hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新材料Siドープｐ型GaAsSbのアクセプタ準位と熱的安定性評価

また、フィッティングにより得られたSiアクセプタのイオン化エネルギーは0.010.02eVにあることが分かった。(2)熱的安定性評価:p型GaAsSbのサンプルの熱処理を行う装置を作製した。大気中で熱処理を行った場合にはサンプル表面が酸化し、本来の電気的特性を得られない可能性がある。そこで、卓上ランプ加熱装置(アドバンス理工製、MILA-5000)を購入し、この装置に、油拡散ポンプ、ロータリーポンプからなる真空排気系、ガス配管系を取り付けて、不活性ガス(N2)雰囲気中で熱処理ができるようにした。また、排気ガスを室外に取り出す実験室のダクト系も整備した。(1)エネルギー準位評価:平成29年度計画では、極低温から室温のホール効果測定によりキャリア濃度の温度変化を測定し、その傾向からSiアクセプタのエネルギー準位位置を見積もることを計画していた。これまでに、測定温度を78K300Kまで変化させたホール効果測定を行い、キャリア濃度の温度変化を測定した。さらに、得られたデータを解析することで、大体のSiアクセプタのイオン化エネルギーの値を把握することができている。(2)熱的安定性評価:平成29年度計画では、不活性ガス中で最大700°Cまで加熱が可能な熱処理装置の作製を目的としていた。この計画に関しては、市販の卓上ランプ加熱装置をベースに、装置の作製を行い、不活性ガス中で加熱が可能な装置の作製を完了している。以上のように平成29年度計画で計画していた内容はほぼ達成できているので、おおむね順調に進捗していると判断する。III-V族化合物半導体デバイスの特性改善が期待できる材料として、p型GaAsSbが近年注目されている。しかしながら、Siドープp型GaAsSbの電気的特性を詳細に評価した報告例はこれまでにない。本研究は、Siドープp型GaAsSbのSiアクセプタのイオン化エネルギーを明らかにするとともに、p型キャリア濃度とGaAsSb/InP界面におけるSi熱的安定性を評価することを目的に進めている。(1)エネルギー準位評価昨年度よりも温度範囲を広げ、21Kから293Kの温度範囲でホール効果測定を行た。移動度の温度変化から、Siドープp型GaAsSbの移動度は合金散乱の影響を強く受けていることを再確認するとともに、極低温(70K付近以下)では移動度の計算値と実験値に差が生じ、実験値が計算値と比較して低くなることが新たに分かった。さらに、キャリア濃度の温度変化のデータを一つのアクセプタと一つのドナーを考慮したキャリア濃度計算でフィッティングすることで、Siアクセプタのイオン化エネルギーを見積もった。また、キャリア濃度においても極低温で計算値と実験値に差が生じ、実験値が計算値と比較して高くなることが分かった。この極低温での計算値と実験値の差は、極低温で発生する不純物伝導を考慮することで説明できることを示した。さらに、昨年度の研究方針で、優先順位を上げたSiドープn型GaAsSbの評価を進捗させた。移動度の温度変化の実験値と計算値の比較からSiドープn型GaAsSbの移動度は合金散乱の影響が少なく、イオン化不純物散乱の影響を強く受けることが分かった。
糖鎖生物学的アプローチによる骨吸収制御機構の解明

破骨細胞およびその前駆細胞に発現するN型糖鎖およびスフィンゴ糖脂質の発現プロファイルを明らかにした.分化に伴って発現が増加する6種類のN型シアリル糖鎖を同定したが,その生理的機能を明らかにすることはできなかった.代表的なスフィンゴ糖脂質であるガングリオシドについては,過去に報告のあるGM3の発現はほとんどなく, GD1が主体であった.ガングリオシド生合成酵素を欠損する3種類のマウスの細胞を解析した結果, GD1ガングリオシドが破骨前駆細胞の増殖を負に制御することがわかった.破骨細胞およびその前駆細胞に発現するN型糖鎖およびスフィンゴ糖脂質の発現プロファイルを明らかにした.分化に伴って発現が増加する6種類のN型シアリル糖鎖を同定したが,その生理的機能を明らかにすることはできなかった.代表的なスフィンゴ糖脂質であるガングリオシドについては,過去に報告のあるGM3の発現はほとんどなく, GD1が主体であった.ガングリオシド生合成酵素を欠損する3種類のマウスの細胞を解析した結果, GD1ガングリオシドが破骨前駆細胞の増殖を負に制御することがわかった.破骨前駆細胞から前破骨細胞、成熟破骨細胞へ至る各分化段階の細胞におけるN結合型糖鎖を網羅的に解析した。破骨細胞前駆細胞として、マウス骨髄由来マクロファージおよびRAW264.7マウスマクロファージ細胞株を用いて、M-CSFおよびRANKL存在下で培養し、破骨細胞を分化誘導した。前駆細胞、前破骨細胞(細胞融合前)、成熟破骨細胞(細胞融合後)の3段階の細胞を採取し、サンプルを調整した。Glycoblotting法をもとにしたハイスループットグライコーム解析技術開発を用いて、上記細胞に含まれる糖鎖の網羅的解析を行い、各分化段階の細胞に含まれるN結合型糖鎖の種類およびその発現パターンを調査した。高マンノース型糖鎖と14種類のシアリル糖鎖の推定構造を決定した。同定された高マンノース型糖鎖は、破骨細胞分化に関与することがすでに報告されていること、これまでの研究においてシアリル糖鎖が破骨細胞分化において重要な役割を果たしていることが示唆されていることから、シアリル糖鎖についてさらに詳細な検討を行った。RANKL刺激により、シアリル糖鎖のうち6種類が増加、3種類が新たに発現、1種類が消失することがわかった。新たに出現したシアリル糖鎖については、今後、骨吸収マーカーとして利用できる可能性があると考えられた。つぎにシアリル糖鎖が付加するタンパクを明らかにするためにシアリル糖鎖認識タンパク(レクチン)を用いてシアリル糖鎖付加タンパクの同定を試みた。質量分析装置を用いて数種類のタンパクを同定したが、現在のところ、破骨細胞分化や機能に関連するものは同定されていない。現在、次のステップとして、破骨細胞分化活性化過程におけるこれらの糖鎖の生理的作用を明らかにするため、同定された糖鎖と相互作用をもつ内因性糖鎖認識タンパクの検索を開始している。破骨細胞の分化、活性化における糖鎖の機能を推測するために計画した動態解析については,初年度にグライコミクスにより同定された破骨前駆細胞上に発現する糖鎖の多様性に対応したレクチンが存在せず,それらの局在、分布,分化に伴う動態を区別することは技術上,困難であった.糖鎖の生理学的機能を解析するため,次にわれわれは破骨細胞もしくはその前駆細胞に発現する糖鎖を認識する分子(内因性レクチン)に着目した.シアリル糖鎖と相互作用をもっ糖鎖認識結合分子(内因性レクチン)の有無を遺伝子発現解析や免疫染色,Flow cytometryなどの手法をもちいて調査した。シアル酸受容体ファミリータンパクのうち,数種類のタンパクが破骨前駆細胞であるマクロファージに発現していた.その大多数は破骨細胞分化刺激因子であるReceptor activator of NFkBligand(RANKL)により遺伝子発現が不変もしくは減少したが,1種類のタンパクのみ発現が増加することがわかった.このタンパクは,偽足を伸ばす細胞融合途上にある細胞に強く発現し,未分化な単核球にはほとんど発現していなかった.また,RANKLで刺激した破骨前駆細胞を,このタンパクの抗体で標識してFlow cytometryを行うと,2峰性のピークを示すHeterogeneousな細胞群となることがわかった.このことから,このタンパクは多核破骨細胞形成の起点となる細胞(masterfusogene)に発現する可能性が示唆された.このタンパクを破骨前駆細胞に過剰発現させると,破骨細胞分化が亢進し,逆にRNA干渉を用いて発現抑制すると,分化が抑制されたことから,このタンパクが破骨細胞分化制御機構において重要な役割を果たしている可能性が示唆された.1.ラフト形成阻害による破骨前駆細胞の増殖,分化,活性化への影響破骨細胞分化において,さまざまな受容体タンパクやアダプター分子が脂質ラフトへ集積することが報告されていることから,Methyl beta Cyclodextrin(MBCD)による脂質ラフト形成阻害の影響を調査した.MBCD投与により,破骨細胞への分化能に変化は生じなかったが,前駆細胞の増殖が亢進した.このことから脂質ラフトは破骨前駆細胞の増殖を負に制御している可能性が示唆された.2.破骨細胞におけるガングリオシド発現脂質ラフトの主要な構成成分であるガングリオシドに着目し,どのようなガングリオシドが破骨細胞およびその前駆細胞に発現しているのか調査した.

ガングリオシドは,セラミドを出発点としてさまざまな生合成酵素や分解酵素により発現が調節されている.生合成酵素や分解酵素の遺伝子発現解析のみではガングリオシドの発現変化を正しく理解できないため,Mass sepectroscopyを用いて実際の発現量を定量的に評価した.その結果,過去に報告のあるGM3の発現はほとんど観察されず,GD1が主体と考えられた.3.ガングリオシド欠損マウスを用いた骨表現型解析GM3合成酵素,GD3合成酵素,Ga1NacT遺伝子を全身性に欠損する3種類のマウスについては,骨表現形に明らかな変化は認められなかった.しかし,骨髄マクロファージを用いたin vitro培養細胞実験では,GM3合成酵素遺伝子欠損マウスの細胞の増殖能が亢進したのに対し,GD3合成酵素,Ga1NacT遺伝子欠損マウスの細胞では増殖能は抑制されていた.GM3合成酵素遺伝子欠損マウスでは上記で認められたGD1の発現が欠損していることから,GD1分子が破骨前駆細胞の増殖を負に制御している可能性が示唆された.
有機金属モノマーを利用する機能性高分子合成法の開発

有機金属モノマーとして、官能基特異性が高く多様な官能基が利用できる有機スズ化合物を選び、重合反応の基礎となる酸化的カップリング反応について検討を行った。0価のパラジウムに選択的に酸化するクロロアセトン及び、塩化フェナシルを利用することで、酸化に不安定な官能基を持つ有機スズにおいても、触媒量のパラジウムにより収率良くカップリング生成物を与えることを明らかにした。また、生成物の詳細な検討により、次式に示す化学量論関係を見いだした。但し、生成するアセトフェノンの水素の由来は明確でない。この酸化的カップリングを利用して、有機スズをモノマーとする高分子合成法について検討を行った。ポリパラフェニレン、ポリチオフェンでは数平均重合度30以上のポリマーが得られた。また、2重結合や、3重結合を含むモノマーでも、ポリマーを得ることが出来たが、重合度は低いものであった。
選択拡散分離技術の理論検証とその実用化のための研究

初年度に設計した液相成分選択拡散装置(LSDSU)の拡散分離部に組み合わせる電磁駆動部のリニアモータを設計し、見積もりを取ったところ、二重円筒を構成する45度回転型デュアルハルバッハ界磁の製作費が高額になるためコストダウンが必要となった。その方法としてディスプレーサの注射器を100 mlのものから10 mlのものに変更し、ストロークを10倍にして推力が10分の1になるようリニアモータとディスプレーサ部の設計変更を行った。これにより、リニアモータに要求される推力は300 Nから73 Nに減少した。ここで、推力が10分の1にならないのはLSDSUを縦置き可能としたためである。さらに、当初は45度回転型デュアルハルバッハ界磁で二重円筒型リニアモータを構成していたが、新開発のシングルハルバッハ界磁を適用するとともにリング状ではなく角柱の永久磁石をもちいて界磁部を製作することでコストダウンを図り、45度回転型シングルハルバッハ角型リニアモータを再設計して製作した。また、拡散分離部の水漏れ試験結果から、次の条件が明らかとなった。18 N以上の推力で注射器を引くと注射器のラビリンスシールから空気が侵入する、2長時間加圧を持続するとラビリンスシールの原理上のわずかに水漏れが発生する。これらの現象に対処するため、加圧側のリニアモータに推力制御を適用してわずかな水漏れ(微小な圧力損失)に対応するとともに、減圧側リザーバ内の溶液は空気が侵入しなければ非圧縮性流体とみなせることから減圧側リニアモータには位置制御を適用し、かつ減圧側リニアモータの推力が8 Nを超えないように加圧側の推力を制御して拡散分離部の細管群の両端に所定の正弦波状圧力勾配が発生する推力制御と位置制御の協調制御方式を開発した。4000本の細管で構成される細管群およびリザーバの水漏れ対策に苦慮するとともに、電磁駆動部の主要部品であるリニアモータを製作する段階になって予想外に高コストであることが判明し、リニアモータの再設計を行ったため、想定外の時間を費やした。完成した電磁駆動部を拡散分離部に取り付け、前期中ににはLSDSUの動作が正常であることを確認後、2成分で選択拡散分離実験I(目視観察/撮影、色度測定)を行い、液相1成分の拡散係数が増大することを実証して本研究に目途を付ける。この場合、加振周波数の初期値をKurzweg and Jaeger [4-7]の選択拡散分離理論から算出した値ωSに設定し、リザーバBへの拡散時間が最も早くなる周波数を探索する。このため、実機を用いた固有角振動数の探索には2,3ヶ月程度を見込む必要がある。後期には、選定した複数の有色液相成分2種含有液を対象として選択拡散分離実験I(目視観察/撮影、色度測定)を行い、選択拡散分離の理論を実証する。また、実験Iは、LSDSUを水平設置して行うだけでなく垂直設置でも行う予定であるが、進捗状況によってはこの部分を割愛する。初年度は液相成分選択拡散装置(LSDSU)の基本設計を行い、重要部品(細管群で構成される拡散分離部、注射器で構成されるディスプレーサ、ステンレス製窓付きタンクで構成されるリザーバ)について、水漏れせずに予算内で加工組立するための製作方法を検討した。細管群は外径0.35 mm×内径0.25 mm×長さ135 mmのステンレスキャピラリーチューブ3600本とメチレンブルーの拡散の様子を目視するためのシリカキャピラリーチューブ360本で構成する。細管群については180本ずつ小分けにして束ね、両端を固定用六角スリーブに通してエポキシ充填して細管束をつくり、細管束を所定の形状にくり抜かれたステンレス製リザーバ側面にエポキシで固着する方法で安価に水漏れなく製作できることが分かった。また、ディスプレーサに用いるピストン/シリンジでは細管内の潮汐変位を精度よく正弦波にするため静止摩擦を極力排除して構成するとともに0.106 MPaの水圧で水漏れしないことが必要条件となる。この条件を満たすため、ディスプレーサには100 mlガラス注射器を使用する。さらに、ディスプレーサを駆動する電磁駆動部に用いる最大推力300 N/1.6 Aの45度回転型デュアルハルバッハ界磁を持つ円筒形リニア同期モータ(ステータ径90 mm×ステータ全長155 mm)を設計した。デュアルハルバッハ界磁の着磁方向回転角度を45度とすることで、ギャップ中の磁束密度分布の空間高調波成分は基本波に対して直流成分が3.1 %、2次高調波が0.35 %、3次高調波が0.14 %、4次高調波が0.06 %と直流成分以外は十分低い値となるが、直流成分を除去する手段として界磁の二重円筒の両端をリング状の継鉄で覆うことにより直流成分が0.011 %、すべての高調波成分が0.01 %以下になることを3次元磁場解析で確認した。4000本の細管を水漏れなくリザーバに取り付ける方法を探すのに時間を費やした。細管の一本一本を直径0.35mmの4000個の穴を持つ円板2枚に通してエポキシで固定する方法では穴あけと手作業にコストがかかりすぎ、予算内で実験装置が製作できないことが明らかとなり、拡散分離部の試作を伴う製作方法の探索に苦慮した。初年度に設計した液相成分選択拡散装置(LSDSU)の拡散分離部に組み合わせる

電磁駆動部のリニアモータを設計し、見積もりを取ったところ、二重円筒を構成する45度回転型デュアルハルバッハ界磁の製作費が高額になるためコストダウンが必要となった。その方法としてディスプレーサの注射器を100 mlのものから10 mlのものに変更し、ストロークを10倍にして推力が10分の1になるようリニアモータとディスプレーサ部の設計変更を行った。これにより、リニアモータに要求される推力は300 Nから73 Nに減少した。ここで、推力が10分の1にならないのはLSDSUを縦置き可能としたためである。さらに、当初は45度回転型デュアルハルバッハ界磁で二重円筒型リニアモータを構成していたが、新開発のシングルハルバッハ界磁を適用するとともにリング状ではなく角柱の永久磁石をもちいて界磁部を製作することでコストダウンを図り、45度回転型シングルハルバッハ角型リニアモータを再設計して製作した。また、拡散分離部の水漏れ試験結果から、次の条件が明らかとなった。18 N以上の推力で注射器を引くと注射器のラビリンスシールから空気が侵入する、2長時間加圧を持続するとラビリンスシールの原理上のわずかに水漏れが発生する。これらの現象に対処するため、加圧側のリニアモータに推力制御を適用してわずかな水漏れ(微小な圧力損失)に対応するとともに、減圧側リザーバ内の溶液は空気が侵入しなければ非圧縮性流体とみなせることから減圧側リニアモータには位置制御を適用し、かつ減圧側リニアモータの推力が8 Nを超えないように加圧側の推力を制御して拡散分離部の細管群の両端に所定の正弦波状圧力勾配が発生する推力制御と位置制御の協調制御方式を開発した。4000本の細管で構成される細管群およびリザーバの水漏れ対策に苦慮するとともに、電磁駆動部の主要部品であるリニアモータを製作する段階になって予想外に高コストであることが判明し、リニアモータの再設計を行ったため、想定外の時間を費やした。前期中に液相成分選択拡散装置を完成させるとともに水漏れ試験が完了するよう努めるとともに、この間に正弦波状の潮汐変位を得るための電磁駆動部の制御手法を確立する。後期にはLSDSUの動作が正常であることを確認後、選定した複数の有色液相成分2種含有液を対象として選択拡散分離実験I(目視観察/撮影、色度測定)を行い、液相2成分の分離が可能なことを光学的に実証する。この場合、加振周波数の初期値をKurzweg and Jaeger [4-7]の選択拡散分離理論から算出した値ωSに設定し、リザーバBへの拡散時間が最も早くなる周波数を探索する。このため、実機の固有角振動数の探索には2,3ヶ月程度を見込む必要があるが、色度測定はリアルタイムで行えるので探索期間の短縮に有効であり、遅れを取り戻せるよう努める。なお、実験Iは、LSDSUを水平設置して行うだけでなく垂直設置でも行う予定であるが、進捗状況によってはこの部分を割愛して最終年度につなげていく。完成した電磁駆動部を拡散分離部に取り付け、前期中ににはLSDSUの動作が正常であることを確認後、2成分で選択拡散分離実験I(目視観察/撮影、色度測定)を行い、液相1成分の拡散係数が増大することを実証して本研究に目途を付ける。このため、実機を用いた固有角振動数の探索には2,3ヶ月程度を見込む必要がある。後期には、選定した複数の有色液相成分2種含有液を対象として選択拡散分離実験I(目視観察/撮影、色度測定)を行い、選択拡散分離の理論を実証する。
逆VLBIを用いた月・惑星内部構造の研究

将来の月探査計画を念頭におき、軌道・重力場解析ソフトウエアGEODYN IIに対して逆VLBI観測を扱えるような改修を施した。数値シミュレーションを通して将来ミッションで期待される潮汐ラブ数k2の推定精度を見積もった。潮汐ラブ数などの測地観測とアポロ月震データとを組み合わせて月内部構造を推定するソフトウエアを開発した。また、耐月面環境アンテナの検討や、火星周回衛星と着陸機の追跡データから火星回転変動を推定するミッションの概念検討を行った。・逆VLBI観測システムのうち、月ミッションにおける観測の成立性を左右する月面アンテナには耐低温性が要求される。要素技術検討として、小型・軽量かつ-200120°Cの広い温度範囲に耐性を有する給電回路の検討を実施し、ボンディングによる接続が最適であるという結論を得た。・1次元月内部構造モデル(密度・横弾性率・体積弾性率の鉛直プロファイル)からk2を計算するプログラムを整備し、核の半径と状態(流体か固体か)によってk2がどのように変わるかを調べた。・SELENE-2における相対VLBI観測により期待されるラブ数k2の精度を数値シミュレーションによって見積もった。周回衛星のアーク長が2週間、ミッション期間が3ヶ月の場合、約1%の精度が達成できる見込みが示された。(1)火星回転変動観測の検討火星探査ミッションMELOS-1への搭載を念頭に、周回衛星と着陸機との間のドップラーおよび逆VLBIを観測量として火星回転変動を推定するミッション機器の概念検討を行い、機器構成と概算リソースを明らかにした。また、火星回転パラメータ推定のシミュレーションを行うソフトウエアの開発に着手し、まず観測量として宇宙機間ドップラーを考え、その精度と推定される章動・自転速度変動パラメータの精度との関係を調べた。(2)耐月面環境パッチアンテナの概念検討次期月探査ミッションSELENE-2への搭載を目指し、月面の厳しい温度環境(-200°C+120°C)にも耐えて性能を発揮するパッチアンテナの概念検討を行った。これまでに実績のあるアルミナ素材では、比誘電率の温度依存性によって共振周波数が変化するため、性能維持温度範囲が-80°C80°Cに限定されていた。しかし、基板素材として温度依存性が小さいマコールを使用した場合の電気特性解析を行ったところ、月面温度環境でも所要の性能を維持できる見込みがあることが分かった。(3)月内部構造推定ソフトウエアの開発月の質量、慣性モーメント、ラブ数h2、k2が測地データとして得られた場合に月の内部構造を推定するソフトウエアを開発した。内部構造パラメータの数よりデータの数の方が少ないため、マルコフ連鎖モンテカルロ法によってベイズ推定する手法を採用した。流体コアの半径や密度などを拘束するには、地殻やマントルの構造誤差をどの程度に抑えなければならないかを調べた。1.月面電波源の消費電力低減の検討次期月探査ミッションSELENE-2への搭載を念頭に置くと、月面設置電波源には限られた消費電力しか許されない可能性が高いため、「かぐや」で採用された発信方式を見直して消費電力を低減する方法を検討した。「かぐや」では位相の2πの不確定性を解くためにS帯3波、X帯1波を常に送信していた。しかし、観測の最初と最後の10分間程度で2πの不確定性を解けば、それ以外の時間帯はS/X帯それぞれ1波ずつの送信でも観測が成立し、S帯2波分の電力の削減が可能である見通しを得た。2.月内部構造推定シミュレーション昨年度までの研究により、測地観測は月最深部にあると予想される流体核の半径や密度に感度を持つこと、しかし、その一方で実際に核の構造を拘束するためには、表面からマントル下部までの構造も制約することが肝要であること、が示された。アポロ計画で既に得られた月震データは地殻・マントル構造へ制約を与え得る。そこで、昨年度までに整備したソフトウエアを改良し、測地データ(月の質量、慣性モーメント、ラブ数h2・k2)とアポロ計画で取得された深発月震のデータとを組み合わせて月の内部構造(各層の厚さ、密度、弾性定数)をベイズ推定するソフトウエアを開発した。これを用いて、将来ミッションでポテンシャルラブ数k2や低次重力場係数の精度が改善された場合に、どの程度核の構造を拘束できるかを調べるシミュレーションを行った。その結果、地殻の厚さに±70%、密度に±2%、ずり弾性定数に±20%の不確定性がある場合でも、VLBI観測によってポテンシャル潮汐ラブ数k2を1%より良い精度で決定すれば、流体核の半径を10%程度の精度で決定できることを示した。着陸機VLBIミッションに必要な技術的課題の洗い出しとその対策検討を行い、また、測地観測データから月内部構造を推定するソフトウエアの開発も行った。24年度が最終年度であるため、記入しない。

ラブ数は流体コアの半径とマントルの剛性率の双方に感度があり、内部構造を決定する際に両者の間でトレードオフが生じ、測地データのみから月内部構造を詳しく制約することは難しいことが分かってきた。今後は、月震データと組み合わせて推定精度を向上させる方向で検討を進める。24年度が最終年度であるため、記入しない。
群体ホヤの有性化において生殖系列幹細胞の分化を調節する分子メカニズム

本研究では,ミダレキクイタボヤの有性化のタイミングで発現量が上昇する遺伝子群(65のcDNAクローン)の発現パターンと機能を調べることにより,生殖細胞の供給源としてはたらく生殖系列幹細胞の分化調節機構およびその幹細胞ニッチの所在,ニッチから幹細胞への分化調節シグナルの実態について明らかにする。2018年度は,65クローンのうち,20クローンについて発現解析を実施した。そのうち4クローンは,生殖系列幹細胞様の間充織細胞での発現が観察された。この4クローンについては,siRNAを用いた機能阻害実験を実施し,2クローンに対する阻害実験において卵形成が阻害される結果を得た。一方で,台風接近にともなう豪雨(特に,平成30年7月豪雨)のために,実験動物の海上での飼育が困難となったため,生体を使用した発現解析および遺伝子機能の阻害実験を中断せざるを得なかった。発現解析の準備として,トランスクリプトーム解析を実施し,ミダレキクイタボヤの転写産物の配列情報を網羅的に整備した。2018年度末においては4万個弱の配列として整理し,タンパク質をコードすると予想される配列については,予想一次構造をクエリとしたモチーフ検索およびBLASTを使用した類似性検索によるアノテーション作業を進めている。これにより,本研究で解析対象とするcDNAクローンに対する詳細なアノテーションが可能となり,同時に,プローブ合成のために必要な長鎖cDNAのクローニングが容易となった。2019年には,実験動物の採集および飼育再開が可能となり,これに合わせて,発現および機能解析を再開した。実験動物であるホヤは海上で飼育している。台風接近にともなう豪雨(特に,平成30年7月豪雨)のために,飼育動物が死滅し,新規に採集するためのフィールドの環境も激変した。ミダレキクイタボヤの採集地の新たな探索と会場の飼育環境の回復までに時間がかかった。そのため,研究の進捗が遅れることになった。研究材料であるホヤの飼育が自然災害のために中断したため,2018年度に計画していた実験の一部が未実施となった。そのために,実験の進行に伴って必要となる物品,試薬等の購入がなかった。また,同様の理由で成果を得られなかったため,成果発表のための旅費を計画通りに使用できなかった。これらの助成金については,2019年度の実験実施に使用する。旅費については国際学会への参加発表を予定しており,そのための旅費として,2019年度の予算と合わせて使用する。
コアスケジューラを用いた適応的計算機資源割当てによる仮想計算機システムの高性能化

本研究課題は,仮想計算機モニタとその上で動作するゲストOSとが協調することによる効率的な計算機資源管理手法を提案するものである.研究成果は大きく二つから成る.(1)マルチコア対応のゲストOSとしてLavenderの構築を行ったこと,(2)仮想計算機モニタとゲストOSが協調する適応的計算機資源割当て方式を開発したことである.(1)では,ネイティブの計算機上で動作するLavenderと,仮想計算機モニタXenの準仮想化環境で動作するLavenderを実装した.(2)では,協調に必要なメカニズムの検討と設計が完了し,その知見が得られた.本研究課題は,仮想計算機モニタとその上で動作するゲストOSとが協調することによる効率的な計算機資源管理手法を提案するものである.研究成果は大きく二つから成る.(1)マルチコア対応のゲストOSとしてLavenderの構築を行ったこと,(2)仮想計算機モニタとゲストOSが協調する適応的計算機資源割当て方式を開発したことである.(1)では,ネイティブの計算機上で動作するLavenderと,仮想計算機モニタXenの準仮想化環境で動作するLavenderを実装した.(2)では,協調に必要なメカニズムの検討と設計が完了し,その知見が得られた.平成19年度は,1.マルチコアで動作可能なOSの構築,2.資源の変動を検出可能なメカニズムの構築,3.仮想計算機モニタがゲストOSの動作を観測可能とするメカニズムの構築,この3点について重点的に研究を進めた.1.については,独自で開発しているOSであるLavenderについてマルチコア化を行った.現在,複数のコアを起動させる機能の付加を完了した.これに伴い,今後は,OSのCPUスケジューラによってコアヘプロセスを割り当てるための機能を開発し,マルチコア化を完了する予定としている.2.については,特に割り当てられたコア数が増減したときに,OSのCPUスケジューラとしてどのような機能が必要かについての検討を行った.この機構は,1.のマルチコア化が完了し次第,さらに具体的な検討・開発に着手する.なお,1.と2.の成果については,情報処理学会研究報告で「動的なプロセッサコア資源の変動に適応するCPUスケジューラの検討」として発表した.3.については,既存の仮想計算機モニタであるXenについて,その内部構成を調査した.さらに,ゲストOSがどのようなデバイスに対する操作を行っているか,入出力処理ついて情報を取得・可視化するためのソフトウェアをXen上に開発した.この成果は,情報処理学会研究報告の「仮想計算機モニタを利用したゲストOSの入出力要求監視手法」として発表した.今後は,プロセス構造体,メモリ管理のための構造体,ファイル構造体,スケジューラのキューといったOSの内部情報を観測する手法について開発を進める.これによって,能動的な計算機資源の割当て方式の開発につなげる予定である.平成20年度は, (1)4コアを搭載したプロセッサ上で動作するLavenderOSの開発,(2)効率的な資源配分を行うコアスケジューラの開発,(3)仮想計算機モニタ(以下, VMM)とゲストOS間での協調処理方式,の3点を中心として研究を進める計画であった.(1)については, LavenderOSのマルチコア化を行った.マルチコア化の際には,ネイティブの計算機上で動作する版と, VMMであるXenの準仮想化環境上で動作する版の2種類について実現した.ネイティブ版では,計算機の起動時に複数のコアを起動するためのプロセッサ間割込みに代表される仕組みについて調査し,それを実現した.準仮想化版では, XenのインタフェースとXen向けのサンプルゲストOSであるMini-OSを調査し,それに基づいてLavenderを改変したまた,マルチコア環境におけるプロセッサ間同期機構についても実現した.この成果は,情報処理学会研究報告で「協調型仮想計算機システム向けOSにおけるプロセッサ間同期手法」などで発表した.(2)と(3)については一体のものとして研究を進めた.この成果は情報処理学会全国大会で「協調型仮想計算機システムにおける協調機構」として発表した.ここでは,コアスケジューラの処理方式として,協調型スケジューラを提案した.また,それを支援する協調処理のための機能として,ゲストOS-VMM間の通信・シグナリング機構,ゲストOSにおける資源管理機構, VMMにおけるVM監視機構,動的資源割り付け機構について設計・提案した.これらの詳細は,荒木裕靖著, 2008年度立命館大学大学院理工学研究科修士論文「協調型仮想計算機システムにおける適応的資源割り付け機構」にも記されている.これらについては,現在も実装を進めている.
CFRPの高速飛翔体衝突における二次元衝撃力測定システムの開発

本年度はCFRP積層板に作用する二次元衝撃力の測定に関する測定装置の試作,ならびに面圧分布測定の際の逆解析に用いる数値シミュレーションプログラムの作成を行った.数値シミュレーションプログラムは,境界要素法.(Boundary Element Methods)により作成されており,板内部の変位ないしはひずみの測定データを複数用い,面外荷重の逆解析を行うものである数値実験により,ひずみゲージの張り付け位置と測定結果の誤差の関係ついて検討した.その結果,ひずみの測定を境界の支持部に近い位置で行った場合,得られる逆解析解は極めて不安定的な誤差分布を示し,正解との差異が大きくなることが明らかとなった.この難点を解決すべく,2次元的に板面に一様にひずみの測定を行い,その結果を元に逆解析を行った結果,分布圧力を数%の誤差範囲で予測できることが明らかとなった.なお,逆解析にあたっては,特異値分解による階数低下法が効果的に適用できることを明らかにするとともに,その際の有効回数の判定に対してはHansenにより提唱された,L-Curve法が有効であることも明らかとなった.現在,CFRP積層板が静的な分布圧力を受ける場合の試験装置を試作中である.現段階では,ひずみの測定誤差が大きく,結果として精度的に安定な逆解析解を得るまでに至っていない.この理由は測定誤差やCFRP積層板の数値解析誤差など,様々な要因が考えられるが,試験荷重によるキャリブレーションの結果,CFRP板の支持条件が荷重の推定精度に大きな影響を与えていることがわかった.そこで分布荷重推定の前段階として,弾性板の支持条件を同定することを試みることとした.支持条件の同定は,荷重を同定する場合とほぼ同様に,板内部のひずみから逆解析を行うことが可能である.本研究では境界要素法により境界条件同定を行うためのプログラムを作成し,その有効性の確認を行った.今後は,先に述べた境界条件の推定法により支持条件の補正を行った上で,ひずみの測定誤差を最小限に抑え,より高い精度の荷重推定が行えるよう,試験装置と解析プログラムの両面から改善を図る予定である.本年度はCFRP積層板に作用する二次元衝撃力の測定に先立ち,軟質材により作製された弾丸を用いた衝撃荷重の実験的測定を実施した.2種類のRTVゴムおよび粘土を用い,直径10mm,長さ20mmの円筒型弾丸を作製した.作製された軟質弾丸をエアガンを用いて軟鋼製のロードセルに衝突させることによって,その際の衝撃力を測定した.衝撃荷重の測定に際しては,高周波のノイズを除去するために,数値Laplace変換を併用した伝達関数法を適用した.軟質弾丸の変わりに軟鋼弾丸棒を用いた実験によってロードセルに作用する衝撃力と,出力されるひずみの電圧値との関係を記述する伝達関数を同定し,軟質材が衝突する際の衝撃力の計測を行った.なお,伝達関数の決定にあたっては,Bendatらが示した複数試験データを用いた同定法を適用した.上記の手順により,軟質材に対して剛体と見なしうるロードセルに対して,軟質材が100m200m/sで衝突する際の衝撃荷重の計測が可能となることが明らかにされた.同様に,CFRP積層板に対して軟質体が衝突する際の衝撃荷重を,CFRP積層板に張り付けたひずみゲージの出力から計測する方法についても検討を行った.帯板状のCFRP積層板の一端を固定することにより片持ちはりとし,衝撃点裏側のひずみゲージの出力より先の場合と同様の伝達関数法によって衝撃荷重の計測を行った.その結果として,伝達関数法を適用することによってCFRP積層板のように,衝撃点が変位する物体に対しても軟質材による衝撃荷重が良好な精度で測定できることが明らかとなった.本年度はCFRP積層板に作用する二次元衝撃力の測定に関する測定装置の試作,ならびに面圧分布測定の際の逆解析に用いる数値シミュレーションプログラムの作成を行った.数値シミュレーションプログラムは,境界要素法.(Boundary Element Methods)により作成されており,板内部の変位ないしはひずみの測定データを複数用い,面外荷重の逆解析を行うものである数値実験により,ひずみゲージの張り付け位置と測定結果の誤差の関係ついて検討した.その結果,ひずみの測定を境界の支持部に近い位置で行った場合,得られる逆解析解は極めて不安定的な誤差分布を示し,正解との差異が大きくなることが明らかとなった.この難点を解決すべく,2次元的に板面に一様にひずみの測定を行い,その結果を元に逆解析を行った結果,分布圧力を数%の誤差範囲で予測できることが明らかとなった.なお,逆解析にあたっては,特異値分解による階数低下法が効果的に適用できることを明らかにするとともに,その際の有効回数の判定に対してはHansenにより提唱された,L-Curve法が有効であることも明らかとなった.現在,CFRP積層板が静的な分布圧力を受ける場合の試験装置を試作中である.現段階では,ひずみの測定誤差が大きく,結果として精度的に安定な逆解析解を得るまでに至っていない.この理由は測定誤差やCFRP積層板の数値解析誤差など,様々な要因が考えられるが,試験荷重によるキャリブレーションの結果,CFRP板の支持条件が荷重の推定精度に大きな影響を与えていることがわかった.そこで分布荷重推定の前段階として,弾性板の支持条件を同定することを試みることとした.支持条件の同定は,荷重を同定する場合とほぼ同様に,板内部のひずみから逆解析を行うことが可能である.本研究では境界要素法により境界条件同定を行うためのプログラムを作成し,その有効性の確認を行った.

今後は,先に述べた境界条件の推定法により支持条件の補正を行った上で,ひずみの測定誤差を最小限に抑え,より高い精度の荷重推定が行えるよう,試験装置と解析プログラムの両面から改善を図る予定である.
多軸および変動クリープ曲線へのθプロジェクション法の拡張

1.試験材料にはオーステナイト系ステンレスSUS304鋼を用い,試験温度をT=923Kに設定して,一定応力下でのクリープ試験を実施した.破断時間は試験時間の兼ね合いから1つの試験が1000時間以内となるように負荷応力を選定し,5応力レベル,10本のクリープ試験を破断するまで行った.2.上記クリープ試験で得た各クリープ変形曲線にTHETAプロジェクション法を適用して,負荷応力σと4つのパラメータTHETA_1THETA_4間の相関関係を求めた結果,両者にはそれぞれ相関のよい指数関係式が求められた.3.初期負荷応力をσ_1=90MPaとしてそれぞれ50,100,200,300,400時間経過後,負荷応力をσ_2=140MPaに急増させる応力変動クリープ試験を実施した.これらの時間は変形モードが第1次クリープ,第2次クリープ,第3次クリープ(初期,中期,後期)となるように選定した.4.ひずみ硬化理論とTHETAプロジェクション法を併用して,応力変動(急増)後のクリープ曲線を推定すると共に実験結果と比較検討した.その結果,第1次クリープから第3次クリープ初期に応力を急増させても,その後クリープ曲線は上記理論および方法を適用すると破断近くまでよく推定できた.しかしながら第3次クリープも中期以降では推定クリープ曲線は実験値よりも小さく,すなわち設計論的には危険側の推定を与えることが分った.5.今回実験を実施し解析した範囲は,低応力から高応力への変動であったが,今後はこれとは逆に高応力から低応力への応力変動(減少)についても実験/解析が必要である.さらに実機で遭遇しやすい小幅な応力変動時への本法の適用性についても検討する必要がある.さらに時間的制約により十分実施できなかった多軸クリープ試験結果への適用可能性についても今後さらに検討を続けなければならない.1.試験材料にはオーステナイト系ステンレスSUS304鋼を用い,試験温度をT=923Kに設定して,一定応力下でのクリープ試験を実施した.破断時間は試験時間の兼ね合いから1つの試験が1000時間以内となるように負荷応力を選定し,5応力レベル,10本のクリープ試験を破断するまで行った.2.上記クリープ試験で得た各クリープ変形曲線にTHETAプロジェクション法を適用して,負荷応力σと4つのパラメータTHETA_1THETA_4間の相関関係を求めた結果,両者にはそれぞれ相関のよい指数関係式が求められた.3.初期負荷応力をσ_1=90MPaとしてそれぞれ50,100,200,300,400時間経過後,負荷応力をσ_2=140MPaに急増させる応力変動クリープ試験を実施した.これらの時間は変形モードが第1次クリープ,第2次クリープ,第3次クリープ(初期,中期,後期)となるように選定した.4.ひずみ硬化理論とTHETAプロジェクション法を併用して,応力変動(急増)後のクリープ曲線を推定すると共に実験結果と比較検討した.その結果,第1次クリープから第3次クリープ初期に応力を急増させても,その後クリープ曲線は上記理論および方法を適用すると破断近くまでよく推定できた.しかしながら第3次クリープも中期以降では推定クリープ曲線は実験値よりも小さく,すなわち設計論的には危険側の推定を与えることが分った.5.今回実験を実施し解析した範囲は,低応力から高応力への変動であったが,今後はこれとは逆に高応力から低応力への応力変動(減少)についても実験/解析が必要である.さらに実機で遭遇しやすい小幅な応力変動時への本法の適用性についても検討する必要がある.さらに時間的制約により十分実施できなかった多軸クリープ試験結果への適用可能性についても今後さらに検討を続けなければならない.まず単軸クリープ曲線へのθプロジェクション法(以下、θ法と略)を適用し、その有用性、信頼性を検証した。試験材料にはオーステイト系ステンレス鋼SUS304鋼を用い、試験温度600°C、700°C、800°Cで、破断まで(最長約1200時間)多数実施した。これに対し、非線形最小二乗法を基礎にした解析プログラムをパーソナル・コンピュータ上で開発した。これを上記実験データに適用した結果、破断直前を除いた第3次クリープ領域終盤まで、十分簡単な構成式で表現しうることを確認した。従来のθ法では定応力クリープ試験データに適用すべきものと規定されているが、今回使用したデータはすべて通常行われている定荷重クリープ試験結果によるものであった。このためθ法が主張するもう一つの特徴である長時間側の未実験破断寿命やクリープ変形特性を必ずしも十分な精度で求めることはできなかった。このほか試験温度を一定としたまま、負荷応力を試験途中で増減させる変動応力クリープ試験を実施し、そのクリープ曲線を求めた。前述したθ法の4つのパラメータから応力変動後のパラメータを算出し、変動クリープ曲線の推定精度を検討した。また一般的な高温機械構造物は変動応力下で運転されることから、θ法の多軸応力場への拡張を検証するため、新たに引張りーねじりの二軸負荷組合せクリープ試験機を設計、試作した。試験片形状はピン負荷式の薄肉円筒試験片である。引張り・ねじり負荷時の摩擦力を軽減するため、回転円盤とベアリング数は最小限にして試験機を構成した。この試験機の設計、試作は独自に行ったため思いのほか時間を費した。

今後、この試験機の本格的稼動により得られる多軸クリープ曲線へのθ法適用のため、解析プログラムの改良・変更を実施した。(1)多軸クリープ試験を実施するため,引張-ねじり型の2軸クリープ試験機を新規に自ら設計,製作した.その後,性能確証試験を実施し、本試験機は当初の基本性能を十分満足することを確認した.(2)試験材料にはオーステナイト系ステンレスSUS304鋼を用い,試験温度をT=923Kに設定して,一定応力下でのクリープ試験を実施した.破断時間は試験時間の兼ね合いから1つの試験が1000時間以内となるよう負荷応力を選定し,5応力レベル,10本のクリープ試験を破断するまで行った.(3)上記クリープ試験で得た各クリープ変形曲線にθプロジェクション法を適用して,負荷応力σと4つのパラメータθ_1θ_4間の相関関係を求めた結果,両者にはそれぞれ相関のよい指数関係式が求められた.(4)初期負荷応力をσ_1=90MPaとしてそれぞれ50,100,200,300,400時間経過後,負荷応力をσ_2=140MPaに急増させる応力変動クリープ試験を実施した.これらの時間は変形モードが第1次クリープ,第2次クリープ,第3次クリープ(初期,中期,後期)となるように選定した.(5)ひずみ硬化理論とθプロジェクション法を併用して,応力変動(急増)後のクリープ曲線を推定すると共に実験結果と比較検討した.その結果,第1次クリープから第3次クリープ初期に応力を急増させても,その後のクリープ曲線は上記理論および方法を適用すると破断近くまでよく推定できた.しかしながら第3次クリープも中期以降では推定クリープ曲線は実験値よりも小さく,すなわち設計論的には危険側の推定を与えることが分った.(6)今回実験を実施し解析した範囲は,低応力から高応力への変動であったが,今後はこれとは逆に高応力から低応力への応力変動(減少)についても実験/解析が必要である.さらに実機で遭遇しやすい小幅な応力変動時への本法の適用性についても検討する必要がある.
志村多様体とｐ進的手法を用いた代数曲面とＴａｔｅ予想の研究

本研究では,数論幾何におけるp進的な手法を用いて,代数曲面のサイクル,ピカール群を調べることを目標としている.本年度では,伊藤哲史氏と越川皓永氏との共同研究により,Madapusi Peraによる久賀・佐武構成とKisinによる志村多様体の整モデル内での「虚数乗法を伴う持ち上げ」の研究をさらに進展させることで,有限体上のK3曲面の自己積に対するTate予想を,向井,Buskinによって証明された複素K3曲面の自己積に対するHodge予想に帰着させることで,証明することに成功した.その研究の中で,Bhatt-Morrow-Scholzeによって証明された良い還元をもつp進体上の代数多様体に対する整係数でのエタールコホモロジーとクリスタリンコホモロジーの比較同型を用いることで,Madapusi PeraによるK3曲面自身に対するTate予想の証明を見通し良く理解できることがわかった.この比較同型の証明にも使われているScholzeによって導入されたパーフェクトイド空間などの理論は今後も数論幾何学における重要な道具として研究されることが予想されるが,当研究では代数曲面のサイクルやTate予想などの比較的具体的な問題に応用するという立場から研究を進めていく予定である.本年度では,有限体上のK3曲面の自己積に対するTate予想などの結果を論文にまとめ,2018年6月に東京電機大学『数学講演会』にて,2018年11月に東北大学で開かれた研究集会『p-adic cohomology and arithmetic geometry 2018』にて講演を行った.本年度では,当初の目的の一つであった有限体上のK3曲面の自己積に対するTate予想を,伊藤哲史氏と越川皓永氏との共同研究により解決することができた.その結果を論文にまとめ,研究集会で発表した.当初の研究計画の中でK3曲面に対する部分は予定よりも進展している.当初の研究計画の中でK3曲面に対する部分は予定以上にうまく進展したので,今後はK3曲面以外の代数曲面に対してピカール群を計算するような手法を研究する予定である.Scholzeによって導入されたパーフェクトイド空間の理論,またリジッド解析空間に対するpro-etale位相を使ったp進Hodge理論は今後も数論幾何学における非常に強力な道具として研究されることが予想されるが,当研究では今後も引き続き,代数曲面のサイクルやTate予想などの問題に応用するという立場から研究を進める.特に正標数の代数曲面に対するTate予想への応用を踏まえて,p進体上の代数曲面,またリジッド解析曲面のピカール群をパーフェクトイド空間を用いて計算する手法を研究する予定である.またそれらのブラウアー群もピカール群と密接な関係があるため,研究対象に取り入れる予定である.本研究では,数論幾何におけるp進的な手法を用いて,代数曲面のサイクル,ピカール群を調べることを目標としている.本年度では,伊藤哲史氏と越川皓永氏との共同研究により,Madapusi Peraによる久賀・佐武構成とKisinによる志村多様体の整モデル内での「虚数乗法を伴う持ち上げ」の研究をさらに進展させることで,有限体上のK3曲面の自己積に対するTate予想を,向井,Buskinによって証明された複素K3曲面の自己積に対するHodge予想に帰着させることで,証明することに成功した.その研究の中で,Bhatt-Morrow-Scholzeによって証明された良い還元をもつp進体上の代数多様体に対する整係数でのエタールコホモロジーとクリスタリンコホモロジーの比較同型を用いることで,Madapusi PeraによるK3曲面自身に対するTate予想の証明を見通し良く理解できることがわかった.この比較同型の証明にも使われているScholzeによって導入されたパーフェクトイド空間などの理論は今後も数論幾何学における重要な道具として研究されることが予想されるが,当研究では代数曲面のサイクルやTate予想などの比較的具体的な問題に応用するという立場から研究を進めていく予定である.本年度では,有限体上のK3曲面の自己積に対するTate予想などの結果を論文にまとめ,2018年6月に東京電機大学『数学講演会』にて,2018年11月に東北大学で開かれた研究集会『p-adic cohomology and arithmetic geometry 2018』にて講演を行った.本年度では,当初の目的の一つであった有限体上のK3曲面の自己積に対するTate予想を,伊藤哲史氏と越川皓永氏との共同研究により解決することができた.その結果を論文にまとめ,研究集会で発表した.当初の研究計画の中でK3曲面に対する部分は予定よりも進展している.当初の研究計画の中でK3曲面に対する部分は予定以上にうまく進展したので,今後はK3曲面以外の代数曲面に対してピカール群を計算するような手法を研究する予定である.Scholzeによって導入されたパーフェクトイド空間の理論,またリジッド解析空間に対するpro-etale位相を使ったp進Hodge理論は今後も数論幾何学における非常に強力な道具として研究されることが予想されるが,当研究では今後も引き続き,代数曲面のサイクルやTate予想などの問題に応用するという立場から研究を進める.特に正標数の代数曲面に対するTate予想への応用を踏まえて,p進体上の代数曲面,またリジッド解析曲面のピカール群をパーフェクトイド空間を用いて計算する手法を研究する予定である.またそれらのブラウアー群もピカール群と密接な関係があるため,研究対象に取り入れる予定である.
ヒト毛包由来細胞を用いたin vitro毛包再生の研究

われわれの研究グループは、毛包由来培養細胞移植による毛髪再生医療を究極的な目標として研究している。本研究課題の目的は、これまでわれわれが経験してきた3次元培養皮膚モデルを応用して、ヒト細胞を用いたin vitro毛包再生モデルを新たに開発し、特定の条件操作を加えて分析することにより、ヒト毛包再生にまつわる分子基盤・細胞間相互作用について研究することである。毛包由来細胞のうちの2系統である毛乳頭細胞と角化細胞を混合培養することにより、毛包を3次元的に模倣した構造を作成することを試み、結果としてスフィア培養法を開発できた。このスフィアはin vitroにおいて顕微鏡下に経時的観察可能であり、in vivoへの移植も可能であった。このスフィアにおいて毛包誘導であるWnt 10bが発現していることが示され、この発現を増強する因子の検索を行ったところ、特定の有望な候補物質を見出すことができた。このようなin vitro毛包再生モデルを開発することにより、従前のin vivoモデルでは不可能(または多大な労力が必要)であった、毛包再生にまつわる遺伝子・蛋白レベルの解析や、移植細胞の遊走・分化についての詳細な観察がさらに進展する見込みが得られた。またヒト毛包由来細胞を用いた毛髪再生治療を実現する上で不可欠であろう、毛包上皮系幹細胞の単離、および毛乳頭細胞の毛包誘導能に関連する遺伝子解析をおこなった。ヒト毛包上皮系幹細胞はCD200やCD34の表面抗原だけでなく、細胞の大きさも利用することで、コロニー形成能の高い細胞群を生きたまま分取することが可能であることがわかった。また培養ヒト毛乳頭細胞におけるTGF-β2の発現および生体内で機能することが毛包再生において重要であることが示された。これらの結果は、将来的な毛髪再生治療の開発において、基盤となる研究結果であると考えられる。ヒト毛乳頭細胞の遺伝子発現解析を、マイクロアレイおよびRT-PCRにより行った。マイクロアレイにより繊維芽細胞と比較したところ、ケモカインリガンドやインターロイキン、細胞周期関連遺伝子、プロテオグリンカンに有意な発現増強が認められた。またRT-PCRでは既知の毛乳頭細胞マーカー14種の遺伝子発現を検討したところ、繊維芽細胞と比較して2種の遺伝子で有意な発現増強、1種の遺伝子で有意な発現低下を認めた。これらの遺伝子群の毛乳頭細胞マーカーとして、毛乳頭細胞と繊維芽細胞を識別することが可能になった。一方、ケラチノサイトが分化刺激により産生する液性因子を、サイトカインアレイを用いて検索した。80余種のケモカイン、サイトカインのうち、6種の物質の産生増加が認められ、これらが毛乳頭細胞の毛包誘導能を維持する候補物質であると考えられた。また、ケラチノサイトからの液性刺激が毛乳頭細胞に与える遺伝子発現変化を、マイクロアレイにより網羅的に解析した。前述の毛乳頭細胞マーカーの一部はケラチノサイトの刺激により発現増強することがわかった。また、毛乳頭細胞に表皮ケラチノサイトの分泌する液性因子を添加すると、これら毛乳頭細胞マーカーが発現増強することがRT-PCRでも確認された。ケラチノサイトの液性因子をリコンビナント蛋白として毛乳頭細胞に与えると、一部は毛乳頭細胞に対して増殖を促し、また毛乳頭細胞マーカーの一部の発現を増強した。すなわち、生体における毛乳頭・ケラチノサイトの相互作用・シグナル伝達を担うと想定される物質の一部を特定することができた。本研究課題の目的は、これまでわれわれが経験してきた

3次元培養皮膚モデルを応用して、ヒト細胞を用いたin vitro毛包再生モデルを新たに開発し、特定の条件操作を加えて分析することにより、ヒト毛包再生にまつわる分子基盤・細胞間相互作用について研究することである。今年度、まずわれわれは毛包由来細胞のうちの2系統である毛乳頭細胞と角化細胞を混合培養することにより、毛包を3次元的に模倣した構造を作成することを試みた。細胞数、培養期間、培地、培養器について特定の条件のもとで培養するとこの擬似毛包は球体(スフィア)を形成した。このスフィアはin vitroにおいて顕微鏡下に経時的観察可能であり、in vivoへの移植も可能であった。このスフィアにおいて毛包誘導であるWnt10bが発現していることが示され、この発現を増強する因子の検索を行ったところ、特定の有望な候補物質を見出すことができた。このようなin vitro毛包再生モデルを開発することにより、従前のin vivoモデルでは不可能(または多大な労力が必要)であった、毛包再生にまつわる遺伝子・蛋白レベルの解析や、移植細胞の遊走・分化についての詳細な観察がさらに進展する見込みが得られた。