hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
球面連鎖を用いた高負荷用関節機構の開発

(5)直径70mm、長さ50mm程度の滑り軸受で、先端荷重を10kNに嗣えることが可能である。などを今年度導入した3D-CADと機構解析ソフトならびに構造解析ソフトを駆使して確認した。また、(6)4重連鎖について、同ソフトで機構学的に考察し、実現可能性を確認した。ロボットの手首関節機構は、作業確角度を自在に実現するために、立体角で2π[str]以上の可動範囲を付与することが普通である。本研究は、変形フックス継手を2つ連結し、その連鎖を3重にした等速自在継手を利用した関節機構を提案している。入力軸を固定節リンクAとし、B、C、D、そして出力軸を先端節Eとしたとき、リンクBにアクチュエータを付け、リンクBの遥動によって、先端部を駆動する。これまで、試作第3号機まで製作してきた。平成11年度は、平成10年度の設計・解析結果をふまえ、3D機構シミュレータを用いて、さらに詳細な検討を行って、設計を進めた。その結果、中間すなわちリンクCの中央に両端の対偶軸を含む平面に垂直に新たな回転対偶を設け、リンクCを2つの節からなる関連鎖とすることによって、機構内内力の発生を安定的に押さえることができるようになった。また、機構駆動用油圧システムの構築を検討し、具体的に油圧ユニットや制御弁の導入を行った。以下にこの他の主な成果を列記する。(1)リンクCの節変更によって、関節機構の構造が大きく変わり、Culverの特許で提案されている機構と本質的に異なる機構となった。(2)この節変更を行った機構の強度を動作シミュレーションによって評価した。その結果、アルミニウム合金製の機構で、5.8kNの先端許容負荷に耐える機構を設計できることを確認した。(3)油圧シリンダによる駆動は、シリンダの固定側の取り付け位置を、機構姿勢に合わせて、さらなるシリンダで移動させる方法をとれれば、駆動力と対偶負荷を軽減できることを確認できた。(4)対偶軸交点形成が、機構の運動の過程で行われることを確認できた。(5)機構開発過程で、球面六節閉連鎖を用いたあたらな関節機構を発明できた。ロボットの手首関節機構は,作業角度を自在に実現するために,立体角で2π[sr]以上の可動範囲を付与することが普通である.研究代表者らは,変形フックス継手を2つ連結し,その連鎖を3重にした等速自在継手を利用した関節機構を提案してきた.入力軸を固定節リンクAとし,B,C,D,そして出力軸を先端節Eとしたとき,リンクBにアクチュエータを付け,リンクBの揺動によって,先端部を駆動する.これまで,試作第3号機まで製作してきた.本研究では,試作第3号機の問題を踏まえ,3Dモデラと3D機構運動シミュレータを導入して,仮設計そして詳細な検討を行って,設計を進めた.その結果,中間節すなわちリンクCの中央に,両端の対偶軸を含む平面に垂直に新たな回転対偶を設け,リンクCを2つの節からなる開連鎖とすることによって,機構内内力の発生を安定的に押さえ,ひいては対偶負荷を大幅に低減できるようになった.また,機構駆動システムも,これまでは冗長軸の制御が難しかったが,リンクCに新たな対偶を付加することによって,先端の動きが3自由度となり,3つのアクチュエータが独立し,アクチュエータの制御システムが単純になった.研究成果を列記すると,(1)昨年度までの設計モデルに,さらに変更を加え,先端荷重10kNに耐える機構モデルの設計を完了した.(2)完了した設計モデルを用いて,3DCAMとマシンニングセンタを駆使して,先端負荷10kNに耐える高負荷用大型関節機構を実際に製作し,完成することができた.
中枢神経原発リンパ腫に対するホウ素中性子捕捉療法の橋渡し研究とプロトコール立案

本研究では中枢神経系原発悪性リンパ腫(PCNSL)に対するBNCTの適応可能性につき中性子照射を含む基礎的研究を実施し、リンパ腫細胞および動物モデルに対するホウ素薬剤(BPA)を用いるBNCTの効果を検証する世界で初めての試みとなる。これらの実験からBNCTに用いるパラメータを算出するとともに、PCNSL、特に再発例を対象とする全脳照射を視野に入れたBNCTの安全性・有用性を検討し、最適な治療プロトコールを立案する橋渡し研究を行うこととする。
半導体ドット中の単一磁性スピンの制御と応用

最近、単一の量子系と格子歪あるいは格子振動とが結合した系が注目を集め、理論、実験の両面で盛んに研究が行われている。本研究では、単一のスピンと格子振動が結合した系として、遷移元素Crの原子1個を含むCdTeドットを対象として選び、ドット中の単一Crスピンと格子振動との結合の詳細を解明し、格子振動により単一スピンを制御する手法を実現する可能性を探索することを目的としている。具体的には、分子線エピタキシー(MBE)法によりZnTe上のCdTe自己形成ドットにおいてドット当たりちょうどCr原子1個を含むドット試料を作製し、表面弾性波(SAW)を発生させることによりSAWに伴う格子振動がCrスピン状態にどのような影響を及ぼすかを調べる。今年度はCdTeドットにSAWを発生させる試料構造を作製するための準備として、以下のことを行った。(1) SAWを発生させるための櫛形電極(IDT)の形状(電極の幅、ピッチ、繰り返し数etc.)の検討を行った。周波数1-2 GHzのSAWを発生させるためのIDTの形状を設計した。(2) SAW発生によりZnTe層内を伝播する弾性波について、連続体モデルに基づいたシミュレーションを行った。ZnTe層内に生成される格子歪の大きさが表面からの深さによりどのように変化するかを調べた。その結果に基づき、CdTeドットのSAW表面電極からの深さの最適値について検討を行った。Cr原子1個を含むCdTeドット試料においてSAWを発生する試料構造の作製を目指し、SAW発生電極形状を検討し、ならびにドットに伝播する弾性波のシミュレーションを行い、試料作製のための準備が整ったと言えるため。今年度行った準備に基づき、SAWを発生させる試料構造の作製を行う。試料作製に用いる分子線エピタキシー(MBE)装置に不具合が生じ、試料を作製できない状況が一定期間続いたため、次年度使用額が生じた。次年度使用額は、MBE装置によるドット試料の作製、およびSAW発生のための試料構造作製のための経費として使用する予定である。
進行肝細胞癌における癌周辺微小環境を標的とした新規治療法の確立

我々はNF-kB- STAT3活性制御、浸潤形成に係わる上皮間葉転換(EMT)を制御しうる脂質メディエーターであるスフィンゴシン1-リン酸(S1P)に着目し、肝細胞癌におけるS1P受容体の発現の増加を見いだした。今回、肝細胞癌でのS1Pレセプター3(S1PR3)の発現に着目し、臨床病理学的因子との関連を検討した。当院にて2009年から2012年に肝細胞癌にて初回肝切除をした108症例を対象とした。肝細胞癌におけるS1PR3およびEMTマーカーであるE-cadherinの免疫染色の解析をおこない、それぞれを低発現群、高発現群に分類し、S1PR3の全生存率(OS)および再発率(RFS)および臨床病理学的因子との関連を検討し、E-cadherinとの相関関係を検討した。肝癌患者において、S1PR3に関して、癌部では非癌部と比較し発現の増強を認めた。S1PR3の高発現群では、低発現群と比較して、OSおよびRFSに有意に低下を認めた。S1PR3での臨床病理学的背景を検討すると、高発現群は、低発現群と比較して、男性、Vv陽性を有意に多く認めた。RFSに寄与する予後因子に関しての単変量、多変量解析では、1肝内転移、2S1PR3高発現が予後不良因子であった。また、E-cadherinに関して、低発現群では高発現群に比較し、OSおよびRFSに有意に低下を認めた。S1PR3との相関関係を検討すると、S1PR3高発現群では有意にE-cadherin低発現群を多く認めた。肝細胞癌患者において、RFSに関してS1PR3の高発現が独立した予後不良因子であったことやE-cadherinとの相関関係を認めたことから、進行肝細胞癌の再発のメカニズムは、S1PによるS1P受容体を介したNF-kB -STAT3活性化やEMTにより誘導されるものと推察された。肝癌細胞でのS1Pレセプターのノックダウン導入に時間を要しており、研究計画で予定している細胞実験が予定よりやや遅れているが、ノックダウンを一旦行えば、予定通りに研究をすすめることができると推測される。各肝癌細胞でのS1Pレセプターのノックダウンを行い、S1PレセプターとEMTの関連について検討を行う。2 S1P刺激ヒト肝癌腫瘍細胞株に対するS1P受容体拮抗薬、S1P受容体ノックダウンによる細胞増殖抑制、血管新生抑制、浸潤形成制御S1P刺激肝癌腫瘍細胞株にて、各種S1P受容体拮抗薬(FTY720, S1PR1, S1PR3, S1PR1+ S1PR3)を投与、またはsiRNAにてS1PR1, S1PR3をノックダウンし、細胞増殖抑制、血管新生抑制、浸潤制御が生じるかを検討する。3肝癌モデルマウスでのS1P受容体拮抗薬による腫瘍増殖抑制、血管新生抑制、腫瘍浸潤制御腫瘍増殖、血管新生、各種S1P受容体拮抗薬を腹腔内投与し、腫瘍増殖抑制、血管新生抑制、DEN誘導肝癌モデルマウスへのS1P投与により、EMT誘導が生じるか、さらにはEMT誘導抑制が生じるかを検討する。抗腫瘍効果を腫瘍径および解剖後の腫瘍重量で評価する我々はNF-kB- STAT3活性制御、浸潤形成に係わる上皮間葉転換(EMT)を制御しうる脂質メディエーターであるスフィンゴシン1-リン酸(S1P)に着目し、肝細胞癌におけるS1P受容体の発現の増加を見いだした。肝癌細胞でのS1P

レセプターのノックダウン導入に時間を要しており、研究計画で予定している細胞実験が予定よりやや遅れているが、ノックダウンを一旦行えば、予定通りに研究をすすめることができると推測される。各肝癌細胞でのS1Pレセプターのノックダウンを行い、S1PレセプターとEMTの関連について検討を行う。2 S1P刺激ヒト肝癌腫瘍細胞株に対するS1P受容体拮抗薬、S1P受容体ノックダウンによる細胞増殖抑制、血管新生抑制、浸潤形成制御S1P刺激肝癌腫瘍細胞株にて、各種S1P受容体拮抗薬(FTY720, S1PR1, S1PR3, S1PR1+ S1PR3)を投与、またはsiRNAにてS1PR1, S1PR3をノックダウンし、細胞増殖抑制、血管新生抑制、浸潤制御が生じるかを検討する。3肝癌モデルマウスでのS1P受容体拮抗薬による腫瘍増殖抑制、血管新生抑制、腫瘍浸潤制御腫瘍増殖、血管新生、各種S1P受容体拮抗薬を腹腔内投与し、腫瘍増殖抑制、血管新生抑制、DEN誘導肝癌モデルマウスへのS1P投与により、EMT誘導が生じるか、さらにはEMT誘導抑制が生じるかを検討する。抗腫瘍効果を腫瘍径および解剖後の腫瘍重量で評価する
神経保護性マクロファージを用いたイヌの変性性脊髄症に対する新規治療法の開発

イヌの変性性脊髄症(DM)は慢性進行性の神経変性疾患で、現在まで有効な治療法は確立されていない。これまでの申請者の研究成果から、脊髄における神経炎症がDMの病態の主体であると考えられる。脊髄の免疫機構の中心的役割を担うのは、ミクログリアおよび末梢血から浸潤したマクロファージである。本研究課題では、DM発症犬から採取した末梢血単球を神経保護性マクロファージへ形質転換させ、再びDM発症犬の末梢血に戻すことで、DM発症犬の脊髄における神経炎症を抑制し神経保護効果をもたらす新規治療法の確立を目的とする。健常犬の末梢血から、比重遠心法および磁気ビーズ法を用いて単球を分離した。分離した単球はヒトマクロファージコロニー刺激因子(M-CSF)およびイヌインターロイキン-4 (IL-4)で刺激し、神経保護性マクロファージに形質転換した。その後、作製した神経保護性マクロファージを超常磁性酸化鉄(SPIO)にて標識し、健常犬に投与して安全性を確認した。投与前、投与後5分、30分、2時間、8時間、24時間、3日、7日、2週間、1ヶ月および3ヶ月で身体検査を実施したが、特に異常は認められなかった。また、投与前、投与後7日および1ヶ月で血液検査を実施したが、特に変化は認められなかった。DM症例(stage4/4)に対してSPIOにて標識した神経保護性マクロファージの投与を実施した。症例は投与直後および投与後2時間の身体検査では特に異常を認めなかったが、投与後7日に斃死した。脊髄組織を鉄染色して神経保護性マクロファージの移行を確認したが、脊髄組織中にはSPIOを有した細胞は認められなかった。症例の死亡の直接的原因は明らかでないが、神経保護性マクロファージ投与後数日は全身状態に変化はなく、その後呼吸状態が悪化したとのことから、DMにより死亡した可能性が高いと考えられた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。健常犬の末梢血を用いて単球分離条件を検討した。比重遠心法および接着培養法を用いて単球を分離した場合には精製率が60%であったのに対し、比重遠心法および磁気ビーズ法を用いた場合には86-99%であった。この結果を受け、本研究では比重遠心法および磁気ビーズ法を用いて単球を分離することにした。DM発症犬の末梢血から比重遠心法と磁気ビーズを用いて単球を分離すると、85-92%の精製率で分離が可能であった。さらに、健常犬の単球を用いて神経保護性マクロファージに形質転換するための刺激条件を検討したところ、ヒトマクロファージコロニー刺激因子(M-CSF)およびイヌインターロイキン-4 (IL-4)により刺激した場合、刺激前より刺激後の方が神経保護性因子の遺伝子発現が亢進することが明らかとなった。同様に、DM発症犬の末梢血から単球を分離して、M-CSFとIL-4を用いて刺激したところ、刺激前より刺激後の方が神経保護性因子の遺伝子発現が亢進することを確認した。また、作製した神経保護性マクロファージを標識するため超常磁性酸化鉄(SPIO)を培地へ添加すると、98-100%の神経保護性マクロファージが細胞質内にSPIOを取り込むことが明らかとなった。現在はSPIO標識による神経保護性因子の遺伝子発現への影響について評価している。研究に組み入れるDM症例を集めるのに時間を要しているため。

DM症例(stage4/4)に対してSPIOにて標識した神経保護性マクロファージの投与を実施した。症例は投与直後および投与後2時間の身体検査では特に異常を認めなかったが、投与後7日に斃死した。脊髄組織を鉄染色して神経保護性マクロファージの移行を確認したが、脊髄組織中にはSPIOを有した細胞は認められなかった。症例の死亡の直接的原因は明らかでないが、神経保護性マクロファージ投与後数日は全身状態に変化はなく、その後呼吸状態が悪化したとのことから、DMにより死亡した可能性が高いと考えられた。末梢血単球を神経保護性マクロファージへと形質転換する至適条件を決定するため、DMの症例数を増やして検討を重ねる。その後、健常犬における神経保護性マクロファージ投与の安全性試験を実施する。健常犬において重篤な副作用が認められなければ、DM発症犬に対する臨床試験を実施し、神経保護性マクロファージ投与による有効性を評価する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
マグマ動態の透視撮影を目指した並列低雑音ミュオグラフィテレスコープの開発

宇宙線ミュオンを用いた火山内部のイメージングは、1990年代に我が国で提案され、2007年に浅間山の透視を我が国が実現してから、急速に発展してきた。この研究は、世界中の注目を集め、技術開発や野外観測など様々な国内外共同研究が推進されている。本研究では、火山内部透視動画撮影の早期実現を目指して、(1)実機に拡張可能な小型テレスコープの製作、(2)高速同期電子回路システムの試作、(3)プロトタイプ並列テレスコープの動作試験、(4)並列ミュオグラフィテレスコープ用自動データ解析ソフトウェアの開発、(5)活動的火山を対象にした試験を通して並列低雑音ミュオグラフィテレスコープの基礎技術を開発した。我が国は、素粒子ミュオンを用いた火山内部のイメージング(ミュオグラフィ)に世界に先駆けて成功した。成果は世界に波及し、仏、伊、西諸国では火山観測に、また英、米、カナダでは各々廃棄物地下処分場、彗星探査、資源探査にと幅広い対象に対してミュオグラフィ観測技術の開発が急ピッチで進められている。世界の急追はあるものの、我が国は未だ世界をリードする立場にある。本研究では我が国から世界へと波及した新しい地球観測技術を進化させ、火山内部のマグマ動態を分刻みで透視可視化できる技術を開発することで、ミュオグラフィによる火山観測学分野で、我が国が今後も世界を主導し、国際的プレゼンスを示す。また、活動的火山内部のマグマ動態のイメージングは噴火予知技術の向上にとって、喫緊の課題であるが、未だ開発途上である。例えば、桜島における地震波を用いた先行研究(Iguchi et al. 2008)から、10分程度の時間スケールで噴火の直前、直後で山体が膨張収縮することが示唆されている。これはマグマの通り道(火道)が膨張収縮するためと考えられているが、破砕物、火山灰、ガスの混合物で満たされた複雑な物質から構成される火道がどのようなメカニズムで膨張収縮するのかが未だ分かっていない。本研究成果を応用することで将来実現できる大型並列ミュオグラフィ観測では、10分を切る時間分解能で火口近傍内部を確認できるようになる、そのためには、小さな有感面積の低雑音ミュオグラフィテレスコープを複数台並列し、同期運用することで、実効的な大口径化を実現させる必要があるが、平成27年度は有感面積1平米程度の低雑音ミュオグラフィテレスコープ2台を作成して、テレスコープ高速同期電子回路システムを開発した。また、システムの検証試験を実施した。平成27年度は(1)低雑音テレスコープの製作:薩摩硫黄島の観測(Tanaka et al. 2014)で既に実績が上がっている有感面積2平米、信号出力数が180チャンネル/台の低雑音ミュオグラフィテレスコープの実機(図1(上))に拡張可能な小型テレスコープを2台製作した。(2)テレスコープ高速同期電子回路システムの試作:低雑音ミュオグラフィ観測に対して安定的な運用が可能であることが既に確認されている高速ミュオグラフィデータ収集回路システム(Tanaka and Yokoyama 2013)の拡張試験を行った。複数の電子回路を中央処理回路で一括処理できるような並列ミュオグラフィデータ収集回路システムを構築した。テレスコープ間の同期速度は40ナノ秒以下が達成された。(3)プロトタイプ並列テレスコープの動作試験:完成した2台のプロトタイプテレスコープと試作したテレスコープ高速同期電子回路システムを組み合わせた並列運用試験を行った。我が国は、東京大学地震研究所主導のもと、素粒子ミュオンを用いた火山内部のイメージング(ミュオグラフィ)に世界に先駆けて成功した。成果は世界に波及し、火山観測や資源探査等幅広い対象に対して技術開発が急ピッチで進められているが、我が国は未だ世界をリードする立場にある。今、ここで我が国から世界へと波及した新しい地球観測技術を進化させ、引き続き世界のリーダーシップをとり続けることが重要である。研究目標は本提案で新たに開発する並列ミュオグラフィテレスコープを用いた火山内部のマグマ動態の透視につなげる技術開発であり、火山観測分野で、今後も世界を主導し、国際的プレゼンスを示すことである。活動的火山内部のマグマ動態のイメージングは噴火予知技術の向上にとって、喫緊の課題であるが、未だ開発途上である。従来の噴火モデルは地震、地殻変動等から推定した間接的なものだったが、本提案で開発する新技術により10分を切る時間分解能で火道内の変化を直接確認できるようになれば、桜島等、活動的火山の噴火直前と噴火直後の状態変化を直接可視化できる。本成果を将来の大型並列ミュオグラフィに直結させることで、短い時間スケールでの噴火先行現象の理解に対して新たな展開を期待できる。本研究では2台の小型テレスコープを並列運用できる基礎技術を開発する。平成28年度は、並列ミュオグラフィテレスコープ用自動データ解析ソフトウェアを開発し、機能試験を実施した。平成28年度は基礎技術開発からテスト観測実施へ向けた移行フェーズと位置づけ、以下の3つの項目について実施することを計画していた。(1)並列ミュオグラフィテレスコープ用自動データ解析ソフトウェアを開発し、平成27年度までに動作が確認されている並列ミュオグラフィテレスコープを用いて機能試験を行う。

試験項目は以下の通りである:(A)ミュオンイベントの記録時刻及びテレスコープの通過位置が正確に記録されるか。(B)方向毎のミュオンイベント数のヒストグラムが自動的に生成されるか、の2点について並列テレスコープの機能検証を行う。そのため、1同期した2つのテレスコープからの信号の出力時刻をX座標、Y座標、層番号と共に、観測開始時刻を基準として、ナノ秒単位で記録するデータ記録ソフトウェアを完成させた。21で生成されるナノ秒精度で取得されるミュオグラフィデータの連結プロセス(ミュオン飛跡のトラッキング)を自動化し、解析期間に応じた、ミュオン飛跡の角度分布を自動的に生成することで、ミュオンの飛跡の到来角度と数を方位角、仰角の関数でヒストグラムすることに成功した。我が国は、東京大学地震研究所主導のもと、素粒子ミュオンを用いた火山内部のイメージング(ミュオグラフィ)に世界に先駆けて成功した。成果は世界に波及し、火山観測や資源探査等幅広い対象に対して技術開発が急ピッチで進められているが、我が国は未だ世界をリードする立場にある。今、ここで我が国から世界へと波及した新しい地球観測技術を進化させ、引き続き世界のリーダーシップをとり続けることが重要である。研究目標は本提案で新たに開発する並列ミュオグラフィテレスコープを用いた火山内部のマグマ動態の透視につなげる技術開発であり、火山観測分野で、今後も世界を主導し、国際的プレゼンスを示すことである。活動的火山内部のマグマ動態のイメージングは噴火予知技術の向上にとって、喫緊の課題でるが、未だ開発途上である。例えば、桜島における地震波を用いた先行研究(Iguchi et al. 2008)から、10分程度の時間スケールで噴火の直前直後で山体が膨張収縮することが示唆されている。これはマグマの通り道(火道)が膨張収縮するためと考えられているが、破砕物、火山灰、ガスの混合物で満たされた複雑な物質から成る火道がどのようなメカニズムで膨張収縮するのか未だ分かっていない。従来の噴火モデルは地震、地殻変動等から推定した間接的なものだったが、本研究で開発する新技術により高時間分解能で火道内変化を直接確認できるようになれば、桜島等、活動的火山の噴火直前直後の状態変化を直接可視化できる。本研究では2台の小型テレスコープを並列運用できる基礎技術を開発する。最終年度は、活動的火山を対象にした並列テレスコープのテストを行った。対象火山は桜島である。その結果、テレスコープの実効有感面積が上昇し、時間分解能が向上することが検証された。将来の大型並列ミュオグラフィに直結させることで、噴火先行現象の理解に対して新たな展開を期待できる。宇宙線ミュオンを用いた火山内部のイメージングは、1990年代に我が国で提案され、2007年に浅間山の透視を我が国が実現してから、急速に発展してきた。この研究は、世界中の注目を集め、技術開発や野外観測など様々な国内外共同研究が推進されている。
中国東南方言の事態把握に関する実証的研究

本研究は,中国東南地域の諸方言の言語データを詳細に調査・分析することを通して,事態把握に関する特徴を明らかにすることを目的としている。近年の認知言語学の成果によって研究が進んでいる事態把握の問題に関して,比較方言文法の手法を用いて調査・分析を行った。中国語は日本語などに比べて客観的事態把握を好む言語であると言われている。すなわち,話者は事態の外に身を置いて,傍観者ないし観察者の視点から事態を捉える傾向があると考えられている。近年の研究は,事態把握に関する中国語の特徴をさまざまな角度から明らかにしているが,それらは何れも北方方言を基礎とした“普通話(標準語)"のデータに基づいている。そのため,東南地域の諸方言では,同一の事態に対して標準語とは異なる言語形式を用いる場合があるという言語事実が看過されてきた。本年度は,呉語の一つである紹興方言のヴォイスに関わる言語現象をさまざまな角度から分析した。一般に,東南方言では処置文の使用頻度が低いと言われているが,紹興方言も例外ではない。調査によって、紹興方言の処置文は不如意な事態に限って成立することが明らかになった。このような制約がどのようにもたらされたのか、そのメカニズムを検証した。紹興方言の授与動詞“撥"は,受益者を導く機能を備えているという点において,他の東南方言と異なっている。その使用範囲は,代替行為の受益者にまで拡張していることから,標準語の授与動詞“給"よりもさらに高度な文法化を遂げていることを指摘した。また,他の東南方言と比較しつつ、受給者を導く機能が授与使役,放任使役を経て受動へと至る“撥"の文法化のプロセスを明らかにした。中国人受託研究員を受け入れたことによって,呉語(紹興方言)に対する調査が大幅に進んだ。そこで得られたデータをもとに,処置文や受動文などヴォイスを中心とした言語現象に対して文法化の観点から分析を行った。その成果は2本の学術論文にまとめて公表した。一方、本研究の中心的課題である事態把握の特徴の解明についてはまだ十分な成果が得られていない。残された研究期間において,事態把握に関わる言語事実の収集に努めるとともに,東南方言の事態把握の特徴の解明に全力で取り組む所存である。本研究が取り上げる言語現象は多岐にわたるが,以下に次年度以降の主な研究テーマを記す。(2019年度:認定のモダリティ助動詞の使用頻度に関する調査と分析)客家語やビン語の形容詞述語文では,“有"や“会"などの助動詞が多用されることが知られている。認定のモダリティを表すこれらの助動詞の機能についてはすでに多くの先行研究が存在するが,客家語やビン語ではなぜこれらの助動詞を多用するのかという疑問点については十分な議論が行われていない。話者の認識を文法的に明示する客家語やビン語は,標準語やその他の方言とは明らかに異なる事態把握の特徴を示している。認定のモダリティに関する東南方言の言語データを収集し,主観性(subjectivity)の観点から分析を行う。(2020年度:受動文と処置文の使用頻度に関する調査と分析)粤語や客家語などでは,受動文や処置文の使用頻度はあまり高くないと言われている。これらの方言では,受動文に代わって受事主語文が好んで用いられる。本研究は,粤語や客家語における受身文と処置文の言語データを網羅的に収集するとともに,これらの方言ではなぜ使用が抑えられるのかを事態把握の観点から明らかにする。上にあげた諸現象は東南方言の事態把握の特徴を示すものであるが,従来は個別の構文研究の枠組みの中で,単にその傾向が指摘されるのみであった。最終年度には,3年間の分析結果をふまえて,認知言語学や構文研究の成果を利用しつつ,事態把握の観点からこれらの現象に統一的な解釈を与えていく。

また,他の東南方言と比較しつつ、受給者を導く機能が授与使役,放任使役を経て受動へと至る“撥"の文法化のプロセスを明らかにした。中国人受託研究員を受け入れたことによって,呉語(紹興方言)に対する調査が大幅に進んだ。そこで得られたデータをもとに,処置文や受動文などヴォイスを中心とした言語現象に対して文法化の観点から分析を行った。その成果は2本の学術論文にまとめて公表した。一方、本研究の中心的課題である事態把握の特徴の解明についてはまだ十分な成果が得られていない。残された研究期間において,事態把握に関わる言語事実の収集に努めるとともに,東南方言の事態把握の特徴の解明に全力で取り組む所存である。本研究が取り上げる言語現象は多岐にわたるが,以下に次年度以降の主な研究テーマを記す。(2019年度:認定のモダリティ助動詞の使用頻度に関する調査と分析)客家語やビン語の形容詞述語文では,“有"や“会"などの助動詞が多用されることが知られている。認定のモダリティを表すこれらの助動詞の機能についてはすでに多くの先行研究が存在するが,客家語やビン語ではなぜこれらの助動詞を多用するのかという疑問点については十分な議論が行われていない。話者の認識を文法的に明示する客家語やビン語は,標準語やその他の方言とは明らかに異なる事態把握の特徴を示している。認定のモダリティに関する東南方言の言語データを収集し,主観性(subjectivity)の観点から分析を行う。(2020年度:受動文と処置文の使用頻度に関する調査と分析)粤語や客家語などでは,受動文や処置文の使用頻度はあまり高くないと言われている。これらの方言では,受動文に代わって受事主語文が好んで用いられる。本研究は,粤語や客家語における受身文と処置文の言語データを網羅的に収集するとともに,これらの方言ではなぜ使用が抑えられるのかを事態把握の観点から明らかにする。上にあげた諸現象は東南方言の事態把握の特徴を示すものであるが,従来は個別の構文研究の枠組みの中で,単にその傾向が指摘されるのみであった。最終年度には,3年間の分析結果をふまえて,認知言語学や構文研究の成果を利用しつつ,事態把握の観点からこれらの現象に統一的な解釈を与えていく。年度末に予定していた中国での資料調査が実施できなかったため。次年度の早い時期に資料調査を実施し、その費用として未使用学を執行するよう計画を変更する。
重症急性膵炎における多臓器障害の発生機序ーー特にlipid peroxideの関与についてーー

急性膵炎における多臓器障害、特に腎、肺障害の発生機序につき、膵酵素中で最も細胞膜障害作用を有するphospholipase A_2(PLA_2)と過酸化脂質の関与について検索した。┣方法┫腎、肺障害の発生機序;1)実験的急性膵炎:犬の主膵管内に自家胆嚢胆汁を注入して膵炎を作成した後、血中PLA_2活性並びに過酸化脂質(TBA)を測定し、腎では腎組織中のTBA及び尿細管細胞膜のPLA_2活性や膜流動性を測定し、肺ではPaO_2やQs/Qt、及び肺動静脈血中TBA、FFA、リン脂質を測定するとともに肺胞洗浄液中のリン脂質の変化を観察した。2)腎、肺動脈内各種膵酵素注入実験;犬の腎または肺動脈内に各種膵酵素を注入し実験的急性膵炎と同様の検索を行った。┣成績┫腎障害の発生機序:1)実験的急性膵炎では膵炎作成1時間目より、血中PLA_2活性やTBAの上昇を認め、3時間目より尿中尿細管逸脱酵素の上昇が認められ、さらに腎組織中TBA及び尿細管細胞膜中PLA_2活性の上昇と尿細管細胞膜流動性の低下が認められた。2)腎動脈内各種膵酵素注入実験では、PLA_2の注入により血中TBA並びに尿中尿細管逸脱酵素や腎組織中TBA及び尿細管細胞膜中PLA_2活性の増加と尿細管細胞膜流動性の低下が認められた。即ち腎では膵性PLA_2の作用のみならず膜結合性PLA_2も活性化されて脂質過酸化反応を惹起し重篤な細胞障害が発生するものと考えられた。肺障害の発生機序:1)実験的急性膵炎では膵炎作成後PaO_2の著明な低下とQs/Qtの著増を示し、また血中TBA、FFA、リン脂質は肺静脈血中で肺動脈血中より有意に高値を示し、さらに肺胞洗浄液中のリゾレシチン対総リン脂質比の上昇を認めた。2)肺動脈内各種膵酵素注入実験ではPLA_2の注入により、実験的急性膵炎と同様にPaO_2の低下とQs/Qtの上昇を示し、肺静脈血中TBA、FFA、リン脂質の著明な上昇並びに肺胞洗浄液中のリゾレシチン対総リン脂質比の上昇を認めた。以上より膵性PLA_2による肺胞surfactantの障害や脂質過酸化反応による肺毛細血管の障害が指摘された。1.【目的・方法】急性膵炎における多臓器障害の発生機序につき,特に過酸化脂質の関与について検索した.A.腎・肺障害の発生機序:1)実験的急性膵炎:犬の膵管内に自家胆嚢胆汁を注入して膵炎を作成した後,腎・肺静脈血中過酸化脂質(TBA)を測定し,肺及び腎の各種機能を検索する.2)腎・肺動脈内各種膵酵素注入実験:犬の腎又は肺動脈内に各種膵酵素を単独,又は混合して持続動注し,実験的急性膵炎と同様の検索を行った.2.【成績】A.腎障害の発生

機序:1)実験的急性膵炎では膵炎作成直後より血中TBAの上昇及び急激なcreatinine clearance(Ccr)の低下と尿中尿細管逸脱酵素の上昇を認めた.2)腎動脈内各種膵酵素注入実験ではPLA_2注入にて血中TBA並びに尿中尿細管逸脱酵素の上昇と, trypsin注入でのCcrの著明な低下が認められ,膵性PLA_2とtrypsinによる腎障害に加え,過酸化脂質反応も加わって著明な腎障害を惹起するものと考えられた.肺障害の発生機序:1)実験的急性膵炎では膵炎作成後PaO_2の著明な低下とQs/Qtの著増を示した.血中FFA,リン脂質, TBAは肺静脈血中(PV)が肺動脈血中(PA)より有意な上昇を示した.2)肺動脈内各種膵酵素注入実験ではPLA_2注入により,実験的急性膵炎と同様にPaO_2の低下とQs/Qt上昇を示し,また血中FFA,リン脂質, TBAもPV中で著明に上昇した.以上より膵性PLA_2による肺胞surfactantの障害や過酸化脂質反応による肺毛細血管の障害が考えられた.B.各種阻害剤の効果:CDP-choline,hydrocortisoneの各投与群では夫々,非投与群に対し,腎肺障害は軽度で,生存期間の有意の延長を認めた.また血中PLA_2活性やTBAも低値を示した.今回はSOD投与のみであったが,投与群では非投与群に比し,血中TBAの有意の低下を示し生存期間の延長する傾向を認めた.我々はこれまでに急性膵炎における多臓器障害の発生機序を検討し、膵酵素中で最も細胞膜障害作用を持つphospholipase A_2(PLA_2)の重要性を指摘し、とくに腎障害ではPLA_2による尿細管障害が重要であることを明らかにしてきた。そこで今回は腎尿細管の細胞膜障害に果たす膵性及び膜結合性PLA_2の意義につき脂質過酸化反応や細胞膜流動性の面から検討した。〔方法〕I.実験的急性膵炎:雑種成犬を用い主膵管内に自家胆嚢胆汁を注入して膵炎を作成し、経時的に血中の各種膵酵素活性並びに尿中NAGを測定するとともに、犠牲剖検により腎臓を摘出し腎組織homogenate中の過酸化脂質量を測定し、さらに尿細管細胞膜を分離(luerg-Biber変法)して細胞膜中PLA_2活性並びにfluorescent assay法による細胞膜流動性の測定を行った。II.腎動脈内各種膵酵素注入実験:犬の腎動脈内にPLA_2、trypsinなどの各種膵酵素を持続注入し、実験Iと同様の検索を行った。〔成績〕I.実験的急性膵炎:血中の膵性PLA_2及び膜結合性PLA_2活性や腎組織中過酸化脂質量は膵炎作成後3時間目より前値に比し有意に増加した。また尿細管細胞膜の流動性は前値に比し3時間目より著明に低下し、これにともない尿中NAGは著明に上昇した。II.腎動脈内各種膵酵素注入実験:PLA_2注入群では注入後6時間目で腎組織中過酸化脂質量及び尿細管細胞膜中PLA_2活性は前値に比し有意に増加し、また尿細管細胞膜流動性の低下、ならびに尿中NAGの増加を認め実験Iと同様の所見が得られた。一方、trypsinや他の膵酵素の注入ではこれらの変化は認められなかった。以上より急性膵炎では膵性のみならず膜結合性PLA_2がともに活性化され、細胞膜脂質過酸化反応を惹起して細胞膜流動性の低下を招き、重篤な細胞障害が発生するものと考えられた。
視線位置計測機能付きHMDを用いた災害時遠隔作業支援システムの開発

本研究では、視線を計測可能なHMD(Head Mounted Display)を開発し、災害現場で事態の収拾に携わる作業員装備を高度化し、作業員と対策本部にいる災害対策の専門家との協調作業を支援するシステムを開発することを目的とした。事故・災害等の復旧現場の作業では安全の確保が重要であり、危険な状況の判断には災害現場全体の情報の把握が重要である。そのために、複数の作業員による情報収集、対策本部での情報の集約、そして作業員への情報提供を行うシステムの開発を行った。初年度は、眼球カメラと視野カメラを装備した視線位置計測機能付き片目型HMDの開発を行い、昨年度は、システムの実用性向上のために、視線計測精度の向上、及び、視線情報機能とHMD指示機能の遠隔協調作業での有効性の検証を最優先項目として研究を行った。そして、本年度の研究開発においてはシステムのマルチユーザ化と対策本部側のシステムの改良を行った。具体的には、HMDを装着する作業者を2人以上に増やすことが可能な多人数連携システムに発展させた。その際、拡張性を向上させるためオブジェクト指向の考えでシステムの設計を見直しJAVAによるプログラムに修正した。また、現場で取得した情報は、対策本部システムにネットワーク経由で送信し保存可能とした。そして、現場の作業員の人数が増えた場合の、対策本部側のインタフェースの設計も行い実装した。今後は、ユーザビリティ等の検証を行い、実際に役に立つシステムとする予定である。本研究では、視線位置を計測可能なHMD(Head Mounted Display)を開発し、災害現場で事態の収拾に携わる作業員をIT武装し、作業員と対策本部にいる災害対策の専門家との協調作業を支援するシステムを開発することを目的とする。特に、対策本部にいる専門家が作業員の意図を推定する手段として、作業員の視線情報を用いることに着目している。今年度は、眼球カメラと視野カメラを装備した視線位置計測機能付き片目型HMDの開発を行った。この際市販の片目型のHMDを利用し、視線位置検出機能付HMDを開発することとした。眼球撮影のためには、ディスプレイを設置していうのと反対の目に向けてカメラを設置し、前方撮影のために小型の視野カメラも設置した。開発したHMDは、これまでの研究による両目型向MDと比較すると、前方を遮るものが少ないので、現場を移動する際の安全確保が容易である。また、開発したHMDを利用した遠隔作業支援システムの全体設計を行った。設計したシステムは、作業員と対策本部が連絡を取り合い、協調作業を行う事が可能なシステムとなっている。この際、利用しやすさを考慮し、作業員の装備の軽量化、無線化を行った。無線化は、無線LAN・ビデオトランスミッタを利用した。ソフトウェアに関しては、開発したHMDを利用して、眼球カメラから眼球中心位置を抽出し、線野画像とあわせて作業員の注視している場所を検出する手法の開発を行った。次年度の研究開発においては、今年度開発したシステムのソフトウェアのデバッグを行い、また、現場に複数人が行った場合に備えてのシステムのマルチユーザ化も課題である。また、対策本部に作業員が収集してきた情報を蓄積し利用するためのデータベースシステムの開発が必要である。その後、信頼性・有用性の評価を行う。今年度は、システムの実用化のための検討を最優先項目として研究を行った。視線検出アルゴリズムに関しては、眼球カメラにより瞳孔中心を検出し、それを視野カメラ座標系に変換するとともに、現実環境にスーパーインポーズするためにHMD座標系への変換を行っている。これらを正しく変換するために、キャリブレーションを行っているが、これまではシステムの利用中にHMDがずれることにより、途中から正しく変換できなくなる問題があった。そこで、現場での応用を考え、HMDのずれを検出し補正を行った。さらに、開発したシステムの2つの機能(視線情報機能、HMD指示機能)の遠隔協調作業における有用性を評価することを目的に実験を行った。実験課題は、作業員の前方に表示される刺激中のターゲットの位置を、知っている側から知らない側へ伝えるものである。あらかじめ作業員または監督者のどちらかにターゲットの位置を教え、刺激の表示開始と同時に、音声とシステムの機能を利用し、その位置を相手に伝え相手が発見するまでの時間(反応時間)と音声による指示回数を計測した。その結果、二つの機能が客観的に有用であることが示された。作業員と監督者は双方向のコミュニケーションが必要であることから、開発した遠隔コミュニケーション用HMD及びそれを用いたシステムは、保守作業など複数人がコミュニケーションを行う場面で非常に役に立つ物であると考える。

初年度は、眼球カメラと視野カメラを装備した視線位置計測機能付き片目型HMDの開発を行い、昨年度は、システムの実用性向上のために、視線計測精度の向上、及び、視線情報機能とHMD指示機能の遠隔協調作業での有効性の検証を最優先項目として研究を行った。そして、本年度の研究開発においてはシステムのマルチユーザ化と対策本部側のシステムの改良を行った。具体的には、HMDを装着する作業者を2人以上に増やすことが可能な多人数連携システムに発展させた。その際、拡張性を向上させるためオブジェクト指向の考えでシステムの設計を見直しJAVAによるプログラムに修正した。また、現場で取得した情報は、対策本部システムにネットワーク経由で送信し保存可能とした。そして、現場の作業員の人数が増えた場合の、対策本部側のインタフェースの設計も行い実装した。今後は、ユーザビリティ等の検証を行い、実際に役に立つシステムとする予定である。
巨大磁気抵抗効果を利用した磁壁のダイナミクスの研究

巨大磁気抵抗(GMR)効果を利用した単一のサブミクロン磁性細線の磁化過程の研究を行った。近年、微細加工技術の進歩にともない、メゾスコピック磁性体の研究が盛んに行われるようになった。しかし、試料体積が極端に小さいために通常の磁化測定法では一つの微小磁性体や単一の磁性細線の磁化を測定することは不可能である。そこで通常は、同じ形状のと考えられる試料を多数作製し、その集合の磁化を測定している。しかし、この方法では、個々の磁性体の大きさと形状のばらつきによって、単一の磁性体の特徴が隠されてしまうことが多い。そこで、本研究ではGMR効果を利用した磁化測定法を提案した。GMR効果は非磁性層を挟んだ磁性層の磁化の向きによって電気抵抗が大きく変化する現象である。このことは、逆に電気抵抗の測定から磁区構造を推察する事が可能であることを意味している。この方法は本質的には電気抵抗測定法であるため非常に簡単であり、時間分解能が高い。これらの特徴により、これまで不可能であった、単一のサブミクロン磁性細線の動的磁化過程を研究することに成功した。(1)磁性細線中に導入した人工的な括れによって、磁壁の移動が制御できることを示した。(2)GMRの時間変化を測定することで、サブミクロン磁性細線の磁化反転が単一の磁壁の移動によって起こることがわかった。(3)この際の磁壁の移動速度(200km/sec.)および移動度を決定した。この方法は本質的には電気抵抗測定法であるため非常に簡単である。主に次の結果を得た。(2) GMRの時間変化を測定することで、サブミクロン磁性細線の磁化反転が単一の磁壁の移動によって起こることがわかった。(3)この際の磁壁の移動速度を決定した。
非ホロノミック柔軟ロボットのロバスト運動制御

宇宙空間において用いられるマニピュレータは軽量化と機構の簡潔さが重要な課題となる。本研究では、軽量化の方法として質量の小さい材料を用いること、機構の簡潔さの方法として関節部のアクチュエータをできるだけ減らすことを考え、そのような非駆動関節を有する多リンクマニピュレータの運動制御問題について考察した。前者の軽量化によってリンクのフレキシビリティを考慮する必要が生じ、また後者の機構は非ホロノミックな拘束条件を有することを意味する。本研究は、まず非駆動関節を有する3リンクフレキシブルアームを非線形アフィンシステムとしてモデル化を行った。次に、この非線形システムの終端条件を満たす位置決め最適制御問題は解法が一般に困難なため、制御入力をフーリエ基底で表現して汎関数の最適制御問題をパラメータの最適化問題に帰着させて解く古典的リッツの方法を採用した。パラメータの最適化方法としてはニュートン法を用いた。なお、感度を計算するヤコビアンは、計算時間の短縮ため数値的に求めた。本手法の有効性を検討するために、計算機シミュレーションと実験を行った。また、リンクの角度、入力トルク、関節の変位、先端のペイロードの変位の時刻歴応答の結果を検討することによって最適起動の特徴が求められた。すなわち、駆動関節が根本にある場合その関節から遠いリンクから順番に姿勢が達成されることがわかった。また、制御入力は自由度の数に対応して交番的な挙動を示すことが明らかとなった。本研究は,非ホロノミックな拘束を受ける柔軟ロボットのロバストな制御手法の確立を目指して,非駆動関節を有する2リンクフレキシブルアームの運動制御の研究を行った.非駆動関節においてモーメントが伝達されないというリンク間の速成の拘束条件が非ホロノミツクな拘束条件となり,その運動計画は容易ではない.本研究では,まずフレキシブルアームの変形を静的たわみ曲線で近似してモデリングを行い,そしてフーリエ基底アルゴリズムを用いることによって軌道計画問題を最適パラメータ問題に帰着させ,最適軌道計画を行った.なお,計算機シミュレーションにより得られた結果からアニメーションも作成した.その結果,フーリエ基底アルゴリズムを用いた本制御手法を用いることにより,2リンクフレキシブルアームのすべての状態量を目標値に到達させる軌道を得ることに成功し,本制御手法は非ホロノミックフレキシブルアームの姿勢制御問題に対して非常に有用であることを示した.さらに,いろいろな目標姿勢について最適軌道を導出し,得られた最適軌道について考察した.目標姿勢によって最適軌道は当然異なるものの,制御対象の自由度に対応した数の波数を基本とする最適軌道になることを明らかにした,また,剛体アームの場合を比較して,その特徴も明らかにした.基本的には柔軟性による自由度の増大が本質的な差であり,先端のアームから目標姿勢を達成する特徴は同じであることがわかった.今後非線形軌道制御の非定常性を考慮した上でロバスト振動制御の開発を行い,総合的なロバスト運動制御手法を確立し,実験によって本手法の有効性を確認するために,実験装置を製作した.宇宙空間において用いられるマニピュレータは軽量化と機構の簡潔さが重要な課題となる.本研究では,軽量化の方法として質量の小さい材質を用いること,機構の簡潔さの方法として関節部のアクチュエータをできるだけ減らすことを考え,そのような非駆動関節を有するリンクマニピュレータの運動制御問題について考察した.前者の軽量化によってリンクのフレキシビリティを考慮する必要が生じ,また後者の機構は非ホロノミックな拘束条件を有することを意味する.本研究は,まず非駆動関節を有する3リンクフレキシブルアームを非線形アフィンシステムとしてモデル化を行った.次に,この非線形システムの終端条件を満たす位置決め最適性制御問題は解法が一般に困難なため,制御入力をフーリエ基底で表現して汎関数の最適制御問題をパラメータの最適化問題に帰着させて解く古典的リッツの方法を採用した.パラメータの最適化方法としてはニュートン法を用いた.なお,感度を計算するヤコビアンは,計算時間の短縮ため数値的に求めた.本手法の有効性を検討するために,計算機シミュレーションと実験を行った.

その結果,様々な目標姿勢を達成することができ,本研究で提案した手法の有効性が確認された.また,リンクの角度,入力トルク,関節の変位,先端のペイロードの変位の時刻歴応答の結果を検討することによって最適軌道の特徴が求められた.すなわち,駆動関節が根元にある場合その関節から遠いリンクから順番に姿勢が達成されることがわかった.また,制御入力は自由度の数に対応して交番的な挙動を示すことが明らかとなった.
腸内細菌に応答する膜タンパク質を標的とした消化管疾患に対する新規治療戦略

近年、過敏性腸症候群や炎症性腸疾患などの消化管疾患患者が増加の一途をたどっており、社会的に大きな問題となっている。これらの疾患の発症には腸内細菌叢の異常が関与していると考えられているものの、その詳細はいまだ不明な点も多い。このような背景の中、申請者は昨年度までに、大腸に存在する水チャネルアクアポリン(AQP)の発現量を腸内細菌が制御することを見出し、腸内細菌叢の変動に伴う下痢の発症に大腸のAQPが機能分子となっていることを明らかにした。すなわち、腸内細菌が存在しないGFラットの糞中水分量は、腸内細菌が存在するSPFラットに比べて高く、AQPの発現量はGFラットの方がSPFラットと比べて低いことを明らかにした。加えて、下剤として用いられている漢方薬「大黄甘草湯」の作用において、腸内細菌叢の恒常性維持が重要であることを見出した。今年度は、腸内細菌に作用し、有益な効果を発揮することが謳われているプレバイオティクスがラット大腸のAQPに対してどのような影響を及ぼすのかを解析した。その結果、プレバイオティクスをラットに経口投与すると、糞中水分量が有意に増加することが明らかとなった。また、プレバイオティクスを投与することにより、大腸AQP3の発現量が有意に低下することがわかった。したがって、プレバイオティクスは腸内細菌に作用し、大腸AQP3を低下させ、大腸内から血管側への水の吸収を抑制し、糞中水分量を増加させることにより、便通改善効果を発揮すると考えられた。以上の結果は、これまでほとんどわかっていなかったプレバイオティクスの便通改善効果メカニズムを分子レベルで明らかにしたものであり、腸内細菌と消化管疾患との関係性を結びつける非常に有用な知見である。近年、過敏性腸症候群や炎症性腸疾患、大腸癌などの消化管疾患患者が増加の一途をたどっており、社会的に大きな問題となっている。このような背景の中、申請者は昨年度、腸内細菌が大腸に存在する水チャネルアクアポリン(AQP)の発現量を制御することを見出し、腸内細菌叢の変動に伴う下痢の発症にAQPが機能分子となっていることを明らかにした。すなわち、腸内細菌が存在しないGFラットおよび腸内細菌が存在するSPFラットを用いて解析した結果、GFラットの糞中水分量はSPFラットに比べて高く、GFラットのAQPの発現量はSPFラットと比べて増減することを明らかにした。さらに、抗生物質であるシプロフロキサシンをラットに処置した際には、糞中水分量が増加し、大腸のAQPの発現量が変動することを見出し、この際のAQPの変動パターンならびに糞中水分量の変化は、GFラットのそれと同様であった。今年度は、腸内細菌とAQPとの関係をさらに詳細に解析することを目的に、腸内細菌およびAQPを介して効果を発揮する下剤「大黄」とその配合漢方薬「大黄甘草湯」を用いて検討した。その結果、大黄甘草湯は大黄単剤とは異なり、連続投与しても瀉下作用が維持できることがわかった。これは、大黄甘草湯を投与した場合には、腸内細菌叢の恒常性が維持され、大腸におけるAQPの発現低下が維持されることにより生じたものと考えられた。以上の結果は、大黄甘草湯と大黄の適正使用について新たな知見を見出したことに加え、大腸のAQPと腸内細菌とのインターラクションを考える上で、有用な知見となり得る。申請者らは、腸内細菌叢の変動に伴う下痢や便秘を主徴とする消化管疾患の発症メカニズム解明を目的に、下剤として用いられる漢方薬「大黄甘草湯」とその活性生薬「大黄」を用いて、瀉下活性および大腸AQPに及ぼす腸内細菌の影響を解析した。ラットに大黄甘草湯を7日間連続投与した際には、下痢の発症とともに大腸AQP3の発現低下が認められた。それに対して、大黄単剤を連続投与した際には、糞中水分量の有意な増加は見られず、AQP3の発現低下も認められなかった。さらに、大黄甘草湯を連続投与した場合にのみ、AQP3の発現低下に関与する胆汁酸の血中濃度が増加していることがわかった。以上のことから、大黄甘草湯連続投与による瀉下活性の維持に、胆汁酸濃度の上昇に伴うAQP3の低下が関わっているものと考えられた。これらラットの腸内細菌叢を次世代シークエンサーにより解析したところ、大黄甘草湯投与群と大黄単剤投与群では菌叢に大きな違いがあった。例えば、Bacteroidaceaeの占有率は、大黄甘草湯を7日間連続投与した場合にはコントロール群と比べて約2倍増加していたのに対して、大黄単剤を連続投与した際には約1/10であった。Bacteroidaceaeは抱合型胆汁酸の脱抱合に関わる腸内細菌であることから、大黄甘草湯を投与した際には、Bacteroidaceaeの増加によって抱合型胆汁酸が減少し、胆汁酸の合成が亢進した結果、胆汁酸量が増大し、AQP3の発現低下が生じたものと考えられた。以上の結果は、大黄甘草湯連続投与によるAQP3の発現低下維持機構として腸内細菌叢を介した胆汁酸濃度の変化が関与していることを示すものであった。腸内細菌とAQPとの関係が明らかになりつつあり、本年度の研究計画に基づいて、おおむね順調に進展している。

近年、過敏性腸症候群や炎症性腸疾患などの消化管疾患患者が増加の一途をたどっており、社会的に大きな問題となっている。これらの疾患の発症には腸内細菌叢の異常が関与していると考えられているものの、その詳細はいまだ不明な点も多い。このような背景の中、申請者は昨年度までに、大腸に存在する水チャネルアクアポリン(AQP)の発現量を腸内細菌が制御することを見出し、腸内細菌叢の変動に伴う下痢の発症に大腸のAQPが機能分子となっていることを明らかにした。すなわち、腸内細菌が存在しないGFラットの糞中水分量は、腸内細菌が存在するSPFラットに比べて高く、AQPの発現量はGFラットの方がSPFラットと比べて低いことを明らかにした。加えて、下剤として用いられている漢方薬「大黄甘草湯」の作用において、腸内細菌叢の恒常性維持が重要であることを見出した。今年度は、腸内細菌に作用し、有益な効果を発揮することが謳われているプレバイオティクスがラット大腸のAQPに対してどのような影響を及ぼすのかを解析した。その結果、プレバイオティクスをラットに経口投与すると、糞中水分量が有意に増加することが明らかとなった。また、プレバイオティクスを投与することにより、大腸AQP3の発現量が有意に低下することがわかった。したがって、プレバイオティクスは腸内細菌に作用し、大腸AQP3を低下させ、大腸内から血管側への水の吸収を抑制し、糞中水分量を増加させることにより、便通改善効果を発揮すると考えられた。以上の結果は、これまでほとんどわかっていなかったプレバイオティクスの便通改善効果メカニズムを分子レベルで明らかにしたものであり、腸内細菌と消化管疾患との関係性を結びつける非常に有用な知見である。近年、過敏性腸症候群や炎症性腸疾患、大腸癌などの消化管疾患患者が増加の一途をたどっており、社会的に大きな問題となっている。これらの疾患の発症には腸内細菌叢の異常が関与していると考えられており、これまでに関連菌種などが同定されつつある。しかしながら、これら消化管疾患の発症に腸内細菌がどのように関与しているのかについての詳細は、いまだ不明な点も多く、疾患発症までのプロセス(機能分子)を把握することが、治療戦略を立てる上で重要となる。このような背景の中、申請者は、腸内細菌叢の異常による消化管疾患の発症時には、主症状として必ず下痢や便秘が認められることに着目し、これら疾患の発症に腸管での水輸送を担う機能分子「アクアポリン(AQP)」が関与しているのではないかと考え、実験を行った。哺乳動物には、AQP0からAQP12までの13種類のAQPファミリーが存在する。そこでまず、腸内細菌の有無により、これらAQPファミリーの発現量が変動するかどうかを調べた。具体的には、腸内細菌が存在しないGFラットおよび腸内細菌が存在するSPFラットの糞中水分量を測定するとともに、大腸におけるAQPの発現量を解析した。その結果、GFラットの糞中水分量はSPFラットに比べて高く、GFラットのAQPの発現量は、SPFラットと比べて増減することがわかった。さらに、抗生物質であるシプロフロキサシンをラットに処置した際には、糞中水分量が増加し、大腸のAQPの発現量が変動することがわかった。この際のAQPの変動パターンならびに糞中水分量の変化は、GFラットのそれと同様であった。以上の結果は、腸内細菌が大腸のAQPの発現量を制御することを示したものであり、腸内細菌叢の変動に伴う下痢の発症にAQPが機能分子となっていることを示唆したものである。