hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
医療手術の訓練/模擬システム構築のための基礎的研究

本研究では,医療手術の模擬/訓練システム構築を目指して,種々の視点からの基礎的な研究を行った.まず医療手術のシミュレーションでは不可欠な柔軟物体のモデル化のためにバネ・ダンパモデルを導入し,バネの収縮長にある一定の制限を設ける手法を提案した.モデルは単に変形操作させるだけでなく,切断や切開も可能とした.次に運動技能の訓練に焦点を当て,新たな運動技能伝達法を提案した.動作の主体者からの視覚を提示するいわゆる教師視覚提示が,技能訓練において非常に有効であることが示され,振動提示は特に視覚提示が及ばない場面において有意な有効性を示した.医療手術も運動技能の一種であり,ここで提案された手法を適用することにより,効率のよい訓練が可能となることが期待される.続いて,シースルーHMD上に付加的な映像を正確に重ね合わせるために,画像ベースのトラッキング手法に頭部運動の加速度をも計測して利用する手法を提案した.ここで提案した手法は,激しい頭部の動きに対しても常に仮想映像を正しく現実映像上に重ね合わせることを可能としており,医療手術等の技能訓練システムにおいて重要な「見たものが触れるもの」を実現する上で必要不可欠となる.最後に,複数の仮想物体を単一の遭遇型ハプティックデバイスで提示するための,ハプティックデバイスの動作計画について論じた.遭遇型ハプティックデバイスは,デバイスからの常時装着感を解放し,物体接触時におけるリアルな接触感覚の提示を可能とし,特に医療手術のように仮想物体の形状が既知で種類も限られている場合に有効な手法である.以上のように,本研究では医療手術の模擬/訓練システム構築のために様々な角度からの研究を行った.これらの成果は,将来実際に医療手術の模擬/訓練システムを構築する際の重要な基礎となるであろう.本研究では,医療手術の模擬/訓練システム構築を目指して,種々の視点からの基礎的な研究を行った.まず医療手術のシミュレーションでは不可欠な柔軟物体のモデル化のためにバネ・ダンパモデルを導入し,バネの収縮長にある一定の制限を設ける手法を提案した.モデルは単に変形操作させるだけでなく,切断や切開も可能とした.次に運動技能の訓練に焦点を当て,新たな運動技能伝達法を提案した.動作の主体者からの視覚を提示するいわゆる教師視覚提示が,技能訓練において非常に有効であることが示され,振動提示は特に視覚提示が及ばない場面において有意な有効性を示した.医療手術も運動技能の一種であり,ここで提案された手法を適用することにより,効率のよい訓練が可能となることが期待される.続いて,シースルーHMD上に付加的な映像を正確に重ね合わせるために,画像ベースのトラッキング手法に頭部運動の加速度をも計測して利用する手法を提案した.ここで提案した手法は,激しい頭部の動きに対しても常に仮想映像を正しく現実映像上に重ね合わせることを可能としており,医療手術等の技能訓練システムにおいて重要な「見たものが触れるもの」を実現する上で必要不可欠となる.最後に,複数の仮想物体を単一の遭遇型ハプティックデバイスで提示するための,ハプティックデバイスの動作計画について論じた.遭遇型ハプティックデバイスは,デバイスからの常時装着感を解放し,物体接触時におけるリアルな接触感覚の提示を可能とし,特に医療手術のように仮想物体の形状が既知で種類も限られている場合に有効な手法である.以上のように,本研究では医療手術の模擬/訓練システム構築のために様々な角度からの研究を行った.これらの成果は,将来実際に医療手術の模擬/訓練システムを構築する際の重要な基礎となるであろう.1.剛体,弾性体,柔軟体の混在する環境下での力感覚提示法の確立医療手術への応用を想定し,剛体だけでなく弾性体や柔軟体が混在する状況下での物体操作中の力感覚を求める統一的手法の確立を目指し,有限要素法やバネマスモデルなどの種々の方法を検討した.今年度購入したグラフィックワークステーション上で,剛体,弾性体,柔軟体の表示が可能となった.剛体の力覚提示法の目処はついたが,弾性体,柔軟体の力感覚提示では必要計算量が膨大となり実時間処理が難しいことが判明し,引き続き次年度で検討することとした.2.切開や切断が可能な柔軟体のモデル化手法と,切開・切断時の力感覚提示法の確立臓器や組織などのようにツールによる切開・切断が可能な柔軟体のモデル化手法の確立を目指して種々の方法を検討した.計算量の点でまだ問題があり1.とともに次年度で引き続き検討する.3.画像情報に基づいた視覚デイスプレイと力覚提示装置との正しい登録手法の確立「見たものが触れるもの(WYSIWYF)」という理想的な状況を実現するために,画像情報に基づいた視覚系と力覚系の正確な登録手法を確立した.画像情報のみでは30Hzというビデオレートの制限から,すばやい頭部の動きによって表示に遅れが生じたり特徴点の追跡に失敗するので,頭部に装着した加速度センサからの加速度情報を併用して信頼性が高くかつ精度の良い登録手法を確立した.カメラに加速度センサを取り付けた実験装置で,実際に手法の有効性を確認した.今年度購入したヘッドマウントディスプレイへの実装と評価は次年度に行なう予定である.1.切開や切断が可能な柔軟体のモデル化手法と,剛体と柔軟体が混在する環境下での力覚提示法の確立前年度に引き続き,切開や切断が可能な柔軟体のモデル化手法を検討した.バネ・ダンパ・マスモデルを基本とし,接触領域近傍の状態のみを更新することにより計算量が膨大となる問題を解決した.またバネの伸縮長に制限を設けることにより,これまでバネモデルの問題点の一つであった質点の入れ替わり現象を回避することができた.

2.力覚提示装置の試作と操作感提示の実験1.で確立された手法に基づき,シミュレーションプログラムを作成し,グラフィックワークステーションに表示させるとともに,力覚提示装置に接触時や切開時の反力を提示するシステムを試作した.現在は一点接触のみの単純な場合しか扱えないが,順次より複雑な接触にも対応するように拡張する予定である.また本研究ではユーザが仮想空間内でツールを把持しているときのみ実際に力覚提示装置を把持する「遭遇型」のアプローチをとるため,将来の医療手術シミュレーションを想定して複数のツールを単一の力覚提示装置で模擬する場合における力覚提示装置の動作計画法についても検討した.3.視覚系と力覚系が正しく登録された低想環境模擬システムの構築前年度に確立した画像情報と加速度情報に基づいた視覚系と力覚系の正確な登録手法をヘッドマウントディスプレイに実装した.今年度は,ビデオカメラの画像の取り込みタイミングにも注意を払うことにより前年度の手法をさらに改良し,すばやい頭部の動きにでもより正確に頭部運動を追跡・予測できるようにした.予測に基づいて,実画面に仮想の画像を重ね合わせる実験を行い,定量的な評価も行った.さらに画像ベースのトラッキングのためのマーカーを環境中に多数配置し,動作範囲を拡大させることにも成功した.1.視覚系と力覚系が正しく登録された仮想環境模擬システムの構築と複数ツールへの拡張単一の遭遇型ハプティックデバイスで複数の仮想物体を模擬するためのデバイスの軌道計画法を確立した.仮想物体が存在する位置を頂点とする多面体と使用者の手との衝突問題ととらえることにより,効率的でかつ安全なデバイスの軌道生成が実現できた.また「見たものが触れるもの」を実現するために,オフライン処理ながらクロマキー処理を行い有効性を確認した.2.技能動作の記録と技能伝達動作提示手法の評価技能動作の伝達手法として,教師の視点の映像を提示し,さらに使用者の体の適当な部位に振動体を取り付けて理想動作からのずれを振動で提示する手法を新たに提案した.提案手法の有効性を実験的に検証したところ,教師の視点からの視覚提示は非常に有効であった.また,振動提示は特に視覚提示が不完全な場合に有効であり,技能提示において目の行き届かない部位での有効性が示唆された.3.訓練/模擬システムの評価とまとめ視覚系と力覚系が正しく登録された仮想環境下で,複数の仮想物体を扱う作業の模擬が違和感なく可能であることが分かった.また視覚または力覚を通して誤差の提示を適当に行えば,反復訓練により見本動作を精度よく追従できることが分かった.ただし効率的な運動技能伝達のためには,人間の技能の学習・認知の機構をさらに理解すべきであることが分かった.
ポジトロニウム負イオン系における共鳴状態の探索

本研究では、ポジトロニウム負イオンの一光子光脱離過程における共鳴(1P)を観測するために、ポジトロニウム負イオンのレーザー分光を行った。高強度ポジトロニウム負イオンビームと波長可変の紫外レーザー光源(225 - 230 nm)を用いることで、Ps(n=2)の形成しきい値より上に現れる形状共鳴を観測することができた。見積もられた共鳴エネルギーの値は量子三体計算の結果とよく一致することがわかった。本研究では,特異なクーロン3体系,ポジトロニウム負イオンの1光子吸収過程における共鳴状態を探索することを目的としている.研究初年度となる25年度では,紫外レーザー光の光学系とフラグメント検出系からなる分光装置を構築し,Ps(n=2)閾値直上に予測される形状共鳴の観測を行った.当初,迷光由来の膨大なバックグラウンドが観測され、実験は困難を極めたが,遮光を目的とした多段バッフルの設置とレーザー空間モードの入念な調整によって実験が出来る状態となった.形状共鳴の波長において実験を行い,中性フラグメントの速度制御と飛行時間測定を併用した粒子識別法を用いて,光脱離由来のポジトロニウムを観測することに成功した.また,フラグメント収量に対する波長走査の結果から,共鳴波長での収量増大が認められ,形状共鳴経由の光脱離事象を示唆する結果を得た.以上のように,ポジトロニウム負イオンの共鳴光脱離の観測を経て,レーザー分光実験の一里塚を築いた.ポジトロニウム負イオン(電子2個と陽電子1個の束縛状態)は、等しい質量のレプトンのみから構成される3体系であるため、量子力学的3体問題の理想的な研究対象である。本研究では、ポジトロニウム負イオンのレーザー分光計測を実施し、紫外域に理論予測される1Po共鳴を観測することを目的としている。本年度(最終年度)は、前年度に開発した分光装置に以下の改良を施した。(1)長時間計測に対応できるよう、色素レーザー光源の安定化を図り、DBCAO溶解の色素(クマリン)溶液を用いて色素の寿命を前年度比3倍に改善させた。(2)測定の効率を上げるために高速デジタイザーを基にしたデータ収集系を構築した。(3)迷光によるバックグラウンドを抑えるため、多連バッフルを配置した導入管を光路上に設け、S/B比を前年度比で1桁近く改善させた。相対光脱離断面積を波長の関数として測定した結果、断面積上に非対称な共鳴構造が観測された。この共鳴構造は理論計算と良い一致を示し、1Po状態の形状共鳴に因るものと推測される。この結果は、ポジトロニウム負イオン系での共鳴状態の発見を示すものであり、ポジトロニウム負イオンのレーザー分光への道を拓いたといえる。この研究成果について、現在投稿論文を準備中である。26年度が最終年度であるため、記入しない。数物系科学26年度が最終年度であるため、記入しない。当初の研究計画に沿って,本年度中にポジトロニウム負イオンの分光システムを開発し,これを用いて形状共鳴経由の光脱離過程を観測することが出来た.ビームタイムの大半を迷光処置に費やしたため,詳細な共鳴プロファイルは得られなかったが,共鳴波長でのフラグメント収量増大を示す重要な結果が得られており,今後の発展性に期待が持てる.26年度には分光システムに改良を施し,2014年6月のビームタイムで本格的な実験を遂行する.具体的には,迷光バックグラウンドの更なる抑制に向けた真空槽の改良,レーザー光源の安定化,レーザーの波長走査と連動する自動計測系の開発等を行う.形状共鳴の詳細な共鳴プロファイルを取得し,共鳴エネルギーの見積もりを進めていく.また,共鳴幅の狭いFeshbach系列の共鳴観測も試みる予定である.
核内染色体テリトリーおよび核内小分子群の同一細胞内での可視化系の開発

本研究では、3D-FISH法による核内染色体テリトリー(CT)の3次元核内配置解析を通じて、ゲノム空間配置の基本的性状を把握し、CTとクロマチン間領域に存在する小分子群との間で、どのような相互作用が生じているかを明らかにすることを目指している。まずCTと核タンパク質の同一核内における同時可視化系の確立を行った。諸条件を検討し、1)完全同時可視化法、2)マージ方式同時可視化法の2通りの手法を確立した。さらにCTと核タンパク質のみならず、RNAを重ねた同一核内での3重蛍光可視化系の開発を行った。これは3D-FISH-IF組合せ法にRNA-FISH法を組み合わせることで可能となった。具体例として、IFにより核小体タンパク質フィブリラリンを検出後、3D-RNA-FISHにより5S rRNA、3D-DNA-FIsHによりCT13qおよびCT21qを検出し同一細胞核での同時可視化系プロトコールを確立した。一方、RNA分子群の局在の全体像を把握するために、sytoRNA select染色を行ったところ、タンパク質変性処理前後でRNAシグナルの形状と強度に変化が生じていた。これはRNAとタンパク質が高次複合体を形成しつつ、様々な結合状態で存在することを示唆していた。特に50%ホルムアミド処置後の分裂期細胞では、染色体自身と染色体を覆い囲む領域にRNAの局在が集中しており、この時に観察される染色体を覆い囲む領域を「分裂期染色体包括領域: mitotic chromosome coating sphere(MiCCS)」と命名した。今後はMiCCSに含まれるRNA分子群の詳細な解析を行い、3D-RNA-DNA-FISH-IF組合せ法を応用して、引き続きCTの空間配置トポロジー制御機構と、細胞核内をシステムとして動かしている様々な小分子群の核内オペレーターとしての本態の解明を目指す。細胞核における核内染色体は高度に区画化された「染色体テリトリー(CT)」を持ち、染色体の物理サイズ、遺伝子密度、遺伝子発現状態などに関連して、その核内配置が規定されているものと考えられている。CTのダイナミクスを探る一環として、主としてクロマチン間領域に存在する核タンパク質とCTとの間で、空間的にどのような相互作用が生じているかを明らかにすることを目的とし、核タンパク質とCTおよび特定遺伝子領域の同一核内での可視化プロトコールの開発を行った(H17-18年度、本特定領域研究)。この成果に基づいて、本研究では、CTとタンパク質だけではなく、RNA分子を主体とした核内小分子群を対象とし、3D-FISH法をベースとした同時可視化系の開発を目指している。まず、RNA分子群の細胞内局在の全体像を把握するために、哺乳類細胞を材料としてRNA特異的染色試薬であるsyto RNA select用いて、間期および分裂期における局在と動態を調べた。その結果、1)分裂期細胞では染色体周辺部にRNA分子群が高濃度に局在すること、2)間期核ではRNA polymerase IIおよびKi-67と共局在するRNA分子群の頻度が高く、HP1と共局在する頻度が低いこと、3)RNA分子群の多くの成分が核内タンパク質と高次構造体を形成している可能性があること、が明らかにされた。RNA分子群のうち、今後はCTの空間配置トポロジー制御に関与するものに着目し、RNA分子群とCTおよびタンパク質の同時可視化系プロトコールの開発を通して、細胞核内をシステムとして動かしている様々な小分子群の核内オペレーターとしての本態を明らかにしていく。
ロケットベース複合エンジンに関する研究

本研究は、低速域に空気液化サイクルエンジン(LACE)、ラム圧縮が十分な高速域になるとスクラムジェット、さらに高速ではロケットエンジン(LRE)へと作動サイクルを切り替えるロケットベース複合エンジン(RBCC)で生じる現象の解明と、課題の抽出を目的とする。LACEのシステム性能は空気液化用熱交換器の性能に強く依存するため、数値計算による液化性能予測を行うとともに、小型高性能熱交換器を試作し、空気の主成分である窒素ガスを液体水素で液化する地上模擬試験を実施した。この結果を踏まえ、飛行マッハ数M=15の速度域において、飛行動圧一定とした飛行経路を想定し、飛行時のエンジン比推力を算定した。その結果、M=4付近で水素供給ラインを切り換えることにより、LREモードとのサイクル切り替えが容易な基本LACEシステムでも比較的高い比推力が得られることが判明した。LACEモード作動時の空気取り入れ口に関しては、モデル実験及び数値計算による検討を行った。その結果、層流粘性および乱流粘性を考慮した計算モデルは超音速インテークの定性的性能評価に十分な精度を有することが判明した。この計算モデルを用いて、代表的な形状を有する2種類の超音速インテークに対して特性解析を行い、両者の得失を明らかにした。スクラムジェット・モード作動における空気取入れ口について、機体取り付け形状が性能に及ぼす影響を理論的及び実験的に検討した。その結果、機体下面を飛行方向に平行に戻した後に空気取入れ口を取り付けた場合、予圧縮効果は得られず、性能が低下することが判明した。また分離部のモデル実験を行い、擬似衝撃波による壁圧の非定常特性を検討した結果、後ろ向きステップを有する場合は、擬似衝撃波の発生位置により強いピーク周波数を持ち遠方まで相互相関が存在する圧力振動が発生することが明らかとなった。本研究は、離陸時には酸化剤に空気を利用する空気液化サイクルエンジン(LACE:レース)、ラム圧縮が十分な高速域になるとスクラムジェット、さらに高速ではロケットへと作動サイクルを切り替えるロケットベース複合エンジンで生じる現象の解明と、エンジン構成に必要な基礎技術の確立を目的とする。今年度行った研究内容の概要を以下に示す。1.エンジンシステムレースモード作動時におけるシステム性能を算定するためにエンジンシステム解析を行った。現状技術レベルを踏まえてレースを構成する各要素の効率を算定し、各要素間のエネルギー収支バランスに基づくステム性能を評価した。その結果、飛行マッハ数15の速度域におけるシステム成立性を確認するとともに、純粋ロケットモードに比べ十分高い比推力が得られることが分かった。2.レース作動時空気取入口に関する基礎資料を得るために、超音速インテ-クモデルを設計・製作し、計算機によるデータ処理システムを構築した。また数値シュミレーションのために2次元数値計算コードを開発し、既存の超音速流れデータによりその信頼性を確認した。空気液化部に関しては、液体水素で流入空気を液化する高性能熱交換器供試体を設計・製作し、試験用設備及び計測系の整備を進めた。また空気液化部の流動状態を把握するために、低温流体の気液混相流数値シュミレーションを行い、その特異性を明らかにするとともに、低温流動試験装置の整備を進めた。3.スクラムジェット作動時スクラムジェット燃焼により生じる擬似衝撃波の上流伝播を防ぐ分離部のモデル実験を行い、流れ場の可視化観察及び壁面圧力分布を測定した。その結果、擬似衝撃波がステップを遡るために必要な背圧増加は、ステップと流路の高さの比に比例することが分かった。また、擬似衝撃波の上流伝播に伴い流路幅方向に著しい非対称性が発生し、大きな剥離領域が生じることが判明した。

本研究は、低速域に空気液化サイクルエンジン(LACE)、ラム圧縮が十分な高速域になるとスクラムジェット、さらに高速ではロケットエンジン(LRE)へと作動サイクルを切り替えるロケットベース複合エンジン(RBCC)で生じる現象の解明と、課題の抽出を目的とする。LACEのシステム性能は空気液化用熱交換器の性能に強く依存するため、数値計算による液化性能予測を行うとともに、小型高性能熱交換器を試作し、空気の主成分である窒素ガスを液体水素で液化する地上模擬試験を実施した。この結果を踏まえ、飛行マッハ数M=15の速度域において、飛行動圧一定とした飛行経路を想定し、飛行時のエンジン比推力を算定した。その結果、M=4付近で水素供給ラインを切り換えることにより、LREモードとのサイクル切り替えが容易な基本LACEシステムでも比較的高い比推力が得られることが判明した。LACEモード作動時の空気取り入れ口に関しては、モデル実験及び数値計算による検討を行った。その結果、層流粘性および乱流粘性を考慮した計算モデルは超音速インテークの定性的性能評価に十分な精度を有することが判明した。この計算モデルを用いて、代表的な形状を有する2種類の超音速インテークに対して特性解析を行い、両者の得失を明らかにした。スクラムジェット・モード作動における空気取入れ口について、機体取り付け形状が性能に及ぼす影響を理論的及び実験的に検討した。その結果、機体下面を飛行方向に平行に戻した後に空気取入れ口を取り付けた場合、予圧縮効果は得られず、性能が低下することが判明した。また分離部のモデル実験を行い、擬似衝撃波による壁圧の非定常特性を検討した結果、後ろ向きステップを有する場合は、擬似衝撃波の発生位置により強いピーク周波数を持ち遠方まで相互相関が存在する圧力振動が発生することが明らかとなった。
中等教育・職業教育における新カリキュラム開発の動向に関する国際比較研究

現代の日本、フランス、ドイツ、アメリカ、イギリス、北欧および中国における中等教育・職業教育において開発されるカリキュラムについて、国際比較の観点から、教育政策および学校実践の実態調査に基づいてその動向を明らかにした。中等・職業教育カリキュラムの類型論に基づくと、ドイツは普職独立型に、アメリカを普職総合型に分けられる。さらに、フランスと日本では統合と分離の両方向の政策が認められる。学校実践は、複数の国でその政策に強く影響されている。計画の初年度は、中等教育・職業教育カリキュラム開発の動向について、海外では、フランス、イギリスに加えてスウェーデンへ渡航して現地調査を行った。国内では、関西技術教育懇話会を通じて、おもに関西3県の専門高校、総合高校について実情調査を行った。フランスでは、9月末に3名の共同(代表、分担、協力)研究者が参加して、中等教育・職業教育カリキュラム改革の現状について、パリ郊外にある二つの職業リセ、またパリ市内の普通リセを訪問して、校長等関係者とのインタビューを行い、資料提供を受けた。教育の「質」および水準の向上に向けたカリキュラム基準改訂や3年制職業課程の試行、市民性を育成する総合的学習の開発など、新たな動向を把握することができた。加えて、日仏に共通する基幹産業である自動車部門の職業教育に関する日仏比較研究を行った。イギリスでは、2月末に2名の連携研究者がロンドン市内にある総合制中等学校、アカデミー中等学校、継続教育カレッジ及びロンドン大学教育学部を訪問し、校長・担当教員等とのインタビューを通じて、職業教育カリキュラムの開発、若者移行支援プログラムの実際について調査した。併せて職業教育改革動向について意見交流を行った。また、当初の計画にはなかったが、渡英に先立ち、スウェーデンの教育省(学校教育局)、ストックホルム大学を訪問して、近年の高校改革動向について、政策担当者及び研究者から新しい知見を得た。国内では、おもに大阪市、京都市、兵庫県における専門高校、総合高校におけるカリキュラム開発の経緯及び直面する課題について、当該教諭から専門的知識の提供を受けた。中高一貫の総合学科、高い専門性を追求した商業科、長期就業体験を組み入れた工業科など、いずれも新たな動向としての貴重な教育実践であった。これらの調査研究を通じて、2年目以降の研究課題がより明確化した。中等教育・職業教育のカリキュラム開発の新たな動向について、海外では、ドイツ、アメリカ及び中国へ渡航して、それぞれ現地調査を行った。国内では、昨年度に引き続いて、関西技術教育懇話会を通じて、大阪府と大阪市における高校(普通科)及び総合高校について、それらカリキュラム編成に関する実情調査を行った。まず、ドイツでは、9月後半に、連携研究者及び研究協力者がヘッセン州、バーデンビュルテンベルク州等にある福祉・介護職養成施設を訪れ、高度化する介護教育カリキュラム・モデルの実際について調査した。看護・医療職と区別される介護職の在り方と関連してカリキュラム編成が検討されている。つぎに、アメリカでは、研究分担者2名が10月初めと2月末3月初めに分かれて、前者では、テネシー州で開催されたミシシッピーヴァリ技術教員養成会議に参加して理工系総合カリキュラム(STEM)、に関する調査を行った。後者では、カリフォルニア州とケンタッキー州を訪れて、キャリア専門教育に関する専門家会議への参加と総合ハイスクールの実態調査を行った。最後に、中国では、9月後半に研究代表者、研究協力者・補助者がハルビン市(黒竜江省)及び北京市にある高級中学(普通科)と職業高校を訪れ、現在進行中のカリキュラム改訂の内容と実際についての調査を行い、「応試教育」に代わる「素質教育」の特色を知ることができた。国内(関四地方)では、大阪府立高校(普通科総合選択制)及び大阪市立総合高校の教諭を関西技術教百懇話会に招いて、それぞれの高校で編成されているカリキュラムの実際について、その現状をつぶさに知ることができた。新学習指導要領の実施を前に、各高校では特色ある教育課程の編成とその運用で苦慮している。とりわけて、多種・多様な教科・科目を担当する教員の力量形成とそれを支える施設設備及び財政的基盤の問題に直面している。キャリア教育・職業教育の充実が政策的に打ち出されている現在、この政策と現状の乖離は、無視できない改善すべき重要な問題であろう。カリキュラム改革に関する今後の実態調査では、それを支える財政的な基盤の問題について、国内外ともに留意して調べる必要がある。中等教育・職業教育カリキュラム開発に関する新たな動向について、外国ではスウェーデン、イギリス及びフランスへ渡航して、それぞれ現地調査を行った。国内では、昨年度に引き続いて、関西技術教育懇話会を通じて、京都市、神戸市及び和歌山県における工業高校、普通高校、総合高校について、それらカリキュラム編成に関する実情調査を行った。最後に、3年間の調査研究をまとめて研究成果報告書を作成発行した。まず、スウェーデンでは、8月下旬に、連携研究者がストックホルム及び地方都市(Linkoping)にあるストックホルム大学、職業高校等を訪問して、スウェーデンにおける高校カリキュラムの改革、とくに職業教育カリキュラムの動向を把握した。後者では、右派連合政権の下で企業実習を中心とする労働市場と直結したカリキュラムが重視されている。

つぎに、イギリスでは、9月上旬に、研究協力者がロンドン大学、グラモーガン大学、英国図書館を訪れて、イギリスの教員養成政策、キャリア教育について日英比較の観点から調査した。イギリスでは、職業資格制度が介在する。最後に、フランスでは、3月中旬に、研究代表者、研究分担者及び研究協力者がマルセイユ及びその近郊にある職業リセ、普通・技術リセおよびコレージュ(中学校)を訪問して、現在進行しつつある職業教育及び中等教育カリキュラムの改革、そして中等教育で実験的の行われているフレネ教育(自立的・協同的学習法)の実情を調査した。国内では、長期就業体験を特色とするカリキュラム(京都版デュアルシステム)の京都市立工業高校、総合学科の草分け的実践を続ける和歌山県立総合高校、近年増加しつつある総合選択制を採用した神戸市立普通科高校について実情を調査した。特色あるカリキュラムづくりとその運用に改善すべき点がある。
分散型ハイブリッド実験の高度化による大規模構造物地震応答再現手法の開発

耐震工学における大型構造実験へのニーズに応えるべく,(1)日本が率先して育ててきたオンライン応答実験手法を基盤とする;(2)サブストラクチャ法の考え方を踏襲し,さらに実験を実施する部分を複数の実験施設で分担する;(3)サブストラクチャ法における解析部にも複数の有限要素法解析コードを有機的に活用する,を特徴とする研究を,「入手が容易な載荷・計測装置の活用」,「汎用解析コードの利用」,「部分の秘匿性保持」,「標準インターネット環境を用いたデータ交換」,「大型構造物地震応答再現の検証」によって達成した.耐震工学における大型構造実験へのニーズに応えるべく,(1)日本が率先して育ててきたオンライン応答実験手法を基盤とする;(2)サブストラクチャ法の考え方を踏襲し,さらに実験を実施する部分を複数の実験施設で分担する;(3)サブストラクチャ法における解析部にも複数の有限要素法解析コードを有機的に活用する,を特徴とする研究を,「入手が容易な載荷・計測装置の活用」,「汎用解析コードの利用」,「部分の秘匿性保持」,「標準インターネット環境を用いたデータ交換」,「大型構造物地震応答再現の検証」によって達成した.耐震工学における性能設計の確立をめざす研究において,大型構造実験への要求はますます高まっているが,初期投資・運営経費等においてそれを実現できる施設は極めて限られている.これら問題への有効な処方箋として「分散型ハイブリッド構造実験法」と称する新しい耐震構造実験手法を,オンライン応答実験法を基盤とし,複数の実験と複数の汎用有限要素法解析コードを併用することを射程として,開発する.本研究は,2フェーズ(フェーズ1:分散型ハイブリッド構造実験システムの構築と試運転,フェーズ2:分散型ハイブリッド構造実験システムを用いた地震応答再現試験),9課題(1-A1-B,2-a2-d)からなる課題を設定する.H19年度では,フェーズ1の,1-A:複数実験施設間データ交換システムの整備;1-B:サブストラクチャ解析部への汎用解析コード適用手法の開発;1-C:各部分秘匿性保持を確保できる運動方程式解法の考案;1-E:ハイブリッド構造実験システムの動作確認試運転と,フェーズ2の,2-a:鋼構造ラーメンの完全崩壊挙動の再現に取り組む.1-Aでは,IPアドレスとポート番号を組み合わせるシステムを整備し,データ通信に関する共通の土俵を構築した.1-Bでは,多数の汎用解析コードを併用する仕組みを考え,多くの解析コードが有しているリスタート機能を繰り返し用いて,変位他の適合を満足しうる手順を構築した.1-Cでは,解析各部に対して設定した運動方程式の等価静的釣合系への置換,境界自由度と内部自由度への分割,縮約作業を経た境界自由度に対する剛性行列の作成,境界変位・荷重情報の交換のみによる全体系の適合と釣合確保,という手順を提案した.1-E,2-aでは,4層1スパンの鋼構造ラーメンを考え,損傷が大きい柱脚部を実験部,その他を有限要素法解析に頼る実験を実施し,(1-A),(1-B), (1-C)の適用性を検証した.耐震工学研究において,大型構造実験への要求はますます高まっているが,初期投資・運営経費等においてそれを実現できる施設は極めて限られている.これら問題への処方箋として「分散型ハイブリッド構造実験法」と称する新しい耐震構造実験手法を,オンライン応答実験法を基盤とし,複数の実験と複数の汎用有限要素法解析コードを併用することを射程として,開発する.本研究は,2フェーズ(フェーズ1:分散型ハイブリッド構造実験システムの構築と試運転,フェーズ2:分散型ハイブリッド構造実験システムを用いた地震応答再現試験),9課題(1-A1-E,2-a2-d)からなる課題を設定している.本年度は,フェーズ1の1-C,1-Dと,フェーズ2の2-b,2-cに取り組んだ.1-Cでは,試行錯誤を用いた境界変位・荷重情報の交換のみによる全体系の適合と釣合確保という手順において,参照剛性を適宜更新する手法を考案し,計算時間短縮と制度の向上を果たした.1-Dでは,実験部分と同種の履歴特性を有する部分(準解析部)を前もってモデル化する代わりに,実験部分の履歴特性を参照しながらモデルの変数を適宜更新する方法を考案した.2-bでは,8層免震建物モデルに対して,過大地震において上部構造が周りの擁壁に衝突する応答を,免震部と擁壁部を実験部分とし上部構造を汎用有限要素法によって再現する実験を実施した.また2-cでは,PCより線と弾性さらバネと履歴ダンパーを利用したセルフセンタリグ機構をもつ3層鋼構造ラーメンを対象に,代表的なセルフセンタリング機構を実験部,その他のセルフセンタリング機構を準解析部,他の部分を解析部とする実験を実施し,1-Dの手順の妥当性と適用限界を検討した.耐震工学研究において、大型構造実験への要求はますます高まっているが、初期投資・運営経費等においてそれを実現できる施設は極めて限られている。これら問題への処方箋として「分散型ハイブリッド構造実験法」と称する新しい耐震構造実験手法を、オンライン応答実験法を基盤とし、複数の実験と複数の汎用有限要素法解析コードを併用することを射程として開発する。本研究は3年間で所定の成果を挙げることを目標に、<フェーズ1:分散型ハイブリッド構造実験システムの構築と試運転>、<フェーズ2:分散型ハイブリッド構造実験システムを用いた地震応答再現試験>、2フェーズ9課題からなる研究計画を立案した。最終年度である本年度では、過去2年間の成果も踏まえ、設定した研究計画の成就を図った。

本研究の最終成果の一つと位置づく、フェーズ2におけるRC建築物-鉄塔連成系の極限応答評価実験を、先に開発した「各部分秘匿性保持を確保できる運動方程式解法」を用い、2種類の全く異なる汎用解析プログラムと構造実験を併用して実施した。またこの実験では、コーディネーターと称する管理プログラムを実験システムの中心に据えることから、複数の汎用解析コードと実験それぞれから得られるデータのスムーズな共有と伝達の確保を可能にした。また本研究での「入手が容易な載荷・計測装置の活用」、「汎用解析コードの利用」、「部分の秘匿性(Encapsulation)保持」、「標準的なインターネット環境を用いたデータ交換」を再整理し、その有効性と適用限界を明らかにした。また本実験の実施によって期待できる多くの人材の同時結集効果についても分析を加えた。
旧石器遺跡包含ローム層のルミネセンス年代測定

日本列島の表層を覆う広域風成塵について,最終間氷期以降中国大陸内部からの風成塵の影響であるとの視点から研究を行なった.また,筆者は多くの旧石器遺物が風成塵堆積物に含まれている点に注目してきた.椎積物は大陸から日本に偏西風によって運搬される過程で太陽光によって鉱物にそれまで蓄えた蓄積蛍光シグナルはゼロにリセットされる.実験でもわずか1分足らずで蓄積シグナルはゼロとなった.したがって,風成塵堆積物のシグナルは日本に到達した後のシグナルと考えられる.堆積物,ロームから抽出した4-11μmのポリミネラルの熱ルミネセンス(TL)と赤外線ルミネセンス(IRSL)の年代測定を北海道,美利河旧石器遺跡の年代測定に応用した.新しく開発した装置を用い,フィルターとしてBG-39とU-340を組み合わせTLおよびIRSL測定を行ない,蓄積線量を測定した.また,年間線量は原子吸光法と放射化分析により測定し,2.0-3.8mGy/yの値が得られた.5万年以下の測定年代は挟在するテフラから推定される年代値とほぼ一致した,実験から得られた年代はTL/IRSL年代測定法が旧石器遺跡の年代測定に寄与できることを示している.日本列島の表層を覆う広域風成塵について,最終間氷期以降中国大陸内部からの風成塵の影響であるとの視点から研究を行なった.また,筆者は多くの旧石器遺物が風成塵堆積物に含まれている点に注目してきた.椎積物は大陸から日本に偏西風によって運搬される過程で太陽光によって鉱物にそれまで蓄えた蓄積蛍光シグナルはゼロにリセットされる.実験でもわずか1分足らずで蓄積シグナルはゼロとなった.したがって,風成塵堆積物のシグナルは日本に到達した後のシグナルと考えられる.堆積物,ロームから抽出した4-11μmのポリミネラルの熱ルミネセンス(TL)と赤外線ルミネセンス(IRSL)の年代測定を北海道,美利河旧石器遺跡の年代測定に応用した.新しく開発した装置を用い,フィルターとしてBG-39とU-340を組み合わせTLおよびIRSL測定を行ない,蓄積線量を測定した.また,年間線量は原子吸光法と放射化分析により測定し,2.0-3.8mGy/yの値が得られた.5万年以下の測定年代は挟在するテフラから推定される年代値とほぼ一致した,実験から得られた年代はTL/IRSL年代測定法が旧石器遺跡の年代測定に寄与できることを示している.平成13年度は当初の申請に従って,現有ルミネセンス測定システム(NK95)の改良を行った。また,改良装置の精度向上の評価を行った。改良はネオアークK.K.に依頼した。主なる装置の改良点は(1)新たに熱ルミネセンス測定システムを付け加え,(2)集光システムをレンズ系に改善し,より高い集光率を確保した。(3)従来の緑色光励起システムのバックグラウンドを減衰させ,鉱物からのより強いシグナルを得られるようにした。(4)制御システムとしてウィンドウズ対応とした。以上の4点の改修を行った結果,装置の利便性は各段に進歩したが,制御系に改善の余地を残しており,現在調整中である。この改良装置を用いて日本で始めて東北地方の段丘上に発達するローム層の熱ルミネセンス,光ルミネセンス年代測定を試みた。その結果,ローム中に含まれる石英や長石類からのルミネセンスシグナルが検出され,遺跡包含層としてのローム層の年代測定が可能であることが明らかになった。前者の方法では12万年前までの,後者では5万年前までの年代測定が可能であった。これ以上古い年代では期待年代に対し,測定年代の飽和現象が見られた。この成果を学術論文として公表した。本年度は同時に,旧石器時代の年代測定に本法を応用するため,北海道今金町のピリカ遺跡の発掘調査に参加し,遺跡包含層であるローム層の採集を行った。遺跡を含む重要な試料が得られ,来年度に向けて本年度行った手法で遺跡年代測定を進める予定である。科研費を用いて現有ルミネセンス測定システム(NK95)の改良を行い,装置の測定精度向上を計った.主なる装置の改良点は(1)新たに熱ルミネセンス測定システムを付け加え,(2)集光システムをレンズ系に改善し,より高い集光率を確保した.(3)制御システムとしてウィンドウズ対応とした.以上の3点の改修を行い利便性は進歩した.しかし,緑色光励起による良好なシグナルの検出および制御系に改善の余地を残したままである.この改良装置を用いて日本で始めて東北地方の段丘上に発達するローム層の熱ルミネセンス,光ルミネセンス年代測定を試みた.その結果,ローム中に含まれる石英や長石類からのルミネセンスシグナルが検出され,遺跡包含層としてのローム層の年代測定が可能であることが明らかになった.石英では12万年前までの,長石では5万年前までの年代測定が可能であった.これ以上古い年代では期待年代に対し,測定年代の飽和現象が見られた.また,TLカラーイメージ(TLCI)では,ローム中の微細石英が青色TLを示すことから,これが黄砂と同様に低温型石英に起因することを明らかにした.この結果に基づいて,北海道今金町のピリカの遺跡包含層(ローム層)で旧石器時代の年代測定を北海道試料として初めて行ない,手法として用いることが可能であることを明らかにした.以上の成果を3つの学術論文として公表した.
酸性糖脂質によって活性化される脂質代謝経路の解析とそのメラノーマ治療戦略への応用

細胞膜ドメインは、がん細胞において、その悪性形質の発現に重要な役割を果たしている。そこで、ヒトメラノーマ細胞において、膜ドメインの構成必須因子のコレステロールを中心にした脂質代謝と悪性形質との関連性につき検討した。その結果、メラノーマ細胞において、コレステロールの生合成は特異的な転写因子のAktシグナルを介したスイッチによって調節されていることが明らかになった。また、そのスイッチを阻害することでメラノーマ細胞の増殖は強く抑制され、メラノーマ制御の新しい治療標的となりうることが示唆された。メラノーマは、悪性度の極めて高い皮膚がんの一種である。メラノーマ細胞では特徴的な酸性糖脂質の発現が見られ、特に、ジシアリル糖質脂GD3は原発巣の腫瘍組織やメラノーマ細胞株などに普遍的に発現している。メラノーマ細胞においてGD3はその悪性形質の発現に重要であり、GD3が脂質ラフトで増殖や接着のシグナルを増強していることが示唆されている。しかしながら、GD3依存的な悪性形質発現の分子メカニズムは十分に理解されていない。我々は、脂質ラフトを中心にしたGD3依存的なシグナルの変化とその分子基盤を理解することを目的に、脂質ラフト構造の形成に重要なコレステロールを中心にした脂質代謝についてGD3発現ヒトメラノーマ細胞株とGD3発現欠損メラノーマ細胞株を用いて比較検討を行った。その結果、GD3発現メラノーマ細胞株では、GD3欠損株に比べて有意にコレステロール合成が亢進していた。さらに、コレステロール生合成に関与する酵素遺伝子の転写を制御する転写因子SREBPの活性化も、GD3発現メラノーマ細胞で亢進していた。さらに、SREBPの活性化やコレステロール合成の律速酵素HMG CoA還元酵素の発現亢進が多くのヒトメラノーマ細胞株で確認され、コレステロール合成の亢進がメラノーマ細胞の普遍的な表現型であることが示唆された。また、コレステロール合成阻害剤はメラノーマ細胞の増殖を顕著に抑制し、Akt阻害剤はSREBPの活性化やコレステロール生合成を顕著に抑制した。以上の結果より、メラノーマ細胞では、GD3存在的なAktシグナルが、SREBPを介してコレステロール生合成を制御しており、コレステロール合成がメラノーマ細胞の増殖に重要な役割を果たしていることが明らかになった。メラノーマ細胞では特徴的な酸性糖脂質の発現が見られ、特にジシアリル糖脂質GD3は原発巣の腫瘍組織やメラノーマ細胞株などに普遍的に発現している。しかし、GD3依存的な悪性形質発現の分子メカニズムは十分に理解されていない。研究代表者は、脂質ラフトを中心にしたGD3依存的なシグナルの変化とその分子基盤を理解することを目的に、脂質ラフト構造の形成に重要なコレステロールを中心にした脂質代謝について研究を行った。その結果、GD3の発現がコレステロール合成を調節する因子となっていることが示された。また、コレステロール生合成に関与する様々な酵素遺伝子の転写を制御する転写因子SREBPの活性化もGD3発現メラノーマ細胞で亢進していた。さらに、ヒトメラノーマ細胞におけるSREBP活性化の機序につき解析を行った結果、Akt及びその下流のmTORC1が関与していることが明らかになった。また、細胞増殖因子IGF-1は、コレステロール生合成を短時間のうちに活性化させたが、Aktシグナルを阻害することでこのコレステロール生合成の亢進は阻害された。そして、SREBP経路の阻害は、脂質ラフト内の活性化Aktレベルを減少させることも示された。以上の結果より、ヒトメラノーマ細胞において、SREBPの活性化はPI3K-Akt-mTORC1シグナルによって制御されており、SREBP依存的なコレステロール合成は脂質ラフトにおけるAktの活性化を調節していることが示唆された。これらの結果は、SREBP経路がメラノーマ制御の新しい治療標的となりうることを示唆するものである。
固液界面近傍の水分子及びイオンの状態に基づく氷の不均質核生成の理解

氷点下で動作する熱機器において、固体表面上で氷が発生する現象(不均質核生成)を制御することは重要な課題である。しかしその現象にはいまだ不明な点が多く、氷の不均質核生成に対する新たな理解が必要となっている。本研究では、固体表面近傍の水分子の状態に基づいて、氷の不均質核生成の理解を深めることを目的とする。具体的には、氷の発生を促進する固体表面の結晶構造や電気的特性を明らかにし、その固体表面上での氷の不均質核生成現象を測定・解析し、固体表面の特性と氷発生の相関を調べることによって、氷の不均質核生成の新しいメカニズムを提唱する。
多階層に跨る生体シグナル伝達システムの数理解析

多階層にまたがるシグナル伝達経路の数理モデル作成のため、生体内における短期(4時間)のインスリン作用に注目している。今年度は取得中であった発現プロテオームのデータを取得し、トランスクリプトームと発現プロテオーム、リン酸化プロテオーム、メタボロームデータの全てを取得した。これらのデータから事前知識と統計的手法を用いて多階層にまたがる生体内におけるインスリンシグナル伝達経路の数理モデル作成のためのワークフローを作成している。生体内のインスリンは追加分泌や基礎分泌、1015分周期の複数の波形から成っており、その波形がインスリン作用に重要であることが報告されている。そこで、ラットを用いて、ラットの血中インスリン濃度を任意に制御できる系を確立し、インスリン刺激を行った。その結果、生体内において、インスリンがその波形依存的に下流分子を選択的に制御できることを見出した。現在、そのメカニズムを明らかにするために数理モデルの作成を行っている。また、数理モデルの結果を検証するために、ランプ刺激やパルス刺激といった刺激を与え、実験データを取得している。また、相互情報量という非線形性の関係を外れ値に強い手法に基づいて分子間のネットワークを推定する手法の開発も始めている。計画班や公募班との連携も進めており、澤崎班とは澤崎班のαスクリーンのデータから意味のありそうな相互作用を統計的手法を用いて推定する手法の開発を行っている。インスリン作用の短期間(4時間)の多階層オームデータの取得も終了し、数理モデルの作成に取り掛かっている。数理モデルに関しても、事前知識を用いた解析のみならず統計的手法の開発も行っており、順調に進展している。また、共同研究についても澤崎班は公募班との連携も進めており、いくつかの共同研究については成果も出始めている。インスリン作用の短期間(4時間)の多階層にまたがるシグナル伝達経路の数理モデル作成をすすめ、ワークフローを完成させる。これらの手法を長期肥満の応答に応用する。事前知識を用いた解析のみならず統計的手法の開発も推し進める。これらの手法を他の計画班・公募班の実験結果にも適用し、研究領域の推進に貢献する。シグナル伝達経路は遺伝子発現に伴うタンパク質量の制御、生体分子の複合体形成、翻訳後修飾、代謝変化など複数の異なる化学的性質を持つ階層によって制御されている。そして、これらの多階層にまたがるシグナル伝達経路の破綻はガンや自己免疫疾患、糖尿病などの疾患を惹起する。現在までの個別研究により、シグナル伝達経路の破綻による疾病発症のメカニズムの理解は深まりつつあるが、その全体像は未だ不明のままである。本研究では疾患に繋がるシグナル伝達経路の破綻解明のための新たな手法として、個別研究とは異なる、多階層の網羅的データから大規模なシグナルネットワークを再構築し、その動的特性を数理解析によって解明することを目的としている。H28年度にはマウスの腹腔内にインスリン刺激を行い、4時間までの時系列データを取得、そこから基礎となるオームデータの取得を開始した。また、統計モデルを用いた演繹的な解析手法の開発も開始した。また、新たに開始する肥満に伴う肝臓の多階層解析について調査を始めた。当初雇用予定であった人員が先方の都合により雇用できなくなった。しかし、急遽公募を行い、適切な人材を雇用できた。一方で、トランスクリプトームと発現プロテオームの統合は順調に進んでいる。また、メタボロームとリン酸化プロテオーム、発現プロテオームの統合手法の開発も順調に進展している。これらを勘案し、本研究はおおむね順調に進展していると考えられる。生体内における短期インスリン応答に注目した多階層にまたがる数理モデルの作成については、引き続き発現プロテオームとリン酸化プロテオームデータの取得を行う。一部の最低限の実験データを取得できた段階で、開発しているトランスクリプトームと発現プロテオームの統合手法の実装並びに確認を行う。

リン酸化プロテオームについても、取得できたデータを基に統合手法の実装並びに確認を行う。新たに開始する肥満に伴う肝臓の多階層解析については、まず、サンプルの取得を行う。サンプルとしてはob/obまたはdb/dbなどのモデルマウスや、食事誘導性の肥満誘導マウスを考えている。どのようなサンプルを用いるかについては引き続き調査を行う。その後、選定した実験系を用いて20週齢程度までの時系列データを取得する。インスリン作用の短期間(4時間)の多階層にまたがるシグナル伝達経路の数理モデル作成をすすめ、ワークフローを完成させる。これらの手法を長期肥満の応答に応用する。事前知識を用いた解析のみならず統計的手法の開発も推し進める。これらの手法を他の計画班・公募班の実験結果にも適用し、研究領域の推進に貢献する。
非侵襲的生体試料（唾液、爪、毛髪）を用いた疾病早期診断法の開発

本研究では、非侵襲的な試料である唾液、爪、毛髪を試料とし、疾病の診断に関連したマーカー分子を特定し、早期診断に繋げることを目的とした。唾液を用いた検討から、糖尿病では、D-乳酸の割合が健常者に比較し優位に高いことを、また乳がん患者では、ポリアミン類の比率が健常者と異なることを明らかとし、統計解析から導きだした判別式から乳がんの進行度を予測できることを示した。一方、痛風患者の爪では、尿酸値が高いことを示した。更に糖尿病患者の毛髪からは、数種のN-アセチルアミノ酸が優位に高いことを見出した。このように本研究により、診断試料としての唾液、毛髪、爪の有用性が示唆された。血液や尿の中には、数千を超える代謝物を含めた低分子化合物が、多種多様に混在し、その濃度も極端に異なっている。これら代謝物の多くは、アミノ基、カルボキシル基、水酸基、等の各種の官能基を有している。また、これらの代謝物の中には、光学異性体が含まれているが、光学異性体を識別するには、通常のLC-MS法ではエナンチオマー間の分離ができないため不可能であり、光学活性部位(不斉炭素)を有する試薬で標識し、ジアステレオマーとすることが必要不可欠である。そこで、アミノ基およびカルボキシル基用の光学活性標識試薬の開発を実施した。さらに、R,S反転試薬を合成し、これらの試薬とLC-MS/MS法によるプレカーサーイオンスキャン及び多変量解析を併用する方法により光学活性な代謝物を網羅的に検出する方法を提案した。提案した方法の有用性を、プール血清に光学異性体を添加した試料により検証した。また、本法を糖尿病患者唾液およびアルツハイマー病患者剖検脳のバイオマーカー候補物質の探索に応用した。数種の光学活性誘導体化試薬を合成し、光学異性体のバイオマーカーを探索する方法を提案・検証し、実試料への応用を試みた。これまでのメタボローム研究では、ほとんどの場合、対象試料として血液と尿が使用されてきたが、我々の研究から唾液、爪、毛髪においても濃度は低いものの血液と類似の代謝物が存在しうることを見出している。またこれらの代謝物の中には、光学異性体が含まれていることも明らかにした。本研究では、非侵襲的な試料である唾液、爪、毛髪を試料としたメタボライトプロファイリング解析を実施し、測定対象生体試料としての有用性を検証する。前年度は、アミノ基やカルボキシル基標識用の光学活性試薬およびR,S反転試薬を合成し、LC-MS/MS法によるプレカーサーイオンスキャン及び多変量解析を併用することにより光学活性代謝物を網羅的に検出する方法を提案した。本年度は、疾病診断の可能性を検討するため、健常者および患者の非侵襲的試料である唾液、爪を試料としたメタボライトプロファイリング解析を実施し、疾病(糖尿病、慢性腎不全、乳がん、痛風等)との関連性を検討した。唾液を用いた検討により、糖尿病では、D-乳酸の割合が健常者に比較し優位に高いこと、慢性腎不全患者の透析前後の比較から透析後にクレアチニンの濃度が劇的に減少することを明らかとした。また乳がん患者では、ポリアミン類の比率が健常者と異なることを明らかとし、統計解析から導きだした判別式から乳がんの進行度を予測できることを示した。一方、痛風患者の爪では、尿酸値が高いことを見出し、診断試料としての爪の有用性が示唆された。非侵襲的試料である唾液、爪を試料としたメタボライトプロファイリング解析を実施し、疾病(糖尿病、乳がん、慢性腎不全、痛風等)との関連性を検討した。その結果、唾液や爪は、疾病の診断試料として有用性であることが示唆された。我々の体内には、アミノ酸やカルボン酸等の様々な代謝物(メタボライト)が存在している。またその中には、光学活性な代謝物も含まれていることが知られている。近年これら代謝物の網羅的解析から疾病に関連するマーカー分子を探索する試みが行われている。これら疾病の診断対象試料として、これまでは血液と尿が使用されてきたが、我々の研究から唾液、爪、毛髪においても濃度は低いものの血液と類似の代謝物が存在しうることを見出している。そこで、本研究では、非侵襲的試料である唾液、爪、毛髪を用いて、光学活性代謝物を含めたメタボライトプロファイリング解析から、疾病に関連したマーカー分子を特定し、早期診断に繋げることを目的とした。まず初めに、光学活性代謝物を効率よく測定するため、アミノ基やカルボキシル基標識用の数種の光学活性試薬およびR,S反転試薬,ならびにそれらの安定同位体含有試薬を新規合成し、LC-MS/MS及び多変量解析を併用することにより光学活性代謝物を網羅的に検出する方法を開発した。次に、唾液、爪、毛髪を試料とし、疾病(糖尿病、慢性腎不全、乳がん、痛風等)との関連性を検討した。唾液を用いた検討から、糖尿病では、D-乳酸の割合が健常者に比較し優位に高いこと、慢性腎不全患者の透析前後の比較から透析後にクレアチニンの濃度が劇的に減少することを明らかとした。一方、痛風患者の爪では、尿酸値が高いことを見出した。更に糖尿病患者毛髪では、数種のN-アセチルアミノ酸に優位な変動があることを明らかにした。

このように本研究から診断試料としての唾液、爪、毛髪の有用性が示唆された。従って本法は、患者に負担の少ない診断法となりうるものと期待される。本研究では、非侵襲的な試料である唾液、爪、毛髪を試料とし、疾病の診断に関連したマーカー分子を特定し、早期診断に繋げることを目的とした。唾液を用いた検討から、糖尿病では、D-乳酸の割合が健常者に比較し優位に高いことを、また乳がん患者では、ポリアミン類の比率が健常者と異なることを明らかとし、統計解析から導きだした判別式から乳がんの進行度を予測できることを示した。一方、痛風患者の爪では、尿酸値が高いことを示した。更に糖尿病患者の毛髪からは、数種のN-アセチルアミノ酸が優位に高いことを見出した。このように本研究により、診断試料としての唾液、毛髪、爪の有用性が示唆された。今後は、合成した試薬類の実試料への適用と光学異性体バイオマーカー探索を引き続き行うとともに、非侵襲的試料(唾液、爪、毛髪)を用いた各種疾病診断法を確立、評価し応用する。27ー28年度に引き続き、各種官能基別光学活性標識試薬および同一構造を有する安定同位体を導入した標識試薬の合成および評価を行うとともに、非侵襲的試料(唾液、爪、毛髪)を用いて、健常者、未病者(境界領域者)、患者のメタボライトプロファイリン解析を実施し、疾病診断法の開発の可能性を検討する。分析化学