hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
固定化オペロンを利用した転写調節機構の動的解析

本研究の目的は,担体に固定化した鋳型DNA(固定化オペロン)を用いて,基質の大過剰客または急速了過による反応停止と転写複合体分離という新しい手法で,転写複合体の構造を解析し転写の調節機構を解明することである.そのための第一歩は,転写の種々の機能を損なわないように,担体にオペロンを固定化することである.最もその可能性が高い,ビオチン,アビジン結合を利用した固定化を試み,成功した.(1)DNAはビオチン・アビジン結合によって末端で固定化できる.一本鎖5′末を生じる制限酵素断片を,ビオチン化dUTPとDNAポリメラーゼを用いて,ビオチンを含む二本鎖端末に変える最も簡単な方法では, 5-50%と低い固定化率しか得られなかった.そこで, T4DNAポリメラーゼのエクソヌクレアーゼ活性を利用して,数残基内側のチミジンをラベルした.この方法により, EcoRI端末で, 95%以上の固定化効率を得ることができた.また,固定化されたDNAは,末端付近を切断する制限酵素で遊離したことなどから,固定化効率はビオチンラベル化の効率で決定され, DNAは末端で固定化されていることが明らかになった.(2)固定化による立体障害はほとんどなく優秀な転写の鋳型である.固定化端末から24塩基体の位置でも切断でき,固定化による立体障害はほとんどないことが明らかになった.事実, RNA産物の長さの分布や,それに対するNasAの影響などは,遊離の鋳型DNAの時に同一であった.(3)鋳型DNAの固定化によって,緩衝液成分を変えずに転写を停止することができるよにうなった.大過剰希釈(アクリルアミドビーズ),急速了過方(アガロース,アクリルアミド共)により,基質のみを除いて転写の停止をおこなっても, RNA産物の長さの分布は変化せず,新しい高速反応方が可能になった.本研究の目的は,担体に固定化した鋳型DNA(固定化オペロン)を用いて,基質の大過剰客または急速了過による反応停止と転写複合体分離という新しい手法で,転写複合体の構造を解析し転写の調節機構を解明することである.そのための第一歩は,転写の種々の機能を損なわないように,担体にオペロンを固定化することである.最もその可能性が高い,ビオチン,アビジン結合を利用した固定化を試み,成功した.(1)DNAはビオチン・アビジン結合によって末端で固定化できる.一本鎖5′末を生じる制限酵素断片を,ビオチン化dUTPとDNAポリメラーゼを用いて,ビオチンを含む二本鎖端末に変える最も簡単な方法では, 5-50%と低い固定化率しか得られなかった.そこで, T4DNAポリメラーゼのエクソヌクレアーゼ活性を利用して,数残基内側のチミジンをラベルした.この方法により, EcoRI端末で, 95%以上の固定化効率を得ることができた.また,固定化されたDNAは,末端付近を切断する制限酵素で遊離したことなどから,固定化効率はビオチンラベル化の効率で決定され, DNAは末端で固定化されていることが明らかになった.(2)固定化による立体障害はほとんどなく優秀な転写の鋳型である.固定化端末から24塩基体の位置でも切断でき,固定化による立体障害はほとんどないことが明らかになった.事実, RNA産物の長さの分布や,それに対するNasAの影響などは,遊離の鋳型DNAの時に同一であった.(3)鋳型DNAの固定化によって,緩衝液成分を変えずに転写を停止することができるよにうなった.大過剰希釈(アクリルアミドビーズ),急速了過方(アガロース,アクリルアミド共)により,基質のみを除いて転写の停止をおこなっても, RNA産物の長さの分布は変化せず,新しい高速反応方が可能になった.
光誘起物質変換系の磁場効果とその発現機構

1.スチルベン誘導体のカチオンラジカルを経る光誘起異性化における磁場効果電子受容性増感剤存在下の(Z)-スチルベンの光異性化の効率について,ハロゲン原子の異性化に対する効果と異性化の磁場効果に対する影響を調べた.9,10-ジシアノアントラセンを増感剤とする(Z)-4,4'-ジハロスチルベン((Z)-X_2St)のアセトニトリル中の異性化効率を種々の磁場中で測定した.(Z)-Cl_2Stが(Z)-H_2Stとほぼ同程度の磁場効果を示すのに対し,(Z)-F_2Stではそれより大きな磁場効果が,(Z)-Br_2Stではそれより小さな磁場効果が観測された.この結果は超微細相互作用の大きいF原子の存在が磁場効果を増大させるのに対し,重原子のBr原子は超微細相互作用を相殺する効果があることを示唆する.2.ビラジカルの寿命に対する立体配座の効果ラジカル中心を結ぶ炭素骨格内にベンゼン環を導入した2種類のアシル-ジフェニルメチル型三重項ビラジカルの挙動を調べた.6,6-ジフェニル-6,7,8,9-テトラヒドロ-5H-ベンゾシクロヘプテン-7-オン(CK-7a)の光開裂からは不飽和アルデヒドが,また,7,7-ジフェニル-6,7,8,9-テトラヒドロ-5H-ベンゾシクロヘプテン-6-オン(CK-7b)の光開裂からは不飽和アルデヒドと脱カルボニル後の再結合生成物が得られた.これらの系で注目される点は,構造の類似した2種のケトン(CK-7a,CK-7b)から生成する三重項ビラジカルの寿命が著しく異なることである.この事実は,ベンゼン環の置換位置の違いによって,ラジカル中心間の近づきやすさが制限され,その程度の違いによって,項間交差の速度が変化しうることを示唆する.1.スチルベン誘導体のカチオンラジカルを経る光誘起異性化における磁場効果電子受容性増感剤存在下の(Z)-スチルベンの光異性化の効率について,ハロゲン原子の異性化に対する効果と異性化の磁場効果に対する影響を調べた.9,10-ジシアノアントラセンを増感剤とする(Z)-4,4'-ジハロスチルベン((Z)-X_2St)のアセトニトリル中の異性化効率を種々の磁場中で測定した.(Z)-Cl_2Stが(Z)-H_2Stとほぼ同程度の磁場効果を示すのに対し,(Z)-F_2Stではそれより大きな磁場効果が,(Z)-Br_2Stではそれより小さな磁場効果が観測された.この結果は超微細相互作用の大きいF原子の存在が磁場効果を増大させるのに対し,重原子のBr原子は超微細相互作用を相殺する効果があることを示唆する.2.ビラジカルの寿命に対する立体配座の効果ラジカル中心を結ぶ炭素骨格内にベンゼン環を導入した2種類のアシル-ジフェニルメチル型三重項ビラジカルの挙動を調べた.6,6-ジフェニル-6,7,8,9-テトラヒドロ-5H-ベンゾシクロヘプテン-7-オン(CK-7a)の光開裂からは不飽和アルデヒドが,また,7,7-ジフェニル-6,7,8,9-テトラヒドロ-5H-ベンゾシクロヘプテン-6-オン(CK-7b)の光開裂からは不飽和アルデヒドと脱カルボニル後の再結合生成物が得られた.これらの系で注目される点は,構造の類似した2種のケトン(CK-7a,CK-7b)から生成する三重項ビラジカルの寿命が著しく異なることである.この事実は,ベンゼン環の置換位置の違いによって,ラジカル中心間の近づきやすさが制限され,その程度の違いによって,項間交差の速度が変化しうることを示唆する.
環境負荷が大きい溶媒を必要としない電気化学法の開発

有機溶媒中の電気化学で用いられる極性溶媒の殆どが分子内にハロゲンや窒素を含み、環境への負荷の観点から好ましくない。本研究の目的は環境負荷が小さい炭化水素類を溶媒とすることが出来る電解法を開発することにある。研究計画は無極性溶媒中の支持電解質の確立及び開発した電解質を用いる無極性溶媒中の新しい電解系の開発であった。この計画に従って、以下のような研究を行った。1.電解質の開発:各種の有機電解質を合成し、アルカンの一つであるシクロヘキサン中の電導度測定を行い、電導性を決定する支配要因を明らかにした。テトラ(デシル)アンモニウムを陽イオンとし、テトラアリルホウ酸イオンの芳香環に各種の置換基を導入した電解質を合成した。15種類の合成に成功し、溶解性及び溶液の電導度から電解質イオン設計に関して次のような指標を導いた。(1)対称な芳香環を持つテトラアリルホウ酸では、置換基効果は分子表面で水素原子が占める面積の変化による。(2)非対称な芳香環を導入した場合、芳香環内にB-C結合軸とは非対称な双極子が生じる。イオン対生成に際し、そのような双極子の存在は芳香環の回転により陽電荷-双極子相互作用をもたらすためにイオン間相互作用が強くなり、溶解性や電導度の低下をもたらす。この他に、陽イオンのアルキル鎖の長さについても最適条件を明らかにした。以上の様な検討に基づき、無極性溶媒中の支持電解質陰イオンとして最適なものを決定した。2.電解系への適用:1で開発した電解質をアルカン中の支持電解質とし、白金電極での電解系へ適用した。その結果、高い伝導性を与えるテトラアリルホウ酸イオンは電子吸引性のフッ素系置換基を持っており、酸化電圧が高く、広い分極領域を与えた。以上より、本研究課題で開発した電解質は高い伝導性と広い分極領域を同時に実現するため、アルカン中での電気化学法として極めて優れていることが分かった。有機溶媒中の電気化学において用いられる支持電解質の溶解能・解離能が大きい極性溶媒の殆どが分子内にハロゲンや窒素を含んでおり、環境への負荷の観点から好ましくない。研究計画は無極性溶媒中の支持電解質の確立(H13)及び開発した電解質を用いる無極性溶媒中の新しい電解系の開発(H14)を予定している。この計画に従って本年度は各種の有機電解質を合成し、アルカンの一つであるシクロヘキサン中の電導度測定を行い、電導性を決定するイオン間相互作用の支配要因を明らかにした。1.陰イオンの置換基効果:テトラ(デシル)アンモニウムを陽イオンとし、テトラアリルホウ酸イオンの芳香環に各種の置換基を導入した電解質を合成した。2.陽イオンの効果:上記の検討によりアルカン中の支持電解質陰イオンとして最も有望なテトラアリルホウ酸を用い陽イオンの効果を調べたところ、直鎖アルキル四級アンモニウムイオンが最も有効であった。そこで、アルキル鎖の炭素数が異なる直鎖アルキル四級アンモニウムイオンとの塩を調製し、アルキル鎖の炭素数が溶液の電導度に与える影響を明らかにした。

2.電解系への適用:1で開発した電解質をアルカン中の支持電解質とし、白金電極での電解系へ適用した。その結果、高い伝導性を与えるテトラアリルホウ酸イオンは電子吸引性のフッ素系置換基を持っており、酸化電圧が高く、広い分極領域を与えた。以上より、本研究課題で開発した電解質は高い伝導性と広い分極領域を同時に実現するため、アルカン中での電気化学法として極めて優れていることが分かった。
ｓｉＲＮＡ１分子封入会合体の精密構造設計とｓｉＲＮＡデリバリーに向けた機能化

本研究は、siRNAを腫瘍組織へと安全かつ効率良くデリバリーするための「核酸キャリア」の開発を目的とした。具体的には、優れた組織浸透性を有する最小スケールの核酸キャリアとして、1分子のsiRNAを選択的に封入するユニットポリイオンコンプレックス(以下、ユニットPIC)を提案した。一連の評価を通じて、ブロック共重合体の化学構造と重合度を調節することで、1分子のsiRNAが選択的に封入されたユニットPICを構築できること、生体内での優れた安定性と腫瘍組織集積性・浸透性が得られること、がん治療用核酸を内包することで有意な抗腫瘍効果が得られることが明らかになった。本研究の目的は、核酸医薬(siRNA)を腫瘍組織へと安全かつ効率良く送達するためのキャリアを開発することである。この目的を達成するためには、血流中での高い安定性および腫瘍組織での優れた浸透性がキャリアに求められる。これらを満たすために、本研究ではsiRNA1分子がポリエチレングリコール(PEG)で効果的に保護された「最小スケールのsiRNAキャリア」を設計した。本年度は、siRNAとの間でポリイオン複合体(PIC)型キャリアを形成するためのPEG化ポリペプチドの基本構造の最適化を検討した。まず、重合度の異なる種々のPEG化ポリペプチドを合成し、siRNAとの間でPICを形成させ、会合数・サイズ(流体力学径)・安定性を比較検討した。結果として、ポリペプチド重合度に依存して会合数が厳密に制御されることを見出し、特定の重合度以下ではsiRNA1分子が選択的に封入されたPICが得られることを確認した。また、1分子siRNA封入PICのサイズに関しては、搭載されたPEGのランダムコイル状態の流体力学径に対応することが確認された。すなわち、PEGの分子量によりPICのサイズ制御が可能となることが見出された。一方、1分子siRNA封入PICの血清中での安定性に関しては、搭載されたPEGの分子量と本数の増大に伴って向上することが明らかになった。続いて、血清中で最も安定であった1分子siRNA封入PIC(<20nm)を用いて動物実験を行った。蛍光標識siRNAを用いてPICの血中滞留性を評価したところ、siRNA単体と比較して数十倍の血中半減期が得られた。さらに、マウス皮下に移植した膵臓がんに対する組織浸透性を生体内蛍光顕微鏡で評価したところ、市販のin vivo用siRNA導入試薬では全く組織浸透が見られなかったのに対し、1分子siRNA封入PICでは広範囲な組織浸透が達成された。本研究の目的は、核酸医薬として期待されるsmall interfering RNA(siRNA)を腫瘍組織へと安全かつ効率良く送達するための「核酸キャリア」を開発することである。全身投与を介して腫瘍組織へと核酸医薬を送達するキャリアに求められる主な機能は、血流中での優れた安定性と腫瘍組織内を効率良く浸透する組織透過性である。これらの条件を満たす核酸キャリアを構築するために、本研究では、1分子のsiRNAを選択的に封入する最小スケールの核酸キャリアの構築にチャレンジした。重合度と化学構造が厳密に規定されたポリエチレングリコール-カチオン性ポリアミノ酸のブロック共重合体を合成し、水溶液中でsiRNAと単純混合することで、siRNA1分子を選択的に保護する粒径20nm以下かつ単分散なユニットポリイオンコンプレックス(uPIC)型核酸キャリアを構築することに成功した。このuPIC型キャリアは血清中で非常に安定であり、担がんモデルマウスへと尾静脈投与したところ、siRNA単体と比べて数十倍の血中半減期と皮下腫瘍組織集積性を示した。さらには、がん細胞にアポトーシスを誘導するsiRNAを搭載したuPIC型キャリアを投与したところ、皮下移植膵臓がんモデルに対して有意な抗腫瘍効果を得ることに成功した。今後は、uPIC型キャリアのデリバリーメカニズムを解明すべく、より詳細な機能評価を行うと供に、その有用性を広く示すために多様な治療用核酸と疾患モデルの組み合わせへと展開する。本研究の目的は、核酸医薬として期待されるsmall interfering RNA (siRNA)を腫瘍組織へと安全かつ効率良く送達するための「核酸キャリア」を開発することである。これらの条件を満たす核酸キャリアとして、本研究ではsiRNA1分子を選択的に封入する最小スケールの核酸キャリアの構築に挑戦した。昨年度までの研究を通じて、重合度およびカチオン構造が規定されたブロック共重合体を用いることで、1分子のsiRNAが選択的に封入されたユニットポリイオンコンプレックス(uPIC)型キャリアが構築されることを確認した。また、uPIC型キャリアは、優れた血中滞留性および腫瘍集積性を示すことも確認された。そこで平成27年度は、in vivo実験を中心とする機能評価を行った。その具体例として、ヒト膵臓がん細胞を用いて皮下移植腫瘍モデルを構築し、uPIC型キャリアの組織浸透性を共焦点顕微鏡にて観察したところ、腫瘍組織の深部(血管から100マイクロメートルほど離れた組織)にも到達している様子が確認された。一方、市販の脂質型キャリアは、ほとんど腫瘍組織を浸透してない様子が観察され、uPIC型キャリアの優れた腫瘍組織浸透性が示された。

さらに、蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)を利用して、intactなsiRNAが腫瘍組織内にデリバリーされたかどうかを検証したところ、腫瘍組織内より有意なFRETシグナルが得られたことから、uPIC型キャリアはintactなsiRNAを膵臓がんへと送達したことが確認された。当初の計画通り、uPIC型キャリアを用いたsiRNAデリバリーの実験が行われ、優れた腫瘍組織浸透性などの核酸キャリアとしての有用性が十分に検証されたため。本研究は、siRNAを腫瘍組織へと安全かつ効率良くデリバリーするための「核酸キャリア」の開発を目的とした。具体的には、優れた組織浸透性を有する最小スケールの核酸キャリアとして、1分子のsiRNAを選択的に封入するユニットポリイオンコンプレックス(以下、ユニットPIC)を提案した。一連の評価を通じて、ブロック共重合体の化学構造と重合度を調節することで、1分子のsiRNAが選択的に封入されたユニットPICを構築できること、生体内での優れた安定性と腫瘍組織集積性・浸透性が得られること、がん治療用核酸を内包することで有意な抗腫瘍効果が得られることが明らかになった。当初の計画通り、ブロック共重合体の精密構造設計を通じて、優れた血中滞留性と腫瘍組織浸透性を有する1分子siRNA封入uPIC型キャリアを構築し、それにより皮下移植膵臓がんモデルに対して有意な抗腫瘍効果を得ることに成功した。今後は、さらに優れた核酸デリバリー機能を得るために、uPICを構成するブロック共重合体構造のファインチューニングを行う。具体例としては、標的とする組織/細胞に到達した後に効率良く核酸を放出するための生体内局所環境応答能の賦与などを検討する。また、2本鎖核酸であるsiRNAのみならず、1本鎖核酸への適用が可能であるかどうかも検証する。ドラッグデリバリーシステム今後は、本研究で開発されたuPIC型キャリアの機能に関してさらに詳細な検討を加える。具体的には、がん細胞スフェロイドアレイを用いた組織浸透性や細胞内移行性に関する評価、がん細胞へのアポトーシス誘導効率の評価、がん細胞内でのsiRNA放出挙動の評価などである。これと平行して、多様な核酸医薬の封入試験および性能評価も行い、uPIC型キャリアの汎用性を示すべく検討を重ねる。当初の研究計画通り、1分子siRNA封入PIC型キャリアを構築するためのPEG化ポリペプチド基本構造(重合度など)を最適化することができた。また、最適化されたPICを用いて初期的な動物実験を行ったところ、高い血中滞留性と皮下腫瘍組織に対する優れた組織浸透性を得ることができた。H26年度以降は、H25年度に最適化されたPEG化ポリペプチドの基本骨格構造に基づき、さらなる機能改善を検討する。具体的には、(1)ポリペプチドのカチオン性側鎖構造の改変、(2)標的とするの細胞表面に対して高いアフィニティを有するリガンド分子のPEG末端ヘの導入である。カチオン性側鎖構造の改変に関しては、非天然型のペプチドを含めた複数種類を検討し、siRNAとの結合力の強化を図る。血清中での安定性試験においてsiRNA封入PICの安定性の向上が確認された場合は、動物実験へと展開する。
関節炎,関節症の病因,病態と軟骨プロテオグリカン

本研究は関節炎,関節症病態を、関節軟骨の細胞外マトリックス成分であるプロテオグリカンを中心に、形態学的,生化学的に検討したものである。1)関節軟骨マトリックス組成の一つであるヒアルロン酸は、プロテオグリカンaggregate形成に関与しているが、他に軟骨表層にもaffimityを有し、軟骨からのプロテオグリカン遊出に抑制的に働くことがわかった。2)Goriticに軟骨基質形成の阻害のあるCMDマウス軟骨では、軟骨固有の軟骨型プロテオグリカンの形成がないこと、しかしリンクプロテェインは正常に形成されていることがわかった。3)CMD軟骨の電顕的観察から、コラーゲンに関しては、通常のコラーゲンより大きなgiant collagenの形成がみられ、プロテオグリカンの機能として、コラーゲンのfibrillogenesis抑制効果が存在することが明らかになった。4)軟骨型プロテオグリカン形成のないCMD軟骨は、軟骨マトリックス内でのプロテオグリカン-コラーゲンのinteraction,ならびにそれら高分子物質の機能を知るために非常によい実験系である。CMD軟骨細胞培養系に加えられた軟骨型プロテオグリカンモノマーは、CMD軟骨細胞の作る他の基質成分,つまりヒアルロン酸,リンク蛋白質,【II】型コラーゲンと相互作用して基質にとりこまれることがわかった。その結果異常化していた【II】型コラーゲンの蓄積,フィブロネクチンの分布の正常が生じたと推定された。以上示した研究成果は、軟骨マトリックスのプロテオグリカン,コラーゲンに関する機能を示すもので、関節炎,関節症におけるマトリックス成分の変性,崩壊機序を考える上できわめて重要な示唆を与えるものである。
腋芽の成長・休眠を制御する細胞周期制御機構の解明

無傷の植物では、頂芽が優先的に成長し腋芽の成長は抑制されている。この現象は頂芽優勢といわれ植物固有の生き残りの戦略である。本研究では、腋芽の休眠・成長を細胞周期制御機構の観点から解析した。細胞周期を抑制するカギタンパク質である「サイクリン依存性キナーゼ阻害タンパク質(ICK)」を同定した。免疫沈降法により休眠腋芽細胞内でICKタンパク質と相互作用するタンパク質群を明らかにした。頂芽切除により直ちに分解されるICKタンパク質はプロテオソーム阻害剤などの影響を受けなかった。これらの結果より、休眠中の腋芽の細胞周期抑制機構の一部が明らかになった。近年、地球規模での気候変動や水資源不足などにより、食料問題はますます深刻化している中で、植物資源の生産性向上、低炭素社会への技術革新などは急務の研究課題である。植物資源の生産性向上を目指す中で、植物の生産性に直結している「植物の枝分かれ機構の解明」は一つの有力な戦略と考えられる。枝分かれの制御機構は腋芽細胞の細胞周期の休止と進行と捉えることができる。本研究課題では、植物・動物で共通に存在する細胞周期の休止・進行を制御するマスターキー遺伝子「サイクリン依存性キナーゼ阻害タンパク質(ICK)」に着目した解析を行う。特に、抗体を用いた解析により腋芽細胞内でのICK遺伝子のタンパク質レベルでの挙動を明らかにし、枝分かれの分子機構の解明に取り組む。これまでの研究により調製した抗ICK抗体の特異性・力価を向上させるために、ICKタンパク質を用いて抗ICK抗体を精製した。休眠中の腋芽から抽出したタンパク質を用いたウエスタンブロット解析の結果、ICKタンパク質の推定分子量27 kDaにシグナルを検出できるようになった。そこで、腋芽に様々なプロテアソーム阻害剤を供与しICKタンパク質の安定性を解析した結果、ICKタンパク質の安定性にプロテアソーム阻害剤は影響を与えないことがわかった。抗ICK抗体を用いた免疫染色法で腋芽における組織学的解析を行ったところ、ICKタンパク質は休眠中の腋芽全体に存在したのでICKタンパク質は腋芽全体の細胞周期制御に関与していることが推測された。他方、枝分かれの機構を明らかにするために、イネの幼穂発達期に青刈りし再生茎の発生に異常を示す変異体株の単離を試みている。出穂直後のイネを青刈りし、その後分げつしてきた茎数を調査した。イネの変異株集団に対して、野生型と比較して分げつ数が少ないものを候補として単離した。植物資源の生産性向上は急務の課題であり、植物の生産性に直結している「植物の枝分かれ機構の解明」は一つの有力な戦略と考えられる。そこで本研究課題では、「サイクリン依存性キナーゼ阻害タンパク質(ICK)」に着目した解析を行っている。平成26年度では抗ICK抗体の調製、及び組織学的解析を行った。平成27年度では抗ICK抗体カラムを調製し、腋芽内でICKタンパク質と相互作用しているタンパク質の同定を試みた。その結果、ICKタンパク質と相互作用するタンパク質を同定することができた。休眠中、及び成長を開始した腋芽内での挙動を解析した結果、そのタンパク質は休眠中、成長中いずれもICKタンパク質と結合していることが明らかになった。休眠している腋芽が分化・成長を行うには、細胞周期の制御と同時にメリステム活性の休止期→活動期への相転移が起こっていると考えられる。メリステム活性の最も基本となる制御機構は、受精直後の胚発生時に形成されることが知られている。そこで、受粉後3日後のイネの胚において発現している遺伝子群を同定し、その遺伝子群の発現様式を明らかにすることにより、メリステム活性を作り出している遺伝子群の解明を試みた。その結果、イネの胚において頂部、基部、中心部、縁部などに特異的に発現する遺伝子群を同定することができた。他方、枝分かれの制御機構を分子遺伝学的に解析することを同時に試みている。平成26年度の解析により、イネの幼穂発達時期に青刈りし再生茎の発生に異常を示す変異体候補を得ることができたので、平成27年度では再現性の確認と表現型の観察を行った。その結果、再現性を確認できた変異株も存在した。また同時に、再生茎の発生には環境要因も大きいことが明らかになった。抗ICK抗体を用いた解析結果、候補となるタンパク質を同定することができた。また、腋芽のメリステム活性を制御していると考えられる候補遺伝子群を単離することができた。枝分かれ異常を示すイネ変異株候補を同定することができた。この現象は頂芽優勢と言われ植物生理学では最も古くから知られている現象の一つである。傷害により頂芽が損傷して成長することが不可能になると、休眠中の腋芽は頂芽に代わって直ちに成長を始める。このように、腋芽は状況に応じて休眠・成長、言い換えるならば、細胞分裂の休止・進行を制御している。本研究は、休眠中の腋芽に特異的に存在し、腋芽の細胞周期の休止と進行のカギとなる「細胞周期進行を抑制するタンパク質の制御機構」の解明を目的とする。細胞周期を抑制するカギタンパク質である「サイクリン依存性キナーゼ阻害タンパク質(ICK)」に着目し、ICKタンパク質と相互作用するタンパク質群の挙動を解析した。

その結果、休眠中、及び成長を開始した腋芽内で常にICKタンパク質と結合していること、オーキシン、サイトカイニン、プロテオソーム阻害剤などの影響を受けないことが明らかになった。また、枝分かれの制御機構を分子遺伝学的に解析することを試みた。これまでにイネの幼穂発達時期に青刈りし再生茎の発生に異常を示す変異体候補を得ることができている。そこで、環境が再生茎の発生に与える影響を解析した結果、青刈りするタイミング、青刈りする位置などが影響を与えることが明らかになった。一方、休眠している腋芽が分化・成長を行うには、細胞周期の制御と同時にメリステム活性の休止→活動期への相転移が起こっている。メリステム活性の最も基本となる制御機構は、受粉後の胚発生時に形成されることが知られている。そこで、受粉後3日後のイネの胚において発現している遺伝子群を同定し、その発現様式を明らかにすることにより、メリステム活性を作り出している遺伝子ネットワークの解明を行った。その結果、幾つかの転写因子などが重要な働きをしていることを明らかにできた(研究発表雑誌論文1)。無傷の植物では、頂芽が優先的に成長し腋芽の成長は抑制されている。この現象は頂芽優勢といわれ植物固有の生き残りの戦略である。本研究では、腋芽の休眠・成長を細胞周期制御機構の観点から解析した。細胞周期を抑制するカギタンパク質である「サイクリン依存性キナーゼ阻害タンパク質(ICK)」を同定した。免疫沈降法により休眠腋芽細胞内でICKタンパク質と相互作用するタンパク質群を明らかにした。頂芽切除により直ちに分解されるICKタンパク質はプロテオソーム阻害剤などの影響を受けなかった。これらの結果より、休眠中の腋芽の細胞周期抑制機構の一部が明らかになった。抗ICK抗体の精製により抗ICK抗体の特異性・力価を向上させることができ、ウエスタンブロット解析や免疫染色法による組織学的解析が進んだ。その結果、休眠腋芽及び成長を始めた腋芽におけるICKタンパク質の動向を明らかにすることができた。この点については、おおむね順調に進行していると考えられる。他方、イネの幼穂発達期に青刈りし再生茎の発生に異常を示す変異体株の単離・同定により、枝分かれの分子機構の解明を行っている。イネの変異集団の中から、青刈り後の分げつ数の異常を示す変異株の単離を行い幾つか候補となる変異株を単離することができた。しかしながら、当初計画していたより圃場でのスクリーニング作業に手間取り、網羅的な解析に必要であると考えているイネの数に到達することができなかった。抗ICK抗体を用いた解析では、ICKタンパク質と相互作用するタンパク質を同定することができたが、休眠中、及び成長を開始した腋芽内での挙動に差が見られなかった。今年度は、抗ICK抗体カラム精製の条件検討を行うことにより、ICKタンパク質と相互作用するタンパク質をさらに同定する。枝分かれ異常を示す変異株候補の表現型を詳細に解析する。同時に、青刈り後の腋芽成長に影響を与える環境要因について明らかにする。植物生理休眠中の腋芽及び、成長中の腋芽を比較することにより、ICKタンパク質とMPKタンパク質の動向を明らかにする。具体的な方法として、特異性・力価の向上のため抗MPK抗体を精製する。
酸化ストレスが循環器疾患の発症に及ぼす作用機序の解明と予防栄養医学的アプローチ

高血圧と酸化障害の関連性について、ヒト本態性高血圧のモデル実験動物である高血圧易発症ラット(SHR)を用いた分子生物学的手法を中心として研究を行った。酸化ストレスの亢進には、様々な因子が関与しているとされるが、特に生体内タンパクにおける糖負荷反応のカスケード、およびその最終生成物であるAGEsの血管、腎臓等の組織への蓄積量の増加が重要な役割を果たしていることを明らかにした。すなわち、SHRでは正常血圧ラット(WKY)と比較して、ポリオール系路の代謝関連酵素のmRNA発現量が顕著に亢進することによって、AGEsの蓄積量が若齢期から既に増加していることを確認した。さらには、AGEs阻害剤の投与がSHR高血圧を顕著に抑制することが観察されるとともに、SHR由来の血管組織から初代培養を行った血管平滑筋細胞がAGEsの酸化障害に対して、よりsensitiveであることが確認され、糖化反応が高血圧発症の一因となっている可能性が示唆された。これらの研究成果は国内外の学会で発表されるとともに、国際的な学術誌であるJournal of Hypertensionにて報告された。一方、高血圧の原因遺伝子は様々な候補が挙がっているものの、統一した見解が得られていないのが現状である。そこで、SHR-WKY間の副腎、腎臓、血管等で顕著に発現レベルが異なる遺伝子をDNAチップを用いた網羅的解析によって検討した。その結果、KynureninaseやGlutathione S-transferase Ybサブユニット(GSTYb)等がF2世代の血圧と顕著に相関することを見いだした。GSTYbはSHR高血圧への影響は小さいものの、SHR由来血管平滑筋細胞の酸化障害、および増殖性の亢進に重要な役割を担っていることが確認された。これらの研究成果は国内の学会で発表されるとともに、国際的な学術誌であるHypertension ResearchおよびBiochemical and Biophysical Research Communicationsにて報告された。加えて、様々な食品成分に含まれる抗酸化成分であるスチルベン化合物の一種がSHR高血圧の予防に有効であることを実験的に明らかにするとともに、神戸市で実施されたWHO国際共同研究センターによる疫学調査に参加し、酸化ストレスと高血圧の関連性について検討を行った。これらの研究成果は、海外の招待講演を受けるとともに、学術誌Clinical and Experimental Pharmacology and Physiologyにて発表された。
CFRPの高速曲線切断を可能とする丸のこ切削の開発

本研究では,本来直線切断に用いられる丸のこを,椀状にたわませてCFRP(炭素繊維複合プラスチックス)を高速で曲線切断する新加工法および加工機の開発を行った.その上で,連続多刃の丸のこによる曲線切断における加工メカニズムを明らかにし,任意の曲線を切断するために必要な「湾曲の曲率」と「丸のこの移動軌跡」との制御手法を開発した.のこ刃形式によるCFRPの切削においてデラミネーションやファイバアウト,工具寿命について調査し,丸のこ切削によりCFRPの高品位加工が可能であることを示した.本研究では,本来直線切断に用いられる丸のこを,椀状にたわませてCFRP(炭素繊維複合プラスチックス)を高速で曲線切断する新加工法および加工機の開発を行った.この方法によれば,現在主流であるエンドミルやアブレシブウォータジェット加工に比して飛躍的に高能率な切断が可能となり,生産工学・加工学分野のイノベーションにつながることが見込まれる.曲線切断丸のこは,曲率半径が大きいほど実現は容易であるが,のこ刃の径,厚みを変更することにより,比較的曲率半径の小さい自動車部品や樹脂製品,木材などに適用できると期待される.そこで小型の曲線切断丸のこ加工機を開発した.また,任意の曲線を切断するために必要な「湾曲の曲率」と「丸のこの移動軌跡」との制御手法の開発を行った.また,連続多刃の丸のこによる曲線切断における加工メカニズム,特にCFRPの層間剥離と工具摩耗について検討した.エンドミルによる切削と比べて,丸のこ切削時の特徴を抽出した.その結果,丸のこの振動が切れ刃側面の摩耗に大きく影響していることを明らかにした.層間剥離においてもエンドミルの切削様式と比較し,切削力を積層の剥離方向と直角に近い方向にすることが可能で,それにより剥離を低減できることを明らかにした.曲線切断丸のこにおいては,たわませる必要性から剛性を下げる必要があり,これと振動の発生は相関していることから,丸のこの剛性や減衰特性について調査を進める必要がある.1.曲線切断丸のこ専用小型加工機の開発:小型の曲線切断丸のこ加工機を開発した.のこ刃の直径はφ50 mmでR200 mm程度の曲率半径まで加工可能とした.X軸,Y軸の直進軸,のこ刃の湾曲状態を制御するU軸,工具をZ軸まわりに旋回する旋回軸C軸,さらに,切断面の角度を可変とするための工具傾斜軸B軸を有する構成とした.2.湾曲丸のこの開発とCFRP切削試験:湾曲させる構造の必然性から,たわみやすさが必要となる一方で,切削力に対する剛性も確保する必要がある.のこ台金に放射状に多数のスリットを設けることによりたわみ剛性を調整することができる.有限要素法解析と実験とにより,椀状に湾曲させるよう環状変位を与えた場合の剛性やスリットおよび荷重点付近への応力集中の状態を明らかにし,本加工に適した丸のこの構造の設計指針を作成した.3.任意の曲線を切断するための,のこの湾曲状態と移動軌跡の制御方法の開発:曲率半径が場所によって異なる,自由曲線を連続的に加工するため,1のこの湾曲状態と2のこの移動軌跡,3のこの姿勢の制御方法を開発した.のこ刃には「あさり」が存在し,切れ刃部の幅が台金よりも大であることを利用し,その範囲でたわみ量を制御することにより切断面とのこの台金の干渉を回避しながら任意の曲線を切断可能とした.4.のこ刃形式での切削におけるCFRPのデラミネーションやファイバアウト,工具寿命について調査し,丸のこ切削によりCFRPの高品位加工が可能であることを示した.本研究では,本来直線切断に用いられる丸のこを,椀状にたわませてCFRP(炭素繊維複合プラスチックス)を高速で曲線切断する新加工法および加工機の開発を行った.その上で,連続多刃の丸のこによる曲線切断における加工メカニズムを明らかにし,任意の曲線を切断するために必要な「湾曲の曲率」と「丸のこの移動軌跡」との制御手法を開発した.のこ刃形式によるCFRPの切削においてデラミネーションやファイバアウト,工具寿命について調査し,丸のこ切削によりCFRPの高品位加工が可能であることを示した.丸のこを,椀状にたわませて曲線切断する加工機の開発・製作を完了している.また,任意の曲線を切断するために必要な「湾曲の曲率」と「丸のこの移動軌跡」との制御手法のプロトタイプも完成した.また,連続多刃の丸のこによる加工のメカニズム,特にCFRPの工具摩耗と層間剥離とについて検討した.その結果,丸のこの振動が切れ刃側面の摩耗に大きく影響していることを明らかにした.層間剥離においてもエンドミルの切削様式と比較し,切削力を積層の剥離方向と直角に近い方向にすることが可能で,それにより剥離を低減できることを明らかにした.現在までの達成度については概ね順調に進展している.生産工学前年度の試験機の開発と実験的な検討に加えて,曲線切断のNCプログラム作成を容易に行うためのシミュレーション開発も平行して行う.設定した自由曲線に対し,同時5軸制御のNCプログラムを生成し,実際に切断加工が可能なシステムとして構築する.丸のこの切削機構について,特にエンドミル切削との相異点を明らかにし,本手法の優位性について検討する.最終的には,加工断面評価機能,干渉した場合ののこ刃経路の自動修正機能等を実装し,上記した曲線連続加工法の高精度化をめざす.加工機の制作費が,予定よりも少額で済んだため.
ヨーロッパ中世シトー会教会堂の幾何学的平面構成に見る尺度用法に関する研究

本年度の研究の基盤となる実測データに基づく幾何解析用実測平面図の作成については、既に実測を行った教会堂全てについては未だ完了していないが、着実に進行中で、手元データの3/2程度のものについて図面化が完了した。解析用実測図の図面化が済んだものについては、平面の幾何解析、および尺度用法・寸法体系などの解析を行い、一応の解析結果を得ている。実測寸法からその建物に使われたと考えられる尺度を導き出すコンピュータ・プログラムについては、その第1段階を完成させることができた。これを本年度新たに図面化した教会堂に適用したところ、当初期待通りの成果を上げることができたと考えている。作成した解析用実測図に基づく平面の幾何解析、尺度分析、およびコンピュータを用いて導いた尺度を総合的に検討した結果、シトー会修道院建築の造形原理に関わるその尺度用法についての幾つかの知見が得られたと考えられたので、検討した教会堂のうちの幾つかの平面ついて建築学会の大会および近畿支部に発表をした。すでに検討を行ってあるものについてもこれらの知見を踏まえて再度検討をし直し、より総合的に考察を行い、その結果をまとめる準備を現在行っている。実測データからの尺度導出コンピュータ・プログラムについては、他分野での既往研究を参考にしつつも独自のものができ上がったと考えられるので、その理論、および方法の検証、ケース・スタディをまとめて日本計量史学会に発表をした。文献・資料、図書の収集も継続し、本年度は特に、西洋の歴史的度量衡に関する文献・資料、および建築理論・数学理論に深い関係のある西洋中世音楽に関する研究書などが、入手できたものの中では特筆される。
悪性腫瘍の核内蛋白ダイナミクスと核医学の戦略的融合

ヒト扁平上皮癌細胞や顎下腺癌細胞に紫外線でアポトーシスを誘導し、蛋白解析や免疫組織化学解析を行った。紫外線によるアポトーシス誘導で核内蛋白であるニュークレオリンやAgNORs蛋白は大きくその量を変化させた。また蛍光顕微鏡による観察でその局在は激変した。核医学的には歯性感染による歯槽骨吸収が進行するにつれて18F-FDG集積の程度は強くなった。また、口腔癌の患者において悪性腫瘍以外の非特異的集積について調べた。悪性腫瘍の原発巣とこれまで報告されてきた舌下腺、口蓋扁桃、咽頭扁桃、舌扁桃以外にも舌前方の内舌筋に全患者の89%、口輪筋に64.6%及び顎骨に多数の集積があった。本研究の目的は悪性腫瘍への分子生物学的なアプローチと臨床核医学的なアプローチの戦略的融合を目指すものである。本年度は18F-FDG-PET -CTを含む画像の詳細な分析を中心に行った。臨床歯科医学的データについては画像解析ソフトを用いて18F-FDG集積の程度と分布を解析した。口腔癌の患者の歯性感染症における18F-FDG集積の分析を詳細に行った。その結果、歯性感染症の骨吸収の度合いから見た程度と18F-FDG集積の程度に正の相関があることがわかった(Kito S.et al.2012)。すなわち骨吸収が進行する程、18F-FDGは高集積する。また、歯性感染への18F-FDG集積は患者によっては口腔癌の原発巣と同等の場合があることもわかった。すなわち口腔癌の患者の診断には歯性感染による歯列への18F-FDG高集積が起こりうる可能性を考慮する必要があることがわかった。また、本年も同じ病変内でも部位によって18F-FDG集積が異なる症例がさらに蓄積した。これは病理組織像の違いによる内部性状を反映するものであった。すなわち、腫瘍細胞が充実性である部位ほど18F-FDG集積の度合いは強くなった。これは細胞増殖活性を反映するものであると推測出来た。基礎歯科医学的な実験についてはUV照射した細胞のアポトーシスを確認後、SDS-PAGE電気泳動法で蛋白を分離し、PVDF膜上に転写した。膜上で硝酸銀を用いた独自の(Morimoto Y.,Kito S.et al.2001)、(Kito S.et al.2003)、(Kito S.et al.2005)鍍銀染色を行った。膜上の110 kDaの蛋白とその分解産物である95kDaと80kDaの蛋白を検出した。抗ニュークレオリン抗体を用いてウエスタンブロッティングを行い、これらの蛋白を検出した。我々は核内蛋白であるnucleolin分解の調節機構がアポトーシスの実行機構、抗癌剤や放射線治療の悪性腫瘍細胞に対する障害性を制御する可能性があり、分子イメージングの対象や疾患治療の分子標的となりうると予想して基礎医学的な研究を重ねてきた。この現象は抗癌剤処理を施した顎下線癌細胞においても同様に認められ、nucleolinとAgNOR proteinsの変化がDNAの断片化とアポトーシスの最終実行機構に関与している可能性が示唆された。紫外線誘導アポトーシスにおいても同様の結果を導いている(Kito S.et al.2011)。現在ではnucleolin、nucleophosmin等の核小体蛋白の欠損によってp53が増加し、核小体蛋白は癌細胞の生死に密接に関わる事がわかっている。我々はこれまでに18F-FDG-PET-CTを施行した口腔癌患者において辺縁性歯周炎や根尖性歯周炎といった歯性感染症に対して18F-FDGが集積し、その骨吸収の程度が大きくなればなるほどthe highest standardized uptake value(SUVmax)が上昇する事を初めて報告した(Kito S.et al.2012)。歯性感染による骨吸収部への集積は悪性腫瘍の原発巣に匹敵するものもあった。さらに、口腔癌患者において正常軟組織である上下顎レベルの表情筋や舌にSUVmax=2.5以上の生理的集積が存在する事を初めて具体的に示した(Kito S.et al.2013)。口腔癌の患者では通常の患者に比べて原発巣以外の炎症や正常組織にも18F-FDGが高集積する事が多い。より適切な診断を行う為にもこれらの集積に注意が必要である事を我々のdataは初めて詳細に示した。本年度は18F- FDG-PET -CTを含む画像診断の詳細な分析を中心に行った。

臨床歯科医学的データについては近隣のPET健診センターへ研修に出る際に、画像解析ソフトを用いてFDG集積の程度と分布を解析した。顎顔面領域の病変において同じ病変内でもFDG集積が部位によって異なることを見いだした。これは病理組織像の違いによる内部性状を反映するものであった。すなわち、腫瘍細胞が充実性である部位ほどFDG集積の度合いは強くなった。これは細胞増殖活性を反映するものであると推測出来た。基礎歯科医学的な実験については以下の通りである。1)ヒト骨肉腫由来の骨芽細胞様細胞MG63細胞とSaos-2細胞、口腔扁平上皮癌細胞(SCC-25)、ヒト顎下腺癌由来唾液腺細胞(HSG)を培地を用いて通法通り培養した。UV照射装置をを用い、培養細胞の入ったシャーレに適正な量のUV照射を行った。至適濃度の判明している各種抗癌剤等の薬剤で培養細胞を処理し、アポトーシスを誘導した。2)細胞のアポトーシスを確認後、SDS-PAGE電気泳動法で蛋白を分離し、PVDF膜上に転写し、膜上で硝酸銀を用いた独自の(Morimoto Y.,Kito S.et al.2001)、(Kito S.et al.2003)、(Kito S.et al.2005)鍍銀染色を行った。膜上の110 kDaの蛋白とその分解産物である95kDaと80kDaの蛋白を検出した。抗ニュークレオリン抗体を用いてウエスタンブロッティングを行い、これらの蛋白を検出した。画像解析ソフトを用いてFDG集積の程度と分布を順調に分析出来ている。特に今年は口腔癌の患者の歯性感染症における18F-FDG集積の分析を詳細に行った。その結果、歯性感染症の骨吸収の度合いから見た程度と18F-FDG集積の程度に正の相関があることがわかり、国際誌に掲載された(Kito S.et al.2012)。また、病理組織との照合も実行出来た。顎顔面領域の病変において同じ病変内でもFDG集積が部位によって異なることを見いだすことが出来た。これを裏付ける様にFDG集積の度合いが腫瘍の悪性度を反映するという研究成果が論文上で発表されている。分子生物学的なアプローチと臨床核医学的なアプローチの戦略的融合が可能になる足がかりが出来た。研究、教育及び臨床活動で多忙であるが、研究時間を可能な限り確保して出来るだけ効率よく行える様に工夫する。具体的には基礎歯科医学的な研究は旧知のこの分野に長けた研究者とディスカッションし、無駄な研究を行わない様に努力する。臨床歯科医学的には歯性感染症の骨吸収の度合いから見た程度と18F-FDG集積の程度に正の相関があることがわかり、国際誌に掲載されている(Kito S.et al.2012)。さらに分子生物学的なアプローチと臨床核医学的なアプローチをバランスよく行ってけるように努力する。
慣性ロータ型倒立振子を用いた制御教育・出前授業支援システム

まず、慣性ロータ倒立振子の安定化立位制御を実現するためにPID制御によるMATLABシミュレーションを行った。アドバンスとしてシーケンス制御を用いた倒立振子のPLCコントローラによる教材の製作を行った。慣性ロータ型倒立振子の制御は振子の振り上げ制御と慣性ロータによる立位制御の2重構造を持つ可変構造型制御である。シーケンス制御による疑似的なPID制御を作成し振り上げから立位制御への切り替えが可能になったものを国際学会ICICT2016等において発表した。最適レギュレータ制御シミュレーションとブランコ型実機モデルの振り上げから立位制御への切り替えが可能になったものも国際学会において発表した。まず、慣性ロータ部に大きなトルクを出せるモータを用いて±15°から倒立振子を起き上がらせて安定化立位制御を実現するためにMATLABシミュレーションを行った。この点に関しては、卒業研究課題テーマ「慣性ロータを用いた倒立振子の振り上げおよび立位制御シミュレーション」において慣性ロータ型倒立振子を用いた実験教材の作成を目的とし、PIDによる立位制御と振り上げ制御のシミュレーションを行い、実機製作に当たっての評価検討を行った。実機の慣性ロータ型倒立振子では振り上げ制御と立位制御を切り替える必要があり、切り替え時に倒立振子モデルの持つ非線形システムが影響する可能性があるので検証を行った。振子の物理パラメータから導出した運動方程式をもとに作成した非線形システムモデルを基にMATLAB/Simulinkを用いてシミュレータを作成した。設計する実機のパラメータをいろいろ変更して試した。その結果いくつかの設計パラメータを候補として用いることとした。一方、実機製作のためにシーケンス制御を用いた倒立振子を専攻研究において検討した。専攻研究論文題目は「シーケンス制御による倒立振子の立位制御への応用」である。シーケンス制御は技術者として身につけることは必要不可欠であるが、ここでは教材開発をメインに研究を行った。基本的なシーケンス教材からの発展として、倒立振子を題材としたアドバンスト教材の製作を行った。PLCコントローラからの信号によって台車が動くことで、振子を振り上げ立位させることが目的である。製作した教材は、本校での講義や提携大学での出前授業等で使う予定である。現在,倒立振子システムを設計し実験を行った結果として、振り上げ制御を行ったのちに立位状態を維持できることが可能となった。概要でも述べたように、シーケンス制御による倒立振子の振り上げ制御と立位制御は実現させた。しかし、慣性ロータ型をまだ倒立振子に装着していないので、その分の実機製作に対しては遅れている。慣性ロータ型倒立振子のシミュレーションは卒業研究にて実施してもらい、きちんと想定通り安定化制御が実行されていることが可能となっているので、その実機パラメータに基づいた設計方針にしたがえば慣性ロータ型倒立振子の実機製作は可能になると考えられる。ただ、前述したように少なくとも実機製作に基づいた振り上げ制御と安定化立位制御を早急に実現する必要がある。まずロータ型の事前として振子の振り上げ制御と立位制御による可変構造型制御の実現性に関して、シーケンス制御による疑似的なPID制御を作成し振り上げから立位制御への切り替えが可能になったものを国際学会ICBIR2016において、さらにその研究を進めて立位制御までが実現できるようになったものを国際学会ICICT2016において発表した。同様の実験をPLCコントローラの区分的線形制御を用いて適当な立位角度範囲内で切り換えて実現したものを平成28年度の高専フォーラムや高専シンポジウムin Mieで振り上げ制御に関しては平成28年度電気関係学会北陸支部連合大会で発表した。これら一連の振り上げ制御と立位制御の可変構造制御則に関する知見はPID制御を区分的に扱うことである程度実現の見通しがたってはいるが、ロータをつけて制御する場合は振り子自体のトルクが問題となるため、高トルク回転を得るための工夫が必要となった。そこで、学外共同研究者である上町の提案によりスリップリングを用いて円盤をフライホイール型としてチップマイコン制御によって回転トルクを得るということになりその実機モデルまでは完成を見た。一方で本校卒業研究において「慣性ロータを用いた倒立振子の振り上げ制御および立位制御」と題して振り上げ制御についての理論面で検討をシミュレーションと実機製作に関して行った。実機製作に至っては高トルクを発生させるためのモータ選定を学内共同研究者である大場に検討してもらった。これらに先般の区分的線形制御によるPID制御を掛ければ振り上げから立位まで持っていけると考えられるところまで進捗した。慣性ロータ型倒立振子のモデルに対する振り上げ制御を考慮した制御則まではMATLABシミュレーションでその実現性のチェックは卒業研究を通して行った。振り上げ制御に関してはエネルギー最小化法とスライディングモード法及びオープンループ制御法について検討した。その結果オープンループ制御法で徐々に振子の周期を共振周波数に合わせる方法がこの慣性ロータ型には適していると思われる。また、このことを慣性ロータを接続しない段階での倒立振子のシーケンス制御による振り上げ制御および立位制御に関しては実効性があることが実験等で実証した。しかし、まだ慣性ロータを取り付けての倒立振子の振上げ制御の実現には至っていない。

まずこの点をクリアーして、すでに完成している慣性ロータの代わりにフライホールを装着したブランコ型倒立振子をコントールするためのPICマイコンに振り上げ制御プログラムと立位制御プログラムをインストールして下垂状態にある振子の振り上げと立位の実現を達成する予定となっている。慣性ロータ型ブランコ制御に関して、ブランコの振り上げから大車輪のような立位状態をまだ作成するに至っていない。これは振子の小さい角度範囲内では立位制御は比較的簡単に実現できるものの、振り上げてからとなるとまずどのタイミングで振り上げから立位に切り替えるかという問題が現段階では試行錯誤的に行っているためである。エンコーダによる速度検出およびポテンショメータによる回転角度検出によるフィードバックもまだ不十分な点もある。以上、センサに関する2点を早急に解決する必要がある。一方で、フライホイール型としてブランコ型倒立振子は実機モデルまでは完成したが、回転トルクを得るのが不十分で振り上げには至っていなかった.今年度慣性ロータ部分の大きさ重さ等を検討し、PICマイコン制御によって電流制御方式を取り入れるなど工夫をした結果、立位制御への切り替えがスムーズかつ適切になり、ブランコ型倒立振子の振り子に相当するブランコが逆立ちすることに成功した。しかし、実現したのが平成30年2月期になってしまったため、この発表に関しては来年度以降に国際学会等で行う予定である.また関連で電気自動車のエコドライブ手法も電気学会に発表した。まず、慣性ロータ倒立振子の安定化立位制御を実現するためにPID制御によるMATLABシミュレーションを行った。アドバンスとしてシーケンス制御を用いた倒立振子のPLCコントローラによる教材の製作を行った。慣性ロータ型倒立振子の制御は振子の振り上げ制御と慣性ロータによる立位制御の2重構造を持つ可変構造型制御である。シーケンス制御による疑似的なPID制御を作成し振り上げから立位制御への切り替えが可能になったものを国際学会ICICT2016等において発表した。最適レギュレータ制御シミュレーションとブランコ型実機モデルの振り上げから立位制御への切り替えが可能になったものも国際学会において発表した。まずは慣性ロータ型倒立振子の実機製作を行い、コンピュータによる実施の制御が可能かどうかの確認をする必要がある。実機製作の設計に関しては外部の共同研究者とすでに打ち合わせしているので、制作までお願いしている。また、モータ制御に関しては内部の共同研究者と相談中である。振り上げは正弦波振動周期をだんだん早める方法で、振り子が立位に近づく±10°の範囲内に入ったら立位制御のPID制御方式に切り換えるよう制御プログラムの検討に入っている。後は実機による立位実験を試して、シミュレーションとの整合性を検討する予定である。次に、それが終了したらブランコ型への応用を試み、やはりその実機製作を行う予定である。ブランコの状態から振上げ制御を行って、ブランコ下部が頂点付近に来たとき制御を切り替えて慣性ロータ型倒立振子とみなして、立位制御をさせる。