hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
悪性胸膜中皮腫に対する新規ナフトピジル誘導体の抗腫瘍効果の判定

悪性胸膜中皮腫に対する新規抗ガン剤候補化合物のスクリーニング、およびその抗腫瘍効果について検討した。候補化合物として新規ナフトピジル誘導体21化合物の中から、悪性胸膜中皮腫細胞株に対して最も細胞死誘導効果を有するHUHS1015をスクリーニングした。また、悪性胸膜中皮腫モデルマウスに対し、HUHS1015は悪性胸膜中皮腫の腫瘍体積を減少させた。これらの研究成果から、HUHS1015は悪性胸膜中皮腫に対する新規抗ガン剤開発の基盤となることが期待される。悪性胸膜中皮腫と呼ばれるガンは、アスベストの曝露が発症の要因となることが示唆されている。アスベスト曝露から悪性胸膜中皮腫の発症までの潜伏期間は、約40年と言われている。このため、全世界的にアスベストが1990年代まで使用されていたことで、悪性胸膜中皮腫の患者数は2010年から2030年代がピークとなることが予想されている。今後も患者数の増加が予想される悪性胸膜中皮腫は、極めて進行が早い潜行性のガンであり、進行した悪性胸膜中皮腫に対する治療成績は、1年生存率が約50%、2年生存率が約20%とガンのなかでも予後が非常に悪い疾患となっている。このように、悪性胸膜中皮腫に対する革新的な抗ガン剤の開発が強く望まれる背景の中、研究代表者は悪性胸膜中皮腫に対する新規抗ガン剤の候補化合物として、21種類のナフトピジル誘導体を開発した。4種類のヒト悪性胸膜中皮腫細胞株(NCI-H28、NCI-H2052、NCI-H2452、MSTO-211H細胞株)を用いて、これらの培養細胞の細胞生存率に対する21種類のナフトピジル誘導体の効果を検討した。この結果、4種類の中皮腫細胞株に対して最も効率的に細胞死を誘導する新規抗ガン剤候補化合物として、HUHS1015をスクリーニングした。このHUHS1015による細胞生存率低下作用は、TUNEL染色の結果からアポトーシスであることが判明した。また、HUHS1015はこれらの細胞に対しカスパーゼ4とカスパーゼ3の活性化を引き起こした。以上の培養細胞を用いた結果から、HUHS1015を基盤とした悪性胸膜中皮腫に対する新規抗ガン剤の開発が期待される。悪性胸膜中皮腫は、アスベストの曝露が発症の要因となることが示唆されているガンである。悪性胸膜中皮腫は極めて進行が早い潜行性のガンであり、また、悪性胸膜中皮腫に対する有効なガンマーカーも少ないため、治療を開始する段階ではすでにガンが進行しているケースが多い。しかしながら、既存の抗ガン剤では良好な治療成績は挙げられておらず、1年生存率が約50%、2年生存率が約20%とガンのなかでも予後が非常に悪い疾患となっている。以上のように、悪性胸膜中皮腫に対する革新的な抗ガン剤の開発が強く望まれる背景の中、研究代表者は悪性胸膜中皮腫に対する新規抗ガン剤の候補化合物として、21種類のナフトピジル誘導体を開発した。この中で悪性胸膜中皮腫細胞株に対して最も細胞死誘導効果を持つHUHS1015をスクリーニングし、悪性胸膜中皮腫モデル動物に対する抗ガン作用およびその生存率を検討した。HUHS1015は、同投与量の既存の抗ガン剤であるパクリタキセルと同等の抗ガン作用を持つことが判明した。また、パクリタキセル投与群における悪性胸膜中皮腫モデル動物の生存率は約30%であったのに対し、HUHS1015投与群における生存率は100%であった。これらの結果から、HUHS1015は悪性胸膜中皮腫に対し、既存の抗ガン剤と比較して同等の抗ガン作用を有し、なおかつ副作用がより少ないことが示された。生理学本研究の目的の一つは、21種類のナフトピジル誘導体から悪性胸膜中皮腫細胞株に対しアポトーシスを誘導し、悪性胸膜中皮腫の細胞死を引き起こす化合物をスクリーニングすることである。ナフトピジル誘導体の中からHUHS1015という新規抗ガン剤候補化合物がスクリーニングされ、この目的が当初の予定通りに達成できたことから、本研究は順調に進展しているといえる。今後の研究展開について、悪性胸膜中皮腫細胞をマウスに移植した悪性胸膜中皮腫モデル動物を作成し、培養細胞だけではなくモデル動物に対するHUHS1015の腫瘍抑制作用について、腫瘍サイズや生存率を測定し検討する。

また、HUHS1015の生体に対する毒性試験および正常器官に対する影響を検討し、HUHS1015の新規抗ガン剤開発に向けた安全性についても評価する予定である。当初の研究計画の通り、次年度は悪性胸膜中皮腫モデルマウス作成、HUHS1015の合成、悪性胸膜中皮腫細胞株の培養を行う予定であり、これに対する費用が発生する。また、HUHS1015の毒性評価および安全性確認のための費用が発生する。悪性胸膜中皮腫モデルマウス作成、モデルマウスに投与するHUHS1015の合成、悪性胸膜中皮腫細胞株の培養、HUHS1015の毒性評価および安全性確認のための費用として使用する。
がん形成過程におけるミトコンドリア機能制御機構の解析

加齢に伴う変異ミトコンドリアDNAの蓄積およびミトコンドリアの呼吸活性の低下が細胞老化や死を規定している可能性が考えられている。最近、細胞内において機能障害を受けたミトコンドリアを特異的に認識し、消去する仕組みが存在すること、そしてこの仕組みが加齢と共にDown Regulationされていることを見出した。これらのことは、加齢に伴うミトコンドリア機能抑制がプログラムされているため、細胞内に活性酸素などによる細胞障害が蓄積し、最終的に細胞死を誘導している可能性を示唆している。一方、癌細胞は変異ミトコンドリアDNAが蓄積しているにもかかわらず、致死レベルまでのミトコンドリアの呼吸活性の低下を引き起こさず、細胞死を免れている。予備的な研究成果において、癌細胞がこの障害ミトコンドリアの消去機構を再獲得することにより細胞老化・死を回避している可能性が推測された。従って、癌細胞における障害ミトコンドリアの消去機構を抑制することにより、新概念に基づく癌化防御法の確立が期待できる。(結果)1.ミトコンドリアSeptinによる障害ミトコンドリア認識機構HeLa細胞を紫外線照射によりミトコンドリアダメージを与え、M-septinのミトコンドリア移行について免疫組織染色法を用いて解析したところ、細胞の静止時において、細胞質にdiffuseに分布していたM-septinが、紫外線照射後速やかにミトコンドリア移行することが、観察された。また、M-septinが局在したミトコンドリアが本当にダメージを受けているかは抗ピリミジンダイマー抗体で確認した。これらの結果よりM-septinは何らかのメカニズムにより傷害ミトコンドリアを認識することが示された。2.ミトコンドリアSeptinによる障害ミトコンドリア封入体形成機構1と同様な方法を用いてM-septinとミトコンドリアとの関係を解析したところ、M-septinが傷害ミトコンドリアを取り囲むように封入体を形成するのが観察された。セプチンはポリマーを形成して、封入体を形成する活性をもつので、M-septinは傷害ミトコンドリア特異的な封入体を形成するセプチンであることが示された。
アルカリ骨材反応による構造物の長期劣化メカニズムの分析

アルカリ骨材反応に対する実験および解析により,得られた知見を以下に示す.(1)ASR構造物より採取したコアの膨張特性に関する研究外観の劣化の著しいASR橋脚21基に対する分析を実施した.コア膨張量が1000×l0^<-6>を上回る橋脚は21基中6基存在し,その全てが累積ひび割れ密度1m/m^2以上の大きな損傷が発生していた.よって,ASRの劣化度進展評価としては,全膨張量1000×l0^<-6>が管理上の目安値となる.(2)実構造物におけるASR損傷度の定量的評価ASRにより劣化した実構造物を対象とし,ひび割れ性状とコア圧縮強度の関係を求めた.その結果,ひび割れ密度は最大8.0m/m^2まで増加するものの,圧縮強度は設計値の80%程度は有していることが明らかとなった.(3)アルカリ骨材反応による鉄筋破断を模擬した供試体実験実構造物を模擬した1/8スケールで,供試体内部に膨張コンクリートを用いることでASR膨張を模擬した実験を実施した。その結果,鉄筋の破断が再現されるとともに,実験での破断面も,実構造物で発生していた鉄筋破断面と同様の脆性的な破断性状を有していた.また,鉄筋亀裂の進展には鉄筋節形状の影響が大きく,現行節形状鉄筋(8φ)と旧節形状鉄筋(2φ)の進展後亀裂深さを比較した結果,現行鉄筋では,膨張圧を受けた進展後亀裂が全て鉄筋径に対して5.0%未満であったのに対して,旧節形状鉄筋においては80%もの進展を示した.アルカリ骨材反応に対する実験および解析により,得られた知見を以下に示す.(1)ASR構造物より採取したコアの膨張特性に関する研究外観の劣化の著しいASR橋脚21基に対する分析を実施した.コア膨張量が1000×l0^<-6>を上回る橋脚は21基中6基存在し,その全てが累積ひび割れ密度1m/m^2以上の大きな損傷が発生していた.よって,ASRの劣化度進展評価としては,全膨張量1000×l0^<-6>が管理上の目安値となる.(2)実構造物におけるASR損傷度の定量的評価ASRにより劣化した実構造物を対象とし,ひび割れ性状とコア圧縮強度の関係を求めた.その結果,ひび割れ密度は最大8.0m/m^2まで増加するものの,圧縮強度は設計値の80%程度は有していることが明らかとなった.(3)アルカリ骨材反応による鉄筋破断を模擬した供試体実験実構造物を模擬した1/8スケールで,供試体内部に膨張コンクリートを用いることでASR膨張を模擬した実験を実施した。その結果,鉄筋の破断が再現されるとともに,実験での破断面も,実構造物で発生していた鉄筋破断面と同様の脆性的な破断性状を有していた.また,鉄筋亀裂の進展には鉄筋節形状の影響が大きく,現行節形状鉄筋(8φ)と旧節形状鉄筋(2φ)の進展後亀裂深さを比較した結果,現行鉄筋では,膨張圧を受けた進展後亀裂が全て鉄筋径に対して5.0%未満であったのに対して,旧節形状鉄筋においては80%もの進展を示した.平成17年度には,以下の項目について検討を行った.1)構造物の長期劣化メカニズム解明阪神高速道路公団のアルカリ骨材損傷橋梁(89基)の点検データを基に,現地調査,データ収集,分析を行った.まず,ひび割れや圧縮強度の長期劣化特性評価より,30年間に亘り劣化が進行していることを明らかにした.ついで,鉄筋破断発生位置とひび割れ状況の関係に着目した分析を実施し,鉄筋破断位置近傍に必ずコンクリートのひび割れが発生していることが明らかとなった.最後に,コアー膨張試験と発生ひび割れ量の関係についての考察を実施した.2)鉄筋破断メカニズム解明帯鉄筋が破断に至る要因を明確にするための鉄筋単体による感受性評価試験を行った.その結果,旧節形状,鉄筋曲げ加工半径が小さい場合には,鉄筋の曲げ加工面での大きなひび割れの進展が確認された.具体的には,曲げ加工半径1.0dの場合,平均亀裂深さが旧節形状鉄筋は0.254mmであるのに対し,現行鉄筋は0.017mmと,10倍以上の差異があった.また,定荷重試験の亀裂の進展観察結果より,曲げ戻しを行った後,降伏応力に近い引張力が作用する場合,亀裂の最奥部に二次亀裂が発生し,期間10ヶ月で亀裂深さが最大で20倍進展することを確認した.3)RC梁のせん断耐力劣化現象の定量的評価ASRによるコンクリートの劣化,膨張によるせん断耐力の低下現象を把握するための実験計画を作成した.平成18年度には,以下の項目について検討を行った.1)構造物の長期劣化メカニズム解明前年度に引き続き,阪神高速道路公団のアルカリ骨材損傷橋梁(89基)の点検データを基に,現地調査,データ収集,分析を行った.まず,ひび割れや圧縮強度の長期劣化特性評価より,30年間に亘り劣化が進行していることを明らかにした.ついで,鉄筋破断発生位置とひび割れ状況の関係に着目した分析を実施し,鉄筋破断位置近傍に必ずコンクリートのひび割れが発生していることが明らかとなった.最後に,コアー膨張試験と発生ひび割れ量の関係についての考察を実施した.その結果,圧縮強度は2割程度の低下で漸減すること,膨張試験結果では,残存膨張試験と,構造物の膨張量および試験体の膨張量に明確な相関が認められることが明らかとなった.

2)鉄筋破断メカニズム解明帯鉄筋が破断に至る要因を明確にするための膨張材を用いた鉄筋亀裂の進展度評価試験を行った.その結果,旧節形状,鉄筋曲げ加工半径が小さい場合には,鉄筋の曲げ加工面での大きなひび割れの進展が確認された.具体的には,曲げ加工半径1.0dの場合,平均亀裂深さが旧節形状鉄筋は0.254mmであるのに対し,現行鉄筋は0.017mmと,10倍以上の差異があった.また,旧鉄筋を用いた1.0dの曲げ加工半径の鉄筋では破断が確認されるとともに,破面観察の結果,実構造物と同様な脆性的は破面状況が再現され,鉄筋損傷に至るメカニズムが明らかとなった.平成19年度には、以下の項目について検討を行った。1)構造物の長期劣化メカニズム解明アルカリ反応により損傷した実構造物の経年的な調査データを基に分析を行った。既往の検討や調査報告により、ASR構造物のコア-物性値は長期的に低下していくことが知られているが、その低下推移やひび割れとの関係性に着目した検討は少ない。そこで、長期的に進展するASRひび割れとコンクリートの物性低下率との関係性評価を目的として、実構造物の調査データの分析および供試体実験により検討を行った。その結果、橋脚全体のひび割れ損傷度から内部コアの物性低下率を推定できる可能性を示し、ASRひび割れと物性低下の関係を明らかにした。具体的には、竣工後、10年まで圧縮強度は大きく低下し、その後漸減する傾向にあるが、これは補修されたひび割れの再開口が多く、新しいひび割れの発生が少なくなり、ひび割れによる損傷が緩やかになることが影響していると考えられる。2)鉄筋破断メカニズム解明ASRによる鉄筋破断は鉄筋を曲げ可能した際に生じる初期亀裂が起点となっており、鉄筋破断を予防するためにも初期亀裂の発生メカニズムを明らかにする必要がある。そのため、鉄筋曲げ加工試験により初期亀裂の発生傾向と発生メカニズムの推定を行った。試験結果によると、初期亀裂の発生には曲げ加工半径、節形状が影響しており、特に節形状の影響が大きいことが判明した。また、現行の鉄筋をJISG3112の規格通りの曲げ加工を行って使用している場合、ASRによる鉄筋破断の可能性は極めて低いことが明らかになった。
超高速シークエンサーで切り拓く陸域地下生物圏の多様性とレアバイオスフィア

本研究では、超高速シークエンサーを活用し、陸域地下圏の微生物生態系の多様性をこれまでにない解像度で解明した。実際に、従来法よりも100-400倍高い解像度で陸域地下圏微生物生態系を捉えることに成功し、解析した陸域地下圏環境には、機能的にも系統学的にも非常に多様な微生物群の存在が示された。特に、本研究により、陸域地下圏のレアバイオスフィアは非常に高い多様性を有し、未知の細菌系統群が存在することが明らかとなり、レアバイオスフィアが同環境の微生物生態系の頑健性を支える重要な生物圏であることが示される等、陸域地下圏に棲息する微生物群の真の多様性と未知機能の解明に資する重要な基盤的知見が得られた。本年度は、新たに陸域地下圏試料を採取し、全DNAならびにRNAの抽出精製、保存を行った。また今年度は、パイロシークエンサーよりも安価で大量の配列情報を取得可能なイルミナシークエンサーを用いることとし、その配列解析手法の諸条件を検討するとともに、実際に、陸域地下圏微生物の群集構造と多様性を超高解像度に解析した。特に今年度はDNAだけでなくRNAも解析対象とすることで、地下圏に棲息し、かつ代謝活性も高い微生物について解析した。その結果、特に、氷河堆積物からなる陸域地下環境においては、DNAとRNAで得られる微生物群集プロファイルに大きな差がなかったことから、同環境に棲息する微生物群は代謝活性を有しており、生物地球化学プロセスに寄与している可能性が示唆された。さらに、各地下圏環境試料について地球化学的解析を行い、各々の地質、地球化学的なプロファイル情報を取得し、レアバイオスフィアも含めた微生物群集構造と地球化学的パラメーターの相関性について詳細な統計的解析を実施した。その結果、各地下圏環境中の微生物群集構造の違いはそれぞれの地下環境の地球化学的プロファイルの違いと非常によく一致しており、特に、メタン、硫酸、マンガン、溶存有機物等と高い関連性を示した。さらに、一部の未知微生物系統群のポピュレーションは、メタン、硫酸ともに低濃度の環境でより高いことも明らかとなるなど、陸域地下圏に棲息する未知微生物の機能推定に資する重要な知見を提示した。このように、本研究を通じて、これまで未開拓微生物生命圏となっていた陸域地下環境の微生物の多様性と群集構造を着実に解析してきており、これらの基盤情報は、将来的に地下圏に存在する未知系統群の新生物機能の解明に向けて有力な手がかりを提供すするとともに、地球環境変動や化石エネルギーの持続的利用に関わる地下圏微生物生態系の全容解明に資する知見として重要である。本研究は、次世代シークエンス技術を最大限活用し、地球最大の未開拓微生物生命圏である陸域地下圏に棲息する地下微生物の多様性を明らかにするとともに、これまで全く解析対象とされてこなかったレアバイオスフィア(稀少生物圏)の存在とその多様性を明らかにすることを目的としている。本年度は実際に複数の陸域地下圏試料を採取して全核酸抽出を行い、最適化したプロトコルに従って、16S rRNA遺伝子をPCR増幅し、454パイロシークエンサーにより塩基配列解読を行い、高解像度微生物群集構造解析を実施した。まず、氷河堆積物層水を対象とした解析では、鉄還元細菌、硫酸還元菌、嫌気共生細菌やメタン生成古細菌等の無酸素環境下において重要な地球化学的プロセスを担う機能微生物集団の存在を明らかにするとともに、門レベルや綱レベルという、系統学的に極めて新規性の高い未知・未培養系統群を発見することに成功した。また、それらの中には、通常のクローン解析では検出できないが、今回のように超高速シークエンサーを活用して大量の16S rRNA遺伝子配列情報を入手したことによってはじめて発見できたような未知系統群も含まれており、レアバイオスフィアを対象とした微生物生態系解析の重要性を示唆している。また泥炭堆積物や氷河堆積物を対象とした解析でも、多数の未知・未培養系統群を検出するとともに、それらのいくつかは陸域地下圏の堆積物環境で優占している可能性が示された。このように、本研究を通じて、これまで未開拓微生物生命圏となっていた陸域地下環境において、その多様性と群集構造の実態解明が着実に進んできており、これらの基盤情報は、将来的に地下圏に存在する未知系統群の新生物機能の解明に向けて有力な手がかりを提供すするとともに、地球環境変動や化石エネルギーの持続的利用に関わる地下圏微生物生態系の全容解明に資する知見として重要である。今年度は、国内外の様々な陸域地下環境サンプルを採取するとともに、次世代シークエンス技術を活用した高解像度微生物生態系解析プロトコルを最適化し、実際の地下圏環境中の未開拓

微生物群集の多様性と群集構造解析を実施してきており、無酸素環境下において重要な地球化学プロセスを担う機能微生物集団の存在を明らかにするとともに、レアバイオスフィアの解析を通じて数々の未知・未培養系統群の存在を明らかにするなど、おおむね順調に進展している。今年度の研究成果によって、陸域地下微生物生命圏を高解像度に解析する意義を明確にできたことから、今後は、解析する陸域地下環境のサンプル数を増やすことで、陸域地下微生物生態系の全容解明に資することを目指す。特に、環境因子と陸域地下微生物コミュニティーの比較解析を通じて、地球環境変動に関わる重要な地球化学プロセスを担う機能微生物集団の解析につなげてゆきたいと考えている。今年度は自己資金等の活用により、陸域地下試料に採取にかかる費用が削減できたが、次年度はさらに多くの陸域地下圏試料採取の必要性が見込まれたことから、次年度に使用する予定の研究費を確保した。また、次年度はさらに多くの試料について、次世代シークエンス技術により高解像度微生物群集構造解析を実施する予定である。
高度不飽和脂肪酸のアレルギー調節機能に関する研究

食品成分の抗アレルギー効果について明らかにするため、高度不飴和脂肪酸(PUFA)および抗酸化成分のアレルギー調節機能を培養細胞および動物実験系を用いて検討した。細胞レベルでは、PUFAはIgE産生の促進およびその他の抗体産生の抑制を通じてアレルギー促進効果を示し、そのIgE産生促進効果は二重結合数の増加に伴い強くなること、脂溶性抗酸化剤の共存によりIgE産生促進効果の発現が抑制されることを明らかにした。一方、ラット腹腔滲出細胞(PEC)からのLTB_4放出はPUFAにより抑制され、その抑制効果は二重結合数の増加に伴い強くなることを見出した。つぎに、これらの効果の生体レベルでの発現を検討するため食餌脂肪と茶ポリフェノール(TP)の同時摂食実験を行ない、n-3系のα-リノレン酸に富むエゴマ油が膜リン脂質のアラキドン酸の割合の減少を通じてPECのLTB_4放出能を低下させることを示した。一方、TPはアラキドン酸の割合を低下させることなくLTB_4放出能を低下させた。また、細胞レベルで強いアレルギー調節機能を示したエイコサペンタエン酸(EPA)およびドコサへキサエン酸(DHA)の摂食効果を明らかにするため、EPAあるいはDHAに富む魚油を10%レベルで摂食させ、高EPA魚油が高DHA魚油より効率的にPECのLTB_4放出能の低下を誘導するが、血中IgEレベルの上昇やリンパ球のIgE産生能の増強は起こらないことを示した。以上の結果は、n-3系PUFAおよび抗酸化成分の摂食がI型アレルギー応答を低減することを示唆しており、これらの生理活性成分の臨床試験の実施が今後必要である。高度不飽和脂肪酸および抗酸化成分の抗体産生調節機能の解明においては、不飽和脂肪酸がラットリンパ球のIgE産生を促進し、IgAおよびIgG産生を抑制することにより、I型アレルギーを促進する可能性を示した。このIgE産生促進効果は不飽和脂肪酸の二重結合数の増加とともに強くなること、脂溶性抗酸化剤の共存により発現が抑制されることから、脂質過酸化反応が関与することが示唆された。一方、二重結合を3個以上有する高度不飽和脂肪酸はラット腹腔内細胞のLTB_4放出抑制を通じてI型アレルギー応答を抑制することが明らかとなった。この抑制効果は二重結合数の増加とともに強くなり、ロイコトリエン産生の基質とはなりえないドコサヘキサエン酸が最も強い抑制効果を示したことから、脂肪酸自身の作用に基づくことが推察された。同様なLTB_4放出抑制効果は、α-トコフェロール、茶ポリフェノール、フラボノイドなどのフェノール性抗酸化成分にも認められ、LTB_4放出抑制効果の発現がリポキシゲナーゼ反応の阻害に基づく可能性が示された。茶ポリフェノールはヒスタミン放出抑制効果も示し、この抑制効果はトリフェノール基を有する化合物に強く認められたが、LTB_4放出抑制効果は抗酸化活性の強いジフェノール化合物にも認められ、両活性の発現機構が異なることが示唆された。また、カルボキシル基を有するポリフェノール化合物はLTB_4放出抑制効果を示さなかったことから、化合物の細胞膜透過性が活性発現に重要であることが示唆された。これらの結果は、高度不飽和脂肪酸および抗酸化成分がメディエーター放出の抑制を通じてI型アレルギーを抑制する可能性を示している。しかし、高度不飽和脂肪酸はIgE産生の促進を通じてアレルギー応答を促進する可能性も見出され、その利用に当たっては抗酸化剤の併用が必要であることが示唆された。食品成分の抗アレルギー効果の生体レベルでの発現を検討するため、食餌脂肪と茶ポリフェノール(TP)の同時摂食実験を行った。

食餌脂肪では、n-3系のα-リノレン酸に富むエゴマ油が膜リン脂質のアラキドン酸(AA)の減少を通じて腹腔滲出細胞(PEC)のLTB_4放出能を低下させた。TPは食餌脂肪の種類にかかわらずLTB_4放出能を低下させたが、膜リン脂質のAAの割合の低下は誘導しなかった。これちの結果は、n-3系高度不飽和脂肪酸(PUFA)と抗酸化成分の摂食がLTB_4産生能の低下を通じてI型アレノレギ-応答を低減することを示唆する。n-3系PUFAのLTB_4放出抑制効果は二重結合数の増加とともに強くなり、魚油に豊富なエイコサペンタエン酸(EPA)やドコサヘキサエン酸(DHA)が最も強い活性を示すが、IgE産生促進効果もDHAで最も強いことを昨年度明らかにした。これらの作用の生体レベルでの発現を検討するため、EPAあるいはDHAに富む魚油の摂食実験を行い、高EPA魚油が高DHA魚油より効率的にPECのLTB_4放出能の低下を誘導することを明らかにした。食餌脂肪は10%レベルで投与し、高EPA魚油は24%のEPAと10%のDHAを含み、高DHA油は7%のEPAと23%のDHAを含んでいたが、この摂取量では血中IgEレベルの上昇やリンパ球のIgE産生能の増強は起こらなかった。これらの結果は、EPAをかなり大量に摂食してもIgE産生増強効果は発現せず、LTB_4放出能の低下によるアレルギー応答の低減のみが発現することを示唆する。以上の結果は、n-3系PUFAおよび抗酸化成分の摂食がI型アレルギー応答を低減することを示唆しており、これらの生理活性成分の臨床試験の実施が今後必要である
セラミックス多孔体と低表面エネルギー液体を組み合わせた新規複合材料の創製と評価

様々な手法で3次元ネットワーク構造の微細な細孔を有するセラミックス多孔体を作製し、これに各種の低表面エネルギー液体を含浸することで、固体-液体バルク複合材料(SLBC)を作製し、液体の粘性、表面エネルギーなどの特性が、得られる材料の静的動的撥水性へ及ぼす影響を明らかにした。アルミナ多孔体を用いたSLBCでは水滴が転落する際はほとんど回転していないことが判った。またその上での水滴は、外部電界により駆動することがわかった。シリカ多孔体を用いたSLBCでは、含浸するオイルの粘度や上に乗せる液滴の粘度が、転落時の内部流動(回転と滑りの程度)に影響を与えることが明らかになった。本年度は主に3次元網目状の微細な細孔構造を有するアルミナ多孔体を基材として用い、固体と液体のハイブリッド材料(SLBC)を作製してその特異な濡れ性を詳しく検討した。AlCl3・6H2Oを出発原料とし、相分離現象を用いて3次元網目構造を有するアルミナの構造体を作製した。さらにこの構造体を熱水中で処理し、骨格構造表面に微小粗さを付与した。この構造体に、CVD法によるフッ素系アルキルシランの表面処理を行い、さらに各種の低表面エネルギー液体(フッ素系オイル、イオン液体)を真空含浸してSLBCを作製した。作製したアルミナ構造体は、数μmの細孔が連続した網目構造を有していた。また熱水で処理した試料は、骨格構造の表面全体に針状の微小な粗さが付与されていた。熱水処理を施したアルミナを用いたSLBCは、含浸液体が支持体表面に濡れ広がりやすく、均一なオイル膜を生成して水滴の転落性が向上した。この二重粗さによる毛管力の増大により含浸液体の保持力も向上し、高い液滴除去性能が長時間維持された。また、イオン液体を含浸したSLBCも、液滴除去性能の維持性が高かった。さらに粒子画像流速計測法でSLBC表面を転落している水滴の内部の速度分布を解析したところ、SLBC上の水滴の転落には“すべり"成分の寄与が大きいことが明らかになった。これは、wetting ridge(水との界面に生じる含浸液体のキャピラリー)の存在により、水滴の回転運動が妨げられるためと考えられた。またSLBCに外部から電界をかけるとSLBC上の水滴は電場方向に駆動し、印加電圧を大きくすると速度が増し、定常速度に達した。種々の検討からその挙動の発現には主にクーロン力が寄与している可能性が高いことが示唆された。移動速度の計測から見積もられた液滴の電荷量は、フッ素系炭化水素上の水滴の帯電量の報告値と概ねオーダーが一致した。多孔質ガラスを様々なシランカップリング剤により撥水化し、種々のオイルに対する界面エネルギーを測定した。得られた界面エネルギーから拡張係数を計算することにより、固体表面が水滴と直接接触するものと、オイルが表面に濡れ広がることで水滴と直接接触しない試料を作製した。この上で接触角・転落角を評価し、静的濡れ性が同程度であると確認された試料間で転落速度を比較したところ、固体と水滴の直接接触がある試料では転落速度が低下していた。これらのSLBC間には固体表面の粗さ構造の差異はなく、この結果は、固体表面処理がSLBCの動的撥水性に影響を与えることが示唆された。さらに、水滴にグリセリンを添加して粘度を変更した際の、SLBC上での転落をその内部流動評価により検討した。水にグリセリンを添加して粘度を変更したところ、グリセリン添加量の増大に伴い粘度が増大し、転落速度は減少していくことがわかった。この減少傾向は同一のシランで撥水処理した平滑Si基板よりも緩やかであり、粘度の高い液滴でもSLBCは固体基板よりも高い転落性を示した。この際、SLBC上の液滴は、低粘度領域では滑りモードで転落する一方、粘度の上昇に伴い回転成分速度が増加していくことが明らかになった。このことは、SLBC上を転落する液滴の挙動は液滴とオイルの粘性の大小関係に影響を受けることが考えられ、粘性散逸エネルギーの計算により液滴とオイルの粘性散逸エネルギーの大小によりその支配因子の評価を行った。平成26年度は、複数の方法で3次元ネットワーク構造の細孔を有するセラミックス多孔体を作製し、プロセス条件と細孔構造の関係把握を行うとともに、得られた多孔体に種々のオイルを含浸することでSLBCを作製し、構造・液体性能と動的撥水性の関係を把握することを計画していた。字数の関係で上記概要には記載していないが、分相を利用する方法の他に、テンプレート法でも多孔体を作製しており、細孔構造の特徴づけができている。

これらの多孔体はアルミナだけでなく、シリカやジルコニアでも作製ができている。また分子構造や組成が異なるシランを用いて撥水処理を行い、含浸する液体も様々なものを試した結果、界面での拡張係数が異なる(固体表面上での液体の分布状態が異なる)SLBCも作製できた。さらに、一部であるがそれらの特徴づけまで検討が進んでいる。これらはすべて26年度に検討を予定していた内容であり、現段階で計画に沿ってほぼすべて実施できたと考えている。無機材料科学本研究課題の目的は、SLBCを構成する多孔体構造と、液体の粘性や蒸気圧、表面エネルギーなどの特性が得られる材料の特性に及ぼす影響を明らかにするとともに、この新規複合材料の設計に関する基礎概念を構築して省エネルギー技術に繋げていくことにある。27年度は着雪着氷を効果的に防止し、流動抵抗を低減することができる複合材料をSLBCで作製するための検討に重点を置く。流動抵抗については我々が独自のノウハウを持つ、粒子画像流速計測法(PIV)を適用し、拘束を受けて移動している液体の内部流動を可視化することを考えている。管内の液体を直接PIVで検討するのは測定原理から困難であるため、2つのSLBCで挟み込んだ状態での水滴の移動を代替特性として検討する。また、構造や組成を最適化した部材を用いて、着雪着氷機能の検討を行い、外部電界を用いた積極的な帯電量の増大による水滴の転落促進や制御を実現する。なお着雪着氷の検討には、実績のある「模擬雪」(球状シリカ中空粒子と水との複合体)を実際の雪の代わりに用いて検討する。
Development of F-18 radiopharmaceutical for PET imaging of infections

我々は動物モデルにおいては細菌性感染症と非感染性炎症の識別することができた2-デオキシ-2- [18 F]フルオロアセトアミド-D-グルコピラノースの標識合成法に掲載された。さらに、同様の標識合成条件下で[18 F]フッ化物の取り込みと同じ効率で新しい前駆体を開発し、最終的な[18 F] FAGの品質管理のためのHPLC法を開発しました。Ts前駆体を用いる最終比活性は、Br前駆体を用いるよりも高かった。しかも、最終比活性及び放射化学的収率は以前の新規標識合成法よりも低く、したがって臨床試験には適してない。最後に、新規UDP-N-アセチルグルコサミン前駆体の合成法が設計され、現在進行中である。
空気中で高速電場駆動する導電性高分子アクチュエータの開発

PEDOT/PSSコロイド水分散液にPSSを添加することで、PSS組成比の異なるPEDOT/PSSフィルムをキャスト法により作製した。電圧印加によるフィルムの最大収縮率はPSSおよび相対湿度の上昇とともに増加し、最大7%に達した(PSS:93%、70%RH)。PEDOT/PSSの水蒸気吸着曲線はPSS組成比に依存しないことから、フィルムの電気収縮率向上のメカニズムは(1)添加したPSSがフィルムの変形を妨げているPEDOT/PSSコロイド間の水素結合を抑制、(2)相対湿度の上昇による含水率の向上に基づくことが明らかになった。ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(4-スチレンスルホン酸)(PEDOT/PSS)水分散液にポリ(4-スチレンスルホン酸)(PSSH,M_w=7,5000)を混合したフィルムを新たに作製した。電導度はPSSH添加量の増加とともに約100S/cmから0.9S/cm(PSSH=90%)に低下した。これはPSSHの増加とともに電気伝導を担うPEDOTの割合が少なくなったためと考えられる。引張試験の結果から,PSSHの増加とともにヤング率および切断強度はわずかに低下し,切断伸度はほぼ一定であった。また,PSSH=90%のフィルムは非常に脆く,引張試験を行うことができなかった。PSSHの添加によりフィルムの最大電気収縮率は増大し,PSSH=70%,エチレングリコール濃度10%の条件で作製したフィルムは,印加電圧20Vで最大約5%(従来値2.4%の2倍以上)に達することがわかった。次に,PSS濃度が70%になるように対イオンと分子量の異なるPSSを添加したフィルムを作製し,電気収縮挙動を検討した。PSSHではフィルムが徐々に伸びていくクリープ現象が見られたのに対し,PssNa,PssLi,PSSNH_4(M_w=200,000)ではクリープがほとんど見られず,優れた寸法安定性を示すことが明らかになった。一方,PSSH(M_w=75,000)ではフィルムが徐々に縮んでいくことがわかった。さらに,フィルムの最大収縮速度はPSSの種類に依存せず同程度であるのに対し,電圧を切った際の最大伸長速度はPSSHとPSSNH_4のフィルムで速く,PSSNaやPSSLiのフィルムでは遅くなることがわかった。組成比の異なるポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(4-スチレンスルホン酸)(PEDOT/PSS)を新たに合成した。合成により得られたPEDOT/PSS水分散液にエチレングリコールを添加し、空気中50°Cで一晩乾燥させた後、真空120°Cで1時間熱処理することによりキャストフィルムを作製した。フィルムの電導度は四探針法により測定した。PEDOT/PSSフィルム(長さ50mm,幅2mm,膜厚20μm))の電気収縮挙動は、変位センサと温湿度センサを装着した装置を用い、恒温恒湿槽内で測定した。フィルムの表面温度は赤外温度計(THI-500S,Tasco)を用いて測定した。電導度はPEDOT/PSS-3フィルムで最大210S/cmであった。PSS比の増加とともに減少し、PEDOT/PSS-15フィルムでは70S/cmであった。PSS組成比の異なるPEDOT/PSSフィルムに25°C,50%RHで10V印加した時の収縮率,電流,表面温度を測定した。電圧印加によりフィルムに電流が流れ,ジュール熱が発生することでフィルムの表面温度が上昇する。さらにジュール熱で水分子が脱着することでフィルムが収縮する。電圧をオフにすると,再び水分子を再吸着し元のサイズに戻る。フィルム内のPSS比が増加することで収縮率がPEDOT/PSS-3の2.9%からPEDOT/PSS-15の5.1%に増加した。これに対し、電流値と表面温度は電導度の低下により減少することから、電気収縮のエネルギー効率が向上したことがわかる。さらに、組成の異なるPEDOT/PSSフィルムの50%RHにおける電気収縮率を測定した。フィルムの収縮率は印加電圧とともに増大し、812Vで最大となった。しかし、それ以上の電圧では収縮率が逆に低下したことから、PEDOT/PSSフィルムの熱膨張が起こったと考えられる。興味深いことに、PSS比が増えると最大収縮率が顕著に増加し、PEDOT/PSS-15で最大5.6%に達した。これは、従来のフィルムに比べ2.3倍大きな値である。親水性のPSSが増加することで含水率が増大したとともに、フィルムの変形を妨げているコロイド粒子間の水素結合が減少したためと考えられる。軽量で安価な高分子材料の変形を電気刺激により自在に制御できれば、ソフトでフレキシブルなアクチュエータや人工筋肉への応用が可能である。

研究代表者は平成8年に、導電性高分子のポリピロールフィルムが水蒸気の吸脱着に応答して空気中で素早く屈曲する現象を見出し、メカニズムの解明と機能素子への応用について系統的な研究を行ってきた。しかしながら、フィルムの電気収縮率は約1%と小さく、実際の素子に応用するには変位を拡大する工夫が必要であった。さらに、電解重合によるフィルム作製に12時間以上かかることや、得られた素子の発生応力が小さい、繰り返し安定性や耐久性が低い等の課題が残されていた。そこで、これらの課題を解決するために、電気・力学特性や耐熱性、化学安定性に優れ、塗布により容易に成型可能なポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(4-スチレンスルホン酸)(PEDOT/PSS)に着目した。PEDOT/PSSコロイド水分散液にPSSを添加することで、PSS組成比の異なるPEDOT/PSSフィルムをキャスト法により作製した。電圧印加によるフィルムの最大収縮率はPSSおよび相対湿度の上昇とともに増加し、最大7%に達した(PSS:93%、70%RH)。PEDOT/PSSの水蒸気吸着曲線はPSS組成比に依存しないことから、フィルムの電気収縮率向上のメカニズムは、添加したPSSによるフィルムの変形を妨げているPEDOT/PSSコロイド間の水素結合抑制と、相対湿度の上昇による含水率の向上に基づくことが明らかになった。(i)PEDOT/PSSにPSSを添加、(ii)組成比が異なるPEDOT/PSSを新規に合成することで、フィルムの電気収縮率を2倍以上に向上させることに成功した。さらに、(ii)では(i)に比べPEDOT/PSSフィルムの電導度が高いことから、アクチュエータの駆動電圧を低下できることがわかった。24年度が最終年度であるため、記入しない。電圧印加による導電性高分子材料の変形挙動は、これまで大気中でレーザー変位計を用いて測定してきた。しかし、温湿度が任意にコントロールできず、またテコの原理を用いて変位を拡大する必要があったことから十分再現性のあるデータを得るのは困難であった。そこで、高性能力学特性試験機と温湿度制御ユニットならびにポテンショスタットを組み合わせた環境制御型アクチュエータ特性評価装置を新たに構築する。本システムにより、1080°C、2585%RHの任意の温湿度環境下で導電性高分子の電気力学特性を評価することができる。等張条件下におけるフィルムの変形量および等尺条件下における発生応力を、印加電圧、温度、湿度などを変化させながら系統的に評価することで、応答速度や出力密度、エネルギー変換効率、耐久性等を評価する。
新規培養法を用いて同定したマーカーは炎症性腸疾患の治療ターゲットとなりうるか？

独自に開発した新規培養法で同定したマーカー、CD25に関して、炎症性腸疾患の治療ターゲットになりうるかどうかを検討した。腸炎マウスの腸管粘膜CD4T細胞(LPCD4+Tcells)を刺激下で培養し、その後、炎症性サイトカインの産生をCD25陽性、陰性の部分で比較検討した。また、LPCD4+ TcellsをCD25陽性、陰性に分けて、腸炎惹起能を検討した。CD25には、CD4+CD25+Foxp3+の制御性T細胞の分画を含まれるため、この分画を除いて検討したところ、サイトカイン産生においては、両群に違いはなかった。腸炎惹起能においては、検討中である。慢性腸炎マウスモデルの腸管粘膜内CD4+T細胞(LPCD4+T細胞)から生存能、腸炎惹起能の高い細胞を抽出する新規培養法を開発し、これらの細胞に発現が亢進している複数のマーカーを同定した。本期間における我々の実験計画は、同定した複数のマーカーCD25、α4β7、CXCR3における1抗アポトーシス分子であるBcl-2の発現、テロメア長の測定の検討、2腸炎惹起能/多分化能の検討であった。Bcl-2の発現に関しては既に行っており、それぞれの分画の陽性細胞には発現が亢進していた。CD25には、細胞内転写因子であるFoxp3陽性の制御性T細胞の分画が含まれており、この分画を除いたうえでの評価が必要であったが、施設の関係で、使用予定であったFoxp3レポータマウス(遺伝子改変マウス)の飼育、購入が困難であっため、テロメア長の測定はまだ、未実施である。複数のマーカーに関する腸炎惹起能/多分化能の検討に関しては、CD25陰性、陽性で腸炎惹起能を検討したが、CD25陰性の方が強い腸炎を発症する結果となった。これは、先程のべた様に、CD25には、Foxp3陽性の制御性T細胞の分画が入っており、このため、CD25陽性分画は腸炎が抑えられたと思われる。このため、制御性T細胞の分画を除いた上での検討が必要である。施設の関係で、使用する遺伝子改変マウスの飼育、購入が困難であったため、予定の実験が施行できなかった。腸管粘膜のリンパ球を、マーカー別に分取することが、予想以上に難しく、時間を要した。また、移入腸炎マウスの腸炎の出来が思ったより弱く、実験に使用するのに十分な細胞数を得る事が難しかった。申請者は近年、慢性腸炎マウスモデルの腸管粘膜内CD4+T細胞(LPCD4+T細胞)から生存能、腸炎惹起能の高い細胞を抽出する新規培養法を開発し、これらの細胞に発現が亢進している複数のマーカーを同定した。本期間の計画は、同定した複数のマーカーのうち、CD25に関して、腸炎惹起能が強いかどうかの検討を行うことであった。CD25陽性細胞には、細胞内転写因子、Foxp3陽性の制御性T細胞の分画が含まれる。制御性T細胞は過剰な免疫反応を抑制する働きが有り、我々の方法で同定した、生存能、腸炎惹起能の高いと思われるマーカーCD25はこの制御性T細胞含まれていない分画である。このため、制御性T細胞を分画を除く必要があった。実際に、腸炎マウスのLPCD4+T細胞からCD25陽性、陰性細胞を分取し、腸炎惹起能を検討したが、制御性T細胞が含まれているため、CD25陽性の分画は腸炎惹起能はよわかった。現在、Foxp3陽性の制御性T細胞を除くことが可能な遺伝子改変マウスを頂き、繁殖中である。また、本実験における腸炎マウスモデルは、免疫不全マウスに、正常マウスの特定の細胞分画を移入し、腸炎を誘導する移入腸炎マウスモデルであり、ドナーの免疫不全マウスも必要である。このため、ドナーの免疫不全マウスも繁殖中である。施設の改修が入り、遺伝子改変マウスの飼育、購入が遅れた。また、ドナーの免疫不全マウスの入手が予想以上に困難であったため、予定通りに実験が施行できなかった。マウスの繁殖も予想以上に、うまく繁殖できなかった点も理由のひとつである申請者は、CD4+CD45Rbhigh移入腸炎マウスモデルの腸管粘膜内CD4+T細胞(LPCD4+T細胞)から生存能、腸炎惹起能の高い細胞を抽出する新規培養法を開発し、これらの細胞にCD25陽性細胞が多数存在することを同定した。本研究は、CD25陽性T細胞が、炎症性腸疾患の治療ターゲットとなりうるかどうかを検証することを目的とした。CD25陽性T細胞には、細胞内転写因子、Foxp3陽性の制御性T細胞の分画が含まれているが、我々が開発した培養法で同定したCD25陽性T細胞には、この分画は含まれていない。このため、目的の研究を行うためには、この分画を除く必要があった。Foxp3の検出には、細胞内固定を要するため、生きたままの状態で検出できないこと、また、時間もかかることから、今回、Foxp3レポータマウスを入手し、研究を行った。まず、このマウスを使って、移入腸炎マウスを作成した。腸炎発症後に、このマウスのLPCD4+T細胞を抽出し、刺激下で培養し、炎症性サイトカインの分泌能を制御性T細胞の分画を除いたCD25陽性、陰性T細胞の分画で調べた。

しかしながら、このモデルの主要な炎症性サイトカインであるIFN-γとIL-17Aの分泌能においては、両分画に明確な差はなかった。また、LPCD4+T細胞を制御性T細胞の分画を除いたCD25陽性、陰性T細胞で分取し、腸炎惹起能の比較や、遺伝子、蛋白質の発現の違いを比較しようと試みたが、分取後の純度がCD25陽性T細胞で非常に悪く、評価困難であった。今後、他の炎症性サイトカインや抗アポトーシス分子を測定し、両分画に差がないかどうか、また、腸管粘膜のリンパ球では、今回の目的の分画を分取するのが難しいため、比較的分取しやすい脾臓細胞のリンパ球を使用して、評価が出来ないかどうかを検討中である。独自に開発した新規培養法で同定したマーカー、CD25に関して、炎症性腸疾患の治療ターゲットになりうるかどうかを検討した。腸炎マウスの腸管粘膜CD4T細胞(LPCD4+Tcells)を刺激下で培養し、その後、炎症性サイトカインの産生をCD25陽性、陰性の部分で比較検討した。また、LPCD4+ TcellsをCD25陽性、陰性に分けて、腸炎惹起能を検討した。CD25には、CD4+CD25+Foxp3+の制御性T細胞の分画を含まれるため、この分画を除いて検討したところ、サイトカイン産生においては、両群に違いはなかった。腸炎惹起能においては、検討中である。現在、遺伝子改変マウスの飼育、購入は可能な状態であり、既に、Foxp3レポータマウスは頂き、飼育中である。この遺伝子改変マウスを使用して、前年度の実験を進めていく予定である。既に、予備実験はすませている。また、このマウスを使用し、同定したマーカーのサイトカイン産生能を、陽性細胞、陰性細胞にわけて、フローサイトメトリーで測定する実験も付け加え、検討する。移入腸炎マウスの作製に関しては、移入使用する細胞数を少し増やしたりして、作製を工夫して行い、リンパ球をマーカー別に分取することに関しては、専門家にアドバイスを頂き、進めていく予定である。α4β7に関しては、現在日本で抗体製剤の治験が既に勧められており、検討する意義は低いため、次年度からは、実験対象から外す予定である。現在は、マウスの繁殖もうまくいっており、腸炎モデルの作製が可能である。このため、同定した複数のマーカーの腸炎惹起能の検討比較を行う。また、同定した、マーカーの炎症性サイトカインの産生能を(主に、IFN-γ、IL-17A)、陽性細胞、陰性細胞にわけてフローサイトメトリーで比較検討を行う。また、上記実験が仮説通りの結果がでた場合は、IBD患者の検体を使用し、同定したマーカーの存在の有無や、サイトカインの産生能をマウスの実験と同様な手技で比較検討を計画している。消化器病学炎症性腸疾患粘膜免疫試薬、物品のリユースや安価の物品への変更による影響。フローサイトメトリー用の抗体等、主に試薬に使用させていただく。
情報論的制約下におけるマルチエージェント合意問題に対する確率アルゴリズムの構築

本研究では,ネットワーク化制御の分野で盛んに研究されているマルチエージェント系の協調制御における合意問題に焦点をあてた.エージェント間の情報交換に関する制約がとくに厳しい場合を扱い,極力少ない通信で合意を達成する分散型アルゴリズムの構築を目的とした.平均合意アルゴリズムに関して,エージェント間の接続構造が有向であり,さらに時間的に変化するシステムを考えた.さらに,非線形な振動子ネットワークとして知られる蔵本モデルへの拡張を行った.通信制約下の制御系に関しても,不確かなプラントモデルに対する通信限界の導出を行った.本研究では,システム制御の分野で注目されているマルチエージェント系の協調制御のうち,合意問題に焦点をあてる.エージェント間の情報論的な制約が厳しい場合を扱い,極力少ない通信で合意を達成するアルゴリズムの構築を目的とする.今年度は,マルチエージェント系における重要な応用である無線センサネットワークや移動型ロボット群に関連した課題に新たに取り組んだ.また昨年度に引き続き,PageRank問題に対する分散的計算手法,および不確かさを有する制御系における通信制約に関する研究も行い,有益な成果を得た.主な結果は以下の3つにまとめられる.1無線センサネットワークにおける時刻同期問題に対する分散的な手法を考案した.とくにセンサノード間で情報交換を行う際に一定の条件を設けることで,通信量を抑制できる合意問題をベースとした分散型アルゴリズムとなった.2ネットワーク化制御における基本的な結果である最小通信レート問題に関して,不確かさを持つシステムを扱った.従来研究よりも低い通信レートで安定化が可能であることを示した.関連して,量子化制御における量子化器の粗さに注目し,不確かさを有するシステムに対する結果を得た.3本グループが提案してきたPageRank計算に対する分散型確率アルゴリズムにおいて,エージェント間の時刻同期を要しない手法を考案した.主に理論研究を進めたが,有効性の検証はシミュレーション実験を通じて行った.本研究では,ネットワーク化制御の分野で盛んに研究されているマルチエージェント系の協調制御における合意問題に焦点をあてた.エージェント間の情報交換に関する制約がとくに厳しい場合を扱い,極力少ない通信で合意を達成する分散型アルゴリズムの構築を目的とした.平均合意アルゴリズムに関して,エージェント間の接続構造が有向であり,さらに時間的に変化するシステムを考えた.さらに,非線形な振動子ネットワークとして知られる蔵本モデルへの拡張を行った.通信制約下の制御系に関しても,不確かなプラントモデルに対する通信限界の導出を行った.本研究では,システム制御の分野で注目されているマルチエージェント系の協調制御のうち,合意問題に焦点をあてる.エージェント間の情報論的な制約が厳しい場合を扱い,極力少ない通信で合意を達成するアルゴリズムの構築を目的とする.今年度は,平均合意アルゴリズムに関して,エージェント間の接続構造が時変な場合や,エージェントが非線形系である場合を考えた.分散計算によるPageRankアルゴリズムや,通信制約に関する基礎的な研究も並行して行った.主な結果は以下の3つにまとめられる.(1)平均合意問題において,これまで研究代表者らはエージェント系が有向グラフで表される場合を考え,最低限の接続下で平均合意を達成するアルゴリズムを提案してきた.今年度は2つの拡張を行った.第1に,接続構造が時変な場合に有効なアルゴリズムを導出した.第2に,エージェントのダイナミクスが非線形な蔵本振動子として表されるケースに対して,全エージェントの固有角周波数の平均値に収束する手法を求めた.さらに,より一般的な合意問題において,エージェントモデルが不確かさな場合に対する適応制御法も得た.(2)分散型確率アルゴリズムに基づくPageRank計算において,エージェント間の通信が計算結果に与える影響についても進捗があった.(3)ネットワーク化制御における基本的な結果である最小通信レート問題に関しても,不確かさを持つシステムに関して新たな結果を得た.主に理論研究を進めたが,有効性の検証はシミュレーション実験を通じて行った.今年度は以上の結果の一部を,IEEE Conf. Decision & Control (12月,Orlando USA),計測自動制御学会第40回制御理論シンポジウム(9月,大阪),第12回制御部門大会(3月,奈良),電子情報通信学会ソサエティ大会(9月,札幌)などで発表した.広くネットワーク化制御および合意問題を中心としたマルチエージェント系に関する研究を進めることができ,新たな結果や方向性が得られてきている.上記の研究実績で挙げた課題(1)(3)の研究結果は,いずれも本研究で目指す方向に沿ったものである.次年度に引き続き取り組むべき課題が多く残されており,新たな発展が期待されている.当初,研究計画で検討を予定していた課題の中で,やや遅れ気味なのは,合意問題における耐故障性の向上に関する研究である.研究内容に関して想定していなかった問題が生じたためであるが,これについては引き続き取り組む予定である.他方で,不確かなダイナミクスを持つエージェント系に対する適応制御にもとづくアプローチに取り組むことができた.そこでは各エージェントは本来異なるダイナミクスをもつが,局所的な情報交換を通じて協調することにより,同一の状態方程式を持つシステムへと適応的に制御を行う.従来法では困難であった不安定なダイナミクスを持つ系にも適用可能であり,さらに情報交換に用いるネットワークが2重の構造をもつことを許容する等,優れた特徴をもつ手法である.耐故障性の問題と目指す方向が近い研究でもあり,この分野ではあまり研究されていない独自の結果が得られている.今年度進めてきた通信制約と分散協調制御に関する研究の方向性を強化するとともに,新しい発展を目指す.とくに本研究ではロバスト性や耐故障性の向上に関する研究も目的に掲げているので,力を注ぎたい.上記の研究実績で挙げた課題(1)(3)については継続して検討する.並行して新たに課題(4)にも取り組み,より高度なアルゴリズム構築やその解析を行う.

1.理論構築:(1)(a)平均合意アルゴリズムにおいて,通信時の時間遅れやデータ損失を考慮し,その影響の抑制を目指す.(b)システム中の一部のエージェントが故障した場合の最悪ケースとして,そうした異常エージェントが他の正常なエージェントを妨害する状況を考える.正常なエージェントが合意するためのアルゴリズムを設計する.状態が2値の場合は情報科学でビザンチン問題として知られるが,その実数値の場合への拡張を行う.(2) PageRankの分散型計算と合意問題は理論的に近いため,他の課題で得た成果を適用することを検討する.分散的なアルゴリズムでは,悪意のあるページ所有者が現れる可能性があるため,計算結果の信頼性を保証する手法を考える.(3)通信レートを陽に考慮したマルチエージェント系の合意問題を検討する.(4)これまで合意問題とPageRank計算に関して培ってきた成果と知識を動員し,総合的な見地から,これらを含む分散型確率アルゴリズムの広い一般的な枠組みを構築する.2.実験による検証:前年度の実験結果を基に,より規模の大きいシステムに対して提案アルゴリズムを適用し,数値実験を通して収束速度の特性や計算結果の精度等を確認する.また,応用面での課題を検討するために,実験機による検証を行う.3.研究発表:理論的な成果については,前年度と同様の会議での発表を行う.また,研究成果をまとめ,雑誌への投稿を行う.次年度に使用予定の助成金があるが,これはセンサネットワークの実機を用いた実験による検証を進めるつもりであったが,準備が多少遅れたためである.そのため,機材の購入を予定していた予算の一部を次年度に回すこととした.研究費のの使用計画は,以下のとおり.設備備品費:書籍は本研究で中心的な分野である制御理論,情報科学(とくに分散型アルゴリズム)関連のものを購入する.最新のものを揃えられるよう次年度も計上した.消耗品費:実験で用いるセンサネットワーク系のために,電気電子部品代を計上した.Rabbit社のシングルボードコンピュータ(1台あたり15千円)を使用する予定である.謝金等:研究補助は主に大学院生に対して支払うものであり,プログラム作成や関連する準備作業にあてる.1時間あたり1千円程度とした.旅費:主として研究代表者および大学院生が行う調査・研究と成果発表の分を計上した.1回あたり,国内は70千円,外国は200千円を目安とした.その他:学会参加費として,調査・研究と成果発表の際に必要な分を計上した.最終年度は,研究成果やシミュレーションツールを公開するホームページ作成の予算が必要となる.