hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
慢性閉塞性肺疾患の組織傷害における線維芽細胞の役割の解明

慢性閉塞性肺疾患(chronic obstructive pulmonary disease : COPD)の病因として、その病態が過剰な炎症によってもたらされる肺組織の破壊と考えた際、その病態は、創傷治癒機転の障害と捉えることができる。本研究では、COPD患者の線維芽細胞は、健常者と比較して、創傷治癒能力が減弱しており、またタバコ抽出液に対するアポトーシスの閾値が低下している可能性が示された。さらにCOPDの増悪時に重要であるウイルス感染のモデルでは、Toll-like receptor 3のアゴニストの刺激により線維芽細胞は筋線維芽細胞に分化することにで気道の線維化に関与する可能性が示された。COPDの病因として有害なガスによる1)肺の炎症、2)プロテアーゼ/アンチプロテアーゼの不均衡、3)酸化ストレスの増加の関与が示唆されている。一方でCOPDの病態を創傷治癒不全と考えた際に、創傷治癒に中心的な役割を担うといわれている線維芽細胞の役割については全く不明であり、COPDの病態における肺線維芽細胞の役割を詳細に検討した報告はほとんど無い。本研究はCOPDにおける肺線維芽細胞の役割を解明することを目的とした。COPDおよび健常人より線維芽細胞を分離・培養しその表現型の差異について創傷治癒能力の観点から検討を加えた。COPDから分離した線維芽細胞は、collagen gel収縮法で検討した組織治癒能力が低下していた。また、chemo attractan七に対する遊走能も低下していた。これらの低下の程度はCOPD患者の気流制限の程度と良い相関を示した(Togo S, Sugiura H et al. Am J Respir Crit Care Med2008)。このことからCOPDの病態に線維芽細胞の機能不全が関与する可能性が示唆された。また、COPDの経年的な気流制限の増悪にウイルス感染による呼吸機能障害の関与が提唱されている。この呼吸機能障害は通常、非可逆的であり、そのメカニズムについては不明な点も多い。我々は、ウイルス感染のモデルとしてToll-like receptor3のリガンドであるpoly(I:C)を用いて気流制限に重要な気道の線維化について検討した。Poly(I:C)の投与は、線維芽細胞を刺激して筋線維芽細胞への分化や細胞外マトリクス蛋白の過剰産生を引き起こした。上述した作用は、NF-kBの活性化がTGF-β1の過剰分泌をもたらした結果生じることを証明した(Sugiura H et al. Am J Respir Cell Mol Biol. in press)。本年度の結果を踏まえ、来年度以降は、線維芽細胞の機能の観点からさらにCOPDの病態にアプローチする予定である。慢性閉塞性肺疾患(chronic obstructive pulmonary disease : COPD)の病態解明および治療法の開発は、全世界的にも急務である。病因としては、有害なガスによる1)肺の炎症、2)プロテアーゼ/アンチプロテアーゼの不均衡、3)酸化ストレスの増加の関与が示唆されてはいるが、他の病因論については全く不明である。COPDを過剰な炎症によってもたらされる肺組織の破壊と考えた際、その病態は、創傷治癒機転の障害と捉えることもできる。本研究では、COPDの病態形成における線維芽細胞の役割を解明するために、次の3点に着目し検討する。1)COPDと健常人では、気道および肺線維芽細胞のgenotypeおよびphenotypeの相違2)健常人とCOPDにおける線維芽細胞のアポトーシスの閾値3)急性増悪における線維芽細胞の役割を解明するために線維芽細胞のToll like receptor(TLR)刺激時の効果を検討する。1) COPDと健常人では、気道および肺線維芽細胞のgenotypeおよびphenotypeの相違の検討2)健常人およびCOPDの線維芽細胞のapoptosisの評価apoptosisの評価は、より厳密に行うため、(1)TUNEL staining、(2)Comet assay(single cell electrophoresis assay)、(3)Flow cytometry、(4)MTT assayを組み合わせて評価する。健常人、COPDの線維芽細胞を培養後、apoptosisにいたるタバコ煙抽出液(cigarette smoke extract : CSE)濃度を決定することで、各々のfibroblastのタバコによるアポトーシス閾値を評価する。現在、検討中であり、COPD由来の線維芽細胞は、タバコによるアポトーシスに対し、抵抗性であるという結果を得、確認中である。病因として、有害なガスによる1)肺の炎症、2)プロテアーゼ/アンチプロテアーゼの不均衡、3)酸化ストレスの増加の関与が示唆されてはいるが、他の病因論については全く不明である。

COPDを過剰な炎症によってもたらされる肺組織の破壊と考えた際、その病態は、創傷治癒機転の障害と捉えることもできる。本研究では、COPDの病態形成における線維芽細胞の役割を解明するために、次の3点に着目し検討する。1)COPDと健常人では、気道および肺線維芽細胞のgenotypeおよびphenotypeの相違2)健常人とCOPDにおける線維芽細胞のアポトーシスの閾値3)急性増悪における線維芽細胞の役割を解明するために線維芽細胞のToll like receptor(TLR)刺激時の効果を検討する。1) COPDと健常人では、気道および肺線維芽細胞のgenotypeおよびphenotypeの相違の検討2)健常人およびCOPDの線維芽細胞のapoptosisの評価健常人、COPDの線維芽細胞を培養後、apoptosisにいたるタバコ煙抽出液(cigarette smoke extract : CSE)濃度を決定することで、各々のfibroblastのタバコによるアポトーシス閾値を評価する。検体の入手が途絶えたことで少数例での検討だがCOPD由来の線維芽細胞は、タバコによるアポトーシスに対し、抵抗性であるという結果を得ている。
ポリ乳酸の生分解機構の解明

ポリ乳酸分解菌として知られるAmycolatopsis属を微生物保存機関(IFO,JCM,ATCC等)から入手して、菌株からポリ乳酸分解酵素を精製を検討した。ポリ乳酸分解酵素の活性のアッセイ法として、ポリ乳酸微粒子を作成し、濁度減少法を検討した。これらのポリ乳酸分解菌の培養上清は、ポリ乳酸フィルを分解した。土壌から、ポリ乳酸を炭素源としてポリ乳酸分解微生物を検索・単離した。ポリ乳酸分散培地を作成し、これを用いて、各地より採取した土壌、水サンプルを塗布した。出現したコロニー周辺にクリアーゾーンが形成されたものを、ポリ乳酸分解菌とした。現在、数株単離した。また、ポリ乳酸以外の、脂肪族ポリエステルを用いて、その分解菌の単離を検討した。その結果、ポリ乳酸分解菌は、その他の脂肪族ポリエステル分解菌と比較して非常に低い密度で分布していることがわかった。自然環境中での、ポリ乳酸分解に関与する微生物種とその分布。まず、異なる自然環境(淡水、土壌等)から、ポリ乳酸を炭素源としてポリ乳酸分解微生物を検索・単離した。ポリ乳酸分散培地を作成した。これを用いて、各地より採取した土壌、水サンプルを塗布した。現在、数株単離した。ポリ乳酸分解酵素の精製とその性質。現在、数株単離した。
楕円曲線と関連する不定方程式の研究

代数体上の楕円曲線を導手で分類することは、理論面、応用面のどちらから見ても大事なことである。有理数体上の楕円曲線の分類はかなり進んでおり、今ではJ.E.Cremonaによる大きな表ができている。また、虚二次体の場合もいくつかの成果がある。そこで研究代表者は、実二次体上の楕円曲線の分類を行うことにし、ここ数年行っている。最も簡単な場合、即ち導手が自明な楕円曲線を分類する時に不定方程式X^3=u+v, X^3=u+27v(Xは問題にしている実二次体の整数、u, vは単数)が現れる。これらの不定方程式(より一般に、有理数体でない代数体上の不定方程式)はあまり調べられておらず、わかっていないことが多い。そのことが実際の分類作業の障害となっている。そこで本研究では、これらの方程式、特に前者について詳しく調べ、非自明な解を全て求める方法や、非自明な解が存在しないことを示す簡単な規準を与えた。それらを用いて計算機で実験した結果、非自明な解は高々1組であろうという予想を立てた。(一組とは、共役を取る、単数の3乗を掛けるなど、一つの解から自明な方法で得られる解は同じものであると考えた上での組である。)この予想の証明はまだ得られておらず、今後は予想の証明を与える、もしくは、より実験を重ね、予想の反例を与えるのが課題である。kを実二次体とする。k上定義された楕円曲線を導手により分類することは、理論的、応用的な観点どちらから見ても大事なことである。そこで実際に楕円曲線を分類しようとすると、様々な不定方程式が現われ、それらが分類作業の障害になる。そこでそれら不定方程式について研究することが重要になるわけであるが、今年度はそのうちの一つであるX^3=u+v(Xはkの整数、u,vはkの単数)について研究し、以下の結果を得た。定理.pをp≠3,p≡3(mod4)なる素数とし、k=Q(√<3p>)とおく。またεをkの基本単数とする。(1)p≡1(mod3)とする。ord_3(Tr_<k/Q>(ε)+2)が3の倍数でなければ、X^3=u+vの解は自明な解のみ(即ちu=-v,X=0のみ)である。今まで研究代表者は、いくつかのpに対しこの方程式が解を持たないことを示している(一部はActa Arith.96(2001),231-245に出ている定理を証明するのに使われている)が、その時はp毎に方法を模索していたのである。しかしこの定理に述べられている簡単な判定法を用いたら、それらの殆ど全てを証明することができた。kを実二次体とする。昨年度から、k上定義された導手が自明な楕円曲線との関係で、k上の不定方程式を調べている。昨年度は、方程式(1)が自明な解(即ちX=0であるような解)のみしか持たないための十分条件を得たが、今年度は、kに若干の制限をつければ、全ての解を求めることが出来るようになった。具体的には、次の定理を得た:定理.pをp≠3,p≡3(mod 4)なる素数としk=Q(√<3p>)とおく。方程式(1)が非自明な解を持つとする。よって、定理の状況では、楕円曲線±py^2=x^3-4の有理整数点を全て求めれば(1)のkにおける解が全て求められる。(±py^2=x^3-4の有理肇数点を求めることは、フリーの数論ソフトKASH, SIMAIHなどを使えばできる。)この定理を使い、方程式(1)がどれくらい解を持つか、pを動かして実験してみた。調べた範囲では、解は高々一組であった(一組とは、共役を取る、単数の3乗を掛けるなど、一つの解から自明な方法で得られる解は同じものであると考えた上での組である)。よって、定理の状況では、解は高々一組であると予想されるが、そのことを証明するには至っていない。今後の課題である。

(一組とは、共役を取る、単数の3乗を掛けるなど、一つの解から自明な方法で得られる解は同じものであると考えた上での組である。)この予想の証明はまだ得られておらず、今後は予想の証明を与える、もしくは、より実験を重ね、予想の反例を与えるのが課題である。
木材細胞壁を用いた単原子イメージングへの挑戦

木材細胞壁内における保存剤の分布と性状は、保存効力の善し悪しを決定づける重要な因子となるが、木材細胞壁における保存剤(特に銅)の挙動は詳細に解明されていない状況にある。本研究では、原子レベルで清浄な薄膜作製技術を確立することにより、収差補正分析電子顕微鏡による木材細胞壁中の銅の単原子イメージングに挑戦することを目的とした。その結果、へき開法で極薄膜化したへき開面を収差補正分析電子顕微鏡に供し、原子レベルで銅のイメージングを行ったところ、単原子サイズの輝点を多数捉えることが出来た。住宅用建築材や土木用木材などでは、腐朽などに対する耐久性を確保するため、銅系水溶性保存剤を含浸させる保存処理が行われる。そのため、木材細胞壁内における保存剤(銅)の分布と性状は、防腐効力の善し悪しを決定づける重要な因子となる。本研究では、原子レベルで清浄な薄膜作製技術を確立することにより、収差補正分析電子顕微鏡による木材細胞壁中の銅の単原子イメージングを成功させることを目的とし、木材保存剤の主成分であるアミン銅と木材成分との反応機構の解明に役立てる。多孔質構造の木材から数十nm厚の薄膜(超薄切片)を作製する際、ウルトラミクロトーム法では困難なことから、FIB(集束イオンビーム)法を用いて薄切化した木材細胞壁の超薄切片を用意した。このとき、保護膜にカーボン(C)+白金(Pt)+タングステン(W)を用いたものと、カーボン(C)のみ用いたもの、計2種類用意した。得られた各試料(超薄切片)を、収差補正分析電子顕微鏡を用いて観察・解析した。FIBで作製した試料のうち、保護膜としてC+Pt+Wを使用したものでは、保護膜の側面にあたる観察面からWの単原子群が検出された。そこで、保護膜にWを使用せず、Cのみで保護して作製した試料を観察したところ、Wの単原子群が同様に観察面を覆っていることが分かった。これらのことから、木材の場合、FIBで作製した超薄切片では、FIBで薄切化する際に削り取られたWやFIB鏡筒の雰囲気内に残留しているWガスなどが保護膜側面の観察面に付着してしまうことが考えられた。なお、これら超薄切片にアルゴンイオンミリングで更なる薄切化を施して再観察したところ、Wの単原子群は取り除かれなかったことから、Wは試料内部にまで打ち込まれていることが考えられた。しかし、木材の場合、FIBで作製した超薄切片では、FIBで薄切化する際に削り取られたタングステン保護膜やFIB鏡筒の雰囲気内に残留しているタングステンガスなどが保護膜側面に位置する観察面に付着してしまうことから、清浄な薄膜を得るために、へき開法を導入した。すなわち、アミン銅処理材の小ブロックから、鋭利な刃物で木材細胞壁を引き裂いて、先端部の極薄膜化したへき開面を調製するため、ミクロトーム刃、カッター刃など各種の刃物によるへき開を試み、得られたへき開片の先端部における薄膜化の状況を各種顕微鏡等を用いて比較した。その結果、銅の単原子のイメージングや存在状況の解析に耐えうる清浄で良好なへき開が達成できる条件が明らかになった。以上のように、アミン銅処理された木材細胞壁の極薄膜化がへき開法の導入により可能になったことから、次年度は、極薄膜化したへき開面を収差補正分析電子顕微鏡に供し、銅の単原子のイメージングや存在状況の解析を行うことにより、目的を達成する。木材細胞壁から原子レベルで清浄な薄膜作製技術を確立するにあたり、FIB法(集束させたイオンビームを試料に当てて削り取る技法)では、収差補正分析電子顕微鏡を用いた解析から、薄膜作製過程で用いるタングステン(W)原子が混入することが判明し、FIB法は木材のような生物試料への適用が困難であることが分かった。一方、へき開法(鋭利な刃物で木材細胞壁を引き裂いて薄膜を作製する技法)では、銅の単原子のイメージングや存在状況の解析に耐えうる清浄で良好なへき開が達成できる条件を明らかにすることができた。したがって、本課題はおおむね順調に進展している。

本研究では、原子レベルで清浄な薄膜作製技術を確立することにより、収差補正分析電子顕微鏡による木材細胞壁中の銅の単原子イメージングを成功させることを目的とし、木材保存剤の主成分であるアミン銅と木材成分との反応機構の解明に役立てる。多孔質構造の木材から数十nm厚の薄膜(超薄切片)を作製する際、ウルトラミクロトーム法では困難なことから、FIB(集束イオンビーム)法を用いて薄切化した木材細胞壁の超薄切片を用意した。しかし、木材の場合、FIBで作製した超薄切片では、FIBで薄切化する際に削り取られたW(タングステン)やFIB鏡筒の雰囲気内に残留しているWガスなどが保護膜側面の観察面に付着してしまうことから、清浄な薄膜を得るために、劈開法を導入した。すなわち、アミン銅処理材の小ブロックから、鋭利な刃物で木材細胞壁を引き裂いて、先端部の極薄膜化した劈開面を調製するため、ミクロトーム刃、カッター刃など各種の刃物による劈開を試み、得られた劈開片の先端部における薄膜化の状況を各種顕微鏡等を用いて比較した。その結果、良好な劈開が達成できる条件が明らかになった。アミン銅処理された木材細胞壁の超薄膜化が劈開法の導入により可能になったことから、これら極薄膜化した劈開面を収差補正分析電子顕微鏡に供し、原子レベルで銅のイメージングを行ったところ、単原子サイズの輝点を多数捉えることが出来た。木材細胞壁内における保存剤の分布と性状は、保存効力の善し悪しを決定づける重要な因子となるが、木材細胞壁における保存剤(特に銅)の挙動は詳細に解明されていない状況にある。本研究では、原子レベルで清浄な薄膜作製技術を確立することにより、収差補正分析電子顕微鏡による木材細胞壁中の銅の単原子イメージングに挑戦することを目的とした。その結果、へき開法で極薄膜化したへき開面を収差補正分析電子顕微鏡に供し、原子レベルで銅のイメージングを行ったところ、単原子サイズの輝点を多数捉えることが出来た。木材細胞壁から原子レベルで清浄な薄膜作成技術を確立するにあたり、本年度の目標に設定したFIB(集束させたイオンビームを試料に当てて削り取る技法)法では、収差補正分析電子顕微鏡を用いた解析から、薄膜作製過程で用いるタングステン(W)原子が混入することが判明し、FIB法は木材のような生物材料では困難であることが分かった。同時に、混入したWは単原子群であることが収差補正分析電子顕微鏡によるイメージング解析から明らかとなり、細胞壁中の単原子イメージングは可能であることも分かった。したがって、本課題はおおむね順調に進展している。鋭利な刃物で木材細胞壁を引き裂くへき開法が有効であることが明らかになったため、へき開法で極薄膜化した領域を収差補正分析電子顕微鏡を使って解析し、銅の単原子イメージングとその再現性の確認を行う。なお、薄膜作製ならびに解析にあたっては、分担者と協力しながら実施する。木質科学へき開法を木材細胞壁に適用する。すなわち、アミン銅処理材の小ブロックから、鋭利なカッターで木材細胞壁を引き裂いて、先端部の極薄膜化したへき開面を、収差補正分析電子顕微鏡を使って解析する。また、液体窒素で瞬間的に凍結させた処理材をハンマーで叩き割り、粉砕した木片の先端部で極薄膜化した領域を、同様に解析する(粉砕法)。これらシンプルで古典的な技法を検討し、銅の単原子イメージングを行う。なお、薄膜作製ならびに解析にあたっては、次年度追加を予定している分担者と協力しながら実施する。へき開法の手法やそれに用いる刃物等の選定・絞り込みを行って費用を減らすなど予算の効率的な使用に努めたため。FIB法で用いる保護膜(プラチナ、カーボン、タングステン等)の選定・絞り込みを行って費用を減らすなど予算の効率的な使用に努めたため。
トウモロコシの通気組織形成過程で合成される組織特異的タンパク質の網羅的解析

植物が過湿環境で正常に生育するためには、根への酸素供給に寄与する通気組織の形成が重要である。本研究課題では、トウモロコシを材料にして、通気組織が形成される組織である皮層組織をLaser Microdissection法によって単離して、タンパク質の網羅的解析を行うために条件検討を行った。そのために、まず固定液の検討を行い、最適な固定液を決定することができた。しかし、タンパク質の回収量が少なく、ウェスタンブロッティングによるAlcohol dehydrogenaseタンパク質の検出はできたものの、網羅的なタンパク質の解析を行うために必要なタンパク質量を得るには至らなかった。根の皮層組織の細胞死によって形成される通気組織は、植物の耐湿性付与に重要な機能を果たしている。しかしながら、その通気組織の形成機構についてはほとんど分かっていないのが現状である。これまでにLaser Microdissection(LM)-マイクロアレイ解析によって、トウモロコシの根の皮層細胞特異的に発現する通気組織形成関連遺伝子を多数同定した。本研究では、トウモロコシの根の横断切片からLMによって、皮層組織を単離して、タンパク質を抽出し、網羅的なタンパク質の解析を行う。これにより通気組織形成過程で皮層組織特異的に蓄積するタンパク質を同定し、通気組織の形成機構を解明することを目的とする。平成23年度にパラフィン包埋切片からLMを利用して抽出したタンパク質の回収する際に最適の固定液がエタノール:酢酸(3:1)であることが明らかになったので、平成24年度はエタノール:酢酸(3:1)の固定液で固定したトウモロコシの根の試料を用いて、LMを利用した皮層組織内のタンパク質の回収を試みた。本研究では、LMにより回収した組織のタンパク質抽出液を直接扱う予定であるため、正確なタンパク質の定量を行うことが重要となるが、タンパク質の回収量が微量であるために正確な定量が困難であった。タンパク質が回収されているかどうかを確認するために、ウエスタンブロッティングを行ったところ、特異的なバンドが検出できたので、微量であってもタンパク質が回収されていることは確認できた。本研究では、トウモロコシの根の横断切片からLMによって、皮層組織を単離して、タンパク質を抽出し、高速液体クロマトグラフィ-質量分析計(LC-MS)による網羅的なタンパク質の解析を行う。平成23年度は、タンパク質抽出のために最適化した固定液の検討を行った。このとき、RNAと同様にホルマリンやアルデヒドを用いる共有結合系の固定液は回収効率や品質を低下させることから、脱水系の固定液を用いた。実際には、エタノール:酢酸(3:1)、エタノール:酢酸(3:2)、100%エタノール、アセトンの4種類を検討した。それぞれの固定液を用いて固定したトウモロコシの根をパラフィン包埋し、組織切片を作製したところ、組織の形態およびLMを利用して抽出したタンパク質の回収量などから、エタノール:酢酸(3:1)の固定液が本解析に適していることが明らかになった。今後はエタノール:酢酸(3:1)を固定液として用いて、トウモロコシの根の湛水処理やエチレン処理を行い、LMとLC-MSを組み合わせて、通気組織形成過程で皮層組織にて特異的に蓄積するタンパク質の同定を行う。研究実施計画書の平成23年度の研究実施計画の研究をおおむね達成できたため。平成24年度はトウモロコシの皮層細胞由来のタンパク質の抽出およびLC-MS解析を行う。12時間の過湿処理もしくはエチレン処理をした根と処理をしていない根の皮層細胞から抽出したタンパク質についてLC-MS解析を用いて比較することで、通気組織形成時に蓄積量が特異的に変動するタンパク質を網羅的に同定する。今回のLC-MS解析では、LMにより回収した組織のタンパク質抽出液を直接扱う予定であるため、正確なタンパク質の定量を行うことが重要となる。LC-MS解析では、細胞内に安定して大量に存在し、蓄積量に差がないタンパク質が過剰に検出されることで、目的の発現パターンを示すタンパク質が得られないことが想定される。その場合、蓄積量に差があるタンパク質を検出するために2次元電気泳動を行い、過湿処理の有無で差のあるスポットをゲルから切り出して、LC-MS解析を行うことも検討する。既に情報が得られているトランスクリプトーム解析の結果とプロテオーム解析の結果を比較し、遺伝子とタンパク質の発現パターンの比較を行なう。特に、トランスクリプトーム解析の結果から、通気組織形成に直接関与する可能性が高い転写因子、活性酸素種の蓄積に関わる遺伝子や細胞壁の分解・再構築に関わる遺伝子については、これらのタンパク質の蓄積が転写産物量を反映していることを確認する。

また、転写制御を受けない遺伝子の中から、翻訳制御によってタンパク質の蓄積量が変化するものを選抜することで、通気組織形成過程において重要な機能を担う新たな因子を同定する。最終的にこれらの研究結果を取りまとめ、成果の発表を行う。平成24年度はLMおよびLC-MS解析を開始するので、それらの解析に必要な試薬、キットなどの消耗品を購入する予定である。またLC-MS解析は茨城県つくば市にある農研機構作物研究所に設置されているLC-MS装置を使用する予定であるので、名古屋からつくばへの移動に必要な旅費を計上した。また論文にまとめる際に必要な英文校閲費や別刷費なども計上した。
シーケンス規制された生理活性多糖類の合成

平成10年度は、交互に配列したヘテロ多糖として、β(1→3)結合とβ(1→4)結合を交互に有するグルコピラナンに焦点をあて、合成することとした。ここで、モノマーとなる二糖を設計する際、二通りの経路を選択することが可能である。一つ目の経路は、β(1→3)結合したグルコースニ量体(ラミナリビオース)に適当な保護基を位置特異的に導入することによりCー4′位(二糖のうちの非還元末端ユニットのCー4位)をグリコシル化される位置とする(通常の場合、Cー4′位だけをフリーの水酸基とする。)経路である。その後、Cー1位(二糖のうちの還元末端ユニットのCー1位)を活性化してグリコシル化反応を行うことによりラミナリビオース間にβ(1→4)結合を形成させ、二種類の結合を交互に有するグルコピラナンを合成する。もう一つの経路は、最初の経路と全く逆の結合を用いる。即ち、β(1→4)結合したグルコースニ量体(セロビオース)に適当な保護基を位置特異的に導入することによりCー3'位をグリコシル化される位置とする経路である。セロビオースのCー3′位に選択的脱保護可能な保護基を導入することを念頭において、グルコースのイソプロピリデン化、ベンジル化、脱イソプロピリデン化により3ーOーベンジルグルコピラノースを得、これをアセチル化、Cー1位の選択的脱アセチル化とトリクロロアセトイミデート化によりCー3位にべンジル共を有するグルコシルドナーを調製した。一方、グルコースのトリフェニルメチル化(Cー6位の一級アルコールのみを選択的に反応させる)、アセチル化、脱トリフェニルメチル化を行うと、アセチル基の移動反応を狩って、Cー4位にフリーの水酸基を有するグルコシルアクセプターを調製した。このようにして調製したグルコシルドナーとグルコシルアクセプターを縮合させることにより、Cー3′位にベンジル基を有するセロビオースのへプタアセテートを合成した。)経路である。
バイオ3Dプリンターを用いた声帯組織の再生

声帯組織の3次元構造を作製するためには、組織を構成するそれぞれの細胞の培養基盤技術の確立が不可欠となる。粘膜固有層を構成する線維芽細胞に関しては、組織片培養により初代培養可能であることが確認されている。そこで、まずは声帯上皮細胞の分離培養技術の確立を行った。ラットの喉頭を採取し,酵素処理を行うことにより声帯上皮細胞と粘膜下の線維芽細胞を分離し培養したところ、培養開始から1週間程度で70%コンフルエントに達しセルカルチャーインサートに継代培養を行うことが可能であった。続いて、培養している細胞が上皮として十分な機能を保持しているか確認するため,その重層化構造やタイトジャンクション構成蛋白の発現、バリア機能の有無について検討した。電子顕微鏡による観察では重層化した上皮細胞が観察された。また免疫細胞化学でタイトジャンクション構成蛋白であるOccludin、ZO-1、claudinの発現と敷石状の細胞骨格を確認することができた。更に、バリア機能を評価するため、線維芽細胞を培養した細胞シートとの比較を行ったところ、上皮細胞を培養したものでは継代後6日目以降のtransepithelial electrical resistance(TEER)は2000Ω*cm2前後で推移し、前後線維芽細胞シートと比較し有意に高値であった。以上より、ラット声帯上皮細胞の培養技術が確立され、培養細胞はタイトジャンクションやバリア機能に関して上皮細胞としての機能が維持されていることが確認された。分離培養技術の条件検討に時間を要したため。1今後、早急にラット声帯筋細胞の分離培養基盤技術を確立する。その上で、これらの分離培養技術をイヌに応用し、イヌ声帯上皮細胞、筋細胞の分離培養を行う。2培養上皮細胞、筋細胞と声帯線維芽細胞を組み合わせることにより声帯組織の3次元構造の再現を試みる。3作製した3次元声帯組織を用いて、イヌ声帯欠損部への移植実験を行い、その生着を確認するとともに、組織学的、機能的検証を行う。培養技術の確立に時間を要したため。次年度の3次元培養で用いる試薬の購入に使用する予定。
シロイヌナズナにおける篩部の発生運命決定機構の解析

多細胞生物は厳密な制御プログラムのもと組織的に体を作っている。動物では幹細胞という自己複製能と分化能を持つ特殊な細胞が発生段階から重要な体づくりに大きな役割を果たすことが知られている。植物の幹細胞は動物とは異なり、無限に増殖する活性を持ち、また移動能を持たないため、独自の細胞運命決定機構を持つと考えられる。そこで、本研究では植物幹細胞の一つである維管束幹細胞に着目し、維管束幹細胞から木部細胞と篩部細胞への分化の過程に焦点を当てた。中でも、知見の少ない篩部分化について主に検討し、維管束幹細胞のふるまいについて考察した。近年、当研究室においてシロイヌナズナの葉を用いた篩部細胞の分化誘導系が確立された。この誘導系では木部細胞と篩部細胞が同時に葉肉細胞から維管束幹細胞を介して形成される。私はこれまで、篩部のマスター制御因子とも呼ばれるAPL遺伝子の変異体を分化誘導系に用いて誘導前と誘導後のマイクロアレイを行い、WTと比較することにより、新な早期篩部関連遺伝子NAC020の同定に成功した。また維管束細胞の運命を細胞レベルで観察するために発光イメージングシステムの立ち上げ、維管束幹細胞の分早期段階において運命決定の揺らぎを発見した。維管束の運命がどのように決められるのかを調べるために、次に分化誘導系において維管束形成のパターンに着目し、子葉の三次元構造を二光子顕微鏡で観察した。その結果、子葉の向軸側に木部、背軸側に篩部がたくさん形成されることを初めて見つけた。子葉の向背軸が維管束の形成にどのように関与するのかを調べるために、現在、子葉の極性を決める遺伝子の変異体などを用いて解析している。予備的な結果として、一つの遺伝子群の変異体において、背軸側にも木部がたくさん形成されることが観察できた。また、胚軸の二次成長においても、この遺伝子群の過剰発現体は木部分化を抑制していることを見出した。共同研究により新しいイメージング方法を分化誘導系に組み込むことにより、これまでに観察したことない、維管束形成パターンを発見した。その結果を国内学会で発表し、面白いデータとして認められた。本研究室で開発された分化誘導系を用い、子葉の三次元構造を解析することで、新たに細胞の空間的な情報が維管束細胞の運命決定に関与していることを発見した。今後は、極性因子の機能解析を行い、その下流のターゲットを同定し、植物幹細胞の運命決定機構の新モデルケースとして提唱したい。背景:本研究では植物幹細胞の一つである維管束幹細胞に着目し、維管束幹細胞から木部細胞と篩部細胞への分化の過程に焦点を当てた。方法:近年、当研究室においてシロイヌナズナの葉を用いた篩部細胞の分化誘導系が確立された。この誘導系を用いて、篩部のマスター制御因子とも呼ばれるALTERED PHLOEMDEVELOPMENT (APL)遺伝子の変異体の誘導前と誘導後のマイクロアレイを行い、WTとの比較を行った。結果:分化誘導後のapl変異体のマイクロアレイを行ったところ、様々な篩部関連因子の遺伝子発現がaplで低下していることが分かった。しかしながら、篩部関連遺伝子ではあるが、APLの制御を受けない新規転写因子NAC020を見つけた。NAC020について更なる解析を行った結果、NAC020は分化過程のかなり早い(APL遺伝子の発現より早い)段階で発現することが判別された。更に、NAC020のプロモーター部位にGFPを融合させた形質転換植物体では、根端に近い未分化な細胞が並んでいる篩部列にGFP蛍光が確認できた。これらのことから、NAC020は篩部分化過程の早期遺伝子であることが示唆された。次に、NAC020の機能を探るため、リプレッサードメインが融合されたNAC020-SRDXの形質転換植物を埼玉大学の高木先生から分与して頂き、分化誘導系を用いて、篩部関連因子の遺伝子発現を調べた。NAC020-SRDXではAPLを含め、後期の篩部分化に関わる遺伝子の発現が低下していた。これらの結果から、NAC020はAPLを制御することで篩部分化に関わることが示唆された。当研究室で開発された組織培養系を用い、変異体解析および高時間分解能を組み合わせることで、篩部分化のマスター因子であるAPLを制御できる新規遺伝子の同定に成功した。この結果を国内外の学会等で発表し、高評価を受けた。方法:近年、当研究室においてシロイヌナズナの葉を用いた維管束細胞の分化誘導系が確立された。この誘導系では木部細胞と篩部細胞が同時に葉の葉肉細胞から形成される。この誘導系において様々なレポーター遺伝子の形質転換体を用い、タイムラプスイメージングを行い、細胞の運命決定のプロセスをトラッキングした。

結果:木部と篩部の分化過程で早期と後期に発現する様々な因子のレポーターを作成し、篩部特異的に発現する早期遺伝子が発現する細胞が最終的に篩部になったかどうかを後期遺伝子の発現により確認したところ、篩部特異的な早期遺伝子が発現しても最終的に木部になった細胞も見つかりました。これらの結果から、分化の早い段階では運命決定にまだ揺らぎがあることが考えられる。当研究室で開発された組織培養系を用いて、細胞内での発現を計測できるような発光イメージングシステムの立ち上げに成功した。この結果を国内学会で発表し、高評価を受けた。しかし、様々な木部と篩部マーカーを用いて、細胞の運命を観察することは未だ終わっていない。多細胞生物は厳密な制御プログラムのもと組織的に体を作っている。動物では幹細胞という自己複製能と分化能を持つ特殊な細胞が発生段階から重要な体づくりに大きな役割を果たすことが知られている。植物の幹細胞は動物とは異なり、無限に増殖する活性を持ち、また移動能を持たないため、独自の細胞運命決定機構を持つと考えられる。そこで、本研究では植物幹細胞の一つである維管束幹細胞に着目し、維管束幹細胞から木部細胞と篩部細胞への分化の過程に焦点を当てた。中でも、知見の少ない篩部分化について主に検討し、維管束幹細胞のふるまいについて考察した。近年、当研究室においてシロイヌナズナの葉を用いた篩部細胞の分化誘導系が確立された。この誘導系では木部細胞と篩部細胞が同時に葉肉細胞から維管束幹細胞を介して形成される。私はこれまで、篩部のマスター制御因子とも呼ばれるAPL遺伝子の変異体を分化誘導系に用いて誘導前と誘導後のマイクロアレイを行い、WTと比較することにより、新な早期篩部関連遺伝子NAC020の同定に成功した。また維管束細胞の運命を細胞レベルで観察するために発光イメージングシステムの立ち上げ、維管束幹細胞の分早期段階において運命決定の揺らぎを発見した。維管束の運命がどのように決められるのかを調べるために、次に分化誘導系において維管束形成のパターンに着目し、子葉の三次元構造を二光子顕微鏡で観察した。その結果、子葉の向軸側に木部、背軸側に篩部がたくさん形成されることを初めて見つけた。子葉の向背軸が維管束の形成にどのように関与するのかを調べるために、現在、子葉の極性を決める遺伝子の変異体などを用いて解析している。予備的な結果として、一つの遺伝子群の変異体において、背軸側にも木部がたくさん形成されることが観察できた。また、胚軸の二次成長においても、この遺伝子群の過剰発現体は木部分化を抑制していることを見出した。共同研究により新しいイメージング方法を分化誘導系に組み込むことにより、これまでに観察したことない、維管束形成パターンを発見した。その結果を国内学会で発表し、面白いデータとして認められた。今後はNAC020の機能欠損変異体を用いた表現型解析を行う予定である。そのため、CRISPR/Cas9システムを用いて様々な形質転換体を作製中である。また、NAC020の発現を細胞内で計測できるような発光イメージングシステムも立ち上げる予定である。復帰後、発光イメージングシステムを用いた細胞運命のトラッキングを行う予定である。また、細胞運命を左右させるような因子の探索にも取り組む予定である。本研究室で開発された分化誘導系を用い、子葉の三次元構造を解析することで、新たに細胞の空間的な情報が維管束細胞の運命決定に関与していることを発見した。今後は、極性因子の機能解析を行い、その下流のターゲットを同定し、植物幹細胞の運命決定機構の新モデルケースとして提唱したい。
ナノ表面・界面制御による超薄型シリコン太陽電池の高効率化に関する研究

ヘテロ接合構造を有するシリコン太陽電池は、今後の変換効率向上の決め手とされている。一般的にヘテロ接合には、水素化アモルファスSiが用いられ、優れたパッシベーション効果によって高い開放電圧が得られるが、製膜条件によっては、界面にエピタキシャル層が形成され、パッシベーション効果が著しく劣化するという問題があった。そこで、本研究では、ワイドギャップでエピタキシャル成長が起こりにくいアモルファスSiOあるいはナノ結晶3C-SiCを用いて、パッシベーション効果を高める研究を行った。その結果、開放電圧708 mVで変換効率20.1 %という期待通りの値が得られ、当初の研究目標を達成した。太陽光発電の本格普及期である2020年において圧倒的な技術優位を築くため、長年に亘って申請者のグループで培われてきたシリコン薄膜太陽電池技術と、バルクシリコン太陽電池技術を融合化して、最先端の超薄型高効率シリコン太陽電池研究を先導することを目的としている。具体的には、申請者が世界で初めて実現した低温成長微結晶3C-SiCを用いた新型ヘテロ接合Si太陽電池を用いて、厚さ75-100μmのCZSiウェハで23%以上の高効率を得ることを目標としている。目標を達成するため、(1)ヘテロ・ナノ界面制御による接合特性の改善技術の開発、(2)新規パッシベーション膜の開発、(3)超薄型シリコンヘテロ接合太陽電池のデバイス物理、の三つのサブテーマで研究を実施している。平成22年度は、特にp型、ならびにn型の微結晶3C-SiCの低温製膜技術がほぼ確立された。そこで、微結晶3C-SiCを用いたヘテロ接合型太陽電池を試作したところ、製膜時の原子状水素が界面を激しくエッチングし、その結果、接合界面に多くの欠陥が生成され、開放電圧が非常に低くなることが分かった。そこで、n型Siウェハ、p型Siウェハ、それぞれに対して、界面に挿入する新たなバッファ層を考案して、最適化を図ったところ、n-3C-SiC/p-Siヘテロ接合で変換効率17.9%、またn-3C-SiC/p-Siヘテロ接合で変換効率17.0%を得ることができた。これまでに3C-SiCを用いたヘテロ接合の報告例はなく、本研究の成果が世界初である。特に、n-3C-SiC/p-Siヘテロ接合では、3C-SiCの禁制帯幅が2.2eVとワイドギャップであるため、短波長の収集効率が非常に高いという特質を実証することができた。これらの成果をもとに、次年度は、n-3C-SiC、p-3C-SiCを両面に用いた、3C-SiC/Si両面ヘテロ接合太陽電池を開発する。太陽光発電の本格普及期である2020年において圧倒的な技術優位を築くため、シリコン薄膜太陽電池技術と、バルクシリコン太陽電池技術を融合化して、最先端の超薄型高効率シリコン太陽電池研究を先導することを目的としている。具体的には、申請者が世界で初めて実現した低温成長微結晶3C-SiCを用いた新型ヘテロ接合Si太陽電池を用いて、厚さ75-100μmのCZ Siウェハで23%以上の高効率を得ることを目標としている。平成23年度は、まずn型の微結晶3C-SiCを用いたヘテロ接合太陽電池の高効率化を検討した。特に、微結晶3C-SiCとSi基板の界面に挿入するa-SiCバッファ層の製膜条件がセル特性に大きく影響していることが分かり、最適化の結果、n-3C-SiC/p-Siヘテロ接合で開放電圧0.710V、変換効率19.2%を達成した。このセルでは、3C-SiCの禁制帯幅が2.2eVとワイドギャップであるため、短波長の収集効率が非常に高いという特質を実証することができた。一方、p型の微結晶3C-SiCを用いたp-3C-SiC/n-Siヘテロ接合についても改善を試みているが、未だ十分な界面特性を得るには至っていないが、変換効率17.0%まで向上させることに成功した。長年に亘って申請者のグループで培われてきたシリコン薄膜太陽電池技術と、バルクシリコン太陽電池技術を融合化し、最先端の超薄型高効率シリコン太陽電池研究を先導することを目的としてナノ表面・界面制御に関する研究を実施した。(1)p型nc-3C-SiC/Siヘテロ接合の高品質化:ワイドギャップかつ低光吸収であるp型ナノ結晶3C-SiC薄膜を作製し、電気的・光学的特性を評価した。特に、水素希釈比の増加により品質の高い結晶が作製され、電気的・光学的特性を大きく改善させることに成功した。

また、ナノ結晶3C-SiC薄膜の結晶性を評価する手法としてConductive-AFM法を提案した。これにより、アモルファス成分とナノ結晶成分の電気特性の差を利用して結晶化率を推定することが可能となった。つぎに、原子状水素によるエッチング耐性に優れたアモルファスシリコンカーバイドからなるパッシベーション膜の開発を行った。その結果、表面再結合速度6.8 cm/sを達成した。さらに、n型結晶Si基板を用いたヘテロ接合太陽電池に適用した結果、開放電圧が302mVから648mVへと大きく向上し平坦基板で18%の変換効率が達成された。(2)テクスチャ基板上への高品質ヘテロ接合の形成:ヘテロエミッタとしてアモルファスSiOを用いてテクスチャー基板へのヘテロ接合形成に関する最適化を行った。これによりテクスチャーサイズが光閉じ込めだけでなく、表面再結合速度や曲線因子に大きな影響を与えていることが明らかになった。洗浄プロセスや凹凸形状などの最適化により、700mVを超える高い開放電圧を達成した。(3)デバイスの試作による高効率の実証:以上の要素技術開発により、アモルファスSiOを用いたヘテロ接合太陽電池で20.1%、p型ナノ結晶3C-SiCを用いた場合は18.0%の変換効率を達成した。太陽電池分野において圧倒的な技術優位を築くため、シリコン薄膜太陽電池技術とバルクシリコン太陽電池技術を融合化した薄型高効率シリコン太陽電池の研究開発を行っている。1テクスチャ基板上への高品質ヘテロ接合の形成:光閉じ込めのため、表面に凹凸構造を形成すると光電流は増加するが、一方で、表面にいろいろな結晶面が露出する。このように異なる結晶面が露出している表面をパッシベーションする際、面ごとにパッシベーション効果が異なる。そこで、アルカリエッチした凹凸構造にCPエッチングを施すことにより、凹凸面の形状を制御し、パッシベーション膜形成の最適化を試みた。その結果、初期的ながら17.4%まで変換効率を向上させることに成功した。一方、平坦なSiウェハを用いたヘテロ接合では、アモルファスSiOをパッシベーション膜に用いたSiO系ヘテロ接合により、開放電圧723mV、変換効率19.1%を達成した。2p型nc-3C-SiC/Siヘテロ接合の高品質化:高品質p型nc-3C-SiCを形成するためには、n型nc-3C-SiCの場合よりも多量の原子状水素添加を必要とする。したがってp型nc-3C-SiC/n-Si界面形成時に原子状水素による損傷が非常に大きく、この問題の克服がこの系の性能向上の障害となっていた。本年度、界面バッファ層の形成条件の見直しを行ったところ、キャリアライフタイムを従来の2 msecから4.5 msecまで向上させることに成功した。3デバイスシミュレーションによる設計指針の確立:市販のデバイスシミュレータによりSiウェハの厚さを200ミクロンから100ミクロン、さらには10ミクロンまで薄くしていった場合の開放電圧の挙動を理論解析している。その結果、表面再結合速度を数cm/sまで減少させれば、0.8 Vの開放電圧も得られるとの理論的見通しを得た。ヘテロ界面に挿入するバッファ層を、キャリアライフタイム測定の結果をもとに最適化し、開放電圧が0.71Vを超す、極めて有望な結果が得られた。nc-3C-SiCを用いたヘテロ接合太陽電池で当
スポーツ技術の最適化システムの開発に関するバイオメカニクス的研究

本研究では,骨格筋モデル,コンピュータシミュレーション手法を導入したスポーツ技術の最適化システムを開発するため,最適化ループを用いてスポーツ動作の改善を試みること,筋骨格モデリングソフト(以下,SIMM)の運用法を研究することを目的とした.(1)メディシンボール投げおよび立幅跳を例にして,練習前後における被験者の動作をVTR動作分析法およびフォースプラットフォーム法を用いてパフォーマンスやこれらの測定項目を練習前後で比較した.その結果,バイオメカニクス的手法はスポーツ動作の分析のみならず,改善のための示唆を引出し,技術トレーニングにも有効なことが明らかになった.(2)陸上競技選手(同好会)13名にスプリント動作の技術トレーニングを行わせた.技術トレーニングでは,動作の分析結果にもとづいて技術的課題の修正法(脚の流れの改善法,股関節の動かし方など)を教示したのち,疾走動作をVTRで撮影し,直ちにVTRモニターで動作を検討するという過程を繰り返した.その結果,大部分の被験者が疾走速度の増大を示すとともに,疾走動作の変化を示した.疾走動作をバイオメカニクス的に検討した結果,多くの場合,ピッチが増大し,股関節を介して大腿に伝達される力学的パワーが大きくなっていることがわかった.(3)男子大学中距離選手(2名)にレーススピードの60%で疾走させ,逆動力学的手法およびSIMMを用いて,下肢関節のトルク,トルクパワー,下肢筋群の筋トルクなどを推定した.その結果,SIMMを用いることによって,筋長変化および筋の伸張短縮速度を反映した筋トルクの変化を推測できることがわかった.しかし,SIMM内部の筋の力学的特性に関する係数を変更する必要があるなど,スポーツ動作への適用および運用には解決すべき問題点が少なからずあることがわかった.本研究では,骨格筋モデル,コンピュータシミュレーション手法を導入したスポーツ技術の最適化システムを開発するため,最適化ループを用いてスポーツ動作の改善を試みること,筋骨格モデリングソフト(以下,SIMM)の運用法を研究することを目的とした.(1)メディシンボール投げおよび立幅跳を例にして,練習前後における被験者の動作をVTR動作分析法およびフォースプラットフォーム法を用いてパフォーマンスやこれらの測定項目を練習前後で比較した.その結果,バイオメカニクス的手法はスポーツ動作の分析のみならず,改善のための示唆を引出し,技術トレーニングにも有効なことが明らかになった.(2)陸上競技選手(同好会)13名にスプリント動作の技術トレーニングを行わせた.技術トレーニングでは,動作の分析結果にもとづいて技術的課題の修正法(脚の流れの改善法,股関節の動かし方など)を教示したのち,疾走動作をVTRで撮影し,直ちにVTRモニターで動作を検討するという過程を繰り返した.その結果,大部分の被験者が疾走速度の増大を示すとともに,疾走動作の変化を示した.疾走動作をバイオメカニクス的に検討した結果,多くの場合,ピッチが増大し,股関節を介して大腿に伝達される力学的パワーが大きくなっていることがわかった.(3)男子大学中距離選手(2名)にレーススピードの60%で疾走させ,逆動力学的手法およびSIMMを用いて,下肢関節のトルク,トルクパワー,下肢筋群の筋トルクなどを推定した.その結果,SIMMを用いることによって,筋長変化および筋の伸張短縮速度を反映した筋トルクの変化を推測できることがわかった.しかし,SIMM内部の筋の力学的特性に関する係数を変更する必要があるなど,スポーツ動作への適用および運用には解決すべき問題点が少なからずあることがわかった.本研究の目的は,VTR動作分析法,骨格筋モデルおよびコンピュータシミュレーション法を用いたスポーツ技術の最適化システムを構築するとともに,バイオメカニクス的および方法学的観点から最適化システムの有効性を検証し,簡便化に伴う問題点などを明らかにすることである.本研究計画の初年度にあたる平成10年度では,(1)短距離走動作をとりあげ,パソコンを利用した簡易システムを作成し,システムの効果的な運用法をさぐること,(2)対話型筋骨格モデリングシステムを導入し,運用法を検討することをねらいとした.1.バイオメカニクス的データの収集:男女陸上競技選手(混成競技)20名を対象として,コントロールテストの50m全速疾走動作を高速度VTRカメラにより毎秒200コマで撮影した.2.バイオメカニクス的手法により分析した被験者の動作をVTR画面あるいはコンピュータのディスプレイ上に表示し,一流選手の動作から作成した短距離走の標準的動作モデルと比較して,被験者の動作を評価した.3.ノートパソコンを利用して分析データをスティックピクチャーの形で被験者に提示しながら,標準的動作モデルと比較した.そして,被験者ごとに疾走動作の評価を行い,被験者の動作の特徴,問題点などを指摘した.4.対話型筋骨格モデリングシステムを導入し,運用法を検討した以上のことから,簡易システムにより被験者ごとに疾走動作をキネマティクス的に比較し,問題点を指摘することによって疾走動作改善のためのポイントが明確になることがわかった.今後,対話型筋骨格モデリングシステムを利用したコンピュータシミュレーションを加えることによってさらに大きな効果が得られると期待される.また対話型筋骨格モデリングシステムについては導入を終わった段階であり,本格的な運用は行えなかった.平成11年度(2年目)では,短距離走に関するデータ収集を継続するとともに,疾走動作のバイオメカニクス的分析にもとづいて練習を行った場合の疾走技術の変容を分析して最適化ループの効果を検討するとともに,最適化システムの構築を試みた.1.バイオメカニクス的データの収集:(1)陸上競技選手(同好会)13名を被験者として,疾走動作を高速度VTRカメラで撮影し,地面反力を計測した(実験1).

(2)混成競技選手15名の疾走動作を定期的に(毎月1回)高速度VTRで撮影した(実験2).2.データの分析と動作の評価:実験1および2で収集したデータをバイオメカニクス的手法に分析し,一流選手から作成した動作モデルと比較するとともに,地面反力パターン(実験1のみ),関節トルクパターンを算出し,被験者の疾走動作を評価した.その結果,実験1および2の被験者に共通して,離地後の脚の回復が遅れる,接地距離が大きく,ブレーキが大きい,などの欠点があることがわかった.また,被験者各自の欠点も明らかにした.3.動作最適化の試み:分析結果にもとづいて,練習では技術的課題の修正法(脚の流れの改善法,股関節の動かし方など)を教示したのち,疾走動作をVTRで撮影し,直ちにVTRモニターで動作を検討した.そして,改善点を示唆し,それを意識して疾走するという最適化ループを1日45回,週3日,2週間行った.その結果,実験1の被験者全員が疾走速度の増大を示すとともに,疾走動作の著しい変化を示した.疾走動作をバイオメカニクス的に検討した結果,多くの場合,ピッチが増大し,股関節を介して大腿に伝達されるカ学的エネルギーが大きくなっていることがわかった.また,実験2では,典型的な被験者2名を抽出し,同様の練習を行い,その効果を検討しているところである.4.コンピュータシミュレーションによる最適動作の計算:被験者に最適と思われる動作を動作分析から抽出したデータにもとづいてコンピュータシミュレーションする手法については現在開発中である.平成12年度(最終年度)では,過去2年間でデータが蓄積された短距離走を対象にして,最適化システム(ループ)の有効性を詳細に検討するとともに,導入した筋骨格モデリングシステム(以下,SIMM)の運用法およびスポーツ動作解析への適用可能性を検討した.1.短距離走動作の最適化効果の検討平成11年度に収集した陸上競技選手(同好会)13名の疾走動作に関するバイオメカニクス的データを分析し,練習の効果を発揮された関節トルク,力学的エネルギーおよび有効性の観点から検討した.その結果,支持期では,接地脚の股関節伸展トルクおよび回復脚の股関節屈曲トルクの増加によって支持脚の大きな屈曲,いわゆる「つぶれ」が小さくなり,回復脚の引出しが早くなったこと,回復期では回復脚の膝関節力によるモーメントが下腿の巻き込み過ぎを抑制したことなどが明らかになった.また,最適化の効果の表れ方には,力学的エネルギーの増す「総仕事増加型」と有効性の増す「有効性増加型」がみられることがわかった.2.筋骨格モデリングシステムの運用法の検討本モデリングシステムの運用法を検討するため,2名の男子大学中距離選手に3種の足の接地法(固有,足先接地,踵接地)および異なる走速度で疾走させ,動作に関するバイオメカニクスデータをforce platform法,VTR撮影法,筋電図法により収集し,SIMMに入力して,関節の合成トルク,パワー,個々の下肢筋によって発揮されたトルクなどを推定した.