hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
電子メディアを利用した理解の深化過程に関する研究:知識の外化,共有,再吟味の効果

ニューズグループ活動において実施した、人数要因(「不特定多人数(約60)」対「少数限定(約6)」)、テーマ(「参加者による自由採択」対(「計画的導入」)、期間(「長(6週間)」対「短(6日)」)のそれぞれを比較対照した実験から得られたニュースの内容について分析したところ、昨年の分析でより効果が上がっていると判断された自発的に限定された話題について短期集中的なネットワーク活動の質は、自然発生的に起きる相互作用の密度に依存すると考えられることが分かった。さらにこの相互作用の密度は、参加者がそこで議論の対象になっている話題領域について具体的な知識を豊富に持てる条件が満たされたときに高くなる傾向があった。さらに、実際の講義に連動させたニューズグループ活動の観察からは、ネットワーク活動にこの種の知識を導入するための方法として、テーマについてのエキスパートの介入が有効であることが示された。
難治性血管腫・リンパ管腫に対するプロプラノロール療法の確立

プロプラノロールは乳児血管腫に有効な治療法であるが、VEGF測定の有用性はわかっていない。乳児血管腫患者35例に対し、プロプラノロールを投与後、治療前後の血漿VEGF濃度をELISAで測定した。開始時月齢6ヶ月前と6か月後、表在型と腫瘤型、頭部顔面病変とそれ以外の改善度および治療前VEGF値を比較した。また腫瘍の大きさと月齢とVEGF値の相関、治療後のVEGF値の推移も比較した。腫瘍の大きさとVEGF値は有意に相関し、治療4週間後のVEGF値は、治療前の値より有意に低下していた。VEGF値は乳児血管腫の治療経過の予測と治療効果のモニタリングとして有用である可能性が示唆された。本研究は、難治性血管腫・リンパ管腫に対するプロプラノロール療法を確立することを目的とし、プロプラノロール療法の臨床研究および、血管腫・リンパ管腫細胞に対する薬理作用の解析を行うこと目的としている。今年度は乳児血管腫(Infantile Hemangioma:IH)およびリンパ管腫に対する有効性を検証するため、前方視的な臨床研究を行った。またVEGFの中で血管新生に関わるVEGF-Aの他、リンパ管新生に関わるVEGF-C、Dがあるため、治療中の血漿中VEGFを測定し、病態や有効性との関連について検討した。1IH25例に対し、漸増法にて治療開始、外来で4週間毎に病変の評価を行い、24週の治療を行い、副作用および有効性を評価した。全例に有意な治療効果を認めたが、なかには改善度の不良な症例もあり、病変の病型や治療開始時期などを比較したが、差はみられなかった。VEGFは治療前のIHでは高値である症例が多かったが、治療後は有意に低下していた。また治療前に高い症例と高くない症例を比較したが、治療反応性などには差がみられなかった。2リンパ管腫患者6例(嚢胞型2例、海綿型2例、混合型2例)に投与し、24週時に有効性の評価を行ったところ、2例に明らかな有効性を認めた。また治療後24週時のVEGF-A、Dは治療前と比較して有意に低下を認め、VEGF-Cは治療前後で有意な差は認めなかったが、著効2例は他の4例と比較して低下している傾向がみられた。症例数は少ないが、VEGFを介した治療効果が認められ、血管腫・リンパ管腫の新しい治療選択のひとつになるのではないかと考えられた。平成26年度の研究の到達目標地点は、「小児血管腫・リンパ管腫に対するプロプラノロール療法の有効性と安全性に関する臨床研究」の成果をまとめることである。6ヶ月をプライマリーエンドポイントとし、有効性と有害事象の評価を行う。有害事象については血圧、脈拍、血糖など統計学的な解析を行う。目標症例は40例(リンパ管腫が10例以上)であったが、2015年3月現在、51例(乳児血管腫34例、リンパ管腫6例、その他の脈管異常11例)が登録されている。乳児血管腫に対する治療効果は色、大きさをVisual Analogue Scale (VAS)、客観的指標を用いて評価し、3か月で約50%、6ヶ月で約80%の改善率が得られている。有効性について、治療開始時月齢(6ヶ月未満、6ヶ月以上)、病型(表在型、腫瘤型)、病変部位(頭部と頭部以外)とで分けてtwo-way ANOVAで解析したが、差はみられなかった。その他のリンパ管疾患に関しては、病状によって評価項目が異なるが、それぞれ有効性を認めていた。有害事象は、2例、感染症時に気管支喘息を発症した。また病態に関連するといわれる血漿中VEGF、bFGFなどの血管新生因子の測定を治療前、治療後4,8,12,24週後にELISAで測定し、t-testで解析した。治療前の評価では、コントロールは同意の得られた小児健常者30例と比較して、乳児血管腫患者は有意に高かった。また腫瘤型は表在型と比較して有意に高かったが、開始時年齢、病変部位に違いはみられなかった。腫瘍体積および月齢とVEGF値の相関をみたところ、腫瘍体積が大きいほどVEGF値は高い傾向がみられた。治療後4週目ではVEGF値は有意に低下したが、その後は有意な変動は無かった。腫瘍体積は治療後に経時的に縮小するが、VEGFはそれと関係なく、治療後は常に低値であったため、プロプラノロールの薬理作用によって腫瘍からのVEGF産生を抑制している可能性が示唆された。本研究では、難治性血管腫・リンパ管腫に対するプロプラノロール療法を確立することを目的とし、1)プロプラノロール療法の臨床研究、2)プロプラノロールの血管腫・リンパ管腫細胞に対する薬理作用の解析を行った。1)小児血管腫・リンパ管腫に対するプロプラノロール療法の有効性と安全性に関する臨床研究57例(乳児血管腫40例、リンパ管腫6例、その他の脈管異常11例)が対象で、6ヶ月をプライマリーエンドポイントとし、有効性と有害事象の評価を行った。有害事象については血圧、脈拍、血糖など統計学的な解析を行った。乳児血管腫に対する治療効果は色、大きさをVisual Analogue Scale (VAS)、客観的指標を用いて評価し、3か月で約50%、6ヶ月で約80%の改善率が得られた。

有効性について、治療開始時月齢(6ヶ月未満、6ヶ月以上)、病型(表在型、腫瘤型)、病変部位(頭部と頭部以外)とで分けてtwo-way ANOVAで解析したが、差はみられなかった。その他のリンパ管疾患に関しては、病状によって評価項目が異なるが、それぞれ有効性を認めた。2)プロプラノロールの血管腫に対する薬理作用の解析血漿中VEGFの測定を治療前、治療後4,8,12,24週後にELISAで測定し、t-testで解析した。治療前は小児健常者30例と比較して、乳児血管腫患者は有意に高かった。また腫瘤型は表在型と比較して有意に高かったが、開始時年齢、病変部位に違いはみられなかった。治療後4週目ではVEGF値は有意に低下したが、その後は有意な変動は無かった。腫瘍体積は治療後に経時的に縮小するが、VEGFはそれと関係なく、治療後は常に低値であったため、プロプラノロールの薬理作用によって腫瘍からのVEGF産生を抑制している可能性が示唆された。結果は、関連する学会および英文誌に報告した。プロプラノロールは乳児血管腫に有効な治療法であるが、VEGF測定の有用性はわかっていない。乳児血管腫患者35例に対し、プロプラノロールを投与後、治療前後の血漿VEGF濃度をELISAで測定した。開始時月齢6ヶ月前と6か月後、表在型と腫瘤型、頭部顔面病変とそれ以外の改善度および治療前VEGF値を比較した。また腫瘍の大きさと月齢とVEGF値の相関、治療後のVEGF値の推移も比較した。腫瘍の大きさとVEGF値は有意に相関し、治療4週間後のVEGF値は、治療前の値より有意に低下していた。VEGF値は乳児血管腫の治療経過の予測と治療効果のモニタリングとして有用である可能性が示唆された。臨床研究目標症例は40例(リンパ管腫が10例以上)であったが、2015年3月現在、51例(乳児血管腫34例、リンパ管腫6例、その他の脈管異常11例)が登録され、登録としては順調である。また全例とも予定研究期間を超え、現在フォローアップを行い、解析可能な状態である。もうひとつの平成25年度の目標としては、症例のELISA解析であった。最も重要と考えられたVEGF値に関しては測定し、解析済であり、予定通りである。これらに関しては、平成26年度の日本皮膚科学会、日本小児血液がん学会で発表した。医学平成27年度は、1臨床研究の治療効果を論文報告すること、2ELISAを用いた研究の解析結果を論文発表すること、3他のサイトカインを測定すること、4患者から得られた細胞株を用いた基礎研究を行うこと、である。本研究の中で最も重要な臨床研究である『小児血管腫・リンパ管腫に対するプロプラノロール療法の有効性と安全性に関する研究』を前方視的に行えた。リンパ管腫に対する治療報告は世界的にも例が無く、論文発表することもできた。臨床研究を継続し、血漿中のVEGFだけではなく、他の血管新生因子(bFGF、アンギオポイエチンなど)の測定なども行い、治療反応などの予測因子もしくは薬理作用との関連を研究する。また血管腫・リンパ管腫患者から病変部位の腫瘍細胞を既に4検体得られ、それぞれ細胞株が作成されているため、これらを用い、薬理作用などの解析をする基礎研究も進めたい。
オートファジーの薬学的操作による口腔粘膜前駆/幹細胞の抗老化・維持システムの確立

TASCCは、粗面小胞体とゴルジ体,オートリソソーム、mTORの空間的な統合によるタンパク質の分解と合成という急速な代謝回転が行われている領域で、分泌タンパク質の効率的な生合成に有効である。本研究の結果から、ヒト培養口腔粘膜上皮細胞においてもTASCC領域が存在することが確認された。さらに、細胞分裂能を失った成熟・分化した口腔粘膜上皮細胞が産生するMaspinやIL-6は、TASCCの機能によって合成、分泌されることが示唆された。口腔粘膜前駆/幹細胞では厳密なオートファジー(自食作用)制御がなされることで、長期自己複製・再生能が維持されるという仮説を立て、rapamycinによる培養細胞の長期生存と正常な分化誘導効果が、オートファジーという生理機能に起因することを分子レベルで解明し、またin vivoと培養細胞で、分化度に応じて上皮細胞が本来有している"定常的"オートファジーレベルを解析・比較することを基本的な当該年度の目的として設定した。具体的には、定常的オートファジーレベルの解析に加え、口腔粘膜上皮細胞の分化度とオートファジーとの関連、さらには薬学的手法によるオートファジーレベルの変化を検討し、基本的なオートファジーの動態を把握する計画にしていた。まず、通常の培養条件で観察されるヒトの初代培養口腔粘膜上皮細胞のオートファジーレベルは高いことが明らかになった。ただ、細胞サイズによるオートファジーレベルの相違は明らかにすることは、テクニカルな問題によりできなかった。また、強制的に分化させていった場合にはそのレベルは2-4日後に一旦低下するが、その後7-8日目を過ぎると増加に転じ、分化させる前のレベルに近づくことがわかった。さらに、薬学的にオートファジーを操作した場合では、薬物に反応するものの、反応所要時間は日の単位による変化を示すことがわかった。また、いわゆるオートファジーフラックス(速度)については、特異的な薬物により確認できたが、その増減の程度は他のセルライン化した細胞で示されているほど顕著な変化を示さなかった。以上のことは、口腔粘膜上皮はオートファジーに関し急速な変化を示さない細胞であることを明らかにした。口腔粘膜前駆/幹細胞では厳密なオートファジー(自食作用)制御がなされることで、長期自己複製・再生能が維持されるという仮説を立て、rapamycinはオートファジー誘導剤であるにも関わらず、低濃度であれば培養細胞の長期生存に寄与することを証明することを目的としている。本研究では具体的に、細胞の長期生存はオートファジーという生理機能に起因することを分子レベルで解明した上で、in vivo環境にも目を移しインビトロレベルの分析と合わせ、分化度に応じて上皮細胞が本来有している"定常的"で至適なオートファジーレベルを解析・解明しようとするものである。本年度の途中までは、専らウェスタンブロッティングを用いた実験手法に終始していたが、研究協力者や外部の専門家より、研究対象の細胞に確実にオートファジーが起こっていることをまず、透過電顕で確認する必要があるとのコメントを頂いた。その後は急きょ、透過電顕により細胞質内にオートファゴソームが恒常的に観察されるか検討を始めた。カルシウム濃度を上げて培養上皮細胞に分化を誘導し、細胞同士を接着させ上皮シートを形成させた。この状態の細胞では容易にオートファゴソームを観察できた。皮膚の上皮細胞で散見されていた報告と一致した。いままでアポトーシスによって口腔粘膜上皮細胞は分化して剥げ落ちるとされていたが、オートファジーもこの過程に関わっていることを明らかにした。現在、通常の低カルシウム濃度で培養した細胞にオートファゴソームがあるか確認中である。分化した細胞は一般に、正常細胞より大型で細胞周期が停止しているにも関わらずタンパク質の分泌能が亢進していると言われており、口腔粘膜上皮においても同様である。TASCC (TOR-autophagy spatial coupling compartment)がこの現象の一端を担っていることが示唆されているが、ヒト初代培養細胞におけるTASCCの詳細は不明である。TASCCは発達したオートリソソームとゴルジがつくるコンパートメントで、多くのmTORがコンパートメント内に集積し、オートファジーにより分解、生成された新規アミノ酸がmTORの活性を高め、新たなタンパク質の合成を促す重要な場と考えられている。そこで本研究では、口腔粘膜上皮細胞においても細胞が分化する際にTASCCが形成されるかどうかを形態学的に検討した。さらに、TASCCに関連して口腔粘膜上皮細胞から分泌されるたんぱく質が、臨床応用されている培養口腔粘膜の出荷前品質管理に応用できるかどうかの手がかりを検索した。ヒト培養口腔粘膜上皮細胞を、培養口腔粘膜ヒト臨床応用プロトコールに準じて単層培養を行い、細胞組織化学的に、また微細構造学的に観察した。さらに、細胞が分泌する細胞分化と関連する各種タンパク質を定量し、TASCCと分泌量の相関を検討した。mTOR, LC3, LAMP

-2, p62, GM-130抗体を用いた2重染色によって、分化した培養口腔粘膜上皮細胞内にはTASCCの特徴と一致する陽性像が認められ、その存在が示唆された。さらに、分泌型の分化マーカーとTASCCの関連も検討した。透過電顕により細胞質内にオートファゴソームが恒常的に観察されるかの検討を示唆されたので、電顕的検索を開始し、やや実験計画の回り道をせざると得なくなったため。24年度が最終年度であるため、記入しない。口腔粘膜上皮細胞におけるオートファジーの検索を行った報告はいままでないため、電顕的検索を行う意義は大きい。一方、研究協力者である猪木博士により、TOR-Autophagy Spatial Coupling Compartment (TASCC)という現象がScience誌に報告された。これはオートファジーのレベルは分化した細胞とそうでない細胞であまり差がないが、細胞質の部位によって細胞内小器官の分布が異なることが示唆された。今後、この生物学的現象をヒト口腔粘膜の上皮細胞で確認することで細胞の分化や老化に関わるオートファジーと、細胞の未分化な状態の維持に関わるオートファジーの違いは、トータルの量ではなくて、部位による違いであることを初めて口腔粘膜上皮細胞でおこっているかどうか確認したい。
運動学習の獲得と実現に関わる神経回路の構造基盤と機能変化

運動学習においては、試行錯誤しながらそのスキルを獲得する初期の時期(獲得期)と、習熟した後にそのスキルのさらなる上達のための時期(熟練期)が存在する。この運動学習の過程には、線条体の異なる領域間での機能シフトが関与するという報告があるが、この機能シフトを実現する、大脳皮質ー基底核ー視床ループを明らかにするために、膜移行性シグナルをつけたウイルスベクタによる単一ニューロントレースなどにより、視床線条体投射と線条体コンパートメントとの関係を明らかにした(Unzai et al., Cerebral Cortex, 2017)。さらに、ストリオソームやマトリックスに特異的に投射する視床亜核の大脳皮質への投射先は、その視床亜核が投射している線条体のコンパートメントに優位に投射している皮質領域であることも明らかにした(Fujiyama et al., Neurochem Int, 2019)。また、線条体のポスト側のニューロンのうち、パルブアルブミンニューロンを、樹状突起発現遺伝子をもつマウスで隅々まで可視化し、視床亜核にウイルストレーサーを打ち分けることで、視床亜核から線条体パルブアルブミンニューロンへの投射入力様式を明らかにした。さらにこの入力がそのニューロンの樹状突起のどこにどのように入力するのかを共焦点顕微鏡を用いて明らかにし、皮質入力と視床入力の差異を調べることで、大脳皮質ー基底核ー視床ループのシナプスレベルでの特性を解明した(Nakano et al., JNeurosci Res, 2018)。この結果から、視床入力はパルブアルブミンニューロンに対してdriverとしての働きを持つ可能性が考えられ、対照的に、大脳皮質はパルブアルブミンニューロン樹状突起の局所的な興奮/抑制のバランスを調整するmodulatorの役割を有する可能性があることが示唆された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は神経回路の静的な解析を目的に、まず大脳皮質ー基底核ー視床ループの各ニューロンにおいて、ウイルスベクターおよびプラスミドベクター等を用いた単一神経細胞およびその投射様式の解析を行うための環境を立ち上げ、データを取り始めた。具体的にはP2実験室を立ち上げ、整備した。第二に、スライス標本を用いたパッチクランプ細胞記録を行うための実験機器および環境を整備し、データを取り始めた。また、ラットおよびマウスの大脳皮質・基底核・視床の各領域におけるリアルタイム計測マルチニューロン記録を行うための研究環境を整備し、データを取り始めた。1)線条体投射ニューロンのうち、淡蒼球外節のみに投射するニューロン(以下、間接路ニューロン)は淡蒼球外節の周辺領域(以下、淡蒼球外節外殻部:カルビンディン陽性領域)に投射する(Fujiyama et al., in press)。という知見を得ることができた。当初の目的であった大脳皮質ー基底核ー視床ループの各ニューロンにおける単一神経細胞で1)線条体投射ニューロンのうち、淡蒼球外節のみに投射するニューロン(以下、間接路ニューロン)は淡蒼球外節の周辺領域(以下、淡蒼球外節外殻部:カルビンディン陽性領域)に投射する(Fujiyama et al., in press)。最近この運動学習の過程には、線条体の異なる領域間での機能シフトが関与するという報告がある(Yin et al., 2009)。この線条体領域は大脳皮質の異なる領野を反映したものであるが、大脳皮質ー基底核ー視床ループを規定している要因には、他に大脳皮質の層構造、線条体のストリオソーム/マトリックス構造、視床の亜核、およびこの三要素の相互関係などが報告されており)、この複雑な回路網の中で“真の機能領域"を見抜く必要がある。特に視床入力と線条体のストリオソーム・マトリックスというコンパートメント構造の関係に関しては明らかにされていなかった。私たちは視床から線条体への興奮性入力はマトリックスに比べるとストリオソームへの入力は3分の1程度であることやシナプス構造が違うことなどを報告しており(Fujiyama et al., 2006)、このことから視床線条体入力においてストリオソームとマトリックス各々に特徴的なネットワークがあるのではないかと考え、膜移行性シグナルをつけたウイルスベクタによる単一ニューロントレースを行なった。その結果、束傍核はマトリックスに優位に、正中核群からはストリオソーム優位に、束傍核以外の髄板内核群からはストリオソームとマトリックスに同程度の投射があることが新たにわかった(Unzai et al., Cerebral Cortex, 2017)。さらに、ストリオソームやマトリックスに特異的に投射する視床亜核の大脳皮質への投射先は、その視床亜核が投射している線条体のコンパートメントに優位に投射している皮質領域であることも判明した。実験のための基本設備が早い段階で完備したためと考えられる。具体的には、動物(ラットおよびマウス)を維持管理する飼育設備、形態学(共焦点顕微鏡、電子顕微鏡等)および電気生理学(マルチニューロン記録等)のセットアップが整った。

より精度の高い電気生理実験装置と、データ最終的な解析としてニューロンの再構築のために用いる画像3次元解析用システムも導入でき、計画どおり実験を進めていくことが可能な状況である。運動学習においては、試行錯誤しながらそのスキルを獲得する初期の時期(獲得期)と、習熟した後にそのスキルのさらなる上達のための時期(熟練期)が存在する。最近この運動学習の過程には、線条体の異なる領域間での機能シフトが関与するという報告がある(Yin et al., 2009)。この機能シフトを実現する、大脳皮質ー基底核ー視床ループを明らかにするために、前年度までは膜移行性シグナルをつけたウイルスベクタによる単一ニューロントレースにより、束傍核はマトリックスに優位に、正中核群からはストリオソーム優位に、束傍核以外の髄板内核群からはストリオソームとマトリックスに同程度の投射があることを解析した(Unzai et al., Cerebral Cortex, 2017)。さらに、ストリオソームやマトリックスに特異的に投射する視床亜核の大脳皮質への投射先は、その視床亜核が投射している線条体のコンパートメントに優位に投射している皮質領域であることも判明した。しかしこの視床投射の相手が、線条体のどのニューロンであるのかはわかっていなかった。このため、当該年度では、線条体のポスト側のニューロンを、パルブアルブミン樹状突起発現遺伝子をもつマウスで可視化し、視床亜核にウイルストレーサーを打ち分けることで、視床亜核から線条体パルブアルブミンニューロンへの投射入力様式を明らかにした。さらにこの入力がそのニューロンの樹状突起のどこにどのように入力するのかを共焦点顕微鏡を用いて明らかにし、皮質入力と視床入力の差異を調べることで、大脳皮質ー基底核ー視床ループの特性を解明した(Nakano et al., J Neurosci Res, in press) .本実験に必要な、パルブアルブミンの樹状突起に特異的にGFPを発現するマウスが、早い段階で入手できたことが、実験を順調に進めた要因と考えられる。さらに、共焦点顕微鏡に高感度検出器をつけたことで、より精度の高い解析が可能になった。データのの最終的な解析としてニューロンの再構築のために用いる画像3次元解析用システムもグレードアップし、より速やかに実験が遂行できた。この運動学習の過程には、線条体の異なる領域間での機能シフトが関与するという報告があるが、この機能シフトを実現する、大脳皮質ー基底核ー視床ループを明らかにするために、膜移行性シグナルをつけたウイルスベクタによる単一ニューロントレースなどにより、視床線条体投射と線条体コンパートメントとの関係を明らかにした(Unzai et al., Cerebral Cortex, 2017)。さらに、ストリオソームやマトリックスに特異的に投射する視床亜核の大脳皮質への投射先は、その視床亜核が投射している線条体のコンパートメントに優位に投射している皮質領域であることも明らかにした(Fujiyama et al., Neurochem Int, 2019)。
ポリマーネットワークの分子シンクロナイゼーションを利用した化学エネルギー情報変換

弱い相互作用のバランスでその構造が規定されているソフトなポリマーネットワークでは、一部の機能団の受けた外部刺激による微弱な摂動が質的に変換され、この弱い相互作用の分子ネットワークを通して時間的・空間的にシンクロナイズして伝達されるという現象がしばしば見られる。すなわちこの弱い相互作用のネットワークは、構造を形成するネットワークであると同時に、情報やエネルギーの伝達や変換を司るネットワークとして機能し得る。本研究は、このポリマーネットワークの分子シンクロナイゼーション現象を分子レベルで明らかにし、化学エネルギー・情報変換系創製のための新しい方法論として提案したものである。具体的には以下の3項目に関し研究を進めた。(1)イオン液体中での1in-situ重合によるイオンゲルの創製と化学エネルギー変換イオン液体というイオンのみからなる液体を含有した高分子ゲルを用いた化学エネルギー変換系の構築を進めた。プロトン伝導性イオン液体およびそのイオンゲルは水素酸化・酸素還元反応活性を示し100°C以上の温度かつ非水条件下で作動する燃料電池として機能することを先駆的に発見した。(2)グルコース酸化酵素(GOx)ハイブリッドの迅速電子移動反応と化学情報変換フェノチアジン修飾酵素(GOxハイブリッド)はレッドクス活性となり、基質であるグルコース在下では酵素反応を高効率に電流変換可能となった。その結果、このハイブリッド酵素は系中の酸素濃度に依存しない新しいグルコースセンサーの構築を可能にした。(3)最密充填コロイド結晶を鋳型に用いた構造色ゲルの創製と化学情報変換最密充填シリカコロイド結晶を鋳型にハイドロゲルを合成し、その後これを溶解除去すると、ゲル中にコロイド結晶のネガ構造が保持され、構造色を呈することを見出した。ゲルの膨潤・収縮過程にシンクロナイズしてこの構造色を変化させることを利用して、フェニルボロン酸をゲル構造中に導入することにより、グルコース濃度変化を構造色変化として取り出す化学情報変換系の構築に成功した。すなわちこの弱い相互作用のネットワークは、構造を形成するネットワークであると同時に、情報やエネルギーの伝達と変換を司るネットワークとして機能し得る。本研究の目的は、ポリマーネットワークの分子シンクロナィゼーション現象を、新しい化学エネルギー・情報の伝達および変換系創製のための革新的方法論にしようとするものである。化学エネルギー変換系では、ポリマーネットワーク中のイオン輸送現象や界面電子移動反応が高分子鎖の局所的分子運動とシンクロナイズして起きることに着目、高分岐型ポリエーテルのマクロモノマーおよびこの重合体およびの合成法を確立し、これまでに無い高いイオン伝導性かつ電極界面での迅速な電子移動反応性を有する分子シンクロイオン伝導体を創製した。また、化学情報変換系では、申請者らが見いだした神経伝達物質に対し分子特異的・選択的な膨潤度変化を起こす分子認識ゲル(N-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)とアクリル酸(AAc)あるいはN-アクリロイルアラニン(NAAla)との共重合ゲル)の、大きなコンフォメーション変化を伴う膨潤収縮性と分子認識性の同時発現に、如何に分子シンクロナイゼーション現象が関与しているかを検討した。その結果、ゲスト分子である神経伝達物質存在下でのゲルの重合過程で、網目密度の高い相と網目密度の低い相に相分離して行くことが、分子特異的・選択的な膨潤度変化発現に対して極めて重要な役割を果たしていることを見出した。

弱い相互作用のバランスでその構造が規定されているソフトなポリマーネットワークでは、一部の機能団の受けた外部刺激による微弱な摂動が質的に変換され、この弱い相互作用の分子ネットワークを通して時間的・空間的にシンクロナイズして伝達されるという現象がしばしば見られる。すなわちこの弱い相互作用のネットワークは、構造を形成するネットワークであると同時に、情報やエネルギーの伝達や変換を司るネットワークとして機能し得る。本研究の目的は、ポリマーネットワークの分子シンクロナイゼーション現象を新しい化学エネルギー・情報変換系創製のための革新的方法論にしようとするものである。本年度は化学エネルギー変換系の成果を報告する。負極/電解質/正極構造を有する化学電池は、反応のギブスエネルギー変化を直接電気エネルギーに変換可能なシステムであり、現在実用レベルに至っている最も高度に発達した材料システムの1つである。セル中では界面電子移動反応、電解質中のイオン輸送、および外部回路中の電子輸送がシンクロナイズして起きることにより効率的なエネルギー変換が達成される。本研究では、この電解質部分に従来の液体に代わりポリマーネットワークを用いることを試み、このポリマーネットワークの局所運動とイオン輸送や界面電子移動反応をシンクロナイズさせた効率的な化学エネルギー変換システムの実現を図った。その結果、これまでに無い高いイオン伝導性かつ電極界面での迅速な電子移動反応性を有する高分子固体電解質を創製した。さらにこの固体電解質を用いた電解重合により高効率化学エネルギー変換デバイスのその場構築の可能性を見いだした。本年度は化学情報変換に関する成果を述べる。酸化還元酵素を合成化学的に改変し、電極との間の迅速な電子移動反応を酵素活性を損なうことなく可能にすることは、化学情報の選択的な電気信号への変換とその高感度増幅につながる。すなわち特定の化学物質に応答する一種の分子トランジスターを実現することになる。しかし酵素は電極界面において変性しやすく、また電極との間の迅速な電子移動反応は、活性中心が絶縁性のタンパク質に囲まれているため一般に困難である。本研究では、片末端にレドックス活性基であるフェノチアジン(PT)を、もう一方の末端にカルボキシル基またはアミノ基を定量的に有するポリエチレンオキシド(PEO)の合成法を確立した。この末端官能基の反応性を利用し、GOxの変性を抑制しながら表面のリジン残基(アミノ基)またはグルタミン酸・アスパラギン酸残基(カルボキシル基)に選択的にPT-PEOを修飾した。修飾酵素(GOxハイブリッド)はPT基修飾によりレッドクス活性となり、また電極界面吸着も抑制され、基質であるグルコース存在下ではPT基の酸化電位以上の電位で酵素触媒反応にもとづく定常電流が観測された。これは、修飾されたPT基がPEOスペーサーを介して、GOxの活性中心付近の補酵素(FAD/FADH_2)と電極間の電子シャトルとして働く自己メディエーターとなるためである。
高品質ダイヤモンド薄膜の評価技術の確立と10GHz帯弾性表面波デバイス

薄層の弾性特性を評価する技術を拡張して、基板上の薄膜の弾性特性を評価する方法について検討した。また、ダイヤモンド薄膜を用いたSAWデバイスの特性向上には、ダイヤモンド薄膜、ZnO圧電薄膜、SiO_2薄膜の音響特性の評価が不可欠である。それぞれについて、超音波マイクロスペクトロスコピー技術を基礎として、音響特性を評価する方法を検討し、実際にその評価を行った。1.ダイヤモンド薄膜の音速と減衰係数の測定法の研究今回開発する薄膜音響特性計測システムは、最近開発したGHz帯で計測可能な薄層多重干渉法を多層構造に拡張することで実現することとし、その検討を行った。現在のシステムは1.8GHzまで計測可能であるため、それを薄膜用に適用できるようにした。また、測定波形から試料の音速及び減衰係数を導く手順と理論式の導出を行った。更に、計測に必要な超音波デバイスを設計し、デバイスと試料間のカプラ厚や試料厚等の検討を行った。これについては、来年度も引き続き検討し、精度、安定性の両面から測定条件の最適化を行う予定である。2.高温高圧合成(HPHT)法により作製されたダイヤモンド基板と、その上にマイクロ波プラズマ化学気相成長(MPCVD)法でダイヤモンドをホモエピタキシャル成長させた試料を、直線集束ビーム超音波材料解析システム(LFB-UMCシステム)を用いて弾性特性の面内分布を測定した。本測定データを用いて、今後、X線回折等の結果と比較し薄膜の特性とバルク結晶の相違を考察していく予定である。3.2の試料について、ボンド法を用いたX線回折により格子定数の精密測定を行った。成長軸に沿って格子定数の分布を測定したところ、MPCVD成長開始直後から格子定数がHPHT基板に比べて小さくなっており、MPCVDを繰り返し成長させるにしたがって緩やかに格子定数が大きくなる傾向を捕らえた。これは、MPCVDの育成条件の変化を捉えているものと考えられ、今後変化の要因について検討を行う予定である。1.薄膜の音響特性を測定するために必要となる超音波デバイスについて検討を行い、実際にデバイスを作製した。2.SAWデバイスを得るためには、ダイヤモンド薄膜に圧電薄膜を堆積する必要がある。そのZnO圧電薄膜の特性評価を行うために必要となる基礎データとして、ZnO単結晶の音響関連物理定数を決定する方法について検討を行った。超音波マイクロスペクトロスコピー技術によりバルク波音速と漏洩弾性表面波の速度から音響関連物理定数を求める方法について検討し、実際に3種類の異なるカットの基板で音速を測定しそれから定数を求めた。より精密な測定、および、導電性との関係について現在引き検討を続き進めている。3.高温高圧合成(HPHT)法により作製されたダイヤモンド基板と、その上にマイクロ波プラズマ化学気相成長(MPCVD)法でダイヤモンドを繰り返しホモエピタキシャル成長させた試料について、ボンド法を用いたX線回折により格子定数の精密測定を行った。成膜初期では、HPHT法で作製された基板と成膜されるMPCVD法の膜の格子定数の違いを緩和するように徐々に格子定数が変化していく様子が観察された。また、繰り返し成膜を続けると格子定数が徐々に大きくなっており、これは薄膜中の窒素濃度が影響していると考えられるため、ボンド法による格子定数の精密測定の結果も、成膜プロセスヘフィードバックする重要なデータとなることがわかった。1.ダイヤモンド薄膜自体には圧電性がないため、SAWデバイスを得るためにはZnO薄膜とダイヤモンドの層構造が用いられる。そこでZnO薄膜の音響関連物理定数の測定と音響特性の評価法の研究を引き続き行った。ZnO薄膜の抵抗率はデバイス特性に大きく影響するため、ZnO薄膜の抵抗率とバルク波および漏洩弾性表面波の伝搬特性との関係を誘電緩和を考慮して求め、評価技術の研究を行った。抵抗率により緩和周波数が異なるので、音速及び伝搬減衰の周波数特性から抵抗率を求めることが可能であり、UMSシステムにより高精度に求めることが可能となった。2.直線集束ビーム超音波材料解析システムによる、ダイヤモンド薄膜の音響特性の評価の研究を行った。ポリシリコン上のポリダイヤモンド薄膜、及び、単結晶シリコン上のポリダイヤモンド薄膜の層構造を伝搬する、水を付加したときの漏洩弾性表面波の音速を数値計算及び実験により求め比較検討した。またポリシリコンのグレインサイズの異なる薄膜についての比較も行い、これらの評価法の基礎を築いた。3. SAWデバイスの周波数温度係数を改善するために、SAW基板と逆の温度特性を有するSiO_2が利用されている。水晶の特性については既に調べているので、合成石英ガラスの音響特性、密度、線膨張係数について詳細に実験を行い定数を求めた。4.ダイヤモンド薄膜を用いたSAWデバイスの設計に必要な、速度および伝搬減衰に周波数依存性がある場合の等価回路解析のプログラミングを行い数値計算を行った。
炎症発がんを標的としたペプチド治療法の開発

本研究は,炎症発癌を対象とした新規の分子標的療法の礎を築くことを目的としている.その具体的探索を行うために,炎症発癌の第一義的要因である好中球の局所への浸出阻害を担う特異的ペプチドを判定するための実験系を構築し,候補ペプチドおよび薬剤を用いた浸出阻害試験を行った.実験系構築には,2系のマウス血管内皮細胞(MBEおよびHSE)を使用した.これらをTNF-αの添加によって活性化させた後に,炎症局所より採取・分離した好中球の接着能を定量できるin vitroアッセイ系を構築した.なお,好中球はゼラチンスポンジ(10×5×3mm)をC57BL/6マウス腹腔内に移入後5日目の腹腔浸出細胞から採取し,その後比重分離法にて好中球分画を主に含む細胞集団を蛍光色素にて標識して使用した.好中球の接着を促進する血管内皮細胞のTNF-α処理濃度は,100-400pg/mlであり処理後4時間後に最大の接着能を持つことを見いだした.このin vitroアッセイ系を用いて,以下の研究成果を得た.(1)インテグリンβ2(ItgB2)と活性化好中球に発現するICAM1の結合部位に対する特異的ペプチドをItgB2の結合ペプチドモチーフである(D/E)(D/E)(G/L)W配列を指標として合成し,スクランブル配列ペプチドに対する接着抑制効果を指標として判定したが,現在までに検討した範囲内において,予想に反して有意な効果を得ることができなかった.(2)研究室に現有する既存薬剤を数十種類添加培養したところ,スタチン製剤の中でも特にロバスタチンに抑制効果を観察した.現在ItgB2と活性化好中球に発現するICAM1の結合部位に対するロバスタチン薬剤の必須最小ペプチドの新規同定法の確立を含め,本研究課題遂行期間内には達成し得なかった特異的配列探索を継続中である.本研究は,炎症発癌を対象とした新規の分子標的療法の礎を築くことを目的としている.その具体的探索を行うために,炎症発癌の第一義的要因である好中球の局所への浸出阻害を担う特異的ペプチドを判定するための実験系を構築し,候補ペプチドおよび薬剤を用いた浸出阻害試験を行った.実験系構築には,2系のマウス血管内皮細胞(MBEおよびHSE)を使用した.これらをTNF-αの添加によって活性化させた後に,炎症局所より採取・分離した好中球の接着能を定量できるin vitroアッセイ系を構築した.なお,好中球はゼラチンスポンジ(10×5×3mm)をC57BL/6マウス腹腔内に移入後5日目の腹腔浸出細胞から採取し,その後比重分離法にて好中球分画を主に含む細胞集団を蛍光色素にて標識して使用した.好中球の接着を促進する血管内皮細胞のTNF-α処理濃度は,100-400pg/mlであり処理後4時間後に最大の接着能を持つことを見いだした.このin vitroアッセイ系を用いて,以下の研究成果を得た.(1)インテグリンβ2(ItgB2)と活性化好中球に発現するICAM1の結合部位に対する特異的ペプチドをItgB2の結合ペプチドモチーフである(D/E)(D/E)(G/L)W配列を指標として合成し,スクランブル配列ペプチドに対する接着抑制効果を指標として判定したが,現在までに検討した範囲内において,予想に反して有意な効果を得ることができなかった.(2)研究室に現有する既存薬剤を数十種類添加培養したところ,スタチン製剤の中でも特にロバスタチンに抑制効果を観察した.現在ItgB2と活性化好中球に発現するICAM1の結合部位に対するロバスタチン薬剤の必須最小ペプチドの新規同定法の確立を含め,本研究課題遂行期間内には達成し得なかった特異的配列探索を継続中である.
ネットワーク組織の手法を活用した学校経営モデルの開発に関する日英比較研究

本研究は、ネットワーク組織の手法を活用し、複数の学校を1つの「学校」として経営する新たな学校経営モデルとそこでの管理職のリーダーシップモデルを開発することを目的としている。本研究では、日本における小中一貫教育及び小中連携教育の実態及び管理職のリーダーシップの現状と課題を把握した。その上で、イギリスではAcademyやFederationなどの複数校の実践やそこでの統括校長の育成から、学校経営モデルや管理職のリーダーシップモデルが開発されている。そのイギリスの取組を分析し、イギリスの実践の基盤にあるシステムリーダーシップモデルを参考とした日本版を開発するための課題を抽出することができた。本研究は、ネットワーク組織の手法を活用し、複数校を1つの「学校」として経営する新たな学校経営モデルとそこでの管理職のリーダーシップモデルを開発することが目的である。初年度である本年度は、モデル開発のための理論枠組みの構築を行うために、文献研究と国内外のフィールドワークを中心に行った。文献研究では、システムリーダーシップやネットワーク組織等に関する先行研究を収集分析し、複数校を統括的に経営するためのリーダーシップに関する調査研究の理論枠組みの構築を行った。具体的には、David HopkinsやJohn West-Burnham等の研究者やNCSLの調査研究報告書などを収集し、System Leadershipの理論の整理を行った。国内でのフィールドワークでは、三鷹市や横浜市の教育委員会及び校長を訪問し、統括校長や小中一貫教育における管理職の育成や求められる管理職像に関するヒアリング調査を行った。国外でのフィールドワークでは、2013年7月にイギリスを訪問し、National College for Teaching and Learning(NCTL)や教育省(DfE)を訪問し、Teaching School等に関する政策動向と、管理職養成・研修等に関する実態についてヒアリングを行った。また同時に、Sydney Russell SchoolやBrandlehow Primary Schoolを訪問し、複数校を統括的に経営するExecutive HeadやAcademy Trustなどの実態と成果、課題について校長等へのヒアリング調査を行った。これらの文献研究及び国内外でのフィールドワークを通して、次年度におけるアンケートやヒアリング調査の枠組みを構築する視点を得ることができた。平成26年度は、前年度において行った文献研究及びフィールドワークから得られた成果を基に、国内外のフィールドワークを行い、学校管理職や地方教育行政担当者、研修や養成機関担当者へのヒアリングを行った。国外調査については、2014年7月にイギリス訪問調査を行った。イギリスでは、Sydney Russell School、Milton Keynes Education Trsut、UCAT等のTeaching SchoolやAcademyの学校を訪問し、複数の学校を経営する管理職へのヒアリングを行った。また、政策動向を把握するために教育省への訪問も行った。さらに、研究動向や研究内容の検討を行うために、ロンドン大学、チェスター大学等を訪問した。これらの訪問調査を通して、複数の学校を経営する管理職の職能開発の要素や制度設計の在り方を検討するための示唆を得ることができた。国内調査については、三鷹市、京都市、釧路市、宮崎県などを訪問し、多様な小中一貫教育における管理職の学校経営の在り方について訪問調査を行い、実態把握を行うと共に、管理職に求められる資質能力についてヒアリングを行った。このことから、都市部や過疎地、学校間の距離などにより、求められる資質能力に類似性と差異があることが明らかとなった。今年度予定していた小中一貫教育を実施している自治体へのアンケートについては実施を見合わせた。その理由は、文部科学省において全国規模の小中一貫教育に関する実態調査がなされたため、学校現場及び教育委員会の負担感を考慮したためである。今後のアンケートについては、文部科学省の実態調査のデータの活用の可能性も含めて、改めて実施内容等については次年度以降検討することとする。最終年度である平成27年度においては、これまでの文献研究及び国内外のフィールドワークで得た研究成果を整理し、新しい学校モデルを構築するための視点を抽出する作業を行った。国内においては、学校事務の共同実施や統括校長、中学校区単位でのコミュニティスクールや小中一貫校等の実践のフィールドワークを行い、各学校での校務分掌や学校運営組織、校長及び管理職のリーダーシップの在り方についてフィールドワークを行った。イギリスについては、ネットワーク型の学校経営として、FederationやMulti Academy Trust等のAcademy、Teaching Schoolなどの取り組みについて文献研究により先行研究の検討を行った。また実際に学校訪問等を行い、そこでの実際の経営の在り方についてもフィールドワークを行った。これらの研究の中から、System Leadershipというリーダーシップ理論に基づいた学校経営モデルの構築が有効であることが明らかとなった。そこで、System Leadershipに関する文献研究を行うとともに、理論の整理を行った。しかし、System Leadershipは自立性をもった学校間の経営においては参考になるが、日本のような限定的な学校への権限配分においては、新しい学校経営モデルを構築する上ではもう少し検討が必要であることも明らかとなった。その点が今後の検討課題として残った。これらの研究成果を、最終報告資料集として年度末にまとめた。本年度予定していた国内アンケート(小中一貫教育に関するアンケート)が実施できていないため。

ただし、ネットワーク組織やシステムリーダーシップ等に関する理論研究やTeaching Schoolに関する政策動向の把握、国内外訪問調査による情報収集は予定通り実施できた。教育経営平成27年度は最終年度に当たるので、これまでの文献研究及びフィールドワークによって得られた情報を整理し、複数の学校を1つの「学校」として経営するための新たな学校経営モデルとそこでの管理職のリーダーシップモデルの開発に関する理論的な枠組みの構築を図りたい。そのために、更なる文献研究及び研究者等との議論を通じて、NSCL等で開発されたシステムリーダーシップの理論研究の精緻化と、日本でのリーダーシップモデルの枠組みの開発を行いたい。併せて、平成26年度に実施できなかった国内アンケートの補充のための研究活動の内容についても検討する。研究計画書において設定した研究の目的及び平成25年度の研究実施計画については概ね達成できている。特に、システムリーダーシップ関連する文献研究及び国内外のフィールドワークについて当初の予定通り進んでいる。ただし、ネットワーク組織に関する文献研究については、関連文献の収集は出来たが、学校経営における検討を加えるための分析、整理までは十分に出来ていないため、ネットワーク組織等の視点からの検討枠組みの視点が明確になっていない点が課題である。平成26年度には、ネットワーク組織に関する文献研究をさらにすすめ、理論的な枠組みの更なる精緻化を図りたい。最終的な残額の確認及び調整が十分に出来なかったため平成25年度に十分行えなかったネットワーク組織に関する文献研究をさらにすすめ、複数の学校を1つの「学校」として経営する新たな学校経営モデルとそこでの管理職のリーダーシップモデルの開発に関する理論的な枠組みの更なる精緻化を図るために、文献研究を行う。併せて、国内外でのフィールドワークを行う。国内では、小中一貫教育及び小中連携教育の実践校や教育委員会への訪問調査を行い、日本において複数校を経営する管理職に求められる資質能力等及びその育成方法等に関する検討枠組みを構築する。国外でのフィールドワークでは、Teaching School及びNCTLを訪問し、Teaching Schoolの実践や管理職養成・研修の実態を把握するとともに、実践校を訪問し校長等へのヒアリング調査を行う。
ヒト中心体キナーゼAikの細胞分裂における役割

ショウジョウバエのAuroraおよび酵母のIPL1の変異遺伝子は、染色体分配の異常により不妊や倍数性(ploidy)の異常を来すことが知られている。我々がクローニングした新規遺伝子AlKがコードする蛋白質は、これらとキナーゼ領域で高い相同性を有し、細胞周期に依存して中心体に局在することから染色体分配に重要な役割を果たすと考えられる。また、AlK遺伝子がマップされたヒト染色体20q13の領域は、ある種の癌で遺伝子増幅の認められる領域であることが知られており、最近AlKが新しい癌遺伝子であることが報告された。そこで本研究では、乳癌症例33例の病理標本を用いてAlKの発現を検討した。病理組織型には関係なく、高頻度に癌部のみが陽性に染色され、良性腫瘍では部分的に弱く染色されるにすぎなかった。(投稿中)データベースの検索により高等動物では、AlKがファミリーを形成していることが明らかとなり、我々は第2、第3のファミリーであるAlK2およびAlK3をクローニングした。AlK2cDNAは343アミノ酸からなる蛋白質をコードし、AlK2蛋白質は細胞周期に依存してM期に強く発現した。また、AlK2遺伝子(STK12)はヒト染色体17p13.1にマップされ、近くにp53があることやある種の癌で欠失していることが報告されている。(Cytogenet.Cell Genet.1998)一方、AlK3cDNAは309アミノ酸からなる蛋白質をコードし、AlK3蛋白質は細胞周期の後期から細胞質分裂にかけて中心体に強く発現し、ある種の培養癌細胞株で過剰発現を認めた。また、AlK3遺伝子はヒト染色体19q13.43にマップされ、ある種の癌で欠失していることが報告されており、いずれのAlKファミリーも癌との関連が示唆された。(J.Biol.Chem.1999)ショウジョウバエのAuroraおよび酵母のIPL1の変異遺伝子は、染色体分配の異常により不妊や倍数性(ploidy)の異常を来すことが知られている。(J.Biol.Chem.1999)
帯電量制御によるプロペラントレス衛星編隊飛行の軌道制御に関する基礎研究

放電等による故障を引き起こす可能性があるために、通常は回避される人工衛星の帯電現象を、逆に積極的に利用することで、人工衛星の軌道や姿勢の制御に利用する方法に関する研究を行った。微量のイオン・電子の放出を行うことで帯電量を調整する簡易な装置を用いるため、燃料が不要であり、従来のガスやプラズマを高速度で噴出するタイプのエンジンを想定する場合と比較して、小型軽量な衛星による編隊飛行に適用可能である。地球近傍領域や惑星間空間における複数の小型衛星による編隊飛行(フォーメーションプライト)への応用を目指して,衛星帯電現象を利用した電磁気力によるプロペラントレスな位置・軌道制御に関する研究を行った。まず、衛星帯電量を積極的に制御することにより,地球磁場との相互作用によるローレンツ力による位置制御を行うための力学モデルの構築を行った.ローレンツ力による衛星編隊飛行では、主衛星は帯電させる必要はなく、副衛星のみを帯電させることで、地球磁場との間に働くローレンツ力を想定することができる。このようなローレンツ力を用いた衛星編隊飛行に関しては、地球磁場をダイポール磁場モデルで近似し、位置と速度の関数であるローレンツ力を地球周回円軌道の軌道要素で表現した。その上で、地球周回軌道上の衛星と共に動く回転座標系における運動方程式を解析的に表現し、その軌道運動を数値積分によって検証し、ローレンツ力を用いた編隊飛行の軌道制御の可能性を示した。また、新たな衛星帯電技術の利用として、人工衛星の姿勢制御にローレンツ力を用いる手法の研究を行った。人工衛星の姿勢制御方法として、重力傾斜トルクを利用した手法は今までに用いられてきたが、これのみでは制御できる範囲が制限されている。しかし新たにローレンツ力によるトルクを利用することで、より汎用性に富んだ制御が可能となることが期待される。本研究では重力傾斜トルクにローレンツ力によるトルクが加わることで、どのような姿勢運動が可能になるかを検証するために、振り子型衛星というモデルを提案した。一般に,人工衛星の帯電は,地球周辺のプラズマ中のイオンや電子の衝突により起きる.日照時には,光が衛星表面に当たることで表面の電子が光電子として真空中に放出されやすいために,衛星電位は一般に正の値になり,逆に日陰の場合は負の値になる.本研究では、地球近傍領域や惑星間空間における複数の小型衛星による編隊飛行(フォーメーションフライト)への応用を目指して,衛星帯電現象を利用した電磁気力によるプロペラントレスな位置・軌道制御に関する研究を行う。衛星帯電量を積極的に制御することにより,地球磁場との相互作用によるローレンツ力による位置制御を行う手法を構築する.ローレンツ力による衛星編隊飛行では、主衛星は帯電させる必要はなく、副衛星のみを帯電させることで、地球磁場との間に働くローレンツ力を想定することができる。このようなローレンツ力を用いた衛星編隊飛行に関しては、地球磁場をダイポール磁場モデルで近似し、位置と速度の関数であるローレンツ力を地球周回円軌道の軌道要素で表現する。その上で、地球周回軌道上の衛星と共に動く回転座標系における運動方程式を解析的に表現し、その軌道運動を数値積分によって検証した。2つの地点間や2つの軌道間の軌道移行を実現する帯電量を時間とともにステップ状に変化させる制御手法を提案し、解析的に、そして、数値シミュレーションにより確認を行った。本研究では重力傾斜トルクにローレンツ力によるトルクが加わった振り子型衛星というモデルを提案し、初期姿勢と初期角速度によって、振動運動および回転運動を行うことを明らかにした。円軌道上の帯電していない1機の目標衛星に対する、別の1機の帯電している衛星の相対的な運動に注目して、地球磁場における位置、および、磁場に対する相対速度の関数であるローレンツ力を、人工衛星の地球周回円軌道の軌道要素で表現した。次に、目標となる衛星とともに中心が動く回転座標系における運動方程式を解析的に導いた。そのうえで、帯電衛星の帯電量の制御、ひいては、ローレンツ力の制御によって、目標衛星を中心とした任意の相対的な位置に移動させる可能性について検討した。これらの結果を論文"SpacecraftFormation Flying Dynamics and Control Using the Geomagnetic Lorentz Force"にまとめ、学術雑誌に投稿予定である。また、帯電衛星の姿勢制御について、宇宙機重心から離れた位置における帯電部分が、地球磁場中を移動する際に発生するローレンツ力によるトルクという概念を提案し、重力傾斜トルクにローレンツ力によるトルクが加わることで、どのような姿勢運動が可能になるかを検討した。2つの正負に帯電する部分を持つ人工衛星を想定して、それぞれの帯電部分には、逆向きのローレンツ力が働くことを利用する。人工衛星が地球の赤道面の上空を飛翔するとして、初期の角度と角速度の条件に依存して、人工衛星が回転運動あるいは振動運動を続けるという結果が得られた。これらの結果をActa Astronautica誌において発表した。