hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ヒト男性不妊症と習慣流産の病態解明およびその臨床医学への応用

本研究において我々はヒト精子形成とくに減数分裂停止(MA)に起因する無精子症原因遺伝子としてヒトHORMAD1遺伝子を同定することができた。またヒト無精子症のうち組織学的にgerm cellをまったく有さないいわゆるSertoli cell-only syndrome (SCOS)の原因遺伝子としてヒトLRWD1遺伝子の同定に成功した。さらに、MAおよびSCOSの両方に深く関与している遺伝子としてヒトSEPTIN12遺伝子を証明した。今日、日本の最も重要な社会問題の一つとして間違いなく少子化問題が存在する。しかしながら、その背景として先進国では不妊症患者が増加傾向にあることは一般にはあまり認識されていない事実である。ヒト不妊症の原因の約半数が男性因子に起因するといわれているため、少子化問題の原因の一つとして男性不妊症は極めて重要な問題である。本年度、我々はヒト無精子症患者(SCOS)及び正常成人男性におけるヒト精巣組織を用いたマイクロアレイ法にて同定されたヒト無精子症原因候補遺伝子の一つであるヒトSEPTIN12遺伝子に関して解析を行った。解析の結果、100名の患者群においてmutationは検出できなかったもののcoding region内に8つのsingle nucleotide polymorphism(SNP1-8)を検出した。これらのSNP部位において正常日本人男性140名のGenomic DNAをもちいて同様にシークエンス解析を行ったところ、SNP3,SNP4及びSNP6においてゲノタイプ、アレルの出現頻度ともに患者群とコントロール群で統計学的に有意な差を認めた(p<0.001)。本研究の成果からヒトSEPTIN12遺伝子がヒト精子形成過程においてきわめて重要な役割を担うことが強く示唆された。不妊症における男性因子の重要性は広く認識されているものの、ヒト精子形成のメカニズムはほとんど明らかにされていない。一方マウスにおいては近年そのメカニズムは著明に解明されてきている。しかし、全てのノックアウトマウスの表現型がヒトにおいて忠実に再現されている訳ではない。この点がヒトの疾患原因遺伝子の同定をより難しくしている理由の一つである。近年マイクロアレイ法によりSCOSによる無精子症患者の精巣においてその発現が低下している遺伝子がいくつか同定された。そこで我々はそのうちの一つであるSEPTIN12遺伝子に着眼し解析を行った。組織学的にSCOSに起因する無精子症と診断された日本人患者100名及び妊孕性が確認されている正常コントロール140名から血液を採取し、DNAを抽出した。ヒトSEPTIN12遺伝子の全てのcodingregionに隣接するイントロン部位にプライマーを設定し、nested PCR法を行いダイレクトシークエンスによりmutation解析を行った。得られた結果を統計学的に解析しその有意差を検討した。解析の結果、エクソン2,4,5においてそれぞれ8つのsingle nucleotide polymorphism : SNP1-SNP8検出した。患者群と正常コントロール群でゲノタイプ及びアレルの出現頻度を検討したところ、SNP3,SNP4及びSNP6において患者群とコントロール群ではゲノタイプ、アレルの出現頻度ともに統計学的に有意な差を検出した。本研究によりヒトSEPTIN12遺伝子がヒト精子形成過程においてに重要な役割を担うことが強く示唆された。さらにこのSEPTIN12遺伝子が減数分裂停止による無精子症にも深く関与していること、さらに新たなヒト無精子症原因遺伝子としてヒトHOMAD1遺伝子の同定にも成功した。昨年度我々はヒト無精子症、とくにそのなかでも組織学的にgerm cellを精巣内に全く認めない、いわゆるSertoli cell-only syndrome (SCOS)の原因遺伝子としてヒトSEPTIN12遺伝子を世界で初めて同定した(Miyakawa, Miyamoto et al., J Androl. 2012)。SCOSは組織学的に精巣内に胚細胞をまったく認めないため今日もっとも重度の無精子症とされており、これまでその原因およびその病態機序は世界的にもほとんど明らかとされていない。ヒト無精子症においてこのSEPTIN12遺伝子の遺伝子多型の出現頻度が正常コントロール群100名と比較してSCOS症例群100名の方が有意に高いことが明らかとなった。さらにこのSEPTIN12遺伝子は同様にヒト減数分裂異常(Meiotic Arrest: MA)による無精子症の発症にも深く関与していることを証明することができた(Miyamoto et al., J Assist Reprod Genet. 2012)。さらには減数分裂異常に起因する無精子症において新たな遺伝子であるヒトHORMAD1遺伝子も深く関与していることを明らかにすることができた(Miyamoto et al., Asian J Androl. 2012)。上記のように昨年度はヒト男性不妊症に深く関与する原因遺伝子を3つ同定することに成功した。これらの研究成果の他、昨年度はさらに英文論文3編をpublishすることができた。本年はimpact factorを有する英文雑誌に論文5本を発表することができたため。24年度が最終年度であるため、記入しない。我々はこれまでヒト無精子症に深く関与する多数の新規遺伝子を同定してきた。しかしながらその発症メカニズムは不明なままである。
人間の心理特性と振る舞いを利用した弱者のための携帯端末向けセキュリティ技術の研究

本プロジェクトは、リテラシーの低いスマートフォン利用者にセキュリティ技術を提供する研究を行うものである。成果の一つとして、スマートフォンのフリック入力時に本人の特徴を抽出することで、追加の特殊デバイスやセキュリティを向上させるためだけの特殊な操作をユーザに強いることなしに、パスワードによる本人確認を強化できる手法を提案した。また、仮想OSを利用したファイルのアクセス制御技術、脆弱と推測されるWebサイトを見分ける技術、歩きスマホの抑止技術の研究も行った。仮想OS上の実装は困難であったが、深層学習はWebサイトの自動判別に有効であること、抑止は防止よりも歩きスマホ対策に有効であることがわかった。リテラシーの低いスマートフォンの利用者にも高いセキュリティを提供する技術の研究のひとつとして、スマートフォンで標準的な文字入力方法として使用されているフリック入力において、個人の特徴を抽出する研究を行った。しかしながら、フリック入力から得られる個人の特徴は、プロジェクトの研究目的である個人情報保護やデジタルフォレンジックには不十分な精度であった。そこで、従来のスマートフォンのロックに使用されている一般的なパスワードと組み合わせ、攻撃者にパスワードが部分的に知られた場合でも、簡単にはスマートフォンのロックを不正に解除できない仕組みに応用することにした。本研究の技術を用いれば、難解なセキュリティ技術を学ぶことなく、スマートフォンのセキュリティ機能を向上できる。スマートフォンは公共の場でも使用するため、端末をパスワードで保護していても、背後からパスワードを盗み見られる可能性が高い。一方、背後からパスワードを盗み見る攻撃者にしても、パスワード入力画面を凝視することは不自然であるため、パスワードを部分的またはおおよそしか把握できないことが多い。狙った端末に攻撃者がキーロガーやバックドアなどの不正ソフトウェアを仕込むには、利用者の隙をつき、短時間の内に端末を操作する必要がある。本技術を用いれば、フリック入力時の特徴とパスワードの両方が一致しなければスマートフォンのロックを解除しないようにでき、パスワードがはっきり分からない攻撃者にはロック解除にかかる時間を引き延ばせる。一方、本来の利用者には特別な操作を何も強要しないため、本技術の導入は容易である。平成26年度の研究実績は、識別率向上のためのアルゴリズムの改善、電車内などでの利用時に床の揺れを吸収するアルゴリズムの提案である。これらの実績を成果として、査読付きの国際会議にて3回発表した。この仕組みは全世界のスマートフォンに適用可能である。フリック入力から得られる個人の特徴だけでは個人識別を行うには不十分であるが、従来のスマートフォンのロックに使用されている一般的なパスワードと組み合わせ、攻撃者にパスワードが部分的に知られた場合でも、スマートフォンのロックを容易には解除できないようにした。フリック入力時の特徴とパスワードの両方が一致しなければスマートフォンのロックを解除できないため、パスワードがはっきり分からない攻撃者には、パスワードが誤っているのか、特徴が一致しないのか区別ができず、ロック解除にかかる時間を引き延ばせる。一方、本来の利用者には特別な操作を何も強要しないため、本技術を容易に導入できる。平成27年の研究実績としては、それまでの研究に機械学習を導入し個人識別率を向上させる成果を得られた。成果は査読付きの国際会議にて1回発表した。また、近年流行しているクラウドコンピューティング技術により、スマートフォンのデータがサーバで管理されることも一般的になってきた。しかし、従来のファイルシステムにおいては、データのアクセス制御が利用者単位で行われており、端末が不正に利用されると利用者の全てのデータにアクセスされてしまうおそれがあった。そこで、サーバのファイルシステムにおいて、アプリケーションソフトウェアプログラムごとにファイルアクセス制御を可能とする研究を行い、新たなファイルアクセス制御のしくみを査読付きの国際会議にて発表するという成果が得られた。この仕組みはスマートフォンのデータに限らず、全世界のクラウドコンピューティング環境に適用可能である。当初の計画では、平成26年度に、スマートフォン利用者のライフログから、何が有用な特徴であり、どのような対策に利用可能であるかについて明らかにしていくことに注力する予定であった。そのうちのひとつがフリック入力時の個人の特徴であり、本研究の技術を用いれば、利用者に特別な操作や困難な知識の習得を強いることなく、スマートフォンにおける従来のパスワードロック方式のセキュリティを強化できる。これ以外には、スマートフォンのマイクから拾う環境音や、GPSによる位置情報にも着目してはみたが、思うような成果に結びつく結果は得られなかった。また、当初の計画では、平成27年度に試作プログラムを実機で動作させ、評価を行う予定であったが、これは平成26年度内にある程度の部分まで達成された。実機で動作させたプログラムによる評価が、当初の予定通り妥当なものであるか考察を行い、その結果を国際会議にて発表している。なお、平成27年度には、機械学習を導入することで、少人数であれば個人を区別可能な精度をさらに向上させた。平成28年度には、対象を広げて実験を行う予定であるが、そのために必要な知見として、国際会議において世界中の技術者から有用な意見も得られた。さらに、平成27年度に、サーバ側でのファイル保護技術についての提案も行った。こちらも国際会議で発表を行い、世界中の技術者から有用な意見が得られた。研究の進展は当初の計画の通りである。本プロジェクトは、リテラシーの低いスマートフォンの利用者にも、高いセキュリティを提供できる技術の研究を行うものである。

プロジェクトの最終年度となった平成28年度には、平成27年度までに考案して評価を行った、フリック入力による個人識別技術の特許出願と学術論文誌(ジャーナル)への投稿を行った。本技術は、本プロジェクトの目的のとおり、リテラシーの低いスマートフォンの利用者が通常通りスマートフォンを利用する際に、文字を入力するフリック入力時の特徴を取得し、これを比較することにより、他人にスマートフォンを利用されている際に検知する技術である。平成27年度の研究で機械学習を導入し、個人を識別する精度が飛躍的に向上したため、平成28年1月4日に国際会議にて発表を行った。この技術の特許出願は平成28年6月30日に行った。なお、フリック入力による個人識別技術の研究成果として、機械学習を用いない基本的な手法の提案を電子情報通信学会論文誌に、機械学習を用いて精度を向上する技術を情報処理学会論文誌にそれぞれ投稿したが、論文の構成や評価が不十分であるとされいずれも不採録となってしまった。論文誌へは平成29年度に再投稿する予定である。また、クラウドコンピューティング環境を想定したセキュリティ技術の研究として、本プロジェクトで提案した仮想マシン上にOSをインストールすれば、リテラシーの低い利用者のファイルも自動的に保護される技術の実装を平成28年度に行った。この技術の提案は、平成28年3月23日に国際会議にて英語で発表を行っており、平成28年度に実装を試みた。しかし、理論上は可能であるが、我々の能力が及ばず、OSへ変更を加えることなくこの技術を実装することができなかった。OSへ変更を加えた実装に関しては、平成29年3月7日に、電子情報通信学会研究報告として国内で発表を行った。平成28年度に行う研究の予定としては、平成27年度までに行ったフリック入力による個人識別技術の研究成果を論文誌(ジャーナル)への投稿することと特許出願、平成27年度までに提案したクラウドコンピューティング環境を想定した個人情報保護技術の実装と評価を行うことを計画していた。論文誌への投稿に関しては、フリック入力による個人識別技術の評価をまとめ、機械学習を用いない基本的な手法の提案を電子情報通信学会論文誌に、機械学習を用いて精度を向上する技術を情報処理学会論文誌にそれぞれ投稿したが、論文の構成や評価が不十分であるとされいずれも不採録となってしまった。再評価には時間が掛かるため、この点は進捗が遅れている。また、クラウドコンピューティング環境を想定した個人情報保護技術に関しては、平成27年度末までの提案段階では理論的に可能であったが、我々の能力が及ばず、OSに改変を加えることなくこの技術を仮想マシン上に実装することが出来なかった。
〈学童の心身の健康〉をめぐる教育言説の生成過程に関する歴史社会学的研究

1本研究は、明治昭和初期における〈学童の心身の健康〉をめぐる教育言説空間の形成を検討した。当初は、心理学者や心理学についても分析に含める予定であったが、カバーすべき文献や史料が膨大になるため、途中から、もっぱら〈学童の身体の健康〉に焦点を絞り、その言説の変容をたどることにした。その結果、大まかに二つの転換点が存在すること、そして、それぞれ、学校と地域・家庭の関係、教師と衛生や心理の専門家と学童の三者の関係について、大きな変容が生じていたことが明らかになった。2最初の転換点は、1900年前後の学校衛生行政の制度化の時期であり、主として伝染病対策や学校の衛生状態に関する問題意識から、学校医の制度化など、「施設としての学校」と「個別の児童」が、衛生学的関心の対象になっていった。地域・家庭はまだ視野に入らず、担い手は医学関係者であった。学校空間と個別児童の身体が、衛生及び訓練の操作対象であった。3 1920年代半ば1930年代にもう一つの転換点があった。衛生問題の「教育」化である。そこでは、担い手が教師に移り、衛生習慣の習得や生活の改善が教育の一環として目指されることになった。一方では、都市と対比した農村の生活が、他方では中上流階級と対比した下層階級の生活が、「問題」視され、学校教育を通した家庭の変化が期待されるに至った。この転換により、学校・教師の役割が変容することになった。教師の役割は単なる知識の伝達者、徳育の遂行者の役割にとどまらず、学童の生活全体のコントロールを通した、子供-家庭-地域の幸福を実現すべきエージェントとして再定義された。学校も、同時期に制度化されていった職業指導による進路の保障機能と併せて、複合的で多機能的な装置としての位置づけを獲得していった。
グリオーマ多段階発癌過程における責任遺伝子の同定 -不死化および癌化1型アストログリア細胞モデルを用いて-

形態、増殖能、および細胞マーカー発現は正常細胞と同様であるが、接着分子への走化性や、癌胎児性tenascinの発現、および易腫瘍化を示して、癌化中間過程にあると考えられる不死化1型アストログリア細胞を獲得し、この不死化1型アストログリア細胞と正常および癌化アストログリア細胞間でcDNAおよび蛋白発現の総合的な比較検討を行って、アストログリア細胞の不死化・悪性化の過程に最も関与する遺伝子を各々同定することを試みた。アストログリア初代培養細胞、その不死化細胞5株および癌化細胞15株を実験材料とし、平成7年度には、differential hybridization and display法を用いて不死化関連では26種の、また悪性化では17種の遺伝子配列を候補として遺伝子サブクローニングした。このうち、不死化に伴って発現が顕著に増加したのは、フィブロネクチン、インテグリンファミリー、heat shock蛋白、mortalinなどの既知の分子の他に、6種類の未知の遺伝子サブクローンが最終的に残り、平成8年度には、これらの遺伝子を老化細胞に導入して、細胞の変化を観察し、その役割を評価した。また、この6種の遺伝子の全クローニングを現在行っている。同様に、不死化より悪性化の過程ではc-fos, jun産物などの既知の分子を除いた4種類の未知の遺伝子サブクローンを得て、それを検討中である。また、癌抑制遺伝子p53がアストログリア細胞の癌化に関連し、不死化には関与しないことを報告した。更に、ヒト脳および悪性グリオーマcDNAライブラリーから各々のサブクローンにホモロジーの高い配列を検索し、ヒトグリオーマにおけるこれらの遺伝子の役割を検討している。このように、アストログリアの不死化・悪性化の検討はグリオーマ発生における病態解明に深く寄与するものである。研究計画に沿って、ラットアストログリア初代培養細胞、その不死化細胞5株および腫瘍化細胞15株を材料とし、まず各々の細胞のc-DNAライブラリーを作成した。不死化責任遺伝子の検討としては不死化5株と正常アストログリア細胞間でsubstraction libraryを作成し、mRNAの発現が量的に異なる約200個のクローンを得た。そのうち26種類のクローンが未知のシーケンスを有すると考えられた。各々をprobeに定量的northern blotを行った結果、そのうち16種類が、不死化細胞で明らかに増加しており、10種類が逆に低下していた。また、不死化細胞株と発癌細胞cDNA各々をoligo dTプライマーにて増幅し、differential display法にて不死化から悪性化への過程で量的に変化するmRNAを比較検討して74個のクローンをスクリーニングした。このうち、未知のシーケンスで定量northern blot上でも有意であった17種類について、平成8年度に更に検討することにした。なお、不死化に伴って発現が顕著に増加した既知の分子としては、フィブロネクチンやインテグリンファミリー、heat shock proteinなどを認めた。不死化関連遺伝子産物の一つとされるmortalinも私達の細胞で増加しており、これの関与については今後も検討する予定である。悪性化過程で増加した既知の蛋白分子としては変異型p53の他にc-fos,jun産物を認めた。後2者は2次的と思われた。平成8年度の目標は正常の細胞から不死化へ、また不死化から悪性化へのこれらのサブクローニングされた遺伝子配列の関与を調べ、どれが最も不死化あるいは悪性化に関与するかをつきとめることである。不死化細胞で増加を認めたサブクローニングされた遺伝子は、発現ベクターに組換えてこれを老化細胞に、また悪性化細胞で増えたものは不死化細胞に各々導入して過剰発現させて、各々の不死化や悪性化への関与を評価することによって候補遺伝子を絞り、さらにその全クローニングを目指す。

形態、増殖能、および細胞マーカー発現は正常細胞と同様であるが、接着分子への走化性や、癌胎児性tenascinの発現、および易腫瘍化を示して、癌化中間過程にあると考えられる不死化1型アストログリア細胞を獲得し、この不死化1型アストログリア細胞と正常および癌化アストログリア細胞間でcDNAおよび蛋白発現の総合的な比較検討を行って、アストログリア細胞の不死化・悪性化の過程に最も関与する遺伝子を各々同定することを試みた。アストログリア初代培養細胞、その不死化細胞5株および癌化細胞15株を実験材料とし、平成7粘度には、differential hybridization and display法を用いて不死化関連では26種の、また悪性化では17種の遺伝子配列を候補として遺伝子サブクローニングした。このうち、不死化に伴って発現が顕著に増加したのは、フィブロネクチン、インテグリンファミリー、heat shock蛋白、mortalinなどの既知の分子の他に、6種類の未知の遺伝子サブクローンが最終的に残り、現在これらの遺伝子を老化細胞に導入して、細胞の変化を観察し、その役割を評価中である。また、この6種の遺伝子の全クローニングを行っている。同様に、不死化より悪性化の過程ではc-fos,jun産物などの既知の分子を除いた4種類の未知の遺伝子サブクローンを検討中である。また、癌抑制遺伝子p53がアストログリア細胞の癌化に関連し、不死化には関与しないことを報告した。更に、ヒト脳および悪性グリオーマcDNAライブラリーから各々のサブクローンにホモロジーの高い配列を検索し、ヒトグリオーマにおけるこれらの遺伝子の役割を検討している。このように、アストログリアの不死化・悪性化の検討はグリオーマ発生における病態解明に深く寄与するものである。
視床下部-下垂体-副腎皮質系が作業関連性筋骨格系障害の症状変化に及ぼす影響

研究代表者の海外留学によそ応募資格喪失のため、補助事業初年度の平成24年3月に本研究を廃止した。本報告では初年度に実施したベースライン横断調査について概説する。対象者は保育園に勤務する女性保育士・調理師。視床下部-下垂体-副腎皮質系(HPA系)の活動指標として唾液中のコルチゾールとデヒドロエピアンドロステロンを測定した。唾夜ま9・12・15時に採取した。近年トピックとなっている毛髪中コルチゾールの測定も、低侵襲なHPA系ホルモン測定方法の確立を目的に行った。質問紙調査にて腰痛・頸肩腕障害の他、年齢、職場環境等を評価した。117人(平均32.4歳)における解析結果では、15時の唾液コルチゾール濃度が頸肩腕障害・腰痛の症状の程度(頸肩腕障害:症状のない者の平均値1.65nmol/l、気にならない症伏のある者2.13nmol/l、気になる症状のある者2.21mmol/l、p値0.014(Kruskal-Wallis検定);腰痛:症状のない者1.68nmol/l、気にならない症状のある者2.00nmol/l、気になる症状のある者2.48nmol/l(p値0.011)やVisualAnalogue Scale (VAS)で評価した痛みの強さ(スピアマン相関係数:頸肩腕障害0.196(p値0.035);腰痛0.184((p値0.047))と関連を認めた。頸肩腕障害・腰痛といった作業関連性筋骨格系障害は有病率が高く、労働者の健康や労働災害の発生にも関連する。腰痛の予後推定は現在のところ確立された方法がないが、この対象者を追跡することで、唾液試料から測定できるHPA系ホルモンが頸肩腕障害・腰痛の症状変化を予測するバイオマーカーになりうるかが判明できる。今後何らかの手段でこの点を明らかにすることが期待される。
少年期の体力推移パターンを考慮した体力トレーニングモデル開発のための基礎的研究

少年期の体力レベルの変化に応じたトレーニングモデルを開発するための基礎的なデータを得るために、小中学生を対象に体力と生活習慣について経年的に調査を行い、その変動と相互の関係について検討した。その結果、学年進行に伴い体力および運動時間ともに増加がみられたものの、女子では運動実施に2極化がみられた。また、運動時間は,主に有酸素性作業能力に影響を及ぼしており,その傾向には性差がみられた。運動時間の変化などの行動変容は、敏捷性や有酸素性作業能力に影響を及ぼすことが明らかとなった。一方、運動時間の増加と同時に、運動の質にも着目する必要性が示唆された。生活習慣病予防のための身体教育は、少年期の体力や運動習慣を考慮し、小学校から中学校にかけての一貫した取り組みが重要であると考える。本研究では、小学5年次から中学2年次の子どもたちの体力・身体機能の変化、生活習慣の変容について継続的に調査し、体力推移のパターンとそのバックグラウンドについて分析する。その結果から、子どもの体力推移パターンを考慮した小中連携による体力トレーニングモデルを開発するためのスポーツ科学的エビデンスを提供する。平成22年度は、小学校5年次から中学2年次までの4年間の追跡調査の初年度であり、調査方法の検討および基礎データ蓄積を主な目的とした。調査は、青森県弘前市岩木地区の小学5年生95名(男子50名、女子45名:4年間の追跡調査対象児童)に対し、生活習慣に関する調査(生活リズム・運動時間等に関するアンケート調査)、身体機能(身体組成・四肢血圧・骨密度)および体力測定(握力・反復横跳び・立ち幅跳び・上体おこし・体前屈・等尺性脚伸展筋力・PWC150・全反応時間)を実施した。また、今後の追跡調査方法の検討のため、対象とした生徒が通う小学校6年生(84名)ならびに同学区に位置する中学校1・2年生(230名)にも同様の調査を実施した。その結果、調査の基準となる小学5年次の基礎データの取得と今後4年間の追跡調査の方法論が確立され、合わせて小学5年次から中学2年次までの横断的データも蓄積された。今後は研究期間内に得られたデータを順次解析し、逐次公表していく予定である。平成23年度は、小学校5年次から中学2年次までの4年間の追跡調査の2年目であり、データ蓄積を主な目的とするとともに平成22・23年度のデータの取りまとめを実施した。調査は、平成22年度の調査に参加した青森県弘前市岩木地区の小学6年生93名(男子42名、女子41名:4年間の追跡調査対象児童)に対し、生活習慣に関する調査(生活リズム・運動時間等に関するアンケート調査)、身体機能(身体組成・四肢血圧・骨密度)および体力測定(握力・反復横跳び・立ち幅跳び・上体おこし・体前屈・等尺性脚伸展筋力・PWC150・全反応時間)を実施した。また、今後の追跡調査の行方を確認する意味で、同学区に位置する中学校1・2年生(230名)にも同様の調査を実施した。その結果、計画どおり調査の基準となる小学6年次のデータが蓄積された。また、前年度の蓄積データと合わせ小学校高学年児童の生活習慣、運動能力の整理・分析ができた。この結果は、今後の中学生期、すなわち、生活環境が大きく変容する中で発育発達がより顕著になる時期との比較検討において重要な基礎データとなるものである。平成25年度は、小学校5年次から中学2年次までの4年間の追跡調査の最終年であり、データを蓄積するための調査を主な目的とするとともに、平成22年から24年度までに蓄積したデータの取りまとめを行った。本年度の調査は、過去3年間にわたる調査(平成2224年度)に参加した青森県弘前市岩木地区の中学2年生に対し、生活習慣に関する調査(生活リズム・運動時間等に関するアンケート調査)、身体機能(身体組成・四肢血圧・骨密度)および体力測定(握力・反復横跳び・立ち幅跳び・上体おこし・体前屈・等尺性脚伸展筋力・PWC150・全反応時間)を実施した。

また、今後の追跡調査の行方を確認する意味で、同学区に位置する中学校1・2年生にも同様の調査を実施した。その結果、計画どおり調査の基準となる中学2年次のデータが蓄積された。また、前年度までに蓄積したデータを分析し、小中学校児童生徒の生活習慣と運動能力との関連について学会にて発表した。生活習慣病予防のための身体教育は、少年期の体力や運動習慣を考慮し、小学校から中学校にかけての一貫した取り組みが重要であると考える。われわれの予備的調査では、小学6年次に体力的に低値を示した女子児童は中学2年次にも同様の結果を示し、さらに、運動習慣についても全く改善されない傾向を示した。本研究では、小学5年次から中学2年次の体力・身体機能の変化、生活習慣の変容について継続的に調査し、体力推移のパターンとそのバックグラウンドについて分析する。平成24年度は、小学校5年次から中学2年次までの4年間の追跡調査3年目であり、基礎データ蓄積を主な目的とし、青森県弘前市岩木地区の中学1年生を中心に、小学5年生から中学2年生に対し、生活習慣に関する調査(生活リズム・運動時間等に関するアンケート調査)、身体機能(身体組成・四肢血圧・骨密度)および体力測定(握力・反復横跳び・立ち幅跳び・上体おこし・体前屈・等尺性脚伸展筋力・PWC150・全反応時間)を実施した。これまでの調査の結果,生活習慣については小学校から中学校にかけて全体としては運動時間の増加、睡眠時間の減少、そしてTV・VG時間の増加等がみられた。しかし、それぞれの指標の変化の度合いは男女で異なっていた。身体組成、身体機能については、発育発達に伴い男女ともにBMIの増加、女子の体脂肪率の増加等が示され、小学校から中学校にかけて運動時間,筋肉指数,BMIが増加した者ほど骨密度が高くなる傾向がみられた。体力・運動能力については、男女ともに全測定項目で増加する様相が示された。しかし、小学校から中学校にかけての運動習慣の変容との関連で見ると、運動時間の増加が必ずしも体力・運動能力の全測定項目に寄与していない可能性が示唆され、今後の分析課題が明確となった。本研究では、小学5年次から中学2年次の子どもたちの体力・身体機能の変化、生活習慣の変容について継続的に調査し、体力推移のパターンとそのバックグラウンドについて分析した。その結果、(1)生活習慣の指標である睡眠時間は、小学5年次から中学2年次にかけて、男女とも有意な減少を示した。一方、運動時間については全体としては男女ともに有意な増加を示したものの、運動習慣のあるものとないものの二極化が見られ、その傾向は特に女子において顕著であった。(2)睡眠時間と運動時間について男女間で比較すると、小学5年次には睡眠時間ならびに運動時間ともに男女間で差が見られなかったが、中学2年次では女子の睡眠時間が男子と比較して有意な低値を示し、男子の運動時間が女子と比較し有意な高値を示した。(3)全身反応時間、握力、長座体前屈、上体おこし、立ち幅跳び、反復横跳び、脚伸展力などの体力要素は小学5年次から中学2年次にかけて有意に発達した。
心血管系におけるペプチド分解酵素ＤＰＰＩＩＩの生理学的・病理学的役割と分子機構

ペプチド分解酵素は大きく分類して、ペプチドのN末端またはC末端を分解するエキソペプチダーゼとペプチド内を分解するエンドペプチダーゼの2種類がある。ジペプチジルペプチダーゼは、N末端アミノ酸2残基を分解して放出するエキソペプチダーゼであり、いくつかのファミリー分子が知られている。その中で、本研究の主な対象であるジペプチジルペプチダーゼIII(DPPIII)は、特定配列のアミノ酸残基数3から10の比較的小さなポリペプチドを分解する酵素である。申請者らは最近、DPPIIIが強力な昇圧作用を有するアンジオテンシンII(8アミノ酸で構成)を分解する酵素学的特性を明らかにし、DPPIIIが高血圧に対して降圧作用を発揮することを個体レベル(高血圧マウスモデル)で初めて突き止めた(Pang X, et al. Hypertension. 2016)。しかし、この酵素の生体内、特に、心血管系での作用・役割については多くの点が不明である。この点を明らかにするため、高度の糖尿病状態となり心血管系に障害をもたらすdb/dbマウスをモデル動物として本年度は研究を行った。db/dbマウスが成長するに伴い、心臓では心筋組織性状が増悪して行くことを心エコー解析で経時的かつ定量的に明らかにした。また、腎臓では腎障害の指標である尿中アルブミン排出が増大した。次に、db/dbマウスにDPPIIIを経静脈的に1日おきに8週間投与すると、心筋組織性状の増悪や尿中アルブミン排出は抑制された。この抑制作用に、DPPIIIの降圧作用は関係していなかった。DPPIII投与後に摘出した心臓、腎臓の組織学的解析では、DPPIII非投与のマウスと比較して、心臓では心筋線維化が有意に抑制されていること、腎臓では腎糸球体ポドサイトの形態不良が著明に改善していることが認められた。当初の計画通り、DPP IIIの心血管系に対する臓器保護効果をdb/dbマウスを用いて個体レベルで見出すことができた。現在、その原因の一部を組織学的解析により明らかにしており、今後、DPPIIIの臓器保護効果に関して分子レベルでのメカニズム解明を行うための道筋をつけることができた。DPPIIIが糖尿病における心筋障害や腎機能障害などの臓器障害に対して保護的に作用するメカニズムを分子レベルで解明していく。そのために、網羅的なペプチドーム解析を行い、db/dbマウスにおいてDPPIIIの投与有無により、血清ペプチド全体の分布・構成にどのような変化が見られるか解析する。細胞障害生ペプチド(特に、アポトーシスを誘導するペプチド)に関する解析は新たな研究領域として注目されている。本研究では具体的には、DPPIII非投与db/dbマウスで増加しており、DPPIII投与で減少しているペプチドをまず見出す。その後、そのペプチドがDPPIIIで分解されるかどうか、また実際に、心筋障害や腎機能障害を惹起する原因となっているかどうかについて、そのペプチドを人工合成し、HPLCでの解析や正常マウスに投与することで明らかにする。さらに、その様な臓器障害を引き起こすペプチドが糖尿病で増加する機序を解明する。ジペプチジルペプチダーゼIII(DPPP III)は、アミノ酸残基数3から10のポリペプチドのうち、特定配列を持つポリペプチドのN末端アミノ酸2残基を切断する酵素である。これまで、この酵素の生体内、特に、心血管系での作用・役割についてはほとんど研究されてこなかった。本研究では、この点について明らかにしていくため、最新のCRISPR/Cas9ゲノム編集技術を用いて、DPP IIIノックアウトマウスの作製に着手し、本年度はそのマウスの産出に成功した。DPP IIIノックアウトマウスは、メンデルの法則の通りの割合で成体となった。コントロールマウスと比較して、外見上見分けはつかなかった。主要な心血管臓器である心臓、腎臓、大動脈を摘出して、免疫組織染色でDPP IIIの発現を解析したところ、コントロールマウスではこれらの組織のほとんどの細胞でDPP IIIが発現していたが、ノックアウトマウスでは確かにDPP IIIの発現が消失していた。このことは、ウェスタンブロッティング法でも確認した。現在、上記の心血管系臓器における線維化の程度などについて、コントロールマウスとコンディショナルノックアウトマウス間で差がないか検討中である。また、小動物用血圧計を用いた血行動態(主に、血圧、脈拍の測定)、小動物用エコーを用いたライブイメージングでの心機能(主に、心収縮力や心筋壁厚変化)や血流動態(主に、大動脈での血流速、血流の乱れ)などについても解析しており、DPP IIIが心血管系で果たしている生理的役割を多角的に検証している。当初の計画通り、DPP IIIのノックアウトマウスを産出できたことで、今後、このマウスを用いた実験を行っていくことが可能となった。実際、既にDPP IIIノックアウトマウスを活用し、心血管系組織でのDPP IIIの生理学的役割とその作用機序の解析に着手している。

申請者らは最近、DPPIIIが強力な昇圧作用を有するアンジオテンシンII(8アミノ酸で構成)を分解する酵素学的特性を明らかにし、DPPIIIが高血圧に対して降圧作用を発揮することを個体レベル(高血圧マウスモデル)で初めて突き止めた(Pang X, et al. Hypertension. 2016)。しかし、この酵素の生体内、特に、心血管系での作用・役割については多くの点が不明である。この点を明らかにするため、高度の糖尿病状態となり心血管系に障害をもたらすdb/dbマウスをモデル動物として本年度は研究を行った。db/dbマウスが成長するに伴い、心臓では心筋組織性状が増悪して行くことを心エコー解析で経時的かつ定量的に明らかにした。また、腎臓では腎障害の指標である尿中アルブミン排出が増大した。次に、db/dbマウスにDPPIIIを経静脈的に1日おきに8週間投与すると、心筋組織性状の増悪や尿中アルブミン排出は抑制された。この抑制作用に、DPPIIIの降圧作用は関係していなかった。DPPIII投与後に摘出した心臓、腎臓の組織学的解析では、DPPIII非投与のマウスと比較して、心臓では心筋線維化が有意に抑制されていること、腎臓では腎糸球体ポドサイトの形態不良が著明に改善していることが認められた。当初の計画通り、DPP IIIの心血管系に対する臓器保護効果をdb/dbマウスを用いて個体レベルで見出すことができた。現在、その原因の一部を組織学的解析により明らかにしており、今後、DPPIIIの臓器保護効果に関して分子レベルでのメカニズム解明を行うための道筋をつけることができた。上述のように現在行っている血行動態、心機能、血流動態の解析を、コントロールマウスとDPP IIIノックアウトマウスを用いて進めていく。これらの解析で有意差が認められれば、次に、その機序について明らかにしていく。解析の結果、差が認められない場合は、高血圧負荷や虚血負荷などのストレスをかけることでマウスに病的状態を惹起させ、この状態で両マウス間での反応に差が生じないか病理学的な観点から調べていく。DPP IIIは血圧調節に関わるアンジオテンシンIIの代謝を調節していることから、特に、高血圧負荷時のDPP IIIノックアウトマウスの変化に十分注意して観察を行っていく。DPPIIIが糖尿病における心筋障害や腎機能障害などの臓器障害に対して保護的に作用するメカニズムを分子レベルで解明していく。そのために、網羅的なペプチドーム解析を行い、db/dbマウスにおいてDPPIIIの投与有無により、血清ペプチド全体の分布・構成にどのような変化が見られるか解析する。細胞障害生ペプチド(特に、アポトーシスを誘導するペプチド)に関する解析は新たな研究領域として注目されている。本研究では具体的には、DPPIII非投与db/dbマウスで増加しており、DPPIII投与で減少しているペプチドをまず見出す。その後、そのペプチドがDPPIIIで分解されるかどうか、また実際に、心筋障害や腎機能障害を惹起する原因となっているかどうかについて、そのペプチドを人工合成し、HPLCでの解析や正常マウスに投与することで明らかにする。
新規非アルコール性脂肪性肝炎モデルを用いた脂肪組織・肝臓連関の解析

肥満の表現型をする新規NASHモデルを用いた解析により、肝臓への異所性脂肪蓄積やNASHの病態形成に先立って、脂肪組織における炎症・線維化変化が認められることを明らかにした。また、NASHの肝臓に認められるhepatic crown-like structureは病勢を反映する病理組織マーカーであり、炎症・線維化の中心として単純性脂肪肝から肝線維化への進展に重要な役割を果たすと考えられる。肥満脂肪組織とNASHの肝臓において、脂肪の過剰蓄積によって実質細胞に障害が加わり、マクロファージとの相互作用から臓器機能障害に至る共通の分子基盤が存在する可能性が示唆された。非アルコール性脂肪性肝炎(NASH)は内蔵脂肪蓄積を基盤とするメタボリックシンドロームの肝臓における表現型と考えられ、その病態形成において脂肪組織は多面的な影響を有すると考えられる。申請者らは既に、メラノコルチン4型受容体欠損マウス(MC4R-KOマウス)を用いて、肥満の表現型を有する新規NASHモデルを確立し、肝病変形成に先立って、脂肪組織における炎症・線維化が認められることを明らかにした。肥満の脂肪組織では細胞死に陥った脂肪細胞をマクロファージが取り囲むCrown-like structure (CLS)が認められることが知られているが、NASHを発症したMC4R-KOマウスの肝臓にもCLSに類似した組織像が多数認められた(hepatic CLS: CLS)。連続切片を用いた免疫染色では、hCLSの近傍にαSMA陽性筋線維芽細胞やコラーゲン沈着が認められた。クロドロネートリポソーム法によりマクロファージを消去すると、単純性脂肪肝を呈する野生型マウスではマクロファージが効率的に消失し、炎症・線維化マーカーの発現が低下した。一方、NASHを発症したMC4R欠損マウスではhCLS特異的にマクロファージが残存し、炎症・線維化マーカーの発現には変化がなかった。ヒトNAFLD/NASHにおいてもhCLSを認め、ウイルス性肝炎ではほとんど認められなかった。また、hCLS数は肝細胞障害の指標である肝細胞風船様変性のスコアと正の相関が認められた。以上から、hCLSが炎症・線維化の中心として単純性脂肪肝から肝線維化への進展に重要な役割を果たすと考えられた。肥満脂肪組織とNASHの肝臓において、脂肪の過剰蓄積によって実質細胞(脂肪細胞や肝細胞)に障害が加わり、マクロファージとの相互作用から臓器機能障害に至る共通の分子基盤が存在する可能性が示唆された。非アルコール性脂肪性肝炎(NASH)は肥満と関連が強い疾患であり、その病態形成において脂肪組織は多面的な影響を有すると考えられる。申請者らは既に、メラノコルチン4型受容体欠損マウス(MC4R-KOマウス)に対する高脂肪食負荷によって、肥満に基づく脂肪肝から肝線維化・肝癌に至る、全く新しいNASHモデルを確立している。本研究では新規NASHモデルを用いて、NASHの病態形成における脂肪組織炎症の意義と、肝線維化におけるマクロファージの病態生理的意義を検討した。NASHの肝臓と脂肪組織の経時的解析により、MC4R-KOマウスの脂肪組織では高脂肪食負荷2週目よりマクロファージ浸潤が増加し、8週目には間質の線維化が認められた。肝臓では負荷8週目で炎症・線維化マーカーの発現が増加し、20週目には肝線維化が著しく誘導された。以上より、MC4R-KOマウスでは肝病変に先立って脂肪組織における炎症・線維化が認められることが明らかとなった。肥満の脂肪組織では細胞死に陥った脂肪細胞をマクロファージが取り囲むCrown-like structure(CLS)が認められることが知られているが、NASHを発症したMC4R-KOマウスの肝臓ではCLSに類似した組織像が多数認められた(hepatic CLS: hCLS)。興味深いことに、hCLS数は線維化面積と正の相関を示すこと、hCLS近傍にはaSMA陽性の筋線維芽細胞が認められ、コラーゲンが蓄積することが明らかになった。以上より、NASHの発症・進展において肝臓におけるマクロファージの分布に変化があり、これらがNASHにおける炎症慢性化や線維化発症に関与する可能性が示唆された。申請者らが独自に確立したNASHモデルの特徴を詳細に検討することで、肝線維化発症に先立って脂肪組織の炎症・線維化が認められることを明らかにした。現在、脂肪組織炎症を抑制することで、肝臓における異所性脂肪蓄積や炎症・線維化変化に対する影響を検討している。また、肝臓におけるマクロファージを中心とした組織学的解析から、NASHに特徴的なhCLSを見出し、肝線維化程度と正に相関することを明らかにした。hCLSを構成するマクロファージはその他の散在性マクロファージとは機能的に異なる可能性があり、hCLSの病態生理的意義を明らかにすることで、肝線維化発症の分子機構に対する理解が深まることが期待される。MC4R-

KOマウスでは肝病変の形成に先立って、脂肪組織における炎症・線維化変化の増強と脂肪蓄積力の低下が認められることから、脂肪組織炎症・線維化を抑制することで、NASHの発症が予防可能かどうか検討する。また、肥満度や脂肪組織重量では評価できない、脂肪組織予備能を反映するマーカーを探索する。肝線維化におけるマクロファージの病態生理的意義を検討する中で、hCLSが炎症・線維化の起点となってNASH発症に関与する可能性を見出している。今後さらに、hCLSが出現する時期、マクロファージの動態や性質を明らかにし、肝細胞・線維化関連細胞との相互作用から肝線維化を発症する分子機構を検討する。また、NASH患者の肝組織サンプルを用いて、ヒトNASHにおいてもhCLSが認められるかどうか検討し、NASH診断マーカーあるいは重症度マーカーとしての可能性を検討する。実験動物関連(動物の維持・高脂肪食等の特殊飼料)800,000円分子生物学・生化学関連試薬(抗体、PCRキット等)400,000円形態学的解析関連(病理標本切片、染色関連)400,000円
ゲノム化学に基づくインテリジェント亜鉛フィンガーの創製と薬学的展開

天然亜鉛フィンガータンパク質をリデザインすることによって、DNA加水分解機能をもつ制限酵素様分子、長いDNA塩基配列に結合する遺伝子制御分子、あるいは細胞内亜鉛濃度に応答したスイッチ機能をもつ人工転写分子など新しい機能を有する人工タンパク質の創製に成功し、これら人工タンパク質の薬学的応用を検討した。ゲノム化学に基づいた新しい人工亜鉛フィンガータンパク質の創製と応用を目指すため、本年度は選択された亜鉛フィンガーモチーフを直列に6個、9個、15個を連結させたマルチ亜鉛フィンガータンパク質を設計・創製し、そのマルチ亜鉛フィンガータンパク質の転写活性化能を測定することにより、マルチ亜鉛フィンガータンパク質の機能を評価した。天然転写因子Sp1に含まれる3個の亜鉛フィンガーをよく保存されたリンカーであるTGEKP配列で二つ、三つ、および五つ連結させることによって、各々、6個、9個、15個の亜鉛フィンガーを有するマルチ亜鉛フィンガータンパク質の創製に成功した。特に、9個および15個の亜鉛フィンガーをもつマルチ亜鉛フィンガータンパク質は、現在までに人工的に創製された最も長い亜鉛フィンガータンパク質である。フットプリンティング法により結合するDNA塩基対の長さを測定したところ、6-、9-、15-マルチ亜鉛フィンガータンパク質は、それぞれ18, 27, 45塩基対に結合することがわかった。また、ゲルシフト法によるDNA結合能は、15-、9-、6-マルチ亜鉛フィンガータンパク質の順に減少することが明らかになった。一般に、亜鉛フィンガーの個数が増すほど、DNAへの結合親和性が増加すると考えられた。さらに、マルチ亜鉛フィンガータンパク質の転写活性化能をヒーラー細胞を用いて、ルシフェラーゼ遺伝子を組み込むことによって測定したところ、3-、6-、9-マルチ亜鉛フィンガータンパク質の順に転写活性能は増加した。特に、9-亜鉛フィンガータンパク質の活性は高く、亜鉛フィンガーのマルチ化の意義を機能面から明らかにした点は価値がある。ゲノム化学を基礎にした新しい機能性亜鉛フィンガー蛋白質の設計、創製、および応用を目指して、先ず本年度は昨年度、作製したマルチ亜鉛フィンガー蛋白質の転写活性加能をルシフェラーゼ測定によって評価した。その結果、3-、6-、9-マルチ亜鉛フィンガー蛋白質の順に転写の活性化能は増加し、亜鉛フィンガーのマルチ化の重要性が機能面から明らかになった。特に、ゲノム中単一配列の標的に亜鉛フィンガーのマルチ化が有効であり、27塩基対のDNA配列を標的とする9-亜鉛フィンガー型転写因子が標的配列存在下でのみレポーター遺伝子を活性化することを明らかにした。しかし、セミスペシフィック標的配列との強い相互作用を生じることもあり、結果として細胞内での機能発現の遅延などの影響を及ぼす可能性が考えられた。これらの知見は、人工マルチ亜鉛フィンガー蛋白質の機能を最適化する上で極めて重要であると考えられる。His_4型亜鉛フィンガードメインがアミノ酸エステルやリン酸エステルの加水分解能を有し、このドメインが触媒部位として活用できることを発見したので、このHis4型亜鉛フィンガードメインをSplのようなDNA塩基配列特異的結合能を持つ3つのCys_2His_2型亜鉛フィンガードメインに結合させた新しい亜鉛フィンガー蛋白質を作製した。この混合配位子型亜鉛フィンガー蛋白質は、DNA切断部位とDNA結合部位とを併せ持った制限酵素類似の触媒作用を示した。ゲノム化学を基礎にして種々の機能を有する亜鉛フィンガータンパク質のデノボ・デザインを行い、標的DNA/遺伝子に対する認識・結合・切断などを検討し、転写制御機能や遺伝子発現制御機能等の展開を目指す。His_4型亜鉛フィンガードメインやセリウム結合ペプチドドメインはDNA加水分解能を有するので、このDNA切断部位を選択的DNA配列結合能をもつCys_2His_2型亜鉛フィンガーペプチドに連結させることによって、天然制限酵素類似の触媒作用を有する新しい亜鉛フィンガー蛋白質を創出した。また、異なるDNA塩基配列を認識する二つの亜鉛フィンガードメインを機能リンカーである12アミノ酸残基から成るセリウム結合ペプチド配列によって連結した新しいキメラ亜鉛フィンガータンパク質を設計し、エンドヌクレアーゼ型の人工ヌクレアーゼを構築した。従来、エキソヌクレアーゼ型の人工ヌクレアーゼは幾つか知られているが、エンドヌクレアーゼ型の人工ヌクレアーゼは開発されていない。他方、Cys_2His_2型亜鉛フィンガー蛋白質において、システイン残基をアスパラギン酸に置換した新しい変異亜鉛フィンガー蛋白質は亜鉛イオンと鉄イオンに比較的高い親和性を示すことが認められたので、転写活性に対してスイッチ機能を持つ新規人工亜鉛フィンガー蛋白質として有用と考えられ、遺伝子レベル・細胞レベルでの検討を行っている。また、新しい金属フィンガータンパク質の創製にも取り組み、光や酸化還元応答性の人工転写因子の創出を試みている。
海藻培養最適化に向けた海藻群の挙動解析シミュレータの開発と水流制御技術の構築

当該年度における研究目的は,大規模海藻培養に向けた柔軟構造物用の基盤シミュレータの開発と応用である.ソフトロボティクス用シミュレータであるVoxCADの演算処理をGPUにより高速化に着手し,成果として,ソフトロボティクス分野における弾性体の運動を高速かつ定量的に分析可能なシミュレータが得られた.この貢献はこれまでシミュレータに基づく解析が困難である柔軟構造物に対する新しい知見や科学的アプローチを検証できる点で有用である.本申請研究の有用性を示すために,進化ロボティクスとソフトマターの両分野における知見を取り入れた複合シミュレーションを提案し,流体環境における柔軟構造物の運動制御の最適化の検証を実施した.結果として,柔軟構造物の形状と運動は,環境とタスクにより変化し,相関関係が含有されることを形状進化の観点から定量的評価に基づき科学的に示した.この貢献は,海藻培養研究において各海藻種が成長するために適切な環境とその水流制御法の対する一つの知見として重要である.今後の研究の展開として,本申請研究で改良した弾性体用物理演算ライブラリを応用し,海藻培養に要する機材である水槽や攪拌器等の運動制御にも適用することが可能である.海藻培養を一つの弾性系としてみなすことで,より計算精度の高い挙動解析を実施することができ,実際の海藻培養における実測結果をフィードバックとしてシミュレータに導入する機構を構築することで,実際の海藻培養の現場に更なるか科学的知見を与えることが可能となるため、今後も継続し本研究に着する予定である.,28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。当該年度における研究では,スジオアノリ群を対象とした培養槽内に生じる絡みを抑制する水流制御方法に取り組んだ.情報工学的な観点から物理シミュレーション解析を用いて海藻同士の絡みの発生推定と定量評価尺度の提案を行い,絡みの定量評価尺度における実海藻の絡みに対する妥当性について実際の攪拌環境を用いた検証実験を実施した.前述に対する研究では,培養層内での攪拌運動から生じる海藻同士の絡み形成を定量的に評価する指標が現段階で提案されていない問題点に対し,物理シミュレーション解析を通して海藻同士の絡み形成について特徴量として数理モデル化し,その特徴量を特徴ベクトル化することで非線形サポートベクターマシンに基づいたパターン学習による人の認識に近い絡みを判定する分類器を提案した.その成果として攪拌運動中の海藻群における絡み形成を定量的に測定することを可能とした.後述に対する研究では,提案した絡みの定量評価尺度について実海藻の絡みに対する妥当性検証を行った.実際のスジアオノリおよび磁気攪拌機を採用した攪拌実験機材を構築した.本環境はマイクロコンピュータを用いて磁気攪拌子の回転速度制御を実施することで攪拌流体速度を調整可能なものとした.実際の絡み制御に有効な水流特性を解析するために,攪拌機に与える電圧を一定および周期関数により変化させることで,定常流,非定常流での絡み発生量について定量評価尺度を用いて解析した.その解析結果から渦流付近での海藻の攪拌運動が絡み形成に寄与しており,周期的な逆流生成で得られる水流特性が渦流を緩和する攪拌となり絡み制御に有効であることを明らかにした.加えて,水流条件を変更して複数の検証実験を行ったところ,シミュレーションと実環境において絡みの評価尺度が同等の推移傾向が現れることを明らかにして,提案した絡み評価指標の妥当性を現実の絡み評価に対する妥当性を示した.当該年度において実施した研究では,海藻培養において培養槽内で生じる海藻同士の絡まりを解析し,発生を抑制するための水流制御を検証するために,ソフトロボティクスや柔軟構造物の挙動解析に用いられるCADシミュレータであるVoxCadをGPUによる並列計算用に物理演算処理を改良することで前述の目標を達成するための物理シミュレータの開発を行った.この研究成果により,従来では困難とされている流体中で応用力学に基づいた物性を考慮した軟体シミュレーションが実施可能となる.物理シミュレーションの解析結果に対して非線形SVM(サポートベクターマシン)を用いて培養槽内を攪拌運動する海藻群の中から絡み状態にある海藻を高精度で分類し,定量的な指標として絡みを扱える解析手法を提案した.また物理シミュレーションと提案した絡みの定量的指標の妥当性を検証するために,実際の攪拌培養環境を構築し,その結果を絡みの観点から比較検証を行った.その結果,物理シミュレーション上で提案した定量的指標の変化傾向と実際の攪拌培養において海藻群が受光する葉面積の変化傾向に類似性が観測されることが判明した.この解析結果は物理シミュレーション上で実施した水流制御が実際の海藻の絡みの発生を抑制することが可能であることを示している.本研究課題における目的である海藻培養効率化に向けた物理シミュレータの構築という点において,従来では海藻を剛体の結合体として扱うことで動作解析を行っていたが,現在までの進捗において応用力学に基づいた弾性や温度による物体の形状変化と異なる物性を持つ材質を持つ軟体として海藻モデルを構築し,物理シミュレーションによる解析が可能である.これは種類や光合成,環境変化による海藻の差異を考慮した運動解析が可能であることを示しており,当初の計画以上の成果といえる.しかし,より複雑な解析を行うためにはシミュレータの計算速度の向上が必要不可欠であり,高速化が今後の課題である.また現在までの研究ではアオノリを用いた糸状海藻の培養効率化に向けた方法を検証しており,糸状海藻における培養課題の一つである絡みの抑制に対して物理シミュレーションを応用した解決方法を定量的な絡みの指標と水流制御を組み合わせることにより提案しており,シミュレーションと実環境における攪拌実験の比較結果からその制御方法が絡みの抑制という観点において有用であることを示している.