hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
自己免疫性関節炎におけるTIARPの病因的意義

関節リウマチ(RA)は多関節炎症と自己抗体産生を特徴とし、骨破壊にいたる慢性炎症性疾患である。近年、CD4T細胞、B細胞、炎症性サイトカイン依存性などからRA病態に非常に類似したモデル、GPI誘導関節炎が確立された。これまで我々はGPI誘導関節炎マウス脾臓および関節においてTIARP分子が高発現することを明らかとした。TIARPの関節炎における役割を明らかするためにTIARPノックアウト(KO)マウスを作製し検討を行った。TIARPKOマウスは、12ヶ月齢で軽度な滑膜炎を発症し、脾臓マクロファージの増加、血清中IL-6の高い産生が認められた。マクロファージを用いた解析より、TNFα依存的な(1)炎症性サイトカイン過剰産生、(2)NFκB抑制因子IκBαの持続的な分解、(3)アポトーシス細胞の減少、(4)細胞増殖の亢進を認めた。またコラーゲン誘導関節炎モデル(CIA)において、TIARP KOマウスでは野生型と比較して関節局所へ多数のマクロファージ・好中球浸潤を伴った関節炎病態の増悪、血清中IL-6の亢進、関節局所での炎症性サイトカイン、ケモカイン、骨破壊関連分子の発現が亢進していた。一方でT細胞応答、B細胞応答には顕著な変化は認められなかった。CIAマウスへ抗IL-6受容体抗体を投与することでTIARPKOマウス関節炎が有為に減弱することから、IL-6がTIARP KOマウスの病態悪化に寄与していることが示唆された。そこで我々は、TIARPがIL-6シグナルに影響している可能性を考え、マクロファージを用いてIL-6存在下で培養を行い、その下流シグナル関連分子の発現を検討した。リン酸化STAT3発現量はTIARP KOマウスで著名に亢進することが判明した。一方、STAT3抑制因子であるSOCS3発現量や他のIL-6下流シグナル分子であるリン酸化ERK1/2発現量には変化を認めなかった。以上の結果から、TIARPはNFκBあるいはSTAT3シグナルを抑制することで炎症性サイトカイン産生を負に制御し、関節炎を抑制する新規関節炎制御分子である可能性が示唆された。[目的]関節リウマチ(RA)は多関節炎症と自己抗体産生を特徴とし、骨破壊にいたる慢性炎症性疾患である。近年、glucose-6-phosphate isomerase(GPI)をDBA/1マウスに免疫することで関節炎を発症するGPI誘導関節炎モデルが確立された.このモデルはCD4陽性T細胞、B細胞およびTNFα/IL-6依存性の点からRAに近似していることより、RAの病態およびその制御機構を見極めるうえで、興味深いモデルと考えられている。GPI免疫したマウスの脾臓を用いてDNAマイクロアレイを行い変動する遺伝子について解析したところTNFα関連遺伝子の一つであるTIARPが高発現していることが明らかとなった。本研究では、DBA/1マウスにGPI免疫後、関節炎発症初期に過剰に見られるTIARPについて着目し、独自で作製したTIARPトランスジェニック(Tg)およびノックアウト(KO)マウスを用いてTIARPの機能解析ならびに関節炎におけるその役割にっいて検討することを目的としている。[研究成果]・KOマウス脾臓においてCD11b+Gr1+の細胞集団(マクロファージ/好中球)が増加していた。・脾細胞へLPS刺激した後のIL-6産生量はKOマウスにおいて有意に高値を示した。・KOマウス各種臓器への組織障害などは認めていないTIARPTgマウスはmRNAレベルでは高い発現ラインを確認できたが、蛋白レベルでの証明はできず、一時中断している2)C57BL/6へchichen II型コラーゲンを免疫することによって関節炎が誘導されるコラーゲン誘導関節炎(CIA)モデルを用いてTIARP KOマウスへ関節炎誘導を行ったところ、WTと比較して関節炎の病態および発症率が有意に悪化した。3)C57BL/6backgroundTIARP KOマウスのDBA/1マウスへの戻し交配は現在8世代まで終えている。今後GPI誘導関節炎を行うにあたり10-12世代程度の戻し交配を行う予定である。4)TIARP蛋白発現細胞株樹立のために、TIARP遺伝子導入した発現ベクターを樹立した。現在引き続き作製した発現ベクターをマクロファージ細胞株に遺伝子導入することを試みている。近年、glucose-6-phosphate isomerase (GPI)をDBA/1マウスに免疫することで関節炎を発症するGPI誘導関節炎モデルが確立された.このモデルはCD4陽性T細胞、B細胞およびTNF α/IL-6依存性の点からRAに近似していることより、RAの病態およびその制御機構を見極めるうえで、興味深いモデルと考えられている。GPI免疫したマウスの脾臓を用いてDNAマイクロアレイを行い変動する遺伝子について、解析したところTNFα関連遺伝子の一つであるTIARPか高発現していることが明らかとなった。本研究では、DBA/1マウスにGPI免疫後、関節炎発症初期に過剰に見られるTIARPについて着目し、独自で作製したノックアウト(KO)マウスを用いてTIARPの機能解析ならびに関節炎におけるその役割について検討することを目的としている。[研究成果]・12ヵ月齢♂KOマウス血清中IL-

6産生が亢進していた。・12ヶ月齢♂KOマウス関節において滑膜増殖、炎症像、骨破壊様の組織像か認められた。一方、他の臓器への組織障害などは認めていない。2)C57BL/6へコラーゲン誘導関節炎(CIA)を誘導したTIARP KOマウスでは・TIARPKOマウスへ関節炎誘導を行ったところ、WTと比較して関節炎の病態および発症率が有意に悪化した。・関節への浸潤細胞の多くは好中球およびマクロファージであった。・T細胞応答、抗CII抗体産生量に有意な差は認められなかった。3)C57BL/6 backgroundTIARP KOマウスのDBA/1マウスへの戻し交配は現在10世代まで終えている。・現在、GPI誘導関節炎を行うにあたり1012世代程度の戻し交配を行う予定である。[結語]TIARPKOマウスのCIA誘導によって関節炎の増悪、抗IL-6抗体投入による関節炎治療効果が認められたことから、TIARPはIL-6などの炎症性サイトカイン産生を抑制することによって関節炎を制御する因子であることが示唆された。今後は更にTIARPの関節炎抑制メカニズムを明らかとし関節炎との関与を解明していきたい。関節リウマチ(RA)は多関節炎症と自己抗体産生を特徴とし、骨破壊にいたる慢性炎症性疾患である。近年、CD4T細胞、B細胞、炎症性サイトカイン依存性などからRA病態に非常に類似したモデル、GPI誘導関節炎が確立された。これまで我々はGPI誘導関節炎マウス脾臓および関節においてTIARP分子が高発現することを明らかとした。TIARPの関節炎における役割を明らかするためにTIARPノックアウト(KO)マウスを作製し検討を行った。TIARPKOマウスは、12ヶ月齢で軽度な滑膜炎を発症し、脾臓マクロファージの増加、血清中IL-6の高い産生が認められた。マクロファージを用いた解析より、TNFα依存的な(1)炎症性サイトカイン過剰産生、(2)NFκB抑制因子IκBαの持続的な分解、(3)アポトーシス細胞の減少、(4)細胞増殖の亢進を認めた。またコラーゲン誘導関節炎モデル(CIA)において、TIARP KOマウスでは野生型と比較して関節局所へ多数のマクロファージ・好中球浸潤を伴った関節炎病態の増悪、血清中IL-6の亢進、関節局所での炎症性サイトカイン、ケモカイン、骨破壊関連分子の発現が亢進していた。一方でT細胞応答、B細胞応答には顕著な変化は認められなかった。CIAマウスへ抗IL-6受容体抗体を投与することでTIARPKOマウス関節炎が有為に減弱することから、IL-6がTIARP KOマウスの病態悪化に寄与していることが示唆された。そこで我々は、TIARPがIL-6シグナルに影響している可能性を考え、マクロファージを用いてIL-6存在下で培養を行い、その下流シグナル関連分子の発現を検討した。リン酸化STAT
明示的・暗示的語彙知識の習得における集中学習と分散学習の効果

本研究の目的は、明示的・暗示的な語彙知識の習得において、集中学習・分散学習が果たす役割を調査することである。語彙学習における分散効果を調査したこれまでの研究は、いずれも明示的語彙知識のみを測定したものであり、集中学習・分散学習が暗示的語彙知識の習得にどのような役割を果たすかは明らかになっていない。以上のような理由から、本研究では集中学習・分散学習が明示的・暗示的語彙知識の習得に果たす役割を調査することで、効果的な語彙学習法を提案することを目的としている。平成30年度は、以下の3点を行った。第1に、日本人大学生・大学院生66名を対象に、集中学習・分散学習が第二言語における明示的・暗示的な語彙知識の習得において果たす役割に関するデータ収集を行った。具体的には、研究参加者は集中学習条件および分散学習条件という2つの条件で、学習対象語の含まれた複数の英文を読んだ。分析の結果、明示的知識を測定するテストにおいては、分散学習条件の方が集中学習条件よりも有意に高い得点に結び付いたことが示唆された。一方で、暗示的語彙知識を測定するテストにおいては、分散学習条件・集中学習条件の間に統計的に有意な差は見られなかった。第2に、国際学会Asia TEFLでの口頭発表等、研究課題に関連した口頭発表を3本行った。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成28年度は、以下の4点を行った。第1に、分散効果および明示的・暗示的知識の習得に関する包括的な文献調査を行った。第2に、先行研究を元に実験計画を立て、実験で使用する学習素材およびコンピュータ・プログラムの開発を行った。英文テキストはCorpus of Contemporary American English (COCA)等のコーパスを元に作成された。あわせて、暗示的語彙知識を測定するためのプライミング課題および明示的語彙知識を測定するための筆記テスト(翻訳課題、語形再認課題)の作成も行った。第3に、日本人英語学習者を対象としたパイロット・スタディーを行った。第4に、研究課題に関連した論文4本を執筆した。内1本は査読付き国際誌Studies in Second Language Acquisition (Cambridge University Press)への掲載が決定した。なお、同誌のImpact Factorは2.1であり、この数字はJournal Citation Reportsに登録されている言語学分野の国際ジャーナル169誌中4位である。また、研究成果を解説したブログや、JALT岡山での公開講演等を通して、研究成果を広く社会・国民に発信していくことにも努めた。平成28年度には、以下の3点を行うことを目標としていた:(1)分散効果および明示的・暗示的知識の習得に関する包括的な文献調査、(2)実験で使用する学習素材およびコンピュータ・プログラムの開発、(3)パイロット・スタディー。当初の予定通り(1) (3)を遂行することが出来たため、おおむね順調に進展しているといえる。平成29年度は、以下の3点を行った。第1に、日本人大学生・大学院生約40名を対象に、集中学習・分散学習が第二言語における明示的・暗示的な語彙知識の習得において果たす役割に関するデータ収集を行った。予備分析の結果、明示的・暗示的語彙知識のいずれにおいても、分散学習条件の方が集中学習条件よりも有意に高い得点に結び付いたことが示唆された。平成29年度には、以下の3点を行うことを目標としていた:(1)本実験実施の準備、(2)本実験の実施、(3)本実験の分析と研究成果の発表準備。当初の予定通り(1) (3)をほぼ遂行することが出来たため、おおむね順調に進展しているといえる。

第1に、日本人大学生・大学院生66名を対象に、集中学習・分散学習が第二言語における明示的・暗示的な語彙知識の習得において果たす役割に関するデータ収集を行った。具体的には、研究参加者は集中学習条件および分散学習条件という2つの条件で、学習対象語の含まれた複数の英文を読んだ。分析の結果、明示的知識を測定するテストにおいては、分散学習条件の方が集中学習条件よりも有意に高い得点に結び付いたことが示唆された。一方で、暗示的語彙知識を測定するテストにおいては、分散学習条件・集中学習条件の間に統計的に有意な差は見られなかった。第2に、国際学会Asia TEFLでの口頭発表等、研究課題に関連した口頭発表を3本行った。平成28年度に日本人大学生を対象として行ったパイロット・スタディーでは、学習対象語が含まれた英文を読み、学習対象語の意味を文脈から推測する課題を行った。しかしながら、参加者が正しく意味を推測できた割合は6.1%にとどまり、正答率がきわめて低かった。意味推測の正答率が低いと、本研究で目的としている明示的・暗示的語彙知識の習得が正しく測定できない可能性がある。そこで、平成29年度に行う本実験では、以下の2点の修正を行うことで、意味推測がより容易になるように工夫する。第1に、パイロット・スタディーで使用した英文を修正する。パイロット・スタディーでは、Corpus of Contemporary American English (COCA)から抽出した英文を使用したが、本実験ではGraded Readers Corpus (http://www.lextutor.ca/conc/eng/)など、より平易なコーパスを元に英文を作成する。第2に、パイロット・スタディーの集中学習条件では、学習対象語が含まれた3つの英文を1文ずつ個別に提示した。本実験では、学習対象語が含まれた3つの英文を全て同時に提示する。複数の英文を同時に提示することで、学習対象語の意味に関するより多くの手がかりが一度に得られるため、語の意味推測がより容易になると考えられる。平成29年度には日本人大学生・大学院生約40名を対象に、集中学習・分散学習が第二言語における明示的・暗示的な語彙知識の習得において果たす役割に関するデータ収集を行った。統計分析を行うためにはより多くのデータが必要であるため、平成30年度前半は引き続きデータ収集を継続する予定である。データ収集で使用するコンピュータ・プログラムや実施手順等に特に問題は見当たらなかったため、データ収集は平成29年度と同様の手順で行う。平成30年度後半は、収集されたデータを線形効果モデル(linear mixed-effects modeling)を用いて分析する。研究成果を踏まえて語彙習得を促進するための具体的な方法を考察し、効果的な語彙習得教材およびカリキュラムの開発・提案を行う。さらに研究成果を国際学会で発表し、査読付き国際誌に投稿するための準備を行う。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
LHC-ALICE実験PWO結晶電磁力ロリメータ読み出し系の開発

LHC加速器ALICE実験に導入する高性能光子検出器PHOtonSpectrometer(略称PHOS検出器)の読み出し系システム開発を行った。PHOS検出器は約2万チャネルの検出素子からなる電磁カロリメータであり、エネルギー分解能及び2粒子分離分解能の双方に世界最高分解能を実現する。検出素子は最新鋭の鉛タングステン酸(PWO)結晶とわが国の最先端技術を誇るアバランシェダイオード(APD)光学素子から構成する。APD素子の仕様策定を完了し、300個レベルの製造に対する性能評価を実施した。前置増幅器の試作機を国内2社で製作し性能評価を行った後、選定した1社により600個の実証版を制作した。これらを用いて256チャネル実証機を組み上げ、平成16年及び17年にCERN研究所PSおよびSPS加速器において1150GeVビームを使った性能評価実験を実施した。実証機は期待通りの性能を挙げ、APD素子および前置増幅器の開発は完了し、平成16-17年には第1モジュール建設に必要な4000個の前置増幅器(広島大v.3)を国内製作した。波形整形機能、数値化機能、トリガー機能、データ送信機能を搭載したFEE回路基板の設計及び試作開発は量産を担当する中国・華中科技大学及び華中師範大学と協力して行った。原型機試験及び最終仕様策定を経て平成17年6月、研究代表者・杉立徹は読み出し系技術審査会に提案側発表者メンバーとして臨んだ。平成17年10月、技術審査を無事通過した。その結果、読み出し系システムは最終仕様と承認され、本研究課題の最終目標を完遂するとともに、PHOS検出器製作開始への全ての準備を整えることに成功した。本研究成果を踏まえ、PHOS検出器製作とALICE実験に於けるフォトン物理推進を掲げた特別推進研究の平成18年度発足を申請した。CER『N研究所LHC加速器における超高エネルギー原子核衝突ALICE実験を準備する。現在遂行するRHIC加速器を用いた研究と比較して到達エネルギー密度を5倍も上昇させる次期研究において、最も重要な物理信号は超高温度クォーク物質が熱輻射する光子である。この光子を測定するために、私たちは、ALICE実験環境において最高性能を発揮するタングステン酸鉛単結晶(以下PWOと略す)電磁カロリメータ(以下PHOSと略す)を開発する。本研究は、PWO結晶が発する極微量の蛍光を高精度で検出する光学読み出し系の開発を目的とする。光学素子には、日本の技術が世界のトップを切り開くアバランシェ光半導体素子(浜松ホトニクス社S8664-55)(以下APDと略す)の採用を決定した。さらに、同APD素子に最適化した表面実装型の前置増幅器を設計し、600個を国内製作会社で試作した。APD素子と前置増幅器をPWO結晶と組み合わせた試作検出器を広島大学VBL施設・超高速電子周回装置の引き出し電子線ビーム(150MeV)を用いて性能評価を行った。さらに、研究協力者であるクルチャトフ研究所グループおよびCERN研究所グループと協力し、同前置増幅器とAPD素子256組を載せたPHOS実証機をCERN研究所に構築し、SPS加速器テストビームを使った性能評価実験を実施した。その結果、相対エネルギー分解能σ/E=(3.6±0.2)%/【square root】E【symmetry】(1.1±0.3)%【symmetry】(13±0.7)MeV/Eとする世界最高レベルの高分解能を達成することに成功した。

さらに、70GeVの荷電粒子ビームを銅原子核標的に入射し生成される光子を測定した。2光子崩壊する短寿命粒子の質量分布を計算し、7%の質量分解能で中性パイ中間子、3%の分解能でη中間子の観測に成功した。これより、APD素子および前置増幅器は、当初の性能に十分達成することを実証した。CERN研究所LHC加速器ALICE実験に実装するPHOS検出器の光子読み出し系を開発する。同検出器はタングステン酸鉛(PWO)単結晶を感応部とする新しい電磁カロリメータである。PWOは放射長及びモリエール半径が従来からの素材に比較して小さいため、高エネルギー重イオン衝突のような高多重粒子環境での利用に適している。他方、蛍光発光量が1/100と小さく光子検出部のデザインが検出器性能を大きく左右する。前年度、浜松ホトニクス社アバランシェ光半導体(APD)素子(S8664-55)および同素子に最適化した表面実装型の前置増幅器を設計試作し、期待される性能が十分発揮することを実証した。本年度はより後段の読み出し系全体の設計を進めた。前置増幅器からの32chアナログ信号を受け取り、時定数1-2マイクロ秒で波形整形後、2-10MHzのサンプリング周波数で波形のデジタル化を行う。数値化した波形分布から時間及び波高情報を計算し測定データとする。実験全体の整合性と投資効率を検討した結果、デジタル化は同実験TPCグループが開発したALTRO(ALICE TPC Read-Out)チップを採用することとした。同チップは10ビットADCを16ch内蔵し、最大25MHzのサンプリングを320mWの消費電力で実現する。ADCビット数が少ないことを補完するため、信号は高利得用と低利得用に分割しデジタル化を行う。CERN回路部において波形成型回路およびデジタル回路部分を搭載するFEE基板(10層350x210mm)を試作し、昨年10月にSPS加速器を使ったテスト実験に投入した。国内においては、KEK-PSテスト実験(T564)および広島大学150MeV電子線テスト実験を続行し、PWO結晶とAPD/前置増幅器の更なる性能向上と安定動作を追求する研究を遂行した。CERN研究所LHC加速器は2007年に完成を予定し、14TeVの陽子-陽子衝突とともに、核子対当たり重心系エネルギー5.5TeVの鉛原子核衝突を実現し、新たなエネルギー領域に於けるクォーク物質探求を可能にする。2000年に始めた米国BNL研究所RHIC加速器による0.2TeVの金原子核衝突に於いて、私たちはクォーク物質生成を証拠付ける数々の発見をした。これらの知見を踏まえ、私たちは新たなLHCエネルギー領域に於いてクォーク物質の基礎物性を同定する。LHC加速器に導入される4実験の中で、ALICE実験はクォーク物質探求に最適化した唯一の実験装置であり、高性能光子検出器PHOSを備える。PHOSは約20,000チャネルの検出素子からなる電磁カロリメータであり、各素子は新技術の鉛タングステン酸(PWO)結晶からなる。本研究はこのPWO結晶が発する微弱な光を正確に読み出すAPD光学素子、前置増幅器、波形成型器およびデジタル化回路の開発を行い、実機製作への準備を完了することにある。
超音波リアクターを利用した低コスト・低環境負荷実現高次制御ナノ複合材料の開発研究

本研究では低環境負荷・低コストでナノ材料が作製可能な超音波ナノファブリケーション技術に注目し、理論的観点及び実験的証拠から反応場の検討を行い、金属ナノ材料作製のためのプロセス最適化を検討した。本年度前半では単分散銀ナノ粒子の作製プロセス確立のために、出発原料に酸化銀とアルコールを用い、超音波の出力・周波数制御、界面活性剤、溶媒、熱伝導率、圧力、温度制御により粒子サイズ、形態の制御を検討し、透過型電子顕微鏡(TEM)・走査型電子顕微鏡(SEM)で観察を行い、形状の反応場依存性の評価を行った。粒子形状及びサイズは、出発原料比率・超音波反応場条件によって制御可能であり、数nmサイズから数百nmサイズまで容易に制御可能であることが判明した。また従来法とは異なり、低い過飽和度で大量に低コスト・低環境負荷で作製可能であることが判った。本年度後半では白金ナノ粒子のセラミックス粒子への担持コーティングの検討を行った。従来法での白金担持手法は、金属塩を用いるため、触媒毒や酸性雨の源となる残留イオンが廃液に存在する。本手法では酸化物とアルコールを用いるため、従来法とは異なり残留イオンが存在しなく、低環境負荷に貢献し、従来、貴金属ナノ粒子担持材料に存在していた環境材料のジレンマの解決が可能なことが判った。また、白金ナノ粒子は非常に簡単に数nmサイズの制御が可能であることが判明した。また、卑金属材料へ応用のために卑金属酸化物材料のエンタルピー計算を行った。計算の結果より、酸化第一銅出発による銅ナノ粒子の作製が卑金属材料系において実現可能性があることがわかった。これらの結果は、国際学会4件、国内学会3件で発表を行った。また、この超音波ナノファブリケーション技術に関して、アメリカ電気学会(IEEE)からレビュー原稿の依頼があり、執筆を行った。
分子生物学的手法によるインプラント周囲炎関連バイオフィルムの総合的解析

インプラント周囲炎は歯周炎と類似した臨床症状を呈するが、本研究の結果、その原因となる細菌叢の構成は2つの疾患で異なることが明らかになった。歯周病に関連が深いとされる歯周病原細菌の検出率は、インプラント周囲炎部位では必ずしも高くなく、一方でDialister spp.、Eubacterium spp.、Peptostreptococcusspp.は高い割合で検出された。インプラント周囲炎を治療する上での細菌学的な治療のターゲットは歯周病のそれとは違う可能性がある。本研究計画の目的は、インプラント周囲炎に関わる細菌叢を網羅的に解析し、その発症や進行に関わる「病原性バイオフィルム」像を明らかにしていくこと、およびバイオフィルムを破壊するために有用であると考えられる弱アルカリ性電解水の臨床応用の可能性を探ることである。本年度はインプラント周囲炎患者よりサンプルを採取すると共に、一部のサンプル(3患者、9サンプル)を用いて、クローンライブラリー法により網羅的な細菌叢の検討を行った。その結果、インプラント周囲炎の認められる部位では健常インプラントの部位と比べ多種の偏性嫌気性菌が存在し、歯周炎部位からのサンプルと比べても、より複雑な細菌叢を示していた。また、インプラント周囲炎から既知の歯周病原細菌の検出率は低く、今後、サンプル数を増やしてさらに検討を進めてゆく。一方、弱アルカリ性機能水については、臨床応用の前にその抗菌効果や宿主細胞への毒性を評価するための基礎実験を行った。in vitroにおいて、歯周病原細菌であるA.actinomycetemcomitansとP.gingivalisの菌液を調製、次亜塩素酸電解水を作用させたものを寒天培地上に播種し、コロニーをカウントする方法でその抗菌性を調べた。その結果、短い接触時間(10秒)にもかかわらずコロニー数は減少し、その作用はコントロールである次亜塩素酸Na液やクロルヘキシジン溶液といった既存の消毒薬と同等かそれ以上であった。またMTTアッセイにより、次亜塩素酸電解水のヒトマクロファージおよびヒト歯肉線維芽細胞に対する細胞傷害性を調べたところ、コントロールと同程度かそれより弱い細胞傷害性が認められた。機能水の殺菌性・安全性の評価は、改良したモデルを用いて更に進めていく予定である。前年度の結果より、インプラント周囲炎に認められる細菌は歯周炎のそれと違うような傾向が認められたこと(多種の偏性嫌気性菌が認められるが、歯周病原細菌が検出されない)から、より多くのサンプルで細菌種の同定を行い検討する必要があると考え、クローンライブラリー法による細菌種の同定を引き続き行った。サンプル数が増えると、P.gingivalis、T.denticola、F.nucleatumなどの歯周病原細菌が検出されるケースも増え、phylumレベルでの細菌叢はインプラント周囲炎と歯周炎で同様の傾向が示された。一方で細菌叢を構成する細菌種は、インプラント周囲炎の方が多い傾向は変わらず、Anaeroglobus geminatus、Atopobium rimaeなどインプラント周囲炎でのみ特異的に検出される細菌も数種あった。現在、インプラント周囲炎の治療後のサンプル採取を行っており、治療前後での構成細菌種の変化を定性的にみると共に、既存の歯周病原細菌およびインプラント周囲炎に多く認められた細菌を対象に特異的なプライマーを作成し、リアルタイムPCR法にて定量的に解析を進めている。これと臨床的パラメーターを比較し、細菌とインプラント周囲炎との関連について臨床的評価を進めている。インプラント周囲炎の治療応用を考えた電解機能水については、安全性の検討を引き続き行った。歯肉線維芽細胞を用いたwoundhealingtestにより、塩素濃度が30ppmの機能水添加の際には創部の閉鎖遅延、60ppmのものを加えると細胞の萎縮が観察された。これらの濃度は歯周病原細菌であるA. actinomycetemcomitansやP.gingivalisに対して抗菌作用を示すよりも低い塩素濃度であり、臨床応用の前に更なる検討を加える必要があると思われた。これまで行ってきた研究結果より、インプラント周囲炎(PI)部位と歯周炎(P)部位ではその細菌構成に違いがあることが予想された。そこで本年度は、インプラント周囲炎に関わる細菌叢をより詳細に検討するために、サンプル数・ライゲーションの実施数を増やした上でクローンライブラリー法による解析を継続して行った。その結果、PI群はP群と比較してより多くの塩基配列(≒細菌種)が認められ、Chao 1 valueおよびShannon indexより、両群間の細菌叢には差があることがわかった。属(phylum)レベルではPI群・P群のいずれにおいてもFirmicutes、Bacteroidetes、Proteobacteriaが多く認められたが、Chloroflexi、DeferribacteresはPI群でのみ検出された。さらに詳細を検討してみると、Peptostreptococcus spp.、Dialister spp..などPI群で多く認められた細菌種がある一方で、F.nucleatumはP1群とP群のいずれからも高頻度に検出された。

過去の研究では、インプラント周囲炎に既存の歯周病原細菌が強く関与しているとの報告があることから、本研究でもP.gingivalis、T.forsythia、T.denticolaについてReal-time PCR法により定量的な解析を行った。その結果、これらの細菌のPI部からの検出頻度や量はさほど多くなかったものの、検出される症例ではPI・Pの両部位から検出されることが多く、天然歯からインプラント部への病原細菌の伝播の可能性が考えられた。今後、インプラント周囲炎で特徴的に認められる細菌の病原因子としての働きの真偽、治療を行う上で細菌学的マーカーとなりうるかどうかについて、研究を発展させてゆく予定である。
他用途利用米の多収穫に関する生理・生態学的研究

コメの利用目的を食用以外に求めた場合、合理的な省力化、省資材化により、かつ、安定的超多収によって生産コストの低減を図ることが必須条件とならう。そこで、日本稲を6品種、韓国稲を2品種計8品種を供試して、従来の稚苗の機械移植栽培と湛水土中直播栽培を行い生育収量の比較を行った。1.生育概況は、いずれの品種も生育前半は湛直区が茎数、LAIとも大きな値を示したが、出穂後における薬身の枯れあがりは韓国稲が日本稲よりも早くみられた。2.全乾物重および収量は概収移植区が湛直区を上廻った。なかでも韓国稲2品種とアケノホシは高い値を示し、これらは多肥による増収がみられた。3.収量構成要素から見ると、籾数と登熱歩合とは負の相関があり、収量と全乾物重,モミ/ワラ比,収穫指数,Sink/Source比等との間には高い正の相関がみられるが、効率的に湛直よりも機械移植が優った。4.出穂期におけるLAIと収量との間には相関はみられないが、両栽培法共に日印交雑種において葉身当りの穎花生産効率の高いことが指摘された。5.光合成速度は、韓国稲2品種が高い値を示すが出穂後は急速に低下する。アケノホシは比較的高く登熱後期までその活性が保持された。6.草型は止葉にその特徴がみられ、韓国稲2品種は直立葉型を示し受光態勢は良好である。7.湛直における苗立ちの安定度からみた播種深度は2.0cmが限度である。8.発芽出芽率は、播種深度が深まると低下するが、土壌貫通力は韓国稲より日本稲が優った。9.出芽時において、鞘葉、中茎に費される胚乳養分量は韓国稲の方が多く、器官別造成比率の割合が高い。10.労働生産性は、単位時間当り移植区で16.0kg,湛直区で17.9kgとなり、湛直区が高くなった。11.今後は、両年における収量差の解析、穎花重におかれる要因について検討を加え、湛直栽培での増収により、土地,労働生産性の向上をはかり、暖地での低コスト稲作の技術を確立したい。
住まい手の要求に基づく住宅性能とその要求レベルの抽出に関する研究

近年の設計は性能型に移行しており,住宅においては品質確保の促進等に関する法律も制定され、住宅性能表示制度などについても住宅メーカーなどの商品にはこれらの表示が増えつつある。このことにより、建物の安全性および居住性など各種性能の要求度合いやそのレベルに対する建築主やユーザーの意志を抽出することが必要となっている。本研究では,住宅のユーザーである一般居住者を対象に住宅性能に対する意識およびその要求レベルの抽出を目的としており、今年度の交付申請書においては次の3点を実施すると記載した。(1)これまでの調査結果に対する分析(2)住まい手が住宅に要求する性能レベル解明のための調査(継続)(3)住まい手が住宅に要求する安全性レベルの具体的な資料化【調査(1)】住まい手が住宅の躯体に何を求めているのかという点においては、これまでの経緯もあり、住宅性能を考慮しての判断が行われない傾向にあることがわかった。知識としてはメディアによる情報を含め、高まっている部分もあるが、性能を考慮することを自分自身の問題として捉えていない。【調査(2)】住宅の躯体に対する意識、躯体の解体や再利用に対する意識、自宅に発生している不都合に関する実態などについて、一般居住者計150名を対象に調査を行った。【調査(3)】住まい手が知らない情報はどのような資料を使うと理解しやすいかを把握することは重要である。そこで今年度は試行調査を行った。写真を使った資料、イラストを使った資料、ビデオ映像で写真を使ったもの、ビデオ映像でアニメーションを使った資料により説明した場合の啓発効果を調査した結果、ビデオ映像でアニメーションを使った資料が最も効果が得られることが分かった。今後の構造設計は性能型に移行しつつあり,そのなかで安全性および居住性など各種性能に対してそのレベル設定などに関して,建築主やユーザーの意志を確認する設計に変わりつつある。また、住宅においては品質確保の促進等に関する法律も制定され、住宅性能表示制度などについて企業を中心に動きが出始めている。本研究では,住宅のユーザーである一般居住者を対象に住宅性能に対する意識およびその要求レベルの抽出を目的とした3種類のアンケート調査を実施した。(1)住まい手の要求性能に関する意識調査(2)構造・構法種別の住宅躯体に関するイメージ調査(3)実設計における住まい手の構造・構法に対する意識と要求性能のヒアリング調査調査(1)では、これまでの調査結果を整理・分析し、アンケートを実施した。特にこれまでの構造安全性能のみに限定せず、居住性能の観点から室内環境や地球環境に関する意識についても調査の対象とした。調査(2)では、住宅の躯体に関わる性能についての詳細を調査するため、構造・構法種別のイメージに関する調査をSD法を用いて実施した。調査(3)では、東京都内の設計事務所50件を対象にヒアリング調査を行い、実設計において、どのように構造・構法を決定しているのか、これに対する一般居住者の意識はどのようになっているのかなどに関して実態調査を実施した。来年度はこれらの結果を分析し、住まい手の住宅に対する要求性能とそのレベルに関して考察を行う予定である。
婦人科癌幹細胞と細胞老化誘導および活性酸素種に着目した分子標的治療の可能性

方法1)RK12V細胞よりSP及びnonSP細胞を分離後培養し、形態・細胞増殖能・自己複製能・ヌードマウス上の造腫瘍能を解析した。2)マイクロアレイ法によりSP細胞に有意に発現が亢進している遺伝子群を解析した。3)NaBを培養液中に添加し、上記生物学的特性を解析し、非添加群と比較検討した。結果1)RK12V細胞にSP細胞が存在し、nonSP細胞に比べ分化マーカーの発現の低下・自己複製能・長期増殖能の性質を示した。2)SP細胞はnonSP細胞に比べ造腫瘍能が著明に亢進しており、間質に富む腫瘍を形成した。3)SP細胞において複数の増殖因子、サイトカインの遺伝子の発現増加がみとめられた。4)NaB添加により、RK12V-SP細胞の増殖や軟寒天培地上のコロニー形成能を有意に抑制された。また非添加時に比べγH2AX,リン酸化P38MAPK,p21,p27の発現が亢進した。この変化はnonSP細胞よりSP細胞で有意であった。結論1)RK12V-SP細胞は、cancer stem like cellの性質を示した。その特性には複数のシグナルの関与が示唆される。2)HDAC阻害剤は癌幹細胞の標的治療薬の候補として有用である。
藍藻グループ3型シグマ因子により認識されるプロモーター新規配列の解析

ゲノム全塩基配列が解読されたモデル光合成生物シアノバクテリア(藍藻)の一種Synechocystis sp.PCC6803株の転写装置(RNA polymerase,RNAP)におけるシグマ因子(σfactor)SigFに着目し、グループ3型シグマ因子のこれまで全く知られていなかったプロモーター認識能について検証した。その結果、SigFシグマ因子のみが厳密に認識することのできる共通コア配列が(転写開始点を+1として)-32(TAGGC)と-12(GGTAA)領域に発見された。これをもとに藍藻PCC6803におけるシグマ因子群のプロモーター認識能を分類整理した。シアノバクテリア(藍藻)は、進化においても重要な位置を占め、生命現象について研究する良い材料であるばかりか、資源・環境問題でもしばしば注目されるモデル光合成生物である。本研究課題では、シアノバクテリアの一種Synechocystis sp.PCC6803転写装置(RNA polymerase,RNAP)におけるシグマ因子(σfactor)SigFに着目し、これまで光合成生物において全く知られていなかったグループ3型シグマ因子のプロモーター認識能について解析することを目的とした。初年度にあたる平成19年度は、繊毛形成や運動性に関与するpilA遺伝子のプロモーターをSigFが特異的に認識している事を、細胞内ならびに試験管内で明らかにした。pilA遺伝子の転写開始点をプライマー伸長法により決定したところ、予想されるプロモーターは一ヵ所であることが判明し、これをPpilA1-54と命名した。再構成RNAP-SigF酵素と鋳型pilA1プロモーターを混合し、転写反応させた後、高解像度の転写産物解析を行った。その結果、pilA遺伝子の翻訳開始点からそれぞれ12塩基、32塩基上流にコア配列を有する新規プロモーター構造を発見するに至った。更に興味深い事に、PCC6803細胞内では、PpilA1-54からの転写は、SigFにのみにより認識され、他のグループ1ならびに2や3型シグマ因子によっては認識されなかった。以上の結果から、SigFグループ3型シグマ因子のプロモーター認識能は極めて厳密であり、新規のプロモーター配列を認識している事が明らかになった。本研究成果は、グループ3型シグマ因子の機能について新規で重要な知見を与えた。本研究課題は、モデル光合成生物であるシアノバクテリア(藍藻)の一種Synechocystis sp. PCC 6803株の転写装置(RNA polymerase, RNAP)におけるシグマ因子(σfactor)SigFに着目し、これまで光合成生物において全く知られていなかったグループ3型シグマ因子のプロモーター認識能について解析することを目的としている。平成19年度に引き続き、二年目にあたる平成20年度も研究計画書に基づき実験を遂行し、多くの新しい知見を得た。特に、繊毛形成や運動性に関与するpilA遺伝子プロモーターPpilA1-54の配列に7bpならびに3bpの変異を導入し、これを鋳型DNAとするin Vitro転写系に精製RNAP-SigFを添加することによって、プロモーター認識能を検証することに成功した。その結果、SigFシグマ因子が認識する重要なコア配列が(転写開始点を+1として)-32(TAGCC)と-12(GGTAA)領域であることを突き止めた。更に、SigFシグマ因子の標的プロモーターを全ゲノム配列から相同性検索で絞り込み、SigF、pixJ1(光受容体ファイトクロム様遺伝子)、Slr0837(ペリプラズム蛋白質様遺伝子)を候補として同定し、実際これら遺伝子プロモーターがSigFにより認識されていることを証明すると同時に、それら遺伝子プロモーター群においても、保存された共通の配列が存在することを示した。前年度の解析結果も含め、SigFによるプロモーター新規配列の厳密な認識能についてまとめ、それら成果の一部を学会発表やホームページで公表した。さらに英語論文として、英国の学術雑誌Nucleic Acids Researchに投稿し、採択・公開された。本研究課題は、全ゲノム配列が解読されたモデル光合成生物シアノバクテリア(藍藻)の一種Synechocystis sp.PCC6803株の転写装置(RNA polymerase, RNAP)におけるシグマ因子(σfactor)SigFに着目し、これまで光合成生物において全く知られていなかったグループ3型シグマ因子のプロモーター認識能について解析することを目的とした。最終年度にあたる平成21年度は、申請書の計画に基づき実証して得られた成果をまとめ、総説の一部で公表した。6803株においては、9種類ある全シグマ因子を3つのグループに分類し、機能を体系的に整理した。本研究で着目したグループ3型シグマ因子の1つSigFのプロモーターのコア配列[-32(TAGCC)/-12(GGTAA)]を初めて明らかにし、SigFの機能が細胞表層における繊毛形成や運動性ならびに光走性遺伝子のプロモーター認識に普遍的に関わっている可能性を示唆した。

更に、SigFの厳密なプロモーター認識能を利用した藻発現ベクター構築や自然界から新規な藍藻の分離を試みたり、SigFタイプのシグマ因子遺伝子の多様性について発展的な研究を展開するに至った。このように3年の研究期間で、総説を含む学術論文2編、学会等発表5回を数え、充分な成果を挙げることができた。また、茨城大学学術ホームページにおいても、研究成果について公開している。
生態系モデルに基づくオンライン社会活動分析技術の開発

オンライン時系列ビッグデータは,実社会における様々な分野で大量に発生している.例えば,Webサービスの代表であるGoogleの検索数は毎日30億クエリを超え,ソーシャルメディアサービスTwitterには,3億近くのアクティブユーザから5億件以上のTweetが日々生成され続けている.これらのオンライン活動データは,現実世界のニュース,季節性等を含む様々な実社会活動と連動し,リアルタイムに変化,推移している.このようなWeb情報の時間発展の解析は,特定のビジネスのみならず,社会経済の活性化,行政,環境,防災など,重要な社会問題を解決するための効果的なアプローチとして期待されている.本研究では,オンラインネットワーク内において大量かつ高速に生成され続けるオンライン時系列ビッグデータストリームを対象とし,Web上に現れる多種多様で複雑な時系列パターンの中から,社会的に重要な情報を高速かつ自動的に抽出・発見することで,社会活動の動向をリアルタイムに分析・予測するための基盤技術を開発する.本年度は主に研究の基礎理論の確立を目指すと同時に,国内外での研究議論,発表を活発に行った.より具体的には,研究課題の基盤技術として,主に大規模非線形時系列データストリームのための特徴自動抽出と予測を行う手法を開発した.研究論文に関しては,データマイニングの分野で国際的に最も権威のある国際会議ACM SIGKDDにへの採録が決定した.本年度はオンラインアクティビティのダイナミクスを表現するため,これまで開発した非線形モデル学習とリアルタイム予測の技術を改良,発展させ,より高度かつ複雑な時系列パターンを多角的に表現,解析することを可能とする非線形解析技術を開発した.また,研究論文に関しては,データマイニングの分野で国際的に最も権威のある国際会議ACM SIGKDDにへの採録が決定し,国際的にインパクトの高い研究成果となった.本年度に開発した解析技術は,リアルタイムに非線形性を有する時系列データストリームを学習することができ,既存手法と比較し,より多様かつ複雑な時系列パターンを表現する能力を有する.そこで今後は,さらに高度な時系列データとして,高次元データや数値データのみならずカテゴリカルな値を付与された時系列データ等のモデル表現についても検討し,より柔軟にオンライン時系列ビッグデータを解析できる基盤技術を開発する.オンライン時系列ビッグデータは、実社会における様々な分野で大量に発生している。例えば、Webサービスの代表であるGoogleの検索数は毎日30億クエリを超え、ソーシャルメディアサービスTwitterには、3億近くのアクティブユーザから5億件以上のTweetが日々生成され続けている。これらのオンライン活動データは、現実世界のニュース、季節性等を含む様々な実社会活動と連動し、リアルタイムに変化、推移している。このようなWeb情報の時間発展の解析は、特定のビジネスのみならず、社会経済の活性化、行政、環境、防災など、重要な社会問題を解決するための効果的なアプローチとして期待されている。本研究では、オンラインアクティビティのダイナミクスをリアルタイムかつ高精度に捉えるための高度な時系列解析技術、そして重要な社会現象を自動的に検出、判別し、適切な形でユーザに情報提示するための統合サービスの実装を行う。本年度は、オンラインアクティビティのダイナミクスを表現するため、これまで提案した生態学に基づくモデルを深化、発展させ、様々な属性情報を含む複合データを多角的に解析することを可能とする非線形テンソル解析手法を開発した。さらに、リアルタイムにWeb上のアクティビティデータを予測するためのリアルタイムデータストリーム予測技術を開発した。研究論文に関しては、Webの分野で国際的に最も権威のある学術雑誌ACM Transactions on the Web (TWEB)に論文が採択された。またそれ以外に、Springerの国際雑誌であるWorld Wide WebJournalに招待論文として採択されている。さらに、トップ国際会議であるKDD2017においてチュートリアル講演にも採択された。KDDでのチュートリアル講演は日本人としては初めての採択である。また、国内外において研究発表を活発に行った。国際的にインパクトの高い研究成果となった。オンライン時系列ビッグデータは,実社会における様々な分野で大量に発生している.例えば,Webサービスの代表であるGoogleの検索数は毎日30億クエリを超え,ソーシャルメディアサービスTwitterには,3億近くのアクティブユーザから5億件以上のTweetが日々生成され続けている.これらのオンライン活動データは,現実世界のニュース,季節性等を含む様々な実社会活動と連動し,リアルタイムに変化,推移している.このようなWeb情報の時間発展の解析は,特定のビジネスのみならず,社会経済の活性化,行政,環境,防災など,重要な社会問題を解決するための効果的なアプローチとして期待されている.

本研究では,オンラインネットワーク内において大量かつ高速に生成され続けるオンライン時系列ビッグデータストリームを対象とし,Web上に現れる多種多様で複雑な時系列パターンの中から,社会的に重要な情報を高速かつ自動的に抽出・発見することで,社会活動の動向をリアルタイムに分析・予測するための基盤技術を開発する.本年度は主に研究の基礎理論の確立を目指すと同時に,国内外での研究議論,発表を活発に行った.より具体的には,研究課題の基盤技術として,主に大規模非線形時系列データストリームのための特徴自動抽出と予測を行う手法を開発した.研究論文に関しては,データマイニングの分野で国際的に最も権威のある国際会議ACM SIGKDDにへの採録が決定した.本年度はオンラインアクティビティのダイナミクスを表現するため,これまで開発した非線形モデル学習とリアルタイム予測の技術を改良,発展させ,より高度かつ複雑な時系列パターンを多角的に表現,解析することを可能とする非線形解析技術を開発した.また,研究論文に関しては,データマイニングの分野で国際的に最も権威のある国際会議ACM SIGKDDにへの採録が決定し,国際的にインパクトの高い研究成果となった.考案手法では、キーワード/アクティビティの相互作用をモデル化する。しかし、キーワード/アクティビティの組み合わせ数が増えると計算コストは爆発的に増大する。そこで、相互作用が伴わないペアを高速に除去することにより、計算コストの低減化を図り、複合データのための非線形テンソル解析の高速化技術を確立する。さらに、Web情報は自然現象や人々の社会活動など様々な事象を表現している。今後、本研究では、ビッグデータとしてのWeb情報から時系列モデルを大量に構築し、時系列モデル間の因果関係(要因ー結果関係)を捉え、すなわち事象の連鎖をモデル化する。様々な事故やトラブルの兆候(サイン)をビッグデータから高速かつ自動的に抽出するためのリアルタイム要因分析技術を開発する。本年度に開発した解析技術は,リアルタイムに非線形性を有する時系列データストリームを学習することができ,既存手法と比較し,より多様かつ複雑な時系列パターンを表現する能力を有する.そこで今後は,さらに高度な時系列データとして,高次元データや数値データのみならずカテゴリカルな値を付与された時系列データ等のモデル表現についても検討し,より柔軟にオンライン時系列ビッグデータを解析できる基盤技術を開発する.
生物体の凍結保存における伝熱制御に関する研究

平成13年度は,平成12年度に行った浮遊細胞の最適凍結条件に対するシミュレーション結果を踏まえ,生物組織を対象とした凍結シミュレーションを行った.シミュレーションの対象は,個々の細胞の直径が30μm,組織の寸法は10,50,100mmとした.膜透過係数は小麦胚芽細胞の細胞壁を取り除いたプロトプラストの値を用いた.組織表面の冷却速度を-5°C/minとした場合のシミュレーションでは,寸法が10mmの組織では全域で細胞内氷晶が形成され死滅し、寸法が100mmの組織では組織の中心付近で細胞脱水が多くなり細胞は死滅した.組織寸法が50mm,100mmの場合,組織表面から20mmのところで僅かではあるが,生存の可能性が見られた.この部分の温度履歴は両者ともほぼ一致しており,-0.1°C/minで-2°Cまで冷却された後,約-2.0°C/minで-20°Cまで急冷される2段冷却の形となっている.また,このときの細胞の体積は元の約40%となっている.しかしながら、生物組織の凍結はそのままでは困難であり凍害保護物質の利用が必須である.10%,20%,30%のglycerolを用いたシミュレーションでは,濃度が高いほど,生物組織表面での冷却速度が遅いほど効果が見られた.2段冷却法の観点からは,組織表面の冷却速度を徐々に加速してやり,細胞を約40%まで脱水収縮させた後急速に冷却し細胞脱水をとめてやるのが望ましいが、本研究では最適操作条件を決定するには至らなかった.これは、本研究で用いた代表者らの凍結解凍モデルには細胞内での確率的核生成が含まれており不連続性を有するため,逆問題の解としての最適解が得られないためである.解決策としては、代表者らの凍結解凍モデルを単純化したモデルをもとに制御系を設計することがか考えられる、その上で代表者らの凍結解凍モデルに適応することにより有効性を確認する必要がある.12年度は浮遊細胞の最適凍結条件を決定するためシミュレーションを行った。遅い冷却速度の場合,浸透圧差による細胞からの水分の流出のための時間的余裕が多くなり,細胞は脱水収縮し細胞は障害を受ける.しかし,細胞内の溶液がその分濃縮されるため細胞内での核生成は抑制される.他方,早い冷却速度の場合は細胞の脱水量が少ないため細胞内での氷晶核の生成がおこり易くなり細胞は凍結による障害を受ける.従って,適度に脱水し、細胞内凍結が起こらない冷却速度が至適冷却速度となる.シミュレーションにより、至適冷却速度はほぼKg/d(Kg:水の細胞膜透過係数、d:細胞直径)に比例することがわかった。細胞内での核生成を抑制するためには細胞はある程度脱水・濃縮されなければならないが,Kg/dが小さいほど細胞は脱水し難く,時間的な余裕が必要となるためである。凍害保護物質であるglycerolの脱水の抑制効果によりglycerol濃度が高いほど至適冷却速度は遅くなる.ただし,glycerol 30%の場合にはglycerolの核生成の抑制効果が顕著となり,至適冷却速度はglycerol 20%に比べてやや速くなる.これは,核生成を起こしやすい大きな細胞ほど顕著である。glycerol 0%の場合,大きな細胞では至適冷却速度が現れなかった.これは,細胞内での核生成確率が大きく,細胞内で凍結しない最も遅い冷却速度では細胞の脱水が多くなりすぎ,溶液効果により細胞は死滅するからである.また逆に,Kg/dが大きな場合で至適冷却速度が現れない結果が得られた.これは,細胞内での核生成確率が小さく生残率が冷却速度に対して極値を持たず冷却速度とともに単調に増加するためである.以上より,細胞の種類(膜透過係数、寸法)によって至適冷却速度が異なること,凍害保護物質により生存率は上昇するが,至適冷却速度はその濃度によって異なることがシミュレーションにより明らかとなった.また,2段冷却法の考え方を細胞レベルのミクロ挙動を考慮しながら実現できる.平成13年度は,平成12年度に行った浮遊細胞の最適凍結条件に対するシミュレーション結果を踏まえ,生物組織を対象とした凍結シミュレーションを行った.シミュレーションの対象は,個々の細胞の直径が30μm,組織の寸法は10,50,100mmとした.膜透過係数は小麦胚芽細胞の細胞壁を取り除いたプロトプラストの値を用いた.組織表面の冷却速度を-5°C/minとした場合のシミュレーションでは,寸法が10mmの組織では全域で細胞内氷晶が形成され死滅し、寸法が100mmの組織では組織の中心付近で細胞脱水が多くなり細胞は死滅した.組織寸法が50mm,100mmの場合,組織表面から20mmのところで僅かではあるが,生存の可能性が見られた.この部分の温度履歴は両者ともほぼ一致しており,-0.1°C/minで-2°Cまで冷却された後,約-2.0°C/minで-20°Cまで急冷される2段冷却の形となっている.また,このときの細胞の体積は元の約40%となっている.しかしながら、生物組織の凍結はそのままでは困難であり凍害保護物質の利用が必須である.10%,20%,30%のglycerolを用いたシミュレーションでは,濃度が高いほど,生物組織表面での冷却速度が遅いほど効果が見られた.

2段冷却法の観点からは,組織表面の冷却速度を徐々に加速してやり,細胞を約40%まで脱水収縮させた後急速に冷却し細胞脱水をとめてやるのが望ましいが、本研究では最適操作条件を決定するには至らなかった.これは、本研究で用いた代表者らの凍結解凍モデルには細胞内での確率的核生成が含まれており不連続性を有するため,逆問題の解としての最適解が得られないためである.解決策としては、代表者らの凍結解凍モデルを単純化したモデルをもとに制御系を設計することがか考えられる、その上で代表者らの凍結解凍モデルに適応することにより有効性を確認する必要がある.