hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
石綿曝露下におけるCTL免疫応答の抑制機序の解明

石綿曝露は悪性中皮腫を引き起こす。石綿の発癌作用はよく知られているが、癌疾患の抑制に働く抗腫瘍免疫への石綿曝露影響は不明な部分が多い。抗腫瘍免疫において、naive CD8+T細胞は適切な細胞やサイトカインの環境下で増殖を伴い細胞傷害性T細胞(CTL)に分化し、granzymeやperforinを分泌し、腫瘍細胞を特異的に攻撃する。これまでに、我々は、石綿添加培地中で混合リンパ球培養法(MLR)によるCTL分化誘導を行い、石綿曝露がCD8+T細胞の増殖抑制を伴ってアロ抗原特異的なCTLへの分化を抑制することを見出している。そこで、これまでに我々は、CD8+T細胞の増殖や分化誘導を促進するIL-15の添加実験を行ったところ、IL-15はCD25,CD45RA,CD45RO発現量が示すCTL分化への石綿曝露影響を回復しなかったが、CD8+T細胞の細胞数とgranzyme B+細胞比率の増加抑制については、部分的な回復を示した。平成30年度は、石綿曝露によるCTL分化抑制機序を調べる目的で、CD8+T細胞の増殖や分化誘導を促進するIL-15の添加実験を行ったところ、IL-15の添加は石綿曝露による増殖CD8+T細胞の低下を部分的に回復した。また、IL-15の添加は、増殖・未増殖CD8+T細胞のいずれにおいてもgranzyme B+細胞比率を回復することがわかった。これまでの研究成果と併せ、IL-15の添加によって部分的なCD8+T細胞の細胞増殖の回復がみられたものの、CTL分化抑制は回復しなかったことから、石綿曝露による細胞増殖低下を伴うCTL分化抑制は主としてIL-15の産生欠乏に起因しないことを示す。一方で、granzyme B産生能の回復は、石綿曝露のCTL機能抑制作用が補償できる可能性を示唆する。平成30年度は、得られた研究成果について、国内学会発表が行えた一方で、研究代表者が産休および育休取得の為に研究を一時中断したことから現在までの達成度がやや遅れている。今後も引き続き、石綿曝露によるCTL免疫応答の抑制機序の解明を行いたい。石綿曝露は悪性中皮腫や肺癌を引き起こす。石綿の発癌作用はよく知られているが、癌疾患の抑制に働く抗腫瘍免疫機能への石綿曝露影響は不明な部分が多い。抗腫瘍免疫において細胞傷害性T細胞(CTL)は特異的に腫瘍細胞を攻撃する。腫瘍細胞が効果的に排除されるためには、CTLが分化することだけでなく、分化後のCTLが機能を持続させることが重要である。我々はこれまでに、混合リンパ球培養法(MLR)を用い、石綿曝露がCD8+T細胞の増殖低下を伴いCTL分化を抑制することを報告した。最近では、刺激後の悪性中皮腫患者CD8+リンパ球の機能低下を報告した。そこで、本研究課題の目的は石綿曝露下におけるCTL免疫応答の抑制機序を解明することである。H28年度は、CD8+T細胞の増殖や分化誘導を促進するIL-15の添加によって、石綿曝露によるCTL分化抑制が改善するかどうかを調べるとともに、T細胞の増殖を促進するIL-2添加による石綿曝露下CTL免疫応答への影響を比較検討した。培養2, 4, 7日目の石綿添加/非添加培地中において、IL-15の産生量は検出限界以下であった。IL-15添加はCD25, CD45RA, CD45RO発現量が示す石綿曝露時CTL分化抑制を改善することはなかった。一方で、石綿曝露群で認められるCD8+T細胞数とgranzyme B+細胞比率の増加抑制は、いずれもIL-15添加によって改善した。先行研究ではIL-2添加がgranzyme Bレベルの低下を部分的に改善したのに対し、本研究結果により、IL-15添加は石綿曝露下CTL分化抑制時のCD8+T細胞の数とgranzyme Bレベルの両方を改善することがわかった。我々は既にこれまでに、混合リンパ球培養法(MLR)を用い、石綿曝露がCD8+T細胞の増殖低下を伴いCTL分化抑制を示すことを報告した。H29年度は、ヒトCD8+T細胞株を用いて、1カ月の石綿曝露亜株を作成し、CD8+T細胞の単独培養系における長期石綿曝露影響を調べた。30μg/mlの石綿添加培地中で1カ月間培養維持したヒトCD8+T細胞株を作成したところ、granzyme B+細胞比率は石綿曝露影響を示さなかったが、石綿曝露亜株のperforin+細胞比率は、石綿非添加培地中で培養維持した対照亜株に比べて低下していた。また、刺激後の各亜株の培養上清を回収し、IFN-gamma分泌量をELISAにて測定したところ、石綿曝露によって刺激後のIFN-gamma分泌量の著しい減少が認められた。

一方で、刺激後の両亜株間のCD107a+細胞比率に差は無く、脱顆粒能に石綿曝露影響は見られなかった。石綿曝露は悪性中皮腫を引き起こす。石綿の発癌作用はよく知られているが、癌疾患の抑制に働く抗腫瘍免疫への石綿曝露影響は不明な部分が多い。抗腫瘍免疫において、naive CD8+T細胞は適切な細胞やサイトカインの環境下で増殖を伴い細胞傷害性T細胞(CTL)に分化し、granzymeやperforinを分泌し、腫瘍細胞を特異的に攻撃する。これまでに、我々は、石綿添加培地中で混合リンパ球培養法(MLR)によるCTL分化誘導を行い、石綿曝露がCD8+T細胞の増殖抑制を伴ってアロ抗原特異的なCTLへの分化を抑制することを見出している。そこで、これまでに我々は、CD8+T細胞の増殖や分化誘導を促進するIL-15の添加実験を行ったところ、IL-15はCD25,CD45RA,CD45RO発現量が示すCTL分化への石綿曝露影響を回復しなかったが、CD8+T細胞の細胞数とgranzyme B+細胞比率の増加抑制については、部分的な回復を示した。平成30年度は、石綿曝露によるCTL分化抑制機序を調べる目的で、CD8+T細胞の増殖や分化誘導を促進するIL-15の添加実験を行ったところ、IL-15の添加は石綿曝露による増殖CD8+T細胞の低下を部分的に回復した。また、IL-15の添加は、増殖・未増殖CD8+T細胞のいずれにおいてもgranzyme B+細胞比率を回復することがわかった。これまでの研究成果と併せ、IL-15の添加によって部分的なCD8+T細胞の細胞増殖の回復がみられたものの、CTL分化抑制は回復しなかったことから、石綿曝露による細胞増殖低下を伴うCTL分化抑制は主としてIL-15の産生欠乏に起因しないことを示す。一方で、granzyme B産生能の回復は、石綿曝露のCTL機能抑制作用が補償できる可能性を示唆する。平成30年度は、得られた研究成果について、国内学会発表が行えた一方で、研究代表者が産休および育休取得の為に研究を一時中断したことから現在までの達成度がやや遅れている。今後も引き続き、石綿曝露によるCTL免疫応答の抑制機序解明に取り組みたい。特に、高濃度の長期石綿曝露CD8+T細胞亜株を作成し、CTL機能発現に及ぼす長期石綿曝露影響を調べる予定である。今後も引き続き、石綿曝露によるCTL分化抑制機序の解明を行いたい。今後も引き続き、石綿曝露によるCTL免疫応答の抑制機序の解明を行いたい。旅費の支払いが次年度に入ってからの支払いになる為。産休により、予定していた2018年3月の国際学会及び国内学会への参加の旅費を使用しなかった。産休・育休から復帰後に物品費、旅費、論文の印刷代などに使用する。(理由)産休および育休取得の為、研究を一時中断したことにより、研究試薬などの消耗品の支出が少なかったことや、予定していた各種国内・国際学会出張を行わなかったので、次年度使用額が生じた。(使用計画)上記理由により、科学研究費助成事業の期間延長を申請し承認されたので、次年度使用額が生じた研究費については、研究試薬等の研究経費として使用する計画を立てている。また、研究成果は、学会などでの報告に加えて、論文にまとめて海外雑誌に投稿・誌上発表するため、出張費、論文校閲費、及び論文印刷費が必要である。
母児間免疫寛容に注目した絨毛膜羊膜炎を伴う早産の予防戦略

本研究は、母児間免疫寛容に着目した早産の新しい予防戦略をたてることを目的とした。第一段階として行った病理組織学検査と診療録の後方視的検討からは、母児間免疫寛容の破綻による早産は一定頻度存在するものの、絨毛膜羊膜炎を伴う早産の主要な機序である可能性は低いと考えられた。次に、妊娠初期・中期・後期の妊婦について母児間免疫寛容で主要な役割を果たす血漿中の可溶性HLA-G値を測定し、早産との関連を評価した。早産発症の指標としての妊婦血漿中のHLA-G値の有用性を明らかにすることはできなかった。最後にスクリーニングに基づいた介入による絨毛膜羊膜炎を伴う早産の予防プロトコルを作成した。本研究では,母児間免疫寛容に着目した,早産の新しい予防戦略をたてることを目的としている。(1)早産症例の後方視的検討筑波大学附属病院で過去7年間に分娩した単胎妊娠で,妊娠22-36週の早産約870例を自然早産群と人工早産群に分類し,胎盤・臍帯・絨毛膜・羊膜の病理組織学的検査(特に絨毛膜羊膜炎およびvillitis of unknown etiologyの有無)と細菌学的検査,血液検査,既往歴,身体所見を含めた臨床経過について,診療録の後方視的検討を行っている。この検討により,自然早産の臨床的診断基準を作成する予定である。(2)早産予防プロトコル作成と実施に向けての準備早産予防の介入は,プロトコルA:ハイリスク群の抽出と予防(二次予防),プロトコルB:発症後の急性期治療と維持療法(三次予防)の二通りのアプローチで行う。プロトコルAにおける予防介入は,妊娠中期以降の細菌性腟症の治療,無症候性細菌尿の治療,早産の既往がある女性へのプロゲステロン補充,妊娠1620週に測定した子宮頸管長が25mm未満の女性に対するプロゲステロン補充である。プロトコルBにおける介入は、切迫早産発症例に対しては,子宮収縮抑制剤投与による急性期治療を行う。早産と予測される症例に対してはその後、維持療法として妊娠34週までのプロゲステロン補充を行う。preterm PROM発症例に対しては,子宮収縮抑制剤および抗菌薬経静脈的投与を行う。維持療法としては抗菌薬投与のみで,プロゲステロンは投与しない。この早産予防プロトコルの実施のために,現在,施設内倫理委員会申請の準備を行っている。本研究の目的母児間免疫寛容に着目した、早産の新しい予防戦略をたてることを目的としている。(1)早産症例の後方視的検討筑波大学附属病院で過去7年間に分娩した単胎妊娠で,妊娠22-36週の早産約870例を自然早産群と人工早産群に分類し,胎盤・臍帯・絨毛膜・羊膜の病理組織学的検査(特にCAMおよびVUEの有無)と細菌学的検査,血液検査,既往歴,身体所見を含めた臨床経過について,診療録の後方視的検討を行い、自然早産の臨床的診断基準を作成中である。(2)早産予防プロトコル作成に向けた予備的研究自然早産の予測因子としての母体血清中の可溶性HLA-G値の有用性を検討している。筑波大学附属病院で妊娠管理、分娩予定の同意を得られた妊婦について、妊娠8-12週、妊娠18-21週、妊娠30-32週(以上すべて妊婦健診時のルティーンの血液検査と同時に採血)、および切迫流産、切迫早産、妊娠37週未満の前期破水で入院した場合、入院中(診療上必要な血液検査と同時に採血)に母体血清中可溶性HLA-G値を測定する。測定はBio vendor社のキットを用いたELISA法にて行う。主要評価項目を母体血清可溶性HLA-G値、血液検査所見、尿検査の推移、母体経過:母体年齢、既往妊娠分娩の有無とその経過、母体産科合併症(切迫流産、切迫早産、早産期前期破水、妊娠高血圧症候群、妊娠糖尿病などの有無)、分娩週数、分娩様式(帝王切開術施行の有無)、胎盤所見などを検討している。現在までに12人の妊婦の研究への参加の同意を得て、臨床検体を採取している。本研究では、母児間免疫寛容に着目した、早産の新しい予防戦略をたてることを目的として、次の3つの達成段階を設定した。(1)筑波大学附属病院における過去の早産症例の診療録を後方視的に検討し、細菌感染を伴わない絨毛膜羊膜炎の臨床像を明らかにする。これにより、早産を発症機序によって分類し、臨床診断基準を作成する。(2)免疫学的な観点からのスクリーニングと介入を組み込んだ早産予防のプロトコルを作成し、その有用性を検証する。(3)羊水中あるいは血清中の可溶性HLA-Gと早産の進行状況の関連を評価し、早産予防の指標となりうるかを検証する。(1)についてはすでに診療録と胎盤の病理組織学的検討がほぼ終了した。現在、論文作成に向けて準備中である。(2)についてはプロトコルを作成し、倫理委員会申請準備段階であった。しかしながら、下記で述べる(3)の結果に加え、すでに本邦においても多施設共同研究が開始されているため、単施設の研究による症例の集積で有用性を証明することは難しいと考えられ、プロトコルの変更を検討中である。(3)については23人の妊婦から臨床検体(妊婦血液)を採取し、可溶性HLA-Gの測定を行った。

全ての妊婦の妊娠転帰が明らかになるのを待って、最終解析に入る予定である。予備解析の段階では、妊婦血清中の可溶性HLA-Gと早産の進行状況との関連については、有意な関連が認められていない。このため、血清可溶性HLA-Gをスクリーニングに用いる(2)の早産予防のプロトコルについては、修正の必要があると考えている。本研究は、母児間免疫寛容に着目した早産の新しい予防戦略をたてることを目的とした。第一段階として行った病理組織学検査と診療録の後方視的検討からは、母児間免疫寛容の破綻による早産は一定頻度存在するものの、絨毛膜羊膜炎を伴う早産の主要な機序である可能性は低いと考えられた。次に、妊娠初期・中期・後期の妊婦について母児間免疫寛容で主要な役割を果たす血漿中の可溶性HLA-G値を測定し、早産との関連を評価した。早産発症の指標としての妊婦血漿中のHLA-G値の有用性を明らかにすることはできなかった。最後にスクリーニングに基づいた介入による絨毛膜羊膜炎を伴う早産の予防プロトコルを作成した。本研究では、母児間免疫寛容に着目した、早産の新しい予防戦略をたてることを目的として、次の3つの達成段階を設定した。(1)筑波大学付属病院における過去の早産症例の診療録を後方視的に検討し、細菌感染を伴わない絨毛膜羊膜炎の臨床像を明らかにする。これにより、早産を発症機序によって分類し、臨床診断基準を作成する。(2)免疫学的な観点からのスクリーニングと介入を組み込んだ早産予防のプロトコルを作成し、その有用性を検証する。(3)羊水中あるいは血清中の可溶性HLA-Gと早産の進行状況の関連を評価し、早産予防の指標となりうるかを検証する。(1)についてはすでに診療録と胎盤の病理組織学的検討が進行中である。(2)についてはプロトコルを作成し、倫理委員会申請準備中である。(3)についてはすでに臨床検体(妊婦血液)を採取し、一部の検体については可溶性HLA-Gの測定を行った。産婦人科学妊婦血清中の可溶性HLA-Gと早産の進行状況との関連については、現在の予備的研究の段階では、有意な関連が認められていない。このため、血清可溶性HLA-Gをスクリーニングに用いる早産予防のプロトコルについては、修正の必要があると考えている。予備的研究の症例数が集積し、妊娠転帰が明らかになった時点で、早急に早産予防のプロトコルを再検討し、実施に向けた準備を行う予定である。本研究では,母児間免疫寛容に着目した,早産の新しい予防戦略をたてることを目的として、次の3つの達成段階を設定した。(1)筑波大学附属病院における過去の早産症例の診療録を後方視的に検討し,細菌感染を伴わない絨毛膜羊膜炎の臨床像を明らかにする。これにより,早産を発症機序によって分類し,臨床診断基準を作成する。(2)免疫学的な観点からのスクリーニングと介入を組み込んだ早産予防のプロトコルを作成し,その有用性を検証する。(3)羊水中あるいは血清中の可溶性HLA-Gと早産の進行状況の関連を評価し,早産予防の指標となりうるかを検証する。(1)についてはすでについては、すでに診療録の検討を行い,胎盤の病理組織学的検討を開始している。(2)についてはプロトコルを作成し,現在は実施に向けて準備中である。(3)については(2)のプロトコルの実施に伴い開始できるように、可溶性HLA-Gの測定系を調整中である。倫理委員会審査終了後,早産予防プロトコルの実施にあたり,予防対象となる妊娠初期の妊婦のリクルーティングを行う。また,切迫早産で介入が必要となる妊婦に対してもリクルーティングを行う。
微細プロセスにおいても製造容易なコンフィギャラブルプロセッサ

ばらつきを利用してコンフィギュラブルプロセッサなどの集積回路の特性向上を図るという研究提案に対し,プロセッサのソフトエラー対策を行なうという研究成果を得た.また, FPGAの配置を修正することで回路特性の向上を図るという研究成果も得た.回路特性の劣化現象の対策,その解明に関する研究も行ない, 65nmプロセスによるLSIの試作,測定も行なった.ばらつきを利用してコンフィギュラブルプロセッサなどの集積回路の特性向上を図るという研究提案に対し,プロセッサのソフトエラー対策を行なうという研究成果を得た.また, FPGAの配置を修正することで回路特性の向上を図るという研究成果も得た.回路特性の劣化現象の対策,その解明に関する研究も行ない, 65nmプロセスによるLSIの試作,測定も行なった.今年度は,規則的な構造におけるばらつきの調査と検討を行なった.アレイの大きさを48x48としたFPGAの試作を行なった.CLBは,3mmx3mm角の領域に,規則的な形状で配置され,電源やクロックは最上層のメタルを用いてメッシュ状に配線し,クロックスキューやIRドロップなどによる変動要因を少なくするようにした.測定において,従来のLSIテスタ上での測定では1チップの測定に1日かかってしまう.卓上のFPGAボードを用いて高速な測定環境の構築を行ない,測定時間を24時間から,50分へと大幅に短縮することに成功した.試作したチップのばらつきをFPGAの持つ再構成機能を利用したリングオシレータ(RO)の発振周波数により測定し,チップ内の変動成分はほぼ正規分布であることを確認した.その空間相関もほぼ0であった.チップ面積が大きくなった場合のチップ内のシステマティックばらつきを,ウェハ上の各チップのROの平均周波数を4次関数でフィッティングすることにより予測した.CLBアレイの面積を10mmとした場合のランダム成分とシステマティック成分の比は,約2.5:1とランダム成分が支配的である.測定結果を用いて,簡単な回路の配線経路を変更することによる速度向上効果を実測した.5x5のCLBアレイの対角線上に初期の信号経路を取る.測定したリングオシレータの発振周波数の逆数を経路上のノードの遅延時間とする.この遅延時間をコストとして最短の経路を求める.チップの構造上右への遅延コストの見積もりが難しいため,右へのコストを0と仮定している.10チップ上に実装した810個の経路のうち45個のパスが遅くなってしまったものの,全体の94.5%のパスが速くなり,速度向上効果の平均は2.88%である.FPGAの回路要素であるLUT,パストランジスタなどから構成される最小のリングオシレータのチップ内ばらつきの標準偏差(σ=2.86%)とほぼ同じ程度の速度向上効果が得られた.昨年度は,48×48のアレイを有するFPGAの試作を行なった.CLBは,3mm×3mm角の領域に,規則的な形状で配置され,電源やクロックは最上層のメタルを用いてメッシュ状に配線し,クロックスキューやIRドロップなどによる変動要因を少なくするようにした.本チップの測定結果より,ランダムで無相関なばらつきが支配的であることがわかった.このランダムばらつきを利用して,FPGAの歩留まりと速度を向上させるために,一旦すべてのチップに共通のコンフィグレーションを作成し,ばらつきに応じて,回路のクリティカルパスの配線経路を最適化する「クリティカルパス再構成手法」を採用することとした.ただし,従来用いられていた配線自由度(Fs)の低いスイッチブロックでは,クリティカルパスの再構成が困難である.ここでは,一般に用いられているFs=3をFs=6に増やしたスイッチを用いて,クリティカルパス再構成を行なうこととした.ベンチマーク回路に対して,クリティカルパス再構成を適用した結果,再構成により全体の分布が左によっており,速度が向上することがわかった.最適化前に50%の歩留まりであった点を見ると大きく歩留まりが向上している.ベンチマークのいくつかの回路に対して適用したところ,+3σの最悪遅延が,平均で2.58%向上し,最適化前と比べて歩留まりが30.13%向上した.また,あらかじめ複数のコンフィグレーションを作成する「複数コンフィグレーション」と比べて,クリティカルパス候補の数が多い回路に対して有効であることもわかった.提案手法は歩留まりを利用するため,歩留まりが大きければ,効果も大きくなる.今年度は,チップ内およびチップ間ばらつきの利用により,再構成デバイスの速度を向上させる手法を提案した.再構成デバイスでは「製造後に回路の構成を決定する特性」がある.本研究では再構成デバイスのこうした特性に着目し,配置配線を最適化することで,チップ内のばらつきを利用した速度向上を実現する.さらにチップ間ばらつきも考慮した速度向上手法を検討した.チップ間ばらつきは各チップのばらつき量に応じて,電源電圧割当てを行うASV(Adaptive Supply Voltage)により補償し,歩留まりを高める.またパス遅延に応じて2系統の電圧の割り当てるDual-VDD手法をASVと併用することで,速度向上を実現する.各手法の効果を評価するために,全チップの平均遅延値の改善量を定量的に見積りを行った.チップ内ばらつき利用手法では,チップ内ランダムばらつき成分σrandを用いると, 1.47σrand以上の改善が見込まれる.

チップ間ばらつき利用手法では,全チップのチップ間成分σD2Dを用いると, 0.5σD2Dの改善する. Dual-VDD手法では,平均の遅延が18%削減する.チップ内およびチップ問ばらつき利用手法は,ばらつきの拡大とともに効果が高まり, Dual-VDDは適用効果が特に高い.実際の回路に即した評価を行うため,回路実装から遅延・消費電力の計算まで仮想的に再現可能な回路モデルを構築した.チップ内ばらつき利用手法でσrand,チップ間ばらつき利用手法で0.5σD2D, Dual-VDD手法で17.8%の平均遅延値が改善され有効性が確認できた.全手法を適用した場合では,平均遅延値では23.7%の改善,標準偏差も0.75σD2D削減でき,各手法を統合的に用いることで高い速度向上効果が実現できた.
骨代謝に視点をおいた歯周病の病態と治療に関する総合的研究

歯肉線維芽細胞と歯根膜細胞には破骨細胞の分化,延命,活性化を促進する作用があり(岡松/小林),クローン化歯根膜細胞では骨特有の転写因子や骨基質蛋白が発現していた(高山/村上)。ヒト歯根膜細胞は破骨細胞誘導を抑制する因子OCIFを発現していた(栗原)。TNF-αの転写因子LITAFはLPS刺激により細胞質内から核内へ輸送され,そのプロモーター活性部位が同定された(明貝)。CGRP(カルチトニン遺伝子関連ペプチド)はp38-MAPKとCREBのリン酸化ならびにERKの脱リン酸化を促進した(奥田)。A.actinomycetemcomitansのリポ多糖は強い骨吸収活性をもち,BMPとアクチビンが破骨細胞の分化と活性化に関与していた(西原)。rhBMP-2は石灰化度の亢進など成熟した骨を誘導していた(入江)。ラット根尖性歯周炎では破骨細胞に近接したT細胞とマクロファージにRANKLの発現が認められた(前田)。歯肉溝滲出液中のプロコラーゲンペプチドが歯周炎の骨代謝診断指標として有用であった(永田)。COX-2選択的阻害薬には抗炎症および骨吸収抑制作用があった(栗原)。MMP阻害剤はハムスター実験的歯周炎モデルにおいて歯槽骨吸収を有意に抑制した(永田)。ビスフォスフォネートはラットやイヌに惹起させた歯周炎の歯槽骨吸収を抑制した(澁谷)。スタチンはヒト歯肉線維芽細胞でIL-6の発現を有意に抑制した(山本)。エナメル基質蛋白(EMD)の細胞接着促進作用にはEMD中の骨シアロ蛋白が関与していた(前野)。レーザー照射したマウス骨芽細胞様細胞から遺伝子バンクを作成し,レーザー非照射細胞から回収したmRNAを結合させて差分化し,発現促進遺伝子ライブラリーを構築した(安孫子)。骨吸収が高度であっても,歯周治療により歯槽骨は改善し約10年程度の保存は可能であった(八重柏)。LPSによって誘導される新規転写因子LITAFの遺伝子発現に伴い,TNF-αの発現が抑制された(明貝)。歯根膜細胞がデコイ受容体として知られ骨吸収抑制作用のあるOPGを発現し,その発現がIL-1βやTNF-αによって調節されていた(栗原)。歯槽骨吸収の発症過程にIL-1やTNF-αやPGE2の上昇が介在した結果,破骨細胞が誘導されることが明らかとなった(西原)。ラット歯周炎局所においてTGF-βの急激な増減が炎症の消退や新生骨の形成に関連していることが示唆された(前田),骨芽細胞はCGRP受容体を発現しており,cAMPの上昇やMAPKの発現を誘導していた(奥田)。マウス歯根膜組織からクローン化細胞株を樹立し,MPDL-22と命名した(高山)。歯根膜細胞においてBMP-2はIL1-β依存的なCOX-2発現の抑制を介してPGE2産生を抑制していた(岡松)。骨系ストローマ細胞が骨芽細胞へ分化する際の老化促進物質AGEの関与が示唆された(安孫子)。エナメル基質蛋白が歯槽骨細胞のアルカリホスファターゼや骨基質蛋白の発現を増強していた(前野)。抗コレステロール薬スタチンの骨芽細胞様細胞および歯根膜細胞への代謝亢進作用が示唆された(山本)。

骨吸収抑制剤ビスフォスフォネートの局所投与によりラット歯周炎による歯槽骨吸収が抑制されていた(澁谷)。骨吸収抑制剤(カルシトニン,ビスフォスフォネート)を投与すると,MM1-MMTプロテアーゼが破骨細胞の明帯に局在していた(入江)。MMP阻害剤の全身投与によって,ハムスター実験的歯周炎における歯槽骨吸収の程度が抑制された(永田)。臨床で遭遇する高度歯周炎罹患歯が治療によって歯槽骨改善がみられる場合とみられない場合での細菌叢の割合に差が認められた(八重柏)。転写因子LITAF遺伝子の活性は上流209堪基から43塩基の領域で顕著であり、AP-1/AP-2結合可能配列が存在した(明貝)。AGEとサブスタンスPは骨芽細胞の分化を抑制し,LPS存在下では抑制効果が増強された(永田)。BMPとアクチビンは破骨細胞形成を増強し,Smadで制御されていた(西原)。歯肉線維芽細胞が産生する膜IL-1αは,細胞接触を介して破骨細胞の延命・癒合を促進した(小林)。歯周炎の治癒過程で,FGF2は骨吸収と骨形成の両方に,TGF-βは骨形成に関与していた(前田)。骨芽細胞MG63に発現しているCGRP受容体のサブタイプはERKを介した増殖抑制と分化促進に関与していた(奥田)。歯根膜細胞MPDL-22の分化とともに,骨基質蛋白(1型コラーゲンなど)と転写因子(Cbfa1/Til-2,Osterix)の発現が上昇した(村上)。レーザー照射による骨芽細胞の遺伝子発現の変化をマイクロアレイ解析によって調べ,転写促進する遺伝子を同定した(安孫子)。COX-2阻害剤はIL-1βによるPGE_2産生量の増加を抑制し,OCIFの発現を増強した(栗原)。エナメルマトリックス蛋白はC2C12細胞の筋芽細胞や脂肪細胞への分化を抑制し,骨芽細胞への分化を促進した(前野)。statinsは歯根膜細胞のBMP2発現を増強し,IL-6の発現にも影響を及ぼした(山本)。抜歯窩にビスフォスフォネートを局所投与すると,早期の歯槽骨再生が遅延し各種骨代謝マーカー陽生部位も減少していた(澁谷)。MMP阻害剤の全身投与は,ハムスター歯周炎の歯槽骨吸収を軽減した(永田)。BMP-2で誘導される異所性骨形成では,骨基質形成が明らかになる前に破骨細胞の前駆細胞が出現していた(入江)。骨吸収が根尖付近まで及ぶ症例でも10年程度は保存可能であることがX線画像処理によって示された(八重柏)。アラキドン酸は骨芽細胞の細胞形態やアルカリフォスファターゼ(ALP)活性を変化させ,分化抑制作用を有していた(永田)。cDNAマイクロアレイ解析から,レーザー照射後にosteoglycineとmacrophage inhibitory factorを同定し,これらは骨芽細胞の増殖・分化に関与していた(安孫子)。歯根膜細胞においてFGF-2はタイプ1コラーゲン,オステオカルシン(OCN),オステオポンチン(OPN)などの骨基質蛋白の産生に影響を及ぼしていた(村上)。BMP-4,5,6は歯根膜細胞の増殖と骨関連蛋白のmRNA発現を増加させ,歯周組織再生時に調節因子として働くと考えられた(栗原)。ヘパリンがRANKLに直接的に作用することで骨吸収を抑制することをin vitroの系で明らかにした(西原)。Pg菌の根管内留置により根尖周囲の骨吸収が活性化され多くの破骨細胞が観察された(前田)。亜鉛製剤は未分化間葉系細胞をBMPを介して骨芽細胞に分化誘導させた(前野)。
状況理論による議論支援モデル開発のための基礎研究と協調学習支援環境への応用

複数の学習者が協調しながら学習する様子を捉え,その環境を計算機上で実現するCSCW/Lの研究が盛んに行われている.その一部として,参加者の議論状態を同定し,より議論を有効的なものにする研究がある.しかし既存の研究成果では,学習者個人の思考,学習,知識獲得という実態が明確でないために,議論を有効なものにする限界が生じている.その原因として,適応可能な基礎理論が確立していないことが挙げられる.一方,1983年J. Berwiseらによって自然言語の意味論の立場から状況理論が研究され,自然言語への応用が可能となった.そこで本研究では,以下の3点を目的として研究を行った.(1)協調学習支援環境のための議論支援システムの実装を考慮した,論理学の類推を用いた知識獲得手法の状況理論上での定式化.(2)(1)で定式化した理論的結果を用いた,議論支援システムモデルの開発.(3)協調学習支援環境のための議論支援システムの開発.本研究の前半部では,上記(1)を目的として研究を行い,その結果,論理学での類推の例証的基準の状況理論上での定式化,類推に対する反例と阻害要因の定義,およびそれらの性質について明らかにした.これらから,類推の反例を用いて未知の知識を獲得しうる可能性を示すことができた.これを応用し,状況理論の制約の生成方法や更新方法について,試行錯誤的な手法による新しいアプローチを示すことができた.本研究の後半部では,上記(2),(3)を目的として,既存のグルーピングの概念をベースとしない新しい動的なグルーピングの方法を検討した.本モデルは,学習者らの相互作用による"創発"に着目し,協調学習環境におけるグループ編成の動的特性を表現している.さらに,動的グルーピングモデルに基づく行動様式を提供する協調学習のための議論支援システムを提案した.本システムでそのモデルを有効に機能させるために,Emergence Awarenessの導入を提案した.また,分散環境で動作可能な開放分散協調型議論支援システムLACEの設計方法について考察した.LACEの実現によって,知識に関する学習効果のみならず,人間同士の基礎的戦略などの心理・認知面での学習効果が期待できる.複数の学習者が協調しながら学習する様子を捉え,その環境を計算機上で実現するCSCW/Lの研究が盛んに行われている.その一部として,参加者の議論状態を同定し,より議論を有効的なものにする研究がある.しかし既存の研究成果では,学習者個人の思考,学習,知識獲得という実態が明確でないために,議論を有効なものにする限界が生じている.その原因として,適応可能な基礎理論が確立していないことが挙げられる.一方,1983年J. Berwiseらによって自然言語の意味論の立場から状況理論が研究され,自然言語への応用が可能となった.そこで本研究では,以下の3点を目的として研究を行った.(1)協調学習支援環境のための議論支援システムの実装を考慮した,論理学の類推を用いた知識獲得手法の状況理論上での定式化.(2)(1)で定式化した理論的結果を用いた,議論支援システムモデルの開発.(3)協調学習支援環境のための議論支援システムの開発.本研究の前半部では,上記(1)を目的として研究を行い,その結果,論理学での類推の例証的基準の状況理論上での定式化,類推に対する反例と阻害要因の定義,およびそれらの性質について明らかにした.これらから,類推の反例を用いて未知の知識を獲得しうる可能性を示すことができた.これを応用し,状況理論の制約の生成方法や更新方法について,試行錯誤的な手法による新しいアプローチを示すことができた.本研究の後半部では,上記(2),(3)を目的として,既存のグルーピングの概念をベースとしない新しい動的なグルーピングの方法を検討した.本モデルは,学習者らの相互作用による"創発"に着目し,協調学習環境におけるグループ編成の動的特性を表現している.さらに,動的グルーピングモデルに基づく行動様式を提供する協調学習のための議論支援システムを提案した.本システムでそのモデルを有効に機能させるために,Emergence Awarenessの導入を提案した.また,分散環境で動作可能な開放分散協調型議論支援システムLACEの設計方法について考察した.LACEの実現によって,知識に関する学習効果のみならず,人間同士の基礎的戦略などの心理・認知面での学習効果が期待できる.知的教育システムに適応可能な基礎理論が確立されていないことが考えられ,機械的に制約の生成,知識獲得が行えないなどの支障を起こすことになると考えられる.そこで,本研究では,(1)協調学習支援環境のための議論支援システムの実装を考慮し,論理学の類推を用いた知識獲得の手法の状況理論上での定式化,(2)(1)で定式化した理論的結果を用いた,議論支援システムモデルの構築,(3)協調学習支援環境のための議論支援システムの開発を目的とした.本年度の研究実績は以下の通りである.1.論理学の推論を用いた,状況理論上での知識獲得の方法の定式化以下の2通りの手法を提案した.まず1つ目は,論理学上で定式化されている推論の例証的基準を,状況理論上で再定義した.次にその例証的基準を満たすような類推に対して反例が示された場合,その反例を知識に加えることを考えた.また,状況理論においては,制約の定義が曖昧であり,そのことから,制約の生成手法の形式化が困難である.

そこで2つ目の手法では,実際の現象に適した制約の定義を行うことを目的として,時間の概念を導入した制約の再定義を行った.これにより,制約の生成方法が定式化できると考えられ,制約の自動生成や,知識獲得の自動化の可能性が得られることになる.2.上記1の理論を用いた,知識獲得手法の開発上記理論を用いた知識獲得の手法の開発の開発を行った.まず,教師や学生の行動,学習を,上記で定式化したものと対応づけた知識獲得手法を検討した.現在その手法を計算機上に実装するためのアルゴリズムを検討中である.複数の学習者が協調しながら学習する様子を捉え,その環境を計算機上で実現するCSCW/Lの研究が盛んに行われている.その一部として,参加者の議論状態を同定し,より議論を有効的なものにする研究がある.しかし既存の研究成果では,学習者個人の思考,学習,知識獲得という実態が明確でないために,議論を有効なものにする限界が生じている.その原因として,適応可能な基礎理論が確立していないことが挙げられる.一方,1983年J.Berwiseらによって自然言語の意味論の立場から状況理論が研究され,自然言語への応用が可能となった.そこで本研究では,以下の3点を目的として研究を行った.(1)協調学習支援環境のための議論支援システムの実装を考慮した,論理学の類推を用いた知識獲得手法の状況理論上での定式化.(2)(1)で定式化した理論的結果を用いた,議論支援システムモデルの開発.(3)協調学習支援環境のための議論支援システムの開発.本研究の前半部では,上記(1)を目的として研究を行い,その結果,論理学での類推の例証的基準の状況理論上での定式化,類推に対する反例と阻害要因の定義,およびそれらの性質について明らかにした.これらから,類推の反例を用いて未知の知識を獲得しうる可能性を示すことができた.これを応用し,状況理論の制約の生成方法や更新方法について,試行錯誤的な手法による新しいアプローチを示すことができた.本研究の後半部では,上記(2),(3)を目的として,既存のグルーピングの概念をベースとしない新しい動的なグルーピングの方法を検討した,本モデルは,学習者らの相互作用による"創発"に着目し,協調学習環境におけるグループ編成の動的特性を表現している.さらに,動的グルーピングモデルに基づく行動様式を提供する協調学習のための議論支援システムを提案した.本システムでそのモデルを有効に機能させるために,Emergence Awarenessの導入を提案した.また,分散環境で動作可能な開放分散協調型議論支援システムLACEの設計方法について考察した.LACEの実現によって,知識に関する学習効果のみならず,人間同士の基礎的戦略などの心理・認知面での学習効果が期待できる.
高エネルギーリン酸化合物(ホスホエノールピルビン酸)の細胞膜透過に関する研究

本研究は高エネルギーリン酸化合物であるホスホエノールピルビン酸が細胞膜を透過するという現象についての生化学的な研究である。この現象は、当時の常識を破って、赤血球膜について1975年に我々が見出したものである。その後の研究で赤血球膜のみにかぎらず、腎尿細管上皮や肝細胞膜もホスホエノールピルビン酸が透過することが判明している。この透過現象はホスホエノールピルビン酸に特異的であり、ATPなどの他の高エネルギーリン酸化合物やホスホエノールピルビン酸に構造式が類似している2ーホスホグリセリン酸は細胞膜を透過されないことが証明された。本課題研究はホスホエノールピルビン酸透過の分子機構を解明する目的で、蛋白質化学的手法とNMRなどを用いた物理化学的手法を組み合せた協同研究である。蛋白質化学的研究は主として福岡大学にて、NMRなどの研究は米国イリノイ大学にて行なった。その結果以下に列挙する知見を得た。1.ホスホエノールピルビン酸は赤血球膜の無機リン酸透過系によって媒介輸送される。2.その媒介担体は分子量約95,000の糖タンパク質であり、透過活性中心の1部を、この蛋白質のカルボキシル末端から60番目のリジンが構成している。3.さらに、細胞膜内側に存在しているヒスチジン残基も透過に必須のアミノ酸であることが判明した。4.このヒスチジン残基は、いわゆる透過活性中心を構成しているアミノ酸ではなく、この部位にAllostericに作用する部位だと考えられた。5.赤血球膜以外でも腎細胞、肝細胞膜においてもホスホエノールピルビン酸が透過するのは証明されたが、その透過機構が赤血球膜と同じか否かはまだ明らかでない。高エネルギー化合物,特に,ホスホエノールピルビン酸の細胞膜透過の分子機序を解明すること.さらには,その結果を輸血学や臓器移植などの臨床領域に応用すること.ホスホエノールピルビン酸の細胞膜透過の分子機構について,Band3が関与しており,リジン残基が機能発現に心須のアミノ酸であることを濱崎らはつきとめ発表してきている(J.Biol.Chem.258(9)(1983);J.Biol.Chem.258(24)(1983);J.Biochem.100(1)(1986)).さらに加えて,ヒスチジン残基も必須のアミノ酸であることが,最近,明らかにすることができた(J.Biochem.99(2)(1986)). 62年度は,そのヒスチジン残基が細胞膜内側に存在し,しかもリジン残基と関連を持ちつつ立体構造上の変化が起ることが判明した(論文作製中).Omachiらはこのヒスチジンがホスホエノールピルビン酸結合部位ではなく,立体構造変化を誘発し膜内から外側への移動に必須であることをNMRを用いた手法で証明することができた(論文作製中).以上のヒスチジン残基の関与について,思いもよらぬ展開ができたのは,本研究助成によって蛋白貭化学的手法を用いていた濱崎らのグループとNMR手法を利用していたOmachiらのグループの協同研究ができた結果であり,大へん有難く思っている.今後は,両グループがさらに協同して,ヒスチジン残基の膜内での移動を′HーNMRなどを用いながら追及してゆく.本研究は高エネルギーリン酸化合物であるホスホエノールピルビン酸が細胞膜を透過するという現象についての生化学的な研究である。
2価チタン錯体を用いる実践的合成プロセスの開発

Ti(O^iPr)_4と2当量の^iPrMgXの反応で得られる2価チタン錯体を用いる以下の合成反応の開発を行った。1)ビス不飽和化合物の環化反応アレンインの環化反応により5員環環状アリル化合物を収率良く合成できた。また光学活性アレンを用いることにより不斉合成への展開が可能であることを明らかにした。不飽和エステルの環化反応により従来例のないタンデム環化が進行することを明らかにし、この反応を利用し、天然物サビネンの不斉合成を達成した。2)ヘテロ環化合物の新規合成法の開発2価チタン錯体を用いる分子内求核アシル置換反応により新しいヘテロ環合成手法として確率を図ることができた。特にアミノ酸をN-アリル化あるいはN-プロパルギル化した後、2価チタンを作用させ分子内求核アシル置換反応を行わせ、環状含窒素化合物の実用的な不斉合成法を開発できた。
超塩基性岩のウラン－鉛年代測定

初期太陽系の進化を理解するためには当時の環境を保存した岩石試料の精確な年代測定が必要不可欠である.本研究では輝石を対象鉱物とした高精度ウラン-鉛年代測定を可能とするため,非放射性鉛を効率良く除去する酸洗浄法を開発した.さらに,この酸洗浄法を塩基性超塩基性の隕石及び太古代の地球岩石試料に適用することにより,高精度でその結晶化年代を決定可能であることを示した.固体地球惑星の進化を解明する上で,地殻-マントル岩石の形成年代を高精度で決定することは必要不可欠である.ウランー鉛年代法は数ある同位体年代法の中でも,非常に高精度且つ信頼性の高い年代を与えるため,これまでに多くの酸性塩基性岩のウランー鉛年代測定が行われてきた.しかし,地球のマントル地殻や多くの隕石を構成する超塩基性岩のウランー鉛年代測定は,未だに殆ど行われていない.これは,超塩基性岩のウラン含有量が非常に低いことに因る.そこで本研究では,ウランを極微量しか含まない岩石試料のウランー鉛年代測定法を確立し,超塩基性の地球岩石及び隕石試料のウランー鉛年代を高精度で決定することを目指している.初年度は,極微量ウランー鉛の高精度同位体分析法の開発をプラズマイオン源質量分析法(ICPMS)を用いて行った.特に.分析時に必要となる質量分別補正を鉛のダブルスパイクとタリウムの外部補正を用いて行い,同位体分析結果の精度・確度を評価した.また,試料から非放射性起源の鉛を取り除く酸洗浄法の改良を行った.隕石試料の輝石,斜長石について,様々な種類及び濃度の酸を用いて洗浄を行い,その際に鉱物の表面の状態がどのように変化するか,さらにはどのような化学成分が酸洗浄液に溶け出しているかを調べた.それらの結果に基づき.酸洗浄方法の最適化を行った.さらに,今後ウランー鉛年代測定を進める初期地球試料のコマチアイトを南アフリカにおいてサンプリングした.当初の予定であるウランー鉛同位体分析法の開発を概ね実施することができた.これらの研究成果の一部は既に国内学会で発表済みであり,今後も国内・国際学会で発表する予定である.固体地球惑星の進化を解明する上で,地殻-マントル岩石の形成年代を高精度で決定することは必要不可欠である.ウランー鉛年代法は数ある同位体年代法の中でも,非常に高精度且つ信頼性の高い年代を与えるため,これまでに多くの酸性塩基性岩のウランー鉛年代測定が行われてきた.しかし,地球のマントル地殻や多くの隕石を構成する超塩基性岩のウランー鉛年代測定は,未だに殆ど行われていない.これは,超塩基性岩のウラン含有量が非常に低いことに因る.本研究では,ウランを極微量しか含まない岩石試料の高精度ウランー鉛年代測定法の確立を目指した.この目標に向け,超塩基性岩試料から非放射性鉛を除去する酸洗浄法を確立した.様々な種類の酸を用いた酸洗浄において,種々の鉱物がどのように挙動するかを特定し,その結果に基づいて超塩基性岩に最適な酸洗浄法を決定した.さらに,この酸洗浄法をカープバールクラトン・バーバートングリーンベルトに産出するコマチアイトおよびピルバラクラトン・ノースポールに産出する玄武岩中に含まれる輝石に対して適用し,年代測定を試みた.その結果,それぞれの試料から3294+/-310 Ma(バーバートン,コマチアイト),3313+/-14 Ma(ノースポール玄武岩)の鉛-鉛年代を得た.これらの年代は先行研究の全岩から得られたサマリウム-ネオジウム年代とも調和的であり,さらにより高精度であった.太古代グリーンベルト帯のマフィック岩に関する鉛-鉛年代の報告例は現在のところほとんど存在しないが,これらの結果は単斜輝石の鉛-鉛年代がこれらの地域に産出するマフィック岩に対して広い適用可能性を有していることを示す.初期太陽系の進化を理解するためには当時の環境を保存した岩石試料の精確な年代測定が必要不可欠である.本研究では輝石を対象鉱物とした高精度ウラン-鉛年代測定を可能とするため,非放射性鉛を効率良く除去する酸洗浄法を開発した.さらに,この酸洗浄法を塩基性超塩基性の隕石及び太古代の地球岩石試料に適用することにより,高精度でその結晶化年代を決定可能であることを示した.第2年度では超塩基性の隕石試料及び地球試料の年代測定を実施する.隕石試料については,未分類隕石のNWA6704,ユレーライト隕石を対象とする.一方.地球試料については,初年度に採取した南アフリカのコマチアイト試料について分析を進めていく.また,初年度で実施した同位体分析法開発の研究成果を国内・国際学会で発表し,さらに国際学術雑誌に投稿する予定である.宇宙地球化学試料溶解に使用するオーダーメードのテフロン加工品の作成に予想以上に時間を要したため試料溶解に使用するオーダーメードのテフロン加工品の購入にあてる
体液顕微解剖の実践：原尿中エクソソーム由来マイクロＲＮＡに腎障害マーカーを求めて

腎臓病の増加は動物やヒトの未来を脅かしている。新規腎障害マーカーの確立は、腎臓病の次世代バイオマーカー診断技術“Liquid Biopsy"の実現に必要である。本研究では、早期検出・高特異性を達成する新たな腎障害マーカーを、尿よりも早く腎病理を反映する“原尿"からみつける。具体的には、腎障害初期のモデル動物の腎組織切片から、Laser-Microdissection技術で“尿細管内の原尿"を集める。まず本年度では、モデル動物としてマウスを用い、腎臓内エクソソームの局在解析を進めてきた。健常マウスの腎臓を用い、CD9をエクソソームマーカーとして免疫染色を行ったところ、CD9陽性反応は尿細管上皮細胞の細胞質ならびに尿細管間質の単核細胞の細胞表面に認められた。また、腎障害モデルマウスでは、拡張した一部の尿細管の管腔内にCD9陽性の顆粒状構造が認められた。現在、このCD9陽性顆粒状構造を免疫電顕法で可視化し、その超微形態を透過型電子顕微鏡ならびに走査型電子顕微鏡を用いて解析している。一方、原尿に放出されたエクソソームの運命として、尿への出現に加えて、尿細管、集合管あるいは尿路移行上皮からの再吸収も想定しており、本年度は特に腎盤の解析を進めてきた。腎臓深部の腎盤の移行上皮直下には線維芽細胞に加えて、T細胞やB細胞などの免疫細胞が配置されており、腎盤内の尿からエクソソームや抗原を吸収することで、免疫学的な情報を受けとる可能性にも着目している。当初は2018年度中に原尿中エクソソームの形態解析と回収方法の確立を終える予定であったが、本研究の根幹を成す重要な工程であり、詳細な条件の検討にやや時間を要している。原尿中エクソソームの形態解析と回収方法を確立し、以下の計画を進める。1原尿中エクソソーム由来miRNAの網羅的解析:腎障害モデルマウス(虚血再灌流障害)を用い、原尿で検出され、かつ“腎障害群の血中や尿中で有意に変動するエクソソーム由来miRNA"を探索する。2原尿中エクソソーム由来miRNAの動態解明:解析候補となるmiRNAが関与する病理イベントを明らかにする。血中・尿中エクソソームおよび腎組織における候補miRNAのレベルを群間で比較し、腎障害スコアや腎機能データとの相関を解析する。候補miRNAの腎臓内局在をin situ hybridizationで示す。3候補miRNAの機能解析:候補miRNAの上流イベント、標的mRNAおよび下流イベントを同定する。4症例の解析:イヌ・ネコから血液と尿を収集し、腎生検・剖検実施例からは腎組織も得る。マウスと同様、血中・尿中エクソソームおよび腎組織における候補miRNAのレベルと、腎障害スコアや腎機能データとの相関を解析し、その腎臓内局在も示す。以上より、候補miRNAの伴侶動物の腎障害マーカーとして可能性を探る。

3候補miRNAの機能解析:候補miRNAの上流イベント、標的mRNAおよび下流イベントを同定する。4症例の解析:イヌ・ネコから血液と尿を収集し、腎生検・剖検実施例からは腎組織も得る。マウスと同様、血中・尿中エクソソームおよび腎組織における候補miRNAのレベルと、腎障害スコアや腎機能データとの相関を解析し、その腎臓内局在も示す。以上より、候補miRNAの伴侶動物の腎障害マーカーとして可能性を探る。
低炭素社会のための多様な配送状況に対応可能な二酸化炭素排出量最少経路探索システム

本研究では,低炭素社会の実現に向けて,複数の配送先への貨物配送におけるCO2排出量の削減を目指した.CO2排出量が最小となるような配送経路と貨物割当を探索する問題を定義し,より実践的にするために,2段階に分けて問題を拡張した.各段階で共生進化に基づく解探索手法を提案し,許容範囲内の処理時間で妥当な結果が得られることを確認した.また,有識者へのインタビュー結果に基づき,物流事業者と下請け業者のコストをも考慮した貨物割当と配送経路の探索にも取り組んだ.ハーモニーサーチに基づく手法を提案し,有用性と特徴を明らかにした.前年度に定義したCO2排出量最小化配送経路探索・貨物割当問題(Vehicle Routing and Cargo Allocation Problem with Minimum CO2 Emissions; VRCAP-MCE)では,使用するトラックの最大積載量は1種類に固定されていることを前提とし,物流事業者が保有するトラックの台数にも制限がかけられていなかった.本問題点を受け,本年度はまず,物流事業者の保有するトラックの最大積載量と台数を考慮できるよう問題を再定義し,共生進化に基づく解探索手法を提案した.提案手法では,配送開始時刻から終了時刻までの時間の増加を回避するために,同一トラックの複数回使用を抑制しつつ,CO2総排出量が最小となるような貨物割当と配送経路を探索することができる.評価実験の結果,保有トラックの種類と台数に応じた配送経路と貨物割当が得られることが確認された.次に,実用化に主眼を置いた研究に取り組んだ.より実用的な手法を提案するためには,現場の事情を考慮したうえで,対象問題の制約条件と目的関数を設定する必要がある.CO2排出量最小化配送経路・貨物割当問題の制約条件と目的関数について,さまざまな観点から検討した.また,サンプルデータを用いた実験を実施し,問題設定の変化による貨物割当と配送経路の相違を示した.さらに,ロジスティクスの専門家をはじめとする3名の有識者にインタビューを行ない,物流事業者が配送経路を決定する際の基準,および二酸化炭素排出量最小化と作業効率の維持・向上の両立などについて,知識の提供を受けた.二酸化炭素排出量最小化と作業効率の維持・向上の両立が懸案事項となっていたが,専門家からの知識提供によりある程度の打開策が得られ,今後の研究の方向性を定めることができた.本研究では,低炭素社会の実現への一助をなすことを目的として,複数の配送先に対する貨物配送において,二酸化炭素排出量が最小となるような配送経路と貨物割当を探索するアルゴリズムの考案に取り組んだ.最初に,CO2排出量が最小となるような配送経路を求める最適化問題として,CO2排出量最小化配送経路探索問題を定義し,より実践的な問題とするために,2段階に分けて問題を拡張した.第1段階では,配送する貨物をいくつかのユニットに分割し,ユニットごとに貨物を別便で配送することでCO2排出量が削減される可能性に着目した.貨物の分割配送を考慮することで,トラックの最大積載量を超える量の貨物配送にも対処が可能となる.ここで,配送経路と同時に貨物割当をも決定するように問題を拡張した.第2段階では,物流事業者の保有するトラックの最大積載量と台数を考慮できるよう問題を再定義した.配送開始時刻から終了時刻までの時間の増加を回避するために,同一トラックの複数回使用を抑制しつつ,CO2総排出量が最小となるような貨物割当と配送経路が解となる.各段階において,共生進化に基づく解探索手法を提案し,許容範囲内の処理時間で妥当な結果が得られることを確認した.研究の最終段階では実用化に主眼を置き,ロジスティクスの専門家をはじめとする有識者に対して実施したインタビューの結果に基づいて,物流事業者と下請け業者のコストをも考慮した貨物割当と配送経路の探索を目指した.まずは,物流事業者のコストがある程度低くなるように貨物割当を仮決定し,CO2排出量が減少するように微調整する方法を提案し,最終年度には,より効率よく最適解を探索するために,ハーモニーサーチに基づく手法を提案した.また,他の進化計算アルゴリズムを適用した場合の有用性についても検討し,本研究で対象としている問題への有効性とアルゴリズムの特徴を明確にすることができた.本研究では,低炭素社会の実現に向けて,複数の配送先への貨物配送におけるCO2排出量の削減を目指した.CO2排出量が最小となるような配送経路と貨物割当を探索する問題を定義し,より実践的にするために,2段階に分けて問題を拡張した.各段階で共生進化に基づく解探索手法を提案し,許容範囲内の処理時間で妥当な結果が得られることを確認した.また,有識者へのインタビュー結果に基づき,物流事業者と下請け業者のコストをも考慮した貨物割当と配送経路の探索にも取り組んだ.ハーモニーサーチに基づく手法を提案し,有用性と特徴を明らかにした.最初に,CO2排出量が最小となるような配送経路を求める最適化問題として,CO2排出量最小化配送経路探索問題(Vehicle Routing Problem with Minimum CO2 Emissions; VRP-MCE)を定義した.