hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
「人間地球系」-人類生存のための地球本位型社会の実現手法-環境因子に対する感受性を支配する遺伝子的要因

本研究は、(1)環境因子に対する感受性を支配する遺伝的素因の有無、(2)感受性因子の本態と遺伝的多型性、(3)環境因子に対する感受性の変化の原因の生化学的機構、を検討することにより、環境因子による生体影響の個体差を決定する要因を明らかにすることを目的とする。本年度は以下の成果が得られた。経口摂取したCdの腎臓への蓄積性の動物種差、系統差を左右する因子としての小腸粘膜のメタロチオネインの役割は、特にCd汚染がある場合に顕著に作用することを明らかにした(井村)。CYP2D6のpoormetabolizerから新しい変異として、エクソン5に1塩基Cの挿入がある変異を見いだした。この変異を簡便に検出する診断法を確立し、日本人健常人に本変異をヘテロで有する者がいることを明らかにした(鎌滝)。2,4,6-trichlorophenol(TCP)による生体内フリーラジカル産生及び消去機構をSOD遺伝子組換えマウスを用いて生体計測ESRによって無侵襲測定したところ、初期肝代謝時に・OHが生成していることが明らかになった(内海)。5年間の皮膚癌検診の調査結果から、戸外労働、スキンタイプI、脂漏性角化症、小児期の強い日焼けが皮膚癌の危険因子と推定された(市橋)。分泌型ホスホリパーゼA2を欠損したマウスで大腸癌の発生頻度が著しく高いことから、本酵素がCox2とともにアラキドン酸代謝に及ぼす影響を明らかにし、さらに類縁酵素の性状を明らかにした(工藤)。本研究では、環境因子による生体影響の個体差を決定する要因を明らかにするために、(1)様々な環境因子に対する感受性を支配する遺伝的素因が存在するか否かを検討し、(2)その本態と遺伝的多型性を遺伝子レベルで明らかにする、(3)すでに遺伝的要因が明かな場合には、その素因の有無や変異によって何故環境因子に対する感受性が変化するのか、その因果関係を生化学的に明らかにする、ことを目的として検討を行った結果、以下の成果が得られた。活性酸素は環境汚染化学物質や放射線の生体影響発現に関与すると考えられるが、この活性酸素の毒性発現を修飾する生体要因の遺伝的差異について、各種系統のマウスを用いて検討した。その結果、通常の鉄濃度の飼料で飼育しても、活性酸素の毒性を増強する鉄を組織中に高濃度に蓄積する系統が見いだされた。ヒトにおいても高濃度の鉄蓄積には遺伝的要因が関与することが多く、環境因子としての酸化的ストレスの生体影響が鉄を介して遺伝的に異なって現われる可能性が考えられる(井村)。環境化学物質の代謝酵素であるチロクロームP4501A2(P4501A2)及びN-アセチルトランスフェラーゼ(NAT)に注目し、日本人205名についてこれら両酵素によって代謝されるカフェインの尿中代謝産物を測定して表現型の多型性を検討した。その結果、P450A2活性の高いヒトは86%であり、Family studyの結果、遺伝的多型性が存在することが示された。また、NAT活性の高いヒトは91%であり、PCR-RFLP法によるNAT遺伝子の遺伝子診断の結果と完全に一致した(鎌滝)。免疫応答の個体差を決定する遺伝要因のうち、特にヒト主要組織適合抗原系(HLA)に着目し、それぞれ慢性関節リウマチあるいはインスリン自己免疫症への感受性を決定していると考えられるHLA-DRB1*0405あるいはDRB1*0406分子に結合するペプチドの特徴を比較検討した。その結果、十数個のアミノ酸からなるペプチドは、3個のアミノ酸残基でDR分子と結合しており、更に2つのDR分子では、これらのDR結合性下アミノ酸残基として許容されるアミノ酸が数種類において異なっており、この差が自己抗原プペチドの結合性の差を生じることにより異なる自己免疫疾患への感受性を決定している可能性が推測された(西村)。光線過敏遺伝病である色素性乾皮症(XP)患者

由来の紫外線高感受性変異体細胞を用い、紫外線に対する感受性を支配する要因を明らかにする目的で、まず、臨床症状が軽いA群XPの原因遺伝子であるXPAC遺伝子の突然変異部位を同定した。そして、XPAC遺伝子の一方の対立遺伝子からのmRNAによって出来る蛋白は機能的に重要な部分が大部分含まれることが判明し、そのために、患者の症状がかるいものと推察された。また、XP患者の約50%の皮膚腫瘍においてp53遺伝子の突然変異を見いだした(八木)。本研究では、環境因子による生体影響の個体差を決定する要因を明らかにするために、(1)様々な環境因子に対する感受性を支配する遺伝的素因が存在するか否かを検討し、(2)その本態と遺伝的多型性を遺伝子レベルで明らかにする、(3)すでに遺伝的要因が明かな場合には、その素因の有無や変異によって何故環境因子に対する感受性が変化するのか、その因果関係を生化学的に明らかにする、ことを目的として検討を行った結果、以下の成果が得られた。環境汚染物質として特に重視される水銀化合物の標的組織である腎臓における毒性発現に影響を与える遺伝的要因について、異系統のマウスを用いて検討した。その結果、C3H系マウスに比べてC57BL系マウスでは無機水銀投与による腎毒性に対する感受性が極めて低いこと、そしてその差が腎臓中への水銀の蓄積性に起因している可能性が高く、その蓄積性及び感受性を支配する要因として腎臓中のγ-グルタミルトランスペプチダーゼが関与している可能性が示された(井村)。環境化学物質の代謝酵素であるチトクロームP450の分子種チトクロームP4501A2(CYP1A2)及びチトクロームP4502D6(CYP2D6)の遺伝的変異、多型について検討した。その結果、染色体のCYP1A2遺伝子の上流-2964に、遺伝的多型を示す変異を見いだし、これがCYP1A2の転写活性に関与していることが示された。また、CYP2D6において、poor metabolizerのエクソン9のHR-2領域下流に9塩基の挿入を認め、健常日本人4/300名がこのヘテロ型であることを見いだした(鎌滝)。免疫応答の個体差を支配する遺伝要因のうち、特にヒト主要組織適合抗原系(HLA)に着目し、慢性関節リウマチ(RA)への感受性を決定していると考えられるHLA DR4及びDQ4に結合するペプチドの特徴を明らかにした。この結果を利用することにより、RAにおける自己免疫現象の標的の1つと考えられるII型コラーゲン中にDQ4結合性ペプチド94種類、DR4結合性ペプチド3種類が同定され、RA患者におけるII型コラーゲンに対する自己反応性T細胞の応答がDR4ではなくのDQ4によって行われている可能性が示された(西村)。電磁場のDNA修復過程に及ぼす影響及び突然変異誘発能について検討する目的で、DNA鎖切断修復過程に異常が見られる細胞を用いて電磁場曝露のDNA鎖修復に及ぼす影響を検討したが、電磁場のみの効果は少なくともFADU(アルカリ巻き戻し)法では観察されなかった(巽)。重金属の毒性発現における感受性修飾因子として、生体の活性酸素除去能力が関与しているかどうかを検討するため、glutathione peroxidase,CuZn-SOD,Mn-SOD,catalaseの活性を遺伝子導入法により上昇させた細胞系(HeLa細胞)を用い、様々な重金属塩及びその錯体、あるいは紫外線照射による毒性発現の変化を調べた。
分岐特性を利用した多脚ロボットの高機動性獲得のための新しい制御法の開発

多脚ロボットの高機動性の獲得に向けて、H29年度は、多脚ロボットの歩行力学系を構成する物理パラメータに依存した直線歩行の分岐構造を明らかにすることを目的とした。まず、多脚ロボットのシンプルな数理モデルを用いて、物理パラメータに依存した多脚ロボットの直線歩行の安定性の変化を調べた。具体的には、接地時に足が地面から受ける力学要素を幾何学的な拘束条件に置き換えて、多脚ロボットを2次元(進行方向と横方向)上の剛体多体系としてモデル化した。更に、歩行は周期的な運動であるため、フロケ理論に基づいて直線歩行まわりで線形化した微分方程式のフロケ指数と対応するモードから分岐に寄与する安定構造を調べた。その結果、体軸関節の剛性などのパラメータの変化に応じてホップ分岐とピッチフォーク分岐に対応する安定性の変化を生じることが明らかとなった。ただし、この解析は安定構造を数理的に明確にするための近似解析であるため、この解析に加えて、多脚ロボットの詳細な数理モデルに基づく動力学シミュレーションと、これまでに開発していた多脚ロボットを用いた実機実験を実施した。具体的には、多脚ロボットの直線歩行実験を実施し、時間の経過に伴い、どのような振る舞いが実現されるかを確認することで、その分岐構造を調べた。その結果、動力学シミュレーションにおいても、実機実験においても、シンプルモデルの数理解析より明らかになったパラメータの変化に対して、ホップ分岐とピッチフォーク分岐を示すことが明らかになった。交付申請書に記載した実施計画に従って研究を実施した結果、高機動性の獲得につながる多脚ロボットに内在する直線歩行の分岐構造が明らかになったため。本年度の研究より明らかになった分岐を利用してロボットの高機動性を確保するためには、その分岐を生じさせるパラメータを変えるための機構を工夫する必要がある。この構造を工夫しつつ、高機動性を獲得する方針を立てていく。
錐体・桿体視細胞に特異的な光応答をもたらす分子環境の解析

脊椎動物の網膜には、錐体と桿体の2種類の視細胞が存在する。錐体は明るいところで、桿体は暗いところで働く。このことに対応して、錐体と桿体の光に対する応答の仕方は異なっている。本研究では、錐体と桿体の応答が異なる分子基盤を、コイ網膜から精製した錐体、桿体視細胞を用いて検討した。その結果、応答に係わる視細胞外節部の脂質組成や蛋白質組成に違いが見出され、さらに、細胞応答に関わる複数の反応の効率が錐体と桿体では異なることが明らかになった。これらの違いが応答の違いをもたらす一因であると考えられる。本研究では、錐体・桿体の光受容部(外節)でのi)脂質組成の違い、ii)発現しているタンパク質の違い、の2つの違いに着目し、これらの違いが錐体・桿体の光応答特性の違いをもたらすのかどうか明らかにすることを目的としている。着目している2つの項目のうち、前者(脂質組成の違い)に着目した理由は、この違いが視細胞における視物質のGタンパク質活性化の効率に影響を及ぼし、最終的に錐体・桿体の光応答の感受性の違いの原因となりうるためである。前年度までに、錐体・桿体の外節における脂質組成や脂肪酸組成に違いがあることを示唆するデータを得た。そこで、今年度は、この違いが視物質のGタンパク質活性化の効率に影響を及ぼすかどうかを検討する系を確立することを試みた。その結果、リポソーム系およびナノディスク系で予備的な結果を得ることに成功した。しかしながら、得られた結果は、現段階では再現性に乏しかった。おそらく、均一な試料が得られていないことが理由と考えられるので、さらなる改良を行い、確定的な結果を得たい。着目している2つの項目のうち、後者については、前年度までに、精製した錐体、桿体外節膜試料を二次元電気泳動にかけ、それぞれの試料に特異的に現れる泳動ゲル上のスポットを複数個同定することに成功した。これに加え、今年度、電気泳動法の改良を行い、さらに錐体・桿体特異的なスポットが見出された。しかし、その後のMSによるタンパク質の同定に失敗した。この失敗は、試料の量・純度に起因するものではなく、MSのスペクトルからタンパク質を同定する際に用いたデータベースに起因すると考えている。そこで、コイ桿体・錐体のmRNAライブラリを次世代シーケンサで解析し、コイ視細胞に発現しているタンパク質配列の網羅的リストを作成した。このリストを用いることにより、今後、同定が進むものと考えている。そこで、錐体・桿体の外節における脂質組成や脂肪酸組成を調べた所、錐体と桿体とでは違いがあることを示唆するデータを得た。しかし、興味深いことに、試料をサンプリングした季節に由来すると思われるデータの大きな変動が見られた。したがって、どの程度錐体と桿体で脂質組成に違いがあるのかを確定するためにはさらに検討が必要である。着目している2つの項目のうち、後者(発現しているタンパク質の違い)に着目した理由は、それぞれの細胞に独自に発現している未知の蛋白質が光応答特性に影響を及ぼしている可能性があるためである。そこで、精製した錐体、桿体外節膜試料を二次元電気泳動にかけ、それぞれの試料に特異的に現れる泳動ゲル上のスポットを複数個同定した。さらに、錐体外節膜に特異的なスポットに含まれるタンパク質をMSにより同定する試みを行い、1つのスポットについてはvisininと呼ばれる錐体特異的なタンパク質であることがわかった。したがって、本研究の実験戦略により錐体・桿体特異的なタンパク質を見いだせることは確認できた。しかしながら、他のスポットについてはMSによる同定に失敗した。今後、この点についての改良を行う。本研究では、錐体・桿体の光受容部(外節)でのi)脂質組成の違い、ii)発現しているタンパク質の違い、の2つの違いに注目し、これらの違いが錐体・桿体の光応答特性の違いをもたらしているかどうかを明らかにすることを目的としている。着目している2つの項目のうち、前者(脂質組成の違い)に着目した理由は、この違いが視細胞における視物質のGタンパク質活性化の効率に影響を及ぼし、最終的に錐体・桿体の光応答の感受性の違いの原因となると考えられるからである。前年度までに、錐体・桿体の外節における脂質組成や脂肪酸組成に違いがあることを示唆するデータを得たが、今年度は、さらに解析を重ね、脂質組成については、コレステロール量が錐体において桿体より有意に高いこと、脂肪酸組成については特定の不飽和脂肪酸(DHA)の割合が桿体では錐体よりも有意に高いことを定量的に明らかにした。

着目している2つの項目のうち、後者(発現しているタンパク質の違い)については、これまでに二次元電気泳動法によって解析を行ってきた。しかしながら、解析を重ねるうちに、二次元電気泳動法ではゲルに取り込まれるタンパク質量が限られることから、網羅的な解析が行いにくいことがわかった。そこで現在、より多くのタンパク質を検出することができるゲルショットガン解析に方法を変えて実験を行っている。得られるMSデータを効率よく解析のために、コイ網膜のmRNAライブラリも構築し、コイ視細胞外節に発現しているタンパク質を高効率で網羅的に解析できるようになった。さらに、錐体と桿体において異なった種類が発現しているアレスチンについて、錐体・桿体での働きが異なるかどうか検討した所、新規の作用機序を見出し、これを学術誌に発表した。また、錐体特異的な発色団再生機構に関与する酵素の同定を行い、これを学術誌に発表した。本研究の目的は、錐体・桿体の光受容部(外節)でのi)脂質組成の違い、ii)発現しているタンパク質の違い、の2つの違いに注目し、これらの違いが錐体・桿体の光応答特性の違いの原因となっているか明らかにすることである。脂質組成の違いは、視物質によるGタンパク質活性化の効率に影響を及ぼし、最終的に錐体・桿体の光応答の感受性の違いの原因となると考えられる。今年度、錐体・桿体の外節における脂質組成について、コレステロール量が錐体において桿体より10倍高いこと、脂肪酸組成については特定の不飽和脂肪酸(DHA)の割合が桿体では錐体よりも約20%高いことを明らかにした。この違いが応答に及ぼす影響の評価は現在行っている。発現しているタンパク質の違いについては、当初計画していた二次元電気泳動法では網羅的な解析が難しかったため、より多くのタンパク質を検出することができるゲルショットガン解析に方法を変えて実験を行った。また、ショットガン解析のデータを効率よく解析するために、コイ網膜のmRNAライブラリも構築しなおした。これらの改善により、高効率で網羅的な解析ができるようになった。解析の結果、錐体、桿体の外節にそれぞれ独自に局在していると思われるタンパク質が見出された。現在、これらのタンパク質について、ゼブラフィッシュを用いてKO個体を作成し、細胞の光応答に影響を及ぼすタンパク質かどうかを検討中である。さらに、錐体と桿体において視物質が再生されるときに生じる脱リン酸化反応が、視物質がどのような状態の時にどのような速度で生じるのか検討した。その結果、脱リン酸化は、桿体より錐体で速く生じること、また、両方の細胞において、視物質の状態によらずコンスタントな速度で生じていることがわかった。これらの結果は、錐体が明るいところで応答の飽和が生じずに働き続けることができる分子基盤であると考えられる。脊椎動物の網膜には、錐体と桿体の2種類の視細胞が存在する。錐体は明るいところで、桿体は暗いところで働く。このことに対応して、錐体と桿体の光に対する応答の仕方は異なっている。本研究では、錐体と桿体の応答が異なる分子基盤を、コイ網膜から精製した錐体、桿体視細胞を用いて検討した。その結果、応答に係わる視細胞外節部の脂質組成や蛋白質組成に違いが見出され、さらに、細胞応答に関わる複数の反応の効率が錐体と桿体では異なることが明らかになった。これらの違いが応答の違いをもたらす一因であると考えられる。本研究の計画では、平成26年度において、計画1)錐体・桿体の脂質組成の違いが視
好中球性炎症におけるドーパミンシグナルの解析とその応用

自己免疫病などの好中球性炎症において、ドーパミン(DA)を介したシグナルが重要な役割を担っており、DA受容体アゴニスト・アンタゴニストが各種好中球性炎症に対する抑制効果を有している。DA受容体は5つのサブタイプからなり、D1様受容体(D1R, D5R)とD2様受容体(D2R, D3R,D4R)を介したシグナルは細胞内cAMP濃度をそれぞれ増加、減少させる。本研究は免疫担当細胞におけるDAの作用機構を解明し、臨床応用に向けた知見を提供することを目的としている。
光学的不可視情報の広領域高分解能磁気イメージング法の実験的研究

光学的に不可視な強磁性体や導体における構造異常を数センチオーダーの平面領域においてイメージングする技術の確立を目的として、近傍磁界を検出媒体とするマイクロ磁気プローブの開発を行った。下記3点について重点的に実施した。(1)新方式プローブの開発U字型の励磁コイルと検出コイルの2つからなり、上面から見てこれらが十字型に直交する構造を持つプローブ(Dahle1954)は、十字方向に不感帯がある。本研究では、この不感帯の位置を45゚回転させた方向に持つ、新たなプローブを開発した。この新プローブは、Dahle型のプローブにおいて、巻き線の数を2倍に増やし、電気的なブリッジ結線とすることで実現される。これによって、Dahle型のプローブと新方式プローブとを時分割的に切り替えることが可能となり、互いの不感帯を補完するオールラウンドなプローブが実現可能となった。(2)マイクロプローブの製作マイクロプローブはブリッジ回路動作に基づくものであり、その性能はプローブの構造の対称性に大きく依存する。このため、製作技術を検討した。結果的には、超音波加工機で穴加工の可能な石英ガラス基盤(0.7l.0mm)に、アモルファス磁性線(直径120μm)を通すための径140μmの4つの穴加工したものを利用するのが良いことを突き止めた。これによって0.5mmの正方形フットプリントを持つマイクロプローブの試作に成功した。また、この縮小化によって空間分解能が大きく向上したことを確認した。励磁条件は100kHz1615mAとした。(3)一方向空間微分特性を有するプローブの製作と評価上記の技術によって、一方向のみに空間微分特性を持つ新たなプローブを試作し、点広がり関数の測定およびテストサンプルの画像化実験を行い、良好な一方向微分特性が得られていることを確認した。これによって、検出コイル1個からなる比例型に加え、一方向微分型、直交2方向微分型がそろうこととなった。
ヒト歯周組織由来細胞の機械的外力に対する細胞生物学的応答についての解析

歯科領域で最も重要な研究課題の一つに、咀嚼システムを生物学的見地から明らかにする必要がある。咀嚼時に間欠的な機械的外力が歯周組織に負荷され、細胞に如何なる細胞生物学的な効果をもたらすかを検索することを目的としている。その結果1)細胞増殖において、HPLFは殆ど影響がないが、HABCは2030%の増加が認められた。2)細胞の分化はALPaseを指標として検索すると、HPLFとHABC共に伸張強度に従って、ALPase活性は上昇した。特徴的なことは24%の強度でHPLFのALPaseがHABCのALPase活性と同程度になった事である。3)3種の伸張強度におけるCASF活性の変化は、必ずしも伸張強度に依存せずHPLFとHABC共に18%の伸張強度で最大値を示した。4)^<35>S-Met標識の細胞外タンパク質は、特徴的なタンパク質は示唆されたが、イオン交換クロマトグラフィーの塩濃度に依存した溶出パターンからposttranslational modification(糖添加、リン酸化)の調整に機械的外力画家変わっていることが示唆された。5)CASFsは疎水性の基材に疎水結合し、未同定であるが細胞に対する結合ドメインを介して細胞と結合する。6)HPLFに対するCASFsはI型コラーゲン、フィブロネクチンに加えて、Western blotting法でオステオネクチンが同定できた。従って、機械的外力は歯周組織の恒常性を調節する因子として作用する事が明らかになった。歯科領域で最も重要な研究課題の一つに、咀嚼システムを生物学的見地から明らかにすることがある。本研究は咀嚼時に常に間欠的な機械的外力が歯周組織に負荷し、その機械的外力によって歯周組織を構成する細胞に、いかなる細胞生物学的効果をもたらすかを検索することを目的としている。1)細胞増殖に対するストレッチングの影響:HPLFに対してほとんど影響は認められなかった。一方、HABCに対しては、2030%ではあるが、増殖が上昇していた。2)細胞の分化(ALPase活性)に対するストレッチングの影響:HPLFとHABC共に、ストレッチングの強度に依存して、ALPaseの活性が上昇した。従って、機械的外力は歯周組織細胞の分化調節因子として有効であることが示唆された。3)CASF活性に対するストレッチングの影響:6%のストレッチングでは、影響はみられないが、24%より18%でストレッチングの効果がHPLFとHABC共に認められた。4)タンパク質合成に対するストレッチングの影響:^<35>S-Metの標識タンパク質の解析から、posttr ansl ational modification(糖添加、リン酸化)の調節と応答タンパク質の一つとしてオステオネクチンが明らかになった。目的:歯周組織疾患の治癒課程は、1)細胞遊走、2)細胞接着と伸展、3)細胞増殖と分化、4)細胞外基質の合成、がある。細胞外基質タンパク質の中には、可溶性コラーゲン、フィブロネクチンはRGD配列を持つ細胞接着因子として知られている。我々は、歯根膜の自己再生能を検索するために、ヒト歯根膜線維芽細胞(HPLF)の培養上清中(HPLF-CM)に1)4)を調節するタンパク質の分離を試みている。その培養上清中のタンパク質がHPLFの接着を調整している細胞外基質タンパク質であることが考えられた。また、金らは細胞接着伸展因子(CASFs)の一つにオステオネクチン(ON)の可能性を示唆する報告をした。そこで今回の報告は、ONがHPLFに対して直接にCASF活性を示すかどうかを検索したものである。結果および考察:CASF活性を示すタンパク質は1%CHAPS溶出分画に認められ、素通り分画と0.2%CHAPS溶出分画にはCASF活性がみられなかった。Western blottingの結果、1%CHAPS溶出分画にのみONが検出された。
立位時の床傾斜による姿勢筋緊張の抑制と高齢者におけるトレーニング効果の検討

一過性水平後方床移動後の足尖が上昇する床傾斜により、下腿三頭筋伸張反射の適応的抑制が認められ、これには上位中枢が関与すると考えられている。本研究では、一過性水平後方床移動後の床傾斜刺激の反復に伴う下肢・体幹および上肢帯筋活動と随伴陰性変動の変化を検討した。後方床移動から不意に変化した傾斜刺激の強度が、立位を保持できないほど強い場合に、その後の床傾斜直後の下腿三頭筋活動が適応的に減少し、上肢帯・体幹・大腿部の筋活動でも減少が認められた。外乱に向けた予測的注意や運動準備のための脳活動は、外乱が床傾斜に切り替わった後、一時的に低下するものと考えられた。筋緊張を抑制する方法の1つに、傾斜板上立位による持続的な下腿三頭筋の筋伸張があり、その機序としてIb神経線維を介した自原性抑制が考えられている。運動パフォーマンスを考慮すると、立位であっても比較的動的な状態での筋緊張抑制を図ることが重要であろう。立位での一過性水平後方床移動後の床傾斜により、下腿三頭筋伸張反射の適応的抑制が認められ、これは上位中枢が関与する抑制と考えられる(Nashner, 1976)。しかしこれらの抑制に上位中枢がどのように関与しているかは不明であり、下腿三頭筋以外の下肢・体幹筋の変化は明らかでない。本年度は、床を様々な強度で水平に前後に移動させる、あるいは傾斜させる刺激装置を開発した。さらに若年成人を対象に、一過性水平後方床移動後の床傾斜刺激の反復に伴う、下肢・体幹筋活動と前頭葉の準備状態の変化について検討した。安静立位を保持した被験者に対し、聴覚予告信号(S1)の2秒後に下腿三頭筋が伸張される2つの一過性床外乱刺激:1)水平後方床移動、2)前方が上昇する床傾斜、のいずれかを負荷した。S2は、後方床移動刺激が少なくとも3試行繰り返された後、予測できないタイミングで床傾斜刺激に切り替わり、床傾斜が5試行繰り返された。これを12-15セット繰り返した。全ての被験者において、床傾斜の2-4試行目までに、S2直後の下腿三頭筋活動の減少が認められた。ただし、その減少の様相には個人差が認められ、かつS2直前の姿勢準備活動によっても異なる可能性が示唆された。体幹および大腿筋では、S2直後というよりはそれ以降において、筋活動が小さくなる傾向が認められた。前頭葉の準備状態は、S1-S2間の随伴陰性変動(CNV)の後期成分によって評価し、床傾斜の第3試行で最も大きくなる傾向が認められた。前年度において、一過性水平後方床移動後の床傾斜刺激の反復に伴う下腿三頭筋活動の適応的抑制の程度に個人差があり、外乱前の姿勢準備活動によって異なる可能性が推察された。そこで本年度は、前傾姿勢にて外乱を負荷し、外乱後の筋活動の変化を検討した。若年成人12名に対し、聴覚予告信号(S1)の2秒後に下腿三頭筋が伸張される2つの一過性床外乱刺激(S2):1)水平後方床移動、2)前方が上昇する床傾斜、のいずれかを負荷した。S2は、後方床移動刺激が少なくとも3試行繰り返された後、予測できないタイミングで床傾斜刺激に切り替わり、5試行繰り返された。外乱前の初期立位位置を以下のように規定した:1)安静立位位置(QSP)、2)QSP+10%、3)QSP+20%。いずれの初期立位位置条件においても、床傾斜直後の下腿三頭筋の活動は、第2試行以降で急激に減少した。体幹および大腿筋では、傾斜直後というよりはそれ以降において、筋活動が小さくなった。初期立位が前傾姿勢である場合に、体幹・大腿筋の筋活動の減少が大きくなる傾向が認められた。前傾保持では傾斜による下腿三頭筋伸張刺激が強く、抑制の必要性が増した可能性が考えられる。加えて、前頭葉の準備状態と姿勢の安定性の変化を検討した。初期立位位置はQSPとした。脳波と前後方向の足圧中心動揺(CoPap)が試行毎に加算され、随伴陰性変動(CNV)の後期成分によって前頭葉の準備状態を評価した。CNVピークは、第2試行において、他の試行よりも有意に小さかった。CoPapは、第1試行では最後傾位置付近(足長の約20%)まで偏倚したが、第2試行で偏倚は小さくなり(約30%)、プラトーに達した。姿勢の安定性は第2試行で急激に適応したが、その時点では新たな外乱に対する不安が大きく、外乱に対して十分に予測的注意を向けられるようになったのは第3試行以降であったと推察される。前年度までのデータをH27年度に詳細に分析した結果、初期立位位置を一定にして先行研究(Nashner, 1976)と同程度の刺激強度で突然床を傾斜させた場合、傾斜後の筋活動は、体幹・大腿・下腿のいずれにおいても、第2試行で少し小さくなるものの、4試行までに適応的に減少する、という現象は認められなかった。そこで、これまで使用していた傾斜は刺激強度が小さく、下腿三頭筋伸張反射を抑制させ、かつ全身へその抑制が波及するほどの刺激ではなかった、という仮説を立て、強い傾斜刺激による全身的な抑制効果の有無を明らかにすることを目的に実験を行った。

特に速度の影響について詳細に検討した。健常若年成人9名に対し、聴覚予告信号(S1)の2秒後に下腿三頭筋が伸張される2つの一過性床外乱刺激(S2):1)水平後方床移動、2)前方が上昇する床傾斜、のいずれかを負荷した。S2は、後方床移動刺激から予測できない試行タイミングで床傾斜刺激に切り替わった。床の傾斜角度は、被験者が立位を保持できる最大角度とし、傾斜速度は毎秒8cm, 15cm, 20cm, 25cm, 30cmの5条件を設定した。毎秒8cm条件を除き、傾斜の第1試行では、ほとんどの被験者が外乱に対して立位を保持できないが、第2、3試行以降は保持可能となった。毎秒30cm条件では、傾斜試行に伴う筋活動の減少が、下腿三頭筋とともに体幹・大腿筋でも明確に認められた。その他の条件では、試行によるばらつきが大きかった。本研究で用いる傾斜刺激において、下腿三頭筋伸張反射は姿勢制御にとって有効ではなく、抑制するべき反応である。転倒を誘発するような大きな刺激が加わったことで、強く抑制が必要となり、その効果が全身に波及した結果、体幹・大腿の筋活動も小さくなったものと考えられた。また、高齢者でも同様の現象が認められた。一過性水平後方床移動後の足尖が上昇する床傾斜により、下腿三頭筋伸張反射の適応的抑制が認められ、これには上位中枢が関与すると考えられている。本研究では、一過性水平後方床移動後の床傾斜刺激の反復に伴う下肢・体幹および上肢帯筋活動と随伴陰性変動の変化を検討した。後方床移動から不意に変化した傾斜刺激の強度が、立位を保持できないほど強い場合に、その後の床傾斜直後の下腿三頭筋活動が適応的に減少し、上肢帯・体幹・大腿部の筋活動でも減少が認められた。外乱に向けた予測的注意や運動準備のための脳活動は、外乱が床傾斜に切り替わった後、一時的に低下するものと考えられた。H25年度の結果から新たな検討課題が出てきたため、H26年度は高齢者を対象とせず、引き続き若年者を対象に検討を行ったため、当初の計画からはやや遅れている。しかしながらその結果、新たな発見に至り、今後の高齢者を対象とした検討をする上で有意義な結果が得られている。姿勢制御神経生理学これまでは事象関連脳電位を用いて、適応的抑制に向けた前頭葉の準備活動を検討してきたが、経頭蓋磁気刺激や近赤外線分光法を用いることにより、他の部位や時相における中枢神経系の活動状態も検討する必要がある。高齢者を対象とするにあたっては、実験デザインを少し簡略化する必要があると考えられる。その方法について検討するために、予備実験を精力的に実施するとともに、H25・26年度に測定したデータについて、引き続き解析を進める。刺激装置を開発し、先行研究と同様の現象および大腿・体幹筋の変化の確認と脳波を測定するための実験デザインの確立ができた。ただしH25年度の結果から新たな検討課題が出てきたため、H26年度も引き続き若年者を対象として、床傾斜刺激の強度や適応的抑制時の脳活動について検討する必要がある。消耗品の費用が予定よりもやや少なくて済んだため。H25年度に測定したデータについて、引き続き解析を進める。また、適応的抑制の程度に個人差が認められたため、床傾斜の角度や移動速度等の刺激強度による違いについて、詳細に検討する必要がある。また、H25年度は事象関連脳電位を用いて、適応的抑制に向けた前頭葉の準備活動を検討したが、経頭蓋磁気刺激や近赤外線分光法を用いることにより、他の部位や時相における中枢神経系の活動状態も検討したい。それゆえH26年度は、引き続き若年成人を対象にして研究を進める。旅費および被験者謝金に多くの費用がかかることが予想されるため、旅費および被験者謝金を多く計上する。
産後ケアを包括し3つのSを実現するエビデンスに基づく未来志向院内助産システム構築

近年我が国では院内助産が注目されているものの、科学的エビデンスに基づいた、すべての産科医療機関で実現可能な、我が国の周産期医療の未来を志向した院内助産システムは提唱されていないのが現状である。本研究の目的は、こうした科学的エビデンスに基づく未来志向の新しい院内助産システムの構築であり、学術的独自性・創造性として、産後ケアを包括し、3つのS、すなわち分娩に関わる女性やその家族、助産師の「Smile笑顔、Safety安全、Satisfaction満足」を実現できるシステムを、研究方法として4年間にわたる前方視的なシステム案運用によって新たに構築していく。
筋収縮は脳の健康に貢献するか？筋から脳への情報伝達機構の解明と運動処方への応用

これまでの先行研究において,豊かな環境飼育は,身体活動量の増加,および脳機能の向上をもたらすことが示された.しかしながら,豊かな環境飼育におけるどのような環境条件(持久的活動,その他の活動,生活活動)において身体活動量を増加させ,脳機能に影響を及ぼすのかは明らかではない.前年度の本研究の結果から,豊かな環境飼育が不安様感情の低下のみならず,身体活動量を増加させることが示された.そこで,平成30年度は,豊かな各環境条件,1持久的活動評価,2遊具のみの活動評価,3生活活動評価により身体活動量と不安様感情に与える影響を明らかにすることを目的とした.Wistar rat(雄性)を対象とし,豊かな環境ーホイールのみ群(EE-W群,N=8),豊かな環境ー遊具のみ群(EE-ST群,N=8),通常飼育群(SE群,N=8)に分類し6週間の飼育を行った.対象動物は各飼育ケージ2匹ずつとした.身体活動量は3軸加速度計のnano-tag(キッセイコムテック社)センサーを背部に埋め込む処置をし,モニタリングした.記録された身体活動量(振動数)は,明期と暗期における1日あたりの総和の平均を算出し評価した.飼育期間終了後,不安様感情は明暗BOXを用いて明領域における滞在時間を測定し評価した.暗期における身体活動量は,EE-W群がSE群と比較して有意に高い値を示した.一方で,EE-ST群はSE群と差異がみられなかった.また,明期では両群間に差異はなかった.明暗BOXにおける明領域における滞在時間は,SE群と比較してEE-W群,EE-ST群の両群において有意に高かった.これらの結果から,EE-ST群は身体活動量の増加を伴わずに不安様感情が改善されることが示唆された.次年度は,骨格筋の機能と認知機能,及び情動に共通する因子の解析を進める予定である.平成30年度は,研究計画に対しておおむね順調に進展した.申請時の計上予算から減額であったため,蛍光イメージング検証については保留中である.次年度は,本研究におけるメカニズム解明を中心に進める予定である.採取済みの各組織のサンプルを対象に,タンパク質の定量を現在進めている.また,生体内における認知機能と情動に関与する因子の可視化に試みる.さらに,ヒトを対象とした自発的,および,強制的な局所の骨格筋の収縮活動が脳機能へ及ぼす影響についても検証予定である.平成28年度は,ラットを対象に,飼育環境の条件が異なるモデル,及び局所における筋収縮モデルの作成を実施した.さらに,これらのモデルを対象とした情動と認知機能の検証を行動実験より解析した.本研究では,雄性のWistar ratを用いた.自発的な運動を促すような遊具やホイールを設置した“豊かな環境飼育環境"と遊具などは設置しない“通常飼育環境"を設けた.対象のラットは豊かな環境群と通常群にランダムに分類された.6週間の飼育を継続し経過を観察を行った.6週間の飼育終了後,不安感情様は明暗BOX(LD),及び高架式十字迷路(EPM)テストより評価した.また,飼育終了後に骨格筋と腸間膜脂肪を採取し筋重量を測定した.LDテストは,豊かな環境群が通常群よりも明領域の滞在時間が有意に高かった.さらに,EPMテストにおけるopen/closed arm timeは,豊かな環境群が通常群と比較して有意に高い値を示した.また,ヒラメ筋,足底筋の体重あたりの筋重量は,豊かな環境群が通常群よりも有意な増加を示した.さらに,腸間膜脂肪は豊かな環境群において有意な減少をみられた.したがって,豊かな環境飼育条件は,不安感情様の低下を促し,筋量の増加,及び脂肪量の減少を惹起する可能性が示唆された.認知機能にはモリス水迷路実験を実施し,現在,解析中である.また,局所における筋収縮モデルについても解析を進めている.平成28年度はおおむね順調に進展した.年度前半は,研究機器の購入と設置などを行い,研究環境の整備を中心に行った.そのため,実験開始は予定より若干遅れたが,計画的な実験実施を心がけた結果,予定の7割は達成した状況である.これまでの先行研究において,豊かな環境飼育が脳内の神経新生を促すことや認知機能を向上させることが知られている.しかしながら,豊かな環境飼育が身体活動量に及ぼす影響は明らかではない.前年度の本研究の結果から,豊かな環境飼育が不安様感情の低下のみならず,骨格筋の重量を増加させることが示された.そこで,平成29年度は,豊かな環境飼育における1飼育ケージ内の各個体の身体活動量の評価,2空間認知機能能力の評価,3骨格筋に対する組織学的な評価について検証し,それらの関係を明らかにすることを目的とした.Wistar rat(雄性)を対象し,豊かな環境飼育群(EE群,N=810)と通常飼育群(SE群,N=810)に分類し6週間の飼育を行った.対象動物は各飼育ケージ2匹ずつとした.身体活動量は3軸加速度計のnano-tag(キッセイコムテック社)センサーを背部に埋め込む処置をし,モニタリングした.記録された身体活動量(振動数)は,明期と暗期における1日あたりの総和の平均を算出し評価した.飼育期間終了後,空間認知記憶能力はモリス水迷路を用いて逃避潜時間を測定し評価した.また,ヒラメ筋を対象に筋重量,組織染色による筋細胞横断面積の解析をおこなった.

暗期における身体活動量は,EE群がSE群と比較して有意に高い値を示した.明期では両群間に差異はなかった.6週間の飼育後におけるヒラメ筋の筋重量,筋細胞横断面積の双方がEE群にて有意に増加した.また,モリス水迷路における逃避潜時間は,EE群ではSE群よりも有意に低かった.したがって,豊かな環境飼育は,1自発的な身体活動量を誘発することが本研究にて明らかになった.また,2空間認知記憶能力の向上のみならず3筋肥大を惹起することも示唆された.次年度は,骨格筋の機能と認知機能,及び情動に共通する因子の解析を進める予定である.平成29年度は,研究計画に対しておおむね順調に進展した.新たな評価法(身体活動量)の導入にあたり,生化学実験系の進捗に若干の遅れを生じている.これまでの先行研究において,豊かな環境飼育は,身体活動量の増加,および脳機能の向上をもたらすことが示された.しかしながら,豊かな環境飼育におけるどのような環境条件(持久的活動,その他の活動,生活活動)において身体活動量を増加させ,脳機能に影響を及ぼすのかは明らかではない.前年度の本研究の結果から,豊かな環境飼育が不安様感情の低下のみならず,身体活動量を増加させることが示された.そこで,平成30年度は,豊かな各環境条件,1持久的活動評価,2遊具のみの活動評価,3生活活動評価により身体活動量と不安様感情に与える影響を明らかにすることを目的とした.Wistar rat(雄性)を対象とし,豊かな環境ーホイールのみ群(EE-W群,N=8),豊かな環境ー遊具のみ群(EE-ST群,N=8),通常飼育群(SE群,N=8)に分類し6週間の飼育を行った.対象動物は各飼育ケージ2匹ずつとした.身体活動量は3軸加速度計のnano-tag(キッセイコムテック社)センサーを背部に埋め込む処置をし,モニタリングした.記録された身体活動量(振動数)は,明期と暗期における1日あたりの総和の平均を算出し評価した.飼育期間終了後,不安様感情は明暗BOXを用いて明領域における滞在時間を測定し評価した.暗期における身体活動量は,EE-W群がSE群と比較して有意に高い値を示した.一方で,EE-ST群はSE群と差異がみられなかった.また,明期では両群間に差異はなかった.明暗BOXにおける明領域における滞在時間は,SE群と比較してEE-W群,EE-ST群の両群において有意に高かった.これらの結果から,EE-ST群は身体活動量の増加を伴わずに不安様感情が改善されることが示唆された.次年度は,骨格筋の機能と認知機能,及び情動に共通する因子の解析を進める予定である.平成30年度は,研究計画に対しておおむね順調に進展した.申請時の計上予算から減額であったため,蛍光イメージング検証については保留中である.現在進行中である認知機能を評価する行動実験の解析,及び,局所における筋収縮の影響について引き続き行動実験を中心に実施する.また,採取した脳,骨格筋,血液サンプルを対象とした生化学的評価をおこない,メカニズムの解明を実施する.さらに,飼育中における活動量を定量化する実験も行う予定である.次年度は,本研究におけるメカニズム解明を中心に進める予定である.採取済みの各組織のサンプルを対象に,タンパク質の定量を実施する.また,生体内における認知機能と情動に関与する因子の可視化に試みる.さらに,自発的な身体活動をもたらす異なる環境モデルを作成し,身体活動の種類と認知機能,情動の関係を明らかにする実験系を立ち上げる予定である.次年度は,本研究におけるメカニズム解明を中心に進める予定である.
放射線照射による白金製剤内包高分子ミセルの腫瘍集積性の変化

白金製剤を内包した高分子ミセルは、血中滞留性・固形癌への集積性・副作用の面で高い効果が確認されており、単独での化学療法だけでなく、化学放射線療法への応用が期待されている。しかし、高分子ミセルが癌細胞に到達するまでの挙動が従来の白金製剤と異なるため、薬剤投与と放射線照射のタイミングを最適化しなければならない。本研究では、X線照射後のマウス皮下腫瘍の形態変化と、シスプラチン含有高分子ミセルの腫瘍集積性の経時変化を評価した。その結果、短期的には炎症に伴い高分子ミセルの集積性は向上するが、長期的には線維化によって集積性が低下する可能性があることが示唆された。本研究の目的は、放射線照射後の腫瘍組織の経時的な変化と、それが白金製剤含有高分子ミセルの集積性に与える影響を明らかにし、化学放射線療法への応用に向けて、最も治療効果の高い併用方法を考案することである。平成24年度は、マウス皮下腫瘍モデルに対し、X線照射13週間後の腫瘍の病理解析と蛍光ミセルの集積性の評価を行った。平成25年度は定量的な集積の評価に加え、照射後すぐの短期的な影響について評価を行った。平成25年の実験は以下の通りである。マウス(Balb/c nu/nu,メス, 5週)の大腿部にSAS(ヒト頭頸部癌)細胞を皮下移植し、腫瘍部以外を鉛板で遮蔽しながら、麻酔下でX線(200kV, 1.3Gy/min)4, 8Gyを1回照射した。照射してから0,1, 2, 3, 5, 7日後に、シスプラチン含有高分子ミセル5mg/kgを投与し、24時間後に腫瘍を摘出し、ICP-MSにて白金含有量を測定した。照射3日後の集積がピークとなり、照射しない場合と比べて、4Gyでは1.5倍、8Gyでは2.4倍の集積量であった。また、016Gyを照射して3日後の病理切片を作成し、炎症の度合いを評価したところ、8Gy以上で顕著な炎症が認められた。炎症の度合いと集積量との間に明らかな相関は得られなかったが、X線照射による初期の反応(炎症や血管透過性の向上)により、シスプラチン含有高分子ミセルの集積量が変化することが明らかになった。また、8Gy照射3週間後では、同じ大きさの未照射の腫瘍と比べて2割減少した。24年度に行った病理解析の結果、3週間後には線維化が起きることが分かっており、これによりナノ粒子の集積が阻害されたと考えられる。平成24年度に実施した実験は以下の通りである。マウス(Balb/c nu/nu,メス, 5週)の大腿部に、SAS(ヒト頭頚部癌細胞)を皮下移植し、腫瘍部以外を鉛板で遮蔽しながら、麻酔下でX線(200kV, 1.3Gy/min)4, 8, 12, 16Gyを1回照射した。照射してから0,1, 2, 3週間後に、蛍光標識したダッハプラチンミセルを投与し、24時間後に腫瘍切片を作成して、αSMAとPDGFRβの染色により線維化の状態を調べると共に、蛍光ミセルの分布を評価した。その結果、0, 4, 8Gyでは3週間後に腫瘍内の線維化マーカーのスコアが上昇したが、12, 16Gyでは減少した。0, 4, 8Gyでは線量が上がるにつれてミセルの蛍光強度が減少しており、線維化とミセルの集積性との関連性が示唆された。放射線感受性は細胞周期に大きく依存する為、細胞周期によって蛍光色が異なるHeLa-fucci細胞を用い、シスプラチンとシスプラチンミセル投与後の細胞周期停止の様子をin vivo共焦点レーザー顕微鏡により観察した。試薬投与から0, 24, 48, 72, 96時間後の腫瘍の蛍光画像を取得した。シスプラチンミセルの方が血中滞留性が長い為、細胞周期停止の状態が長く観察されることが予想されたが、細胞周期停止状態にある細胞の割合のピークは、シスプラチンと同じ投与48時間後であった。初年度の実験結果から、X線照射後の腫瘍の線維化はミセルの集積性を低下させる可能性があること、及びシスプラチンミセルの細胞周期への影響は従来のシスプラチンと同等である可能性が示された。癌細胞株をヒト肺癌・膵臓癌細胞から、化学放射線療法への早期の応用が期待される頭頚部癌へと変更した。

まず実験条件の設定を行った為、当初予定よりも時間がかかった。放射線照射後の腫瘍における高分子ミセルの集積性の評価は、研究代表者の妊娠・出産により、放射光蛍光X線分析を延期し、代替方法として蛍光標識した高分子ミセルの評価を行った。評価の方法として定量性に劣るが、予定通り進展している。in vivo共焦点レーザー顕微鏡による蛍光標識したミセルの腫瘍内血管の透過性および短期的な腫瘍集積性の評価は、条件の検討を優先する為、次年度に延期した。放射線照射後の腫瘍の病理解析、およびin vivo共焦点レーザー顕微鏡によるシスプラチンミセル投与後の細胞周期停止の観察は予定通り進展しているが、N=1で行った為、追試が必要である。後の推進方策として、線維化や血管の閉塞といった放射線照射後の腫瘍の微小環境と、白金製剤含有高分子ミセルの腫瘍内分布とがどのように関連しているかを、病理解析とin vivo共焦点レーザー顕微鏡を主として明らかにする。具体的には、ヌードマウスに皮下腫瘍を作成し、異なる線量のX線を照射して一定時間の後、蛍光標識した白金製剤含有高分子ミセルを投与する。腫瘍内の白金および蛍光の微細な分布をマイクロ放射光蛍光X線分析もしくは蛍光顕微鏡により定量的に評価する。同時に線維化マーカーや血管の染色により、微小環境の病理解析を行う。得られた結果を元に、白金製剤含有高分子ミセルと放射線を併用する治療の問題点を明らかにし、最適な治療スケジュールや併用方法を提案する。物品費として、動物実験に使用する免疫不全マウスと、蛍光標識した高分子ミセルを作成する為の試薬、その他動物・細胞実験に必要な消耗品、専門書を購入予定である。また、病理解析に必要な試薬に加え、解析の外注費用が発生する見込みである。その他として、学会発表、情報収集、SPring8での放射光蛍光X線分析の為の旅費、論文発表の為の英文校正費と投稿料に使用する。
電荷非局在型色素に基づく光捕集システムの構築

本研究課題では、通常の有機分子では獲得することのできない低エネルギー光捕集するために、近赤外吸収をもつ炭化水素の分子設計を探求している。これまで化学的安定性を十分に有する、分子内に電荷をもつπ共役系を高いアスペクト比を保ったままで拡張し、比較的少ない芳香環ユニット数で吸収波長の長波長化を目指してきた。このような色素の特長を活かして高効率の光捕集の達成を目指している。さらにその集積体を利用して、励起子伝達・エネルギー移動が可能な人工光合成アンテナ系を創製し、化学エネルギーへの変換系との有機的な結合法の開発も目的としている。これまでにフルオロンの共役系をベンゼン環2つ分拡張したDBXの開発に成功し、近赤外領域の817 nmを極大とする吸収および853 nmを極大とする蛍光発光を明らかにした。さらに蛍光量子収率は6.4%と近赤外発光分子としては非常に大きな値を示した。研究後半では閉殻系の分子として1000 nmを超える近赤外吸収分子の創製を目指し、さらなるπ共役系拡張による吸収スペクトルの長波長化をするために様々な合成ルートを検討した結果、現在π拡張フルオロン(DNX)の合成に挑戦している。分子サイズの拡張に伴って反応性が変化したため、π共役系拡張にともなう酸化電位の低下を抑制しつつ溶解性を確保する目的で、電子求引性の置換基を立体的に導入している。すでに炭素骨格はできあがっている。計算と合成の両面のアプローチからDNXアニオンの物性について議論している。28年度が最終年度であるため、記入しない。近赤外領域に吸収帯および発光をもつ化合物は、生体活動を可視化するためのイメージング材料の中でも生体の吸収が少ない領域(生体窓)を利用できるため、光を用いた生体非侵襲材料として望まれている。本研究では、π共役系の拡張と分子内電荷の非局在化を組み合わせることにより、キサンテン系色素よりさらに長波長に吸収と発光を示す化学的に安定な新規近赤外吸収・発光分子の構築を目指した。キサンテン系色素であるフルオロンのπ共役系を拡張した分子1の合成は達成され、吸収スペクトル測定および発光スペクトル測定を行った結果、分子1のアニオン(1-A)は近赤外領域の778 nmを極大とする吸収および809 nmを極大とする蛍光を示すことを明らかにできた。フルオロンのアニオンと比較を行うと、それぞれ約250 nm長波長シフトしていることが示された。しかしながら、この分子1の脱プロトン化体は、室内光、酸素雰囲気下で速やかに退色し、またわずかな水分によっても求核攻撃を受けやすいことが明らかとなった。このため、13位にある求核攻撃を受けやすい炭素を、フェニル基の両オルトにフッ素を導入することで立体的に保護し、化学的な安定性の確保を検討した。アセトニトリル中、DBUにより脱プロトン化し、吸収・発光スペクトル測定を行った結果、アニオンF2-1-Aは分子1よりも若干長波長シフトし、近赤外領域の802 nmを極大とする吸収および837 nmを極大とする蛍光を示すことが明らかとなった。アニオン1-AとF2-1-Aについて安定性の評価を行った結果、F2-1-Aは1-Aと比較してDMSO溶液中、酸素雰囲気下、光照射条件において2倍程度安定であることが明らかとなった。人工光アンテナ分子を合成して、従来のアンテナ分子では不可能であった可視から近赤外領域までの高効率光捕集を達成することを目的とし、π拡張型フルオロンの合成に成功した。π共役系を高いアスペクト比を保ったままで拡張することによって、比較的少ない芳香環ユニット数で吸収波長の長波長化が可能であることを明らかにし、発表後すでに3件の共同研究(国内2件、国外1件)に繋がっている。有望な分子であり、国内特許も出願中である。

計算と合成の両面のアプローチからDNXアニオンの物性について議論している。いよいよ、中央のベンゼン環に硫黄と窒素を導入した、メチレンブルーの有機合成化学的改変をテーマとする。ヘテロ原子を導入することによって、π電子共役系の変化に対して分子が柔軟な対応をすることが予想される。更に基本的には水溶性で有り、カウンターアニオンを変化するだけでメディアに対する溶解度も劇的に変わるはずである。両サイドの置換基も変化させる。28年度が最終年度であるため、記入しない。
非線形拘束システムの解析と制御の構造に関する研究

現実の制御系には,アクチュエータの飽和要素,制御対象保護のための制限などにより,制御入力や一部の状態変数の絶対的な大きさに関する,様々な拘束条件が存在する.拘束条件の存在を無視した制御系の運用は,ワインドアップ現象などを生じ,制御系の性能を著しく劣化させる.またきわめて容易に,制御系の不安定化を引き起こす.一方,実システムの特性として,非線形性を挙げることもできる.理論的な側面,応用例の豊富さの両方において,線形システムを対象とした線形制御理論は,非線形システムを対象としたそれと比較し,大きく発展している.しかしながら,すべての制御対象を線形制御理論の範疇で取り扱うことは不可能である.実システムの非線形性を考慮した制御理論の展開は,実用上重要な研究課題となっている.本研究では、動的システムの振る舞いを特徴付ける状態変数に着目し、拘束システムがその課せられた拘束条件を破ることなく動作するための必要十分条件を、不変集合により特徴付けることを試みた。このため、不変集合の具体的な構成手順を明らかにし、非線形システムに対しても不変集合の構成が可能であることを明らかにした。提案する不変集合の性質を活用した制御系設計法として、非線形拘束システムに対するリファレンスガバナを提案した。リファレンスガバナの設計問題は、直接的な定式化では、無限個の制約式、変数を持つ最適化問題となる。したがって、直接的にその解を求めることは困難である。この最適化問題が、不変集合が与える情報を活用することにより、拘束条件の達成に関する保守性を導入することなく、有限個の制約式、変数を有する最適化問題に帰着できることを明らかにした。現実の制御系には,アクチュエータの飽和要素,制御対象保護のための制限などにより,制御入力や一部の状態変数の絶対的な大きさに関する,様々な拘束条件が存在する.拘束条件の存在を無視した制御系の運用は,ワインドアップ現象などを生じ,制御系の性能を著しく劣化させる.またきわめて容易に,制御系の不安定化を引き起こす.一方,実システムの特性として,非線形性を挙げることもできる.理論的な側面,応用例の豊富さの両方において,線形システムを対象とした線形制御理論は,非線形システムを対象としたそれと比較し,大きく発展している.しかしながら,すべての制御対象を線形制御理論の範疇で取り扱うことは不可能である.実システムの非線形性を考慮した制御理論の展開は,実用上重要な研究課題となっている.本申請研究では,動的システムの振る舞いを決定する状態に着目し,不変集合をとおして,厳密な取り扱いにより拘束条件の達成を結論づける.動的システムの振る舞いは,状態によって決定される.この着想から,閉ループ系の状態空間上に,適切な不変集合を構成することで,拘束条件の達成を結論づけることができる.この不変集合の構成手順が、数理最適化と問題に帰着されることを明らかにした。つぎに制御系設計法として、この不変集合を活用した目標値入力の整形機構を提案した。提案する目標値整形機構を利用することにより、拘束条件の達成を保障した上での目標値入力への追従制御が、非線形システムに対して可能となる。拘束条件を有する非線形システムに対して、不変集合の構成手順、目標値入力の整形機構を明らかにすることができた。しかしながら帰着される数理最適化問題は、規模が大きな問題となると数値的に解を求めることが困難になる難点があることも事実である。効率の良い近似解の導出法など、計算効率を考慮した理論の拡張については、今後の課題となっている。また、提案する目標値整形機構を具体的な例題に適用し、数値実験などにより有効性を検証することは、今後の課題となっている。