hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
非線形方程式の解法の研究とその実用ソフトウエアの開発

本研究課題において以下の研究成果を得た.(1)従来の反復解法では精度保証を与えることが困難であった非線形方程式の近接した解に対して,因子として分離することで精度保証を与える方法について研究を行い,クラスタを因子として分離し係数の精度保証を与える方法と解析的領域を推定する方法を統合することでパラメータ推定などを自動化するアルゴリズムのための手法を提案した.上記の提案手法のソフトウエア開発を行い,精度保証付き計算が可能なライブラリであるINTLABを用いてプログラムを実装した.数値実験によりその有効性を確認した.(2)非線形方程式の指定した領域内の解のみを求める方法について海外研究協力者と共同研究を行った.数値積分が解法に与える影響について理論的な解析を行った.(3)海外研究協力者と非線形方程式に対する同時反復解法の導出の一般化手法について共同研究を行い,パラメータ付きの同時反復解法の族を提案した.(4)固有値問題を非線形方程式の解法に帰着させる方法において大規模問題に対して高い並列性が得られることを示した.この解法の持つmaster-worker型の処理の特長を利用し,グリッドRPCとMPIのハイブリッドアルゴリズムを実装した.このプログラムを分子軌道計算で現れる大規模固有値問題に適用し,分散したクラスタ環境において高い効率が得られることを確認した.(5)実用ソフトウエアプラットフォームのためのシステムexGUIdeの開発を行った.数式やアルゴリズムの入力を容易にするためのパイメニュー方式の実装と,各種のモデル言語に対応する柔軟性を備えるための定義方法を実装した.このシステムを数式を含む数理ドキュメント検索に応用した.本研究課題において以下の研究成果を得た.(1)従来の反復解法では精度保証を与えることが困難であった非線形方程式の近接した解に対して,因子として分離することで精度保証を与える方法について研究を行い,クラスタを因子として分離し係数の精度保証を与える方法と解析的領域を推定する方法を統合することでパラメータ推定などを自動化するアルゴリズムのための手法を提案した.上記の提案手法のソフトウエア開発を行い,精度保証付き計算が可能なライブラリであるINTLABを用いてプログラムを実装した.数値実験によりその有効性を確認した.(2)非線形方程式の指定した領域内の解のみを求める方法について海外研究協力者と共同研究を行った.数値積分が解法に与える影響について理論的な解析を行った.(3)海外研究協力者と非線形方程式に対する同時反復解法の導出の一般化手法について共同研究を行い,パラメータ付きの同時反復解法の族を提案した.(4)固有値問題を非線形方程式の解法に帰着させる方法において大規模問題に対して高い並列性が得られることを示した.この解法の持つmaster-worker型の処理の特長を利用し,グリッドRPCとMPIのハイブリッドアルゴリズムを実装した.このプログラムを分子軌道計算で現れる大規模固有値問題に適用し,分散したクラスタ環境において高い効率が得られることを確認した.(5)実用ソフトウエアプラットフォームのためのシステムexGUIdeの開発を行った.数式やアルゴリズムの入力を容易にするためのパイメニュー方式の実装と,各種のモデル言語に対応する柔軟性を備えるための定義方法を実装した.このシステムを数式を含む数理ドキュメント検索に応用した.平成15年度は非線形方程式の解法とそのソフトウェアについて以下の研究成果を得た。(1)海外研究協力者の一人であるPetkovic教授を筑波大学に招聘し、多項式の解を求める同時反復解法について研究打ち合わせを行った。高次の反復解法を導出する方法に関して新しい手法を得た。さらに、Petkovic教授と共同で行ってきた解析関数に対する同時反復解法について論文発表を行った。(2)固有値解法を利用した代数方程式の解法において、従来手法では問題となっていた重複解に対してその重心を高精度に求める方法の提案をした。また、多倍長演算と倍精度演算を計算量に応じて組み合わせることで、高速に高い精度で解を得る方法を提案した。さらに、実用ソフトウェアを開発するための調査を行い、級数展開を精度保証付きで行い、解析性の判定を行うソフトを実装した。(3)海外研究協力者の一人であるVan Barel教授、およびDr.Kravanjaと解析関数の零点を求める方法の誤差解析を行い、これに関する論文発表をした。さらにHankel行列によって構成される一般化固有値問題に対する精密な誤差解析を行い、これを零点を求める方法に適用した。(4)解析関数の零点を求める方法を固有値問題に応用し、大規模な一般化固有値問題を目的とする領域内の固有値のみに対応した小規模な非線形問題に変換して固有値を求める解法を提案した。高い並列性を持つ方法の特徴を利用して、並列環境向きの解法を提案し、グリッド環境向きリモート呼び出し手続き言語を用いて実装した。平成16年度は以下の研究成果を得た.(1)前年度に引き続き非線形方程式の近接解に対して精度保証を行うための方法の研究を行った.近接解では,精度保証を行うときに前提となる解の分離が困難であるため,一般には反復法を適用することができなかった.本研究では,近接解を個別に求めようとせず多項式因子として求めることで精度保証を与える.この方法で必要とするパラメータ値を決定する方法を示した.また,国際会議において研究成果の発表を行った.(2)平成15年度に本補助金で招聘した海外研究協力者の一人であるPetkovic教授と共同研究を行い,Hansen-Patric型のパラメータを含む解法を解析関数の非線形方程式に適用する方法を提案した.

この方法ではパラメータを変えることで多くの解法を導出することができる.Mathematica上でこの方法のソフトウエアを開発し,いくつかの問題への適用を行い,提案手法の有効性を確認した.(3)平成15年度に提案した,固有値問題を非線形方程式の解法に帰着させる方法において,大規模問題に対して高い並列性が得られることを示した.この解法の持つmaster-worker型の処理の特長を利用し,グリッドRPC上に解法を実装した.分子軌道計算で現れる大規模固有値問題に適用し,遠隔地のPCクラスタを利用する環境下で実験を行った.(4)3次元形状再構成問題に非線形方程式の解法が適用できることを示し,モデルデータを対象として数値実験を行い,その性質を検証した.(5)実用ソフトウエアプラットフォームのためのシステムexGUIdeの開発を行った.平成17年度は以下の研究成果を得た.(1)従来の反復解法では精度保証を与えることが困難であった非線形方程式の近接した解に対して,因子として分離することで精度保証を与える方法について研究を行った.クラスタを因子として分離し係数の精度保証を与える方法と解析的領域を推定する方法を統合することで、パラメータ推定などを自動化するアルゴリズムのための手法を提案した.(2)上記の提案手法のソフトウエア開発を行い,精度保証付き計算が可能なライブラリであるINTLABを用いて実装した.数値実験によりその有効性を確認した.(3)海外研究協力者の一人であるPetkovic教授と非線形方程式に対する同時反復解法の導出の一般化手法について共同研究を行った.(4)固有値問題を非線形方程式の解法に帰着させる方法において,大規模問題に対して高い並列性が得られることを示した.この解法の持つmaster-worker型の処理の特長を利用し,グリッドRPCとMPIのハイブリッドアルゴリズムを実装した.このプログラムを分子軌道計算で現れる大規模固有値問題に適用し,分散したクラスタ環境において高い効率が得られることを確認した.(5)前年度に引き続き,実用ソフトウエアプラットフォームのためのシステムexGUIdeの開発を行った.数式やアルゴリズムの入力を容易にするためのパイメニュー方式の実装と,各種のモデル言語に対応する柔軟性を備えるための定義方法を実装した.このシステムを数式に含む数理ドキュメント検索に応用した.
薬剤排出ポンプ遺伝子群の発現制御へのカルシウムシグナルの関与

アネトールは薬剤排出ポンプPDR5およびその転写因子PDR3の転写亢進を抑制し、相乗的な抗真菌作用を発揮する。PDR3転写亢進の抑制には、ミトコンドリアDNA欠損によるLGE1経由のPDR3およびPDR5転写亢進の抑制が関与していた。また、細胞質Ca2+の低下に関わるゴルジ体Ca2+-ATPase PMR1およびその調節因子SWI/SNF複合体関連の欠損は相乗作用を消失させた。さらに、アネトールはCa2+蓄積を促進させたが、上記の欠損株では薬剤排出は恒常的に抑制された。以上より、Ca2+調節機構が薬剤排出関連遺伝子の調節にも関与し、Ca2+レベルの上昇は副次的なものである可能性が示唆された。トランス・アネトール(アネトール)は、セリ科植物から抽出される独特の芳香を放つフェニルプロパノイドであり、香辛料として食品に幅広く添加されている。本物質は弱い抗菌活性を示すが、他の薬剤と併用することで相乗的な抗真菌作用を発揮することがすでに報告されている。本研究ではアネトールとモデル薬剤であるドデカノールを併用した際に見られる相乗的な抗真菌作用発現メカニズムを、出芽酵母の薬剤耐性に関わる多剤耐性薬剤排出ポンプ、ABCトランスポーター群と、細胞質Ca2+濃度調節にかかわる遺伝子群に絞って解析するとともに、細胞内Ca2+濃度を測定し、細胞死とCa2+濃度の相関も検討した。ドデカノール処理により排出ポンプの一つであるPDR5の発現が増大したが、アネトールとの併用によりその過剰発現は強く抑制された。また、PDR5の転写因子の一つとされるPDR3においてもアネトールとの併用によりその発現が抑制された。一方、ドデカノールは細胞質におけるCa2+濃度を一過的に上昇させたが、アネトールを共存させた場合、その上昇が維持されることが判った。Ca2+濃度の上昇には、細胞質のCa2+濃度を低下させるゴルジ体Ca2+-ATPase PMR1の抑制が関わっている可能性が、遺伝子欠損株を用いた実験から示唆された。以上の結果より、アネトールが示す相乗的な抗真菌作用には少なくとも薬剤排出の抑制およびCa2+濃度の調節不全が関与していると推察された。trans-anethole (anethole)は、アニスの果実から抽出される精油の主成分であり、香辛料として食品への添加が許可されている。本物質はdodecanolを含む他の薬剤と併用することで相乗的な抗真菌作用を発揮する。dodecanolストレスによって出芽酵母のコロニー形成単位(CFU)は一旦低下するが、その後CFUは回復する。そのストレスからの回復には多剤耐性薬剤排出ポンプPDR5およびその転写因子PDR3の転写亢進が関与し、anetholeはその亢進を抑制する。本年度は、薬剤がPdr5を亢進させる系を一種の薬剤ストレス応答機構としてとらえて、それらに与えるanetholeの影響を他のストレス応答機構などと比較しながら解析した。ミトコンドリアDNA欠損によるストレスがLge1に依存してPdr3およびPdr5を亢進させて薬剤耐性を示すことが報告されている。LGE1欠損株は、dodecanolに対して感受性となり相乗効果も消失していた。加えて、本欠損株において、dodecanolはPDR3およびPDR5の転写亢進を抑制し、逆にanetholeとの併用処理ではそれらの発現抑制は弱められた。一方、相乗的抗真菌作用も示す免疫抑制剤FK506は細胞質Ca2+の低下に関わるゴルジ体Ca2+-ATPase Pmr1を抑制することが報告されている。dodecanolは細胞質Ca2+濃度を一過的に上昇させたが、anethole共存下ではその上昇が維持されていた。さらに、PMR1欠損株では長時間のdodecanol処理後も濃度上昇が維持されていた。以上の結果より、anetholeによる相乗的な抗真菌作用には少なくともLge1に依存した薬剤排出ポンプ亢進の抑制、およびPmr1の抑制によるCa2+ストレスからの回復阻害が関与していると推察された。アネトールはドデカノールを含む他の薬剤と併用することで相乗的な抗真菌作用を発揮する。ドデカノールストレスによって出芽酵母のコロニー形成単位(CFU)は一旦低下するが、その後CFUは回復する。そのストレスからの回復には多剤耐性薬剤排出ポンプPDR5およびその転写因子PDR3の転写亢進が関与し、アネトールはその亢進を抑制する。相乗的抗真菌作用に関わる他の要因について検索した結果、ドデカノールは細胞質Ca2+レベルを一過的に上昇させたが、アネトール共存下ではその上昇が維持されており、さらに、ゴルジ体Ca2+-ATPase PMR1の欠損株では長時間のドデカノール処理後もその濃度上昇が維持されていることが判明した。従って、本年度は、カルシウム代謝に関わる遺伝子の欠損株について網羅的にドデカノール感受性を調べ、次いで、感受性が持続する、あるいは耐性を示す株について薬剤排出への影響を蛍光プローブ・ローダミン6Gを用いて調べた。その結果、ドデカノールに対して持続的な抗真菌作用を示した株にはPMR1の転写活性化にかかわるSWI/SNF複合体のサブユニット遺伝子欠損株が数多く含まれていた。以上より、ドデカノール耐性の一つには細胞質カルシウム濃度の低下が関与していると強く示唆された。

一方、以上の欠損株については薬剤排出活性自体が親株に比べて約半分に低下しており、またその活性はアネトール処理やドデカノール処理によって大きく変動しなかったことから、ドデカノール処理によるカルシウム濃度上昇は副次的なもので、カルシウム調節機構自体が薬剤排出活性をコントロールしている可能性も指摘された。アネトールは薬剤排出ポンプPDR5およびその転写因子PDR3の転写亢進を抑制し、相乗的な抗真菌作用を発揮する。PDR3転写亢進の抑制には、ミトコンドリアDNA欠損によるLGE1経由のPDR3およびPDR5転写亢進の抑制が関与していた。また、細胞質Ca2+の低下に関わるゴルジ体Ca2+-ATPase PMR1およびその調節因子SWI/SNF複合体関連の欠損は相乗作用を消失させた。さらに、アネトールはCa2+蓄積を促進させたが、上記の欠損株では薬剤排出は恒常的に抑制された。以上より、Ca2+調節機構が薬剤排出関連遺伝子の調節にも関与し、Ca2+レベルの上昇は副次的なものである可能性が示唆された。薬剤ストレスによって引き起こされる細胞内カルシウム濃度の異常は、カルシウムポンプの働きによって正常になり、その結果、薬剤ストレスが解消することが明らかとなった。以上の結果は、薬剤排出によって薬効が減弱することと相関している。anetholeはそのカルシウムポンプの一つであるゴルジ体pmr1の抑制を介してカルシウムの代謝異常を持続させることが明らかとなった。以上の結果は前年度予想していたが、実験の結果、それが正しいことが検証されたため、本申請課題の研究はおおむね順調に進展していると判断した。生物系薬学カルシウム代謝異常が具体的に薬剤排出に、どうか変わっているのかは依然として不明である。今後の課題としては、細胞内カルシウム蓄積が薬剤排出ポンプの遺伝子発現及びそのタンパク質の機能に与える影響をミトコンドリアを起点とする系も含めてシグナル伝達系から解析してみることになった。アネトールが示す薬剤排出ポンプ遺伝子の亢進抑制にかかわっていることが判明しているのは、その直接の転写因子であるPDR3だけであった。今回行った実験において、薬剤処理によって生じる細胞内カルシウムイオン濃度の調節不全がアネトール処理によって維持されていることが判明した。加えて、それにかかわっている遺伝子群の中から、少なくとも一つの遺伝子がその調節不全に関与している可能性が示唆され、薬剤排出ポンプの遺伝子発現を制御している系としてPDR3の上流側に位置するものとしてカルシウムシグナルの関与が候補として挙がってきたため、研究は順調に進展していると判断した。次年度に行いたい実験の試薬代を捻出するために、研究費の節約を行った結果、余剰金が生じた。モデル薬剤であるドデカノールは出芽酵母に対して薬剤排出ポンプ遺伝子の亢進および細胞内カルシウムイオンの調節不全を引き起こすが、その亢進および調節不全はキャンセルされ、その後酵母の生育は回復する。アネトールはその亢進および調節不全を持続させ、最終的に相乗的な殺真菌作用を発揮する。今後は薬剤排出ポンプ遺伝子の調節にカルシウムシグナルが関連していないかどうかを遺伝学的および生化学的に検証していく。67,596円は、次年度に行いたい実験、遺伝子発現解析実験やカルシウムイメージングのための試薬代として使用したい。
遺伝子解析に基づく遺伝的アルゴリズムの開発とシステム設計への応用

本研究においては、これまでに提案されたリンケージ同定に基づく遺伝的アルゴリズムをさらに発展させ、より一般的な枠組みとして、遺伝子解析に基づく遺伝的アルゴリズムを開発することを目的とし、さらにそのシステム設計問題への応用をはかっている。バイオインフォマティクスの分野では、遺伝子解析に関する手法が数多く提案されているが、それらを参考にリンケージの同定、ビルディングブロックの検出、交叉手法の改良などを行い、より高性能で高い信頼性を有する遺伝的アルゴリズムを開発する。本年度においては、分布推定手法の改良を図るとともに、効率的な並列化手法を開発することで、大規模な問題への対応を図った。具体的には、割り当て関数による重み付けを行うことで精度を向上させ分布推定に要する計算コストを削減するための手法を開発するとともに、ベイジアンネットワークに基づく確率モデル構築を行う分布推定アルゴリズムにおいて、ネットワーク構築の効果的な並列化手法を開発した。さらには、リンケージ同定と分布推定アルゴリズムの双方の利点を組み合わせたアルゴリズムD^5の開発を行い、問題規模の増大に対するスケーラビリティに優れた手法を開発した。さらに、D^5の実数値問題への適用についても議論するとともに、その性能について評価を行った。提案手法の適用例として、特に、蛋白質の構造エネルギー最小化問題へ、並列化した分布推定による探索手法を適用することで、本研究で開発した手法の有効性を検証している。本年度においては、リンケージ同定に基づく遺伝的アルゴリズムを基礎として、遺伝子解析手法を用いた遺伝的アルゴリズムを開発することを目標とし、理論的解析および計算機シミュレーションを行った。具体的には階層型のリンケージ構造を有する問題向けの遺伝子解析手法を提案し、階層型のテスト関数においてその有効性を示した。階層型のリンケージ同定を実現するため、従来の遺伝子レベルでの摂動モデルおよび適応度差分の計算、非線形性の検出に加えて、優良な遺伝子の集合からなるビルディングブロックを対象として摂動モデルおよびその適応度差分の計算、非線形の検出を行うメタレベルの同定アルゴリズムを提案した。提案手法において、遺伝子の多様性を確保するためにニッチングを用いることで、必要な集団サイズなどの計算コストを減少させているところにその特徴がある。また、それらリンケージ同定手法の大規模並列計算についても成果をあげた。現実の問題に対しては、大規模な都市圏光ネットワークの敷設設計問題、たんぱく質の構造を推定するためのエネルギー最小化問題を効率よく解くことができることを確認している。本年度においては、昨年度開発した、階層型のモデルに基づくリンケージ同定アルゴリズムに加えて、確率分布推定に基づく手法について、その改良および効率的な並列化手法を開発することで、大規模な問題への対応を図った。具体的には、分布の推定精度を向上させるための手法を開発するとともに、ベイジアンネットワークに基づく確率モデル構築を行う分布推定アルゴリズムの並列化のため、そのネットワーク構築の効果的な並列化手法を開発した。さらには、リンケージ同定と分布推定アルゴリズムの双方の利点を組み合わせたアルゴリズムについて開発を開始し、テスト関数による検証を行っているところである。提案手法の適用例として、複雑なたんぱく質の構造を推定するための構造エネルギー最小化問題へ開発した手法を適用することで、本研究で開発した手法の有効性を検証している。現在まで得られている結果では、従来手法と比べて高品質の解を得ることに成功している。
環境モニタリングのための大気成分および水質成分の簡易分析法の開発

1.大気成分:(1)パーソナルモニタを試作し、有害な悪臭成分であるアミン類の定量を試みた。小型ポンプとポラパックQを充てんしたカートリッジを使用し、10ppmレベルのアミン類(メチルアミン,エチルアミン他)を蛍光検出HPLCにより定量することに成功した。(2)酸性雨中の【H^+】イオンの積算計測用簡易モニタを開発した。酸化銅を焼結したペレットを用い、雨水中の酸成分によって溶出した銅イオン量又はペレットの重量減を測定する方法によって、pH=3のモデル雨水中の【H^+】イオンを98%回収することに成功した。(3)雨水および大気浮遊粉じん中のバナジウムの超高感度定量法を開発した。発色兼分離機能をもつプレカラム誘導体化試薬〔2(8-キノリルアゾ)5-NNジエチルアミノフェノール〕を用いるHPLC法によって、サブppbレベルのバナジウムを迅速に測定する方法を開発した。2.水質成分:(1)全重金属イオン濃度の簡易目視分析法を開発した。ろ紙に含浸した【Mn^(II)】-EDTA錯体を用いる金属イオン置換反応と、遊離した【Mn^(2+)】イオンによる接触的色素分解反応を目視終点検知法とする新しい手法を開発し、河川水に応用して良好な結果を得た。(2)水中のリンとケイ素について、有機溶媒可溶性メンブランフィルター法による高速濃縮法を開発し、サブppbレベルに達する計測法を開発した。ヒ素については、0.05ppbに達する手法の開発に成功した。(3)アンモニア態窒素とフッ化物イオンについて、前者では20ppb、後者では50ppbまでの成分を目視定量できるイオン対抽出比色法を開発し、河川水,湖水の計測に応用した。(4)高分子型pH緩衝試薬の開発と金属成分計測への応用について検討し、ポリマーフィルムを利用する新しい検知システムの構成に成功した。(5)イオン対吸着PVCフィルム比色法を創案し、1桁ppbレベルの金属イオン目視判定センサシステムをつくり出すことに成功した。
新しい実時間メディカルデータマイニング法の提案と総合ライフサポートシステムの開発

本年度は,神経疾患などに起因する運動機能障害者の重症度評価を実現するため,指タップ運動を用いた評価法と運動のモデル化,および提案法をベースとする様々な応用研究の検討を行った.昨年度までに構築した磁気センサ[Kandori et al.2004]の較正法[島ら,2007,指タップ運動の診断支援システム[島ら,2008]を基本とし,指タップ運動中に発生する指先力を推定する指先剛性モデルを提案した[EMBC2010].この方法論では示指と拇指の接触状態を指先剛性が直列接続していると捉え,指数関数に基づく指先剛性モデルによって指先力と指腹変形量の関係が表現可能であることを示した.このモデルは磁気センサの実を用いて指タップ運動中に指先に発生する力の評価が可能であり,従来使用されていた指先軌道の評価に加えた運動機能障害の新たな評価指標となりえる可能性がある.実験では,健常者とパーキンソン病患者の指先力に有意差が得られることを確認した.また,提案してきた運動計測,特徴抽出,定量評価の技術を用いて,新生児の運動評価システムを構築した[計測自動制御学会2009].新生児の運動を動画像を用いて計測し,四肢の運動状態を定量的に評価可能である.一方,生体信号の計測特徴抽出,パターン識別技術を応用し,生体電極の選定法の提案[計測自動制御学会],および筋音信号を利用した義手の制御方法の提案[SMC2010]を行った本年度は,指タップ運動の正確な計測のために,磁気センサ[Kandori, et. al.2004]を用いた運動計測システムとセンサの新しい較正法を提案した.磁気センサは指先にコイルを装着することで指先間の距離を正確に計測できるが,指先間距離とセンサ出力電圧の関係は明らかにされていない.そのため,センサを電磁気学的にモデル化した新しい較正式を提案し,その正確さを評価した(計測自動制御学会論文集43・9).使用者にコイルを装着して3箇所の指先間距離と電圧の関係を事前に計測することで,正確な指タップ運動計測が可能である.これによって,簡便かつ正確な運動計測が実現できた.また,提案した運動計測システムを用いて,指タップ運動パラメータ提示システムの開発を試みた.このシメテムは指タップ運動の速度や大きさなどの11個の指標をリアルタイムで算出でき,60秒間の指タップ運動を定量的に評価して医師に提示することができる(第8回計測自動制御学会SI部門).しかしながら,抽出した特徴量がパーキンソン病などの運動機能障害の評価にどのぐらい有効であるかの検証は十分に行えていない.一方,指タップ運動を利用して運動機能をトレーニングするための方法論についても検討した(第40回日本人間工学会中国・四国支部大会).このシステムは指タップ運動を随意的に実施することで音楽演奏が可能であり,演奏しながら運動のトレーニング効果が期待できる.さらに,指タップ運動機能の自動識別を目指し,新しいニューラルネットの提案を試みた(CME2007,ICCN2007)また,提案ニューラルネットの考え方を元に,パーキンソン病の重症度をどの程度評価できるかを検討した(第46回日本生体医工学会大会).本年度は,神経疾患などに起因する運動機能障害者の重症度評価を実現するため,指タップ運動を用いた評価法の検討を行った.昨年度構築した磁気センサ[Kandori et al.2004]の較正法[島ら,2007]を用いて指タップ運動を計測し,指タップ運動の診断支援システムを開発した[EMBC2008,医療機器学78・12].このシステムは指タップ運動の速度や大きさなどの11個の指標をリアルタイムで算出でき,特徴量や評価結果などを医師に提示可能である.実際にパーキンソン病患者の指タップ運動の評価を実施し,重症度を定量化できる可能性を確認した.また,算出した指タップの特徴量と評価指標をもとに,複数のニューラルネットを用いて運動機能を自動的に識別する手法の提案を行った[ICBME2008,Sensors 9・3,第29回バイオメカニズム学術講演会].提案手法を用いてパーキンソン病患者の指タップ運動識別を実施し,指タップ運動から病症の有無を自動的に識別できる可能性を示した.ただし,指タップ運動の特徴量から提案手法を用いてパーキンソン病の重症度(医師の評価結果)の自動識別の検討は行えていない.一方,指タップ運動を利用して運動機能をトレーニングするための方法論についても検討した(SMC2008).このシステムは指タップ運動を随意的に実施することでゲームや家電機器の操作が可能であり,ゲームを行いながら運動のトレーニング効果が期待できる.本年度は,神経疾患などに起因する運動機能障害者の重症度評価を実現するため,指タップ運動を用いた評価法と運動のモデル化,および提案法をベースとする様々な応用研究の検討を行った.昨年度までに構築した磁気センサ[Kandori et al.2004]の較正法[島ら,2007,指タップ運動の診断支援システム[島ら,2008]を基本とし,指タップ運動中に発生する指先力を推定する指先剛性モデルを提案した[EMBC2010].この方法論では示指と拇指の接触状態を指先剛性が直列接続していると捉え,指数関数に基づく指先剛性モデルによって指先力と指腹変形量の関係が表現可能であることを示した.

このモデルは磁気センサの実を用いて指タップ運動中に指先に発生する力の評価が可能であり,従来使用されていた指先軌道の評価に加えた運動機能障害の新たな評価指標となりえる可能性がある.実験では,健常者とパーキンソン病患者の指先力に有意差が得られることを確認した.また,提案してきた運動計測,特徴抽出,定量評価の技術を用いて,新生児の運動評価システムを構築した[計測自動制御学会2009].新生児の運動を動画像を用いて計測し,四肢の運動状態を定量的に評価可能である.一方,生体信号の計測特徴抽出,パターン識別技術を応用し,生体電極の選定法の提案[計測自動制御学会],および筋音信号を利用した義手の制御方法の提案[SMC2010]を行った
夜間頻尿の変動はその関連疾患の変化を察知する代用マーカーとなりうるか？

夜間頻尿あるいはそれに関連する尿意切迫感などの下部尿路症状の自然史についてはまだ解明されていないことが多く、その変動にどの因子が、どのように、どれくらいの年数をかけて影響するのかは、よくわかっていないのが現状である。そこで、今回集計する縦断的データから、以下のことを解析した。1)夜間頻尿の出現と消失という変動を含めた、長期的な自然史について:複数回連続して受診した者のみで解析すると、ほとんどの場合は、1日2回以上の夜間頻尿があっても、その後消失したり、消失と出現を繰り返す等していた。2)その長期的変化に関わる因子(年齢、肥満、生活習慣、基礎疾患など)について:単変量解析では、夜間頻尿の増加と関わる因子は、高齢者、男性であった。また、拡張期血圧の改善は夜間頻尿の改善と関連していた。3)変動に関わる生活習慣や疾患の悪化と改善が、夜間頻尿の悪化と改善に、どの程度の強さと時間をもって反映するのか:これを、多変量解析などの統計学的手法を用いて解析しているが、連続して受診する者の割合が長期になればなるほど少なくなるため,やや困難があり、解析法の検討を必要としている。4)夜間頻尿と密接に関係ある尿意切迫感について:横断解析において、高血糖ではあるが糖尿病とは診断されない状態である者において、過活動膀胱の必須症状である尿意切迫感を持つ頻度が有意に高いことがわかった。以上から、夜間頻尿、あるいはそれと関連する尿意切迫感は、メタボリック症候群の構成要素である高血圧や高血糖を有している可能性、あるいはその変動をあらわすマーカーになりうるものと考えられた。このことは、メタボリック症候群あるいは心血管系疾患を扱うプライマリーケア医などの診療において、排尿症状を確認することの重要性を示唆するものである。今後さらなる解析を行う必要があると考える。夜間頻尿には、出現と寛解というダイナミックな変化が比較的多く認められるがわかってきている。そのため、それと関連する既知の疾患(高血圧、高血糖、肥満など)も、その動き似合わせて変化している可能性がある。両者の関連性を住民健診の縦断的調査から、10年に渡って複数回受診した者のデータがもととなり、解析している。解析結果の一部として、不眠との双方向な関係を学会報告した(第105会日本泌尿器科学会総会)。不眠から始まった夜間頻尿は、自然消失が少ないことを見出した。住民健診を10年間の間で複数回受診者数は約1万3千名であり、現在このデータベースがほぼ完成している。単純な統計解析は可能な状況になっているが、複数の因子を考慮した多変量解析等をおこなうためには、データのクリーンナップ作業がもうすこし必要な箇所もあるため、やや遅れていると判断した。1つの疾患と夜間頻尿との関係になるが、不眠と夜間頻尿の双方向性の関係について学会報告をおこなった(第105会日本泌尿器科学会総会)。夜間頻尿は、尿意切迫感を必須症状とする過活動膀胱に伴っていることも多い。実際に、住民健診において我々が調査し、作成したデータベースをもとに調べてみると、両者は併存するものは比較的多いことがわかった。そこで、過活動膀胱と関連する既知の疾患との関係を調べた。2015年の健診受診者、男性5,313人、女性7,165人を対象に、過活動膀胱の必須症状である尿意切迫感の有無について質問票にて調査し、年齢、高血圧、高血糖、肥満との関係、またメタボリック症候群との関係について調べた。なお診断基準としては、我が国におけるメタボリック症候群の診断基準を用いた。統計解析には、ロジスティック回帰分析を用いた多変量解析も行った。その結果、加齢、高血圧、高血糖、肥満はそれぞれ過活動膀胱と関連した。多変量解析でも、年齢、肥満が男女とも関連し、さらには女性のみにおいて高血糖が独立した関連因子であることがわかった。またメタボリック症候群が存在すると、過活動膀胱を有する可能性も高くなることがわかった。そのオッズ比は、男性1.22,女性1.49であった(年齢調整後)。これまで、過活動膀胱とメタボリック症候群の関係については、肯定的な報告と否定的な報告とがあり、一定の見解が得られていないが、今回の我々の大規模な調査結果からは、その関連性が見出された。そしてこのことから、夜間頻尿のみならず、過活動膀胱症状も、基礎疾患の発見マーカーとして有用となる可能性が示唆され、夜間頻尿とあわせて、縦断的解析を行うことが重要であると考えられた。なお、これらの結果は、国際禁制学会(平成29年)などにて報告した。解析結果から、糖尿病との関連性について掘り下げて行う必要性が出てきたため、進捗としてはやや遅れていると言わざるを得ない。また、データのクリーンアップ作業が遅れており、予定した年数よりもやや短い期間でのデータまでが解析可能な状況である。

2)その長期的変化に関わる因子(年齢、肥満、生活習慣、基礎疾患など)について:単変量解析では、夜間頻尿の増加と関わる因子は、高齢者、男性であった。また、拡張期血圧の改善は夜間頻尿の改善と関連していた。3)変動に関わる生活習慣や疾患の悪化と改善が、夜間頻尿の悪化と改善に、どの程度の強さと時間をもって反映するのか:これを、多変量解析などの統計学的手法を用いて解析しているが、連続して受診する者の割合が長期になればなるほど少なくなるため,やや困難があり、解析法の検討を必要としている。4)夜間頻尿と密接に関係ある尿意切迫感について:横断解析において、高血糖ではあるが糖尿病とは診断されない状態である者において、過活動膀胱の必須症状である尿意切迫感を持つ頻度が有意に高いことがわかった。以上から、夜間頻尿、あるいはそれと関連する尿意切迫感は、メタボリック症候群の構成要素である高血圧や高血糖を有している可能性、あるいはその変動をあらわすマーカーになりうるものと考えられた。このことは、メタボリック症候群あるいは心血管系疾患を扱うプライマリーケア医などの診療において、排尿症状を確認することの重要性を示唆するものである。今後さらなる解析を行う必要があると考える。夜間頻尿という1つの症状が、関連疾患である、高血圧、高血糖、肥満等の発症/進行の予測因子となりうるかどうかについて、多変量解析などの複雑な統計解析を行う予定である。その解析には、共同研究者である2名に統計学の専門家の協力を得ながら解析を進めて行く。また、泌尿器科領域の国際疫学研究チームに属しているため、そのチーム内の研究者にも助言を求めていく。住民検診で調査し作成したデータベースをもとに、夜間頻尿およびそれに付随することの多い過活動膀胱症状と、基礎疾患およびメタボリック症候群との関係が横断的研究でわかった。今後は縦断的調査結果をもとに、各疾患の発症の早い段階において既に夜間頻尿あるいは過活動膀胱症状が出現しているのかどうかを、統計学的手法を用いて解明していく計画である。夜間頻尿と死亡に関するシステマティックレビューとメタ解析を行った。現在、論文投稿中である。当初、平成29年度計画では、夜間頻尿とメタボリック症候群を含む関連疾患の縦断解析の解明を行うにあたり、統計解析を進めて行く予定であった。しかし、研究過程において、夜間頻尿と関連のある過活動膀胱症状の関連が強く示唆され、それが新たに得られた知見となった。このため、本研究目的を遂行するにあたり、本研究分担者と協議した結果、当初計画に加え、過活動膀胱の関連性を夜間頻尿の有無などうぃ考慮して詳細に検討する必要があると判断した。なお、詳細な解析および分担者との協議を終えたのが、平成29年3月中旬であり、繰越申請に間に合わなかったため、今回申請を行う。
ヴォルフ主義哲学との対決から見たカントの近代合理主義批判の再検討

近代合理主義に対するカントの批判の革新性を、ヴォルフ主義哲学との対決という観点から明らかにした。まず、『哲学雑誌』におけるエーベルハルトの6つの論文が検討された。1.人間の認識の制限に関して2.人間の認識の論理的真理あるいは超越論的妥当性に関して3.人間の認識の論理的真理あるいは超越論的妥当性についての理論のさらなる適用4.純粋知性の領域に関して5.感覚能力による認識と知性による認識の本質的区別に関して6.人間の認識の起源に関して次に、『純粋理性のあらゆる新しい批判は古い批判によって無用とされるべきであるという発見について』におけるカントの反論が検討された。1.論述の形式の問題2.概念の客観的実在性3.充足的根拠の命題および概念4.単純なものの概念5.非感性的なものへの上昇エーベルハルトがカントと本質的に異なるポイントは、経験の軽視においてではなく、経験的なものと合理的なもの、あるいは、感性的なものと知性的なものとの混交において見いだされた。エーベルハルトは、「感覚能力によって知覚する物」あるいは「私たちの固有の魂において意識する物」から抽象しなかったいかなる普遍的概念ももちえないと言う。ヴォルフ主義哲学は感性的なものから知性的なものを抽象するのである。このポイントは古代ギリシアのアリストテレス哲学にまで達する。カントの批判哲学の革新性は、このポイントを慎重に考慮してはじめて明白になるのである。1資料の調達、整理、購読本年度は、まず『ラインホルト宛書簡』を通読して論争の争点を見極めた上で、エーベルハルトの『哲学雑誌』第一巻の諸論文とカントの『発見について』を読み進めている。2理性概念の再検討合理主義批判の再検討を適切に行なうには、「理性」概念の再検討も避けて通れない。カントの理性概念を、特にVerstandとの対比において、哲学史的伝統を振り返りながら再検討することによって、いわゆる「VernunftとVerstandとの逆転」問題の修正案、および、a Priori概念との関係から見た理性の二義性の理解を提示した。3ヴォルフ的合理主義の源流ヴォルフ的合理主義の源流を見定めておくことも、本研究にとって有益であろう。そこで、前批判期のカントが「概念」と「物」との関係を合理主義的に説明しているテクストが、まさに合理主義の始まりに位置するデカルトの『第五省察』の解釈になっていることに注目し、このテクストの意味を明らかにし、さらには、同様の思想がデカルト自身のテクストの中にも確かに読み取れることを確認した。カントの批判哲学と、彼と同時代に理性主義者としてドイツ哲学界に君臨していたハレ大学哲学教授ヨハン・アウグスト・エーベルハルトの哲学との対決を精確に見定めるためには、何よりもまず、『純粋理性批判』(1781年)に対抗して1788年にエーベルハルトが創刊した『哲学雑誌』(Philosophisches Magazin)第1巻(1789年)の4分冊に収められた諸論文のうち、カント自身が読んだ論文について、徹底した分析が必要である。第1分冊第2号に収められた「人間の認識の制限について」という論文において、エーベルハルトは、ロックに始まり、ヒュームにおいて極まる懐疑主義、観念論の哲学に対して、カントの批判哲学を含むドイツのドグマ主義哲学がいかに有効であるかを概観するが、ここで彼の考える「ドグマ主義」の意味が明らかになり、ライプニッツの理性批判の優越性も主張される。第2分冊第2号の「人間の認識の論理的真理あるいは超越論的妥当性に関して」、および、第3分冊第1号の「人間の認識の論理的真理あるいは超越論的妥当性についての理論のさらなる適用」は、人間の認識の第一根本諸命題である「矛盾の命題」と「充足的根拠の命題」に焦点を絞って、純粋理性による認識が超越論的妥当性をもつことを本格的に証明したものであり、彼の理性主義的側面がよく分かる。ただし彼は、いわゆる「知性的直観」を人間に認めているわけではなく、また第4分冊第1号の「人間の認識の起源に関して」から明らかなように、「空間」および「時間」のアプリオリテートや感性性を或る意味では肯定している。

カントとの違いは、微妙でありながら決定的であり、「感性的でありながら純粋な直観」というカントの着想、「ア・プリオリ」を「経験に依存しない」と消極的に規定し、「理性的」と同一視しないことの哲学史的体系的意義も、この比較によって判明になる。カント批判哲学の革新性を、ヴォルフ主義哲学との対決という観点から、特に合理(理性)主義の批判として明らかにしようとする研究を、さらに展開させ、総まとめを行なった。エーベルハルトは、「論理的心理」のもとで「認識の、それの対象との一致」を理解し、「認識の形而上学的真理から認識の論理的真理が帰結する」と言うが、「認識の形而上学的真理」と言う場合の認識はそれ自身「有」として捉えられており、「認識の論理的真理」と言うときの認識、すなわち、「有」の「像」としての認識とは扱いが異なることに注意しなければならない。しかし、「有の形而上学的真理」と「認識の形而上学的真理」との間にはやはり次元の違いがあり、同じように「形而上学的真理」から「論理的真理」が帰結すると言っても「有」の次元における「普遍的諸原理との適合」から、まさしくこの「有」の「像」への関係が帰結するということと、「認識」の次元における「知性および理性の必然的諸法則との一致」でもって、この「認識」の「対象」への関係が保証されるということでは、意味するところが大きく異なるであろう。結局、オントローギッシュな観点から言えば、「認識」とは独立に、まずもって「有」ないし「実在」(res)が「ある」のであり、「認識」はそれの「像」であるという「実在論」(Realismus)が成立している。他方、認識論的な観点から見れば、「認識」内部の整合性から直ちに、この「認識」が「実際のこと」、「有」ないしは「実在」におけることであることが帰結する。これは、「認識」ないしは「概念」(ratio)、そして「理性」(ratio)が「実在」を吸収する「合理(理性)主義」(Rationalismus)にほかならない。
放射線照射後の細胞-細胞間接着分子の変化と腫瘍の転移能の解析

放射線照射と細胞-細胞間接着因子との関連を明らかにするために,in vitroおよびin vivoで検討を行った.ヒト由来扁平上皮癌細胞を用い,照射後のカドヘリンの変化を免疫組織学,共焦点レーザー走査顕微鏡およびウエスタンブロット法を用いて照射後のE-cadherinの変化について検討した.in vitroでの免疫組織学的検討では,10Gy照射後24から48時間でE-cadherinが強く染色されたが,12時間以内および72から120時間ではコントロールと同等の染色性であった.最も強い染色性が見られた照射後24後で線量別にE-cadherinの発現を見ると,5から10Gyで増強し,15から20Gyに線量を増加してもE-cadherinの発現はコントロールと同等のレベルであった.これらの変化は共焦点レーザー走査顕微鏡を用いた検討でも,同様であった.ウエスタンブロット法では,E-cadherinは10Gy照射後3時間で増加し始め,48時間で最高となり72時間後には減少していた.線量別には5から15Gyで増加し,2Gyおよび20Gyでは増加が認められなかった.ヌードマウスに移植した同腫瘍では,ウエスタンブロットで,10Gy照射後24,48時間でE-cadherinの増加が見られたが,詳細は現在検討中である.放射線照射と細胞-細胞間接着因子との関連を明らかにするために,in vitroおよびin vivoで検討を行った.ヒト由来扁平上皮癌細胞を用い,照射後のカドヘリンの変化を免疫組織学,共焦点レーザー走査顕微鏡およびウエスタンブロット法を用いて照射後のE-cadherinの変化について検討した.in vitroでの免疫組織学的検討では,10Gy照射後24から48時間でE-cadherinが強く染色されたが,12時間以内および72から120時間ではコントロールと同等の染色性であった.最も強い染色性が見られた照射後24後で線量別にE-cadherinの発現を見ると,5から10Gyで増強し,15から20Gyに線量を増加してもE-cadherinの発現はコントロールと同等のレベルであった.これらの変化は共焦点レーザー走査顕微鏡を用いた検討でも,同様であった.ウエスタンブロット法では,E-cadherinは10Gy照射後3時間で増加し始め,48時間で最高となり72時間後には減少していた.線量別には5から15Gyで増加し,2Gyおよび20Gyでは増加が認められなかった.ヌードマウスに移植した同腫瘍では,ウエスタンブロットで,10Gy照射後24,48時間でE-cadherinの増加が見られたが,詳細は現在検討中である.
敗血症病態における心筋細胞内Ca2+動態の解析

結果:pinacidilは心室筋に存在するNCX電流を濃度依存性に促進した。そのメカニズムは、NO/cGMP/PKG経路を介して促進した。考察:pinacidilのDAD抑制作用は、KATP channelを開口することで心室筋細胞の活動電位持続時間を短縮させ、さらに、NCXのCa追い出しモードを促進することで、細胞内Ca濃度の増加を防ぎDADの発生を予防することが示唆された。マウスを用いた研究では,正常(WT)およびNCXノックアウト(NCX-KO)の雄性マウスを用い,盲腸結紮穿孔により,敗血症モデル動物とする。具体的には,イソフルラン麻酔下で左臍下に約5 mmの切開を行い,虫垂を膨出した後,虫垂の先端に糞便を充満させ,先端約5 mmを結紮し,23G針で2箇所に穿孔を加える。対照群は腹膜切開と虫垂先端の膨出のみを行ったものとする。虫垂を腹腔内に戻した後,皮膚切開部を縫合する。研究対象は,対照群,敗血症3時間群,敗血症6時間群,敗血症10時間群,敗血症24時間,および敗血症48時間とし,摘出心臓を用いて研究を進める。また,時系列で心窩部からの心エコー評価を行い,右室駆出率と左室駆出率を評価する。現在、進行中である。しかしながら、マウス敗血症モデルに対するNCXの機能との関係、さらに薬物の作用についての解明は、少しばかり遅れている。現在、浜松医科大学循環器内科博士課程大学院生とともに進行中である。敗血症マウスモデルを使った実験を用いて、共同研究者である服部、松田らによって心機能についての論文を報告している(Tomita et al.,JSurg Res,2015; Sakai et al.,Am J Physil, 2017)。しかしながら、心機能とCa2+調節膜タンパク質,特にNa+-Ca2+交換系との関連については報告されていない。私達はこれまでに,炎症性受容体であるTLR4のリガンドであるエンドトキシン(lipopolysaccharide:LPS)を用いたウサギ敗血症モデルなどで,敗血症における心機能を評価した。このLPS投与ウサギ敗血症モデルでは,LPS 36時間の経過において末梢の温暖なwarm shockを呈する。しかし,LPS投与6時間以降の時系列では,末梢は冷却化し,心機能が低下するcold shockと呈した。Cold shockにおいて摘出した乳頭筋は,カテコラミンに対する最大拡張能と最大収縮能が低下し,体表エコー図においても心機能低下が観察できた。このような敗血症心筋における変化は,心筋細胞内Ca2+調節異常として評価する必要がある。心筋細胞内Ca2+調節に関わる重要な評価項目としては,L型Ca2+チャネル,筋小胞体,Na+-Ca2+交換(Na+-Ca2+exchanger:NCX),そしてミトコンドリア機能を考慮する必要がある。次年度は、共同研究者である松田から臨床から推測される条件;敗血症3時間群,敗血症6時間群,敗血症10時間群,敗血症24時間,および敗血症48時間の敗血症モデルマウスを使い、その敗血症マウスの心機能、特に細胞内Ca動態をNCX、L型Ca2+チャネル,筋小胞体,ミトコンドリア機能を焦点に置く。敗血症の心機能のCa動態を検討するにあたって、NCXノックアウト(NCX-KO)の作成を試みた。作成したヘテロNCX-KOの蛋白量を調べたところウェスタンブロット法により蛋白量が半分になっていた。さらに、パッチクランプ法によりNCX電流を測定したところ電流量はホモマウスの電流量と有意差がなく、以前報告された蛋白量、電流量双方ともに半分になるという報告と異なっていた。さらに、ホモNCX-KOも作成されこのことも以前の報告とは異なるもである。

このことを踏まえ、正常マウスを使用し、研究対象を,対照群,敗血症3時間群,敗血症6時間群,敗血症10時間群,敗血症24時間,および敗血症48時間とし,摘出心臓を用いをた研究を進める。結果:pinacidilは心室筋に存在するNCX電流を濃度依存性に促進した。そのメカニズムは、NO/cGMP/PKG経路を介して促進した。考察:pinacidilのDAD抑制作用は、KATP channelを開口することで心室筋細胞の活動電位持続時間を短縮させ、さらに、NCXのCa追い出しモードを促進することで、細胞内Ca濃度の増加を防ぎDADの発生を予防することが示唆された。マウスを用いた研究では,正常(WT)およびNCXノックアウト(NCX-KO)の雄性マウスを用い,盲腸結紮穿孔により,敗血症モデル動物とする。具体的には,イソフルラン麻酔下で左臍下に約5 mmの切開を行い,虫垂を膨出した後,虫垂の先端に糞便を充満させ,先端約5 mmを結紮し,23G針で2箇所に穿孔を加える。対照群は腹膜切開と虫垂先端の膨出のみを行ったものとする。虫垂を腹腔内に戻した後,皮膚切開部を縫合する。研究対象は,対照群,敗血症3時間群,敗血症6時間群,敗血症10時間群,敗血症24時間,および敗血症48時間とし,摘出心臓を用いて研究を進める。また,時系列で心窩部からの心エコー評価を行い,右室駆出率と左室駆出率を評価する。現在、進行中である。しかしながら、マウス敗血症モデルに対するNCXの機能との関係、さらに薬物の作用についての解明は、少しばかり遅れている。敗血症の心機能のCa動態を検討するにあたって、敗血症マウスモデル(共同研究が作成し論文にて報告済み)に対して、研究対象を,対照群,敗血症3時間群,敗血症6時間群,敗血症10時間群,敗血症24時間,および敗血症48時間とし,摘出心臓を用いをた研究を進める。エコー検査にて、正常マウスとそれぞれの敗血症のステージマウスの心機能検査を行う。さらに、心筋細胞内Ca動態をNCX電流密度、Ca電流密度をパッチクランプ法にて検討する。敗血症治療薬として研究されているホスホジエステラーゼ(PDE)3阻害薬のミルミノン、Caセンシタイザーであるレボシメンダンを投与してその効果を検討する。現在、浜松医科大学循環器内科博士課程大学院生とともに進行中である。昨年度は、学内共同研究者からの出資があり、動物代(モルモット代、マウス代、遺伝子改変マウス代)にあてた。今年度はこちらの予算を使用して研究する予定である。昨年度後半から親の介護と不幸のため、実験を施行する時間がなかった。
ナノ粒子と薬物・化学物質の併用による安全性評価に関する研究

粒子径100nm以下のナノ粒子は香粧品、食料品に利用されていることから、薬物投与・化学物質暴露時の安全性評価は焦眉の急である。しかし、薬物投与・化学物質暴露時に対する安全性評価に関する研究は未だ十分に行われていない。本研究はナノ粒子と薬物・化学物質の投与や暴露による安全性を検討した。検討した結果、ナノシリカ粒子とナノポリスチレン粒子は、薬物相互作用があった。また、水溶性フラーレン粒子とナノ磁性デキストラン粒子には薬物相互作用はなかった。これらの結果から、薬物とナノマテリアルの相互作用をさらに検討する必要性のあることを示唆された。ナノマテリアルは、医工学などのあらゆる分野において次世代の万能素材として注目されている。微粒子のうち直径100ナノメートル以下のものをナノ粒子と呼ぶが、このように粒径が小さくなると、粒子の体積に対する表面積の比が急激に増大し、予期できない特性が出現する。香粧品、食料品中にはナノマテリアルが利用されていることから、薬物投与・化学物質暴露時のナノ粒子の安全性評価は焦眉の急であるが、薬物投与・化学物質暴露時に対する安全性評価に関する研究は未だ十分に行われていない。そこで本研究において、ナノ粒子と薬物・化学物質の投与や暴露による安全性を検証し、ナノ粒子の安全性評価の公定法確立に資する基礎的知見の集積を試みた。モデルナノマテリアルとしては市販されている標準ナノマテリアルであるナノシリカを用いた。株化細胞HepG2、Caco2、JEG3、ラット初代肝実質細胞を用い、各細胞を96穴プレートに播種・培養し、粒系70nm、300nm、1000nmのナノシリカを濃度0.1100μg/ml添加した。細胞傷害性は、WST法により評価した。WSTの生存細胞数の結果から、株化細胞はナノシリカを添加した際に細胞傷害はなかった。初代培養肝細胞においては各粒径のナノシリカを50μg/ml以上添加した群において生存している肝細胞は明らかに減少していた。さらにin vivoにおいてのナノシリカの肝傷害性を検討し、ナノシリカ投与により急性肝毒と慢性肝毒性があることを見出した。そこで、ナノシリカと各種薬物・化学物質との共投与による薬物相互作用を検討した。四塩化炭素(0.005ml/kgb.w.)・パラコート(50mg/kgb.w.)・シスプラチン(100umol/kgb.w.)をそれぞれ腹腔内に投与し、同時に、ナノシリカを尾静脈より投与した。結果各種物質とナノシリカの共投与によりAST/ALTの上昇、もしくはマウスの死亡が観察された。以上より、ナノシリカ粒子には薬物・化学物質と相互作用を起こし、肝障害を惹起する知見が得られた。今後、さらに多種のナノマテリアルを用い相互作用の検討を行う必要がある。今年度は、ナノシリカ、ナノポリスチレンおよび実材料として水溶性フラーレンを用い、in vivoにおいて検討を行った。実験には8週齢雄性BALB/cマウスを使用した。四塩化炭素、パラコート、シスプラチンを腹腔内、粒子径50,200,1000nmナノポリスチレン(NPP50,NPP200,NPP1000)、粒子径30,50,70,1000nmナノシリカ(SP30,SP50,SP70,SP1000)、フラーレンを尾静脈内投与し、肝傷害の指標としてAST値・ALT値を測定した。結果、BALB/cマウスへNPPを単独投与した際に、AST値・ALT値の上昇は認められなかった。NPP50と四塩化炭素、パラコート、シスプラチンとの併用投与に伴い、それぞれの単独投与群に比べて、AST値・ALT値の増大が観察された。NPP200およびNPP1000では併用投与した際にAST値・ALT値の上昇は認められなかった。また、SP30、SP50とSP70を各々、四塩化炭素、パラコート、シスプラチンとの併用投与した際、SP30の肝毒性が最も大きかった。フラーレンは併用投与において肝傷害は観察されなかった。以上のことより、ナノポリスチレン粒子は、薬物・化学物質と相互作用を起こし、肝障害を惹起する知見が得られた。さらにナノシリカはサイズが小さくなるほど相互作用が増大し、肝障害が強くなった。また、フラーレンは薬物相互作用を引き起こさなかった。今後ナノマテリアルの種類により薬物・化学物質の相互作用を検討する必要がある。