hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
コンピュータリテラシー設備を活用したロボメカ技術者教育環境の改善

本研究の成果として、1)コンピュータリテラシー用の教育設備での使用を前提とした低コスト型マイコントレーニング装置の開発、2)空間における座標変換を理解するための講義用・学習用ソフトウェアの開発、3)空間幾何を教育するための3次元事象提示装置の開発を行った。そして、これらを実際の講義・実習科目で使用し、その教育効果の評価を行った。その結果、ロボット・メカトロニクス教育用の教材として効果的な教材を開発する事ができた。現在,ほとんどの高等教育機関においてコンピュータ実習設備が整備されており,1)全学的なコンピュータリテラシー教育,2)理工系を中心とした専門的ソフトウェアの利用,3)理工系を中心としたソフトウェア教育,を中心に活用されている.しかし,ロボット・メカトロニクス分野における教育(以下,ロボメカ教育)についても,コンピュータの利用が不可欠であるにも関わらず,コンピュータリテラシー用設備を用いた教育の実施例は少ない.その大きな理由として,ロポメカ教育の場合には,様々なハードウェアを伴った教材が必要であり,全学的に使用する設備に対して,そのような機材を導入する事が困難である点が挙げられる.以上の問題に鑑みて,本研究ではコンピュータリテラシー用設備に導入可能なロボメカ教育用教材の開発と,その教育現場への導入を試みる.本年度においては,教員が使用する教材として,3次元電子黒板の開発を中心に行った.ロボット工学においては,運動学や動力学の教育において空間事象を扱う事が多く,空間把握能力が重要となる.そこで,教育目的に特化した廉価な3次元ディスプレイを開発し,これと3次元力覚入力装置を組み合わせて使用する事により,黒板の3次元化を実現し,実空間に空間事象を描画するシステムを構築し,これについて学会発表を行った.また,被教育者が使用する教材として,コンピュータリテラシー設備に簡単に持ち込み,使用することができるマイクロコンピュータ実習用ボードの開発を行っている.これについては22年度において,実際の講義科目に導入し,通常講義と並行して一人一台の環境で,連続的なカリキュラムベースによる教育の実施を試行する予定である.現状において,コンピュータ実習設備は多くの教育機関に設置されており,特に高等教育機関においては専門分野に関わらず,ほとんどの教育機関が充実した整備を保有している.その主な用途は,1)全学的なコンピュータリテラシー教育,2)理工系を中心とした専門的ソフトウェアの利用,3)理工系を中心としたソフトウェア教育,となっている.ところが,ロボット・メカトロニクス分野における教育(以下,ロボメカ教育)についても,コンピュータの利用が不可欠であるにも関わらず,コンピュータリテラシー用設備を用いた教育の実施例は少ない.その大きな理由として,ロボメカ教育の場合には,様々なハードウェアを伴った教材が必要であり,全学的に使用する設備に対して,そのような機材を導入する事が困難である点が挙げられる.以上の問題に鑑みて,平成22年度においては個人単位で演習可能なマイコン実習装置を開発し,実際の講義に導入を試みた.これを既存のコンピュータリテラシー設備に持ち込み,USBケーブルを介してパーソナルコンピュータと実習装置を接続し,プログラムの書き込みと電源供給を行う事で,継続的な講義と実習の実行環境を構築した.また,これとは別にロボメカ分野において大事な空間事象に関する教育を行う教材として,教育用途に特化した簡易型3次元電子黒板の開発を進め,そのプロトタイプを開発した.これにより,実空間に任意の立体を描画し,様々な角度からこれを観察できる環境を構築する事に成功した.現状において、コンピュータ実習設備は多くの教育機関に設置されており、特に高等教育機関においては専門分野に関わらず、ほとんどの教育機関が充実した整備を保有している。その主な用途は、1)全学的なコンピュータリテラシー教育、2)理工系を中心とした専門的ソフトウェアの利用、3)理工系を中心としたソフトウェア教育、となっている。ところが、ロボット・メカトロニクス分野における教育(以下、ロボメカ教育)についても、コンピュータの利用が不可欠であるにも関わらず、コンピュータリテラシー用設備を用いた教育の実施例は少ない。その大きな理由として、ロボメカ教育の場合には、様々なハードウェアを伴った教材が必要であり、全学的に使用する設備に対して、そのような機材を導入する事が困難である点が挙げられる。以上の問題に鑑みて、平成22年度までに個人単位で演習可能なマイコン実習装置を開発し、実際の講義に導入し、一定の成果を得た。これに引き続き、平成23年度には別にロボメカ分野において大事な空間事象に関する教育を行う教材として、教育用途に特化した簡易型3次元電子黒板の開発を進めた。これは可動式のLEDディスプレイを往復運動させる装置とハプティックデバイスを組分せる事で、実空間に線画等を描画可能とするものでる。研究では、その試験機の開発と試用を行い、教材の有効性を確認した。また、小型ヒューマノイドロボットを教材として導入し、これを用いてロボットの各種要素技術および総合的な教育を実施した。
ディスラプションで生成される逃走電子電流を活用した高性能トカマク配位の探索

本研究は、従来の考え方と異なり、トカマクのディスラプション時に印加した高周波加熱や電流駆動により効率よく逃走電子電流を生成しプラズマ電流をこれで置き換え、電流の急激な低下を抑制しアストロン・スフェレータ配位実現の可能性を探る。超伝導トカマクHT-7(中国科学院等離子体物理研究所)を使用し、トロイダル磁場Bt^-1.5T,プラズマ電流^-140kA、線平均電子密度^-1.5×10^<19>m^<-3>の重水素プラズマにおいて、ディラプションの約50ms前から低域混成波電流駆動(LHCD)を行なった場合とそうでない場合とで放電特性を比較した。LHCDとディラプションの初期の電流減少に伴う高いループ電圧増加(^-10V)との相互作用で効率よく逃走電子が生成され、ディスラプション前のプラズマ電流にほぼ相当する電流が逃走電子電流に置き換わり、プラズマ電流の低下が抑制された。また、硬X線放射強度の径方向分布は、逃走電子電流密度分布のコア部への集中を示した。このような逃走電子電流密度分布は、理論シミュレーションと定性的に一致し、プラズマ中心部に高エネルギーの逃走電子による逃走電子電流が存在するトカマクプラズマの生成が実現されたものと考えられる。今後、逃走電子電流で維持されたプラズマに大電力イオンサイクロトロン波加熱を行い、そのMHD安定性と閉じ込め特性を明らかにする研究を継続し、大型トカマクへの適用の可能性を探る。本研究は、トカマクのディスラプション時に印加した高周波加熱や電流駆動により効率よく逃走電子電流を生成しプラズマ電流をこれで置き換え、ディスラプション影響を小さくしつつアストロン・スフェレータ配位にすぐれた閉じ込め配位の実現の可能性を探る。生成逃走電子の制御保持法が十分確立するまでは、実験を行うJT-60Uトカマク装置(日本原子力機構)の損傷を回避するため、下記のような実験条件で実験を行うこととした。すなわち、プラズマ電流Ipをやや低く(Ip<1.5MA)かつ電子サイクロトロン加熱(ECH)が有効に適用できるようトロイダル磁場Btは、Bt=3.7-4.0Tに設定する。ディスラプションによって発生する誘導電場のプラズマ中心部への浸透を促進し効果的にプラズマ中心部に逃走電子が生成されるよう、ネオンや水素の小ペレットを入射し周辺部のみを冷却し中心部をECHにより加熱する。また、プラズマ位置のフィードバック制御の精度をあげ、ディスラプション時も電子サイクロトロン共鳴(ECR)層がたえずプラズマ中心部にあるように制御する。JT-60Uトカマクでの試行の前に機動性のある小型トカマクHT-7(中国等離子体物理研究所)において国際共同実験で進めるため同実験グループと打ち合わせ、平成19年度の4月に予備実験を行うこととした。この実験ではECHの代わりにさらに効率よく逃走電子を生成できる低域混成波電流駆動を用いる。また、磁気面が存在した条件での誘導電場とECHによる逃走電子生成の予備実験を大型ヘリカル装置LHD(核融合研)で実行した。ただ、プラズマ電流の遮断時のループ電圧が約5Vと低く、ECH電力も0.7MW程度であり顕著な逃走電子生成には至らなかった。本研究は、トカマクのディスラプション時に印加した高周波加熱や電流駆動により効率よく逃走電子電流を生成しプラズマ電流をこれで置き換え、ディスラプション影響を小さくしつつアストロン・スフェレータ配位の実現の可能性を探る。JT-60U装置の平成20年上半期での停止に伴い、本研究課題の実験実施が困難となったため、小型トカマクHT-7(主半径R=1.12m,小半径a=0.27m,トロイダル磁場Bt〓3T;中国科学院等離子体物理研究所)の共同研究として実験を行った。プラズマ表面の安全係数を3よりわずかに大きくし、ディスラプションが再現性良く発生する条件を設定した。Bt^-1.5T,プラズマ電流-140kA、線平均電子密度-1.5×10^<19>m^<-3>の重水素プラズマにおいて、ディラプションの約50ms前から低域混成波電流駆動(LHCD)を行なった場合とそうでない場合とで放電特性を比較した。LHCDを行わない場合、プラズマ電流はディスラプションのため10Vを超えるループ電圧を発生しながら10ms以内に急激に消滅する。一方、LHCDを印加するとマイクロ波とディラプションの初期の電流減少に伴うループ電圧増加との相互作用で効率よく逃走電子が生成され、ディスラプション前のプラズマ電流に相当する電流が逃走電子電流に置き換わることが確認された。硬X線放射や軟X線放射強度の径方向分布は、プラズマ電流密度分布のコア部への集中を示した。この結果は、Erikssonらの理論シミュレーション(L.G.Eriksson, et. al.,Phys.Rev.Lett.92(2004)205004)と定性的に一致する。最終年度はディスラプションによるループ電圧とLHCDとの相互作用で生ずる逃走電子の損失過程を明らかにし、大型トカマクへの適用性を評価する予定である。

超伝導トカマクHT-7(中国科学院等離子体物理研究所)を使用し、トロイダル磁場Bt^-1.5T,プラズマ電流^-140kA、線平均電子密度^-1.5×10^<19>m^<-3>の重水素プラズマにおいて、ディラプションの約50ms前から低域混成波電流駆動(LHCD)を行なった場合とそうでない場合とで放電特性を比較した。LHCDとディラプションの初期の電流減少に伴う高いループ電圧増加(^-10V)との相互作用で効率よく逃走電子が生成され、ディスラプション前のプラズマ電流にほぼ相当する電流が逃走電子電流に置き換わり、プラズマ電流の低下が抑制された。また、硬X線放射強度の径方向分布は、逃走電子電流密度分布のコア部への集中を示した。このような逃走電子電流密度分布は、理論シミュレーションと定性的に一致し、プラズマ中心部に高エネルギーの逃走電子による逃走電子電流が存在するトカマクプラズマの生成が実現されたものと考えられる。今後、逃走電子電流で維持されたプラズマに大電力イオンサイクロトロン波加熱を行い、そのMHD安定性と閉じ込め特性を明らかにする研究を継続し、大型トカマクへの適用の可能性を探る。
細胞内情報伝達系による植物防御遺伝子の発現制御機構の解析

エチレンは植物防御遺伝子の発現を制御する重要なシグナルである。本年度は、アラビドピシスのエチレン応答において中心的な役割を担う転写因子EIN3の活性制御のメカニズムに関して解析を進めた。昨年度のトウモロコシのプロトプラストを用いた解析により、エチレンと拮抗するシグナル分子として働くグルコースはEIN3の分解を促進して、EIN3の転写促進活性を抑制することが明らかにしている。そこで、まず、アラビドピシスのプロトプラストを用いて同一の現象が起ることを確かめた。グルコースは野生型のアラビドピシスのプロトプラスト中ではEIN3の転写促進活性を抑制したが、グルコースセンサーとして機能するヘキソキナーゼの遺伝子に変異をもつmutant(gin2)のプロトプラスト中では促進活性を抑制しなかった。従って、EIN3のグルコース応答はヘキソキナーゼ依存型シグナル伝達系によって制御されていることが確かめられた。さらに、植物個体レベルでこの知見を確認するために、FLAG標識したEIN3を発現している形質転換アラビドピシスを作成して解析を行った。EIN3タンパク質のレベルの調節がシグナルに応答する上で重要であるという考えと一致して、この形質転換アラビドピシスは、エチレンシグナルに対して高感受性の表現型を、そしてグルコースシグナルに対して低感受性の表現型を示した。さらに、この形質転換アラビドピシスを用いて、エチレンとグルコースシグナル応答時におけるEIN3の分解速度を知らべたところ、エチレンはEIN3の分解を遅らせ、グルコースはEIN3の分解を促進することがわかった。さらに、ユビキチン依存型タンパク質の分解系の阻害剤であるMG132はEIN3の分解を阻害したことから、植物のエチレン応答にはユビキチン依存型タンパク質の分解系を介した転写因子EIN3の安定性の制御が重要であることが示唆された。植物は病原微生物の攻撃にさらさられた時、種々の防御反応関連遺伝子を発現させ、防御機構を起動する。このような防御遺伝子の発現は細胞内情報伝達系による転写制御因子の活性調節を介して行われていると考えられる。本研究は、防御シグナルがどのようにして転写因子を活性化し防御遺伝子の発現を引き起こしているかという分子メカニズムを明らかにすることを目的とする。本年度は、塩基性のPRタンパク質(Pathogenesis-related proteins)の発現を誘導する植物ホルモンであるエチレンとエチレン応答カスケードで中心的役割を担うEIN3に着目して解析を行った。その成果として、EIN3の活性制御にユビキチンを介したタンパク質の分解系が関与していることを示唆するデータを得た。トウモロコシ及びアラビドピシスのプロトプラストを用いた一時的発現系によって、エチレンと拮抗する細胞内シグナルであるグルコースはEIN3の転写促進活性を抑制することが明かとなった。また、[^<35>S]Metを用いたin vino labelingによってEIN3の蓄積と分解を調べたところ、この転写促進活性の抑制は、グルコ-スがEIN3の分解を促進することを反映していると見られた。さらに、MG-132,ALLM, ALLNなどのプロテアソーム阻害剤を用いたin vitro degradation系による解析から、主要なEIN3分解活性はプロテアソームによるものであることが示された。プロテアソームを介した分解がエチレンによるEIN3の活性制御にも関わっているか検討中である。
筋シナジー要因からの神経工学的アシストの実現

動作時の生体機能を定量化し,筋力低下を予測したタイミングの良い電動アシスト移動体制御の実現をめざしている.ここでは,神経工学的アシストを実現する計測・制御ユニットの設計にあたり,その場,その時点に相応しい実用向き生体機能計測を検討した.この際,筋活動計測では表面電極の貼付位置に関して,筋活動を広範囲で計測できるマトリックス電極を用い,運動時でも十分に筋活動計測が可能な貼付位置を確認した.次に,動作に関与する筋群から筋シナジーで対象とすべき筋を特定し,筋疲労の時間スケールを考慮した高次多項式で10数秒先の筋活動評価指標を予測することでアシストのタイミングとアシスト量を決定する方法を考案した.筋電図計測では広範囲で計測できるマトリックス電極を用い、等尺性収縮時の筋疲労計測に関して、これまで使用していた2-bar電極で神経支配帯を避けた計測法を検証した(被験者5名)。さらに、日常的なサイクリング運動有無(被験者2名)で筋シナジー要素を検討し、アシスト効果が有意な下肢筋を検討した。また、地形依存で仮定した自覚的疲労度を生体信号から推定した疲労関連指標で重回帰モデル化した。その結果、外側広筋での筋電図の振幅値が疲労関連指標として有意でり、振幅値を変数とする10秒間(60rpm)の時間変化から、2次多項式で515秒未満先の変化を予測できる事を明らかにした。以上の成果に基づき、電動自転車のアシストを対象に小型ユニットで疲労の計測・推定とアシスト制御を実現するシーケンスを再構築した。この際、自覚的疲労度の重回帰モデルの決定係数が0.9以上と高かった事から、自覚的疲労度を生体信号で十分裏付けることで、安全性が担保されたアシストのタイミングとアシスト量を決定できる可能性が見えた。定期的に運動している健常な高齢者を被験者とし、トレッドミルを用いて歩行速度と斜面変化に対する姿勢変化から高齢者で必要とするアシストを評価した。この際、歩行時の下肢筋活動様式を計測し、各関節の位置関係に着目して歩行姿勢を評価する指標を見つけることを試みた。高齢者は股関節戦略をより用いることが多いため、足関節戦略に着目することが重要であり、適切な量の共収縮であれば関節の固定性が高まり、姿勢制御が安定する。反対に共収縮が過剰であれば、パフォーマンスの低下やエネルギーコストの増大、さらには高齢者における転倒リスクの増大につながるとされている。以上のことから、足関節筋の共収縮と動的姿勢制御の関係性を検討した。その場で自転車運動時の生体機能を定量化し、筋力低下時での搭乗者にとってタイミングの良い電動アシスト制御を目指した。この際、筋活動を広範囲で計測できるマトリックス電極で一定随意収縮および動的運動時の筋疲労評価指標の空間分布パターンを求め、汎用電極(2 bar電極等)の貼付位置の余裕を推定できた。その上で、汎用電極を下肢筋群(外側広筋-大腿二頭筋、前脛骨筋-腓腹筋)に貼付して表面筋電図を計測し、少次元の筋シナジー推定した。さらに、従来から対象としていた外側広筋でアシスト効果を示す十分な筋活動情報を有している事を確認できた。なお、スクワット運動、スキー運動と比較し、筋シナジーパターンが動作に主要な筋活動パターンと相関が高く、動作に変化がなければ筋疲労の影響を反映していない事を確認した。そこで、疲労度など推定済み計測データで、生理的評価指標と自覚的疲労度を重回帰モデル化することで、筋電図振幅情報の時間変化から疲労を予測できる事を示した。以上の成果に基づき、自転車運動時の生理情報と車両情報をタブレット端末にその場でフィードバックするシステムを試作した。日常生活における基本的な身体動作(歩行・起立・姿勢保持)の評価及び運動アシストのために筋電図及びフォースプレート、画像解析を行った。高齢者は股関節戦略をより用いることが多いため、足関節戦略に着目することが重要である。そこで、電動アシスト開発では足関節背屈筋の前脛骨筋と足関節底屈筋の腓腹筋の筋活動を主働筋と拮抗筋が同時に収縮する共収縮に注目した。共収縮の量が適切であれば、関節の固定性が高まり、姿勢制御が安定する。反対に共収縮が過剰であれば、パフォーマンスの低下やエネルギーコストが増大し、高齢者における転倒リスクの増大につながる。動作時の生体機能を定量化し,筋力低下を予測したタイミングの良い電動アシスト移動体制御の実現をめざしている.ここでは,神経工学的アシストを実現する計測・制御ユニットの設計にあたり,その場,その時点に相応しい実用向き生体機能計測を検討した.この際,筋活動計測では表面電極の貼付位置に関して,筋活動を広範囲で計測できるマトリックス電極を用い,運動時でも十分に筋活動計測が可能な貼付位置を確認した.次に,動作に関与する筋群から筋シナジーで対象とすべき筋を特定し,筋疲労の時間スケールを考慮した高次多項式で10数秒先の筋活動評価指標を予測することでアシストのタイミングとアシスト量を決定する方法を考案した.その場で自転車運動時の筋活動・疲労を定量化し,筋力低下時での搭乗者にとってタイミングの良い電動アシスト制御を実現する.これは,疲労等により踏力アシストが必要な時点で効果器(筋)機能低下由来を根拠とする適度なアシスト量を提供するもので,生体機能にとって安全で効果的な電動アシスト制御を目指したものである.平成23年度は,計測・制御ユニットの設計にあたり実用向き生体機能計測策と,その場,その時点に相応しい神経工学的アシストの方策を検討した.

この際,筋活動計測では表面電極の貼付位置に関して,筋活動を広範囲で計測できるマトリックス電極を用い,実際に使用しているアレイ電極で求めた神経支配帯の影響を避けた貼付位置での,筋疲労由来の評価指標の振る舞いを調査した.その結果,皮膚下の筋の動きが懸念される自転車運動時でも十分に筋疲労度推定が可能であることを確認した.また,60rpmペダリング時の筋疲労の時間スケール(数10秒数分)を考慮し,筋電図計測に数10秒(数10ストローク),評価指標の時系列変化を1秒毎に推定することで,10数秒先の筋活動評価指標を予測し,アシストのタイミングとアシスト量を決定する方法を考案した.それらに基づき,屋内で自転車エルゴメータの漸増負荷制御中での心拍,筋活動(外側広筋,大腿二頭筋,腓腹筋,前脛骨筋)を対象に,一括(スレッド)処理で計測・制御を実現するユニット試作の設計を行った.すなわち,LinuxボードにDSPを実装した小型ユニットで疲労の計測・推定とアシスト制御を実現するシーケンスを再構築し,個人向け調整プロセスを試行した.一方,筋活動パターン解析済み計測データ(疲労度など推定済み)を精査した後,成分分析(主成分分析と独立性分分析)でペダリング運動時での筋シナジー要素を推定し,アシスト制御に適当な筋活動パターン推定を調査した.運動時の筋活動様式を正確に計測できる筋と電極貼付位置を検証した上で疲労時のアシスト制御を試行した(国際会議(IEEE EMBC'13)での発表が採択)。また、歩行時の傾斜角度による姿勢変化について、筋電図と画像解析による逸脱運動の検出法を報告した(日本体育学会第63回大会において優秀発表賞受賞)。しかし,被験者数が少ない.また、重回帰モデルによる自覚的疲労度の活用がアイデアの段階である。フィールド実験で,アシストのタイミングとアシスト量を決定する方法の検証が必要である。達成度は60%である.DSP実装ユニットの再構築にあたり,計測(A/D)とDSPによる解析処理機能を分けるよりは,Linuxで計測・分析・制御のすべてを実施することで構成を統一し,Linuxの基本動作を実現するプログラム開発ツールを外注する事とした.この方針転換で,遅れが生じた.しかし,基本設計が完了したので試作器の製作を平成24年度当初から開始の予定である.一方,計測・処理済みデータの精査と筋シナジー推定法及び熟練度・疲労度から見た筋シナジーに関して,屋内(自転車エルゴメータ)と屋外(電動自転車)での計測済みデータから対象データ候補を選択した.筋シナジーの推定法の検討及び熟練度,筋疲労への筋シナジー関与の比較は平成23年度末時点では未完了である.重回帰モデルと高次多項式による予測で自覚的疲労度に基づくアシスト制御の実現可能性がみえてきた。しかし、実験数が数名と少なく、その場でのアシスト制御の有効性の検証は未完である。そこで、主観的疲労度をタブレット端末で収集する事で、その場での生体機能変化に基づく神経工学的アシスト制御をめざす。また、様々な年代を対象としたサンプルの確保が必要となる。特に高齢者においては運動実践者と非運動実践者において運動の特徴に大きな違いがみられる。
高感度バイオセンサの開発

1.半導体利用。FET基板の小型尿素センサを用い血中尿素を正確に定量した。またFETゲート面への脂肪酸LB膜を介して酵素を固定し基質応答性を検討した(長)。p型シリコン(500μm×6mm)に金線2本を蒸着し、そこにグルコースオキシダーゼを化学修飾し、アンペロメトリー型マイクロバイオセンサを開発した(グルコース0.5-50μΜに定量的応答)(軽部)。2.高性能化。グルコースから生成する【H_2】【O_2】を発光試薬を介してペリレンの発光に変換し、小型電子倍増管またはシリコンフォトダイオートの検出システムを用い、最適条件を検討した(10pMレベルのグルコース定量)(白井)。酵素反応開始の時間的ずれを利用した複合酵素系による多基質同時測定センサの開発として、ヌクレオシドホスホリラーゼとキサンチンオキシダーゼを用い、イノシンとヒポキサンチンの同時定量を実施した(渡辺)。3.診断用システム化。小型皮下型グルコースセンサ(6×30mm)の劣化原因を詳細に検討し、別種の膜(Nucleopore)の装着により著しく改良できた(伊藤)。【K^+】モニター用微小連続測定センサを用いたヒツジの測定、重症糖尿病監視のための-ヒドロキシ酪酸測定用リアクターを有する高感度連続測定装置を試作した(戸谷)。高脂血症の自動診断システム開発として、リアクターを用いコレステロールを発色定量し、さらに高脂血症の分類を可能にした(牧野)。4.新測定方式。苦味物質に対する脂質二分子膜の膜電位応答を基礎的に研究し、さらに新しいニオイ受容機構を提案した(栗原)。ニトロベンゼンなどと水との界面を利用したアンモニアセンサ、さらにアンモニア透過膜上にウレアーゼを固定した油水界面型尿素センサを研究した(角谷)。5.生物利用のセンサシステム。粘菌の刺激に対するビデオ画像を解析し、誘引および逃避運動を非線形振動方程式で与え、微生物の判断と伝達を理論的に孝察した(小畠)。1.半導体利用。2.高性能化。4.新測定方式。
医用信号処理システムに関する研究

本研究代表者らは,従来から超音波による心臓の運動解析システムを心臓病の専門医師と共同で研究しており,現在超音波診断装置で使用している低周波信号ではなく,高周波信号を含んだ超音波反射散乱波(RF)信号を直接解析する方法を研究している.そして本研究室で開発してきた"信頼度付き階層的相関法"により,ノイズの少ない信号については高精度で心筋内部の部位について自動運動追跡に成功してきている。本研究では,この運動追跡の結果を利用して最近注目を集めているウェーブレット変換を用いて時間周波数分析を行い,組織を構成している粒子の大きさの分布が時間的にどのように変化しているかを視覚的に表示する方法(位相周波数スペクトラム法)を検討すると同時に,研究分担者が従来から研究してきた妊婦と胎児の心電図を高精度で分離する研究について,次の事について研究を進めた。(1)ノイズの入った超音波反射散乱波(RF)信号を解析し,ディジタル信号処理の一手法であるウェーブレット変換を用いて時間周波数分析を行い,組織を構成している粒子の大きさの分布が時間的にどのように変化しているかを視覚的に表示する方法(位相周波数スペクトラム法)を検討した。(2)複数の妊婦に対して様々な胎児の発育状態を統計的に解析するために、被験者に研究の意味を説明し、了解を得た上で、長時間心電図を計測するためにホルター式心電図計を装着し、妊婦の腹部心電図と超音波信号を計測し,コンピュータ内に蓄積した。(3)(2)で蓄積した心電図を対象として,本申請者が研究してきた方法で胎児の心臓の動き(心拍数など)を解析し、超音波ドプラー信号による解析結果との相関性を統計的に分析し,それらの間には強い相関性があることを示した。本研究代表者らは,超音波による心臓の運動解析システムを,従来から心臓病の専門医師と共同研究しており,超音波プローブにより計測された超音波散乱波(RF)信号を,本研究室で開発した信頼度付き相関法により,高精度で局所運動追跡し,1心拍内での心筋内部の局所的な厚さの変化を自動的に追跡する手法を提案してきた。本研究では,この研究をさらに発展させ,超音波RF信号を対象として,自動追跡した心臓内の特定の局所筋肉における1心拍内での組織性状の時間的変化を画像で表示するために,局所周波数解析を行い,組織性状の時間的変化により,疾患部の程度と範囲を明確化するシステムを作成することを目指して,以下の事項について研究を実施した。1運動追跡方法を多くの健常例,疾患例について検討したところ,運動追跡が人間の追跡結果と微妙にずれており,同一の筋肉と見なせない場合が散見された。そこで,さらに追跡精度を向上させるために,相関値の変動状況について解析し以前の方法に比べ,より離れた注目点の運動も使用して位置を高精度で予測しながら運動追跡を行う方法("信頼度付き位置予測法")を考案した。2心臓病の専門医でなくても,一般医が心筋の正常部位か疾患部位かを客観的に判別できるように,心筋組織の粒子の時間的な分布状況を画像表示できるシステムの開発を目指した。このシステムは,RF信号に対してヒルベルト変換,局所的な周波数解析するWavelet変換を行う本研究で新たに考案した"位相周波数スペクトル解析"を使用したシステムであり,正常部位と疾患部位が判断できることが実際の臨床データを使用した実験より明確となった。3この解析方法の有用性を評価するために,他の解析方法との比較実験を多数の実測した症例(正常例,疾患例)について実験し,解析性能等の比較検討を行った。
内分泌腺および外分泌腺に分布する血管系の可塑性

1)長期間低ヨード食で飼育し、フィードバックにより下垂体からのTSH分泌を盛んにしたラットの甲状腺における毛細血管の変化を観察し、腺の分泌機能に対応する血管の可塑性を追求した。低ヨード食で飼育したラットの甲状腺は光顕像では、濾胞上皮細胞の丈は高くなり濾胞腔は小さくなるが、濾胞の単位は存在しつづける。周囲の毛細血管は不規則に拡張し、毛細血管同士の吻合がふえ、発芽を思わせる盲端像も多数見られる。毛細血管の内皮細胞は、血管腔側に多数の突起を出していることが多く、厚くなった細胞質には細胞内小器官がよく発達している。また毛細血管の新生や融合を思わせる所や、毛細血管の内皮細胞が偽足状の突起を出している所では基底膜が厚くなったり、消失したりしている。毛細血管内皮や濾胞上皮細胞の^3Hーチミジンを取り込む細胞の数は著しく多くなる。このようにフィードバックによって下垂体のTSHの分泌を盛んにすると、濾胞上皮細胞は強い機能亢進像を呈し、それに対応して毛細血管は強い可塑性を示す。2)ハムスター胃の粘膜固有層の毛細血管網の立体構築は部位により異なる。前胃では漿膜面より入ってきた動脈は、分枝して薄い粘膜固有層内で水平に走る毛細血管網を作る。胃体部では筋層から入ってきた動脈は粘膜下層で分枝し毛細血管となって粘膜固有層の中を胃の内腔面に向かって上行し、粘膜上端で洞様毛細血管網を形成する。ついで、すぐに太い小静脈に注ぎ固有層の中を下行する。胃前庭部の粘膜は、多数の盛り上がったヒダ状の単位を作る。その固有層の中を多数の毛細血管が上行し、粘膜表面の直下でやや太い毛細血管網に注ぎ静脈に入って下行する。絶食条件下においても、粘膜固有層の毛細血管や粘膜表面直下の洞様毛細血管網の構築、太さなどに大きな変化がみられず、血流は正常時と変わらないと考えられる。(1)長期間低ヨード食で飼育し,フィードバックにより下垂体からのTSHの分泌を盛んにしたラットの甲状腺の毛細血管の立体構築,超微構造,内皮細胞の増殖能などを観察し,腺の分泌機能に対応する血管の可塑性を光学顕微鏡と透過型電子顕微鏡で観察した.低ヨード食で, 3ヶ月, 6ヶ月, 1年間飼育したラットの甲状腺では,濾胞上皮細胞の丈が著しく高くなり,濾胞腔は非常に小さくなるが,濾胞の単位は存在しつづける.走査型電子顕微鏡を用いた血管鋳型像では,正常と同じように濾胞を囲む籠状の毛細血管網の単位は明瞭であるが,籠を作る毛細血管の直径は,正常では5ー15μmのものが, 1ー35μmと極めて不揃いになる.全般的には著しく拡張し,毛細血管同志の吻合がふえ,発芽を思わせる盲端像も多数見られる.

透過型電子顕微鏡でも,不規則に拡張した毛細血管腔が,隣の毛細血管腔と融合する像がしばしば認められる.毛細血管の内皮細胞は,血管腔側に多数の突起を出していることが多く,厚くなった細胞質には粗面小胞体が発達し,蛋白合成の盛んなことを思わせる.また,毛細血管の新生像もみられる.毛細血管内皮や濾胞上皮細胞の^3Hーチミジンを取り込む細胞の数は,正常では殆どないが低ヨード食によりいちじるしく多くなる.(2)ハムスターの胃に分布する毛細血管の立体構築を走査型電子顕微鏡で観察した.前胃では粘膜固有層の毛細血管はほぼ水平に走る,二次元の網を作る.胃体部では毛細血管は粘膜固有層の中を縦方向に上行し,粘膜上端で太くなり洞様毛細血管に注ぐ.洞様毛細血管網はすぐに小静脈に注ぎ,固有層の中を垂直に下行する.数日間絶食を続けても毛細血管の分布,立体構築,太さに著変を示さない.長期間低ヨード食で飼育し、フィードバックにより下垂体からのTSHの分泌を盛んにしたラットの甲状腺の毛細血管の立体構築、超微構造、内皮細胞の増殖能などを観察し、腺の分泌機能に対応する血管の可塑性を追求した。低ヨード食で、3ケ月、6ケ月、1年間飼育したラットの甲状腺は光学顕微鏡像では、濾胞上皮細胞の丈は著しく高くなり、濾胞腔は非常に小さくなるが、濾胞の単位は存在しつづける。濾胞周囲を取り囲む毛細血管は、不規則に拡張する。走査型電子顕微鏡を用いた血管鋳型像では、正常と同じように濾胞を囲む籠状の毛細血管網の単位が明瞭である。血管は全般的には著しく拡張し、毛細血管同士の吻合がふえ、発芽を思わせる盲端像も多数見られる。透過型電子顕微鏡でも、不規則に拡張した毛細血管腔が、隣の毛細血管腔と融合する像がしばしば認められる。毛細血管の内皮細胞は、多様な変化を示す。すなわち血管腔側に多数の突起を出していることが多く、厚くなった細胞質には多数のミトコンドリア、よく発達した粗面小胞体、ゴルジ装置、遊離リボゾーム、多数の小胞がみられ、蛋白合成の盛んなことを思わせる。毛細血管の新生や融合を思わせる所や、毛細血管の内皮細胞が偽足状の突起を出しているところでは基底膜が厚くなったり、消失したりして、きわめて不規則不明瞭になっていることが多い。毛細血管内皮や濾胞上皮細胞の^3Hーチミジンを取り込む細胞の数は、正常では殆どないが低ヨード食により著しく多くなる。要するに低ヨード食により、フィードバックによって下垂体のTSHの分泌を盛んにすると、濾胞上皮細胞は強い機能亢進像を呈し、それに対応して毛細血管は強い可塑性を示す。
周遊パターンを考慮した観光地入り込み客数の推定方法に関する研究

観光地入り込み客数の推定に大きな影響を及ぼす観光周遊パターンが,観光客の行動性向によって大きく異なり,観光行動への意向調査データを用いた主成分分析,クラスター分析によるグループ間の差違を確認することができた.また,観光入り込み客数データは,観光地整備にあたって重要な項目となるため,行政レベルで整備することが重要と考えられ,韓国やモンゴルで地域開発の方針と整合性を図りながら,モニタリングを行っていることが現地調査により明らかになった.観光地入り込み客数の推定に大きな影響を及ぼす観光周遊パターンが,観光客の行動性向によって大きく異なり,観光行動への意向調査データを用いた主成分分析,クラスター分析によるグループ間の差違を確認することができた.また,観光入り込み客数データは,観光地整備にあたって重要な項目となるため,行政レベルで整備することが重要と考えられ,韓国やモンゴルで地域開発の方針と整合性を図りながら,モニタリングを行っていることが現地調査により明らかになった.本研究では,1.諸外国における観光地入り込み客数および観光客意向調査実施の実態把握,ならびに2.周遊パターンを考慮した観光地入り込み客数の推定について,以上の2点を明らかにする予定であるが,本年度は特に1について取り組んだ.モンゴル,韓国を事例として,組織,予算,計画体系・策定の観点から,観光への取り組み状況比較を行った.モンゴルでは,州組織との役割分担が明確であるとともに観光基金といった予算の裏付けを行っていること,観光地開発に優先順位をつけていることが明らかとなった.一方,韓国では構想から実施までの計画体系が存在するとともに,独自予算をもちながらマーケティング活動,観光地開発を行っているKTOの存在が明らかとなった.これらの特徴は,効果的・効率的な観光開発への1手法として位置づけられることから我が国への適用も考えられる.さらに比較対象国を増やし,より詳細な制度について検証することが,今後の研究課題としてあげられる.本研究では,1.諸外国における観光地入り込み客数および観光客意向調査実施の実態把握,ならびに2.周遊パターンを考慮した観光地入り込み客数の推定について,以上の2点を明らかにする予定であるが,本年度は特に1について取り組んだ.これらに取り組む背景であるが,2006年12月の観光立国推進基本法制定があげられる.昭和38年に制定された「観光基本法」から約50年の経過を経て全面改定に至ったものであり,観光への機運の高まりと考えることができる.これら改訂された内容と比較しながら,各国の観光に対する取り組みの特徴を組織,予算,計画体系・策定の観点から,より効果的な観光振興・開発について検討する必要が考えられる.モンゴル,韓国を事例として,組織,予算,計画体系・策定の観点から,観光への取り組み状況比較を行った.モンゴルでは,州組織との役割分担が明確であるとともに観光基金といった予算の裏付けを行っていること,観光地開発に優先順位をつけていることが明らかとなった.また,観光客意向調査では,日光,箱根の観光者の行動・評価の特性把握を目的とし,比較のため外国人観光者と日本人観光者を対象とした質問紙調査を実施した.両観光地において日本人観光者の多様な立ち寄り行動がみられた.日光・外国人観光者では期待の最も高い観光対象が訪問率の高い観光対象と一致し,全体評価も比較的高く,訪問箇所が分散していた箱根・外国人観光者とは異なる評価特性を示した.また,自然に対する事前期待がより高かった箱根・外国人観光者は事後評価で日光に下回った.これより,観光対象側の資源の違いとともに評価者が来訪前に持っていた期待が事後評価に影響を与えていたことが考察できた.本研究では, (1)諸外国における観光地入り込み客数および観光客意向調査実施の実態把握,ならびに(2)周遊パターンを考慮した観光地入り込み客数の推定,以上の2点について取り組んだ.先ず, (1)については,日中韓それぞれのサンプルを対象として,国内宿泊旅行,国外旅行の実態把握を目的として, Web調査を用いて535サンプル(日本: 330,中国: 120,韓国: 88)のデータを収集して分析を行った.特に, (1)観光情報入手時の利用媒体, (2)国内宿泊旅行の特性, (3)国外旅行の特性に着目し,対象国別の差違を確認できた.また,観光客意向調査では,日光,箱根の観光者の行動・評価の特性把握を目的とし,比較のため外国人観光者と日本人観光者を対象とした質問紙調査を実施した.両観光地において日本人観光者の多様な立ち寄り行動がみられた.日光・外国人観光者では期待の最も高い観光対象が訪問率の高い観光対象と一致し,全体評価も比較的高く,訪問箇所が分散していた箱根・外国人観光者とは異なる評価特性を示した.また,自然に対する事前期待がより高かった箱根・外国人観光者は事後評価で日光を下回った.これより,観光対象側の資源の違いとともに評価者が来訪前に持っていた期待が事後評価に影響を与えていたことが考察できた.
ブロードバンド強磁性共鳴法によるスピンポンピング効果の研究

微小人工磁性体に任意の方向で高周波磁場・電場を印加し、強磁性共鳴状態を引き起こし、整流効果を用いて強磁性共鳴を検出することに成功した。磁性体の境界条件を反映したスピン波モードに対応した直流電圧スペクトルを解析することで磁化の動的挙動ならびにスピン電流発生機構を理解することができた。スピンポンピング効果ならびに単一ナノ磁性体を研究するためのブロードバンド強磁性共鳴検出の手段を確立した。強磁性体中の磁気モーメントが歳差運動すると、周りにある伝導電子も影響を受ける。即ち、マクロ磁化が歳差運動することによってスピン電流が流れる。本研究は、マクロ磁化の歳差運動の振動周波数とスピン電流の相関、磁気異方性依存性、スピン分極率との関係を明らかにすることを目的とした。当該年度は、マクロ磁化の歳差運動を励起するために、周波数掃引型の局所的強磁性共鳴方法を確立した。MgO基板上に作製したコプレナーガイドを用いて、Ni_81Fe_19細線に局所的に高周波磁場を印加して、その強磁性共鳴を励起することに成功した。強磁性共鳴検出は、細線両端に発生した直流電圧を測定することによって実現した。高周波磁場を磁性細線に面直に印加した場合と面内に印加した場合は、それぞれ面内の静外部磁場に対して、細線両端に発生する直流電圧振幅はSin2ΘならびにSin2ΘcosΘの角度依存性を示した。この実験結果は、解析的な単磁区モデルと良く一致することが分かった。この実験結果によって、非常に小さい空間で任意の方向に高周波磁場をナノ磁性体に印加して、強磁性共鳴を励起・検出することができるようになった。この周波数掃引型局所的高周波磁場による共鳴測定手法を確立により、ナノ複合材料の物性評価手法が新しく提供できた。また、次年度以降の研究に対する基礎知識ならびに実験条件の整備が行うことができた。磁化の動的挙動とスピンが関連する輸送現象との関係を明らかにして、新しい機能性素子等への応用の基礎研究を行うことを目的とした。特に本研究では、自然界には存在しない非平衡ナノ構造を有する人工磁性体における磁化の動的挙動が誘起する輸送現象に注目した。このような系では、境界条件によって、量子化されたスピン波の励起が出現することがよく知られており、この量子化されたスピン波励起状態とスピン伝導との関係を明らかにしたい。当該年度は、強磁性ナノ細線を面直・面内高周波磁場励起した際に直流電圧が発生する機構について、マクロ・スピン・モデルを用いて定式化し、実験結果を定量的に説明することに成功した。また、スピントルクと高周波磁場による強磁性共鳴信号の出現の違いについても明らかにした。この実験結果とモデル計算によって、微小人工磁性体のスピン波励起を自在に誘起し、その信号を取り出すことが可能となった。また、新奇の微小人工磁性体を作製しても、その磁気・電気的特性を広範囲な周波数領域に渡って測定することが可能となり、新しい物性評価方法として確立した。さらに当該年度では、スピン波が励起されたときの異常ホール効果を検出することに成功した。異常ホール効果の高周波電流・静外部磁場依存性の測定を行い、前述したマクロ・スピン・モデルにより、実験結果を定量的に説明できることを示した。また、この異常ホール効果を用いて、スピン偏極した直流電流がスピン波励起状態にどのような効果をもたらすかについて定式化し、実験を行った結果、単純な強磁性細線ではスピントルクによる効果は小さいが直流・交流電流とスピン波励起した状態での電気抵抗の振動成分が結合することによって、新しい分光測定が出来ることを明らかにした。
疑似細胞膜を用いた免疫細胞活性化シグナル伝達の細胞内1分子イメージング定量解析

免疫細胞(T細胞)は、特異的抗原刺激に対応し、刺激の種類・強度依存的に不応答から活性化そして過剰活性化による細胞死まで多様な応答を示す。細胞問相互作用により提示される特異的抗原による活性化機構の解明には、刺激源である抗原提示細胞の模倣系を用いて刺激成分を制御することが有用な手段となる。抗原提示細胞由来のMHC一抗原ペプチド複合体、接着分子などを人工脂質二重膜に埋め込むことで、抗原提示細胞表面の模倣系を構築した。これにより、実際の細胞接触面でのイベントをガラス表面に再現できた。一方、免疫細胞活性化に有効な微弱刺激による応答は、個々のシグナル伝達蛋白質の1分子レベルでのリアルタイム観察および解析により詳細に調べることができる。我々の開発した蛍光1分子顕微鏡システムは、全反射照明法による細胞表面および薄層斜光照明法による細胞内部について低背景光の鮮明な画像を得る利点を有する。模擬抗原提示細胞系と蛍光1分子顕微鏡システムの組み合わせにより、刺激時の免疫受容体蛋白質およびシグナル伝達タンパク質の動的解析を行い、活性化初期過程において数十分子からなるTCR(T細胞受容体)マイクロクラスター形成が活性化に重要であることを示した。今回、人工脂質二重膜に補助刺激因子を追加し、動的解析を行ったところ、TCRシグナルと同様、補助因子シグナルについても同様の集積が見られ、時間と共に細胞内での集積部位が異なり、時間的空間的に制御されていることが分かった。
病原性レンサ球菌が病態を誘導する分子機構の解明と新規制御法の探索

ヒト病原性レンサ球菌である化膿レンサ球菌と肺炎レンサ球菌は多様な病態を惹き起こし,高齢者に高い致死率をもたらす.両レンサ球菌種はA型インフルエンザウイルス感染に付随する二次性細菌感染症の主要な原因菌でもある.抗菌薬耐性菌やインフルエンザウイルスによるパンデミックの脅威などの社会的問題を鑑みて,ヒト病原性レンサ球菌に対する感染制御と病態発症への予防対策は急務である.本申請研究では,培養細胞を用いた感染系において宿主とレンサ球菌の相互作用を解析するとともに,マウスを用いた重複感染モデルを用いてヒト病原性レンサ球菌の新規病原因子を探索する.ヒト病原性レンサ球菌である化膿レンサ球菌と肺炎レンサ球菌は多様な病態を惹き起こし,高齢者に高い致死率をもたらす.両レンサ球菌種はA型インフルエンザウイルス感染に付随する二次性細菌感染症の主要な原因菌でもある.抗菌薬耐性菌やインフルエンザウイルスによるパンデミックの脅威などの社会的問題を鑑みて,ヒト病原性レンサ球菌に対する感染制御と病態発症への予防対策は急務である.本申請研究では,培養細胞を用いた感染系において宿主とレンサ球菌の相互作用を解析するとともに,マウスを用いた重複感染モデルを用いてヒト病原性レンサ球菌の新規病原因子を探索する.
アワビ消化管内細菌叢の人工制御に関する研究

本年度の成果は以下の通り。1.アワビ消化管内細菌叢の抗生物質添加飼料を用いた人工的置換Vibrio halioticoliは、ペニシリン系、セファロスポリン系、およびクロラムフェニコール(CP)に高い感受性を示した。この中で最小発育阻止濃度の低いベンジルペニシリン(PCG)とCPをそれぞれ0.5-50mg/50gおよび1.5-150mg/50g飼料となるように混合したアワビ配合飼料を1ヶ月間エゾアワビに給餌し、アワビ消化管からのV. halioticoliの除去を試みた。その結果、50mg PCGおよび150mg CP添加飼料給餌区でV. halioticoliの比率は30%から0.04%に減少し、総菌数は10^8cells/9(消化管)から2桁減少した。しかし、生菌数は減少せず10^6CFU/g(消化管)を維持していたが、飼育試験終了時にはPolaribacter sp.が優占し、細菌叢は変化した。次に、アワビ消化管内細菌叢の完全除去を目指し、PCG-CP添加飼料給餌区で残存したPolaribacter sp.に高い感受性を示すセフォタキシム(CTX)を添加したPCG-CP-CTX添加飼料を調製し、飼育試験を試みたが、総菌数および生菌数を著しく減少させる条件を見いだすまでには至らなかった。2.緑色蛍光タンパク質(GFP)標識V. halioticoliにおけるGFP発現条件の検討GFP標識V. halioticoli株について細胞単位でのGFP蛍光発現条件の至適化やGFP発現細胞の検出限界時間などを検討した。その結果、GFP発現細胞の比率は培養温度15°Cで高く、また、嫌気培養条件(ガスパック法)下においては、好気条件下よりも比率は10%低下するものの、GFP発現細胞は観察された。さらに、15°C-好気条件下でGFPを発現させた細胞は、15-25°C下では滅菌海水中で4日以内までは正確に検出できた。このGFP標識株を用いたトレーサー実験が今後の課題となった。1.Vibrio halioticoliおよびVibrio spp.による海藻多糖の酢酸発酵反芻胃内およびシロアリ消化管内微生物が飼料中の多糖類を発酵代謝した結果、酢酸が生じ、宿主のエネルギー源となることが知られている。アワビが摂餌する褐藻類に含有される多糖類(アルギン酸塩、マンニトールおよびラミナラン)を0.1%となるように添加した海水液体培地で、V.halioticoliおよび32菌種のVibrio spp.をそれぞれ培養し、発酵代謝で生じた酢酸の定量を行った。V.halioticoliは、いずれの糖添加培地でも酢酸の産生が認められ、アルギン酸塩添加培地における酢酸産生量は4.62mMで、他の培地のそれより2倍程度高かった。また、供試したVibrio spp.の中で海藻多糖から産生された酢酸量の高い細菌はV.diazotrophicusのみであった。2.V.halioticoliと他のアワビ養殖環境分離菌株との試験管内競合培養実験V.halioticoliが、アワビ消化管内で優占菌種となる過程を検討するために、0.5%アルギン酸塩添加海水液体培地による試験管内競合培養実験を試みた。競合相手にアワビ養殖環境分離菌株Vibrio sp.KOW14株およびCytophaga sp.を供試した。なお、両菌株ともアルギン酸分解能を有する。V.halioticoliおよび競合細菌は10^(2)-10^(3)CFU/mlとなるよう10mlの培地に接種し、20°Cで静置培養した。アルギン酸塩無添加培地では、7日間の培養期間中、V.halioticoliおよび競合細菌は共存し続けた。これに対し、アルギン酸塩添加培地では、培養3日目からアルギン酸塩の発酵代謝により、培地のpHが低下し、また競合細菌数も著しく減少した。さらに、同時期からV.halioticoliの菌数も減少した。3.V.halioticoliのGFP標識化アワビ消化管内細菌群を人為的に変化させた時、V.halioticoli菌群の変動を精査さる手法が必要とされる。そこで、本菌の緑色蛍光タンパク質(GFP)標識化を行い、GFPを発現する標識菌株を得た。

しかし、生菌数は減少せず10^6CFU/g(消化管)を維持していたが、飼育試験終了時にはPolaribacter sp.が優占し、細菌叢は変化した。次に、アワビ消化管内細菌叢の完全除去を目指し、PCG-CP添加飼料給餌区で残存したPolaribacter sp.に高い感受性を示すセフォタキシム(CTX)を添加したPCG-CP-CTX添加飼料を調製し、飼育試験を試みたが、総菌数および生菌数を著しく減少させる条件を見いだすまでには至らなかった。2.緑色蛍光タンパク質(GFP)標識V. halioticoliにおけるGFP発現条件の検討GFP標識V. halioticoli株について細胞単位でのGFP蛍光発現条件の至適化やGFP発現細胞の検出限界時間などを検討した。その結果、GFP発現細胞の比率は培養温度15°Cで高く、また、嫌気培養条件(ガスパック法)下においては、好気条件下よりも比率は10%低下するものの、GFP発現細胞は観察された。さらに、15°C-好気条件下でGFPを発現させた細胞は、15-25°C下では滅菌海水中で4日以内までは正確に検出できた。このGFP標識株を用いたトレーサー実験が今後の課題となった。
サル胚性幹細胞からの血管前駆細胞の同定と分化誘導因子探索及び細胞移植治療への応用

21世紀の新しい医学領域として"再生医学"が脚光を浴びている。その中で"血管再生"は現在最もその臨床実践に近い分野として注目されている。最近になり我々は、マウス胚幹細胞(Embryonic Stem Cells ; ES細胞)より内皮細胞と血管平滑筋細胞の双方への分化が可能な、まさに"血管前駆細胞(vascular progenitor cells ; VPC)"と呼びうる細胞の単離同定に成功した。すなわち、血管新生因子であるVEGF(vascular endothelial growth factor)受容体の一つであるFlk1は内皮細胞と血球細胞の分化に必須であることが明らかになっていたが、我々は、Flk1陽性細胞からの血管構成細胞の分化を検討した。マウスES細胞からFlk1陽性細胞を分化誘導し、FACSを用いてFlk1陽性細胞をソーティングし、この細胞に対してそれぞれVEGF及びPDGF-BBを添加することにより、内皮細胞、壁細胞の双方が分化することを発見した。また、Flk1陽性細胞をI型コラーゲンゲル内3次元培養することにより、内皮細胞の管腔形成とその周囲への壁細胞の接着を伴った成熟血管構造の形成が可能であることを示した。更に、Flk1陽性細胞のニワトリ胎仔への移植実験により、Flk1陽性細胞がin vivoにおいても内皮細胞、壁細胞に分化し新生血管の形成に寄与し得ることを明らかにした。しかしながら、我々の知見はマウスES細胞における成績であり、実際の臨床応用を考えた場合、是非とも霊長類での血管前駆細胞の存在の実証とその移植治療への応用の検討並びに、新たな複数の分化誘導因子の同定を要すると考えられる。そこで本研究課題においては、研究代表者伊藤らの有するES細胞由来血管前駆細胞に関する知見の集積並びにFACSセルソーターを用いた血管前駆細胞の純化のノウハウと、田辺製薬(株)の樹立保有する霊長類ES細胞とその維持培養系を融合させ、ES細胞の血管再生医療への実用化に向け、霊長類ES細胞由来血管前駆細胞を用いた血管再生医療の基礎的基盤を検討した。その結果、サルES細胞の未分化維持培養系を確立し、更にFlk1陽性細胞より、内皮細胞と血管平滑筋細胞の双方を分化誘導する技術を開発した。本研究により、サルES細胞における"血管前駆細胞"の分化動態は、我々がこれまで明らかにしてきたマウスES細胞のそれと明らかに異なることが判明した。すなわち、サルES細胞ではフィーダー線維芽細胞上で培養された未分化の状態で既にFlk1を発現しており、この未分化Flk1陽性細胞から血管細胞は分化誘導されなかった。この未分化Flk1陽性細胞をコラーゲンIVの上で8日間培養することで初めて、血管前駆細胞と呼び得る細胞(Flk1+VEカドヘリン-)が分化することを明らかになった。今回の研究においてマウスES細胞とサルES細胞の差異が明らかになったことは、ES細胞の臨床応用研究においては霊長類ES細胞を用いた検討が不可欠であることが示された。また本研究課題においては、ES細胞由来血管前駆細胞を成人生体に移植することで血管構築が可能であるか、また血流改善治療効果を期待できる移植細胞の至適な分化段階は何かについても検討を行った。その結果、マウスES細胞由来血管前駆細胞をex vivoで内皮細胞と血管平滑筋細胞にある程度分化させた後、生体に移植することで、血管を構築し移植部の有意の血流増加を起こすことが可能であることが明らかとなった。この研究成果は、我々の発見したES細胞由来血管前駆細胞の血管再生医療への応用の可能性を示すものである。我々は現在更にヒトES細胞からの血管前駆細胞の同定とその血管再生医療への応用を検討中である。更に我々は、新たな血管分化誘導因子の同定を目指し、マウスES細胞由来血管前駆細胞より内皮細胞及び血管平滑筋細胞の各々の細胞系譜への分化に至る複数の段階における細胞群を個別にかつ大量にソーティングし、それらからRNAを各々回収し、cDNAを調整しDNAマイクロアレイ法を用いて、血管細胞分化に伴う遺伝子発現プロフィールのデータベース化に成功した。