のMIPプローブを設計した。2コントロールとしては、約2,000人分の日本人ゲノムデータベースであるToMMoを参照した。

結果は、1でのスクリーニングから計71個のミスセンス多型が検出され、2との対比から、日本人統合失調症特異的多型は23個となった。23個の多型について、いろいろなアルゴリズムを用いて機能帰結を予想した。これまでの結果を総合すると、マウスでのプレパルス抑制遺伝子のquantitative trait loci (QTL)解析ー全ゲノム配列解析との対照から、Cdh23遺伝子が検出され、さらにこの遺伝子を統合失調症サンプルでexon sequencingすることによって、統合失調症特異的なrare variantが複数検出された。よって、CDH23遺伝子が統合失調症の発症脆弱性に関与している可能性を得た。これらの結果を現在論文にまとめているところである。統合失調症の中間表現型と考えられているプレパルス抑制の量的遺伝子座解析(QTL解析)を、C57BL/6NとC3H/HeN系統のマウスで行った。両系統のゲノム配列については、パブリックデータベースに公開されていないため、我々自身で全エキソン配列解析を行った。エキソン多型を用いた高精度のQTL解析から、アミノ酸置換を伴うCdh23 753A/Gを責任多型として同定した。さらにこの遺伝子を統合失調症サンプルでエキソンシークエンスすることによって、統合失調症特異的な稀な変異を複数同定した。よってCDH23遺伝子が統合失調症の発症脆弱性に関与している可能性を得た。当初の予定は、ゲノム上の6箇所のQTLをfine mappingする予定であったが、まず最大のピークを示した染色体10番のQTLを解析した。その結果、カドヘリンファミリーに属するCdh23 (Cadherin-Related 23)遺伝子を候補として同定することができた。カドヘリンファミリーは、基礎の神経科学分野ではこれまで多くの研究があるが、精神疾患との関連では報告が限られており、かつ機能まで掘り下げた研究は見当たらない。当初の計画を鑑みると解析範囲は狭まったものの、Cdh23にフォーカスすることにより、PPIを通した精神疾患の生物学的研究を深められる可能性が出てきたと考える。マウス遺伝学からだけのアプローチでは限界があるので、今後はヒト統合失調症-対照群サンプルを用いたCDH23遺伝子のリシークエンス解析に進み、疾患におけるCDH23遺伝子の生物学的意義を追究する。精神医学、精神科遺伝学Cdh23遺伝子についてより確かで直接的なエビデンスを得るためと、メカニズム解明研究のため、遺伝子改変マウス(ノックインマウス)を作成する方針である。次年度の実験に用いる試薬・実験用品を購入したい為。ヒト統合失調症-対照群サンプルを用いたCDH23遺伝子のリシークエンス解析に用いる試薬・実験用品を購入する。
構造物のダメージ・ディテクションに関する研究

申請の研究では、これまでに申請者が行った研究に基づき、構造物に発生するダメージを早期に検出する手法の開発に取り組んだ。検出のための手法としては、加振することによって構造物を振動させ、その状態をビデオカメラで測定して構造物各部の振動状態を精度よく求め、逆問題として構造物各部の状態を求めてダメージの発生した箇所とその程度を推定した。研究ではまず、様々な支持条件により支えられたはり(梁)の一部に欠陥がある状態を想定し、その欠陥の位置と程度を求めた。これまでに行った研究から、片持ちはりの場合には、(1)画像計測によっても精度よくはりの振動状態を測定可能なこと、(2)はりの密度・縦弾性係数を精度よく同定することができ、欠陥の検知が可能であることが分かっているので、今回の研究では両端支持はりや中央部にも支持があるはり等への適用を目指した。手法としては、加振されたはりの振動状態をビデオカメラを用いた画像計測によって求め、はりの各部の密度・縦弾性係数を同定することによって欠陥を探知した。はりの形状の測定においては、スプライン関数の節点を最適に配置することによって測定精度の向上をはかった。さらに、欠陥のあるはりに対しては、適用範囲限定繰返しSA法を用いて欠陥の位置と大きさを同定する手法を提案してきたが、より実用的な構造物に適用するために、SA法の計算時間を短縮することが課題として残っていた。これに対しては、適用範囲限定SAの「有限要素法を用いてたわみを求める」というアルゴリズムに、これまでの研究ではCM形モデル法と形状関数を組み合わせる手法を用いていたので、本研究では、これに代わる方法として動剛性マトリクス法と境界条件を組み合わせた手法を用いることで計算時間の大幅な短縮を図ることができた。次に、ラーメン構造物の部材の材料定数(密度、縦弾性係数)を同定する問題に取り組んだ。この場合も、スプライン関数の節点を最適に配置する手法を用いることによって、構造物の形状を精度よく求めることができ、チコノフの適切化法を応用した手法によって部材の材料定数をうまく同定することができた。また、接合部が正常かどうかを判断するパラメータとして半剛性率を提案した。測定データに含まれる量子化誤差を節点の最適配置によるスプライン近似で低減し、逆問題の不安定性を緩和する種々の手法を用いて半剛性率を同定することで、接合部の損傷を定量的に求めることができた。

これまでに行った研究から、片持ちはりの場合には、(1)画像計測によっても精度よくはりの振動状態を測定可能なこと、(2)はりの密度・縦弾性係数を精度よく同定することができ、欠陥の検知が可能であることが分かっているので、今回の研究では両端支持はりや中央部にも支持があるはり等への適用を目指した。手法としては、加振されたはりの振動状態をビデオカメラを用いた画像計測によって求め、はりの各部の密度・縦弾性係数を同定することによって欠陥を検知した。はりの形状の測定においては、スプライン関数の節点を最適に配置することによって測定精度の向上をはかった。次に、ラーメン構造の構造物の部材の材料定数(密度、縦弾性係数)を同定する問題に取り組んだ。この場合も、スプライン関数の節点を最適に配置する手法を用いることによって、構造物の形状を精度よく求めることができ、チコノフの適切化法を応用した手法によって部材の材料定数をうまく同定することができた。機械・構造物のパラメータ同定や損傷検知は、これらを長時間にわたって高い信頼性で使用するために不可欠の技術である。申請者はこれまでは、片持ちはりを対象として、(a)均一はりや接合はりに対しては、節点の最適配置によるスプライン近似と重みつきチホノフの適切化法を用いた手法を用いて精度よく材料定数を同定する手法を提案し、(b)欠陥のあるはりに対しては、適用範囲限定繰返しSA法を用いて欠陥の位置と大きさを同定する手法を提案してきたが、より実用的な構造物に適用する、SA法の計算時間を短縮することが課題として残っていた。申請の研究では、これまでの研究を発展させ、(i)2次元のラーメン構造物のパラメータの同定および損傷の検地を行なう、(ii)SA法の計算時間を短縮することに取り組んだ。研究はシミュレーションを中心に行ない、以下の結論を得た。(1)適用範囲限定SAの「有限要素法を用いてたわみを求める」というアルゴリズムに、これまでの研究ではCM形モデル法と形状関数を組み合わせる手法を用いていた。本研究では、これに代わる方法として動剛性マトリクス法と境界条件を組み合わせた手法を用いることで計算時間の大幅な短縮を図ることができた。(2)溶接により途中で材質が異なるはりでも、動剛性マトリクス法と境界条件を組み合わせた手法を用いることにより、任意の場所のたわみ、たわみ角、せん断力やモーメントの厳密解を少ない計算量で求めることができた。(3)接合部が正常かどうかを判断するパラメータとして半剛性率を提案した。測定データに含まれる量子化誤差を節点の最適配置によるスプライン近似で低減し、逆問題の不安定性を緩和する種々の手法を用いて判剛性率を同定することで、接合部の損傷を定量的に求めることができた。
腎糸球体疾患の進行にかかわる活性型T細胞の浸潤に対する免疫抑制剤の効果

巣状糸球体硬化症(FGS)モデルラットにCyA、及びその10100倍強力とされるFK506を投与し、経時的な尿蛋白や腎機能の推移、腎組織像とくに腎の間質のリンパ球浸潤に及ぼす効果を検討した。斉藤らの方法に従い、ピューロマイシンの筋注に硫酸プロタミンの静注を併用し、FGSモデルラットを作成した。その後、FK506は1mg/kg、0.3mg/kg、0.1mg/kg、CyAは10mg/kg、3mg/kgを連日56日間筋注によって投与した。尿蛋白排泄量、腎機能を2週間毎に経時的に測定した後、屠殺して腎組織像の観察と腎間質内のリンパ球の浸潤について検討を行なった。尿蛋白はすべての投与群で有意に減少していた。尿素窒素(BUN)はFK506 0.1mg/kg群を除く投与群で有意に上昇していた。相対的腎間質量はFK506 1mg/kg群やCyA10mg/kg群では対照群よりも高い傾向にあったが統計学的有意差には達しなかった。間質のリンパ球は、FK506 0.3mg/kg、0.1mg/kg投与群では腎組織切片1mm^2中の汎Tリンパ球、高分子白血球共通抗原、及びIL-2レセプター陽性細胞がそれぞれ減少していた。CyAの投与群ではいずれにおいても抑制されていなかった。以上の結果から、CyAと同様にFK506も腎疾患に対して有効な免疫抑制剤であることが確認され、FK506は0.1 mg/kg、CyAは3mg/kg程度の筋注が、腎障害に関して許容しうる範囲と思われた。また、FK506はCyAの30100分の1の少量投与で同程度の尿蛋白減少効果が得られたが、両剤の間には組織内での作用発現が異なっていることが示唆された。これまでFK506やCyAを慢性的な腎疾患モデルに投与し、両剤の効果や副作用及び作用機序を比較検討した研究は少なく、腎疾患の治療薬としての有用性を検討する場合に示唆に富むものであった。腎糸球体疾患モデルとしてpuromycin aminonucleosideおよびprotamine sulfate投与ラット巣状糸球体硬化症に対して、免疫抑制剤であるFK506とcyclosporin A(CYA)を実験30日から80日まで長期間投与し、その作用を検討した。投与量はFK506では1、0.3、0.1mg/kg体重/日の3段階、CYAでは10、3mg/kg体重/日の2段階であり、非投与群との比較を行なった。その結果、各投与群の尿蛋白は有意に減少したが、FK506 1mg/kg、CYA10mg/kgの最大投与群では、有意な血液尿素窒素および血清クレアチニンの上昇、クレアチニン・クリアランスの低下が認められ、組織学的にも間質細胞浸潤は抑制されたものの尿細管変性や間質の線維化は明らかだった。とくにFK506 1mg/kgでこの傾向は顕著であった。したがって、この用量では薬剤の腎毒性が疾患に対する効果を大きく上回る結果となった。これに対して、FK506 0.3、0.1mg/kgおよびCYA 3mg/kgの低用量群では、尿蛋白がやはり有意に減少する一方、腎機能の低下も軽度であった。