ROSE - Ibaraki University Academic Repository

冨江, 直子

Tomie, Naoko

Japanese

A historical sociology of legal discourse and practices on the "right to life": focusing on legal consultations at settlements

山内, 紀子

Yamauchi, Noriko

Synthesis of glycan-immobilized polymer particles for highly sensitive virus detection

北山, 文矢

Kitayama, Fumiya

茨城大学・応用理工学野・講師
科学研究費助成事業　　研究成果報告書
様　式　Ｃ－１９、Ｆ－１９－１、Ｚ－１９ （共通）
機関番号：
研究種目：
課題番号：
研究課題名（和文）
研究代表者
研究課題名（英文）
交付決定額（研究期間全体）：（直接経費）
１２１０１
若手研究
2024～2021
モータ・波動歯車一体型新構造アクチュエータによる脚支援機器の革新的軽量化
The developement of strain wave geared actuator for lightweight lower limb leg 
exoskeltons
５０７７４１９７研究者番号：
北山　文矢（Kitayama, Fumiya）
研究期間：
２１Ｋ１４１０１
年 月 日現在  ７   ６ ２０
円     3,400,000
研究成果の概要（和文）：アクチュエータ要素として、機械式波動歯車の楕円カムを磁石に置き替えた磁気式波
動歯車を提案した。従来の機械式波動歯車とは異なり、接触力ではなく磁力を用いて部品変形を引き起こして減
速回転させる。磁場・機構構造解析により磁力生成・変形・接触・回転の複合現象を解析した。トルクセンサと
変位センサを用いて変形形状・トルクを測定した。磁石寸法や配置を調整した磁気式波動歯車では、主要部概算
質量が250～400g、最大伝達トルクが解析値で12.5Nm、実測値で10.7Nmとなった。片麻痺者用脚支援機器
(Manipuleg(茨城大学))に磁気波動歯車付モータを実装すると，約40%軽量化することが示された。
研究成果の概要（英文）：We have developed a lightweight magnetic strain wave gear for lower-limb 
exoskeletons, utilizing permanent magnets in place of the mechanical cam. In this gear, the 
distribution of magnetic forces deforms the flexible outer gear, allowing the gear teeth to engage 
with the rigid inner gear. The flexible outer gear rotates with deceleration, operating on the 
principle of differential gears. We analyzed the operation through magnetic and multi-flexible body 
dynamic analyses, and we measured the transmission torque and deformed shape using a torque sensor 
and laser displacement sensors. The weight of the primary components ranges from 250 to 400 g. The 
analyzed and measured maximum transmission torques were 12.5 Nm and 10.0 Nm, respectively. Based on 
these findings, we anticipate a weight reduction of about 40% in the lower limb exoskeleton 
(Manipuleg, Ibaraki University).
研究分野： アクチュエータ工学
キーワード： 磁気式波動歯車　伝達トルク　軽量化　脚支援機器
  ２版
令和
研究成果の学術的意義や社会的意義
本研究で開発した磁気式波動歯車は変形と磁場の両方を利用する特異な構造・動作原理を有しており、機械式波
動歯車と比べると軽量であり、磁気歯車と比べて高い減速比を実現できる。
磁気式波動歯車を搭載した脚支援機器は軽量となるため、介護者や下肢麻痺者の負担軽減に寄与できる。さら
に、人協調ロボットや上肢装着型支援装置などの軽量化を要する幅広い分野での応用も期待される。
※科研費による研究は、研究者の自覚と責任において実施するものです。そのため、研究の実施や研究成果の公表等に
ついては、国の要請等に基づくものではなく、その研究成果に関する見解や責任は、研究者個人に帰属します。
様 式 Ｃ－１９、Ｆ－１９－１（共通） 
 
 
１．研究開始当初の背景 
脊椎損傷や脳梗塞により脚の感覚がない下肢障碍者に向けて、アクチュエータによって姿勢
維持や歩行補助を行う脚支援機器が活発に研究開発されている。脚支援機器を装着した下肢麻
痺者は、自身の脚をアクチュエータによって動かすことで歩行欲求を満たすことができ、段差や
障害物などのバリアフリー化されていない環境でも生活できる。しかし、脚用支援機器の利用は
一部の病院等のみに留まっており、広く普及していない。この工学的な原因のひとつとして機器
重量による着脱・装着状態維持の負担が考えられる。国内外の比較的軽量な市販の下肢障碍者用
脚支援機器をみると、Cyberdyne 社の HAL(3 関節駆動)は 7kg であり、Technaid 社の Exo-H2(6 関
節駆動)は 12kg である。研究段階の脚支援機器 (例えば、茨城大学の Manipuleg(3 関節駆動))は
6kg と既製品よりも軽いが、装着機器として十分な重量とはいえない。脚支援機器の重量の大部
分を占める構成要素はアクチュエータであり、アクチュエータの軽量化が脚支援機器全体軽量
化に寄与する。 
 
２．研究の目的 
本研究の目的は、脚支援機器用アクチュエータである波動歯車付モータの部品点数を減らし
て軽量・コンパクト化し、脚支援機器のユーザビリティを向上させることである。そこで、「磁
界で部品変形を起こし、低速高トルクの回転を直接生み出す」モータ・歯車を考案する。 
 
３．研究の方法 
（１）波動歯車機構内蔵モータの開発 
①機械式波動歯車でベアリング内蔵楕円カム(ウェーブジェネレータ,W/G)を撤廃し、磁石付電磁
石を配置した波動歯車機構内蔵モータを設計する。 
②磁場解析と機構構造解析を併用して最大発生トルクを概算する。 
 
（２）磁気式波動歯車の開発 
更なる軽量化・出力トルク向上を目指し、磁気式波動歯車の開発に移行した。 
①機械式波動歯車の W/G を撤廃し、磁石を用いた磁気式 W/G を内蔵した磁気式波動歯車を設計
する。 
②磁場解析と機構構造解析を連成した変形形状・最大伝達トルク解析手法を構築する。 
③トルクメータとレーザ変位計を組み合わせた変形形状・最大伝達トルク測定設備を構築する。 
④②③で構築した手法・設備を用いて駆動メカニズムを解明し、最大伝達トルクを取得する。 
⑤最大伝達トルク向上のための磁気式波動歯車を改良する。 
 
（３）脚支援機器適用時の効果検討 
①開発機を脚支援機器に実装した時の軽量化効果を計算する。 
 
４．研究成果 
（１）波動歯車機構内蔵モータの開発 
図 1 に示すように波動歯車機構内蔵モータは全体重量 486g であり，金属弾性体の外歯車であ
るフレクススプライン(F/S，出力軸)、剛体の内歯車であるサーキュラスプライン(C/S，固定部)、
非磁性体のケース、電磁軟鉄製のヨーク、ネオジム磁石、コイル 24 個から成る。電流非印加状
態で、磁石の磁力により F/S が楕円上に変形し、F/S と C/S 間で歯の噛み合いを起こす。それか
ら、電流印加により電磁力で F/S 変形形状の楕円傾きを変化させてトルクを生成する。 
構造解析結果から磁石の磁力によって F/S と C/S の歯が噛み合うことを確認した。磁場解析
結果を用いた簡易計算結果から電流非印加時に±2Nm のコギングトルク、電流印加時に 3.6Nm の
出力トルクを確認した。 
図 1 磁気式波動歯車 
 
（２）磁気式波動歯車の開発 
磁気式波動歯車は、図 2 に示す通りカップ型波動歯車装置の F/S と C/S、 磁気式 W/G から構
成される。磁気式 W/G を入力軸、F/S を出力軸、C/S を固定軸として扱う。磁気式 W/G は永久
磁石、ヨーク、シャフト、支持具から成る。図 3(a)に示すように初期状態では、磁石と F/S 間に
発生する磁力によって F/S が楕円変形し、F/S の歯が C/S の歯と噛み合う。図 3(b)に示すように
磁気式 W/G を回転させることで、磁気式 W/G の回転角に応じて F/S 上で磁力の生じる領域が移
動する．磁力発生領域の移動に伴い F/S 楕円変形形状における長軸(楕円変形長軸)が回転し、F/S
と C/S の噛み合い位置が移動する。それから、F/S は C/S との歯数差に依存して減速回転する。 
磁気式波動歯車の動作解析フローチャートを図 4 に示す。まず、三次元有限要素法(FEM)を用
いた磁界解析により各 F/S 形状における磁束密度分布を求め、節点力法を用いて F/S 上の磁力分
布を計算する。各変形形状における磁力分布を磁力データベースとして保管する。次に、Multi 
Flexible Body Dynamics（MFBD）解析により F/S の回転・接触・変形形状を計算する。MFBD 解 
図 2 磁気式波動歯車の基本構造 
図 3 磁気式波動歯車の動作原理 
図 4 伝達トルク解析手法フローチャート 
 
析において、磁力データベースに基づいて F/S に力を付与する。このようにして、磁場・変形・
回転・接触を連成した磁気式波動歯車で生じる物理現象を再現する。 
 構築した測定設備を図 5 に示す。(a)は静止時 F/S 変形形状測定用装置であり、本装置により
F/S の楕円変形を確認した。エンコーダ付回転軸に治具を介してレーザ変位センサ 1 個を配置す
る。変位センサを F/S 外面を沿うように 1 周させる。エンコーダと変位センサ情報に基づき、F/S
の変形形状を計算する。(b)は動作時の F/S 変形形状・伝達トルク測定装置である。エンコーダ付
きブラシレス DC モータで磁気式 W/G を回転させる。それから、F/S をパウダブレーキ、トルク
検出器、偏心抑え治具と接続し、F/S にブレーキトルクを与える。F/S 周辺に設置した 5 台のレ
ーザ変位計により動的な変形形状を測定する。 
 解析結果では 3.2Nm の最大伝達トルクを、実験結果では 3.4Nm の最大伝達トルクを確認し、
解析手法の有効性が示された。また、解析・実験共に、最大伝達トルク発生時に磁気式 W/G の
回転角と F/S 変形形状の楕円傾きに位相差が生じていることが確認された。磁気式波動歯車の主
要部質量は 274～374g と概算され、基にした機械式波動歯車重量 490g に比べて軽量である。 
 最大伝達トルクを向上させるために、磁石の極数と開き角を調整した二次モデル、磁石奥行き
長さを調整した三次モデル、F/S 内側と外側の両方に磁石を配置した四次モデルを開発した(図
6)。四次モデルでは、主要部概算質量が 250～400g、最大伝達トルクが解析 12.5Nm、実測 10.7Nm
となった(図 6)。 
 
（３）脚支援機器適用時の効果検討 
 片麻痺者用脚支援機器(Manipuleg-2(茨城大学)，全体重量 5.8 kg, 3 関節，機械式波動歯車付モ
ータ使用)に、磁気波動歯車付きモータ(アクチュエータ質量 360g，磁気式波動歯車 250g，モー
タ 80g，接続部 30g)を実装することを想定する。実装した場合に脚支援機器の概算全体質量は 3.4 
kg 程度となり、約 40%程度の軽量化となる。 
 
図 5 変形形状・伝達トルク測定装置 
図 6 磁気式波動歯車の開発推移 
５．主な発表論文等
〔雑誌論文〕　計3件（うち査読付論文　3件／うち国際共著　0件／うちオープンアクセス　2件）
2023年
2023年
2024年
〔学会発表〕　計10件（うち招待講演　0件／うち国際学会　3件）
2023年
 ２．発表標題
日本機械学会 Dynamics and Design Conference 2023（D&D2023）
 ３．学会等名
 １．発表者名
オープンアクセスとしている（また、その予定である） －
Multi Flexible Body Dynamics と変形変位測定による磁気式波動歯車の脱調現象の解明
 ４．発表年
北山 文矢，遠藤 理久，近藤 良
10.1299/transjsme.24-00017
 ３．雑誌名  ６．最初と最後の頁
有
 オープンアクセス  国際共著
 ２．論文標題  ５．発行年
Multi Flexible Body Dynamicsと変形変位測定による磁気式波動歯車の脱調現象の解明
日本機械学会論文集 24-00017
 掲載論文のDOI（デジタルオブジェクト識別子）  査読の有無
オープンアクセスではない、又はオープンアクセスが困難 －
 ４．巻
北山文矢，近藤良 ，遠藤理久 90(936)
 １．著者名
10.3233/JAE-220213
 ３．雑誌名  ６．最初と最後の頁
有
 オープンアクセス  国際共著
 ２．論文標題  ５．発行年
Proposal of strain wave gear actuated by magnetic force
International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics S551-S560
 掲載論文のDOI（デジタルオブジェクト識別子）  査読の有無
 オープンアクセス  国際共著
オープンアクセスとしている（また、その予定である） －
 ４．巻
Fumiya Kitayama, Ryou Kondo, Riku Endo 71
 １．著者名
磁気式波動歯車装置の動作特性解析
日本AEM学会学会誌 251-256
 掲載論文のDOI（デジタルオブジェクト識別子）  査読の有無
10.14243/jsaem.31.251
 ３．雑誌名  ６．最初と最後の頁
有
 ４．巻
遠藤 理久，北山 文矢，近藤 良 31(2)
 １．著者名
 ２．論文標題  ５．発行年
2023年
2022年
2022年
2021年
 ２．発表標題
 ２．発表標題
 ２．発表標題
 ２．発表標題
IEEE International Magnetism Conference INTERMAG  2023（国際学会）
第31回MAGDAコンファレンス in 鹿児島（MAGDA2022）  ～電磁現象及び電磁力に関するコンファレンス～
日本機械学会2022年茨城講演会
第33回「電磁力関連のダイナミクス」シンポジウム(SEAD33 in 伊香保温泉)
 ３．学会等名
 ３．学会等名
 ３．学会等名
 ３．学会等名
Fumiya Kitayama, Ryou Kondo, Riku Endo
遠藤理久，北山文矢，近藤良
遠藤理久，近藤良，北山文矢
北山文矢，近藤良
 １．発表者名
 １．発表者名
 １．発表者名
 １．発表者名
 ４．発表年
 ４．発表年
波動歯車装置を内蔵した小型モータに関する基礎検討
Improvement of Transmission Torque Characteristics of Strain Wave Gear with Magnets
磁気式波動装置の動作特性解析
フレクスプラインの形状特性を考慮した永久磁石内蔵型波動歯車装置の動作特性解析
 ４．発表年
 ４．発表年
2022年
2022年
2024年
2025年
 ２．発表標題
 ２．発表標題
 ２．発表標題
 ２．発表標題
令和４年電気学会全国大会
20th International Symposium on Applied Electromagnetics and Mechanics (ISEM) 2022（国際学会）
27th International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS 2024)（国際学会）
令和７年電気学会全国大会
 ３．学会等名
北山文矢，近藤良
Fumiya Kitayama, Ryou Kondo
 １．発表者名
 １．発表者名
 １．発表者名
 １．発表者名
 ４．発表年
 ４．発表年
 ４．発表年
 ４．発表年
Fumiya Kitayama, Ryou Kondo
北山 文矢
 ３．学会等名
 ３．学会等名
磁力で変形する波動歯車装置の提案
PROPOSAL OF STRAIN WAVE GEAR ACTUATED BY MAGNETIC FORCE
Transmission Torque Characteristics of Strain Wave Gear with 16-poles Magnet
永久磁石を用いた変速機構の研究動向
 ３．学会等名
2025年
〔図書〕　計0件
〔産業財産権〕
〔その他〕
－
６．研究組織
７．科研費を使用して開催した国際研究集会
〔国際研究集会〕　計0件
８．本研究に関連して実施した国際共同研究の実施状況
所属研究機関・部局・職
（機関番号）
氏名
（ローマ字氏名）
（研究者番号）
備考
共同研究相手国 相手方研究機関
令和７年電気学会全国大会
 ３．学会等名
 ４．発表年
磁気式波動歯車装置における磁石配置の検討
 １．発表者名
松本 勇翔，北山 文矢
 ２．発表標題


The developement of strain wave geared actuator for lightweight lower limb leg exoskeltons

二橋, 美瑞子

Osanai-Futahashi, Mizuko

茨城大学・基礎自然科学野・准教授
科学研究費助成事業　　研究成果報告書
様　式　Ｃ－１９、Ｆ－１９－１、Ｚ－１９ （共通）
機関番号：
研究種目：
課題番号：
研究課題名（和文）
研究代表者
研究課題名（英文）
交付決定額（研究期間全体）：（直接経費）
１２１０１
基盤研究(C)（一般）
2024～2022
昆虫の複眼と鱗粉の微細構造形成メカニズムの分子生物学的解析
Molecular biological analysis of nanostructure formation mechanisms insect 
compound eyes and wing scales
００４２２４０２研究者番号：
二橋　美瑞子（長内美瑞子）（Osanai-Futahashi, Mizuko）
研究期間：
２２Ｋ０５６７０
年 月 日現在  ７   ６ ２０
円     3,100,000
研究成果の概要（和文）：生物の表面微細構造は、その多様な機能から、バイオミメティクスの対象ともなって
いる。例えば、蛾の複眼の表面構造は、反射を防ぐ性質を持つため、無反射フィルムに応用されている。また、
クチクラから成る鱗粉の微細構造は、撥水性や鮮やかな構造色と密接な関係がある。ただし、蛾の複眼や鱗粉を
はじめとする、生物が持つ多くの微細構造については、その形成メカニズムがほとんど未解明である。本研究で
は、カイコとエリサンの、鱗粉と複眼のクチクラの微細構造形成期に発現する遺伝子について、遺伝子ノックア
ウトと局所的なRNAiにより機能を解析した結果、微細構造の正常な形成に必要な遺伝子を複数同定することに成
功した。
研究成果の概要（英文）：Surface nanostructures in living organisms serve a variety of functions, 
making them an important target for biomimetic applications. One well-known example is the 
development of anti-reflective films inspired by the cuticular protuberances on the outer surface of
 moth compound eyes. Similarly, the nanostructures of lepidopteran wing scales, composed of cuticle,
 are closely associated with water repellency and vivid structural coloration. However, despite 
their fascinating properties, the mechanisms underlying the formation of these nanostructures remain
 largely unknown.
In this study, we investigated genes expressed during the formation of cuticle-based nanostructures 
in the compound eyes and scales of Bombyx mori (silkworm) and Samia cynthia ricini (eri silkmoth). 
Using gene knockout techniques and topical RNA interference (RNAi), we successfully identified 
multiple genes essential for the proper development of these intricate microstructures.
研究分野： 昆虫分子細胞生物学
キーワード： 微細構造　クチクラ　複眼　鱗粉　RNAi　カイコ　エリサン
  ２版
令和
研究成果の学術的意義や社会的意義
本研究では、鱗粉と複眼表面の微細構造に関与する遺伝子の同定に成功した。興味深いことに、鱗粉と複眼表面
では、構造の形状が異なるのにもかかわらず、少なくとも一部は同じ遺伝子が関与していた。また異なる形状の
鱗粉微細構造を持つ鱗翅目間で、これらの遺伝子が共通して一過的に発現上昇していることや、一つの遺伝子フ
ァミリーに属する複数の遺伝子が、それぞれ別の役割を担うことにより協調的に微細構造を形成していることが
示唆された。昆虫をはじめとする生物には様々な微細構造が存在するが、本研究の結果を糸口に、複雑な異なる
微細構造の形づくりや作り分けのメカニズムが明らかになることが期待される。
※科研費による研究は、研究者の自覚と責任において実施するものです。そのため、研究の実施や研究成果の公表等に
ついては、国の要請等に基づくものではなく、その研究成果に関する見解や責任は、研究者個人に帰属します。
様 式 Ｃ－１９、Ｆ－１９－１（共通） 
 
 
１．研究開始当初の背景 
生物の表面微細構造は、その多様な機能から工学的も着目され、生物模倣（バイオミメティク
ス）の対象ともなっている。例えば、蛾の複眼の表面にあるクチクラから成る微細な凹凸構造（モ
スアイ構造）は、反射を防ぐ性質を持つため、無反射フィルムに応用されている。また、同じく
クチクラから成る鱗粉の微細構造は、撥水性や鮮やかな構造色と密接な関係がある。ただし、モ
スアイ構造や鱗粉の微細構造をはじめとする、生物が持つ多くの微細構造については、その形成
メカニズムがほとんど未解明であった。複眼や鱗粉の微細構造についても、観察例自体は数多く
あるが、微細構造形成について遺伝子レベルで解析した例は、非常に少なかった。研究代表者は、
カイコの蛹期翅のトランスクリプトーム解析から、翅で一過的に高発現する遺伝子のグループ
を見出しており、その一部の遺伝子についてノックアウトカイコを作出したところ、そのうちの
一つで鱗粉の微小穴がふさがることを見出していた。そこで、本研究では、カイコを用いて、鱗
粉と複眼の微細構造形成に重要な遺伝子群を同定し、翅と複眼という異なる微細構造形成に関
わる分子メカニズムの解明を目指した。 
 
２．研究の目的 
本研究では、工学的に着目されているチョウ目の鱗粉の複雑な微細構造と、複眼表面の微細な
凹凸の構造（モスアイ構造）に着目し、RNAi とゲノム編集によって 2 つの異なる微細構造形成
に関わる遺伝子群を同定し、複眼と翅における微細構造形成メカニズムの類似点、相違点を浮き
彫りにすることを目的とした。 
 
３．研究の方法 
 
(１) 複眼の RNAi 解析に適した飼育可能な鱗翅目の選定 
モスアイ構造の有無を調べるために、カイコガ科 3種と、ヤママユガ科 3種の複眼の表面構造
を FE-SEM により観察した。 
 
(２) エリサン蛹期複眼のトランスクリプトーム解析 
 FE-SEM 解析からモスアイ構造を持つことが確認されたエリサンにおいて、微細構造形成に関
与する遺伝子の候補を調べるために、蛹期に 1日毎に翅をサンプリングし、RNAseq 解析を行い、
その結果をクジャクチョウの蛹期複眼、翅、カイコ蛹期翅のトランスクリプトームデータと比較
した。 
 
(３) エリサンの複眼における局所的 RNAi 解析系の立ち上げ 
 研究代表者らは、これまでに、カイコの複眼において、エレクトロポレーションを用いた局所
的 RNAi により、色素合成遺伝子を抑制することに成功している（Osanai-Futahashi et al., 
2016）。この実験系を応用し、モスアイ構造を持つエリサンにおいて、複眼のオモクローム色素
の合成に必要な white 遺伝子の siRNA を設計し、これを用いてエレクトロポレーションを併用
した局所的な RNAi 解析の条件検討を行った。 
 
(４) エリサンの複眼における局所的 RNAi 実験 
エリサンの white 遺伝子の siRNA を用いた実験条件の検討の結果、エリサンの複眼の着色抑
制を誘導できるインジェクション・エレクトロポレーションの条件を見出した。この条件を用い
て、エリサン蛹期複眼のトランスクリプトームでクジャクチョウの蛹期複眼、翅、カイコ蛹期翅
と共通して一過的に発現している遺伝子の RNAi 解析を行った。 
 
(５) ノックアウトカイコの作出と鱗粉微細構造の観察 
 カイコ蛹期翅で一過的に高発現する蛹期翅特異的遺伝子について、ノックアウトカイコを作
出し、電解放出型走査型電子顕微鏡(FE-SEM)により微細構造を観察した。さらに、FIB-SEM 解析
により、鱗粉の断面構造の観察も行った。FIB-SEM 解析は ABiS に申請して、久留米大学医学部
太田教授との共同研究で実施した。 
 
(６) 蛹期翅局所的 RNAi 実験 
 カイコとツマグロヒョウモンの蛹期翅において、エレクトロポレーションを併用した局所的
な RNAi 実験の条件検討を行った。さらに、カイコ蛹期翅で一過的に高発現する遺伝子のうち、
他の組織での発現が見られる遺伝子については、致死を引き起こさないように、エレクトロポレ
ーションを併用した局所的な RNAi の解析を試みた。また、並行して、ツマグロヒョウモンにお
いても、エレクトロポレーションを用いた RNAi 実験系の条件検討を行った。 
 
 
４．研究成果 
(１) 複眼の RNAi 解析に適した飼育可能な鱗翅目の選定 
FE-SEM の結果、カイコを含め、観察したカイコガ科 3 種にはモスアイ構造は観察されなかっ
た一方、ヤママユガ科 3種はいずれもモスアイ構造が存在していた。そこで、モスアイ構造に関
わる遺伝子の解析には、ヤママユガ科のうち、多化性で、1年に 5回以上ライフサイクルが回る
エリサンを実験材料として選定した。 
 
(２) エリサン蛹期複眼のトランスクリプトーム解析 
 エリサンとクジャクチョウの複眼では高発現する膜タンパク質遺伝子のレパートリーの類似
性が高いことが判明した。また、カイコとクジャクチョウの蛹期翅トランスクリプトームとの比
較により、翅と複眼では微細構造形成期に発現する遺伝子が一部共通しているが、異なるものも
存在し、微細構造の違いに関与している可能性が示唆された。 
 
(３) エリサンの複眼における局所的 RNAi 解析系の立ち上げ 
 エリサンの white 遺伝子の siRNA を用いて、インジェクションの位置とタイミング、エレクト
ロポレーションの電圧条件を検討した結果、複眼の着色を抑制できる条件を見出した。 
 
(４) エリサンの複眼における局所的 RNAi 実験 
エリサンの white 遺伝子の siRNA により、エリサンの複眼の着色抑制を誘導できるインジェ
クション・エレクトロポレーションの条件を用いて、エリサン蛹期複眼のトランスクリプトーム
でクジャクチョウの蛹期複眼、翅、カイコ蛹期翅と共通して一過的に発現している遺伝子の RNAi
解析を行った結果、鱗粉の微細構造が異常となる遺伝子を見出した。なお、これらの遺伝子は、
カイコの鱗粉微細構造形成に必要な遺伝子でもあった。 
 
(５) ノックアウトカイコの作出と鱗粉微細構造の観察 
 カイコ蛹期翅で一過的に高発現する蛹期翅特異的遺伝子のノックアウトカイコの鱗粉を FE-
SEM 観察した結果、4 種類の膜タンパク質遺伝子それぞれの単独ノックアウト個体において微細
構造の乱れや部分的消失が検出された。このことから、これらの膜タンパク質遺伝子は鱗粉微細
構造形成において異なる役割を担うことが示唆された。 
 
(６) 蛹期翅局所的 RNAi 実験 
 カイコ蛹期翅で一過的に高発現する遺伝子のうち、他の組織でも発現している遺伝子につい
ては、エレクトロポレーションを併用した局所的な RNAi 解析を行った結果、光学顕微鏡レベル
で判定できる鱗粉の形状、および電子顕微鏡（FE-SEM）レベルにおける微細構造の異常が引き起
こされ、ミクロ・ナノレベルの鱗粉構造を制御する遺伝子を複数特定することに成功した。また、
ツマグロヒョウモンにおいても、蛹期翅における RNAi により、オモクローム色素合成に関わる
遺伝子の RNAi による橙色の着色の抑制と、クチクラ硬化に関与する Multicopper oxidase 2 遺
伝子の RNAi による鱗粉形成の抑制が誘導され、蛹期翅における RNAi 実験系の構築に成功した。 
 
本研究では、(3)、(6)により、エリサンの蛹期複眼、カイコとツマグロヒョウモンの蛹期翅に
おいて RNAi 解析を行える条件を見出した。さらに、(2)、(4)、(5)、(6)の結果から、カイコの
鱗粉微細構造形成において、複数の遺伝子が、固有の役割を担いながら協調的に微細構造を形成
していることや、エリサンのモスアイ構造とカイコの鱗粉微細構造形成において、種・組織・構
造の形が異なるものの、少なくとも一部は共通の遺伝子が利用されていることが判明した。今後
は、未解析の候補遺伝子の微細構造形成における関与を調べるとともに、これらの遺伝子の細胞
内局在と微細構造形成における作用機序を解析していく予定である。異なる微細構造の形成機
構の比較と、鱗翅目以外の昆虫においても微細構造形成機構を解明することにより、昆虫におけ
る微細構造形成の包括的な理解や、生物の微細構造のデザインにつながると期待される。ツマグ
ロヒョウモンの RNAi の結果については、Biorxiv にて原著論文のプレプリントを発表しており
（Uchiyama et al., Biorxiv, 2023）、専門誌への掲載に向けて論文を修正中である。 
 
参考文献 
1. Osanai-Futahashi M, Tatematsu K, Futahashi R, Narukawa J, Takasu Y, Kayukawa T, 
Shinoda T, Ishige T, Yajima S, Tamura T, Yamamoto K, Sezutsu H. (2016) Positional 
cloning of Bombyx pink eyed white egg locus reveals the major role of cardinal in 
ommochrome synthesis. Heredity 116:135-145 
2. Hirosumi Uchiyama, Yoko Takasu, Minoru Moriyama, Kazutoshi Yoshitake, Hironobu 
Uchiyama, Tetsuya Iizuka, Keiro Uchino, Genta Okude, Yutaka Banno, Seigo Kuwazaki, 
Kimiko Yamamoto Shunsuke Yajima, Hideki Sezutsu, Toshiki Tamura, Ryo Futahashi, 
Mizuko Osanai-Futahashi.(2023) A novel monocarboxylate transporter involved in 3-
hydroxykynurenine transport for ommochrome coloration. bioRxiv,  
doi: https://doi.org/10.1101/2023.06.01.543243 
５．主な発表論文等
〔雑誌論文〕　計0件
〔学会発表〕　計7件（うち招待講演　2件／うち国際学会　2件）
2023年
2023年
2022年
2025年
 ２．発表標題
 ２．発表標題
 ２．発表標題
 ２．発表標題
Entomology 2023（招待講演）（国際学会）
第8回 蚕糸・昆虫機能利用関東学術講演会
第7回 蚕糸・昆虫機能利用関東学術講演会
日本蚕糸学会第95回大会
 ３．学会等名
 ３．学会等名
 ３．学会等名
 ３．学会等名
 １．発表者名
 １．発表者名
 １．発表者名
 １．発表者名
Mizuko Osanai-Futahashi, Yuto Kitamura, Hirosumi Uchiyama, Ryo Futahashi, Keiro Uchino, Hideki Sezutsu
北村勇斗、廣田遥菜、大平健太、二橋亮、二橋美瑞子
 ４．発表年
 ４．発表年
 ４．発表年
 ４．発表年
北村勇斗、廣田遥菜、安藤 俊哉、高須陽子、飯塚哲也、内野恵郎、田村俊樹、瀬筒秀樹、二橋亮、二橋美瑞子
北村 勇斗, 大平 健太, 高須 陽子, 内野 恵郎, 飯塚 哲也, 瀬筒 秀樹, 二橋 亮, 二橋 美瑞子
Genetic engineering of pigmentation and cuticle-related genes in the silkworm, Bombyx mori.
鱗翅目の鱗粉(微細構造)形成に関与する遺伝子のRNAiを用いた機能解析
カイコの成虫微細構造形成に関与する遺伝子のゲノム編集を用いた機能解析
チョウ目の表面微細構造形成の分子基盤
2024年
2024年
2024年
〔図書〕　計0件
〔産業財産権〕
〔その他〕
－
６．研究組織
７．科研費を使用して開催した国際研究集会
〔国際研究集会〕　計0件
所属研究機関・部局・職
（機関番号）
氏名
（ローマ字氏名）
（研究者番号）
備考
日本蚕糸学会第94回大会
 ２．発表標題
 ２．発表標題
 ２．発表標題
 ３．学会等名
第47回日本分子生物学会年会
XXVII International Congress of Entomology (ICE2024)（招待講演）（国際学会）
内山広純、二橋亮、二橋美瑞子
 ３．学会等名
 ３．学会等名
 ４．発表年
 １．発表者名
 １．発表者名
 １．発表者名
カイコの卵とチョウの翅のオモクローム着色を担う3OHKトランスポーターの解明
 ４．発表年
 ４．発表年
北村勇斗, 大平健太, 高須陽子, 内野恵郎, 飯塚哲也, 瀬筒秀樹, 二橋亮, 二橋美瑞子, 二橋美瑞子
チョウ目鱗粉の表面ナノ構造形成制御の分子基盤
A novel monocarboxylate transporter involved in 3-hydroxykynurenine transport for lepidopteran ommochrome coloration
Mizuko Osanai-Futahashi
８．本研究に関連して実施した国際共同研究の実施状況
共同研究相手国 相手方研究機関


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