hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
早期産における子宮収縮発来機序の解明-サイトカインの関与に関し

1.切迫早産58例、前期破水22例につき羊水中TNFalpha、lL1beta、lL6、lL8の測定を行った。このうち子宮収縮剤による収縮抑制困難例は、抑制例にくらべ4者とも有意に羊水中濃度の上昇を認め、早産例の予後判定に有用であると思われた。2.羊水採取後24時間以内に分娩に至った症例につき胎盤、臍帯の炎症所見と羊水中濃度と比較したところ、前例がBlancの絨毛羊膜炎stage2以上を示し、4者ともstage3(28例)はstage2(9例)にくらべ有意に高値を示した。また胎児感染の指標となる中山の臍帯炎分類ではstage0からstage2までの各間では有意差を認めないものの、確実に胎児感染の存在をしめすとされるstage3のlL1beta、lL6、lL8濃度は、stage2濃度に比べ有意に高値を示し、子宮内胎児感染の指標に十分なりえると思われた。3.早産、前期破水例及び正期産の胎児付属物から脱落膜、絨毛膜、羊膜を採取し、リバーストランスクリプションPCR法によりlL6mRNA、lL8mRNAを検出したところすべての例で脱落膜に強く抽出された。また出生児に子宮内感染があった例では、絨毛膜、羊膜、羊水にもlL6mRNAを認め、羊水中にもっとも強く抽出された。以上のことこらサイトカインの産生部位としては、通常は脱落膜の母体側免疫担当細胞によるが炎症の進展により胎児側の免疫担当細胞からも産生が加わると考えられる。4.脱落膜由来の線維芽細胞にTGFbetaを0から12ng/mlまで添加したものにTNFalpha、lL1beta、lL61ng/mlで刺激したところPGE2、PGF2alphaの産生が抑制され、子宮収縮に関与することが示唆された。
重金属耐性植物の作製とそれによるPhytoremediationの試み

酵母(Saccharomyces cerevisiae)のメタロチオネイン(MT)合成遺伝子CUP1をBiomassの大きいいくつかの植物に導入して重金属耐性植物を作成し、重金属存在下で生育させ、その吸収能を検討し、最終的にはファイトレメディエーションに供する植物の分子育種を試みた。本研究では、このCUP1遺伝子をBiomassの大きいヒマワリ(Helianthus annuus)やカラシナ(Brassica juncea)に導入して遺伝子組換えヒマワリとカラシナを作製した。この重金属耐性能を付与した遺伝子組換えヒマワリは、培養細胞レベルでは顕著なカドミウム(Cd)耐性を示したが、組換え培養細胞からの個体再生が困難であった。一方、CUP1遺伝子を導入したカラシナ培養細胞からは、比較的容易に個体再生系を得ることができた。この遺伝子組換えカラシナについて、CdCl2を50,200,400μM含有する水耕液で栽培し、非組換えカラシナの実生苗と比較したところ、非組換えカラシナはいずれも数日で枯死したが、組換えカラシナは30日間も生育できた。この時の地上部Cd含有率は約3,000mgKg^<-1>と高濃度であった。また、Cdを2mgKg^<-1>および20mgKg^<-1>含有する黒ボク土と砂質土で栽培したところ、Cd20mgKg^<-1>含有する砂質土では非組換えカラシナはCd誘導性鉄欠乏クロロシスか顕著に発生したが、組換えカラシナは正常に生育した。一方、黒ボク土では両者に外見的な差異は見られなかった。また、この植物の体内Cd含有率を側定したところ、黒ボク土<砂質土であったが、いずれの土壌でも組換えカラシナの方がCd含有率が高く、特に砂質土では組換えカラシナのCd含有率は約5002mgKg^<-1>と顕著に高かった。さらに、この遺伝子組換えカラシナの中で、Cd耐性の高い株について、自家受粉によって種子の採取を行って12系統の種子を得た。重金属汚染土壌の浄化(Phytorimediation)に供する重金属耐性植物の育成を目的に、酵母由来の重金属結合蛋白質メタロチオネイン(MT)合成遺伝子CUP1をVinary bector法でヒマワリに導入し、カナマイシン耐性(一次選抜)及び200μMCd含有培地での生育(二次選抜)する32株を得た。この形質転換体についてPCR法によってCUP1の存在が確認された株は11株であった。この形質転換株をCd200及び400μMを含有する液体培地で培養し、そこにおける細胞増殖率およびTTC還元活性による細胞のViabilityからCd耐性能の付与について検討した。その結果、非転換体は著しく生育が抑制されたが、形質転換体のNo.4やNo.18株は高濃度のCd存在下でも十分生育し、TTC還元活性もほとんど低下せず、MT遺伝子の導入による高いCd耐性を示した。

Cd処理した非転換および形質転換体からタンパク質を抽出してゲルろ過法で分画した結果、形質転換体にはMTの分子量60008000に相当する画分のピークが存在したが、非転換体にはこのピークが見られず、しかも、このピーク高は前述の細胞Viabilityとの間に正の相関が認められたことから、これが導入遺伝子の発現によって生成したMTであると推定した。一方、12種類の培地を用いてヒマワリカルスからの個体再生条件について検討した結果、胚軸由来のカルスからは比較的高頻度でShootが再生し、一部にはRoot形成も認められた。植物を用いて土壌からの重金属を除去、すなわちPhytoremediationに用いる植物は、重金属に対して耐性を有すると共に、重金属を蓄積する能力が高くて、しかもBiomassの大きいことが必要である。そこで、重金属耐性遺伝子をBiomassの大きい植物へ導入して、重金属に対して耐性の高い植物の育成を試みている。重金属と結合し、それを無害化するタンパク質メタロチオネイン(MT)を合成する遺伝子CUP1を酵母から分離して、Binary vector法でヒマワリ(Helianthus annuus)に導入した。形質転換カルスはKanamycin(Km)耐性で選抜し、PCR法およびSouthern法によって導入遺伝子の存在を確認した。この形質転換カルスをCdを含有するMS液体培地で培養し、Cd処理による細胞の生死を培養細胞によるTTC活性を測定し、Cd処理した細胞のViabilityを検討した。その結果、非形質転換カルスではCdを高濃度に処理するとTTC還元活性は顕著に減少したが、形質転換カルスNo.18やNo.53は明らかにTTC還元活性は減少せず、高い活性が維持されていた。また、Cd処理を行った形質転換および非形質転換カルスからタンパク質を分離精製してゲルろ過法(Superdex75)によってMT生成量を測定した結果、MT生成量とTTC還元活性による細胞Viabilityとの間には高い正の相関があり、TTC還元活性が細胞レベルでのCd耐性評価法として有効であることを明らかにした。一方、多くの形質転換カルスについてRealtime定量PCR装置(ABI,PRIZM7700)を用いてRT-PCRにより導入遺伝子の発現量を求めた結果、Cd存在下の細胞Viabilityとの間には高い正の相関が認められた。本法は微量のRNAで検出可能なことから、細胞レベルでの耐性評価法としての有効性を明らかにした。酵母(Saccharomyces cerevisiae)のメタロチオネイン合成遺伝子CUP1をBiomassの大きいいくつかの植物に導入して重金属耐性植物を作成して重金属存在下で生育させ、その吸収能を検討し、最終的にはファイトレメディエーションに供する植物の分子育種を試みている。本年度の研究で、このCUP1遺伝子をBiomassの大きいヒマワリ(Helianthus annuus)やカラシナ(Brassica juncea)に導入して作製した遺伝子組換えヒマワリとカラシナを作製した。そのうち個体再生に成功した遺伝子組換えカラシナについて、再生個体を水耕栽培で馴化させたものと、実生苗から水耕栽培で生育させた非組換えカラシナを用い、CdCl2を50,200,400μM含有する水耕液で栽培したところ、非組換えカラシナいずれの処理濃度でも全て1週間以内に枯死したが、組換えカラシナは30日間も生育できた。その時の地上部カドミウム含有率は約3,000ppmとなった。また、カドミウムを含む砂質土と黒ボク土でこの組換えカラシナを栽培した土壌からのカドミウムの収奪量を検討した結果、体内カドミウム濃度は非組換えカラシナの2.3倍の約500ppmと高濃度となった。
トレハロース給与牛における抗酸化乳生産メカニズム-微生物と牛の新たな相互作用-

乳牛の酸化ストレスは、生産性の低下や周産期疾病の要因となるだけでなく、乳質、特に酸化臭を引き起こす原因となり、酪農産業における大きな問題となっている。我々は、乳牛用配合飼料にトレハロースを添加することがこの問題解決に現場レベルにおいても有効であること実証してきた。本研究では、なぜトレハロースが抗酸化活性を持つのかを明らかにする目的で、本年度は、ミルクと血清の解析から以下の2つを明らかにした。1トレハロース給与牛の生産する抗酸化ミルクは蛋白質画分が影響するトレハロース給与牛のミルクを分画し抗酸化活性を持つ因子を探索した。トレハロース給与牛から採取したミルクと対照牛から採取したミルクを脂質画分、タンパク質画分、それ以外の画分で分画し、水溶性の抗酸化活性の指標となるDPPHラジカル消去活性を測定したところ、タンパク質画分に抗酸化の本体が存在する可能性を示唆した。抗酸化を示す分子の分子量は10kDa以上であることを限外ろ過法により明らかにし、現在、その本体を同定である。2トレハロース給与牛の血清は乳腺細胞の抗酸化を増加させる乳腺細胞にトレハロース給与牛の血清およびその分画したものを添加して、細胞、あるいは培地の抗酸化活性を測定したところ、対照牛の血清に比べ、培地中のDPPHラジカル消去活性が上昇していた。また、その成分は5000Da以下の低分子成分であることを明らかにした。現在、メタボローム解析により、対照牛とトレハロース給与牛の血清における分子を比較している。本年度はミルクおよび血液からトレハロースの抗酸化改善作用メカニズムを明らかにすることを試み、ミルク中の抗酸化活性を発揮する因子はタンパク質であり、血中因子は細胞生物学的手法により低分子であることを明らかにした。すなわち、トレハロースを乳牛に給与した場合の抗酸化メカニズムは、ルーメン→血液→乳腺→ミルクを通じてそれぞれ異なる分子が機能している可能性を示す結果となった。この結果は、これまでの抗酸化物質にはないユニークな抗酸化発現メカニズムである。よって本研究は、当初の計画通りに進行している。最終年度である平成31年度は、ミルクと血清の抗酸化を発揮する成分を同定し、抗酸化活性の分子本体を探る試験を予定している。本研究が完遂すれば、これまでにない新たな抗酸化発現経路が提示できるものと考えられる。今後は、事業計画に沿って以下の試験を行い、トレハロース給与牛の抗酸化発現メカニズムを引き起こす分子に迫る。・SDS-PAGEおよびプロテオーム解析により、ミルク本体における抗酸化を示す分子を同定する。・同定した分子が実際の酪農現場における乳牛の抗酸化に機能しているかを確認する。・トレハロース給与牛のメタボローム解析は進行中である。現時点では、数種の中間代謝産物が、対照牛とトレハロース給与牛で異なる可能性が示されており、これらのうち、手に入れることができる化合物を乳腺細胞に添加し、ミルクの分析で同定した分子の遺伝子発現やその合成量が増加することを確認する。・血清因子がルーメン微生物由来であることをin vitro培養系で証明する。血清で検出された因子がルーメン微生物由来であることを、in vitro微生物培養の培養液にトレハロースを添加して証明する。以上の解析を通じて、これまで飼料中の抗酸化物質は、吸収されて生産物に移行する、とのこれまでの定説とは異なる反芻動物特有の抗酸化メカニズムを提示できるものと期待している。申請者らは、この問題の解決には乳牛用配合飼料にトレハロースを添加することが有効であることを証明し、特許取得および酪農現場ですでに実用化されている。本研究では、なぜトレハロースが抗酸化活性を持つのかを明らかにすることを試みる研究である。初年度の本年度は、ルーメン微生物の観点から以下の2つを明らかにした。1トレハロース給与牛の抗酸化能改善作用はルーメン微生物に依存する:トレハロースは、ルーメン内で微生物により急速に分解される。よって、トレハロースを給与した牛のルーメン微生物が抗酸化能改善作用を引き起こしているとの仮説を立てた。そこで、トレハロース給与牛のトレハロースを摂取した乳牛のルーメン液を、トレハロースを摂取していない乳牛へ経口投与して、乳中抗酸化活性を測定したところ、経口投与していない牛の乳中抗酸化活性が上昇した。次に、トレハロース給与牛泌乳牛のルーメン微生物数、細菌叢およびSOD活性に及ぼす影響について比較検討したところ、トレハロース給与牛と非給与牛の間に大きな差異はなく、ルーメンプロトゾア数がトレハロース給与牛で増加していた。よって、トレハロースの抗酸化能改善作用にはルーメンプロトゾアが関与していることが示唆された。2プロトゾア存在牛と非存在牛へのトレハロース給与:プロトゾア存在牛と非存在牛を作成し、トレハロースを給与した。血漿中の抗酸化能は、プロトゾア存在牛では改善されたが、プロトゾア非存在牛では大きな改善は認められなかった。よって、ルーメンプロトゾアが抗酸化活性を発現する主体であることが明らかとなった。本年度はルーメン微生物からトレハロースの抗酸化改善作用メカニズムを明らかにすることを試み、ルーメン微生物の細菌叢だけでなく、それを他の牛に経口投与することにより、in vivoにおける抗酸化発現作用を観察することができた。

さらには、ルーメンプロトゾア数がトレハロース給与により増加することに着目し、プロトゾア存在牛と非存在牛を作成し、ルーメンプロトゾアが抗酸化発現に大きく関与していることを明示できた。この結果は、これまでの抗酸化物質にはないユニークな抗酸化発現メカニズムである。本研究の成果は、現在、論文にまとめているところであり、学会発表も予定している。すなわち、初年度であるため公表における成果は現在でていないものの、研究は当初の計画通りに進行している。なお、平成30年6月には成果が論文として公表される予定である。平成30年度は、ミルクと血清の分画を行う生化学的手法を用いて、抗酸化活性の本体を探る試験を予定している。乳牛の酸化ストレスは、生産性の低下や周産期疾病の要因となるだけでなく、乳質、特に酸化臭を引き起こす原因となり、酪農産業における大きな問題となっている。我々は、乳牛用配合飼料にトレハロースを添加することがこの問題解決に現場レベルにおいても有効であること実証してきた。本研究では、なぜトレハロースが抗酸化活性を持つのかを明らかにする目的で、本年度は、ミルクと血清の解析から以下の2つを明らかにした。1トレハロース給与牛の生産する抗酸化ミルクは蛋白質画分が影響するトレハロース給与牛のミルクを分画し抗酸化活性を持つ因子を探索した。トレハロース給与牛から採取したミルクと対照牛から採取したミルクを脂質画分、タンパク質画分、それ以外の画分で分画し、水溶性の抗酸化活性の指標となるDPPHラジカル消去活性を測定したところ、タンパク質画分に抗酸化の本体が存在する可能性を示唆した。抗酸化を示す分子の分子量は10kDa以上であることを限外ろ過法により明らかにし、現在、その本体を同定である。2トレハロース給与牛の血清は乳腺細胞の抗酸化を増加させる乳腺細胞にトレハロース給与牛の血清およびその分画したものを添加して、細胞、あるいは培地の抗酸化活性を測定したところ、対照牛の血清に比べ、培地中のDPPHラジカル消去活性が上昇していた。また、その成分は5000Da以下の低分子成分であることを明らかにした。現在、メタボローム解析により、対照牛とトレハロース給与牛の血清における分子を比較している。本年度はミルクおよび血液からトレハロースの抗酸化改善作用メカニズムを明らかにすることを試み、ミルク中の抗酸化活性を発揮する因子はタンパク質であり、血中因子は細胞生物学的手法により低分子であることを明らかにした。すなわち、トレハロースを乳牛に給与した場合の抗酸化メカニズムは、ルーメン→血液→乳腺→ミルクを通じてそれぞれ異なる分子が機能している可能性を示す結果となった。よって本研究は、当初の計画通りに進行している。最終年度である平成31年度は、ミルクと血清の抗酸化を発揮する成分を同定し、抗酸化活性の分子本体を探る試験を予定している。本研究が完遂すれば、これまでにない新たな抗酸化発現経路が提示できるものと考えられる。今後は、事業計画に沿って以下の試験を行い、トレハロース給与牛の抗酸化発現メカニズムの本体に迫る。
プロテオーム時代におけるタンパク質立体構造の第一原理的予測

1.タンパク質エネルギー関数の改良:立体構造予測を成功させるには、簡単でしかし精度の高いエネルギー関数の構築が鍵になる.本研究では、従来の粗視化モデルを出発点として、1)側鎖全原子を陽に含んだ高精度関数の開発した.2)構造データベースをもとに、各アミノ酸の二面角特性を分布関数としてとりだし、それをもとに高精度な局所相互作用モデルを作成した.これらをもとに、構造データベースによるパラメータ最適化のアルゴリズムを組み合わせて高精度エネルギー関数を構築した。2.タンパク質構造の高速探索法の開発:構造探索を高速に行うために、前年度から応用してきたフラグメント組合せ法は、詳細釣り合いを満たさないという欠点を持つことを見出した.そこで、我々は、詳細釣り合いをみたす新しいアルゴリズムを開発し、それをもとに拡張アンサンブル法を利用して高速探索を可能にした.3.ベンチマークテスト:1.2.に基づいた手法をテストするために、数個のタンパク質の構造探索・予測ベンチマークテストを行った.小型(70残基程度以下)のタンパク質では、本方法によって、正しいフォールド予測ができることを明らかにした.4.国際構造予測コンテスト(CASP5):我々の方法の達成度を他者と客観的に比較するために、2年に一度行われる国際構造予測コンテストに参加した.比較的小型のタンパク質二つについて、相対的に見て、かなり良いフォールド構造を予測することが出来た.明らかになった課題は、いかにして、100残基以上のタンパク質を効率よく構造探索することができるか、である.今後、この問題に焦点をしぼり、構造予測問題解決へむけて研究を進める.1.タンパク質エネルギー関数の改良:立体構造予測を成功させるには、簡単でしかし精度の高いエネルギー関数の構築が鍵になる.本研究では、従来の粗視化モデルを出発点として、1)側鎖全原子を陽に含んだ高精度関数の開発した.2)構造データベースをもとに、各アミノ酸の二面角特性を分布関数としてとりだし、それをもとに高精度な局所相互作用モデルを作成した.これらをもとに、構造データベースによるパラメータ最適化のアルゴリズムを組み合わせて高精度エネルギー関数を構築した。2.タンパク質構造の高速探索法の開発:構造探索を高速に行うために、前年度から応用してきたフラグメント組合せ法は、詳細釣り合いを満たさないという欠点を持つことを見出した.そこで、我々は、詳細釣り合いをみたす新しいアルゴリズムを開発し、それをもとに拡張アンサンブル法を利用して高速探索を可能にした.3.ベンチマークテスト:1.2.に基づいた手法をテストするために、数個のタンパク質の構造探索・予測ベンチマークテストを行った.小型(70残基程度以下)のタンパク質では、本方法によって、正しいフォールド予測ができることを明らかにした.4.国際構造予測コンテスト(CASP5):我々の方法の達成度を他者と客観的に比較するために、2年に一度行われる国際構造予測コンテストに参加した.比較的小型のタンパク質二つについて、相対的に見て、かなり良いフォールド構造を予測することが出来た.明らかになった課題は、いかにして、100残基以上のタンパク質を効率よく構造探索することができるか、である.今後、この問題に焦点をしぼり、構造予測問題解決へむけて研究を進める.
クレイク・オブライエン錯視効果を援用した色覚バリアフリー動画像表示システムの開発

2色覚者は特定の色の組合せについて弁別しにくいという色覚特性を持つ.本研究では,クレイク・オブライエン効果(C-O効果)という錯視現象を利用して2色覚での見えを改善し,更に一般色覚者にとっても見やすい画像・映像を提示可能なシステムを開発する.C-O効果は,領域の境界部分における特定の明度分布が大域的に影響を及ぼし,各領域の明度が本来の明度とは異なって見える現象である.提案システムでは,入力画像中の近傍画素の色の違いに基づいて明度成分を変化させることで,2色覚においてC-O効果が生じるようにする.実験により提案システムの有効性を示す.本研究の目的は,一般色覚者と1・2色型色覚者の双方にとって色弁別が容易で,かつ過剰な色変化がなく違和感の少ない動画像を表示する「色覚バリアフリー動画像表示システム」を構築することである.本研究では,動画像の色覚バリアフリー化に関する問題を時空間上の色の組み合わせに関する最適化問題として定式化する.次に,申請者が以前より開発してきた「混同色線理論と色距離に基づいた色変換アルゴリズム」,及び「クレイク・オブライエン錯視効果を利用した色変換アルゴリズム」を相補的に融合し,この最適化問題を低計算量で解くための求解アルゴリズムを新規に開発する.研究は,主に基礎理論の構築,及びアルゴリズムの開発,ソフトウェアによる方法論の検証を行うグループ(以下,ソフトウェアG)と,主にハードウェアアクセラレータの設計・開発を行うグループ(以下,ハードウェアG)の2グループ体制で行っている.グループ間/内で,3ヵ月に一回程度の打ち合わせを行い,進捗状況の確認を行った.平成25年度は,ソフトウェアGでは,(1)時空間軸上での色覚バリアフリー最適化問題の定式化,および(2)クレイク・オブライエン錯視効果を援用した解の探索領域の縮小化を中心に検討を行った.具体的には,混同色線理論と色距離に基づいた明度修正を行うことを前提に,色距離の近い物体境界に対してクレイク・オブライエン錯視効果を基にした境界明度修正による動画像向け色変換アルゴリズムの開発に注力した.ハードウェアGは,色変換アルゴリズムを実行する部分を除き、システムの基本設計,並びに動画像処理向けの基本ハードウェア設計を行った.本研究の目的は,一般色覚者と1・2色型色覚者の双方にとって色弁別が容易で,かつ過剰な色変化がなく違和感の少ない動画像を表示する「色覚バリアフリー動画像表示システム」を構築することである.本研究では,動画像の色覚バリアフリー化に関する問題を時空間上の色の組み合わせに関する最適化問題として定式化する.次に,申請者が以前より開発してきた「混同色線理論と色距離に基づいた色変換アルゴリズム」,及び「クレイク・オブライエン錯視効果を利用した色変換アルゴリズム」を相補的に融合し,この最適化問題を低計算量で解くための求解アルゴリズムを新規に開発する.研究は,主に基礎理論の構築,及びアルゴリズムの開発,ソフトウェアによる方法論の検証を行うグループ(以下,ソフトウェアG)と,主にハードウェアアクセラレータの設計・開発を行うグループ(以下,ハードウェアG)の2グループ体制で行っている.グループ間/内で,3ヵ月に一回程度の打ち合わせを行い,進捗状況の確認を行った.平成26年度は,ソフトウェアGでは,クレイク・オブライエン錯視効果を高速に実現でき,かつハードウェア化に適した色変換アルゴリズムの開発に注力した.ハードウェアGは,色変換アルゴリズムを実行するシステムの基本設計,並びに動画像処理向けの基本ハードウェア設計を行った.本研究の目的は,一般色覚者と1・2色型色覚者の双方にとって色弁別が容易で,かつ過剰な色変化がなく違和感の少ない動画像を表示する「色覚バリアフリー動画像表示システム」を構築することである.本研究では,動画像の色覚バリアフリー化に関する問題を時空間上の色の組み合わせに関する最適化問題として定式化する.次に,申請者が以前より開発してきた「混同色線理論と色距離に基づいた色変換アルゴリズム」,及び「クレイク・オブライエン錯視効果を利用した色変換アルゴリズム」を相補的に融合し,新規色変換アルゴリズムを開発する.研究は,主に基礎理論の構築,及びアルゴリズムの開発,ソフトウェアによる方法論の検証を行うグループ(以下,ソフトウェアG)と,主にハードウェアアクセラレータの設計・開発を行うグループ(以下,ハードウェアG)の2グループ体制で行っている.グループ間/内で定規的に打ち合わせを行い,進捗状況の確認を行った.平成27年度は,ソフトウェアGでは,従来よりも色覚バリアフリー効果が高く、かつハードウェア化に適した色変換アルゴリズムの開発に注力し、「近傍Color2Grayアルゴリズムに基づいたクレイク・オブライエン効果による2色覚者のための明度修正法」を開発した。ハードウェアGは、色変換アルゴリズムを実行する動画像処理のためのハードウェアを構築した.2色覚者は特定の色の組合せについて弁別しにくいという色覚特性を持つ.

本研究では,クレイク・オブライエン効果(C-O効果)という錯視現象を利用して2色覚での見えを改善し,更に一般色覚者にとっても見やすい画像・映像を提示可能なシステムを開発する.C-O効果は,領域の境界部分における特定の明度分布が大域的に影響を及ぼし,各領域の明度が本来の明度とは異なって見える現象である.提案システムでは,入力画像中の近傍画素の色の違いに基づいて明度成分を変化させることで,2色覚においてC-O効果が生じるようにする.実験により提案システムの有効性を示す.平成26年度中に予定していた色変換基本アルゴリズム及び動画像向けのアルゴリズムの開発をほぼ終了し,現在,そのハードウェア化についてもアルゴリズムに随時修正を施しながら開発・検証を行っている段階である.27年度が最終年度であるため、記入しない。画像処理,知覚情報処理当初の予定の通り,開発した色変換アルゴリズムの精緻化,及びカラーマネージメントPCモニタを用いた色変換アルゴリズムの評価を行う.さらに,ハードウェアアクセラレータを完成させ,全体システムを構築し,その評価を行う.また,随時,ハードウェア設計グループと密な連絡を取りながら研究を推進していく予定である.平成25年度中に開発終了予定であった色変換基本アルゴリズムを現在でも検討している段階である.動画像向けのアルゴリズムの開発では,複数のフレーム間で同一対象物は同系統の色で描かれなければならず,更に対象物間での色弁別を可能にしなければならないという制約がある.この制約が原因で静止画向けのアルゴリズムを単純に動画像へ適用するだけではうまくいかない.加えて,本研究では,計算量が小さく,効果的な新奇色変換アルゴリズムの創出を課題としている.このように基本色変換アルゴリズムの開発が非常に挑戦的な課題であることが遅れの主な原因である.現在,検討中のアルゴリズムに随時修正を施しながら開発・検証を行っている.27年度が最終年度であるため、記入しない。旅費に関しては,出張の日程が種々の業務と重なり予定通りに出張ができなかったことが理由であり,謝金に関しては,予定していた実験補助員の確保が困難になったためである.27年度が最終年度であるため、記入しない。研究の進捗が遅れいている場合に予定していた4カ月程度の予備期間を利用して,基本色変換アルゴリズムの開発を急ぐことを計画している.また,アルゴリズム開発の進捗状況に応じて,随時,ハードウェア設計グループと密な連絡を取りながら,研究を推進していきたいと考えている.年度初めより実験補助員の確保に努め,更にH26年度に予定していた学会発表等をH27年度の使用計画に組み込み,予算の効果的な執行を行う.27年度が最終年度であるため、記入しない。研究における若干の遅れ(基本色変換アルゴリズムの開発の遅れ)に起因して,機器の購入時期がずれたことや学会発表を予定通り行えなかったこと等が理由である.研究を加速させることで遅れを取り戻し,H25年度に予定していた機器購入,学会発表等をH26年度使用計画に組み込み,予算の効果的な執行を行う.
酸化物の微細組織構造制御による高容量蓄電池正極材料の開拓

リチウムイオン電池などの蓄電池で用いられる酸化物電極材料では,複数の相から構成されるLi過剰系材料が他の単相材料に比べ優れた比容量を示すことが知られている.この材料ではナノドメイン微細組織構造を有し,充放電時の各ドメインの体積変化率の違いに起因する弾性歪が生じ,そのことが酸化物イオンによる電荷補償を誘起することで,高比容量を実現していると考えられる.本研究ではそのような機構を積極的に利用するため,機構そのものの詳細な理解を進めるとともに,組織制御に基づく高比容量電極材料の設計指針を得ることを目指す.リチウムイオン電池などの蓄電池で用いられる酸化物電極材料では,複数の相から構成されるLi過剰系材料が他の単相材料に比べ優れた比容量を示すことが知られている.この材料ではナノドメイン微細組織構造を有し,充放電時の各ドメインの体積変化率の違いに起因する弾性歪が生じ,そのことが酸化物イオンによる電荷補償を誘起することで,高比容量を実現していると考えられる.本研究ではそのような機構を積極的に利用するため,機構そのものの詳細な理解を進めるとともに,組織制御に基づく高比容量電極材料の設計指針を得ることを目指す.
プロトンチャネルの温度感知機構の解明と理論応用

本研究は、体温付近の環境で高い温度依存性を呈し、白血球の温度センサーとして知られる電位依存性H+チャネル(Hv)をターゲットとし、電位依存性チャネルタンパク質の温度センシング機構について明らかにすることを目的とする。Hvチャネルに対して、生理学、生物物理学、蛋白質分析化学、蛋白質計算科学の分野横断的な手法を先鋭的に用いて、タンパク質が、物理的な温度を受容し細胞の生物学的機能に変換出力していくメカニズムを解明することを目的とする。本年度は、Hvチャネルの温度特性を解析することに取り組んだ。その高い温度依存性を生み出す分子機構を明らかにし、電位依存性チャネルスーパーファミリーに普遍的に通用する温度センシング機構を解明することを目指し、タンパク質の構造ー機能ー物性を「温度という共通のパラメター」を基軸として解析を行なった。計算科学を用い理論と実験の両側面からチャネルタンパク質を解析し、各パラメターの有機的なつながりを検討した。1)蛋白質熱力学解析:発現精製したHvチャネルのタンパク質の熱による変性を熱力学的アプローチにより解析した。温度感知機構の理論的背景に迫るため蛋白質の物性-チャネル機能の側面から検討した。2)構造機能相関解析:温度条件を変化させる実験系を確立し、電気生理学的に温度変化に伴い変化するチャネル活性を解析した。Hvチャネルの結晶構造を基に作成した変異体を解析し、温度依存性の責任ドメインを探った。温度感知機構の理論的背景に迫るため立体構造-チャネル機能の側面から検討した。3)分子動力学解析:Hvチャネルの結晶構造を用いて温度を変えたシミュレーションを行った。4)実験により得られた温度感受性の知見をTRPチャネルへ応用する領域内共同研究を行った。5)領域内共同研究にて本研究のノウハウを活かして新規温度受容チャネルの解析を行った。当初予定通りの進捗に加え、領域内共同研究において、本研究のノウハウをTRPチャネルや新規イオンチャネルの解析に応用することが出来た。Hvチャネル研究を通じて得られる温度感知機構を説明するアイデアをTRPなど構造の類似した他のチャネルに応用した実験を行い、理論の普遍性を探る本研究の目的に合致しており、今後の展開が期待できる。Hvチャネルの温度特性を解析する。その高い温度依存性を生み出す分子機構を明らかにし、電位依存性チャネルスーパーファミリーに普遍的に通用する温度センシング機構を解明することを目指し、タンパク質の構造ー機能ー物性を「温度という共通のパラメター」を基軸として解析を行なう。計算科学を用い理論と実験の両側面からチャネルタンパク質を解析し、各パラメターの有機的なつながりを検討する。1) Hvチャネルの温度感知機構の電気生理学的解析と蛋白質化学的解析結果を融合させ、温度感知機構の理論構築を行う。作成した変異体にも適合するか実験的に検証を行う。2)分子動力学解析:Hvチャネルの結晶構造を用いて温度を変えたシミュレーションを行う。温度依存性ドメインの局所的センサー機能が膜貫通領域に伝わりチャネルの開閉を制御する機構を理解するために、膜貫通領域も付加したfull-lengthのチャネルを用いてシミュレーションを行う。3)他の温度センシングチャネルへのアイデアの展開Hvチャネルは最小単位の分子構成からなり、他の分子たとえば電位依存性チャネルスーパーファミリー(TRPチャネルも含まれる)の電位センサードメインと構造類似性が高いため、Hv研究で得られる知見の応用が期待される。TRPチャネルにHvチャネルから得られたアイデアで変異を導入し、温度特性を変化させることが出来るかを電気生理学的に解析する。温度依存性のほとんど無い他の電位センサー分子に変異を導入し温度感知機構をもたらすことが出来るか試みる。実験で用いたチャネルに対して、構造情報を基に温度センシング機構を考察する。適宜、分子動力学計算を進め温度感知機構の統一的な理解を目指す。領域内共同研究を通じて、積極的に他のイオンチャネルへの理論応用を試みる。

5)領域内共同研究にて本研究のノウハウを活かして新規温度受容チャネルの解析を行った。当初予定通りの進捗に加え、領域内共同研究において、本研究のノウハウをTRPチャネルや新規イオンチャネルの解析に応用することが出来た。Hvチャネル研究を通じて得られる温度感知機構を説明するアイデアをTRPなど構造の類似した他のチャネルに応用した実験を行い、理論の普遍性を探る本研究の目的に合致しており、今後の展開が期待できる。Hvチャネルの温度特性を解析する。その高い温度依存性を生み出す分子機構を明らかにし、電位依存性チャネルスーパーファミリーに普遍的に通用する温度センシング機構を解明することを目指し、タンパク質の構造ー機能ー物性を「温度という共通のパラメター」を基軸として解析を行なう。計算科学を用い理論と実験の両側面からチャネルタンパク質を解析し、各パラメターの有機的なつながりを検討する。1) Hvチャネルの温度感知機構の電気生理学的解析と蛋白質化学的解析結果を融合させ、温度感知機構の理論構築を行う。作成した変異体にも適合するか実験的に検証を行う。2)分子動力学解析:Hvチャネルの結晶構造を用いて温度を変えたシミュレーションを行う。温度依存性ドメインの局所的センサー機能が膜貫通領域に伝わりチャネルの開閉を制御する機構を理解するために、膜貫通領域も付加したfull-lengthのチャネルを用いてシミュレーションを行う。3)他の温度センシングチャネルへのアイデアの展開Hvチャネルは最小単位の分子構成からなり、他の分子たとえば電位依存性チャネルスーパーファミリー(TRPチャネルも含まれる)の電位センサードメインと構造類似性が高いため、Hv研究で得られる知見の応用が期待される。TRPチャネルにHvチャネルから得られたアイデアで変異を導入し、温度特性を変化させることが出来るかを電気生理学的に解析する。温度依存性のほとんど無い他の電位センサー分子に変異を導入し温度感知機構をもたらすことが出来るか試みる。実験で用いたチャネルに対して、構造情報を基に温度センシング機構を考察する。適宜、分子動力学計算を進め温度感知機構の統一的な理解を目指す。領域内共同研究を通じて、積極的に他のイオンチャネルへの理論応用を試みる。
病態時における外分泌腺型水チャネル、AQP5の発現と機能調節の分子機構

私たちは、唾液腺や涙腺などの外分泌腺ならびに肺における外分泌腺型水チャネル、AQP5の発現制御、機能制御を分子生物学的に調べ、その生理・生化学的機能を明らかにすることを研究目的としている。本研究では、特に遺伝子異常、炎症、内毒素、神経系の障害などのAQP5に対する生理学的病理学的影響を明らかにする。これまでにラットにおいて^<103>Gly>^<103>Asp遺伝子異常を見出した。この変異は水の通過経路から遠隔部にある第3膜貫通領域に存在し、Xenopus oocyteによる水透過アッセイでは変異は水透過活性には影響は認められなかった。しかし、変異分子は腺腔膜における発現は著しく低下し、細胞内のリソゾームへ取り込まれていることがLamp2やカテプシンDとの二重染色により明らかになった。疎水性アミノ酸であるGlyが著しく親水性のアミノ酸であるAspに置き換わったためその影響によると考えられた。他方、内毒素LPSは耳下腺のAQP5をダウンレギュレーションし、唾液の分泌を低下させることを見出した。そのメカニズムを調べ、TLR4を介したLPSのシグナリングの結果、活性化されるp-c-Fos,p-c-Jun、およびNF-κBの3種の転写因子が複合体を形成し、AQP5プロモーター領域に存在する2種のNF-κB応答エレメントに結合し、AQP5 mRNA合成のダウンレギュレーションを起こすことを明らかにした。この生理的意義について、現在さらに考察を行っている。最後に、顎下腺を支配している鼓索神経の切除(CTD)によって、mRNAレベルに影響することなく膜分画中のAQP5蛋白質レベルが減少することを以前に見出していたが、今回、CTDによってAQP5のオートファゴソーム及びリソゾームへの輸送がシーケンシャルに起こりこの水チャネルの代謝亢進が起こることを明らかにした。なお、CTDが特に唾液腺のアポトーシスを誘導することはなかった。
脱水型不斉ＴｓｕｊｉーＴｒｏｓｔ反応の開発

前年度までに開発したキラルなピコリン酸型配位子Cl-Naph-PyCOOH(6-(2-chloro- naphthalen-1-yl)-5-methylpyridine-2-carboxylic acid)のモノカチオン性CpRu(II)錯体は,w位に酸素や窒素求核原子を置換する様々なアリルアルコール類を定量的かつ高エナンチオ選択的に対応するaアルケニル環状化合物に変換することができる.この脱水型分子内不斉アリル化によって得られるヘテロ環状化合物はいずれも生理活性天然物合成におけるキラル鍵中間体として重要である.本年度は,本触媒反応の高活性と高エナンチオ選択性発現の機構の解明に照準を置いた.モデル系におけるRu(IV)πアリル錯体の単離・構造解析,NMR実験,重水素標識実験の結果をもとに本反応の触媒サイクルを推定した.[CpRu(II)(CH3CN)3]PF6 (I)と(R)-Cl-Naph-PyCOOHから生じる錯体Aにおいて、ソフトなRuとハードなプロトンがそれぞれアリルアルコール基質のオレフィン部とヒドロキシ酸素原子と相互作用して基質/触媒複合体Bへと移行する.ここでドナー・アクセプター二官能性触媒(DACat)機能が働いて,Ru側(インサイド)にH2Oを脱離して,πアリル錯体Cとなる.π-σ-π平衡下,立体反発のない最も安定なπアリル錯体C'へと異性化後,求核部がカルボキシラト酸素原子側からアリル炭素原子をインサイド攻撃して生成物/触媒複合体Dを与える.アリル化生成物を放出するとともにAが再生して触媒サイクルが完結する.サイクル上の活性種は多くの不活性種と平衡関係にあり,反応系は単純ではない.Cl-Naph-PyCOOH配位子の「Cl基」がCp水素原子と相互作用して,CpRu(II)の求核性を向上し,COOHがアリルアルコール基質の求電子性を向上する.極微量,系内に発生するこのDACat種Bが高性能発現の鍵を握っていると考えている.25年度が最終年度であるため、記入しない。25年度が最終年度であるため、記入しない。前年度までに開発したキラルなピコリン酸型配位子Cl-Naph-PyCOOH(6-(2-chloro- naphthalen-1-yl)-5-methylpyridine-2-carboxylic acid)のモノカチオン性CpRu(II)錯体は,w位に酸素や窒素求核原子を置換する様々なアリルアルコール類を定量的かつ高エナンチオ選択的に対応するaアルケニル環状化合物に変換することができる.この脱水型分子内不斉アリル化によって得られるヘテロ環状化合物はいずれも生理活性天然物合成におけるキラル鍵中間体として重要である.本年度は,本触媒反応の高活性と高エナンチオ選択性発現の機構の解明に照準を置いた.モデル系におけるRu(IV)πアリル錯体の単離・構造解析,NMR実験,重水素標識実験の結果をもとに本反応の触媒サイクルを推定した.[CpRu(II)(CH3CN)3]PF6 (I)と(R)-Cl-Naph-PyCOOHから生じる錯体Aにおいて、ソフトなRuとハードなプロトンがそれぞれアリルアルコール基質のオレフィン部とヒドロキシ酸素原子と相互作用して基質/触媒複合体Bへと移行する.ここでドナー・アクセプター二官能性触媒(DACat)機能が働いて,Ru側(インサイド)にH2Oを脱離して,πアリル錯体Cとなる.π-σ-π平衡下,立体反発のない最も安定なπアリル錯体C'へと異性化後,求核部がカルボキシラト酸素原子側からアリル炭素原子をインサイド攻撃して生成物/触媒複合体Dを与える.アリル化生成物を放出するとともにAが再生して触媒サイクルが完結する.サイクル上の活性種は多くの不活性種と平衡関係にあり,反応系は単純ではない.Cl-Naph-PyCOOH配位子の「Cl基」がCp水素原子と相互作用して,CpRu(II)の求核性を向上し,COOHがアリルアルコール基質の求電子性を向上する.極微量,系内に発生するこのDACat種Bが高性能発現の鍵を握っていると考えている.「レドックス介在型ドナー・アクセプター二官能性機能触媒(DACat)」の指導原理のもとに開発した,「ブレンステッド酸とモノカチオン性CpRuII錯体の混合触媒」はアルコール類をアリルアルコール(AllOH)を用いて脱水的にアリル化することができる.この化学を起点に、その不斉反応化を目指した.とくに,ブレンステッド酸にキノリン-2-カルボン酸(QAH)を用いるCpRuQAH触媒の不斉化に照準を置き,i)キラル配位子ライブラリーの構築,ii)触媒構造活性・選択性相関調査,iii)基質汎用性の調査,の3点に焦点を置いた.CpRuQAHのキラル錯体化に向けて,QAHをR-Naph-PyCOOH(5-methyl-6-(2-R-naphthalen-1-yl)pyridine-2-carboxylic acid)を設計し,これら一連のキラル配位子の一般不斉合成法を確立した.このキラル配位子は,軸性キラリティをもち,立体的な柔軟性を特徴とする.標準反応にω-ヒドロキシアリルアルコールの分子内不斉Oアリル化を取り上げ,不斉触媒機能を調査した結果,[CpRuII(CH3CN)

3]PF6とCl-Naph-PyCOOHあるいはCl-Naph-PyCOOAll(All: CH2CH=CH2)が高い反応性・選択性・生産性を有することを見いだした.この不斉Tsuji-Trost型Oアリル化反応を用いて様々な光学活性環状エーテル合成に展開するとともに,プロトン性求核基をヒドロキシ基からアミド基に変換することもできることを確認した.本法は,従来の「脱塩型プロセス」を「脱水型プロセス」に置き換えるものであり,環境問題や資源枯渇が顕在化する現在において,その意義は大きい.本法で得られる「光学活性飽和へテロ環状化合物」は有用生理活性物質の不斉合成における光学活性シントンとして活用されると期待される.ピリジンカルボン酸を基本骨格にもつ光学活性配位子「R-Naph-PyCOOH」の、R基にCH3,C6H5,OCH3,Cl,Brを有する一連の配位子の系統的合成法を確立するとともに、それらのR置換基に応じた立体化学的安定性の違いを定量的に求め,OCH3体以外は光学活性配位子として利用できることを示した.これらの配位子ライブラリを基盤に、世界に先駆けて脱水型不斉アリルエーテル合成法の確立に成功した。基質汎用性もたかく、光学活性テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、クロマンやクマランに加えて、様々なアミドの分子内アリル化によるN-複素環合成にも展開できることを見いだした。前年度確立した脱水型アリル化反応について、iv)有用物質合成への応用、v)反応機構解明に焦点を置く。iv)に関しては、環状エーテル、アミン、などを基本骨格とする生理活性天然有機化合物を取り上げ、「脱水型不斉アリル化/Grubbsアリルアルコール合成」プロトコールと「アセタール、炭酸、カルバミン酸等を有するアリルアルコールの不斉環化を基軸とする連続的1,2および1,3立体制御」に基づく集積合成を実現する。1バッチ無精製合成が可能な本法の集積合成への適用性は極めて高い。v)では、速度論実験・速度式解析、重原子標識実験、同位体効果測定を中心に触媒機構を把握し、NMRやX線回折実験から得られる、観測ないし単離可能な関連錯体の構造化学的情報をもとにエナンチオ選択機構を理解する。本触媒の高性能化の糧としたい。25年度が最終年度であるため、記入しない。
血管・脂肪組織由来分泌因子Favineの脂肪蓄積作用機序の解明と新たな機能探索

我々は血管内皮から分泌される新規因子としてFavineを同定した。Favineは血管と脂肪組織で高発現し、脂肪細胞分化促進作用および脂肪組織と肝臓の脂肪蓄積促進作用を有することが明らかとなったが、そのメカニズムは不明であった。また、血管におけるFavineの機能は不明であった。脂肪細胞分化促進・脂肪合成促進作用のメカニズムの解明に関しては、前年度に引き続きFavine組み換え蛋白質変異体の解析を行った。血管に対するFavineの作用解析のため、動脈硬化モデルマウスであるApoEノックアウト(KO)マウスとFavine KOマウスの交配によって得たダブルノックアウトマウス(Favine/ApoEダブルKOマウス)にWestern diet負荷を行い、動脈硬化を誘導し、動脈硬化病変の評価を行った。血管由来の各種培養細胞に対してFavine過剰発現または発現抑制系を構築し、解析を行った。本研究から、これまで不明であったFavineの血管における機能が明らかとなりつつあることは非常に意義深く、Favineのさらなる機能解析は、メタボリックシンドロームの病態解明につながる可能性があると考える。Favineは血管と脂肪組織で高発現し、脂肪細胞分化促進作用および脂肪組織と肝臓の脂肪蓄積促進作用を有することが明らかとなったが、血管における機能は不明であった。脂肪細胞分化促進・脂肪合成促進作用のメカニズムの解明に関しては、Favine組み換え蛋白質変異体の作製を進めた。血管に対するFavineの作用の解析のため、動脈硬化モデルマウスであるApoEノックアウト(KO)マウスとFavine KOマウスの交配を行い、ダブルノックアウトマウスを作出した。動脈硬化を誘導するため、Favine/ApoEダブルKOマウスにWestern diet負荷を開始した。新たな機能探索に向けて培養細胞に対してレンチウイルスを用いたFavine過剰発現系または発現抑制系を構築するため、発現ベクター構築や血管内皮細胞や脂肪細胞の培養条件の検討を行った。本年度の成果は、次年度以降の解析の礎となる研究成果であり、意義深い。血管における解析を中心に予定通り進めることができた。組織特異的KOマウスの作製の開始を次年度へ見送った点に関しては、進行がやや遅れているが、本年度の研究結果は、Favineの今後の機能解析の基礎となるものであり、本研究は順調に進行していると考える。脂肪細胞分化促進・脂肪合成促進作用のメカニズムの解明に関しては、前年度に引き続きFavine組み換え蛋白質変異体の作製を進めた。脂肪細胞におけるFavine発現抑制実験のためレンチウイルスを用いた系の構築を試みたが、ウイルス感染効率が低く、系の確立に難渋した。血管に対するFavineの作用解析のため、動脈硬化モデルマウスであるApoEノックアウト(KO)マウスとFavine KOマウスの交配によって得たダブルノックアウトマウス(Favine/ApoEダブルKOマウス)にWestern diet負荷を行い、動脈硬化を誘導した。Western diet負荷期間による動脈硬化進展の程度を知るため、併行してApoE単独ノックアウトマウスを用いた条件検討を行った。動脈硬化病変の評価のため、Favine/ApoEダブルKOマウス大動脈のオイルレッドO染色、血管のRNA抽出を開始した。血管由来の各種培養細胞に対してレンチウイルスを用いたFavine過剰発現または発現抑制系を構築した。組織特異的KOマウスの作製の開始を見送っている点に関しては、進行がやや遅れているが、本年度の研究結果は、Favineの新たな作用解明の一助となるものであり、本研究は順調に進行していると考える。計画通りにFavine/ApoEダブルKOマウスの血管機能の評価を行う。組織特異的KOマウスを構築し、Favine産生責任臓器およびFavineの作用標的臓器を明らかにする。新たな機能探索のため肝臓における作用を解析する。Favine受容体を同定する。Favine/ApoEダブルKOマウスの血管機能の評価を引き続き行う。研究を進めていく上で必要に応じて研究費を執行したため、当初の見込み金額と執行額は異なった。
顎関節情報を対象とした高精度実体模型の製作と応用に関する研究

本研究の目的は、ヒト顎口腔系における顎関節の形態と運動との関係を、高精度に製作した実体模型から実体感覚のもとで解析することである。研究実施計画に基づき、まず顎関節情報処理装置を開発し、つぎに顎関節の形態情報と顎運動情報の測定方法および光造形装置で高精度な実体模型が製作できる加工技術を確立した。さらに、完成した模型より、画像では得られない実体感覚の解析を行った。実施した結果を以下に示す。1.顎関節情報処理装置は、市販の情報機器部品を活用し、静音筐体にインテル社製Pentium 43.4GHzのCPUを4個組み込み、並列演算処理が可能なハードウェアを製作した。また、ソフトウェアは、開発の自由度を重視してOSにLinuxを採用し、画像処理技術とこれまでのCAD技術の経験を生かして、輪郭抽出アルゴリズムを独自に考案して処理環境を整えた。2.顎関節と顎運動の情報測定は、徳島大学大学院ヘルスバイオサイエンス研究部坂東教室の協力を得て、正常者を対象に多くの被験者情報を得ることができた。形態情報と運動情報の重ね合わせは、コンピュータグラフィックス上で完成し、剛体条件を仮定した結果と実測で得られた結果の比較を行い、運動時の各顎位における形態が変形する結果を得た。3.高精度実体模型は、レーザのビーム径、積層方向、積層ピッチ、補強格子等の加工条件を個々の実体模型で追究し、最適な加工状態に製作できる技術を確立した。4.製作した実体模型は、任意の顎位における顎関節の形態、運動範囲と顎関節を重ねた形態、任意の部位における下顎運動と相補下顎運動の形態が完成し、コンピュータグラフィックスで得られた画像とも比較して解析を行った。本研究成果は、運動論的顆頭点を通る軸上で、運動範囲の高精度な実体模型が製作でき、また切歯点、臼歯部、穎頭点に対して相補下顎運動の模型が完成したことにより、顎関節の動態を明らかにすることができたことである。本研究は、ヒト顎口腔系における顎関節の形態と運動との関係を、高精度に製作した実体模型から実体感覚のもとで解析することが目的である。期間内に実施する具体的な目標は、1)顎関節情報処理装置を開発、2)顎関節の形態情報測定と顎運動情報測定の方法を確立、3)光造形装置で高精度な実体模型が製作できる技術を確立、4)実体模型から実体感覚のもとでの解析などである。本年度は、顎関節情報処理装置を製作し、顎関節の形態と顎運動の測定を行い、研究環境を整えた。装置のハードウェア製作は、藤村が担当し、消耗品で購入を予定していた顎関節情報処理装置の電子部品を、市販されている情報機器部品から調達して活用した。ハードウェアの基本的な仕様は、当初32bitのCPUでクロックを2GHzとし、マルチCPU方式を採用したパラレル演算が可能なアーキテクチャで設計したが、CPUの進歩や作業時間の短縮要求などから、製作した装置は、静音筐体にインテル社製Pentium43.4GHzのCPUを4個組み込み、並列演算処理が可能なハードウェアとなった。また、ソフトウェアは、開発の自由度を重視してOSにLinuxを採用し、画像処理技術とこれまでのCAD技術の経験を生かして、輪郭抽出アルゴリズムのソフトウェアを独自に改良中である。分担者の重本は、臨床の立場から研究を行い、顎関節のX線断層撮影方法と顎運動情報を担当した。形態の測定では、各組織の輪郭が抽出しやすい撮影方法や運動データと対応をとるための基準点の設定を確立し、形態データを顎関節情報処置装置へ入力する標準形式を考案中である。

また、顎運動の測定方法についても、被験運動と顎関節情報処置装置へ入力する標準形式を考案中である。顎関節情報処置装置へ入力する標準形式は、藤村が主に担当するソフトウェアとも関係が深く、データ入力のインタ・フェースソフトウェアの部分は協同で検討中である。上記に示した研究成果の一部は、国内外の学会および学術雑誌等で発表した。本年度は、顎関節情報処理装置のハードウェアとソフトウェアを使用できる状態に仕上げ、光造形装置で高精度な実体模型が製作できる技術を確立し、研究の目的である実体模型から実体感覚のもとで解析を行い、国内で研究成果を報告する計画であった。研究実績の概要は、昨年度から継続し改良中である輪郭抽出アルゴリズムのソフトウェアとデータ入力のインタ・フェースソフトウェアを仕上げた後、以下の状況である。1.顎関節情報処理装置は、藤村が担当してほぼ製作でき、試作の実体モデルと3次元コンピュータグラフィックスで再現した像とを比較しても加工物全体の歪みや表面の凹凸も比較的少ない状態である。2.顎関節情報の測定は、重本が担当し、まず正常者を対象にして行い、藤村、重本ならびに坂東教室の協力を得て検討した。顎機能障害者については実施しておらず、測定方法や輪郭線の連続性などの検討にまだ時間が必要である。3.高精度実体模型の製作は、藤村が担当し、加工技術と製作アルゴリズムの両方から製作精度を高めた。顎関節部の運動は小さく、再現性を重視するとサポート用の補助枠が多くなり、枠と実体モデルの分離が困難になって結果的に精度が落ちる原因となる。4.成果の報告は、正常者における顎関節部の限界運動範囲が実体モデルと3次元コンピュータグラフィックスで再現でき、学術大会での講演や学術雑誌等で発表した。本年度は、最終の年であり顎関節情報処理装置のハードウェアならびにソフトウェアを仕上げ、光造形装置で高精度な実体模型が製作できる技術を確立して、本研究の目的である実体模型から実体感覚のもとで解析を行い、国内外に対して研究成果を報告する計画であった。研究実績の概要は、実体模型の製作を中心に作業を進め、テーマである「顎関節情報を対象とした高精度実体模型の製作と応用に関する研究」の実質的な成果が得られるように実施した。具体的な実施内容を以下に示す。1.顎関節情報処理装置は、藤村の担当で製作した。製作状況は、輪郭抽出のアルゴリズムを考案し、実装したソフトウェアも完成して、実体モデルへの応用を行った。2.昨年度から継続し改良中であった形態情報と運動情報の重ね合わせは、コンピュータグラフィックス上で完成し、剛体条件を仮定した結果と実測で得られた結果の比較を行い、運動時の各顎位における形態が変形する結果を得た。3.顎関節と顎運動の情報測定は、主に重本が担当し、坂東教室の協力を得て正常者を対象に多くの被験者情報を得ることができた。顎機能障害者に対する被験者の情報測定は実施中である。4.高精度実体模型は、藤村が担当し、レーザのビーム径、積層方向、積層ピッチ、補強格子等の加工条件を個々の実体モデルに応じて最適な加工状態に高めて製作した。特に、相補下顎運動を対象とした実体モデルからは、下顎運動とは異なる特徴が得られ、成果の発表に向け解析中である。5.研究成果は、日本生体医工学会、日本顎口腔機能学会等で発表し、成果報告書を作成中である。