hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
超多自由度腱駆動ヒューマノイドの自己感覚モデルの形成と環境適応行動の実現

人間のような自然な動きと柔らかさを有するヒューマノイドを目指し,超多自由度冗長筋骨格型ヒューマノイドを開発している.複雑な身体構造を自由に操る方法を自ら獲得するシステムが不可欠になるという視点から,センサ情報から自己感覚モデルを形成する方法の研究と,そのモデルを利用した環境適応行動の実現を目指している.今年度は,自己感覚情報に基づいた動的行動を学習により獲得するシステムの実現と,時々刻々と更新され特性も変化するようなボディの身体情報を常時自己感覚から獲得し学習し続けるソフトウェアシステムの実現を行った.また,それに伴い,人間や動物のように身体状態の変化を前提とする,"筋配置可変型"の筋骨格系のシステム構成方の提案し,実際に人間の身体構造を模倣したヒューマノイドを開発した.常時学習するシステムや,自己感覚情報に基づいて行動するシステムの検証実験は,今年度開発した実機をベースにして行われた.さらに研究成果は国内外に発表し,ロボティクスの分野では最も権威があると言われる国際会議であるIEEE International Conference on Robotics and Automation 2003において,IEEE ICRA2003 Best Conference Paper Award Finalistに選ばれるなどの評価を受けた.人間のような自然な動きと柔らかさを有するヒューマノイドを目指し,超多自由度冗長筋骨格型ヒューマノイドを開発している.複雑な身体構造を自由に操る方法を自ら獲得するシステムが不可欠になるという視点から,センサ情報から自己感覚モデルを形成する方法の研究と,そのモデルを利用した環境適応行動の実現を目指している.今年度は,自己感覚情報に基づいた動的行動を学習により獲得するシステムの実現と,時々刻々と更新され特性も変化するようなボディの身体情報を常時自己感覚から獲得し学習し続けるソフトウェアシステムの実現を行った.また,それに伴い,人間や動物のように身体状態の変化を前提とする,"筋配置可変型"の筋骨格系のシステム構成方の提案し,実際に人間の身体構造を模倣したヒューマノイドを開発した.常時学習するシステムや,自己感覚情報に基づいて行動するシステムの検証実験は,今年度開発した実機をベースにして行われた.さらに研究成果は国内外に発表し,ロボティクスの分野では最も権威があると言われる国際会議であるIEEE International Conference on Robotics and Automation 2003において,IEEE ICRA2003 Best Conference Paper Award Finalistに選ばれるなどの評価を受けた.
天蚕由来生理活性ペプチドの細胞増殖抑制活性の分子基盤の解明と応用

ヤママリンは昆虫の休眠に関与するペプチドである。また、肝がん腫瘍細胞の細胞増殖を抑制する活性をもつことからその応用が期待されるが、分子機構は不明である。本研究では、ヤママリンとフィブリラリンの相互作用の詳細を明らかにすることを目的とし、以下の成果をあげた。(1)大腸菌発現系による組み換えフィブリラリンの大量調製および精製の方法を確立した。(2) CD測定は、組み換えフィブリラリンが結晶構造と同じ二次構造を保持していることが明らかにした。(3)ドッキング計算の結果は、ヤママリンは有意にフィブリラリン中央のポケットに結合することが明らかにし、ヤママリンが基質の結合を阻害することを示唆した。前年度に確立したフィブリラリンの発現・精製法を用いて、NMR解析のためのM9最小培地での試料調製法を検討し、NMR解析が可能な量のフィブリラリンを得るためのM9最小培地の組成、IPTG誘導のタイミング、誘導後の培養温度を決定することができた。この条件で15N安定同位体標識されたフィブリラリンの調製を行い、M9最小培地1Lあたり約8 mgと高収量でフィブリラリン試料を得ることに成功した。また、CD測定による二次構造解析の結果は、このフィブリラリンが結晶構造と同じ二次構造を保持していることがわかり、正しくフォールドしたフィブリラリン試料を調製できたことを確認できた。15N安定同位体標識化フィブリラリンの15N-HSQCを測定し、スペクトルのピーク同士の分離の程度をモニターしながら、解析可能なスペクトルを得るための試料および測定条件を検討した。測定温度やpHや塩濃度などのNMR試料条件を検討したが、解析可能なスペクトルを得ることができなかった。現在、さらなる条件検討を行っている。また、分子量によるスペクトルの線幅の広がりを抑えるために15N, 2H安定同位体標識フィブリラリンの試料調製の検討を行っている。本研究で正しくフォールドしたフィブリラリンの調製に成功したことは今後の解析を進める上で重要であり、NMRで解析可能な試料条件を決定することでヤママリンーフィブリラリン複合体形成のより詳細な機構を明らかにすることができると考えている。NMR解析には大量の同位体ラベル化試料が必要なため、NMR解析で用いる蛋白質フィブリラリンの大量調製法の検討を行った。高等生物由来のフィブリラリンは、N末端側にグリシン残基が多く存在しこの部分は特定の構造を取らないことが予想されるため、その部分を削除したコンストラクトを作製した。N末端領域を除き、精製用のHisタグおよびタグ切断のためのプロテアーゼ認識配列を付加した塩基配列を大腸菌発現用ベクターに組み込んだ。大腸菌発現系によるフィブリラリンの発現において発現量が少なく、一部が不溶性顆粒として沈殿してしまった。そのため培養および精製の条件検討を行った。培養温度を下げ、レアコドンをカバーするロゼッタ株を用いることで発現量の増加が確認された。また、切断プロテアーゼを変えることでHisタグ配列の分解が抑えられることがわかり、最終的にフィブリラリンのほとんどを可溶化状態で発現させることに成功した。また、フィブリラリンの配列中央部分を認識する抗体でウェスタンブロットを行ったところバンドを確認でき、フィブリラリンが発現および精製できていることがわかった。しかしながら、培養条件や発現コンストラクトの確立に当初の想定より時間がかかってしまい、残念ながらNMRおよびITCによる相互作用解析を行うまでには至らなかった。そこで、コンピュータによる相互作用解析を検討した。ヒトフィブリラリンはすでに結晶構造が決定されているため、この結晶構造と上述した環状型ヤママリンの構造の相互作用解析をドッキングソフトウェアAutoDockを用いて行った。ドッキング計算の結果、環状型ヤママリンは有意にフィブリラリン中央のポケットに結合することが明らかになった。このポケットは基質結合部位であり、ヤママリンおよびその類似体はフィブリラリンへの基質の結合を阻害する可能性があることが示唆された。24年度の研究実施計画では、フィブリラリンの大量発現系を確立し、ヤママリンとの相互作用解析をITCおよびSPR等で行う予定であったが、現段階では発現および精製の系が確立できたところまでであり、当初の計画より遅れている。しかしながら、実験の代わりにコンピュータを用いたドッキングシミュレーションにより、フィブリラリン表面上の有力な相互作用部位が推定することができた。このことは、今後、解析を円滑に進める上で重要な情報となる。総合的に判断し、24年度の達成度をやや遅れていると評価した。24年度に確立したフィブリラリンの発現・精製法を用いてNMR解析のためのM9最小培地での試料調製法の組成を検討する。

また、フィブリラリンとヤママリンの相互作用の様式を明らかにするためにSPRおよびITCを用いたヤママリン・フィブリラリンの相互作用解析を行う。NMRによるヤママリンとフィブリラリンの相互作用を解析するための基盤となるフィブリラリンのNMR信号の帰属を行う。15Nラベル化フィブリラリンの15N-HSQCを測定し、スペクトルのピーク同士の分離の程度をモニターしながら、解析可能なスペクトルを得るための試料および測定条件を検討する。CBCANHやCC(CO)NHなど主鎖および側鎖のピークを帰属するための一連の測定を行い、相互作用解析に必要なフィブリラリンの主鎖および側鎖に由来する原子の化学シフト情報を収集する。15Nラベル化フィブリラリンに対してヤママリンを滴定し、フィブリラリンの15N-HSQCスペクトルのピークの化学シフトの変化から結合に関わる残基を同定し、ヤママリンのフィブリラリン結合部位を明らかにする。また、同位体フィルターNOESYを測定し、ヤママリンとフィブリラリンの分子間の原子間距離の情報を収集する。分子間の距離情報を用いて構造計算を行い、複合体状態でのヤママリンの構造を決定する。以上の解析からヤママリン・フィブリラリン複合体構造を決定する。NMRによる解析結果を基に、ヤママリンおよびフィブリラリンのそれぞれにおいて結合に関与するアミノ酸残基に変異を導入し、上記と同様な相互作用解析を行うことで、複合体形成のより詳細な機構を明らかにする。これまでの実験結果から明らかになった知見を基に、より強く結合するヤママリンのデザインを検討および予備的な実験を行い、本研究後のさらなる研究の発展に向けた基盤を構築する。25年度の予算はフィブリラリンの試料調製のための試薬や消耗品が主である。試薬では、高額なNMR用同位体ラベル化試薬の購入を予定している。また、Hisタグの切断に用いるTEVプロテアーゼも試料が大量であるため予算に占める割合が大きくなると予想される。
埋もれ木年輪の放射性炭素測定による古代宇宙線強度変動の研究

年輪は、1年という時間分解能で放射性炭素C-14を固定しており、宇宙線強度を記憶している自然の有効な検出器である。本研究は,2500年前の鳥海山噴火時の埋もれ木の1年毎の年輪中放射性炭素C-14の濃度の高制度測定により,古代の宇宙線強度変動を1年の時間分解能で調べることを目的としている。数千年前の未知の情報を直接測定によって引き出す実験研究手法の確立を目指し、測定精度について調べた。1.年輪剥離方法の開発を行い1年毎の年輪について約100gの試料を得ることができ、約30年分の試料を作成した。2.年輪試料からのセルロース抽出方を調べ、約30%の収率が得られた。3.セルロースからベンゼンへの大量合成(10ml)が可能なことが分かり、その収率は80%以上であった。4.世界最高感度の液体シンチレーションカウンターQuantulusによりシンチレータ濃度、ベンゼン量、混入ラドン等の測定精度への影響を調べた。その結果統計精度0.2%の測定により測定精度を0.3%以下にできることが分かった。これにより、約2500年前の放射性炭素濃度変動を0.3%以内で計測できることが分かった。5.鳥海火山噴火年代による埋もれ木の状態についての資料調査を行った。これらの研究成果に基づき次年度より年輪資料測定を始める。
ケモカインBRAKを指標とした頭頸部扁平上皮癌に対するテーラーメイド医療の開発

BRAKは頭頸部扁平上皮癌で発現が低下もしくは消失している遺伝子である。私はBRAKの発現消失にプロモーター領域のメチル化が関与していることを明らかにした。BRAKは癌細胞で遺伝子発現が消失している分子であると報告されているが、その原因としてEGFRシグナルによる遺伝子発現の低下とプロモーター領域のメチル化が挙げられる。前者においては、ゲフィチニブによるEGFRシグナルの遮断で、BRAKの遺伝子発現が回復とともに腫瘍縮小効果が確認された。一方、YCU-H891(頭頸部扁平上皮癌細胞でありBRAKを発現していない癌細胞)では、ゲフィチニブ処理においても遺伝子発現が回復せず、またゲフィチニブによる腫瘍縮小効果が見られなかった。このことから、BRAKのプロモーター領域のメチル化を検出することが、ゲフィチニブ投与前における効果判定マーカーになる可能性があり、検出するためのメチル化特異的プライマーを構築することが目的であった。21年度は、in vivoの実験系で、ゲフィチニブに感受性を示さない癌細胞株(BRAKのプロモーター領域がメチル化している細胞株)においてメチル化阻害剤であるデシタビンとの併用療法で、抗腫瘍効果を示すかどうかについて検討を行った。今回私は、デシタビンによりゲフィチニブに対する感受性が亢進することを示す結果を得た。本研究結果より、BRAKのプロモーター領域のメチル化がゲフィチニブの感受性に関与する結果を得た。22年度に終了したBRAKのプロモーター領域の特定に基づき、メチル化及び非メチル化癌細胞群のスクリーニングをし、また、この現象が、BRAKの作用によるものであるかどうかを検討することを目的としていた。以前に、予備実験ではあるが、メチル化を受け、ゲフィチニブによってBRAKの発現が回復しない癌細胞では、ゲフィチニブはin vivoで抗腫瘍効果を示さない結果を我々は得た。一方、デシタビン腹腔投与によってBRAKのプロモーターが回復しているがん細胞においては、デシタビンで抗腫瘍効果が確認でき、さらにゲフィチニブがその効果を増強する結果を得ている。本結果が、BRAKの遺伝子発現によるものであるかどうかを検討するため、YCU-H891のBRAK強制発現細胞をウイルスベクターを用いて作製し、ヌードマウスの背部皮下に移植し確認した。結果として、BRAKを強制発現している細胞においてはin vivoにおける腫瘍増殖能が低下する結果を得た。また、22年度に明らかにしたメチル化部位については、スクリーニングに用いるためのプライマー(MSP用)を作製するためアライアンスバイオシステムズの委託サービスを用いて作製を行った。
リポジトリ活用型Ｊｕｓｔ－Ｉｎ－Ｔｉｍｅソフトウェア品質モデルの開発と評価

本研究では,ソフトウェア変更に対する品質モデル(Just-In-Timeソフトウェア品質モデル)を提案する.JITソフトウェア品質モデルは,ソフトウェアリポジトリマイニング技術を活用することで,現場の開発者が予測モデルを利用したいと計画したときにすぐに利用できる仕組みを提供する.予測結果をリアルタイムに開発者にフィードバックすることで,本提案は開発者の記憶がフレッシュなうちにバグの修正に取り組むことを可能にする.本研究では,ソフトウェア変更に対する品質モデル(Just-In-Timeソフトウェア品質モデル)を提案する.JITソフトウェア品質モデルは,ソフトウェアリポジトリマイニング技術を活用することで,現場の開発者が予測モデルを利用したいと計画したときにすぐに利用できる仕組みを提供する.予測結果をリアルタイムに開発者にフィードバックすることで,本提案は開発者の記憶がフレッシュなうちにバグの修正に取り組むことを可能にする.本研究では,ソフトウェア変更に対する品質モデル(Just-In-Timeソフトウェア品質モデル)を提案する.JITソフトウェア品質モデルは,ソフトウェアリポジトリマイニング技術とクラウド技術を活用することで,現場の開発者が予測モデルを利用したいと計画したときにすぐに利用できる仕組みを提供する.予測結果をリアルタイムに開発者にフィードバックすることで,本提案は開発者の記憶がフレッシュなうちにバグの修正に取り組むことを可能にする.データの準備期間を必要とせずにソフトウェア変更に対してバグを予測する試みは現時点では存在せず,本研究はこの分野で大きなインパクトを与えるものと思われる.本研究では,「JITソフトウェア品質モデル」の実現を目指し,6つのサブタスクを実施する.各サブタスクは,互いにその成果を利用し合うので,サイクリックに開発を行う予定であるが,平成24年度では,特に下記のサブタスクに注力した.1.リポジトリの種類に依存しないデータ収集機構と記述言語:平成24年度は,複数のOSSプロジェクトのコードリポジトリ,及び,バグリポジトリの種類を調べ,どういった機能が存在するかを明らかにした.そのために,プロダクトライン分析を行って,機能を洗い出し,特定のドメインに固有のものと複数ドメインで共通に利用な可能なものに分けた.そして,字句・構文ルールをN項演算子として定義し,リポジトリマイニング用の記述言語(DSL)を開発した.2.JITソフトウェア品質モデルのためのロバストな特徴量:コードリポジトリ,バグリポジトリ,メールアーカイブ等から自動的に特徴量を計測できる枠組みを目指して,現時点で大きく7つのカテゴリ群(変更者の開発経験,コードの変更目的,予測対象モジュールの過去のバグ混入履歴など)の特徴量を研究開発した.本研究では,「JITソフトウェア品質モデル」の実現を目指し,6つのサブタスクを実施する.各サブタスクは,互いにその成果を利用し合うので,サイクリックに開発を行う予定である.本年度は,特に下記のサブタスクに注力した.1.品質モデルのためのモデリング技術:ソフトウェア変更の特徴量とそのバグの有無の関係から,JITバグ予測モデルの構築を行った.具体的には,(a)ランダムフォレスによるモデリング技術の開発と評価,(b)多数のプロジェクトデータを効果的に用いるためのアンサンブル学習の適用,を行った.2.バグ混入データのマイニング機構:分散型リポジトリに対して,バグ修正,及び,発見に関する情報を結合し,そのバグが混入されたのがいつなのかを自動的に検出し,学習データを生成する方法を明らかにした.3.リポジトリの種類に依存しないデータ収集機構と記述言語:平成24年度は,複数のOSSプロジェクトのコードリポジトリ,及び,バグリポジトリの種類を調べ,どういった機能が存在するかを明らかにし,リポジトリマイニングのドメインに固有の機能と複数ドメインで共通に利用な可能なものに分けた.そして,字句・構文ルールをN項演算子として定義し,リポジトリマイニング用の記述言語(DSL)を開発した.平成25年度は,DSLを実行コードに変換する仕組みを実装した.そして,その結果をドメイン分析,及び,DSLにフィードバックする,というサイクルを回し,データ収集機構と記述言語の充実を図った.4.クラウド基盤,及び,システム化:本研究では,大量のOSS開発プロジェクトのリポジトリを収集・加工し,その巨大なデータからバグ予測モデルを構築する.本年度は,来年度に向けた下準備として,クラウド環境の整備を進めた.また,バグ予測ツールのプロトタイプを開発した.本研究では,「JITソフトウェア品質モデル」の実現を目指し,6つのサブタスクを実施する.各サブタスクは,互いにその成果を利用し合うので,サイクリックに開発を行う予定である.本年度は,特に次のサブタスクに注力した.(1)他プロジェクトの利活用方法:開発履歴が少ないプロジェクトにおけるJITソフトウェア品質モデルの実現のために,他プロジェクトの利活用を試みた.他プロジェクトを用いても性能の良いモデル構築に寄与するであろう3つの仮説(例えば,開発のコンテキストが類似するプロジェクトを用いると,性能のよいモデルを構築することができる)を立て,それらの仮説を実データを用いて実験的に検証した.実験の結果,蓄積された全プロジェクトの過去データを一つのデータとしてみなして結合することで,うまくモデルを構築できることがわかった.(2)昨年度行ったサブタスクの改良:JIT品質モデル構築の際,品質(欠陥)の重みを均一に扱うのではなく,重み付けするための方法の開発を行った.修正にかかる労力(同時修正ファイル数,同時修正ディレクトリ数,変更行数)が大きい欠陥は,重みの大きい欠陥と定め,労力の大きさに基づき欠陥の重み付けを行った.この方法は労力の重み付けを自動的に行うことが可能であり,大規模データにも適用できる点がメリットである.この方法を用いてJITソフトウェア品質モデルの評価実験を行った結果の一部は,Journal of Empirical Software Engineeringに採録された.

(3)システム化:リポジトリから変更の特徴量,及び,欠陥の有無を自動収集するツールをプログラミング言語rubyによって実装し,計測したデータからモデルを構築するツールを統計言語Rによって実装し,研究会等で発表を行った.26年度が最終年度であるため、記入しない。ソフトウェア工学26年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度の研究計画・方法に記載した「研究の目的」をおおむね達成できており,その内容を論文誌,研究会において発表できた.現在,その成果を発展させ,論文誌や国際会議に投稿している段階であり,一定の成果も出ているため,おおむね順調に進展していると考える.平成25年度の研究計画・方法に記載した「研究の目的」をおおむね達成できただけでなく,本研究分野で最も権威のある論文誌にその成果が掲載された.また,1)品質モデルのためのモデリング技術で得られた成果の一部が,リポジトリマイニングの主要な国際会議にも採録された.現在,その成果をさらに発展させ,論文誌や国際会議に投稿している段階であり,当初の計画以上に進展していると考える.26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では,研究テーマを推進するために,プロトタイプ型のアプローチを採用し,問題が生じたときには優先順位をつけて対応している.今後も同様のアプローチを採用する予定である.また,国内外の研究会に積極的に参加し,多面的に意見を取り入れることで問題の早期解決を目指す.さらに,研究協力者と隔週で一度程度のテレビ会議システムを用いた進捗報告,及び,意見交換を行う予定である.昨年度と同様,本年度もプロトタイプ型のアプローチを採用し,問題が生じたときには優先順位をつけて対応している.今後も同様のアプローチを採用する予定である.その他に,研究協力者と隔週で一度程度のテレビ会議システムを用いた進捗報告,及び,意見交換を行う予定である.また,最終的な研究成果をまとめる年度であるため,国内外の研究会に意欲的に参加し,研究成果を積極的に発表する予定である.26年度が最終年度であるため、記入しない。平成24度購入したクラウド環境用システムの補強を行う予定である.また,平成25年度より,バグ混入データのマイニング機構や,品質モデルのためのモデリング技術の開発等を重点的に行う.そのための予測モデル構築用統計ソフトウェアの購入や,ソフトウェア開発用システムの補強を予定している.本年度はソフトウェア開発用システム一式等の一部の購入を見送った.
視線入力、音声入出力、画像処理の複合による自立介護システムの開発

日本も既に高齢化社会を過ぎて高齢社会に突入しており、今後、ますます福祉や介護の必要性が増す状況にある。その中で、自立用介護のシステムの開発は、介護労力の削減のみならず、人が人として自分の意志で生きるための支援となる。そのような背景の中で、上肢の不自由な人が自分の腕の代わりとして使用するロボットアームの開発が行われてきた。しかし、ロボットアームを自分の腕のように扱うには相当の訓練が必要であり、ロボットに慣れ親しんでいる人以外には、あまり利用されていないのが現状である。そこで、本研究では、ロボットアームを操作して「物を掴み、別の場所へ移動させる」という行為に対して、特別な訓練を必要とせず、人が人に頼むように簡易に操作できる介護用ロボットアームシステムの開発を目指した。具体的には、1.介護用ロボットシステムのマン-マシンインタフェイスとして、視線入力、画像処理、音声入出力を検討し、それらの複合させたマン-マシンインタフェイスの構築を提案した。2.視線入力装置として、眼球運動測定装置が設置されたゴーグルに小型CCDカメラを装備し、PCに利用者の現在見ている映像と視線の位置を入力するインターフェイスを構築した。3.介護システムの上方より俯瞰でシステム周りの状態を判断できるCCDカメラを設置し、ロボットアームの周り(ロボットアームが置かれた机上)の物体の位置関係を検出する画像処理プログラムを開発した。4.ロボットアーム、視線入力装置、俯瞰CCDカメラの3つの座標系を設定し、システムとして統合した。5.ロボットアームを操作するマン-マシンインタフェイスとして現在、市販されている音声認識アプリケーションが適切か否かを検討した。6.ロボットアームで机上の物体をつかみ、移動させる事を想定し、各座標系間の変換方法および移動対象物の座標検出方法を提唱した。現在、自立用介護ロボットの必要性が認められつつも、安全面の問題や操作性の煩雑さ等の理由で実用化は難しい状況である。よって、本研究では、視線による指示、画像による物体認識、音声による意思伝達を複合させて、より直感的で分かりやすいマン-マシンインタフェイスの構築を目的としている。本年度の研究実績としては、1.眼球運動測定装置(T.K.K 2930A竹井機器工業製)と小型CCDカメラをゴーグルに取り付け、視線入力装置を構成した。また、これらの装置とPCをシリアルポートとキャプチャーボードを介して接続し、入力・データ処理を行うプログラムを作成した。2.視線入力装置を構成する眼球運動測定装置の座標系とCCDカメラの画像座標系を合わせるための校正法を確立し、そのための校正機器を構成した。3.数人の被験者により、視線の向きとCCDカメラの画像を同時にPCへ記録する実験を行い、上記1の視線入力装置と上記2の校正法の有効性を確認した。4.ロボットハンドで机上の物体をつかむ事を想定し、上記1の視線入力装置の座標と机上の基準座標系との変換式を導き、机上の対象物を利用者の視線の向きで指示するための関係式を導出した。5.机上の対象物を基準座標系で認識するために別のCCDカメラを机の上方に配置することを想定し、関連の画像処理プログラムを作成した。また、現在、これらの装置を単純化・軽量化を行うために全てのコントロールおよびデータ解析をノートPC1台で行うことが可能であるか検討中である。
電気化学的アプローチによる高性能セラミックス基複合材料の界面層形成プロセスの開発

本研究では、非導電性または低導電性セラミック繊維に導電性ポリマーを被覆することにより導電性を付与し、電気泳動堆積(EPD)を用いた電気化学的アプローチによる高性能セラミックス基繊維強化複合材料の新規界面層形成プロセスの開発を行った。その結果、低導電性セラミックス繊維表面に導電性ポリマーを被覆し、繊維表面に導電性を付与することで、EPD法による界面層の形成が可能であることを明らかにし、EPD法により優れた機械的特性を有するセラミックス基繊維強化複合材料の界面層形成プロセスを確立することができた。本研究では、非導電性または低導電性セラミック繊維に導電性ポリマーを被覆することにより導電性を付与し、電気泳動堆積(EPD)法を用いた電気化学的アプローチによる高性能セラミックス基繊維強化複合材料の新規界面層形成プロセスの開発を目的とする。平成26年度は、非導電性または低導電性セラミック繊維表面への導電性ポリマー被覆プロセス及びEPD法を用いた界面層形成プロセスに関して基礎的検討を行い、プロセス条件の目処付けを行った。また、セラミックス基繊維強化複合材料の特性、微構造評価及びキャラクタリゼーションに関して予備的検討を行った。導電性ポリマー被覆プロセスについて重合条件を検討した結果、重合温度を0°Cとし、モノマー、酸化剤及びドープ剤の濃度を0.003Mとすることで、非晶質SiC繊維上におよそ70nmの膜厚の導電性に優れたポリピロール被覆相の形成が可能であることを明らかにした。EPD法を用いた導電性ポリマー被覆非晶質SiC繊維表面へのカーボン界面層形成プロセスについては、超音波分散装置を用いて調製した平均粒径0.4μmのカーボン粒子の水系懸濁液を用いて、電流制御によるEPDを行うことで、低導電性SiC繊維表面にカーボン界面層を形成することが可能であることを明らかにした。また、窒化ホウ素界面層に関しては、EPD用懸濁液の調製について検討し、超音波分散及び遠心分離を組み合わせることにより、平均粒径0.1μmの微細な板状窒化ホウ素粒子の水系懸濁液の調製に成功した。1次元SiCf/SiC複合材料の作製プロセスに関しては、ホットプレス法よりも低温でのマトリックス形成が可能なポリマー溶液含浸-熱分解(PIP)法で行うこととし、PIP法により1次元SiCf/SiC複合材料の作製条件を検討した。また、特性評価及びキャラクタリゼーションについて、試料形状や試験条件等を検討した。平成27年度は、導電性ポリマー被覆を施したセラミック繊維に対し、EPD法を用いた界面層形成プロセスについて、EPD条件及びEPD用懸濁液の調製条件を検討し、EPD法による界面層形成プロセスの最適化を図るとともに、これらのセラミックス繊維を強化材として、セラミックス基繊維強化複合材料を作製し、得られた複合材料の微構造評価、機械的特性、キャラクタリゼーションを行った。導電性ポリマーを被覆したSiC繊維表面に、EPD法によるカーボン界面層の形成を試み、100nm以上の厚さを有するカーボン界面層を形成した(導電性処理繊維)。これらの繊維を強化材として、ポリマー溶液含浸・熱分解(PIP)法によりマトリックスを形成し、1次元SiCf/SiC複合材料を作製した。比較のため、カーボン界面層を形成していないSiC繊維(未処理繊維)、導電性ポリマーを被覆せずにEPD法を行ったSiC繊維(低導電性EPD繊維)を強化材とした複合材料も作製した。その結果、未処理繊維及び低導電性EPD繊維を強化材とした複合材料では、繊維引き抜けは見られず、モノリシックセラミックスと同様な脆性的な破壊挙動を示したが、導電性処理繊維を強化材とした複合材料は、繊維強化複合材料に特有な擬塑性的な破壊挙動を示し、繊維引き抜けも見られた。以上の結果から、低導電性SiC繊維表面に導電性ポリマーを被覆し、繊維表面に導電性を付与することで、EPD法により界面層の形成が可能であり、EPD法により優れた機械的特性を有するSiCf/SiC複合材料の界面層の形成が可能であることを明らかにした。本研究では、非導電性または低導電性セラミック繊維に導電性ポリマーを被覆することにより導電性を付与し、電気泳動堆積(EPD)法を用いた電気化学的アプローチによる高性能セラミックス基繊維強化複合材料の新規界面層形成プロセスの開発を目的としている。非導電性または低導電性セラミック繊維表面への導電性ポリマー被覆プロセスに関しては、プロセス条件の目処付けを終え、現在最適化を図っており、研究計画通りに進行している。EPD法を用いた界面層形成プロセスに関しては、カーボン界面層形成プロセスについては、プロセスの最適化はほぼ達成している。また、窒化ホウ素界面層形成プロセスについては、現在、EPD用懸濁液の調製条件及びEPD条件の最適化を図っており、平成28年度も引き続き行う。EPD法による非導電性Al2O3繊維へのリン酸ランタン界面層被覆に関しては、リン酸ランタン粒子の水系懸濁液の調製条件及びEPD条件を引き続いて検討中である。複合材料の作製プロセスに関しては、すでに最適化を達成しており、研究計画通りに進行している。

また、特性評価及びキャラクタリゼーションについては、特に界面特性の評価について検討を行っており、平成28年度も引き続き行う。以上のことから、現在のところ、本研究は研究計画通りにおおむね順調に進展している。本研究では、非導電性または低導電性セラミック繊維に導電性ポリマーを被覆することにより導電性を付与し、電気泳動堆積(EPD)法を用いた電気化学的アプローチによる高性能セラミックス基繊維強化複合材料の新規界面層形成プロセスの開発を目的とする。平成28年度は、作製した1次元セラミックス基繊維強化複合材料の特性・微構造評価及びキャラクタリゼーションを行い,得られた成果を導電性ポリマー被覆プロセス及びEPD法による界面層形成プロセスにフィードバックし,導電性ポリマー被覆及びEPD法による界面層形成プロセスの最適化及び確立を目的とした。ポリピロールを被覆した低導電性SiC繊維表面に、EPD法により炭素界面層を形成し、1次元SiCf/SiC複合材料を作製し、室温での機械的特性を評価したところ、炭素界面層のない複合材料は脆性破壊したのに対し、炭素界面層を有する複合材料では、繊維引き抜けを伴う擬塑性的な破壊挙動を示した。破壊エネルギーは、炭素界面層のない複合材料では100-200J/m2であったのに対し、炭素界面層を有する複合材料では、2000-3000J/m2であり、極めて高い破壊エネルギーを示した。ナノインデンターを用いた押し込み試験によりSiCf/SiC複合材料の界面力学特性を評価したところ、炭素界面層のない複合材料では繊維/マトリックス界面が強固に結合し、高い界面せん断強度であったのに対し、炭素界面層を有する複合材料では、繊維/マトリックス界面結合は弱く、界面せん断強度が低いことを明らかにした。以上の結果から、低導電性セラミック繊維表面に導電性ポリマーを被覆し、表面に導電性を付与することで、EPD法による界面層の形成が可能であることを明らかにし、EPD法により優れた機械的特性を有するセラミックス基繊維強化複合材料の界面層形成プロセスを確立することができた。本研究では、非導電性または低導電性セラミック繊維に導電性ポリマーを被覆することにより導電性を付与し、電気泳動堆積(EPD)を用いた電気化学的アプローチによる高性能セラミックス基繊維強化複合材料の新規界面層形成プロセスの開発を行った。その結果、低導電性セラミックス繊維表面に導電性ポリマーを被覆し、繊維表面に導電性を付与することで、EPD法による界面層の形成が可能であることを明らかにし、EPD法により優れた機械的特性を有するセラミックス基繊維強化複合材料の界面層形成プロセスを確立することができた。本研究では、非導電性または低導電性セラミック繊維に導電性ポリマーを被覆することにより導電性を付与し、電気泳動堆積(EPD)法を用いた電気化学的アプローチによる高性能セラミックス基繊維強化複合材料の新規界面層形成プロセスの開発を目的としている。非導電性または低導電性セラミック繊維表面への導電性ポリマー被覆プロセスに関しては、プロセス条件の目処付けを終えており、研究計画通りに進行している。
イオン液体の水和制御に基づくインテリジェント高分子電解質の開発と機能開拓

本研究では、温度変化等の外部因子で水和状態を可逆的に制御できるイオン液体、およびその重合体であるイオン液体由来高分子電解質を開発し、省エネルギー反応・分離プロセス等への応用に向けた基礎知見を得ることを目的とした。平成29年度までに、イオン液体と水との相分離挙動をカチオン・アニオンの分子構造の観点から整理し、昇温により水と相分離する下限臨界溶解温度(lower critical solution temperature)型の相分離挙動を示すイオン液体など、温和な条件で水を吸収・放出する数種類のイオン液体を見出した。これらを適切な架橋剤を用いて重合したゲル状の固体材料は、モノマー由来の機能を維持し、ゲルに内包する水分量を温度により制御できることを明らかとした。この含水量変化により、水相に溶解する各種化合物の分配が大きく変化することを見出し、水中に溶解したタンパク質の除去率や、プロリンを触媒とする水系アルドール反応の転化率を温和な条件で向上できることを明らかとした。最終年度では、イオン液体の水吸収・放出機能や相分離機能を利用した省エネルギー反応・分離プロセスの構築を目指し、触媒機能を持ち、反応原料や生成物との相分離挙動を制御できるイオン液体触媒の開発を進めた。開発したイオン液体触媒を用いてエステル化反応に代表される脱水縮合反応を実施し、副生する水をイオン液体触媒に吸収させ、かつ生成物を相分離することにより、100°C以下の温和な条件でも平衡反応を促進して転化率を向上できることを見出した。この成果は、蒸留等による水の除去操作を必要とせず、生成物のみを高転化率かつ高純度に得られる反応・分離プロセスの提案につながる重要な知見である。構成イオン種に重合基を持つ重合性イオン液体を設計・合成し、種々の外部環境変化で水和状態をスイッチングできるインテリジェント高分子電解質の開発を進めた。まず、外部因子として温度変化に着目し、合成した重合性イオン液体を水と混合した際の相挙動の温度依存性について、濁度測定を用いて評価した。その結果、構成カチオンに4級ホスホニウムカチオン、4級アンモニウムカチオンを持ついくつかの重合性イオン液体に、昇温により相分離する下限臨界溶解温度(lower critical solution temperature; LCST)型の相挙動が認められた。さらに、これら重合性イオン液体を高分子化した高分子電解質もまた、LCST型の相挙動を示すことを確認することができた。そこで、得られた重合性イオン液体に適切な架橋剤、重合開始剤を用いて膜化し、膜内に溶解する含水量を測定したところ、LCST挙動に由来する含水量変化を観察することができた。中でも、構成アニオンにスチレンスルホン酸を用い、カチオンにアルキル鎖の異なる2種のホスホニウムカチオンからなる重合性イオン液体を共重合した高分子電解質フィルムは、室温付近の温和な昇温により、内包する含水量を約80wt%から10wt%程度に低下させることができ、この水和状態変化を利用して特定タンパク質を膜内へ濃縮できることが明らかとなった。さらに、特定分子を認識して物性が変化する新たなインテリジェント高分子電解質の設計に着手し、水やアルコール等の極性分子を選択的かつ温度依存的に配位して色変化を生じる金属錯体型イオン液体をベースとするブロック共重合体の開発にも成功した。本年度は、インテリジェント高分子電解質の設計・合成と平行して、固体材料を作製するための基盤技術の開発と応用先の探索を網羅的に検討した。その結果、特定タンパク質を選択的かつ温度依存的に濃縮できる膜材料や特定分子を認識する金属錯体型ブロック共重合体を開発することができた。そのため、当初の研究計画に沿って順調に進展していると考えている。僅かな温度変化等の外部環境で水和状態をスイッチングできるインテリジェント高分子電解質を用いた省エネルギー反応・分離プロセスへの利用展開を目指し、前年度までに開発した下限臨界溶解温度(lower critical solution temperature; LCST)型の相分離挙動を示す重合性イオン液体と、触媒部位としてプロリンを共重合させ、触媒機能を持つインテリジェント高分子電解質の開発を試みた。まず、重合基としてビニルベンジル基を導入したアルキルホスホニウムカチオンと、アルキルスルホン酸アニオンを組み合わせた種々の重合性イオン液体を、アクリル基を持つ重合性プロリンと異なるモル比で混合し、適切な架橋剤および熱重合開始剤を用いてゲル化を行った。得られたイオン液体由来高分子電解質ゲルの含水率の温度変化を評価したところ、プロリンのモル比を0.1に調整した高分子電解質ゲルが、LCST型の相分離挙動に由来する含水率変化を示した。一方、重合性プロリンのモル分率の上昇とともに含水率は上昇し、温度を変化させても含水率の変化は見られなくなった。次に、含水率変化がプロリンの触媒活性に与える影響を検討するため、LCST挙動を示したイオン液体由来高分子電解質ゲルを用いて水系アルドール反応を行った。その結果、僅かな昇温により転化率を制御できることを見出した。プロリンを触媒とする水系アルドール反応は、脱水縮合反応と加水分解反応を含む平衡反応により進行するため、LCST挙動に伴う系内の含水率制御により、効率良く反応を促進できたと考えられる。本年度は、温度応答能を持つインテリジェント高分子電解質の適用先として、触媒反応プロセスに着目し、プロリンを共重合させた新たなイオン液体由来高分子電解質ゲルを作製することができた。プロリンを共重合後も温度応答能を維持するための合成条件の最適化や、水系アルドール反応への利用に向けた基礎データの集積を行い、温和な昇温での含水率制御により、反応を促進できることを見出した。

これは、本研究の目標である省エネルギー反応・分離プロセス等への展開につながる成果であり、当初の研究計画に沿って順調に進展していると考えている。本研究では、温度変化等の外部因子で水和状態を可逆的に制御できるイオン液体、およびその重合体であるイオン液体由来高分子電解質を開発し、省エネルギー反応・分離プロセス等への応用に向けた基礎知見を得ることを目的とした。平成29年度までに、イオン液体と水との相分離挙動をカチオン・アニオンの分子構造の観点から整理し、昇温により水と相分離する下限臨界溶解温度(lower critical solution temperature)型の相分離挙動を示すイオン液体など、温和な条件で水を吸収・放出する数種類のイオン液体を見出した。これらを適切な架橋剤を用いて重合したゲル状の固体材料は、モノマー由来の機能を維持し、ゲルに内包する水分量を温度により制御できることを明らかとした。この含水量変化により、水相に溶解する各種化合物の分配が大きく変化することを見出し、水中に溶解したタンパク質の除去率や、プロリンを触媒とする水系アルドール反応の転化率を温和な条件で向上できることを明らかとした。最終年度では、イオン液体の水吸収・放出機能や相分離機能を利用した省エネルギー反応・分離プロセスの構築を目指し、触媒機能を持ち、反応原料や生成物との相分離挙動を制御できるイオン液体触媒の開発を進めた。開発したイオン液体触媒を用いてエステル化反応に代表される脱水縮合反応を実施し、副生する水をイオン液体触媒に吸収させ、かつ生成物を相分離することにより、100°C以下の温和な条件でも平衡反応を促進して転化率を向上できることを見出した。この成果は、蒸留等による水の除去操作を必要とせず、生成物のみを高転化率かつ高純度に得られる反応・分離プロセスの提案につながる重要な知見である。これまでの結果から、インテリジェント高分子電解質が分離・抽出材料やセンシング材料等への利用可能性を見出すことができた。一方で、インテリジェント高分子電解質の相分離現象に関する基礎的な知見に関しては不十分な点が多い。今後は、水中の微量有機物質や金属イオン等、分離・抽出を行う対象範囲を拡大して機能評価を行うとともに、各種分光学的手法を用いて、相分離現象の本質的な理解に向けた基礎研究を進める予定である。これまでの結果から、イオン液体を出発物質とするインテリジェント高分子電解質が、分離・抽出材料やセンシング材料に加え、触媒反応プロセス等への利用も可能性であることを明らかにした。一方で、重合性イオン液体と他のモノマーとの共重合を行った場合、本来備わっている環境応答能が損なわれてしまうという問題が生じた。今後は、環境応答能と触媒能など、複数の機能を両立するための設計指針の確立を行い、機能の更なる向上を図るとともに、各種分光学的手法を用いて、相分離現象の本質的な理解に向けた基礎研究を進める予定である。本年度必要となった試薬及び実験器具等は揃えることができたため、次年度に予算を繰り越すこととした。(理由)本年度必要となった試薬及び実験器具等は揃えることができたため、次年度に予算を繰り越すこととした。
味覚嫌悪学習による長期記憶の保持機構の神経行動学的解析

行動実験によってプロポフォールやミダゾラムの作用を比較・検証した。プロポフォールはCTAの獲得には影響せず、消去にのみ増強効果を示した。これに対し、ミダゾラムはプロポフォールとは異なり獲得過程を抑制した。このことは、両者の消去過程に対する増強作用が異なる作用点あるいは作用部位で生じていることを示唆する。アドレナリン作動性シナプスにおけるα_2受容体の遮断剤であるヨヒンビンはプロポフォールの麻酔効果を減弱させる。ところが、ヨヒンビンはむしろプロポフォールと同様あるいはそれ以上の効果を示した。このことはプロポフォールのCTAMの消去に対する増強効果が麻酔作用とは異なる作用点または作用部位を持つこと、そして、作用点または作用部位にはアドレナリン作動性シナプスおよびα_2受容体が密接に関係していることを示唆する。ラットで得られた上記の結果がマウスでも同様に生じることを確認した。このことはラットとマウスの情動記憶系がプロポフォールに対する共通の感受性部位を有することを示唆する。プロポフォールの作用部位を同定するために、神経の活動性のマーカー分子であるcFos蛋白の免疫組織化学的研究法を用いて、プロポフォールの作用点を検討した。CTA獲得1時間後に脳血管灌流法により脳を固定し、味覚の2次中枢である結合腕傍核、視床前核群、扁桃体および大脳皮質味覚野(島皮質)でcFos陽性細胞数をプロポフォール投与群と対照群(生食投与群)とで比較した。その結果、どの部位でも統計的に有意な相違は見られなかったが、味覚と嫌悪感の連合部位である扁桃体外側核ではcFos陽性細胞数が増加する傾向が見られた。このことは、このことは、扁桃体外側核がCTAMの獲得だけではなく保持にも重要な部位であることを示唆する。ミダゾラムやプロポフォールなどの静脈麻酔薬の作用点は一般にGABA_A受容体であり、これを活性化することにより麻酔効果が生じ、ベンゾジアゼピン様作用として知られている。しかし、麻酔効果が生じない低濃度(抗不安量あるいは鎮静量)では体性感覚や随意運動はほぼ正常であるが、顕著な健忘効果を生じる。したがって、この健忘効果は通常の麻酔作用とは異なるメカニズムを介していると考えられる。本研究の目的は、鎮静量の静脈麻酔薬の作用点を調べることにより、記憶の形成・保存・想記に関与する部位あるいは経路を明らかにすることである。我々はこれまでにラットにおいて静脈麻酔薬のであるプロポフォールやミダゾラムが全身麻酔に至らない低濃度(鎮静量)によって味覚嫌悪記憶(CTAM)の消去を著しく促進すること、この作用が低濃度域で指摘濃度を示すことを見いだしている。本年度においては、まず行動実験によってプロポフォールやミダゾラムの作用を比較・検証した。現在、.神経の活動性のマーカー分子であるcFos蛋白の免疫組織化学的研究法を用いて、プロポフォール、ミダゾラムあるいはヨヒンビンの作用点を検討中である。

前年度までにラットにおいて静脈麻酔薬のであるプロポフォールやミダゾラムが全身麻酔に至らない低濃度(鎮静量)によって味覚嫌悪記憶(CTAM)の消去を著しく促進すること、この作用が低濃度域で指摘濃度を示すこと、プロポフォールはCTAの獲得には影響せず、消去にのみ増強効果があることを示した。更に、プロポフォールの麻酔効果を減弱させることが報告されているアドレナリン作動性シナプスにおけるα_2受容体の遮断剤であるヨヒンビンは、むしろプロポフォールと同様あるいはそれ以上の効果を示した。このことはプロポフォールのCTAMの消去に対する増強効果が麻酔作用とは異なる作用点または作用部位を持つこと、そして、作用点または作用部位にはアドレナリン作動性シナプスおよびα_2受容体が密接に関係していることを示唆する。本年度はラットで得られた上記の結果がマウスでも同様に生じることを確認した。このことはラットとマウスの情動記憶系がプロポフォールに対する共通の感受性部位を有することを示唆する。プロポフォールの作用部位を同定するために、神経の活動性のマーカー分子であるcFos蛋白の免疫組織化学的研究法を用いて、プロポフォールの作用点を検討した。CTA獲得1時間後に脳血管灌流法により脳を固定し、味覚の2次中枢である結合腕傍核、視床前核群、扁桃体および大脳皮質味覚野(島皮質)でcFos陽性細胞数をプロポフォール投与群と対照群(生食投与群)とで比較した。その結果、どの部位でも統計的に有意な相違は見られなかったが、味覚と嫌悪感の連合部位である扁桃体外側核ではcFos陽性細胞数が増加する傾向が見られた。このことは、プロポフォールが味覚伝導路や意識や注意に関与する上行性賦活系ではなく、味覚と嫌悪感の連合部位に直接作用することを示唆する。
関節軟骨欠損部の修復過程における遺伝子発現-関節軟骨発生過程との比較-

本研究は,関節軟骨全層欠損の修復において再生組織を構成する細胞が分化成熟していく過程を遺伝子レベルにて理解し,このことからより良い修復方法を解明することを目的とし,実験を行った.その結果,1.HPLCで調べた関節軟骨内のCS量と異性体比の成長過程における変化については,すなわち,関節軟骨の成熟にはコンドロイチン6硫酸化酵素が関与し,これは主に滑膜組織によるものであることが判明した.修復軟骨組織ならびに変性軟骨組織でのコンドロイチン6および4硫酸化酵素の発現様式についての経時的な観察では関節症群ではCS量は術後1ヵ月ではいったん増加したが,術後3ヵ月では低下した.異性体比は経時的に減少し,C6ST mRNAの発現量も経時的に低下したがC4STの発現は亢進した。修復群のCS量は増加傾向にあり,C6STおよびC4ST mRNAの発現量も経時的に増加した.すなわち,関節軟骨の変性とともにC6STの発現が低下しC4STの発現が亢進するのに伴い,異性体比が低下することが明らかとなった.4.胎児関節軟骨の修復過程を知る上うえで,重要な遺伝子であるc-fosの発現様式について正常関節軟骨との比較ではRT-PCRにおいてATP, A23187を加えた群では正常群に比べ、c-fos遺伝子発現が上昇しており、BAPTA, BAPTA+ATPを加えた群では正常群に比べ、c-fos遺伝子発現が抑制されていた。胎児の軟骨片では1μM,100μM ATP付加で軟骨細胞にCa自発振動、[Ca^<2+>]iの上昇が認められ、Ca波の伝播が認められたが、大人の軟骨片では1uM ATP付加で認められなかった。以上のことから成人と比較し胎児のc-fos遺伝子はATPにより[Ca^<2+>]iの上昇を介して発現しており、かつ細胞間の伝達がATPにより行われていることが示唆された。コンドロイチン硫酸は関節軟骨の主要構成体の1つであり,その異性体としてコンドロイチン6硫酸やコンドロイチン4硫酸が知られている.この異性体比,すなわち,コンドロイチン4硫酸のコンドロイチン6硫酸の比率は関節軟骨の成長過程において増加して成熟個体の正常軟骨では非常に高値を呈することが明らかとなった.この現象には硫酸化酵素の活性の変化が関与している可能性が示唆されている.そこでわれわれは現在までに塩基配列が解明されている硫酸化酵素のうちコンドロイチン6硫酸への転換酵素,すなわちコンドロイチン6硫酸化酵素に着目し,この酵素の発現の変化について家兎関節を用いて観察した.まず,関節軟骨のコンドロイチン硫酸量とその異性体比について観察したところ,関節軟骨中の湿重量あたりのコンドロイチン硫酸量自体には年齢の変化に伴う著明な変化は認められなかった.一方,コンドロイチン硫酸の異性体比は加齢に応じて増加を認めた.すなわち,コンドロイチン6硫酸量は増加したが,コンドロイチン4硫酸量は減少した.この異性体比の増加は骨端線閉鎖頃の比較的若年の家兎で著明であった.以上のことからコンドロイチン硫酸異性体比の亢進は関節軟骨の次に,関節軟骨細胞中からのコンドロイチン6硫酸化酵素の発現について半定量RT-PCRを用いてそのmRNAレベルでの発現を観察したところ,異性体比が著明に増加する身体的発育期に有意なコンドロイチン6硫酸化酵素の発現を認めた.生後2年の比較的壮年期に当たる家兎関節軟骨からはこれらの酵素の発現が認められないものも存在した.

また,この酵素の発現量について滑膜組織との比較検討を行ったところ,軟骨組織よりも滑膜組織に方がコンドロイチン6硫酸化酵素の発現量が高値を呈していた.すなわち滑膜組織由来のコンドロイチン6硫酸化酵素がおもに関節軟骨のコンドロイチン硫酸異性体比の亢進に働いていることが明らかとなった.以上のことから関節軟骨の成熟にはコンドロイチン6硫酸化酵素が直接的に関与している可能性が解明された.われわれは関節軟骨損傷部での修復組織はコンドロイチン6硫酸の異性体比が正常軟骨に比べ低いことを証明しており,今後成長過程で発現するコンドロイチン6硫酸化酵素が軟骨修復過程でどのような変化を来すのか解明していく予定である.前年度,われわれは家兎を用いた実験において成長とともにコンドロイチン硫酸(CS)異性体(コンドロイチン6硫酸:C6Sおよびコンドロイチン4硫酸:C4S)の組成比が亢進するに伴い,コンドロイチン6硫酸化酵素(C6ST)の発現も増加することを明らかにした.今年度は家兎関節症モデルおよび関節軟骨欠損再生モデルにて変性および再生した軟骨組織中のCS異性体比とC6STのmRNA発現との関連性について明らかした.方法として日本白色家兎を用いて関節症群,骨軟骨欠損修復群,Sham群および何ら処置を施してない正常群の4群を作製した.術後1,3カ月の時点でC6SおよびC4Sをそれぞれ定量し,異性体比を算出するとともに,変性および修復軟骨内のC6ST mRNAの発現量を半定量PCRにて求めた.その結果,関節症群ではCS量は術後1カ月ではいったん増加したが,術後3カ月では低下した.異性体比はそれぞれ1.9,1.3と経時的に減少し,C6ST mRNAの発現量も経時的に低下した.修復群のCS量は術後1カ月では平均34.5mmol/mg,術後3ヵ月では平均45.8mmol/mgと増加傾向にあり,C6ST mRNAの発現量も経時的に増加した.Sham群および正常群ではCS量および異性体比およびにC6ST mRNAの発現量に経時的な変化は認めなかった.今回の結果から関節軟骨の変性とともにC6STの発現が低下し,それに伴い,異性体比が低下することが明らかとなった.C6STが関節軟骨のCS組成の変化に重要な役割を演じていることが示唆された.何らかの方法でC6STの発現を亢進させることが可能であれば,軟骨内のCS組成比が亢進し,正常なものへと近づくことでより良好な軟骨修復が可能になると考えられる.次年度はこれらC6STの発現を冗進させることが可能な物質等検討していきたい.昨年度は家兎関節症モデルおよび関節軟骨欠損再生モデルにて変性および再生した軟骨組織中のコンドロイチン硫酸(CS)異性体(コンドロイチン6硫酸:C6Sおよびコンドロイチン4硫酸:C4S)比とコンドロイチン6硫酸化酵素(C6ST)のmRNA発現との関連性について明らかした.本年度はコンドロイチン4硫酸化酵素(C4ST)の発現とその異性体比についても検討を加えた.方法として日本白色家兎を用いて関節症群,骨軟骨欠損修復群,Sham群および何ら処置を施してない正常群の4群を作製した.術後1,3カ月の時点でC6SおよびC4Sをそれぞれ定量し,異性体比を算出するとともに,変性および修復軟骨内のC6ST及びC4ST mRNAの発現量を半定量PCRにて求めた.