hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
宇宙機の姿勢制御性能に影響を与える衛星内部状態量の高精度推定と軌道上推定の研究

宇宙機の姿勢制御性能に影響を与える衛星内部状態量の高精度推定の研究として、カルマンフィルタと呼ばれる推定フィルタの主要な行列項を適応的に調整あるいは動的に変化させる新たな手法を見いだした結果、磁気センサ・ジャイロセンサのバイアス誤差および残留磁気モーメントを軌道上で同時に推定する手法を提案した。加えて、姿勢センサに用いられる光ファイバージャイロ(FOG)のバイアスレートの変動をARXモデルで表現し、周囲温度が変動した場合のバイアスレートを予測する手法を開発した。これらは、特に超小型衛星の姿勢制御における主要な誤差・姿勢外乱源であるので、今後の高機能な超小型衛星開発に大きく貢献しうるものである。平成23年度には、小型でかつ安価であることから、小型衛星の姿勢決定にしばしば用いられる地磁気センサについて、そのバイアス誤差を衛星姿勢と同時に推定する手法について検討を行った。そこでは、バイアス誤差は時間的にほぼ不変であると仮定して、その値を推定するという問題設定であった。平成24年度には、引き続き、宇宙機、特に小型衛星の姿勢決定に係わる衛星内部状態量の推定に関する研究を行った。平成23年度より現実的な仮定として、バイアス誤差は基本的には時不変だが、時折急激な変動が生じる、という仮定を設定した。このようなバイアス誤差の急激な変動は、例えば衛星搭載姿勢センサの電源オン・オフ状態の変化により、実際の衛星上で現実に生じている問題である。本研究グループが開発して2005年に打ち上げられた小型衛星れいめいにおいても、姿勢決定センサとして用いた光ファーバージャイロは、温度その他の条件を一定にしても、電源のオンオフによって、レートバイアス値が異なる現象が見出されている。この現象は、day-to-day biasとして知られている。平成24年度に新たに提案した手法は、平成23年度までに提案していた推定フィルタに適応アルゴリズムである、Unscented Kalman filterと呼ばれるカルマンフィルターの拡張である手法を適用して,地磁気センサの静的なバイアス誤差を,同時に推定することで高精度に姿勢決定を行う手法を新たに提案した.バイアス誤差変動の急峻さを検出して推定フィルタのパラメータを適切に調整する手法である。その手法を用いると、提案する手法によって、バイアス誤差が時折大きく変動する場合でも、精度の良い推定を継続できることが確認できた。2件の国際会議での発表をおこなった。地磁気センサは、小型でかつ安価であることから、小型衛星の姿勢決定にしばしば用いられるセンサであるが、特に小型衛星ではそのバイアス誤差の影響が姿勢決定に際して問題となる。そこで平成23、24年度の本研究において、Unscented Kalman filterと呼ばれる拡張カルマンフィルタを適用して、姿勢等と同時にこのバイアス誤差を推定する新たな手法を提案していた。その際課題として識別されていたのは、推定に用いるフィルタのパラメータ調整に明確な指針を示しがたい点であった。平成25年度はこの課題に対し、平成23,24年度に提案していたカルマンフィルタ適応化の手法を応用して、最適なパラメータを見いだす手法を新たに提案した。さらに、小型衛星の姿勢に対する主要な外乱トルク源である残留磁気モーメントの推定手法についても新たに研究を行った。従来から、残留磁気モーメントが時不変であると仮定してこれを推定する手法は提案されていたが、本研究で提案された手法は、時変な残留磁気モーメントについても推定する能力を有している点で優れたものである。平成25年度は本研究の最終年度でもあることから、これまでの本研究で得られた成果を統合し、磁気センサのバイアス誤差と残留磁気モーメントとを同時に推定するための、統合された推定機構についても提案を行っている。この統合推定機構は、小型衛星の磁気姿勢制御に際して非常に実用的なものであり、その価値は高いものと考えている。これらの成果はそれぞれ、2件の国際会議発表、2件の雑誌論文および1件の図書として、平成25年度に発表されている(国際会議発表1件については、発表賞を受賞)。平成23年度には,課題1,2に関して,宇宙機,特に小型衛星の姿勢決定に係わる衛星内部状態量の推定に関する研究を行った.従来の姿勢定系の多くは,センサのバイアス量を明確に分離して推定することはせず,雑音に含めてしまうことが多かった.これにより,姿勢推定の精度が失われることが起きていた.本研究では,このような時間発展法則が把握しづらい内部状態量を,推定する方法を研究している.具体的には,小型・安価であることから小型衛星の姿勢決定にしばしば用いられる地磁気センサについて,Unscented Kalman filterと呼ばれるカルマンフィルターの拡張である手法を適用して,地磁気センサの静的なバイアス誤差を,同時に推定することで高精度に姿勢決定を行う手法を新たに提案した.同様に,課題3の「姿勢センサ(光ファイバージャイロ,FOG)の温度変化によるバイアスレートの変化を求める」課題では,時間変化する姿勢センサのバイアスを扱っている.FOGが温度変化を被ると,シュッペ効果という現象によって,バイアスレートが変化する.すなわち,動的に変化するバイアスを求める,あるいは補償する方法を研究している.

これを求める方法として,FOGセンサ直近にヒータを貼り付けて擬似雑音符号(PN符号)にて時系列駆動することによりバイアスレートのインパルス応答を求める手法を平成23年度に確立し,研究成果をまとめている.宇宙機の姿勢センサの内部状態の推定と並行して姿勢を決定していくフィルタリングについては、既に平成23年度に、地磁気センサの静的なバイアス誤差を姿勢と同時に推定する手法の提案に至っている。平成24年度はさらにこの検討を進め、宇宙機の姿勢センサの内部状態が電源のオンオフ等で急激に変化する現象を対象にして、カルマンフィルタのパラメータを適応的に最適化する研究にまで進み、これを応用して急激に変動するバイアス誤差をも推定できる手法の提案に至った。これは、実用の姿勢センサを使用しているとよく経験する問題であり、これに対処できる姿勢決定アルゴリズムは実用上も意義が深いと考えている。よって、当初の計画以上に進展していると考えている。課題1,2の宇宙機の姿勢決定に関しては,既に地磁気センサの静的なバイアス誤差を姿勢と同時に推定する手法の提案に至っている.現在はさらにこの検討を進め,カルマンフィルタのパラメータを適応的に最適化する研究にまで進んでおり,これを応用して例えば動的に変動するバイアス誤差をも推定できる手法などにも取り組んでおり,当初の計画以上に進展していると考えている.課題3については,温度擾乱がある場合の姿勢センサーのパラメータの変動を,擬似雑音信号列入力によって求める方法を確立したので,ほぼ予定通りの進捗である.備考に記載したように,課題1,2の成果が国際会議の"Student Paper Award"を受賞するなどしており,総じて当初の計画以上に進展している.平成25年度が研究の最終年度であることを考慮して、以下のような研究方策を予定する。宇宙機の姿勢決定に関して、カルマンフィルタの適応化についてさらに検討を進める。従来のカルマンフィルタでは、事前にフィルタに含まれるパラメータ調整が必要であり、フィルタの性能もこの調整に依存するという問題があった。このようなパラメータの調整を不要にできるようなロバストで実用性の高い姿勢決定則の検討を行う。加えて、姿勢制御則との連携など、応用的な課題について検討を行っていく予定である。課題1,2の,宇宙機の姿勢決定に関しては,カルマンフィルタの適応化について検討を進め,事前のパラメータ調整が不要な姿勢決定則の検討や,宇宙機内の機器の通電状態変化などにより生じる磁気バイアス誤差の動的な変化にも対応できる姿勢決定則の検討などを行っていく予定である.課題
グラフェンへの高効率スピン注入の実現とスピン輸送特性の解明

グラフェンへの高効率スピン注入の実現に向けた実験的研究を行った。顕微ラマン分光の測定により、単層グラフェンと2層以上のグラフェンにおいて金属との相互作用の様相が異なることを明らかにした。さらに、化学気相蒸着法によるNi(111)薄膜上へのグラフェン成長中の結晶構造や表面化学組成のその場観察により、前駆体となるベンゼンの曝露量の最適化により、単層および2層グラフェンの層数制御成長に成功した。これらの成果を基に、ボトムコンタクト型の面内グラフェン素子の作製に成功した。本年度は、グラフェンスピン素子作製の際に重要となるグラフェン/磁性金属界面の相互作用の調査、およびグラフェンのエピタキシャル成長の検討を行った。前者について剥離法で作製したグラフェン小片(数層単層グラフェンが含まれる)に種々の磁性および非磁性金属薄膜を蒸着し、金属-グラフェン相互作用を顕微ラマン分光により調査した。単層グラフェンと2層以上のグラフェンにおいて金属との相互作用の様相が異なることを明らかにした。多層グラフェンでは界面から2-3層目程度まで金属からのドーピングが生じることが明らかになった。一方、単層グラフェンで観察されたラマンスペクトルの変化は単純なドーピングの効果では説明できず、単層グラフェン/金属界面におけるグラフェンのC-C結合の軟化を示唆する。界面でC-C結合が弱まる原因として、グラフェンのπ軌道と金属のフェルミ準位近傍の状態との混成により生じたπ^*由来の状態(反結合性軌道)が占有されることが考えられる。後者については、α-Al_2O_3(0001)基板上にNi(111)薄膜をエピタキシャル成長させ、ベンゼンを前駆体に用いた超高真空化学気相蒸着法によりグラフェンを成長した。オージェ電子分光および反射光速電子線回折の回折強度プロファイルの変化から、グラフェンの成長過程のその場観察に成功するとともに、ベンゼン曝露量・基板温度の最適化により単層および2層グラフェンをそれぞれエピタキシャル成長することに成功した。さらに成長したグラフェン/Ni(111)薄膜から化学エッチングによりNi層を除去することで層数制御したグラフェンシートを下地から分離し、任意基板上にマニピュレートすることができた。グラフェンへの高効率スピン注入を実現するため、グラフェン/磁性金属接合を利用したグラフェンスピン素子の作製・スピン輸送特性の探索を進めている。昨年度までは、絶縁体単結晶基板上にNi(111)などの磁性薄膜をエピタキシャル成長し、同表面上で超高真空化学気相蒸着法によりグラフェンを成長することにより、グラフェン/磁性金属接合の作製を行った。これにより素子作製に必要な技術を確立することができたので、本年度は、(1)グラフェン/磁性金属界面の相互作用・グラフェンシートの結晶性の評価および(2)グラフェン素子の作製を行った。(1)グラフェン/磁性金属界面の相互作用・グラフェンシートの結晶性の評価磁性金属薄膜上に単層・2層グラフェンをエピタキシャル成長し、光電子分光により界面相互作用を調べた。その結果、グララェン1層目と下地との相互作用が1層グラフェンに比べて2層グラフェンでは減少することを明らかにした。また、成長したグラフェンを大面積のシートとして酸化物基板に転写し顕微ラマン分光測定を行ったところ、本研究で成長したグラフェンでは剥離法で作製したグラフェンに比べてドープ状態が均一であることがわかった。これらは、今後グラフェン素子を作製する上で重要な知見である。(2)グラフェン素子作製まずはグラフェンの微細加工条件および半導体特性を明らかにするために、電子線リソグラフィーによりグラフェンをチャネルに用いた電界効果トランジスタを作製し伝導特性を調査した。その結果、本研究で作製したグラフェンは高い電界効果特性を示すことを明らかにした。また、本年度までにスピン輸送特性を評価するための装置を製作した。グラフェンへの高効率スピン注入を実現するため、グラフェン/磁性金属接合を利用したグラフェンスピン素子の作製・スピン輸送特性の探索を行っている。本年度は、グラフェンへのスピン注入の際に重要となる(1)スピン輸送層として用いるグラフェンシートの作製についてさらに検討を行った。また、前年度までに蓄積したグラフェンスピン素子作製に必要な技術や知見により(2)面内スピンバルブ素子の設計・作製を行った。(1)グラフェンシートの作製グラフェンをスピン輸送層として用いる場合には、結晶性や表面平坦性を制御する必要がある。そこで原子レベルで平坦なサファイア基板上へのグラフェンの直接成長を検討した。アルコールを前駆体として用いた化学気相成長により、同基板上のグラフェンの直接成長に成功した。本研究で成長したグラフェンは基板から比較的高濃度にキャリアがドープされていることが分かった。グラフェンの表面平坦性は従来の触媒金属上に成長する方法に比べて高いということが明らかになった。

(2)面内スピンバルブ素子の設計・作製スピン輸送層にグラフェン、磁性電極にコバルトやパーマロイを用いたボトムコンタクト型の面内スピンバルブ素子を作製した。同素子は、あらかじめ磁性電極を微細加工により作製した後に、同電極の上に輸送層となるグラフェンシートを転写・加工し作製するため、磁性電極の種類や構造の選択肢を大幅に広げることが可能になった。これにより、グラフェン/磁性金属接合を利用した素子作製が可能になった。本研究の素子構造を用いた場合においても、単層グラフェンへのスピン注入にはトンネル障壁の挿入が必要であることが分かった。本研究は、グラフェン/磁性金属接合の作製、同接合を利用したスピン素子の作製、スピン輸送特性の探索の3つの段階からなる。これまでにグラフェン/磁性金属接合の作製法を確立し、スピン素子の作製に着手している。今後、素子作製・スピン輸送特性の探索に注力することで当初計画の成果を挙げることができると考えている。24年度が最終年度であるため、記入しない。グラフェン・スピン素子作製およびスピン輸送特性の探索に集中的に取り組む予定である。研究計画立案の際に考案した素子構造では微細加工プロセスが複雑になるため、素子構造の見直しを行う予定である。
資源制約下で物質・エネルギーの生産を可能にする先制的ライフサイクル設計手法の開発

具体的地域において先制的なライフサイクル設計(Pre-emptive LCD)を行い、適用可能な物質・エネルギー生産システムオプションを地域ごとに特定するための基礎データを整備した。特に、植物資源や廃棄物資源、太陽光に関して、発生・集積速度、現行のシステムとの関係を明らかにするためのライフサイクル評価を実施した。これらの結果については学会や各地域でのワークショップなどを通じて発信し、技術の研究者や地域のステークホルダからフィードバックを得た。各項目について下記する。(1)Pre-emptive LCDに基づく物質・エネルギー生産システム設計:製紙工場や食品工場、製材所といった、熱需要が多く存在し、かつ、バイオマスや廃棄物等の資源が発生するプロセスシステムについて、都道府県、市町村、雇用圏などの地域区分ごとに解析した。このとき、Pre-emptiveな解析を実行可能とするため、供給側・需要側の将来的な変化を予測することを目指し、当該地域区分における将来統計の推計などを用いた社会経済的な解析を同時並行して試みた。(2)植物資源・変換技術データベース構築:データベース構造として、異なる技術の異なる成熟度について格納できる必要があるが、特に技術性能の達成目標に関する感度をとることで不確実性解析を行い、当該技術の開発者との協議を実施することが重要であることがわかった。データベース構造への反映の仕方としては、技術システムの類型化やインベントリデータの数理モデル化による対応が必要であることも明らかになった。(3)具体的地域におけるケーススタディと日本全体におけるマッピング:特に上士幌町、岩手県県北、山形県置賜、種子島における資源制約下における物質・エネルギー生産について、現地のステークホルダとともに協議するコラーニングを行った。太陽光の出力抑制が九州電力管内全域で発生するなど、再生可能資源に対する単純な導入計画が成立しえないことが、社会的にも顕在化し、本研究に関する期待が高まったことを受け、複数の地域におけるワークショップや意見交換、技術システムの評価に関する要件定義、本研究によって開発するデータベースの仕様への要求など、様々な情報を得やすい状況となったことが、研究の進捗を加速させることとなった。当初予定していたよりも協力者を多く得ることができたため、研究上で利用できるデータも集まりやすくなった。一方、データベース構造と実装に関しては、再生可能資源を用いる多様な技術システム要素が提案され、異なる技術成熟度のものを比較した将来シナリオ分析が必要となるなか、必ずしもすべての技術について詳細データが得られないなど、困難な状況も発生している。当初予定していたよりも多くの協力者が得られたにも関わらず、当初予定以上に進捗を得られてなかった大きな原因は、データベースへ格納する情報が不完全な技術情報によって整備しなければならない状態となってしまったからである。そこで、協力者からの限られえたデータを活用しながら、技術モデリングやロードマッピングなどを通じて、研究を推進することとし、おおむね順調に進展している進捗状況となった。最終年度として、これまでの成果に基づき、Pre-emptive LCDのケーススタディと手法開発を実施する。地域資源として得られる森林資源、農業残差、産業廃棄物、下水汚泥といった未利用資源を利活用した場合の物質・エネルギー生産システムを、地域ごとフローモデルにより表現するための方法を開発し、実際に地域のプレイヤーと協創関係にある山形県置賜地域、岩手県、新潟県佐渡市、和歌山県、鹿児島県熊毛地域、について、資源制約下での持続的な物質・エネルギー生産システムを、Pre-emptive LCDにより設計する。これらの結果は学会やシンポジウム等で発信することにより、フィードバックを得る。(1)Pre-emptive LCDに基づく物質・エネルギー生産システム設計:3年目までに開発した都道府県、市町村、雇用圏などの地域区分ごとの未利用な地域資源を分析する手法に基づき、当該地域区分における供給側・需要側の将来的な変化を予測しながら、Pre-emptiveな解析を実行可能とする。(2)植物資源・変換技術データベース構築:上記設計手法の開発と並行して、データベース構造の最終形を設計し、データの格納を実践する。(3)具体的地域におけるケーススタディと日本全体におけるマッピング:特定の地域において異なる解像度の地域区分における植物資源供給・需要のGISマッピングを行う。エネルギー関連法案の変遷と実際に発生している諸課題を考慮し、より現実的な将来の地域システムの設計・評価を実施する現行のプロセスやシステムに対して技術を適用したときの物質・熱収支、操作性、環境性といった状態や性能に起こる変化の事前解析に応用できる、ライフサイクル評価やリスク評価、プロセスシミュレーションやエネルギーシステム解析などを統合化することにより、先制的ライフサイクル設計手法(Pre-emptive LCD)の枠組みを考案した。まず、現行のプロセスシステムを解析するためには、ブロックフローダイアグラムやプロセスフローダイアグラムといった既存の描画技法によりバウンダリを設置するが、対象とする範囲は技術・システムを導入する範囲だけでなく、それによって間接的に影響を受ける領域を含む必要がある。例えば、廃棄物処理や系統電源、インフラ整備など、対象としている生産システムの周辺システムが該当する。バウンダリを設定した後、物質・熱、経済、資源のフローを可視化・特定し、それぞれのフローの機構を解明する。例えば、物質や熱であれば導入されている装置、経済であれば原料や製品の価格と廃棄物の処理費用、資源であれば化石資源や鉱物資源といった必要資源を枯渇性-再生可能、局在-非局在、地域性、などといった特徴に合わせて類型化しながら、それぞれ生産システムにおける機能を明らかにする。特定できたフローが技術・システムの導入により受ける変化をシミュレーションできる数理モデルを開発することで、事前に解析をすることを可能にできる。

このとき、通常のシミュレーションとの違いは、Pre-emptive LCDがより技術開発の初期段階において実施することを目的にしているためであり、シミュレーションの不確実性の取り扱いを工夫する必要があることが分かった。本研究では実際の技術情報を実際の地域におけるシミュレーションとGISにより可視化しながら、現場の技術者やステークホルダーとコミュニケーションをとりながら研究を進めてきた。論理的な方法論の構築においては、代表者がこれまでに開発してきた各種手法を統合化することで、手法間の共通点と相違点を特定することができた。これは当初の計画通りであり、順調に進展しているといえる。口述するケーススタディでは、ExcelやAspen Plusといった一般的なソフトウェアやシミュレータをつなぎあわせることにより、Pre-emptive LCDの一部を実施できたことから、汎用的な方法論としての提案につなげられうることを、確認できている。さらに、各種委員会や学会活動を通し、広範な著名研究者との討論を実施することができ、安全(安心)性、品質機能性、環境性といった各種観点と技術の関係を整理することができた。技術情報については、現行のプロセスシステムへの組み込みよって発現する機能とそのときの各種フローに関するパラメタが必須である。特に植物資源を利用する場合、その発生条件(季節、性状、成分、速度など)に合わせて前処理や輸送、貯蔵の必要性が異なることが、ケーススタディにおける現場調査と文献・報告書のレビューから明らかとなった。当初の計画通り、農畜林工間で起こりうる物質循環に関する調査の第一段階が完了し、口述のケーススタディとつなげることができた。具体的な地域として種子島、紀伊半島、佐渡島を対象とし、各地域の企業、自治体と協力しながら農畜林工の連携と植物資源由来の物質・エネルギーの生産に関する、Pre-emptive LCDのケーススタディの準備を行った。H28年度は概念設計として、各地域で入手可能な資源とそれに適用可能な技術・システムオプションの収集を行い、組合せの可能性を分析した。当初計画において協力企業が決定していなかったが、各地域において協力者を募ることに成功し、プロセスデータの共有や評価結果に関する討論を行える関係を構築できた。(1)Pre-emptive LCDに基づく物質・エネルギー生産システム設計:H28年度に開発した先制的LCD手法のプロトタイプに基づいたケーススタディを実施した。新たに植物工場、食品加工業、下水汚泥処理場、廃棄物中間処理場などの協力を得て、実際に未利用資源の特定もしくは利用について、各産業のプロセスシステムを解析した。未利用資源の有効利用による生産性や環境負荷の改善が可能であることを明らかにしてきた。
炭素14年代測定による縄紋文化の枠組みの再構築-環境変動と文化変化の実年代体系化

縄紋文化全体の実年代化について、草創期、早期など測定不可能な資料が多い時期に課題は残すものの、大別型式ごとの年代決定は関東地方を中心に見通した。関東・中部・東北地方を中心に、草創期晩期について具体的な細別型式ごとの実年代を明示し実年代編年として『縄紋時代の実年代』(同成社,2017年11月)を刊行した(科研費成果促進出版助成による)。これまでの分担者・学術創成研究、研究代表・基盤研究での成果を含め、縄紋時代炭素14年代と較正年代、安定同位体比データベースを、中央大学小林研究室HPに公開した。縄紋文化の生業・文化変化と環境変動とを対比する基盤となる、列島全体の年代的整理に成功した。初年度は、日本列島全域での縄紋土器型式編年の較正年代での実年代対比を進める目的で年代測定・較正年代の算出と検討・測定する試料の採取・測定と考古学的課題と結びつける場としての発掘調査をおこなった。測定例が不足の時期・地域について、他機関が近年測定した事例を収集し、かつ不足している時期・地域について、同一の基準で較正年代の算出をおこなうために、東京都埋蔵文化財センター・三鷹市教育委員会・青森県教育委員会・藤沢市教育委員会など関係機関に照会し測定可能試料を探し試料採取を試みた。不足している時期として、縄紋早期藤沢市内遺跡、前期埼玉県水子貝塚、中期三内丸山遺跡、後期三鷹市丸山B遺跡、比較対処として旧石器時代東京都桐ヶ丘遺跡・三鷹市羽根沢台遺跡、国外例として韓国細竹遺跡例など30例以上を、山形大学等のAMS装置を利用しながら炭素14年代測定または測定済みの成果について結果を分析し、未測定分は測定準備をおこなった。安定同位体比も測定し、試料の由来について検討した。これまでに研究代表者・分担者が測定した2400例以上の炭素14年代値(これまでの研究実績参照)について、順次IntCal13にて再計算をおこない較正年代の算出を進めた。年代的体系化のみならず、集落の形成過程、岩陰居住の継続性など、縄紋時代の居住活動復元のため、年代測定試料採取を調査計画に組み込んだ発掘調査を相模原市大日野原遺跡および愛媛県久万高原町内岩陰地点(本年は分布調査のみ)にておこない、年代測定用試料を採取し、約10試料を測定した。発掘調査では、自然科学分析と考古学的調査の協業関係を模索し、汚染の予防や結果の解釈に有効な試料出土状況の情報の把握方法についても検討した。一部の成果について、考古学協会、日本文化財科学会及び、中央大学でおこなった「縄紋集落の地平2013研究会」、「遺跡・遺構の中の遺物研究会」で報告した。まず、炭素14年代測定として、東京都三鷹市丸山B遺跡の縄紋後期から弥生時代の低湿地遺跡の加工木試料、東京都日野吹上遺跡の古代火災住居構築柱材のウイグルマッチング、土器付着物として神奈川県横浜市稲ケ原遺跡縄紋後期初頭土器、元町貝塚縄紋前期末土器、東京都三鷹市滝坂遺跡中期末土器、茨城県の縄紋早期土器、栃木県後期土器の付着物など、関東地方を中心に網羅的な測定を進め、測定試料として約30点の測定結果を得た。さらに安定同位体比測定もおこなった。今後測定予定の試料として北海道の早期・前期土器試料や福岡県大原遺跡早期試料の予備調査もおこなった。これらは、第一の目標である縄紋時代実年代検討のデータとなる。また、坂本稔とともに弥生・古代のウイグルマッチングをおこなったことで、縄紋時代木材試料研究の予備調査となった上、縄紋住居と古代住居の構築材の準備状況の違いが確認できた。さらに、酸素同位体分析も中塚武との共同研究としておこなったので、その対比も本研究に資することができると考える。年代値の蓄積を重ねるとともに、住居構築材や土器付着物の検討を重ねることで、その意味する集落居住形態や生業活動を検討する材料を得つつある。また、単に既存の試料から年代を測定するだけでなく、計画段階から年代測定をリサーチデザインに組みこんだ発掘調査を、神奈川県大日野原遺跡、東京都滝坂遺跡においておこなった。その測定は未着手だが、今後点上げ試料、水洗選別試料など発掘の由来ごとに年代測定をおこない、年代測定研究の試料選択方法の洗練に資する成果を期待できる。縄紋早期の古い時期は資料不足であったが、遠部慎とともに新潟県津南町の試料などを探り、測定数の増加を計画している。環境変動との対比としては、工藤雄一郎らとともに、丸山B遺跡の層位的試料の測定で縄紋中期から弥生の環境変動の年代的対比を進め、レポート作成中である。平成27年度には、福岡県など西日本に測定試料収集を広げるとともに、韓国など東アジアの資料を検討して広域対比を進め、あわせて海洋リザーバー効果の定量的検討・地域補正や、ウイグルマッチングを含む高精度年代決定と較正曲線の改訂の影響について検討を重ねた。秋田県・青森県の木材試料については、今後研究の進展が期待される年輪年代測定、酸素同位体分析の検討にも、地球環境総合研究所の中塚武教授のチームや福島大学木村勝彦教授のチームと共同調査を行うなど、比較対象を広げた。平成27年度は、研究の中間報告会を縄紋前半期をテーマに、考古学協会総会で行った。測定結果の公表のみならず、縄紋時代の実年代比定、環境史、生業、居住活動の復元についての報告会を開いて、広く議論することをおこなった。

途中の年度で成果を公表しつつ広く議論を学界全体から得ていくことで、測定するべき試料についても修正していくなど柔軟に研究していくことができた。測定データおよびそれに基づく研究成果について、歴博研究報告・中大人文研紀要などに測定値の一覧表を付した論考を公表した。測定について、約50測定を炭素14年代、約30測定を安定同位体比について測定した。これは、おおむね計画とおりの測定数である。中間報告会として、計画の予定通り考古学協会での分科会として共同研究者とともに発表した。本研究では、近年精度を増しつつある炭素14年代測定による縄紋文化の枠組みの再構築として、炭素14年代測定による縄紋時代の細別型式ごとの実年代を比定し、絶対年代での縄紋文化の変遷を示すことを目標とする。実年代により、環境史と対比させた土器変化や集落動態等の文化変化の時間的変化の緩急を検討することで、新たな先史時代の理解を可能とする。そのための基礎となる年代測定については、本研究において目的意識に基づいた測定を組織的に行ったことで、以前からの測定を含め2500以上の縄紋時代の年代測定値を集成した。これは、現時点においてもっともまとまった測定データとなりつつある。平成28年度は、縄紋時代の較正年代による実年代体系構築を進めた。環境史、生業、居住変遷を統合させた縄紋文化史再編成をまとめて研究総括をおこなうために、共通認識となる実年代として基盤を整備するべく、年代値が不足であった北海道木古内・新潟津南・栃木市ノ塚・神奈川県藤沢などの各地の縄紋早期、北海道や九州の前期、縄紋文化の中心地の一つである東北地方や北陸(新潟県など)・中部地域(山梨県など)など東西の中間地帯の中期、関東・中部地方の後期・晩期を中心に試料収集と測定を進め、年代値を蓄積した。環境史をあわせた形での縄紋時代編年体系の実年代測定を行い、個別の報告を多数公開するとともに、測定結果一覧の成果物公表の準備を進めた。さらに韓国先史時代の試料や測定例についても収集を進めた。6月11日に、中間報告会として中央大学にて縄紋時代前半期の実年代と環境史的理解、シベリア地方との相互作用を中心に、分担者協力者と公開研究会『日本列島における縄紋土器出現から成立期の年代と文化変化』を行った。現時点での成果を示し、年代的枠組みや時空間的範囲を含めた文化的画期の理解について意見を集め、次年度における全体的な枠組みの設定に向けての準備を進めた。年代測定として、北海道木古内遺跡、青森県三内丸山遺跡、新潟県津南町、栃木県市ノ塚遺跡、神奈川県藤沢市、大日野原遺跡、東京都武蔵台遺跡、山梨県堰口遺跡、静岡県大鹿窪遺跡、愛媛県久万高原町、福岡圏福岡市、佐賀県佐賀市、鹿児島県牧野遺跡など、多数の年代測定研究を進めた。ほかにも研究分担者による福井洞穴や鳥浜貝塚の測定などにより、かなりの測定事例が補完された。測定が順調であった分、そのとりまとめはやや遅れており、データの集成作業や生態史との関連性については、個別に研究を進め論文や学会発表によって示したほかは、まとまりにはまだ欠けている。この点については、測定が予想以上に進んだだめであり、次年度にはとりまとめを研究の中心とするので十分に取り戻せる範囲と考えている。測定外でも、大日野原遺跡、滝坂遺跡、上黒岩第2岩陰などの年代測定用資料採取を計画にふくめた縄紋集落および居住遺構の発掘調査を進めており、縄紋の定住度など居住形態についても来年度とりまとめに向けて順調に成果が蓄積されつつある。
教育を考えた短時間で測定可能な放射線可視化プラスチック教材の開発と指導書作成

本研究は,溶けやすい放射線可視化プラスチックを開発し,実験時間を短縮することを目的としている。PADCプラスチックをベースに,材料の混合比,熱硬化温度,硬化時間等を検討してプラスチックを試作した。比較のために市販の放射線検出用PADCプラスチックと試作したプラスチックにAm241のα線を照射し,95 °Cの30 wt% KOH水溶液で化学エッチングを行い,エッチピット直径を測定した。光学顕微鏡で十分に観察可能な大きさである直径10μmになるまでには市販品だと約35分,試作品だと約15分であり実験時間を57%短縮することができた。また,このプラスチックを用いた放射線教育方法の実験指導書を作成した。放射線教育の手段としてPADCプラスチック(ポリ・アリル・ジグリコール・カーボネート)を用いた可視化実験を提案し,その実践を試みてきたが,授業中に行うには未だ実験時間がかかるという欠点もある。この教育方法をより広く世間に普及させるためには,放射線の検出精度は劣ったとしても溶けやすいプラスチックが理想的であることがわかった。そこで本研究では,実験時間の短縮を目指したプラスチックを開発することを目的としている。プラスチック材料としては,熱硬化性樹脂であるPADCを中心に検討を行った。PADC製造の基本的な行程は,溶液の混合,溶液の注型,溶液の熱硬化に分けられる。本研究では,主に混合材料の検討,注型するときの型材,熱硬化させる温度,時間,雰囲気を検討して溶けやすいプラスチックの開発を試みた。比較のために市販の放射線検出用PADCプラスチックと試作したプラスチックにAm241のα線を照射し,95 °Cの30 % KOH水溶液で化学エッチングを行い,エッチピット直径を測定した。光学顕微鏡で十分に観察可能な大きさである直径10μmになるまでには市販品だと約35分,試作プラスチックだと約15分であり実験時間を57%短縮することができた。今後は,更なる時間短縮を目指して改良を加えるとともに,全国各地の教育機関での授業や出前講義で使用するために実験指導書を作成する。またプラスチック製造企業にて教材としての量産を計画する。光学顕微鏡で十分に観察可能な大きさである直径10 &micro;mになるまでには市販品だと約35分,試作プラスチックだと約15分であり実験時間を57%短縮することができた。また,この教育方法をより広く世間に普及させるためにPADCプラスチックを用いた放射線可視化実験の指導書を作成した。交付申請書に記載した『従来品よりも実験時間を50%以上短縮できるプラスチックを開発する』ことが達成できたので順調に進展しているといえる。教材としての量産についても,プラスチック製造企業との打ち合わせを行っており,順調に進展しているといえる。その他,学会発表など研究成果の発信も行っており,順調に成果が得られている。応用物理平成26年度では実験時間を57%短縮できるようなプラスチックを開発することができた。しかし,溶液濃度や硬化温度など最適値が得られているとは言えず,パラメータを変えて実験を行うことで,より良いプラスチックを開発できる可能性がある。平成27年度では,更なる時間短縮を目指して改良を加えるとともに,全国各地の教育機関での授業や出前講義で使用するために実験指導書を作成する。研究成果の発信としては論文投稿を行うとともに,教材を用いた出前授業等を行い広く国民に成果を公表する機会を得る予定である。
表皮γδT細胞の機能解明に向けた解析ツールの開発

表皮に存在するγδT細胞であるDETC (dendritic epidermal T cell)はこれまで創傷治癒、皮膚癌、接触性皮膚炎といった皮膚疾患において重要な役割を担っている可能性が示されてきた。しかしながら、皮膚免疫応答におけるDETCの役割は依然として不明瞭なままである。その背景にDETCの解析に特化した利便性のあるツールが依然として存在しないことが考えられた。本研究では、DETCの機能解明に向けた解析方法の構築を目的として、DETCのマーカーとなる分子をコードする遺伝子をスクリーニングし、4遺伝子まで絞り込んだ。表皮特異的に存在するγδT細胞(dendritic epidermal T cells; DETCs)は皮膚免疫応答において重要な役割を担っているとされているが、利便性のある解析手法が確立されていないことから、その機能は未だ不明瞭な部分が多い。本研究では、DETCsの無い環境やDETCs特異的に蛍光タンパク質を発現するマウスを構築し、これらマウスを解析することでDETCsの機能を明確にすることを主な目的とし、研究を進めた。本年度は、DETCs特異的に発現する遺伝子候補としてこれまでに得た500遺伝子から約90遺伝子まで絞り込むことができた。具体的には、まず、遺伝子解析ソフトを用いて、各遺伝子について予想される機能を調べ、受容体やその他膜表面分子、転写因子、サイトカイン、ケモカイン、その他細胞室内に存在する分子をコードする遺伝子を候補遺伝子として選出し、123遺伝子まで絞り込んだ。次に、各候補遺伝子について、表皮ケラチノサイトのサンプル用いたPCRを行い、バンドが検出される場合は、DETCs特異的に発現する遺伝子の候補から外すという方法で絞り込みを行った。興味深いことに、候補遺伝子のうち、細胞膜表面受容体や転写因子は、脳で発現が高いとされる遺伝子が依然として多い。現在、表皮のDETCsやDETCsが存在する胎生14.5日の胸腺細胞にて候補遺伝子の発現が認められるか検討を進めており、まもなくDETCs特異的遺伝子の更なる絞り込み作業が終了する見込みである。今後、得られた遺伝子をターゲットとした遺伝子改変マウスを作製し、そのマウスへ接触性皮膚炎を誘導して解析を行うことで皮膚免疫応答におけるDETCsの役割の明確化を目指す。一方で、得られた遺伝子のDETCsにおける機能についても解明すべく詳細な解析を予定している。本研究では、皮膚免疫応答において重要な役割を担っているとされる、γδT細胞(dendritic epidermal T cells; DETCs)について、その機能を明確にすべく、DETCsに特化した解析ツールの開発を目指している。具体的には、DETCs特異的に発現する遺伝子の同定を行い、その遺伝子を標的とした遺伝子改変マウスの作成および解析が主な目的である。これまでに、マイクロアレイを用いた解析から、DETCs特異的に発現する遺伝子候補として500遺伝子を得た後、遺伝子解析ソフトやPCR解析を用いた絞り込み作業を行ってきており、本年度は65遺伝子にまで絞り込むことができた。候補遺伝子のうち、脳で発現があるとされる遺伝子の割合が多い状況は依然としてかわらず、更なる絞り込みを行った現段階においても、特に膜表面受容体や転写因子をコードする遺伝子にて神経細胞で発現するとされる遺伝子の割合が多く、大変興味深い。現在得られている候補遺伝子は、DETCsはもとより皮膚組織との関連性について報告がなされていない為、今後の更なる解析により、DETCsの新規機能を含めた、皮膚組織における新しい理解が得られることが期待される。現在、表皮および胎生14.5日の胸腺から得たDETCsを用いて、更なる候補遺伝子の絞り込み作業を行っている段階である。今後、得られた遺伝子を標的とした遺伝子改変マウスの作製を予定している。以前からDETCsの関与が示唆されている接触性皮膚炎を作製したマウスへ誘導し、その解析を行うことで、DETCsの機能を探ることも視野に入れ、研究を進めている。昨年度、DETCs特異的に発現する遺伝子の絞り込み作業におけるPCR解析にて、各候補遺伝子の反応条件を見いだす作業に予定よりも時間がかかったことが影響し、当初の計画よりも予定がずれ込んでいる状況である。従って、本研究の現在までの達成度はやや遅れているといえる。本研究では、表皮に存在するDETC(Dendritic epidermal T cell)について、皮膚免疫応答における機能を解明することを目的とし、これまでにない解析ツールの開発を進めてきた。今年度は、DETC特異的に発現する遺伝子のスクリーニング作業を更さらに進めた。興味深いことに、得られた候補遺伝子は依然として脳での発現が報告されている遺伝子が多数を締めていた。今回は候補遺伝子の中で実施可能なものについてFACS解析を実施した。候補遺伝子のうち、コードするタンパク質について抗体が存在しないものに関しては、遺伝子レベルでの解析を実施することとした。これまでに、接触性皮膚炎誘導時やUV照射の実験において、DETCの割合が減ることが分かっていることから、接触性皮膚炎を誘導した皮膚組織およびリンパ節についてリアルタイムPCRを実施し、発現量に減少傾向が認められるか調べた。今回までに絞り込んできたDETC特異的に発現する可能性がある遺伝子については、皮膚組織での解析がなされていない。したがって、引き続きこれら遺伝子についてその機能を解析することで、DETCを介した皮膚組織における新しいメカニズムを見いだすことが期待される。特に、炎症時に着目して解析を進めていることから、皮膚免疫応答における新しい知見が得られる可能性が見込まれる。候補遺伝子について、検出可能な抗体が存在しないものが多いことから、遺伝子レベルでの解析を余儀なくされている。

また、昨年度以前において候補遺伝子の絞り込みが遅れていたことも進捗に影響していることから、やや遅れているといえる。本研究では、マウス表皮特異的に存在するとされるDETC(Dendritic epidermal T cell)の機能解明を目指し解析ツールの開発を進めてきた。今年度は引き続き、DETC特異的に発現する遺伝子についてスクリーニング作業を更に進め、34遺伝子まで絞り込むことができた。これらの内訳は細胞表面分子17遺伝子、転写因子4遺伝子、その他(液性因子、細胞質内分子等)13遺伝子であった。これら遺伝子は定常状態において、特に脳での発現が報告されているものが殆どである一方、皮膚組織においては機能解析がなされているものは無い状況であった。前年度、UV照射や接触性皮膚炎において皮膚組織におけるDETCの割合が減る現象を目安に、これら炎症を誘導した皮膚組織を用いて、候補遺伝子の中で減少傾向が認められるものを検討している。しかしながら、今年度ヒト及びマウスの候補遺伝子について更に調べを進めて行く中で、炎症等により発現が変化する遺伝子があることが分かった。前年度に得た結果から、個々の遺伝子の発現について一定の理解を得ることはできるが、一部DETC特異的ではない発現変化も検出している可能性が考えられた。そこで、定常状態における遺伝子発現について整理することとした。既存のデータベースを用いて調べた結果、マウスでは候補遺伝子30が皮膚組織においてRNAレベルでの発現が確認されていることが分かった。本研究で得た候補遺伝子はLangerhans cell及びKeratinocyteで発現する遺伝子は除外していることから、今回絞り込んだ候補遺伝子は、DETC特異的に発現している可能性が高いと考えられる。一方、ヒトでは13遺伝子が皮膚組織中のKeratinocyte、Langerhans cell、Fibroblast、Melanocyteについてタンパク質レベルで検出されていないことが分かった。表皮に存在するγδT細胞であるDETC (dendritic epidermal T cell)はこれまで創傷治癒、皮膚癌、接触性皮膚炎といった皮膚疾患において重要な役割を担っている可能性が示されてきた。しかしながら、皮膚免疫応答におけるDETCの役割は依然として不明瞭なままである。その背景にDETCの解析に特化した利便性のあるツールが依然として存在しないことが考えられた。本研究では、DETCの機能解明に向けた解析方法の構築を目的として、DETCのマーカーとなる分子をコードする遺伝子をスクリーニングし、4遺伝子まで絞り込んだ。DETCs特異的に発現する遺伝子の同定に向けた、候補遺伝子の絞り込み作業は現在終盤を迎えつつあるが、各候補遺伝子のPCRを行うにあたり、最適な反応条件をそれぞれの遺伝子について見いだす作業に当初の予定よりも時間がかかっている。
メタアンフェタミン反復投与によるドーパミンニューロンの機能変化に関する研究

平成11年度に腹側被蓋野ドーパミンニューロンではドーパミンに対し感受性亢進が起こっていることを報告した。本年度(平成12年度)は、感受性亢進はドーパミンサブタイプであるD1、D2およびD3レセプターのいずれにおいて起こっているのかを、スライス標本を用い、パッチクランプ法により検討を行った。1.Wistarラット生後7日齢よりMAP(5mg/kg/日、s.c.)を連続5日間投与しする。コントロール群として同用量の生理的食塩水(生食)を同様に投与した。2.最終投与より5日後にエーテル麻酔の後に断頭し、氷冷下に腹側被蓋野より急性単離した細胞を用いる。3.パッチクランプ法により、目的細胞にホールセル記録を行い、電気生理学的手法で、腹側被蓋野ドーパミン細胞を同定し、ドーパミンD1およびD2レセプターアゴニストを投与した。4.D2 agonistのtalipexoleは生食群よりもMAP投与中止5日後群が大きな過分極を引き起こした。5.D1 agonistのSKF38393およびD3 agonistのPD128907は生食群もMAP投与中止5日後群においても膜電位に影響を及ぼさなかった。6.D1 agonistのSKF38393とD2 agonistのtalipexoleの同時投与は、talipexole単独よりもさらに大きな過分極を引き起こし、生食群よりもMAP投与中止5日後群がさらに大きな過分極を引き起こした。以上より、MAP投与中止5日後において、腹側被蓋野ドーパミンニューロンではドーパミンD1及びD2レセプター両者に対し感受性亢進が起こっている事と、D3レセプターが存在していないか存在しても機能していない事を明らかにした。本年度は、腹側被蓋野ドーパミンニューロンにおけるドーパミン受容体に対する、ドーパミンとメタアンフェタミンの感受性の変化を確認するため、腹側被蓋野スライス標本にパッチクランプを行った。メタアンフェタミンの反復投与後にドーパミンに対するドーパミンニューロンの感受性が亢進するか否かを明らかにするため、スライス標本を用い、ホールセルパッチクランプ法により検討した。メタアンフェタミン(5mg/kg/日、s.c.)を、生後8日の雄性Wistarラットに5日間反復投与し、最終投与より24時間後および5日後における腹側被蓋野ドーパミンニューロンのドーパミン及びメタアンフェタミンに対する感受性を検討した。生食群にも同様のスケジュールで生理的食塩水を反復投与したものを用いた。電流固定下に、ドーパミン(10100μM)は用量依存性に生理的食塩水(生食)投与群よりもメタアンフェタミン最終投与5日後のドーパミンニューロンに対し、より大きな過分極を引き起こした。生食投与群及び最終投与24時間後の動物のドーパミンニューロンは100μMドーパミンにより約5mVの過分極を起こすに過ぎず、メタアンフェタミン投与5日後のドーパミンニューロンでは約15mVの過分極が認められた。しかし、メタアンフェタミン(100μM)の投与は生食投与群及びメタアンフェタミン投与群の両者においても膜電位の変化が認められなかった。これらのことから、メタアンフェタミン投与中止5日後において、ドーパミンニューロンではドーパミンに対し感受性亢進が起こっていると考えられる。
軟骨肉腫分化誘導療法に向けたTGF-βシグナルの標的遺伝子検索と機能解析

軟骨肉腫と良性の内軟骨腫は病理組織像がよく似ているので、その鑑別診断が整形外科腫瘍医のジレンマである。鑑別分子マーカーの同定が喫緊の課題であり、悪性度と反比例する分化度に関連する可能性もある。我々は軟骨分化に重要な役割を果たすTGF-bシグナルに着目し、下流伝達因子SMAD2/3の活性を免疫組織染色で検討し、軟骨肉腫グレード2、1、内軟骨腫の順でTGF-bシグナル量が多い事がわかった。そしてTGF-bシグナルの下流でPEG10遺伝子が発現低下する事、TGF-bシグナルと逆に内軟骨腫、グレード1、2、3の順で発現が高い事を発見した。両者の反比例関係は軟骨肉腫鑑別に役立つ事が期待される。軟骨肉腫は組織学的悪性度(Grade)が上がるにつれて軟骨分化マーカー発現が下がる事が知られているが、Grade特異的かつ機能的にGrade表現型に役割を果たしている分子は全く分かっていない。本研究では、TGF-βファミリー・シグナルをその候補に想定し、その標的遺伝子検索と機能解析を行い、将来的な分化誘導療法の分子標的としての評価を開始した。軟骨肉腫培養細胞株を用いてin vitroにおけるcell-autonomousなTGF-βファミリー・シグナル活性化状態を解析した。正常軟骨細胞株C28/I2のITS添加分化誘導系を正常分化コントロールとし、軟骨肉腫細胞株[Hs819.T(由来Grade不明), SW1353(Grade 2由来), OUMS27(Grade3由来)]のITS誘導(monolayer及びmicromass culture)分化系と比較した。SOX9, COL2A1, COL11A2,アグリカン, COL10A1等軟骨細胞分化マーカーと、TGF-βシグナル直接標的遺伝子(PAI-1, SMAD7)とBMPシグナル直接標的遺伝子(ID1, ID2,SMAD6)のmRNA発現を定量的RT-PCRで解析し比較検討した。リン酸化SMAD2/3及びSMAD1/5/8のウエスタンブロットでシグナル活性化を評価した。TGF-βシグナル・レポーター(9xCAGA)及びBMPシグナル・レポーター(BRE)を用いたルシフェラーゼ・アッセイ系でシグナル活性状態を解析した。その結果、正常軟骨細胞と軟骨肉腫細胞では、TGF-βリガンドに対する反応、とりわけ分化マーカー発現形態が異なる事が分かった。すなわち、軟骨肉腫細胞では早期軟骨マーカーCOL2A1, COL11A2,アグリカンは低く誘導も軽微であったが、後期マーカーCOL10A1はむしろ正常より協力にTGF-βよって誘導される事が分かり、異常な分化形態が示唆された。軟骨肉腫は悪性度にしたがって、grade 1,2,3に分類される。Grade 1は基本的に遠隔転移を来さないとされるが、局所増大や浸潤などの悪性表現型を示す。しかし放射線治療や化学療法は基本的に無効な為、広汎切除術が基本的な治療選択肢である。問題は、軟骨肉腫の良性カンターパートである内軟骨腫とは病理像がしばしば酷似して鑑別が困難であり、内軟骨腫の治療が経過観察か掻破切除に留まる事を考慮すると、誤った診断は患者にとって莫大な損害となる。これらを鑑別する分子マーカーの同定が望まれる中、我々は軟骨腫瘍としての分化度に着目し、その相違について検討してきた。TGF-βシグナルは、軟骨細胞分化の早期を促進し、後期成熟は抑制する2面性を有する事を、既に我々は別の研究で明らかにしている。TGF-βシグナルの活性は、下流のSMAD2/3のリン酸化で評価できるが、これを軟骨肉腫各gradeの病理組織において、免疫組織化学染色で検討した。その結果、内軟骨腫、grade1,2各軟骨肉腫の順で、きれいに徐々にSMAD2/3のリン酸化レベルが増えることが分かった。そこで、TGF-βシグナルが実際になんらかのマーカーの発現変動に関与しているか調べたところ、PEG10遺伝子のmRNA発現がTGF-βシグナルレベルと逆相関、すなわち内軟骨腫で高く、軟骨肉腫で低くなる事を明らかにしてきた。今回免疫組織化学染色で蛋白レベルでも検討し、実際にPEG10蛋白が軟骨肉腫で発現低下して、gradeとも逆相関する事を確認した。PEG10はいくつかの上皮系がんでは発現が増えることが報告されているが、今回の我々の発見はそれと真逆であり、軟骨肉腫におけるPEG10発現動態の特異性が明らかとなった。これらTGF-βシグナルとPEG10発現の逆相関は、その組み合わせで軟骨肉腫の診断およびgradingに有用な鑑別分子マーカーとして利用出来る可能性を示唆する研究結果となった。整形外科学

In vitro細胞実験において、軟骨肉腫細胞の分化度に対するTGF-β反応性や分化マーカー遺伝子発現プロファイリングは順調に進んでいる。当初最初に計画していた病理学的検討は、ある程度分子メカニズムが明らかになった時点で開始する事としている。おおむね順調である。TGF-βの軟骨肉腫細胞分化度への影響と、誘導される分化度抑制に関わるBMP/SOX9シグナル調節因子の検索分化度抑制遺伝子の同定と機能解析と、軟骨肉腫細胞株in vivo移植実験による分化誘導療法の探索も順次計画する。
横紋筋融解症後腎傷害に対する細胞保護蛋白ヘムオキシゲナーゼ誘導による治療法の開発

急性腎傷害は救急・集中治療現場で遭遇することの多い病態の一つだが、特に地震・災害時の横紋筋融解症に伴う急性腎不全では初期治療の遅れから致死的状態を招くことがある。横紋筋融解症後の腎傷害の誘因であるミオグロビン由来の遊離ヘムの増加に対し、腎に細胞保護作用を持つヘムオキシゲナーゼHeme Oxygenase (HO)-1が誘導されることがNathらにより報告されている。申請者らは、ヘムを感知してHO-1発現を制御する転写調節因子であるBach1の細胞内動態変化を本症においてin vivoで初めて示した。本研究では、ヘムの分解酵素であり、抗酸化作用・抗炎症作用・抗アポトーシス作用を有するHO-1発現誘導による、横紋筋融解症後腎傷害(RM-AKI)の新しい治療戦略を構築するために、2018年度は、腎特異的HO-1誘導剤である塩化スズの腎傷害に対する保護効果を確認した。雄性Sprague-Dawleyラットを用い24時間絶飲後、50%グリセロール筋注により作成した横紋筋融解症後腎傷害モデル(RM・Glyモデル)に、腎特異的HO-1誘導剤塩化スズを投与し、SnCl2保護効果の程度を確認する。A)腎特異的にHO-1を強誘導する塩化スズSnCl2または生理食塩水前投与後絶飲し、グリセロール筋注による横紋筋融解症後腎傷害モデルを作成した。またSnCl2投与による腎保護効果がHO-1発現によることを確認するため、B) HO-1阻害剤スズメゾポルフィリン(SnMP)投与実験も行い、腎機能を血液生化学検査、組織学的評価、HO-1の誘導を比較検討した。SnCl2投与による腎HO-1誘導はRM-AKIに対して血液生化学的にも組織学的にも保護的効果を示し、HO-1活性阻害剤であるSnMP投与によりそれが打ち消された。以上の結果よりSnCl2の前投与はRM-AKIに対して保護的効果があることが示さた。2018年度は、まずラット横紋筋融解症後腎傷害モデルにおいて、腎特異的HO-1誘導剤である塩化スズが腎保護効果を持つ検討はおおむね終了した。現在は、塩化スズのHO-1誘導機序がHO-1誘導の制御系の一つヘム-Bach1系に関与するかどうかをラットモデルで検討中である。腎尿細管細胞(NRK-52E)に塩化スズを添加しHO-1誘導がヘム-Bach1系を介するかどうかをHO-1, Bach1の発現動態を調べin vitroで確認が予定より遅れており、2019年度は研究分担者を増員し、研究のスピードアップを図る予定である。2019年度は引き続き、塩化スズそのものHO-1誘導機序がHO-1誘導の制御系の一つヘム-Bach1系に関与するかどうかをラットモデルで検討する。さらに、腎尿細管細胞(NRK-52E)に塩化スズを添加しHO-1誘導がヘム-Bach1系を介するかどうかをHO-1, Bach1の発現動態を調べin vitroで確認する。次に、塩化スズのHO-1誘導にはHO-1プロモーター領域のmetal response elementが関与することが予測されるが、詳細は不明である。そこでレポーターアッセイによりHO-1プロモーター領域のどの部位がHO-1誘導に関与するかin vitroで検討する。HO-1誘導に関与するHO-1プロモーター領域を分割して組み込んだホタルルシフェラーゼレポーターベクターを、ラット腎尿細管細胞(NRK-52E)に遺伝子導入後、SnCl2を添加し培養する。ルシフェラーゼ発光強度を測定することで、HO-1プロモーターのどの部位にSnCl2が関与するか検討する。