hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
相関特性の優れたスペクトル拡散系列に基づく安全性の高い情報ハイディング技術の開発

理想的な相関特性をもつ完全相補系列を用いた情報ハイディング方式,具体的には,画像データを用いた電子透かし,電子指紋,ステガノグラフィ方式を考案し,その特性について計算機実験をもとに検証した。その結果,他のスペクトル拡散系列を用いた場合よりも,埋め込んだ秘密情報が画像に与える影響,秘密情報の抽出精度,攻撃への耐性などの面で優れていることが実証された。相関の良いスペクトル拡散系列として知られる完全相補系列を用いた電子透かし方式を考案し,その性能を計算機シミュレーションにより検証した。具体的には,ユーザID,グループIDという二つの秘密情報を考え,これらを完全相補系列で表現し,画像データの周波数領域に埋め込むアルゴリズムと抽出するアルゴリズムを考案した。計算機シミュレーションにおいては,安全性として,画像への視覚的影響の有無や程度について検証した。また耐雑音性,耐攻撃性としては,秘密情報を埋め込んだ後の画像に雑音を付加したり,結託攻撃と呼ばれる秘密情報を消去する類の攻撃を加えたりした場合に,正しく秘密情報が抽出できるかどうかを検証した。これらの検証の結果,提案した方式は,M系列やGold系列など,既存のスペクトル拡散系列を用いた電子透かし方式に比べて優れていることがわかった。また,この電子透かし方式を拡張して,ステガノグラフィ技術を実現するアルゴリズムも考案し,視覚的に影響を与えずに,どの程度の情報量を画像データに埋め込むことができるかを計算機シミュレーションにより検証した。この結果,512ピクセル四方の画像に対して,2キロバイト程度の文字情報を埋め込んでも人間の視覚で検知することが困難であることを実証した。提案した情報ハイディング技術を教育現場で利用しながら評価するための方式については,十分に検討することができなかった。しかしながら,技術者倫理を担当する教員と議論を行ない,次年度以降に開講する授業の中で,事例紹介やデモンストレーションを行なうなど,具体的な実施方法に関する意見交換を行なった。年度末には,研究打合せを兼ねたワークショップを開催し,関連分野の研究者らと議論を深めた。相関の良いスペクトル拡散系列として知られる完全相補系列を用いた電子透かし方式について,秘密情報の抽出時に原画像を参照しない,いわゆる「ブラインド方式」と呼ばれるアルゴリズムを提案し,その特性評価を行なった。その結果,原画像の参照を行なう「プライベート方式」と比較すると,画像抽出時の相関関数におけるS/N比が,ブラインド方式において30dBほど劣化するものの,IDの抽出は十分に可能であり,さらには,M系列やGold系列など,他のスペクトル拡散系列を用いた場合と比較しても優位性を有していることが確認できた。また,電子商取引などにおいて,購入者のIDをデジタルコンテンツに埋め込む「電子指紋方式」へのアプリケーションを考慮し,提案方式が結託攻撃への耐性があるかどうかを調査した結果,ある程度の耐性を有することが確認できた。しかし,従来法との比較が不十分であるため,従来法と同じ検証を行なって公平な比較を行なうこと,および必要に応じて改良を加えることを次年度の課題とした。また,提案方式は,自己相関特性のみならず,相互相関特性にも優れた系列を用いていることから,多数の秘密情報を同時に1枚の画像に埋め込むことを想定し,この場合の特性評価を行なった。これは,著作権者のリストを埋め込んだり,大きな情報を多重化して埋め込んだりするために有用であると考えられる。計算機実験の結果,必要なパラメータを適切に選ぶことにより,非常に低い抽出誤り率を実現できることが明らかとなった。このアイディアを拡張することで,ステガノグラフィ方式を実現することも可能で、次年度の研究では,このようなステガノグラフィ方式についても検討することとした。提案した情報ハイディング技術を教育現場で利用しながら評価するための方式について検討し,「技術者倫理」や「情報通信工学」の授業の中で,事例紹介やデモンストレーションを行なうなど,演習などの形式により実施することとした。実際の授業や演習は次年度に行なうこととした。平成23年度は,完全相補系列を用いた電子指紋方式,ステガノグラフィに関する研究に重心をおいた。まず,電子指紋方式においては,結託攻撃が行なわれた場合の耐性について計算機実験で評価を行なった。検出時に原画像を参照するプライベート型と参照しないブラインド型の双方について検証した。結果として,適切なパラメータを選択することにより.従来法に比べ飛躍的に結託耐性を向上できることを示した。ブラインド型では,QIMと呼ばれる方式を導入し,結託耐性が向上できることを示した。一方,ステガノグラフィについては,ブラインド型に注目し,多くの秘密情報を1枚の画像に埋め込む技術を提案した。さらに,与えられたパラメータ設定の下で,1枚の画像に埋め込むことができる最大の情報量を理論的に示した。計算機実験により,最大情報量に近いメッセージを埋め込んだ場合,検出時にビット誤りが生じることが示された。これに対し,誤り訂正符号の一つであるLDPCを導入し,ビット誤りを0にできることを示した。また,利用者として高校生,高専生以下の学生を想定し,ゲーム感覚で情報ハイディングや提案技術について学ぶことができる教材を開発した。具体的には,画像に任意のメッセージを埋め込み,抽出を行なうアプリケーションや,透かし画像を劣化させることなく埋め込まれた秘密情報を取り除く攻撃ゲームアプリケーションを開発した。

開発したアプリケーションは本校内でオープンキャンパスやセミナーの中で利用し,体験者に対してアンケート調査を行なうことでその効果を評価した。研究で得られた成果は国際会議等で公表した他,年度末にワークショップを行ない,関連する研究者らと議論を行なった。
脳部位間結合性の包括的な神経生理学的検討による統合失調症と気分障害の病態解明

統合失調症、大うつ病、双極性障害などの白質異常をMRIで検討した。MRI拡散テンソル画像/異方性係数FA、安静時機能MRI/機能結合解析、T1/T2比ミエリン強調画像を用いた。統合失調症ではミエリン障害が広範な領域で確認され、血中ω-3脂肪酸と認知機能が相関した。双極性障害と大うつ病では共に前頭葉を結ぶ脳梁でFA値低下が解析を変えても確認された。大うつ病ではFA値と実行機能、注意機能が相関した。双極性障害では左右半球・体制感覚運動ネットワークの機能的結合が躁病スケール値と相関した。次の課題はrTMS、ω3脂肪酸による神経ネットワークの改善と治療効果の確認である。本研究の目的は、脳部位間結合性に着目して、統合失調症と気分障害の病態生理を解明することである。(2)については、rTMS中の刺激遠隔部の血流変化をNIRSでリアルタイムに測定し、rTMSによる血流反応性から脳部位間結合性を評価する方法(rTMS/NIRS)の開発に取り組んでいる。統合失調症において障害が注目されている上側頭回(STG)-前頭葉の脳部位間結合性の評価におけるrTMS/NIRSの有用性を検討し、STGを低頻度rTMS中に前頭部の脳血流が低下する結果を得て、学会発表した(高橋ら,第17回日本薬物脳波学会2014)。本研究の目的は脳部位間結合性に着目して、統合失調症と気分障害の病態生理を解明することである。これまでにはうつ病と双極性障害において脳梁白質神経線維が障害されており、うつ病においてその異常が認知機能障害と関連していることを論文報告している。平成27年度は、(1)全脳におけるミエリンの異常を鋭敏にとらえる解析法(T1w/T2w)を開発し、統合失調症では白質・灰白質においてミエリン異常が認められ、その異常が臨床症状と相関することを示し、論文発表した(Iwatani, Brain Behav 2015)。(2)経頭蓋磁気刺激に脳機能画像(near-infrared spectroscopy)を併用して刺激遠隔部の神経活動変化を捉えることで脳部位間結合性を評価する手法(rTMS/NIRS)の開発に取り組み、健常群において上側頭回を反復経頭蓋磁気刺激中に前頭部の脳血流が低下する結果を得て論文報告した(高橋,日本薬物脳波学会雑誌2015)。(3)神経精神疾患間の相違性を検討するため、側頭葉てんかんを対象に拡散テンソル画像を用いて脳梁白質神経線維の微細構造を評価し、側頭葉てんかんにおいて白質神経線維の障害が罹病期間と関連する結果を得て学会報告した(辻,第17回日本脳機能マッピング学会2015)。今後はこれまでに開発してきた脳部位間結合性の評価手法(機能的MRI、拡散テンソル画像、T1w/T2w、rTMS/NIRS)を組み合わせ、より包括的な視点で検討をすすめていきたい。統合失調症において新たな解析法(T1w/T2w)でミエリンの異常は示唆できたが、拡散テンソル画像や機能的MRIなどの包括的な画像研究の結果を得るに至らなかった。平成28年度は、(1)平成27年度に統合失調症を対象にして報告したミエリン異常を鋭敏にとらえる方法(T1w/T2w)の双極性障害への応用、(2)tract-based spatial statistics (TBSS)を用いたうつ病における全脳の白質神経線維の障害と認知機能障害の関連の検討、(3)統合失調症における脳梁の白質神経線維の障害と認知機能障害の関連の検討、に取り組んだ。(1)については、双極性障害において脳梁を含めた多領域でミエリン異常(T1w/T2wの低下)が認められ、それらの領域はTBSSを用いた検討でfractional anisotropy (FA)値の低下が認めれた領域とオーバーラップする結果を得て論文発表した(Ishida et al., Psychiatry Research: Neuroimaging, 2017)。(2)については、うつ病において全脳の広範な領域でFA値が低下しており、それらの低下は認知機能と相関する結果を得て論文投稿中である。(3)については、統合失調症の脳梁白質神経線維でFA値が低下しており、それらの一部の領域が認知機能障害と関連する結果を得て発表した(大星,第39回Fmθ研究会, 2017)。今後はこれまでに開発してきた手法を組み合わせ、統合失調症と気分障害の病態生理の相似と相違を明らかにしていきたい。平成28年度は白質神経線維の異常に着目した検討が中心であり、機能的MRIを用いた解析法の確立と応用が遅れている。統合失調症、大うつ病、双極性障害などの病態と新規治療法の開発を目指して、臨床症状の成因となる神経回路の異常を検討した。MRI(ミエリン指標とされるT1/T2比と異方性FA、拡散テンソル画像DTI、resting state functional connectivity:FC)、SPECT検査を行い、治療法候補として反復的経頭蓋磁気刺激rTMS、不飽和脂肪酸の可能性を検討した。統合失調症では大脳皮質と皮質下でT1/T2比でミエリン形成不全を確認(Brain Behav. 2015)し、ミエリン形成に関係するω-

3脂肪酸が患者で認知機能低下と相関することを確認した(Schizophrenia Res Cogn.2017)。「悪性耳鳴り」は幻聴は類似の病理基盤を持つと推測されており、伴に磁気刺激療法での開発が進んでいる。そこでrTMS刺激ポイントを探してSPECTで血流低下部位(内側上前頭回など)と亢進部位(小脳虫部など)を確認し(PLoS One. 2015)、低頻度rTMSに改善効果があり、同時に前頭葉の興奮性が鎮まり、視床が賦活されることをpaired-pulseTMS、SPECTで確認した(Neurocase. 2015)。統合失調症、大うつ病、双極性障害などの白質異常をMRIで検討した。MRI拡散テンソル画像/異方性係数FA、安静時機能MRI/機能結合解析、T1/T2比ミエリン強調画像を用いた。統合失調症ではミエリン障害が広範な領域で確認され、血中ω-3脂肪酸と認知機能が相関した。双極性障害と大うつ病では共に前頭葉を結ぶ脳梁でFA値低下が解析を変えても確認された。大うつ病ではFA値と実行機能、注意機能が相関した。双極性障害では左右半球・体制感覚運動ネットワークの機能的結合が躁病スケール値と相関した。次の課題はrTMS、ω3脂肪酸による神経ネットワークの改善と治療効果の確認である。拡散テンソル画像を用いて気分障害の病態生理を検討することができたが、統合失調症についてはデータを収集中である。rTMS/NIRSについても健常群を対象とした測定法の確立に留まり、疾患群への応用に至らなかったことが課題である。これまでの開発してきた評価手法を同一対象者に適合し、機能レベルと構造レベルを包括して神経精神疾患の脳部位間結合性の検討をすすめていく。主に画像研究手法を用い、段階的に統合失調症、双極性障害、うつ病における脳部位間結合性の評価をすすめ、構造レベルの障害については各疾患において一定の結果を得られてきている。機能的MRIに関してもデータセットの収集はすでに終了しており、解析法が確立できれば、各疾患群に順次適応していきたい。精神医学脳部位間結合性に着目し、統合失調症と気分障害を比較検討したい。また、両疾患において神経生理学的指標と機能予後との関連を検討し、治療介入指標への応用に取り組みたい。平成26年度はrTMSやNIRSの整備や修繕の必要がなく、現有の機器で測定が可能であった。また、参加国際学会も日本開催であったため、旅費の計上が予定より少なかった。平成28年度は国際学会への参加がなく、旅費の計上が少なかった。平成26年度はrTMSやNIRSの整備や修繕の必要がなく、現有の機器で測定が可能であったため。rTMS/NIRS機器のメンテナンス、新たな画像解析ソフトの導入、成果発表に経費を使用する。機能的MRIの解析法の確立と応用のため、高性能パーソナルコンピューター及びソフトウエアを購入して、一層解析時間の短縮をはかる。
ヒトグリオーマの浸潤と脳細胞外マトリックス分解

グリオーマはヒト脳腫瘍の中でも最も悪性な難治性腫瘍であり、強い脳実質内浸潤様式によって特徴づけられている。本研究課題では、細胞外マトリックス分解酵素であるマトリックスメタロプロテアーゼ(MMP)遺伝子ファミリーの10種類の分子種とインヒビターである2種類のTIMPにつき、グリオーマでの発現と産生レベル、発現細胞の同定、組織内での酵素活性を検出するとともに、脳の主要プロテオグリカンであるブレビカンのMMPによる分解を検討した。得られた主な結果は、以下の通りである。(1).ヒトグリオーマ組織ホモジネート中のMMP-2, 8, 9は非腫瘍部より有意に高値であった。これらの産生量とグリオーマの浸潤やgradeとは相関しなかったが、proMMP-2の活性化率はgradeと正の相関を示した。(2).MT1-MMPとMT2-MMPのmRNA発現量はグリオブラストーマで有意に高くproMMP-2活性化率と相関するのに対し、MT3-MMP発現量は極めて低値で活性化率とは相関しなかった。免疫組織染色では、グリオブラストーマ細胞にMT1-MMPとMT2-MMPが強く局在し、in situ zymographyでゼラチン分解活性が腫瘍部に証明された。これらのデータから、MT1-MMPとMT2-MMPで活性化されたMMP-2活性がグリオブラストーマの浸潤に重要と推定された。(3).ブレビカンのMMP-1, 2,3, 7, 9, 10, MT1-MMP,MT3-MMPによる分解作用を検討したところ、MMP-1, 2, 3, 7, 10がブレビカン分解活性を示した。これらのMMPは、よく似た分解産物を形成し、いずれもブレビカンのAla^<360>-Phe^<361>ボンドを共通して切断した。また、これらのうちMMP-7は最も強い分解活性を示した。
引抜抵抗杭の上部構造から要求される力学的性能とその信頼性に関する研究

この研究は上部構造から要求される杭の力学的性能のとその信頼性の把握を目的としていが、現地点では研究はその目的までに達していない。そこで現地点での進捗状況を報告する。上部構造一杭の連成の力学的性状を把握するためのモデルとして、杭の力学的特性を鉛直、曲げの非線形バネに、上部構造は材端ヒンジのフレームとしてモデル化している。この場合、杭の力学的特性を決定するパラメータは少ないが、上部構造は力学的特性を決定するパラメータは非常に多くなりモデルの設定は難しくなった。そこで今回は上部構造は非常に限定したモデルを設定し、このモデルに関して杭の力学的特性が上部構造に及ぼす影響の把握に努めた。具体的には、上部構造は10層3スパンの2次元モデルとした。荷重状態は静的方押しとし、レベル1として弾性範囲での応力状態、レベル2として弾塑性範囲の検討を行い崩壊形状に関する考察を行った。結果として、限定したモデルにおいて杭の力学的特性と上部構造の力学的特性との関係を明らかとしたが、他の上部構造モデルにおいてもその関係が現れるかは、今後の検討課題として残っている。上部構造から要求される杭の力学的特性の信頼性に関する検討では杭の力学的特性(先端支持力、周面摩擦力)のばらつきの性状を先に把握する必要がある。杭の力学的特性のばらつきは杭形状によっても影響を受けると考えらたため、土質の力学的特性のばらつきから解析的に推定するために、現在杭地盤の有限要素モデルにおいて地盤パラメータにばらつきを持たせたモンテカルロシミュレーションを行っている。現地点での分析から杭先端支持力と周面摩擦力とのばらつきの特性は異なることと、ばらつきの特性と杭形状との間にもある関係があることが認められた。現在の研究の進捗状況は以上である。今後この研究をさらに進め、上部構造から要求される杭の力学的特性とその信頼性を特定したい。
患者ＣＴに基づいた人体ファントムの作成

本研究の目的は治療計画CTに基づいた人体模擬ファントムを作成し、人体内における線量分布検証の手法を確立することである。腫瘍形状や体型を再現するため、3Dプリンタを利用した手法でオーダーメイドのファントムを作成し、線量分布測定を通して製作精度と人体内の再現精度を検証した。人体模擬ファントムは3Dプリンタで造形した石膏による骨模型、及びゼラチンを利用して作成した。治療計画に対する線量分布の比較では体内の空気領域で一致しない部分が見受けられたが、全体としてのγ解析3mm/3%におけるパスレートは95.4%となり、本手法により作成した人体模擬ファントムが人体構造を高い精度で再現できることが示された。本研究では線量分布測定に利用可能な人体模擬の患者専用ファントムを作成し、強度変調陽子線治療における新しい線量分布検証の手法を確立する。平成25年度はファントム素材の検証と試作ファントムの製作を中心に研究を進めた。人体を模擬するファントムを製作するため、体内形状を再現する以外にビーム阻止能や散乱などにおいても人体組成物質に近い素材の選定が必要である。利用素材についてモンテカルロシミュレーションによる検証を行い、得られた結果と加工性の観点からアクリル樹脂と増粘多糖類を用いたゲルを採用した。骨構造については3Dプリンタを利用した石膏粉末による造形とした。治療計画の分布検証への利用と製作時間の短縮を考え、製作領域をビーム照射野に限定した。また、治療計画におけるアイソセンタを含む平面をファントムに再現し、2次元検出器を利用した線量分布測定を可能とした。画像を加工するためのソフトウェアの開発を行い、これによりアイソセンタ位置とガントリ角度を指定することでアイソセンタから体表までを矩形に抽出することが可能である。治療計画に用いるCT画像から抽出した画像に基づいて試作ファントムを製作した。製作した骨造形物をアクリル樹脂に封入したものとゲルを充填したものの2種類を製作しファントム内部の構造と均一性をCT撮影により確認した。骨構造については頭蓋内の微細な構造も再現されており、3Dプリンタによる造形の精度も確認した。本研究の目的は、3Dプリンタを利用した患者固有の人体ファントムの作成及びそれを利用した強度変調陽子線治療にける線量分布検証手法の確立である。治療計画CTに基づいて作成したファントムを利用することで、体内での線量分布に限りなく近い線量分布を測定することが可能であり、治療計画の検証作業の精度向上と効率化、障害事象の予見等、治療の品質向上について検証する。平成26年度は、前年度に行ったファントムの作成について体表面の造形手法と体内空洞の作成について研究を進めた。体表面の造形については、CTの加工領域内における体表面を自動的に検出するアルゴリズムを作成し、抽出したデータを基に骨構造と同時に体表面を3Dプリンタで造形した。この作成した骨模型と体表面の模型をゼラチン等の水等価物質と共にケース内に封入した後、模型の表面部分を除去することで現実的な体表面を再現した。これにより線量分布を水等価空間での分布に変換することなく、治療計画と直接比較することが可能となった。作成後の時間経過に伴う骨構造の膨張とゲルの収縮については、進行が緩やかであるため問題が無いと考えているが、詳しくは来年度に検証する。体内空洞については、ウレタンフォーム等の発泡性の素材を封入することで、空洞領域を確保した。CTによる検証では空気に近いCT値が得られていることが確認できた。ファントム材質については、3Dプリンタによる周辺組織の造形と液体石膏による骨構造の再現についても検証を進めた。本研究の目的は強度変調陽子線治療における線量分布検証を目的とした患者固有の人体ファントムの作成である。治療計画CTに基づいて人体ファントムを作成することで、体内における線量分布に限りなく近い分布を得ることが可能となる。陽子線における阻止能を検討した結果、人体における骨構造を再現する物質として石膏を、筋肉等の水等価な領域についてはゼラチンを利用した。肺や口腔領域についてはウレタンフォームを利用した。治療計画CTから治療における照射範囲に限定した領域を抽出し、その範囲内のみで3Dプリンタによる骨構造の造形を行い、人体ファントムを作成した。2次元検出器を利用した線量分布測定の結果、空気を含む領域付近での人体構造の再現性が不十分であったが、現行の3Dプリンタでは骨等価物質と水等価物質を併用して造形することは不可能であるため、造形領域内に空気が存在する場合には、高精度で口腔構造と骨構造を併せて造形することは難しい。そのため、空気が存在する領域では3Dプリンタを用いて作成した人体パーツを適切な素材で再成形する手法を検討した。今回の研究では石膏を利用した3Dプリンタを用いて骨構造を造形する手法と樹脂を利用する3Dプリンタを利用して人体のパーツを作成し、適切な素材で再成形するという2つの手法で人体ファントムの作成を行った。造形領域内の空気の存在によって造形手法を変えることで、精度の高い患者固有の人体ファントムの造形が可能であることを確認した。

治療計画に対する線量分布の比較では体内の空気領域で一致しない部分が見受けられたが、全体としてのγ解析3mm/3%におけるパスレートは95.4%となり、本手法により作成した人体模擬ファントムが人体構造を高い精度で再現できることが示された。ファントムの改良については概ね順調に進んでいるが、線量測定及びその検証についてはやや遅れが生じている。理由としてファントムの改良に時間がかかったことと、線量測定に際しては当初予定していたファントムへのチェンバ孔の加工などの実現が難しく、想定していた測定項目を達成することが出来なかった。次年度以降は測定項目及びその内容を検証する。また、新しい造形手法によるファントムを作成する。医学物理学体内空洞等の加工について、精度改善を検討する。石膏粉末による骨の造形では、密度が若干高くなってしまうことが判明しているため、新しい造形手法によるファントムを作成する。素材の組み合わせと作成手法を変化させたファントムを作成し、ビームを利用した測定結果を基に最適な手法について検討する。研究計画で平成25年度に予定していた1ファントム材質の選定、2製作領域の最適化、3ファントムの作成については概ね実施することが出来た。1材質にはアクリル樹脂とゲルを選択したが、シミュレーションによる素材の選定は引き続き行う。2製作領域は治療部位に限局することで最適化することが出来た。測定用の加工面も再現出来ている。3試作ファントムを作成した。体内空洞については現段階で製作手法を検討中である。研究計画に若干の遅れが発生しており、26年度内に購入予定の物品が27年度に移行した事と、研究内容の増加に伴い購入物品の内容を変更したため。平成26年度は1ファントムの改良と2線量測定による性能検証を行う。1ファントムの改良体表面の造形と体内空洞の再現に改良の余地があるため、この点について研究を行う。体表面の造形については体輪郭を抽出した画像を基に製作を進める。周辺素材についてはゲルの長期安定性について検証するとともに、代替物質の可能性についても引き続き検討する。2性能検証2次元検出器と電離箱測定器による線量測定を実施し、治療計画から得られる分布と比較することで体内構造の再現性について評価を行う。次年度使用額は海外学会における研究報告と、線量測定のための模型作成に充てる。計画当初に予定していたファントム製作について、製作業務の委託内容を分割し、製作業者を変更することで、製作コストを大幅に削減することが出来たため。備品の購入について、計算機等性能の向上が見込まれる備品については研究の進捗に合わせて一部備品の購入を先送りしたため。削減できた製作コスト分については予算内での製作が難しいと想定していた線量測定用の治具の製作と追加のファントム作成に充てる。
リボザイム誘導システムを具備する細胞・個体レベルの遺伝子発現調節実験系の開発

特定の遺伝子の発現をテトラサイクリンにより誘導するシステム(Tet-System)を用い、培養細胞又は動物個体におけるリボザイムの発現の時期、量などを外部から調節できる系を確立する研究を行った。マウスのインスリン遺伝子をターゲットとした、アンチ・マウスインスリン人工リボザイムを構築し、これらのリボザイムがin vitroで特定の基質RNAを切断することを確認した。また、インスリンを分泌する培養細胞Min-6に導入し、細胞のインスリン分泌量の変化によりリボザイム活性を判定したところ、リボザイム導入細胞のインスリン分泌量が非導入細胞に比べ、抑制されていることが示唆されるデータが得られている。一方、動物個体内で発現調節系を作動させるため、マイクロインジェクションにより、Tet-System及び誘導対象となる遺伝子(RibozymeまたはLuciferase)をそれぞれ組み込んだトランスジェニック(Tg)マウスの作製を試みトランスジーンの導入が確認されたマウスと、これらをC57BL/6J Jclマウスと交配したF1個体を得た。このF1同士をさらに交配し、Tet-System及び誘導対象の両者を持つTgマウスを作製し、これらについて解析を行った。Tet-System導入マウスに適当濃度の誘導剤(Tetracyclin, Doxicyclin)を経口にて与え、適当な時期にマウス尻尾の一部又は血液を採取し、必要な蛋白質分画を抽出した。この抽出物を用いて、ウエスタンブロッティング、Luciferase Assay等を行い、経時的変化を見ることにより導入遺伝子の活性、発現量及び発現誘導の応答性を解析した。さらに、in vitro及び培養細胞実験系で実現したTet-Systemとリボザイムによる目的遺伝子の発現調節を、マウス個体において再現する系を引き続き検討している。マウスのインスリン遺伝子をターゲットとした、5種類のアンチーマウスインスリン人工リボザイムを構築した。恒常的発現系、及び、誘導発現系それぞれの発現ベクターに組み込んだリボザイムをインスリン分泌細胞Min-6に導入し、導入細胞をクローニングした。細胞のインスリン分泌量の変化によりリボザイム活性を判定するため、EIA(Enzyme Immuno Assay)法により細胞培養液内のインスリンを測定した。これにより、リボザイム導入細胞のインスリン分泌量が非導入細胞に比べて、抑制されていることが示唆されるデータが得られた。また、リボザイムと基質のみをin vitroで反応させる、in vitrocleavage assayにより、少なくとも構築したうち一種類についてin vitroでのリボザイム活性を確認した。一方、動物個体内で発現調節系を作動させるため、マイクロインジェクションによりテトラサイクリン誘導システム及びレポーター遺伝子(Luciferase)を組み込んだトランスジェニック(Tg)マウスの作製を開始し、5ラインのTgマウス及びこれらをC57BL/6J Jclマウスと交配したF1マウスが数十匹得られた。また、トランスジーンの導入を確認するPCRシステム、及び、トランスジーンからの目的分子の発現を確認するための実験系(酵素反応系、ウエスタン、ノーザンブロッティング)を、構築、最適化した。現在、これらの実験系を用いてF1マウスでのトランスジーンの発現状態を解析中。目的にかなったダブルTgマウスが得られれば、テトラサイクリンによる遺伝子誘導発現系が動物個体内で作動することを確認する予定である。本研究は、テトラサイクリンによる発現誘導システム(Tet-System)の影響下にリボザイムを組み込み、培養細胞又は動物個体において特定遺伝子の発現または破壊の時期、量などを外部から調節できるシステムを確立することを目的としている。本年度は、動物個体において作動するテトラサイクリン誘導システムを構築するため、マイクロインジェクションによりテトラサイクリン誘導システム及び、レポーター遺伝子(Luciferase)を組み込んだダブルトランスジェニック(Tet/Luc Tg)マウスを作製し、解析を行った。トランスジーンの導入の有無は、PCR(Plymerase Chain Reaction)法により確認し、Tet-System及びレポーターの導入された個体について交配を行い、子孫個体の内よりTet-System導入個体を多数得た。導入遺伝子の発現量および、テトラサイクリンによる発現誘導の応答性を確認するため、Tet-System導入マウスに適当濃度の誘導剤(Tetracyclin, Doxicyclin)を経口投与にて与え、適当な時斯にマウス尻尾の一部又は血液を採取し、必要な蛋白質分画を抽出した。これら抽出物を用いて、Luciferase Assay及び、ウエスタンブロッティングを行い、レポーター活性の経時的変化と、投与した誘導剤濃度との相関を見ることにより導入遺伝子の発現量及び発現誘導の応答性を解析した。また、系の保存のため、Tet-System導入個体メスより卵を採取し、凍結保存を試みた。

このF1同士をさらに交配し、Tet-System及び誘導対象の両者を持つTgマウスを作製し、これらについて解析を行った。Tet-System導入マウスに適当濃度の誘導剤(Tetracyclin, Doxicyclin)を経口にて与え、適当な時期にマウス尻尾の一部又は血液を採取し、必要な蛋白質分画を抽出した。この抽出物を用いて、ウエスタンブロッティング、Luciferase Assay等を行い、経時的変化を見ることにより導入遺伝子の活性、発現量及び発現誘導の応答性を解析した。さらに、in vitro及び培養細胞実験系で実現したTet-Systemとリボザイムによる目的遺伝子の発現調節を、マウス個体において再現する系を引き続き検討している。
環境に配慮した低炭素社会実現のための無線送電技術に関する試験的研究

【研究目的】地球温暖化等の環境問題に対する意識や化石燃料の枯渇意識の高まりとともに,動力源を化石燃料から電気エネルギーに代替した電気自動車等の普及および省エネルギー化が期待されている.現在、実用化されている電気自動車は,走行距離の長距離化や充電作業をいかに容易に行うかが重要な課題となっている.本研究では,「容易な充電」を実現するために,「無線送電技術」の実用化に向けた研究・開発を行い,「環境に配慮した低炭素社会」の実現に寄与することを目的とする.【研究方法】データの可視化など高度な数値演算機能を持つ「MATLAB」を用いて,「無線送電技術」の4方式の内で非放射型に分類される「電磁誘導方式」と「磁気共鳴方式」について,電場と磁場との強度分布から電力の伝送効率と距離および周波数との関係についてシミュレーションした.シミュレーション内では,まずコイルの形状から,磁場の強度分布を距離および周波数ごとに確認した.次に、コイル間の距離を変更して伝送効率の距離依存特性を調べた.最後に,電源周波数を変更して周波数依存特性について調べた.また,この時のコイルのインダクタンスは送電側,受電側ともに100μHとした.【研究成果】シミュレーションにより,磁場の強度分布を確認できた.また,「電磁誘導方式」においては,距離が離れると伝送効率が著しく下降していくことが確認できた.「磁気共鳴方式」では,電力送電の条件(距離・インピーダンス等)が変わると,伝送効率が著しく下降してしまうことが確認できた,しかし,本研究の目的であった電力送電の実験および車両への搭載試験には至っておらず,今後,実際にコイルを製作して,実験とシミュレーションで得られた結果との整合を確認する予定である.また、得られたシミュレーション結果を可視化することで,学生実験へ応用し,学生の電気磁気学への習熟に貢献していきたいと考える.【研究目的】地球温暖化等の環境問題に対する意識や化石燃料の枯渇意識の高まりとともに,動力源を化石燃料から電気エネルギーに代替した電気自動車等の普及および省エネルギー化が期待されている.現在、実用化されている電気自動車は,走行距離の長距離化や充電作業をいかに容易に行うかが重要な課題となっている.本研究では,「容易な充電」を実現するために,「無線送電技術」の実用化に向けた研究・開発を行い,「環境に配慮した低炭素社会」の実現に寄与することを目的とする.【研究方法】データの可視化など高度な数値演算機能を持つ「MATLAB」を用いて,「無線送電技術」の4方式の内で非放射型に分類される「電磁誘導方式」と「磁気共鳴方式」について,電場と磁場との強度分布から電力の伝送効率と距離および周波数との関係についてシミュレーションした.シミュレーション内では,まずコイルの形状から,磁場の強度分布を距離および周波数ごとに確認した.次に、コイル間の距離を変更して伝送効率の距離依存特性を調べた.最後に,電源周波数を変更して周波数依存特性について調べた.また,この時のコイルのインダクタンスは送電側,受電側ともに100μHとした.【研究成果】シミュレーションにより,磁場の強度分布を確認できた.また,「電磁誘導方式」においては,距離が離れると伝送効率が著しく下降していくことが確認できた.「磁気共鳴方式」では,電力送電の条件(距離・インピーダンス等)が変わると,伝送効率が著しく下降してしまうことが確認できた,しかし,本研究の目的であった電力送電の実験および車両への搭載試験には至っておらず,今後,実際にコイルを製作して,実験とシミュレーションで得られた結果との整合を確認する予定である.また、得られたシミュレーション結果を可視化することで,学生実験へ応用し,学生の電気磁気学への習熟に貢献していきたいと考える.
大容量LAN系光通信用モード分割多重光送信機の設計基盤に関する研究

LAN系光通信の大容量化のためのモード分割多重技術を用いた光送信機の設計基盤に関する研究を行った。LAN系光通信で主力となる電界吸収型変調器によって変調された光信号の数モードファイバ中での伝送特性解析技術を確立した。具体に、IV族系材料を用いた場合の電界吸収型変調器量子構造設計技術、数モードファイバ中でのモード間結合を考慮することのできる伝送特性解析技術を開発した。さらに、モード分割多重システムで必須となる、モード合分波器のための、波面整合法を用いた光波回路最適設計技術を開発した。それを用いて、低損失、超広帯域モード合分波器構造、また、小型、低損失、円弧形状を有するモード回転子を発明した。モード分割多重伝送技術を用いた通信用光デバイスに関する研究として、H26年度は以下の2項目に関して研究を行った。(1)変調器、および、伝送路の物理的特性解析理論を融合させたモード多重伝送解析技術の確立異なるモード間での結合が生じる、数モードファイバの伝送特性を解析するために、マイクロベンドなど、モード間結合を生じさせるファイバ中での摂動を取り入れた、伝送特性解析法を新たに開発した。具体に、フィールド結合モデルに基づき、プリンシパルモードと呼ばれる、マルチモードファイバ特有の固有状態の解析により、モード間結合が生じる中での、各モードの群遅延解析技術を確立した。その際、ファイバ断面の解析には高精度フルベクトル有限要素法を用いることにより、任意形状の数モードファイバの解析が可能な汎用解析技術として開発している。また、変調器解析理論として、SiなどIV族系材料を扱うことのできる量子構造設計理論の構築にも成功した。(2)モード制御光波回路極限性能追求のための解析設計理論の構築平面光波回路(PLC)型2モード合分波器に関して、マルチモード入出力を含む、モード制御光波回路に適用可能な波面整合法を新たに開発した。開発した手法を用いて、PLC型、LP01/LP11、2モード合分波回路の波長依存損失の低減、究極性能を実現する導波構造の探索を行い、波面整合設計をしない場合に比べて、大幅に波長依存性を低減する構成を見出した。開発した手法はLP01/LP11モード以外の合波器にも適用可能であり、モード制御光波回路の汎用設計技術として用いることができる。モード分割多重伝送技術を用いた通信用光デバイスに関する研究として、H27年度は以下の2項目に関して研究を行った。(3)数モードファイバにおける、中・長距離向け電界吸収型変調器性能の明確化数モードファイバ中のモード間結合に基づく、群遅延広がり解析技術、および、伝送特性解析理論の新規開発を行った。ファイバ中で結合を生じさせる摂動としてマイクロベンドモデルを構築し、開発した理論を用いて、結合型マルチコアファイバの群遅延広がりの解析を行い、報告されている実験結果との良い一致を得ることで、構築したモデルの妥当性を示し、学会発表を行った。また、前年度に開発した、IV族系材料のための量子構造設計理論を用いて、中赤外でのIV族系材料を用いた電界吸収型変調器構造の検討を行い、その設計指針を得ることに成功し、学会、論文発表を行った。(4)極小波長依存モード制御光波回路の提案前年度に開発した、波面性合法に基づくモード制御光波回路設計技術を用いて、各種のモード制御光波回路の検討を行った。通常のモード合分波器に、最適設計手法である破面性合法を適用することで、極小波長依存、低損失、LP01、LP11モード合分波器を考案し、特許出願、学会発表を行った。さらに、モード回転子に対しても波面性合法を用いることで、通常の回転子よりも大きさを半分程度に小型化可能な円弧型モード回転子を新規考案し、特許出願、学会発表を行った。考案した素子は現在作製中である。さらに、開発した設計技術を駆使して、世界で初めての6モード合分波器を設計、実現した。この成果についても、学会発表を行った。H26年度の目標のうち、(1)変調器、および、伝送路の物理的特性解析理論を融合させたモード多重伝送解析技術の確立、については、任意形状を有する数モードファイバ中での、マイクロベンドなどの摂動によるモード間結合をモデリングする技術の開発に成功した。この解析技術は、研究代表者が別途開発している変調器解析理論との融合が可能である。本目標に関して、海外学術雑誌に1篇の論文を発表、2014年度内に電子情報通信学会の研究会、総合大会、支部会において6件の口頭講演として発表しており、「おおむね順調に進展している」と判断した。

(2)モード制御光波回路極限性能追求のための解析設計理論の構築、に関しては、H26年度の目標であったモード制御光波回路解析設計理論として、マルチモード入出力対応可能な波面整合法の開発に成功し、なおかつ、H27年度以降の目標であった、極小波長依存モード制御光波回路の構成について検討し、初期検討結果を外部発表できた。これらの成果については、共同研究者である日本電信電話株式会社と共願で特許を出願済み、また、2015年3月の電子情報通信学会で成果を発表しており、今後、国際会議投稿、論文化を進めていく。さらに、モード変換器の1種である偏波変換器の性能向上についても検討し、こちらも、2015年3月の電子情報通信学会で成果を発表、これらのことから「当初の計画以上に進展している」と判断した。そのほか、本課題に関連した学術発表も行い、H26年度全体としては、「当初の計画以上に進展している」と判断した。27年度が最終年度であるため、記入しない。光ファイバ通信H27年度では、H26年度の業績を踏まえ、申請書記載の以下の2項目を達成することを目標とする。(3)数モードファイバにおける、中・短距離向け電界吸収型変調器性能の明確化H26年度に開発した手法をもとに、数モードファイバ中でのモード間結合を考慮した場合の、電界吸収型変調器に求められる性能を明確化する。プリンシパルモード解析に基づく、数モードファイバのインパルス応答、群遅延広がりの解析を行い、モード間クロストークが存在する伝送路上で、特にチャーピング特性に着目し、伝送距離を最大化する変調器性能を明確化する。(4)極小波長依存モード制御光波回路の提案H26年度の開発した波面性合法に基づくモード制御光波回路設計技術を用いて、極小波長依存2モード合分波器の構成を追及する。各種の導波路コアの比屈折率差、導波路高さに対して、2モード合分波器の最適構造探索を行い、非対称方向性結合器型、LP01、LP11の2モード合分波回路の極小波長依存設計指針を確立し、その最適構造を提案することで、実用に耐えうるモード合分波回路の実現を目指す。
FTパルスEPR法による分子性低次元磁性体のスピン相関とスピン緩和の研究

遷移金属イオンや有機ラジカル分子からなる低次元スピン系のスピン相関・スピン緩和を、FTパルス電子スピン共鳴法(EPR)を用いて調べることを試みた。得られた知見は以下の通りである。1.取りあげたニトロニルニトロキシド系有機分子錯体の結晶中では、基底スピン量子数の異なる2種類の分子(スピン量子数S=1/2とS=1)が交互に並んで1次元鎖を形成しており、互いに反強磁性的に相互作用していることがわかっている。この化合物のスピン-スピン緩和時間(横緩和時間)を調べたところ、80Kと10Kの間で温度の低下とともに徐々に増大することがわかった。このような温度変化は、従来研究されていた遷移金属イオンの低次元スピン系とはまったく異なるものであり、特異なスピン-スピン緩和の存在を示唆する。磁化率の測定結果やスピン状態の数値計算を考え併せた結果、S=1分子内の2つの不対電子がそれぞれ別個に隣の分子のスピンと対を作って磁気モーメントを失うことがわかった。S=1分子内の磁気的自由度の存在が、分子間一重項対の形成を通してスピン-スピン緩和に反映されたものと解釈できる。有機フェリ磁性体の実現が困難である理由のひとつとして、磁気秩序が上記の分子間一重項対によって阻害されることを提案した。2.2次元系として(CnH2n+1)CuCl4を調べる予定だったが、実験の結果、緩和時間が極めて短く信号の検出が困難であることがわかった。そこで、より基本的な2-スピン系である酢酸銅(亜鉛をドープしたもの)を取りあげ、パルスEPRによるニューテーションスペクトルを調べた。その結果、S=1/2(ドープ部位)とS=1(非ドープ部位)との間で分子間スピン分極移動が起こっていることを明らかにした。この結果はパルスEPRの新たな活用法-より検出感度の高い共存スピン種を経由して微弱信号成分を観測する-を示唆するものである。
磁気インピーダンスセンサを用いた超小型・広帯域磁力計システムの開発

昨年度に引き続き、駆動回路及びMIセンサを研究代表者のグループの研究室内で製作し、回路定数、感度、コイルの巻数を変えて動作テストを繰り返し、磁場を感知して、正常に駆動する回路を製作した。昨年度までに行ってきたMIセンサ及び駆動回路の1次・2次試作では、磁気シールドケース内でのDC磁場変動は数百nT以上もあったが、3次試作では、この値が6.2nT程度の変動にまで改善された。また3次試作最終回路のACノイズレベルは、0.64nT/Hzであった。DC安定度については、定磁場基準のフィードバック、MI出力パルスの積分化、MIセンサに交流磁場を印加するなどの対策が効いているものと思われる。しかし、DC安定度が増したとはいえ、周辺の環境変化(温度・湿度変化等)に耐えられるほどの安定度はなく、センサを移動させたりするとDCオフセットが大きく変化する、という特徴は変わらない。また、現在のACノイズレベルの高さでは、弱いもので0.01nT程度の振幅を持つPc1帯の地磁気脈動をとらえるのは難しい。3次試作中、ACノイズレベルの低減に努めたが、それでも0.05nT/Hzが最高であった。ノイズレベルの高さの大きな要因の一つは、MIパルスのサンプリングに使っているアナログスイッチが出しているノイズであり、このアナログスイッチのノイズ低減方法を考えることが今後の課題であることがわかった。1.平成20年4月に、研究代表者、連携研究者、研究協力者が名古屋大学に集まり、MIセンサ開発のための会議を行った。2.駆動回路及びMIセンサを研究代表者のグループの研究室内で製作した。センサ部に高周波の矩形波をかけて、出力をスイッチング回路で取り出した。しかし、この出力はパルス電圧として出てくるため、パルスの高さをどの点で測定するかによって、出力の値が大きく変化してしまい、安定した定量的な測定が、このままでは難しいことがわかった。今後、出力パルスの中で、測定する時間を一定にしたり、パルスの大きさを積分するためのOPアンプ回路を作成したりして、安定した出力が得られるよう、工夫していく予定である。3.作成した回路及びセンサを磁気シールドケースに収めて、日単位のドリフトの変化を調べた。その結果、1日の中でも数百nT程度ドリフトしてしまうケースがあることがわかった。また、周辺の電源のon/offや磁性体の移動に伴って、出力のオフセット値が変わってしまう、ということもわかった。このような不安定性の原因として、MIセンサの帯磁の問題が考えられる。しかし場合によって帯磁の方向が違ったり、その大きさも安定しておらず、この帯磁の問題をどのように防ぐか、という点が課題であることがわかった。
メニーコアCPUにおける高性能なオペレーティングシステム構成法の研究

モノリシックカーネルOSのTenderにおいて,排他制御を削減する方式を設計し,実現した結果,LinuxやFreeBSDと同等以上の性能であり,理想値に近い性能を出せることを明らかにした.また,コア毎にOSを起動する方式を実現し,評価した.評価の結果,NUMA構成における提案方式の課題を明らかにし,NUMA構成における設計指針を示した.既存OSには,OS内部の構造に統一的な設計方針がなく,マルチコアCPUやメニーコアCPUに対応する場合に,OSの機能ごとに排他が必要な部分を調査し,それぞれ異なる粒度で排他制御を実現している.また,排他を制御する部分は,OSの各機能毎に点在しており,排他によるプログラムの修正箇所は,OS内に分散して多数存在する.上記の課題を解決するため,資源の分離と独立化機構を実現し,OS内部の構造を統一的な設計方針で実現しているTenderオペレーティングシステムにおいて,マルチコアCPUに対応するための2つの排他制御方式を実現した.(方式1)資源種別単位での排他制御では,資源の種類ごとに排他制御することで,粗粒度ロックによるマルチコア対応を実現する.(方式2)資源識別子単位での排他制御では,個々の資源に与えられた識別子ごとに排他制御することで,細粒度ロックによるマルチコア対応を実現する.これらの方式をTenderに実現し,提案方式の有用性を評価した.評価結果から,細粒度ロックを実現したTenderは,細粒度ロックを実現したFreeBSDよりも行数における排他制御量の割合を約0.12%,Linuxよりも約0.2%だけ少なくしてマルチコア対応を実現していることを示した.また,性能向上比の評価では,粗粒度ロックを実現したTenderは,操作対象とする資源の種類数以上のコア数では,性能を向上させることができず,コア数の増加に対して有用な方式でないことが分かった.一方,細粒度ロックを実現したTenderは,メモリ処理,プロセス生成処理,およびプロセス間通信処理において4コアの場合,性能向上率が約4.0倍となり,細粒度ロックを実現したLinuxやFreeBSDと同程度以上の性能であり,理想値に近い性能であることを示した.複数コアを管理できるOSを複数同時に起動できる構成を実現するために,1コアを管理するOSをコア毎に起動する構成を設計した.また,各OSは,他OSが管理する資源を利用するために,遠隔手続き呼び出しで利用できる機構を設計した.これにより,OS間での共有データをなくすことができ,コア間での排他制御によるオーバヘッドをなくすことができる.具体的な実現方式は,以下の通りである.共有データを削減するために,OSが制御し管理する対象(以降,資源)をコアごとに用意し,個別に管理するOS構造を提案した.これにより,アプリケーションプログラム(以降,AP)による資源操作における排他制御箇所を削減できる.なお,提案方式では,APは,走行するコアの資源のみを利用することになり,計算機全体の資源を効率的に利用できない.そこで,資源操作をコア間で連携させ,遠隔手続呼出制御により処理を連携できる機能を設計した.また,プロセス間データ用のメモリ空間を利用して,OS内のプロセス間で高速なプロセス間通信を実現する機構を設計した.実装と評価により,提案方式を実現したTenderオペレーティングシステムの既存のプロセス間通信より,高速であることを示した.平成26年度に実施した1コアを管理するOSをコア毎に起動する構成の設計に基づき,本構成の実装を行い,各コアで1コアを管理するOSを起動することを実現した.具体的には,最初に,一つのOSを起動してハードウェア全体を初期化し,利用できる状態にし,その後,OSの資源管理部を複数起動し,ハードウェア資源を各資源管理部で排他的に管理する方法を実現した.この機構をXeonプロセッサを2つ搭載した計算機上で評価した.この結果,提案手法の構成法では,コア数が8個までは十分な性能が得られたが,コア数が9個以上で十分な性能が出ないことがわかった.この結果から,NUMA構成において性能を十分に出すために,新たな検討が必要であることがわかった.このため,NUMA構成において,プロセッサとメモリの関係について評価を行い,提案手法をNUMA構成の計算機においてどのように実現すべきかの指針を示した.また,本研究でのコア間での遠隔手続きの実現の検討のため,コア間で高速なプロセス間通信を実現するソフトウェアTLB機構についても成果をまとめた.モノリシックカーネルOSのTenderにおいて,排他制御を削減する方式を設計し,実現した結果,LinuxやFreeBSDと同等以上の性能であり,理想値に近い性能を出せることを明らかにした.また,コア毎にOSを起動する方式を実現し,評価した.評価の結果,NUMA構成における提案方式の課題を明らかにし,NUMA構成における設計指針を示した.平成26年度末の時点で申請書類に記載の研究計画通りの項目まで進捗しているため.基盤ソフトウェア研究計画通りに,マルチコアCPU上に複数のOSを起動させる方式を実現する.また,この環境でOS間の高速な資源呼び出しを実現する手法を実現する.当初の計画では,資源種別単位での排他制御を初年度に実現する予定だったが,資源種別単位での排他制御方式に加えて,資源識別子単位での排他制御についても基本方式を実現し,基本評価が行えたため.研究計画の通りに,資源識別子単位での排他制御の詳細な評価を進め,複数個のコアを1つのOSでまとめて管理し,それらのOSが1つのコンピュータ上に複数同時に存在する構成の検討を進める.
神経性糖脂質分子種とミエリンタンパクの遺伝子クローニングとその系統発生的解析

進化の段階の異なる各種脊椎動物神経膜構成成分の発現に関する遺伝子の同定と発現機構解析が本研究の目的である。1.培養神経細胞の分化と腫瘍原性および糖脂質組成の変化について。ラット褐色細胞腫由来のPC12細胞は神経成長因子(NGF)に応答して神経突起を形成する。PC12をv-rasを持つウイルスに感染させても同様の分化がおこる。我々は癌遺伝子によって惹き起こされるPC12の分化と膜表面構成物質との関係を明きらかにするため、グルココルチコイド(デキサメサゾン、DX)によって発現を制御出来るベクターpMSGにras遺伝子を組み込み、PC12に導入して選択培地で培養し、新しい細胞株MR31を確立した。MR31培養液にDXを添加すると、24時間後に突起の形成が始まり、ノルアドレナリン等のカテコールアミン含量やアセチルコリンエステラーゼ活性が上昇して神経細胞としての分化が始まったことが確認された。ヌードマウスを使ってPC12とMR31の腫瘍原性を比較すると、PC12の高い腫瘍原性がMR31では激減し、糖脂質の変化が観察された。2.α-ヒドロキシ酸含有セレブロシド(フレノシン)を培養細胞で発現出来る系の確立についての研究。ミエリン形成期のマウス脳から総RNAを抽出し、oligo-(dT)セルロースカラムにてm-RNAを調製し、λgt10のc-DNAライブラリーとした。(1)その一部をベクターにつなぎ、NIH3T3細胞にリン酸カルシウム法にて導入し、G-418選択培地での培養、(2)一部についてはレトロウイルスベクターpZIP-NeoSV(X)1のBamH1部位に接続、これをヘルパーウイルスを持つ3T3(ψ2)に導入、ウイルス粒子を回収し、このウイルスによるNIH3T3k細胞の感染、等の方法にフレノシン含有コロニーの選別を試みている。本研究の初年度の目標は(1)α-ヒドロキシ脂肪酸含有セレブロシド(フレノシン)を培養細胞で発現出来る系の確立と,無尾両生類のミエリン塩基性タンパク質陽性のC-DNAクローンの選別であった.申請者はまづ,細胞培養,ライブラリーのレトロウイルス発現ベクターへの接続,細胞への遺伝子移入の基礎実験として, c-Ha-ras遺伝子の完全エクソンを含むフラグメント(SacIフラグメント)を発現ベクターpMSG(マウス乳癌ウイルス, MMTV1のLTRとSV-40oriとプロモーター, E Caligptを持つ)に接続し,ラット褐色細胞腫由来PC-12に遺伝子移入. HATとミコフェノール酸を含む選択培地で培養した. c-Ha-rasとPC-12細胞を使用した理由は, ras遺伝子によりPC-12は突起を生成するので,遺伝子が移入された細胞を簡単に確認できるからである.その結果,デキサメタゾン依存性のras-タンパクを産生するPC-12系を確立した.この細胞には外来のras遺伝子が組み込まれている事をサザンハイブリダイゼーションで確認した.また,元のPC-12細胞と比較するとヌードマウスでの腫瘍誘発能力に明らかな差を生じた.現在,糖脂質を分析中であり, 63年度中にpublishの予定である.そこで,本研究の最初の目的であった「培養細胞でフレノシンを発現できる系の確立」の実験にとりかかった.ミエリン形成期のマウス脳からc+DNAライブラリーを作製して(Amercham,c-DNA合成キット, λgt10クローニングキットを使用)保存し,その一部をレトロウイルスベクターpZIP-NeoSV(X)1のBamHI部位に挿入,これをヘルパーウイルスを持つ3T3(ψ2)にリン酸カルシウム法で導入し, G-418(ジェネテシン)培地で培養しウイルス粒子を回収する.