hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
水供給における腸管系ウイルス監視のためのウイルス粒子検出法開発及び感染リスク評価

その結果、環境水試料中から冬期に高頻度に検出される傾向が認められ、遺伝学的に多様なGIVノロウイルス株(新たに見出された遺伝クラスターを含む)が環境水中に存在することが明らかとなった。また、前年度に開発したアイチウイルスのReal-time RT-PCRを使用して下水および河川水中のアイチウイルスの挙動を定量的に解析するとともに、その遺伝的多様性を解析した。検出されたアイチウイルスのほとんどがGenotype Aに分類されたことから、今回調査対象とした地域では、主にGenotype Aに属するアイチウイルス株が年間を通じて流行していると考えられる。アイチウイルスは水試料から年間を通じて検出され、ノロウイルスやサポウイルスよりも水環境中に優占して存在していることが示唆された。本研究は、下水および河川水中におけるアイチウイルスの挙動を定量的に解析した初めての研究事例である。サポウイルスについても、国内で採取した下水試料中における存在状況、季節変動および遺伝的多様性を解析した。その検出率は冬期に高く、検出株の分子系統解析を実施したところ、今回検出された株は10種類の遺伝子型に分類された。本研究で得られた結果は、下水中におけるサポウイルスの存在状況、季節性、そして遺伝子型分布に関する新たな知見であり、冬期を中心として遺伝学的に多様なサポウイルスが日本のヒト集団と水環境の間を循環していることが明らかとなった。上記の結果を含むこれまでの「水中ウイルスの検出法開発およびリスク評価」に関する研究成果について、学術雑誌上に査読付き論文の形で発表している。今年度は、筆頭著者論文と共著論文とを合わせて計10報の査読付き論文が学術雑誌に掲載された。
次世代を見据えたCFDアルゴリズムの構築とその工学的応用

従来の直交格子法の問題点は、直交格子上で任意形状をどのように取り扱うかであった。そこで本年度の研究では、直交格子上で任意形状を再現できる計算手法の構築を行った。具体的には、流体解析を解析対象とする物体の壁面近傍とそれ以外の領域に分け、壁面近傍には計算格子点に対する自由度が高いGridlessタイプのソルバーを、それ以外の領域には従来の直交格子法の流体解析ソルバーを適用するカップリング計算手法の構築を行った。壁面近傍にGridless法を導入することにより任意形状に対する格子の取り扱いが容易になり、直交格子を用いたRANS計算が構造格子法や非構造格子法といった形状適合型の計算手法と同等の計算精度で行えるようになった。またGridless法に並列化や陰解法を適用することで、カップリング計算においても収束加速が得られることが可能となった。また従来の先行研究では空間精度が高々3次精度であり、風上差分を用いていたため数値粘性が大きく、騒音解析をする場合には空間および時間精度共に十分でなかった。そこで空間の離散化に6次精度コンパクト差分法および10次精度空間フィルターを導入し、Gridless法による壁面境界取り扱いと合わせることで高次精度計算手法を構築した。音響解析の検証計算では、数値解析解と理論解とが良好に一致することを確認でき、任意形状に対する音響解析ツールを構築できた。以上、本年度の研究成果によって、直交格子を用いた任意形状に対する効率的な計算手法が確立された。
虚血性心疾患における糖輸送担体の発現調節機構と遺伝子治療への応用に関する基礎研究

心筋におけるGlucose transporter(GLUT)の主なアイソフォームであるGLUT1およびGLUT4が、ともに虚血および低酸素状態において増加することが、本研究におけるin vivoおよびin vitro実験により示された。これは、障害心筋でのエネルギー産生代償機構と考えられる。GLUT1およびGLUT4の発現亢進の機序として、ラット培養心筋細胞を用いた検討から、mRNAレベルでのup regulationが重要であると考えられる。両GLUTmRNAの低酸素誘導性増加は、1)タンパク合成抑制剤であるcycloheximide前処置、2)protein kinase C阻害薬であるH7、あるいは3)細胞内Ca^<2+>([Ca^<2+>]_1)キレーターであるBAPTA-AM、などにより抑制されることから、低酸素下のde novo protein synthesis、protein kinase C活性亢進、[Ca^<2+>]_1上昇を介する機序によりもたらされるものと考えられた。1)冠動脈結紮により作成したラット急性心筋梗塞モデル心における糖担体(GLUT)1およびGLUT4の発現量および局在の変化について、抗ラットGLUT1抗体および抗ラットGLUT4抗体を用いて検討した。発症24時間後において、梗塞巣中心部ではGLUT1およびGLUT4ともに発現の増加を認めなかったが、梗塞巣周囲心筋組織においてGLUT1およびGLUT婉現量の増加を認めた2)低酸素曝露新生児ラット培養心筋細胞において、GLUT1およびGLUT4発現量の変化をNorthernblot法ならびにWesternblot法により定量的に検討した。その結果、GLUT1mRNA GLUt4mRNAともに発現量が経時的に増加し、GLUT1mRNAの変化が顕著であった。また、GLUT1mRNAに比較してGLUT4mRNAがより遅れて増加する傾向を認めた。低酸素12時間曝露後における心筋細胞膜分画GLUT1およびGLUT4タンパク量ともに増加し、各々のmRNAの変化とパラレルな傾向を示した。従って、GLUT1およびGLUT4遺伝子の低酸素誘導性発現亢進は、mRNAレベルでの調節機構によるものと考えられた。さらに、GLUT1mRNAおよびGLUT4mRNAの低酸素誘導性発現亢進はタンパク合成抑制剤であるcycloheximide前処置により抑制されることから、各々のmRNA増加はdenovoproteinsynthesisを介するものと考えられた。また、培養心筋細胞における糖取り込み能は経時的増加を示した。以上の結果から、虚血性心疾患におけるエネルギー代償機構として、GLUT1およびGLUT4遺伝子の発現亢進が重要であることが示唆された。両GLUTmRNAの低酸素誘導性増加は、1)タンパク合成抑制剤であるcycloheximide前処置、2)protein kinase C阻害薬であるH7、あるいは3)細胞内Ca^<2+>([Ca^<2+>]_I)キレーターであるBAPTA-AM、などにより抑制されることから、低酸素下のde novo protein synthesis、protein kinase C活性亢進、[Ca^<2+>]_I上昇を介する機序によりもたらされるものと考えられた。
蛾類昆虫における性分化制御技術の確立

カイコの性は遺伝的に決定され、性染色体の構成がZWであると雌に分化し、ZZであると雄に分化する。我々の共同研究グループは、性決定最上流遺伝子の最有力候補でありW染色体に座上するFem並びに、その標的遺伝子であるMascの同定に成功している。本年度は、昨年度に引き続き、Mascが高発現するSumi13-3系統を用いてMasc遺伝子の機能解析を行った。このSumi13-3系統のZW個体は、遺伝子型が雌であるにもかかわらず、雄決定に関わる遺伝子が発現する。カイコの成虫腹節は雌で第7腹節まで形成されるのに対して、雄では雄特異的な腹節である第8腹節が形成される。そこでSumi13ー3系統のZW雌成虫における外部形態を観察したところ、雄特異的腹節である第8腹節が形成されていた。また、昨年度に引き続き、Mascが高発現するSumi13-3系統のZW個体において形成された精子束を詳細に観察した。カイコでは、直接受精に関与する有核精子束と、有核精子の受精を補助する無核精子束の2種類の精子束が形成されることが知られており、Sumi13-3系統のZW個体において形成された精子束を観察したところ、ほぼ完全な無核精子束と、不完全な有核精子束が観察された。本研究成果は、昨年度報告した実施研究の成果と合わせることで、査読付き論文に受理された。また、本年度はFemの機能抑制が引き起こす雌生殖巣への影響も調査した。これまでの研究で、雌でFemを機能抑制することによって生殖器の性転換などに代表される形態的な変化が引き起こされるかどうかは報告されていなかった。そこでFemの機能抑制実験を行いカイコ1齢幼虫の生殖巣を観察した。その結果、Femをノックダウンした卵から孵化した幼虫の卵巣において、卵巣小管の数が減少し、残った卵巣小管が肥大化する形態異常が観察された。28年度が最終年度であるため、記入しない。カイコの性決定のマスター遺伝子であるFemの標的遺伝子としてMascが見つけられているがMascは雄分化のマスター遺伝子として機能することが推定されていたものの、推測の域を出なかった。本年度は農業生物資源研究所によって作出された、雌においてMascが高発現するSumi13-3系統の解析を行った。この系統のZW個体は、遺伝子型が雌であるにもかかわらず、雄決定に関わる遺伝子が発現することがわかった。Sumi13-3系統のZW個体における性的二型について形態的な異常の有無を調査した結果、供試した全ての5齢幼虫の卵巣において、卵巣小管端部に精巣に類似した組織が認められた。驚くべきことに、蛹期においてこの精巣類似の組織を解剖したところ、内部に精子束を含むことが確認された。次にSumi13ー3系統のZW雌成虫における外部生殖器を観察したところ、部分的な雄の外部生殖器の一部の形成が認められた。Mascが高発現するSumi13-3系統のZW個体において、複数の雄特異的な表現型が観察されたことからMascはカイコにおける雄化のマスター遺伝子であると推察できる。上記の実験と並行して、カイコの若齢期での雌雄差を調査するため、胚発生後期から、1齢幼虫までの卵巣及び精巣について形態学的・組織学的観察を行った。これらのステージにおける精巣と卵巣の切片標本の比較を行ったところ、精巣と卵巣は形態的に酷似した特徴を示すことが明らかとなった。これに対して生体解剖を行うことができた1齢期の幼虫において、精巣では紐体が体軸に対して内側の部位に接続する一方、卵巣では紐体が体軸に対して外側の位置に接続するという違いが観察された。つまり、紐体の形成並びに発生は胚子期の時点で既に明瞭な性的二型を呈しており、故に性決定シグナルの影響を受けやすい部位であると予想された。本研究は、査読付き雑誌に受理された。本年度は、カイコの性決定のマスター遺伝子であるFemの標的遺伝子であるMascの機能解析を行い、その結果、Mascの異所的発現が、ZW雌個体において精子形成を誘導することが明らかとなった。このことからカイコの性分化制御技術の確立に一歩近づき、Mascの機能解析は当初の研究計画以上の成果が得られたといえる。しかしながら、依然としてFemのノックダウンや過剰発現における形態形成への影響は明らかとできなかったことから、この点について次年度においても引き続き調査を行う。

また、昨年度に引き続き、Mascが高発現するSumi13-3系統のZW個体において形成された精子束を詳細に観察した。カイコでは、直接受精に関与する有核精子束と、有核精子の受精を補助する無核精子束の2種類の精子束が形成されることが知られており、Sumi13-3系統のZW個体において形成された精子束を観察したところ、ほぼ完全な無核精子束と、不完全な有核精子束が観察された。本研究成果は、昨年度報告した実施研究の成果と合わせることで、査読付き論文に受理された。また、本年度はFemの機能抑制が引き起こす雌生殖巣への影響も調査した。これまでの研究で、雌でFemを機能抑制することによって生殖器の性転換などに代表される形態的な変化が引き起こされるかどうかは報告されていなかった。そこでFemの機能抑制実験を行いカイコ1齢幼虫の生殖巣を観察した。その結果、Femをノックダウンした卵から孵化した幼虫の卵巣において、卵巣小管の数が減少し、残った卵巣小管が肥大化する形態異常が観察された。当初の研究計画では、これまでの研究によって得られた性決定マスター遺伝子であるFemに関してノックダウンを行い機能解析を行う予定であったが、本年度はその下流の遺伝子であるMascの機能解析を中心に行った。今後は、Femのノックダウンや過剰発現における形態形成への影響を引き続き調査する。28年度が最終年度であるため、記入しない。
通信社の情報活動と対外為替政策の展開

昨年度に引き続き、同盟通信社、国際通信社、新聞連合社の事業報告書類を比較検討した。大正期に関しては、「樺山愛輔関係文書」の国際通信社関連史料の分析から、通信社の経営が国際通信社創設(大正3年)当時から外国為替の影響を受けていたこと、また当初の同社支配人(ジョン・ラッセル・ケネディー)と、国際通信社社長や日本人従業員の間には、経営方針に相違があったことが明らかとなった。通信社の経営が外国為替変動の影響を受けることは、大正、昭和期を通じて恒常的な問題であったという成果を得た。昭和期については、本年度、『情報局関係資料』(柏書房)を購入し、昭和戦前期、戦中期の情報政策を検証した。通信社の発信情報の分析は、各国新聞類、国内新聞紙から収集、調査する必要があるが、その基礎資料として『情報局関係資料』の検討から、国内の新聞統制や新聞統合の実施状態、南方占領地域における新聞発刊、情報統制、さらに各国に対する宣伝の実態が明らかとなった。また、政策研究大学院大学COEオーラル・政策研究プロジェクトにおいて冊子化を担当した『八木正男(元駐インドネシア大使)オーラルヒストリー』からは、情報局総裁秘書官の実務や、戦後の共産圏における情報活動が示唆され、『斎藤彰(読売新聞・元アメリカ総局長)オーラルヒストリー』からは、特派員の情報収集方法の一端が示された。戦後の為替政策に関しては、戦後史料研究会に参加し「木内信胤関係文書」の理解を深めた。なお、昨年度(平成16年3月末)刊行された「「ナショナル・ニュース・エージェンシー」の設立論-岩永裕吉による通信社論の考察-」(『お茶の水女子大学人間文化論叢』6巻)は、メディア史研究会会員より、曖昧な位置付けしかなされていない「ナショナル・ニュース・エージェンシー」を定義づけるものとして評価を得た。本年度は「同盟通信社の海外情報網-特派員人事と外務省情報政策」(『メディア史研究』16号)が刊行された。本年度は、対外為替政策が通信社の経営に如何なる影響を及ぼしていたのかを明らかにするため、『同盟通信社関係資料』、『国際通信社・新聞連合社関係資料』(柏書房)を購入した。現在、政策研究大学院大学に寄託されている「樺山愛輔関係文書」と前記資料中の事業報告書を比較し、大正期、昭和戦前期における通信社の経営実態の分析を進めている。研究課題に掲げた通信社の情報活動については、国策通信社として設立された同盟通信社が第2次世界大戦勃発後、欧州、南米に如何に情報網を構築していたのかを、外務省外交史料館所蔵史料を主要史料に考察し、「戦時体制下の同盟通信社と情報網-南米・欧州情報網の構築と活動の実態-」(『メディア史研究』15号)、「同盟通信社の海外情報網-特派員人事と外務省情報政策」(『メディア史研究』16号)の研究成果を得た。なお、これらは平成15年9月のメディア史研究会において口頭発表を行った。また、昭和戦前期、満洲国通信社、同盟通信社設立の理論的支柱になった「ナショナル・ニュース・エージェンシー」という言葉に関して、岩永裕吉初代同盟社長が大正期から昭和初年に著した通信社論を比較検討した。これにより、従来の研究では曖昧な位置づけしかなされていなかった「ナショナル・ニュース・エージェンシー」の定義づけを行うことができた。この研究成果は、「「ナショナル・ニュース・エージェンシー」の設立論-岩永裕吉による通信社論の考察-」(『お茶の水女子大学大学院人間文化論叢』6巻)として発表した。
RBFネットワーク近似と大域的最適化法による統合最適設計支援システムの構築と実証

本研究では, RBFネットワークを用いた応答曲面法と大域的最適化法を組み合わせた最適設計支援システムに関する研究を行った.応答曲面近似に用いるRBFネットワークでは,近似精度に大きな影響を与えるパラメータについて,十分条件を導きだし,パラメータを決定する指針を与えた.RBFネットワークによる応答曲面近似と多点同時探索型手法の一つであるParticle Swarm Optimization(PSO)による応答曲面の最適解探索を組み合わせた統合的最適設計支援システムを開発した.本研究では, RBFネットワークを用いた応答曲面法と大域的最適化法を組み合わせた最適設計支援システムに関する研究を行った.応答曲面近似に用いるRBFネットワークでは,近似精度に大きな影響を与えるパラメータについて,十分条件を導きだし,パラメータを決定する指針を与えた.RBFネットワークによる応答曲面近似と多点同時探索型手法の一つであるParticle Swarm Optimization(PSO)による応答曲面の最適解探索を組み合わせた統合的最適設計支援システムを開発した.本研究では,応答曲面法と大域的最適化法を組み合わせた実務レベルの設計を視野に入れた統合的最適設計支援システムの構築を行っている.具体的には,応答曲面構築に非線形性の弱い関数から強い関数まで,高範囲にわたり良好な近似が可能とされているRBFネットワークを用いている.RBFネットワークを用いた応答曲面構築においては,RBFネットワーク内に含まれるパラメータ(半径式)の検討を行い,応答曲面の精度が向上するような半径式を提案した.良好な応答曲面近似を得るための条件として,以下の条件を満足することが重要であることが判明した.(1)設計変数の数,すなわち次元を考慮できること,(2)サンプル点の数を考慮できること,(3)サンプル点間の距離を考慮できること,(4)サンプル点数の増加に伴い,次元の大きさに依存せず,ある同じ値に収束すること.上記4項目を考慮した新たな半径式を提案し,その有効性を,数値計算例を通じて確認した.また,従来の応答曲面法を用いた最適設計法では,制約条件の取り扱いがあいまいにされており,その取扱いについて検討を行った.具体的には,RBFネットワークの出力に目的関数値と制約条件値を同時に考慮したネットワーク出力関数と称する関数を新たに提案し,その有効性を検討した.ネットワーク出力関数とは,サンプル点の実行可能性の有無を判別するパラメータが導入されており,さらにすべての制約条件を満足したサンプル点に対しては目的関数値を出力させ,一方で制約条件を満足しないサンプル点に対しては制約条件の違反量を反映させるという特徴を有した関数である.これらの研究成果は,日本機械学会論文集に掲載されている.本研究では,応答曲面法と大域的最適化法を組み合わせた実務レベルの設計を視野に入れた統合的最適設計支援システムの構築を行っている.具体的には,応答曲面構築に非線形性の弱い関数から強い関数まで,高範囲にわたり良好な近似が可能とされているRBFネットワークを用いている.RBFネットワークを用いた応答曲面構築においては, RBFネットワーク内に含まれるパラメータ(半径式)の検討を行い,応答曲面の精度が向上するような半径式を提案した.良好な応答曲面近似を得るための条件として,以下の条件を満足することが重要であることが判明した.(1)設計変数の数,すなわち次元を考慮できること,(2)サンプル点の数を考慮できること,(3)サンプル点間の距離を考慮できること,(4)サンプル点数の増加に伴い,次元の大きさに依存せず,ある同じ値に収束すること.上記4項目を考慮した新たな半径式を提案し,その有効性を,数値計算例を通じて確認した.また,上記4つの十分条件を満足させるための適応的スケーリング法を開発した.さらに従来の最適設計では単一目的の設計問題を対象としていたが,近年の多目的最適設計に対するニーズの高さに応えるため,新たにトレードオフ分析法を開発し,同時に,進化的計算法の一つであるParticle Swarm Optimization(PSO)を多目的最適化問題へ拡張し,数値計算を通じ,その有効性を検討した.これら一連の研究成果は,実務レベルの設計に十分適用できる研究であり,研究成果として,日本機械学会論文集および電気学会論文誌に掲載されている.
光受容タンパク質パラピノプシンを起点とする松果体及び副松果体の光受容機能の解析

ゼブラフィッシュ松果体と副松果体に存在する紫外光受容型パラピノプシンPP1が関わる多様な光受容機能を理解するために、以下の解析を行った。1、ゼブラフィッシュ松果体において、PP1がどのような生理機能を担うのかを明らかにすることを目指し、本年度は、様々な光条件下でのゼブラフィッシュの遊泳行動解析を行うために、LED照射装置を用いて水槽全体にUV光照射する装置を設計し、その作製を完了した。2、ゼブラフィッシュ副松果体におけるPP1発現細胞の特徴や機能についての知見を得るために、形態学的手法を中心とした解析を試みた。・副松果体にどのような種類の光受容タンパク質が発現するのかを明らかにするために、松果体での発現が主に知られているPP2(可視光受容型パラピノプシン)、エクソロドプシン、赤錐体オプシンなどの光受容タンパク質について、免疫組織化学的に局在を調べた。その結果、副松果体での光受容タンパク質の発現パターンは松果体とは異なることが明らかになった。・副松果体のPP1発現細胞が関わる機能を推定するために、まず、松果体の主な生理機能のひとつであるメラトニン合成・分泌に関わるかどうかを調べた。具体的には、メラトニンの前駆物質であるセロトニンの免疫組織化学的局在を検討した結果、副松果体では、セロトニンの免疫反応は観察されず、メラトニン合成・分泌に関わらない可能性が推測された。また、副松果体の関与が示唆される機能として、発生初期段階における脳の左右非対称形成にも着目し、それらに対するPP1によるUV光受容の影響を調べることを目指した。その準備段階として、副松果体が影響を及ぼすと考えられる脳領域(手綱核)の非対称性を示す組織学的解析に着手した。具体的には、LD条件下で飼育した野生型稚魚を用いて、左手綱核に多く発現するlovの発現パターンをin situ hybridizationで確認した。今回、ゼブラフィッシュの松果体と副松果体では、光受容タンパク質の発現パターンが異なるという結果が得られた。この結果は、副松果体が、単なる松果体の相同器官ではなく、松果体とは別の機能を担う可能性を推測させた。よって、ゼブラフィッシュ副松果体において、PP1発現細胞が担う機能を解析することは、本研究課題である「副松果体に存在するPP1が担う機能の解析」にとどまらず、ゼブラフィッシュ副松果体の光受容が担う役割を明らかにすることに繋がり、非常に重要な知見であると考えられた。そこで、研究はおおむね順調に進展していると考えている。ゼブラフィッシュの遊泳行動解析のための光刺激装置の作製を終了したので、次年度以降は、これらの装置を用いて、松果体のPP1が担う生理機能を調べるための行動解析に着手する。また、副松果体PP1が脳の左右非対称性の形成に関与するのかを調べるために、本年度予備的実験として行ったin situ hybridizationの結果を踏まえて、発生初期段階における飼育光条件をコントロールしたゼブラフィッシュ胚を用いるなど、さらなる解析を行う。松果体神経性光応答がもたらす生理機能の全容を明らかにするために、明暗検出に関わると考えられるエクソロドプシン発現細胞の神経経路を標識するTgゼブラフィッシュの作製を行う。松果体には色を検出するメカニズムが存在し、松果体の色検出応答に関わるUV光受容タンパク質としてパラピノプシンを同定した。これまでに、遺伝子導入ゼブラフィッシュを用いた解析から、松果体の色情報が間脳の手綱核に投射することを見いだした。また、神経構造の形成への関与が示唆される副松果体にもパラピノプシンが発現しており、パラピノプシンが色検出以外にも関わる可能性を見いだした。今年度は、最近発表された脳の透明化技術CUBICなどを利用し、松果体および副松果体におけるパラピノプシン発現細胞の形態について、詳細な組織学的解析を行った。具体的には、パラピノプシン発現細胞に蛍光タンパク質GFPを発現させた遺伝子導入ゼブラフィッシュを用いて、松果体と副松果体のパラピノプシン発現細胞の形態的特徴を比較した。松果体では、発達した外節構造を持ち、神経終末が松果体内でのみ観察された。これまでの研究から、松果体のパラピノプシン発現細胞の光情報は、神経節細胞を介して、脳へと伝達されることが示唆されており、その結果とも一致した。一方で、副松果体のパラピノプシン発現細胞は、松果体で見られたような発達した外節様の構造は持たず、細胞膜に沿ってのみパラピノプシンの免疫反応が観察され、長い神経終末の末端部が左手綱核にまで伸長していた。すなわち、松果体と副松果体では、パラピノプシン発現細胞の入力部と出力部の形態が共に全く異なっていることを示しており、このことからも異なる機能の制御に関わると推測された。

・副松果体にどのような種類の光受容タンパク質が発現するのかを明らかにするために、松果体での発現が主に知られているPP2(可視光受容型パラピノプシン)、エクソロドプシン、赤錐体オプシンなどの光受容タンパク質について、免疫組織化学的に局在を調べた。その結果、副松果体での光受容タンパク質の発現パターンは松果体とは異なることが明らかになった。・副松果体のPP1発現細胞が関わる機能を推定するために、まず、松果体の主な生理機能のひとつであるメラトニン合成・分泌に関わるかどうかを調べた。具体的には、メラトニンの前駆物質であるセロトニンの免疫組織化学的局在を検討した結果、副松果体では、セロトニンの免疫反応は観察されず、メラトニン合成・分泌に関わらない可能性が推測された。また、副松果体の関与が示唆される機能として、発生初期段階における脳の左右非対称形成にも着目し、それらに対するPP1によるUV光受容の影響を調べることを目指した。その準備段階として、副松果体が影響を及ぼすと考えられる脳領域(手綱核)の非対称性を示す組織学的解析に着手した。具体的には、LD条件下で飼育した野生型稚魚を用いて、左手綱核に多く発現するlovの発現パターンをin situ hybridizationで確認した。今回、ゼブラフィッシュの松果体と副松果体では、光受容タンパク質の発現パターンが異なるという結果が得られた。この結果は、副松果体が、単なる松果体の相同器官ではなく、松果体とは別の機能を担う可能性を推測させた。よって、ゼブラフィッシュ副松果体において、PP1発現細胞が担う機能を解析することは、本研究課題である「副松果体に存在するPP1が担う機能の解析」にとどまらず、ゼブラフィッシュ副松果体の光受容が担う役割を明らかにすることに繋がり、非常に重要な知見であると考えられた。そこで、研究はおおむね順調に進展していると考えている。今回得られた結果から、松果体と副松果体では、パラピノプシン発現細胞は光受容の効率に違いがある可能性が考えられた。このことは、松果体と副松果体のパラピノプシン発現細胞が担う機能の違いを考える上で、非常に重要な知見であると考えられ、研究はおおむね順調に進展している。ゼブラフィッシュの遊泳行動解析のための光刺激装置の作製を終了したので、次年度以降は、これらの装置を用いて、松果体のPP1が担う生理機能を調べるための行動解析に着手する。また、副松果体PP1が脳の左右非対称性の形成に関与するのかを調べるために、本年度予備的実験として行ったin situ hybridizationの結果を踏まえて、発生初期段階における飼育光条件をコントロールしたゼブラフィッシュ胚を用いるなど、さらなる解析を行う。松果体神経性光応答がもたらす生理機能の全容を明らかにするために、明暗検出に関わると考えられるエクソロドプシン発現細胞の神経経路を標識するTgゼブラフィッシュの作製を行う。松果体の明暗応答を支える光受容タンパク質と考えられるエクソロドプシンを発現する松果体可視光受容細胞の神経投射についても解析し、パラピノプシン発現細胞の神経回路と比較することを目指し、エクソロドプシン発現細胞に経シナプス性トレーサーWGAを特異的に発現する遺伝子導入ゼブラフィッシュの作製を継続して進める。
眼の悪性腫瘍に対する集学的治療に関する基礎的研究

平成7年度は悪性腫瘍に対する集学的治療のうち、とくに電撃化学療法について基礎的な実験を行った。平成8年度は培養悪性黒色腫細胞をマウスの眼瞼に移植し、皮下に大きな黒色腫の腫瘤を形成させ、電気穿孔器で腫瘍に電撃を加え、各種の抗悪性腫瘍薬を用いて電撃化学療法を行った。各種の抗悪性腫瘍薬を用いて実験を行い、マイトマイシンCや5フルオロウラシルなどは腫瘍細胞への直接浸潤効果が大きく、電撃穿孔器の効果は大きくなかったが、ブレオマイシンは細胞膜を通過しにくいためか、電気穿孔器での効果が大きかった。平成9年度は電撃化学療法にはブレオマイシンを使用するのが有利であることを利用し、それを眼内腫瘍に応用すべく実験を行った。培養悪性黒色腫細胞と網膜芽細胞腫の樹立培養株Y79細胞を網膜下に移植した。実験動物としてラットと家兎を用いたが、ラットでは眼球の大きさのために判定が困難であった。家兎の網膜下への腫瘍細胞の移植は可能であったが、網膜剥離が起こったり、移植細胞の発育速度が一定でなく、電撃化学療法の効果判定は困難であったが、ある程度の大きさの移植腫瘍には有効と思われた。また、このブレオマイシンを用いた電撃化学療法は増殖細胞に有効であることが判明したので、緑内障での濾過手術に応用した。この手術では術後の線維芽細胞の増殖が手術の失敗につながっているので、電撃化学療法を応用し、線維芽細胞の増殖を抑制するのに成功し、臨床応用への道が開けた。光線力学療法に関しては、この療法中の角膜への悪影響が考えられるので、角膜を上皮細胞、実質細胞、内皮細胞に分けて培養し、その培養にまず成功した。それぞれの細胞に対する影響は内皮細胞が一番強いようであった。またヘマトポルフィリン以外の光感受性物質としてATX-S10やボロンポルフィリンなども考慮中である。平成7年度は悪性腫瘍に対する集学的治療のうち、とくに電撃化学療法について集中的に実験を行った。まず、悪性黒色腫細胞B16F10を大量に培養する系を確立した。この細胞をC57BLマウスの眼瞼に移植したところ、皮下に大きな腫瘤を形成するまでに黒色腫は発育した。そこで眼瞼腫瘤を切除して病理組織学的検査を行ったところ分裂細胞を多数認めた。次に遺伝子組み替えに用いられている電気穿孔器BTXモデルT820とオプティマイザーを用いて、腫瘍に1,000Volt/cmの電撃を加えた。これによって腫瘍の縮小はほとんどみられなかった。そこで抗悪性腫瘍薬であるブレオマイシン10μgを電撃30分前にマウスの尾静脈から注入した。1Hzで8回の電撃を加え、その後、2日毎に腫瘍径を測定した。腫瘍は順調に縮小していった。ブレオマイシン単独投与群では腫瘍の縮小はほとんど認められなかった。組織学的にも腫瘍の壊死を確認した。この作用機序を解明するために、電気穿孔器で細胞膜に孔が作製された状態を形態学的に確認しようと冷凍割断法を用いて観察したが、現在のところ成功していない。光線力学的療法に関しては角膜に対する影響をみるために角膜の上皮細胞、実質細胞、内皮細胞を別々に培養し、ヘマトポルフィリン誘導体を作用させた後、光照射し、上記の3細胞のうち、どの細胞に最も影響が大きかったかを検討している。

平成8年度は大量に培養した悪性黒色腫細胞B16F10をC57BLマウスの眼瞼に移植し、皮下に大きな黒色腫の腫瘤を形成させ、遺伝子組み替えに用いられている電気穿孔器BTXモデルT820とオプティマイザーを使用して、腫瘍に1,000Volt/cmの電撃を加える実験を継続した。この実験系を用いてコントロール実験から始め、各種の抗悪性腫瘍薬を用いて電撃化学療法を行った。マイトマイシンCや5フルオロウラシルなどは腫瘍細胞に対して直接浸潤効果が大きいためか、電撃穿孔器の効果はそれ程強くはなかったが、ブレオマイシンを使用すると電撃穿孔器の効果が大きかった。これはブレオマイシンが細胞膜を通過しにくいために、電気穿孔器で細胞膜に穴があくことにより、薬の細胞内移行が良好になるためと考えた。したがって、ブレオマイシンを電撃化学療法に用いると、薬の量が通常より少量でよいということが考えられる。この結果は後記する論文として発表している。次に眼内腫瘍にも応用すべく網膜下に悪性腫瘍細胞の移植を試みている。光線力学療法に関しては角膜、水晶体への悪影響が最も考えられるので角膜上皮細胞、実質細胞、内皮細胞を培養し、それに対してヘマトポルフィリン誘導体を作用させて実験を行った。それによると細胞内小器官のうちミトコンドリアへの影響がまず最初にあらわれた。今後はヘマトポルフィリン以外の光感受性物質の検討も行い、より良い光感受性物質の発見につとめる予定である。平成7年度は悪性腫瘍に対する集学的治療のうち、とくに電撃化学療法について基礎的な実験を行った。平成8年度は培養悪性黒色腫細胞をマウスの眼瞼に移植し、皮下に大きな黒色腫の腫瘤を形成させ、電気穿孔器で腫瘍に電撃を加え、各種の抗悪性腫瘍薬を用いて電撃化学療法を行った。各種の抗悪性腫瘍薬を用いて実験を行い、マイトマイシンCや5フルオロウラシルなどは腫瘍細胞への直接浸潤効果が大きく、電撃穿孔器の効果は大きくなかったが、ブレオマイシンは細胞膜を通過しにくいためか、電気穿孔器での効果が大きかった。平成9年度は電撃化学療法にはブレオマイシンを使用するのが有利であることを利用し、それを眼内腫瘍に応用すべく実験を行った。培養悪性黒色腫細胞と網膜芽細胞腫の樹立培養株Y79細胞を網膜下に移植した。実験動物としてラットと家兎を用いたが、ラットでは眼球の大きさのために判定が困難であった。家兎の網膜下への腫瘍細胞の移植は可能であったが、網膜剥離が起こったり、移植細胞の発育速度が一定でなく、電撃化学療法の効果判定は困難であったが、ある程度の大きさの移植腫瘍には有効と思われた。また、このブレオマイシンを用いた電撃化学療法は増殖細胞に有効であることが判明したので、緑内障での濾過手術に応用した。この手術では術後の線維芽細胞の増殖が手術の失敗につながっているので、電撃化学療法を応用し、線維芽細胞の増殖を抑制するのに成功し、臨床応用への道が開けた。光線力学療法に関しては、この療法中の角膜への悪影響が考えられるので、角膜を上皮細胞、実質細胞、内皮細胞に分けて培養し、その培養にまず成功した。それぞれの細胞に対する影響は内皮細胞が一番強いようであった。またヘマトポルフィリン以外の光感受性物質としてATX-S10やボロンポルフィリンなども考慮中である。
非アロフェン質黒ボク土の分布と酸性障害発現機構の解明に関する研究

近年国際的に認知された非アロフェン質黒ボク土は強酸的性格を有し農業上取扱が極めて重要である。本研究では非アロフェン質黒ボク土の酸性障害発現機構とその東北地方に於ける分布状況を検討した。1)黒ボク土を非晶質成分により、アロフェン質黒ボク土と非アロフェン質黒ボク土に区分し25cm毎の諸性質を検討した。その結果、両黒ボク土は礬土性や腐植の著しい集積など多くの共通した性質を示す反面、土壌酸性においては、アロフェン質黒ボク土が弱酸的、非アロフェン質黒ボク土が強酸的と著しい違しが存在することを明らかにした。2)黒ボク土の酸性障害を詳細に検討した結果、その原因はAl^<3+>の過剰害で、土壌診断法としては土壌溶液Al^<3+>濃度より、交換酸度ylやKCl抽定Al,Al飽和度の方が有効であった。特に測定が容易な交換酸度ylは極めて実用的な方法であった。黒ボク土の国際分類(ICOMAND)で用いられるAlの過剰害が問題である黒ボク土(Alic,KClーAl>2me/100g)は、交換酸度y1>6以上、(強酸性)に相当した。3)精密圃場試場により、黒ボク土下層の酸性状態と作物の生育を検討した結果、オオムギ(冬作物)、ソルガム(夏作物)とも、強酸性の非アロフェン質黒ボク土で作物根の下層土への伸長が著しく抑制され、アロフェン質黒ボク土に比べて生育収量や窒素吸収量が著しく低下した。4)東北各県の代表的黒ボク土(環境基礎調査の定点土壌、245地点、393試料)を非晶質成分によりアロフェン質と非アロフェン質に区分した。この結果と開拓地生産力阻害要因図の強酸性黒ボク土の分布状況、降下火山灰分布図、気象条件などを考慮して、両黒ボク土の東北における分布図を作成した。その結果、非アロフェン質黒ボク土は、日本海側や高標高地の多雨地域に、アロフェン質黒ボク土は、寡雨地帯な有色ガラスあるいは軽石を母材とする地域に主として分布する事が明らかとなた。東北地の主要な黒ボク土を調査採取し、土壌酸性の実態を明かにした。当地域には、非アロフェン(非Allo.)質黒ボク土(北上、川渡、沼沢など)とアロフェン(Allo.)質黒ボク土(十和田、岩手、蔵王など)が存在し、前者はpH(H20)が4.9-5.3、交換酸度VIが17-26であり、後者はpH(H20)が5.6-5.9、VIが2以下と両者には著しい違いがみられた。従来の研究成果を活用するために.

VI(V)とKCI-AI(X)の関係を検討したところ、両者にはV=3.27X-0.53(r=970・・・,n=177)という極めて密接な関係が認められ、国際分類で用いられるalic(KCI-AI>2me)な黒ボク土は我国の強酸性(VI>6)黒ボク土にほぼ一致する事が明らかとなった。そこで、既存の開拓地土壌調査報告書より東北地域のVI>6以上の黒ボク土を抽出し、Alic Udand或いは非Allo.質黒ボク土の分布状況を明らかにした。また石灰中和されている耕地土壌については、Acid oxalate可溶Al(Alo),Si(Sio)或はPyrophosphate可溶Al(Alo)から非Allo.質黒ボク土の抽出を試みた。その結果、Alp/Alo>0.5,Sio<0.5%以下の土壌の大半がAlic Udand或いは非Allo.質黒ボク土に該当する事が明かとなった。なお、東北各県の農業試験場より環境保全基本調査で採取した試料を分与して戴き、黒ボク耕地土壌のコロイド組成を明らかにすると共に、非Allo.質黒ボク土の分布状況や分布面積を検討中である。黒ボク土を腐植或はAllo.の有無によって4つに区分し、腐植・Allo.質(岩手)、Allo.質(蔵王)、腐植・非Allo.質(川渡)、非Allo.(色麻)土壌を採取し、当農場内に縦10m、横5m、深さ1mの精密圃場を作製した。また、Ugolini式テンションライシメ-タを自作し、大麦栽培中の精密圃場に埋設し、土壌溶液中のAl,NO_3の変化を経時的に追跡中である。本年度は東北各県より、環境基礎調査の定点土壌(245地点、393試料)を分与戴き東北地方の黒ボク土の類型区分と非晶質成分の特性を検討した。非アロフェン質黒ボク土の区分は基本的には未耕地黒ボク土と同様にパイロフオスフェイト可溶Alに対する酸性蓚酸塩可溶Alの比(Alp/Alo)>0.5を用いた。しかし我国の黒ボク土の分類では、非腐植質非アロフェン質黒ボク土も含まれるのでAlp/Alo<0.5でSio<0.5%の試料についてはAlp値の補正や粘土含量も考慮して区分した。この区分結果と開拓地生産力阻害要因図、火山灰分布図、気象要因などを考慮し東北地方におけるアロフェン質黒ボク土と非アロフェン質黒ボク土の分布図を作成した。これによると、非アロフェン質黒ボク土の分布割合は、降雨量と大きく関係し、太平洋側より日本海側で、また低地より高標高地で高い。これに対して、アロフェン質黒ボク土は降雨量の少ない青森県南東部や有色ガラスに富む(岩手山、蔵王山)あるいは、軽石質の(那須、安達太良山)火山灰地帯に分布する。また、存在したアロフェンはAl/Si比約2のAlに富む物であった。黒ボク土の植物有害Alについてゴボウを用いて検討したところ、ゴボウ根の伸長は、土壌溶液Alより土壌に吸着された交換性Alと密接に関係していた。従って、黒ボク土のAlの過剰害の土壌診断法としては交換酸度y1が簡便かつ有効であった。精密圃場によるオオムギ(冬作)の栽培試験から、黒ボク土における下層土の重要性が指摘された。すなわち、強酸性下層土の非アロフェン質黒ボク土ではオオムギ根の下層土への伸長が阻害され、オオムギの生育収量・窒素吸収量がアロフェン質黒ボク土より著しく低下した。また、夏作においても、非アロフェン質黒ボク土のソルガムでは、生育収量・窒素吸収量とともに水分吸収量が阻害された。
巡回コホモロジー群による指数定理の一般化の研究

本研究では、Connesによる非可換微分幾何の枠組に基いてAtiyah-Singerの指数定理を捉え直すことを目的とした。特に、葉層束に関して二次特性類が関与する巡回コサイクルを構成すること、およびこのような巡回コサイクルとK-群の元との対合を考察しAtiyah-Singerの指数定理の一般化を導くことに研究の重点をおき、さらに主要な実例に現れるこのような巡回コサイクルに関して、無限次元の等質空間の不変微分型式(例えば1次元球面の微分同相群の等質空間あるいは無限次元グラスマン多様体上のシンプレクティック型式)との関連性を考察した。またK-群や巡回コホモロジー理論とSpectral flowやEta-invariantといった解析的二次不変量と二次特性類が関与する精密化された指数定理に関する考察もおこなった。本年度における具体的な結果としては、S^1の場合についての主要な二次特性類であるGodbillon-Vey類に対するAtiyah-Singerの指数定理の一般化(これはProceedings of“Geometric Study of Foliation"(1994)に掲載された昨年度の研究結果と前後して密接に関連する)が得られた。これは閉曲面上の葉層S^1束に対するGodbillon-Vey数が、非可換微分幾何における「曲率」と考えられることを示しており、本研究の目的に照らして満足すべきものと思われる。この結果はPacific Jurnal誌に掲載予定である。
骨置換可能な多孔性炭酸含有アパタイトによる組織工学の確立

生体内での吸収に有利にはたらくと考え,非焼結で炭酸含有アパタイト(CA)多孔体ブロックの作製を試みた.作製した試料にX線回折,FT-IR検査,μCT検査を行い、気孔率約56%のCA多孔体であることを確認した.作製した試料をscaffoldに用い,ラット骨髄細胞を2週間培養後,ラット背部皮下に移植した.埋入後24週間で骨形成を認め,作製した非焼結CA多孔体ブロックが骨形成の足場として有用性であることが示唆された.TRAP染色にて破骨細胞による試料の吸収を観察したところ,TRAP陽性反応は主に骨が形成された部位であった.骨形成から離れた部位では,埋入8週後の標本の一部で確認された.本課題の初年度である平成23年度は「実験1高気孔率多孔体骨補填材の作成」を、Step 1「炭酸含有アパタイトの合成」、Step 2「炭酸含有アパタイト高気孔率多孔体の作成」の順に行った。Step 1では、焼結材料としての炭酸含有アパタイトを湿式合成する予定であったが、非焼結の手法で多孔体を作製すべく、新たに炭酸含有アパタイトの前駆物質である第二リン酸カルシウム二水塩に着目してその炭酸含有アパタイトへの相移行について検討し、焼結操作に伴う吸収性の低下を招くことなく、組織内吸収性を高める試みを行った。Step 2では、当初、炭酸含有アパタイトを高分子ポリマーと撹拌・焼結して高気孔率多孔体を作成する予定であったが、作成困難であることが予想されたため、新たな手法を模索した。そして、第二リン酸カルシウム二水塩の粉末とsucrose顆粒を混合し、加圧して圧粉体とし、60°Cの1M炭酸水素ナトリウム溶液に24時間浸漬し、糖の溶出と前駆物質の炭酸含有アパタイトへの転移を行い、炭酸含有アパタイト多孔体を試作することに成功した。なお、作成試料の性状を検索するのに必要な画像解析ソフトWinROOF(三谷商事)と同ソフトを起動させるWindows PCを購入し、画像解析を行える態勢を整えた。本課題の2年目である平成24年度はStep2「炭酸含有アパタイト高気孔率多孔体の作成」の試作に続き、非焼結炭酸含有アパタイト多孔体を量産する予定であったが、試料の強度が十分でないことが判明したため、試作をくり返し行った。また、試作した多孔体のブロックをマイクロCTにかけて内部の構造と立体構造を調べた。その結果、連続性の気孔が確認された。本課題の初年度である平成23年度は「実験1高気孔率多孔体骨補填材の作成」を、Step1「炭酸含有アパタイトの合成」、Step2「炭酸含有アパタイト高気孔率多孔体の作成」の順に行った。Step 1では、焼結材料としての炭酸含有アパタイトを湿式合成する予定であったが、非焼結の手法で多孔体を作製すべく、新たに炭酸含有アパタイトの前駆物質である第二リン酸カルシウム二水塩に着目してその炭酸含有アパタイトへの相移行について検討し、焼結操作に伴う吸収性の低下を招くことなく、組織内吸収性を高める試みを行い、Step 2「多孔体の作製」では、新たな手法を模索し、炭酸含有アパタイト多孔体を試作することに成功した。また、試作した多孔体のブロックをマイクロCTにかけて内部の構造と立体構造を調べ、気孔の連続性を確認した。本課題の3年目である平成25年度は「実験3 In vivoにおける骨補填材・骨髄培養細胞ハイブリッド体の骨形成能の検索」を開始した。Step 3ラット(雄性7週齢)から大腿骨を摘出、骨髄細胞を採取し、Step 5高気孔率骨補填材多孔体ブロックと骨髄細胞ハイブリッド体を作成しMEM(10 -8Mデキサメタゾン添加)にて培養し、Step 8ラット背部皮下にハイブリッド体を埋入した。なお、本課題は期間延長申請・承認され、平成26年度も研究を継続する。生体内での吸収に有利にはたらくと考え,非焼結で炭酸含有アパタイト(CA)多孔体ブロックの作製を試みた.作製した試料にX線回折,FT-IR検査,μCT検査を行い、気孔率約56%のCA多孔体であることを確認した.作製した試料をscaffoldに用い,ラット骨髄細胞を2週間培養後,ラット背部皮下に移植した.埋入後24週間で骨形成を認め,作製した非焼結CA多孔体ブロックが骨形成の足場として有用性であることが示唆された.TRAP染色にて破骨細胞による試料の吸収を観察したところ,TRAP陽性反応は主に骨が形成された部位であった.骨形成から離れた部位では,埋入8週後の標本の一部で確認された.本研究の目的は、われわれが研究してきた炭酸含有アパタイトを用い、生体内での組織内吸収を高めるために気孔率を高めたブロックを作成し、そのブロック内部で骨髄幹細胞を培養後、動物に移植して骨形成させる手法を確立することである。本課題の初年度である平成23年度は「実験1高気孔率多孔体骨補填材の作成」を、Step1「炭酸含有アパタイトの合成」、Step2「炭酸含有アパタイト高気孔率

多孔体の作成」の順に行った。Step 1「炭酸含有アパタイトの合成」では、焼結材料としての炭酸含有アパタイトを湿式合成する予定であったが、非焼結の手法で多孔体を作製すべく、新たに炭酸含有アパタイトの前駆物質である第二リン酸カルシウム二水塩に着目してその炭酸含有アパタイトへの相移行について検討し、焼結操作に伴う吸収性の低下を招くことなく、組織内吸収性を高める試みを行った。Step 2「炭酸含有アパタイト高気孔率多孔体の作成」では、当初、炭酸含有アパタイトを高分子ポリマーと撹拌・焼結して高気孔率多孔体を作成する予定であったが、作成困難であることが予想されたため、新たな手法を模索した。そして、第二リン酸カルシウム二水塩の粉末とsucrose顆粒を混合し、加圧して圧粉体とし、60°Cの1M炭酸水素ナトリウム溶液に24時間浸漬し、糖の溶出と前駆物質の炭酸含有アパタイトへの転移を行い、炭酸含有アパタイト多孔体を試作することに成功した。なお、作成試料の性状を検索するのに必要な画像解析ソフトWinROOF(三谷商事)と同ソフトを起動させるWindows PCを購入し、画像解析を行える態勢を整えた。本課題の初年度である平成23年度は「実験1高気孔率多孔体骨補填材の作成」を、Step1「炭酸含有アパタイトの合成」、Step2「炭酸含有アパタイト高気孔率多孔体の作成」の順に行った。Step 1では、焼結材料としての炭酸含有アパタイトを湿式合成する予定であったが、非焼結の手法で多孔体を作製すべく、新たに炭酸含有アパタイトの前駆物質である第二リン酸カルシウム二水塩に着目してその炭酸含有アパタイトへの相移行について検討し、焼結操作に伴う吸収性の低下を招くことなく、組織内吸収性を高める試みを行い、Step 2「多孔体の作製」では、新たな手法を模索し、炭酸含有アパタイト多孔体を試作することに成功した。本課題の2年目である平成24年度はStep2「炭酸含有アパタイト高気孔率多孔体の作成」の試作に続き、非焼結炭酸含有アパタイト多孔体を量産する予定であったが、試料の強度が十分でないことが判明したため、試作をくり返し行った。また、試作した多孔体のブロックをマイクロCTにかけて内部の構造と立体構造を調べ、気孔の連続性を確認した。本課題の3年目である平成25年度は「実験3 In vivoにおける骨補填材・骨髄培養細胞ハイブリッド体の骨形成能の検索」を開始した。Step 3ラット(雄性7週齢)から大腿骨を摘出、骨髄細胞を採取し、Step 5高気孔率骨補填材多孔体ブロックと骨髄細胞ハイブリッド体を作成しMEM(10 -8Mデキサメタゾン添加)にて培養し、Step 8ラット背部皮下にハイブリッド体を埋入した。期間延長申請・承認された本課題の4年目である平成26年度はStep 9、10「埋入したハイブリッド体の摘出と組織学的観察」を行った。骨形成の確認と炭酸含有アパタイトの吸収状態を確認し、成果の一部を平成26年度(社)日本歯科理工学会中部地方会夏期セミナー(会場:岐阜市)にて発表した。口腔外科学「研究実績の概要」に記載した通り、計画調書のスケジュールに従って研究を遂行しているが、実験2「in vitroにおける骨補填材・骨髄培養細胞ハイブリッド体の作製」が遂行できていない。「研究実績の概要」に記載した通り、計画調書のスケジュールに従って研究を遂行し、「実験3 In vivoにおける骨補填材・骨髄培養細胞ハイブリッド体の骨形成能の検索」のを開始したが、完了していない。現在、Step 8ラット背部
ロバストな非線形制御系の設計とロボット多リンク機構制御への応用

現在の制御工学において線形制御理論は完成の域に達しているが。非線形の分野の開発が著しく遅れている。現実の制御系はほとんどが非線形系である。たとえば、代替エネルギ-の有力な方法として注目されているトカマク型核融合炉の制御、ロボットに代表されるメカトロニクスの分野の制御、マ-ガリン製造の場合の水素添加化学プラントなど例を挙げれば、無数にある。従来これらの系に対する制御方式は動作点の周りで線形化し、PID制御方式を使うか、最適レギュレ-タまたは線形極配置法による安定化制御が主に使われていた。しかし動作条件や初期値が変われば制御則を設計し直さなければならないため、制御系としての機能が十分に発揮されていない。本研究では一般的な非線形系に対するモデル追従形制御系の設計を開発し、システムのパラメ-タに誤差がある場合でも、出力誤差がゼロに収束し、内部状態がスべて有界になるロバスト条件を求めた。これらの手法をロボットマニピュレ-タの制御に適応し、有効な結果を得ることができた、ロボットの状態方程式はラグランジュ誇によって一般的に求められるわけであるが、求心力、コリンリ力を含む複雑な非線形系である。この非線形は確定既知関数と測定誤差を含むパラメ-タベクトルとの内積で記述することができる。制御入力を測定パラメ-タから得た公称値を基にして、非線形補償を行う。得られた系は弱非線形を含む多次元2次遅れ系になる。かつ零点は無い。この構造はロボット特有なもので、制御により著しく特性を向上せしめることが可能である。弱非線形の効果を無視した多次元2次遅れ系に対して線形モデル追従形制御系を構成すれば、任意の極配置が可能である。ロバスト安定条件はパラメ-タ誤差に関する積分不等式をグロンオ-ルの手法で解くことによって求めることができる。また出力誤差は線形系の極を十分安定にすることで、任意の程度に小さくすることができる。シミュレ-ションの結果パラメ-タ誤差が50%である場合でも十分良好な結果が得られた。かつ零点は無い。本年度は平面多リンクロボットマニピュレ-タの制御方式について研究を行った。システムのパラメ-タには真値と実際値があり、制御系を設計するには実際値を使って行わなければならない。真値と実数値との間には誤差が存在するから、その誤差が系の出力誤差や不安定の原因になりうる。制御系はパラメ-タ誤差が存在していても安定性が保持され、かつ出力誤差がゼロに収束するように設計しなければならない。このような制御法をロバスト制御という。本研究ではロボットマニピュレ-タに対するロバスト制御の設計法の開発を行った。制御設計法は2つの段階からなる。第1段階は非線形補償を行うことである。制御入力によりできるだけ真値に近いパラメ-タを使い、系の非線形項を消去するようにする。非線形補償を施した系は線形系と誤差にともなう弱い非線形項の存在する系になる。第2段階は弱非線形系に対してモデル追従形制御の方式を使い、線形系の極配置を行う。第2段階での線形伝達関数は分子が定数になり、分母の極は任意の安定度に配置することが可能である。

この性質はロボット特有のものであり、ロバスト安定な系を設計するのに便利である。つぎに必要になるのは設計した系のロバスト性がどの程度か又線形系の極配置の大きさとどのような関係があるかを調べることである。本研究では閉ル-プ系の状態方程式を解き、ノルム評価によって積分方程式を導出する。その積分不等式をリヤプノフ関数を使って解くことによって解の安定性の十分条件を求めることができる。さらに定常状態における出力誤差は線形伝達関数を使うことによって近似的に求めることができ、特性根がすべて-αである場合α^2に反比例する。このことは安定限界以内であれば、特性根-αのαをできるだけ大きくすることによって定常誤差を小さくすることができることを意味する。本設計の有効性を示すため多くのシミュレ-ションを実施した。現在の制御工学において線形制御理論は完成の域に達しているが,非線形の分野の開発が著しく遅れている。現実の制御系はほとんどが非線形系である。たとえば、代替エネルギ-の有力な方法として注目されているトカマク型核融合炉の制御,ロボットに代表されるメカトロニクスの分野の制御,マ-ガリン製造の場合の水素添加化学プラントなど例を挙げれば,無数にある。従来これらの系に対する制御方式は動作点の周りで線形化し,PID制御方式を使うか,最適レギュレ-タまたは線形極配置法による安定化制御が主に使われていた。しかし動作条件や初期値が変われば制御則を設計し直さなければならないため,制御系としての機能が十分に発揮されていない。本研究では一般的な非線形系に対するモデル追従形制御系の設計法を開発し,システムのパラメ-タに誤差がある場合でも,出力誤差がゼロに収束し,内部状態がすべて有界になるロバスト条件を求めた。これらの手法をロボットマニピュレ-タの制御に適応し,有効な結果を得ることができた。ロボットの状態方程式はラグランジュ法によって一般的に求められるわけであるが,求心力,コリオリカを含む複雑な非線形系である。この非線形は確定既知関数と測定誤差を含むパラメ-タベクトルの内積で記述することができる。制御入力を測定パラメ-タから得た公称値を基にして,非線形補償を行う。得られた系は弱非線形を含む多次元2次遅れ系になる。かつ零点は無い。この構造はロボット特有のもので,制御により著しく特性を向上せしめることが可能である。弱非線形の効果を無視した多次元2次遅れ系に対して線形モデル追従形制御系を構成すれば,任意の極配置が可能である。ロバスト安定条件はパラメ-タ誤差に関する積分不等式をグロンオ-ルの手法で解くことによって求めることができる。また出力誤差は線形系の極を十分安定することで,任意の程度に小さくすることができる。シミュレ-ションの結果パラメ-タ誤差が50%である場合でも十分良好な結果が得られた。