hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
近似Syzygyによる代数曲面の融合計算の研究

計算機代数に基づく代数曲面の融合計算の手法に関連し、Syzygyの近似計算の基礎となる近似最大公約子(GCD)計算アルゴリズムについて、新たな終結式行列を用いたアルゴリズムの構築を昨年度に引き続いて行った。研究代表者がこれまでに開発してきた近似GCD計算アルゴリズムであるGPGCD法では、近似GCDの問題を制約つき最適化問題に帰着させ、最適化問題を解くことで近似GCDを求めるが、制約条件を導出する方法として、昨年度までの研究で、Bezoutの終結式行列を用いたアルゴリズムの開発を行った。Bezoutの終結式行列は、研究代表者がこれまでに用いていたSylvesterの終結式行列と比較して、行列の次元がより小さくなるといった特徴があり、計算効率や計算精度の向上に寄与する可能性があるが、昨年度中に開発したアルゴリズムでは、計算精度や効率の点で、本来期待される改善に達していないと思われる部分があった。そこで、当年度は、研究協力者の協力を得て、制約条件の構成方法や実装を見直し、アルゴリズムの計算精度や効率を改善させるための取り組みを行った。本研究の応用として、ロボット工学における動力学の逆問題や、それらに関連する問題の調査を行った。動力学の逆問題の解法の一つとして、逆問題を連立代数方程式で表し、連立代数方程式で与えられる多項式イデアルのグレブナー基底を計算する手法が知られている。連立代数方程式を解く際には、数値解法が必要になる場合があるが、数値解法では、代数方程式の重根や近接根の分離の際に近似値の精度が低下し、十分な精度で分離できない恐れがある。これに対し、近似GCDアルゴリズムを用いて、重根や近接根を含む多項式の因子を分離する手法が知られているが、それらの用途に、本研究で開発した上記のアルゴリズムの利用するための検討を行った。計算機代数に基づく代数曲面の融合計算の手法を調査し、その中で中心的な役割を果たすSyzygyの近似計算に用いる部分終結式行列について、これまでに導入した部分終結式行列以外の構造をもつ部分終結式行列の導入に関する検討を行った。複数個の1変数多項式に対する部分終結式行列として、我々がこれまでに提案した、複数個の1変数多項式の近似最大公約子(GCD)算法で用いた、Sylvesterの部分終結式行列の構造をもつものがある。この構造の行列については、より簡潔な構造で表したものが提案されている。我々も、その構造の行列が部分終結式行列の性質をもつことの理論的な裏付けについて、より簡潔な形による証明に取り組んでいる。さらに、Sylvesterの部分終結式行列よりも次元の小さなBezoutの終結式を用いて、複数個の1変数多項式の部分終結式行列を表す研究も行われており、Bezout型の部分終結式行列の導入も検討している。本研究において開発する算法の実装にあたり、数式処理のソフトウェアライブラリの整備を行い、関連するアルゴリズムとして、線形代数の固有ベクトルや逆行列の並列計算を効率的に行うアルゴリズムの実装や検証を進めた。研究協力者の協力を得て、数式処理を行うための多項式演算等のライブラリの整備を行った。線形代数算法では、整数や有理数を要素とする行列に対し、最小消去多項式を用いて固有ベクトルや逆行列を効率的に計算するアルゴリズムについて、並列計算を用いた効率的な実装とその検証を行った。Syzygyの近似計算のためのアルゴリズムの効率化については、今後も調査、開発を継続するが、実装の基盤となるソフトウェアの開発や、関連する線形代数のアルゴリズムの実装に関しては、今後開発するアルゴリズムの実装に必要な準備を進めた。計算機代数に基づく代数曲面の融合計算の手法に関連し、Syzygyの近似計算の基礎となる近似最大公約子(GCD)計算アルゴリズムについて、新たな終結式行列を用いたアルゴリズムの構築を行った。研究代表者は、これまでの研究で、近似GCD計算アルゴリズムとしてGPGCD法を開発してきたが、このアルゴリズムは、Syzygyの計算を行うことで近似GCDを計算するものであり、近似Syzygyの計算に応用可能と考えられる。GPGCD法は、近似GCDの問題を制約つき最適化問題に帰着させ、制約つき最適化問題を数値最適化法で解く手法であるが、その制約条件の導出にはSylvesterの終結式行列を用いている。これに対し、他の研究者によるいくつかの近似GCDアルゴリズムでは、Bezoutの終結式行列を用いている。Bezoutの終結式行列は、Sylvesterの終結式行列と比較して、行列の次元がより小さくなるといった特徴があり、計算効率や計算精度の向上に寄与する可能性がある。そこで、GPGCD法の新たな手法として、Bezoutの終結式行列を用いたアルゴリズムを構成した。当年度は、研究協力者の協力を得て、今回構成した新たなアルゴリズムの実装を行い、その効果を検証した。本研究の応用例として、実3次元空間内の物体を、画像処理などによる測定データといったような誤差を含む入力から、代数曲面を用いて近似する可能性について調査を行った。実3次元空間内の物体などを把握する際、物体の測定データから、物体の各部分を代数曲面で近似し、それらを融合して目的物の形状を再現する手法が考えられる。当年度は、ロボット工学における動作計画問題を調査し、応用の可能性について検討した。Syzygyの近似計算の基盤となる、近似GCD計算アルゴリズムの改良に向けて、新たなアルゴリズムの構成を行っており、本研究の基礎となる計算手法の準備を進めている。

計算機代数に基づく代数曲面の融合計算の手法に関連し、Syzygyの近似計算の基礎となる近似最大公約子(GCD)計算アルゴリズムについて、新たな終結式行列を用いたアルゴリズムの構築を昨年度に引き続いて行った。研究代表者がこれまでに開発してきた近似GCD計算アルゴリズムであるGPGCD法では、近似GCDの問題を制約つき最適化問題に帰着させ、最適化問題を解くことで近似GCDを求めるが、制約条件を導出する方法として、昨年度までの研究で、Bezoutの終結式行列を用いたアルゴリズムの開発を行った。Bezoutの終結式行列は、研究代表者がこれまでに用いていたSylvesterの終結式行列と比較して、行列の次元がより小さくなるといった特徴があり、計算効率や計算精度の向上に寄与する可能性があるが、昨年度中に開発したアルゴリズムでは、計算精度や効率の点で、本来期待される改善に達していないと思われる部分があった。そこで、当年度は、研究協力者の協力を得て、制約条件の構成方法や実装を見直し、アルゴリズムの計算精度や効率を改善させるための取り組みを行った。本研究の応用として、ロボット工学における動力学の逆問題や、それらに関連する問題の調査を行った。動力学の逆問題の解法の一つとして、逆問題を連立代数方程式で表し、連立代数方程式で与えられる多項式イデアルのグレブナー基底を計算する手法が知られている。連立代数方程式を解く際には、数値解法が必要になる場合があるが、数値解法では、代数方程式の重根や近接根の分離の際に近似値の精度が低下し、十分な精度で分離できない恐れがある。これに対し、近似GCDアルゴリズムを用いて、重根や近接根を含む多項式の因子を分離する手法が知られているが、それらの用途に、本研究で開発した上記のアルゴリズムの利用するための検討を行った。近似Syzygyの定式化を行う。与えられた多項式の係数に含まれる誤差も考慮し、係数に対し、与えられた許容度の摂動を加えた状況でのSyzygyの定式化を行う。近似Syzygyの計算に用いる部分終結式行列について、効率的計算に適した構造をもつ行列を導入し、算法の効率化を図る。複数個の入力多項式に対する近似Syzygyの効率的な算法を開発する。また、国内外の学会、研究集会等において、研究成果を発表する。当年度、新たに構成した近似GCD計算アルゴリズムを用いて、近似Syzygyの計算アルゴリズムの構築を行う。当年度に構成したアルゴリズムは、2個の入力多項式に対応するものであるが、近似Syzygyは3個以上の複数の入力多項式に対する計算が必要になるため、今回構成したアルゴリズムを、複数の入力多項式に対応するよう拡張を行い、それらの実装と検証を行う。本年度、本研究で開発するアルゴリズムを実装するためのソフトウェア開発が進行したことに加え、年度末に研究協力者と研究の進展のための研究打ち合わせを行う必要性が生じたため、ソフトウェアの実装を行う研究協力者への謝金および研究打ち合わせのための旅費を拠出することを目的として前倒し支払請求を行ったが、謝金と旅費の支払いが当初の見積もりより低く抑えられたため、次年度使用額が生じた。当該年度は、当初予定していた海外出張が研究発表の都合で行われなかったため、旅費の支出額が減少し、次年度使用額が生じた。
中華人民共和国初期、華北農村の政権建設と教育・文化工作

本年度は、昨年一昨年から引き続き、1950年代河北省における社会主義改造の過程について分析を行った。具体的作業としては、中華人民共和国河北省石家荘の河北省档案館、同香港特別行政区の香港中文大学中国研究服務中心、アメリカ合衆国ワシントンD.Cの国立公文書館へ足を運び、関係する史料の収集に努めた。具体的な研究内容としては今年度は主に、昨年度から引き続き農村における中共メディアに関する研究を進めると共に、高級合作社化の過程に農村レベルで見られた問題・障害について分析を行い、1950年代という時代が華北の農村にとって如何なるものであったのかを考察した。その結果、大きく分けて2つの成果が上げられた。1つはメディア研究に関するものであり、中華人民共和国初期の農村社会において、農業集団化の中で中共のメディアが浸透していく過程を明らかにできた。また後者については、1950年代半ばにおいて農村は決して一辺倒に社会主義体制に進んでいったのではなく、農村レベルでの社会主義改造は依然として多くの問題を孕んでおり、その時点では社会主義とは違った方向へ進む余地も残っていた可能性を指摘するに至った。これらを深めることで、より客観的で正確な1950年像を描くことが可能となるだろう。それらの研究成果について、口頭・論文という形で発表をした。口頭発表については中国の国内学会である第11回両岸三地歴史学研究生論文発表会(於天津・南開大学)にて行い、また論文は『東洋学報』に掲載された。平成20年度には中華人民共和国建国初期の河北省の農村における、成人教育や中国共産党機関紙などの、宣伝教育が如何にして普及していったのかについて考察を行った。従来中国共産党は自らの宣伝教育を評価し、土地改革や農業集団化などの中心的な工作を促進するものとしてその意義を認めていた。しかし実際にはその普及は難しく、すぐに十分な効果をあげた訳ではなく、宣伝教育の普及には農業集団化による社会統合が先行しなければならなかったのである。そのように、現実に即して考えるならば、むしろ宣伝教育の方が農業集団化によって助けられたのだと言える。しかし宣伝教育は、一旦普及してしまえば十分に効力を発揮することが可能となり、高級合作社化など以降に続く致策の執行を助けることとなったのである。歴史学における研究として、最近議論の俎上にあがり始めた中国共産党による宣伝教育について、その地域の中心的な政策と関連付けて論じ、客観的な分析を行った。宣伝媒体の普及に適さない華北農村において、如何にしてそれが普及していき、農民を政治的に動員することが可能となっていったのか、という過程を明らかにし、中国共産党の政権が基層社会に浸透していく様子の一端を明らかにした。従来の地域研究・中国共産党史研究にこのような視点を加えることにより、更に多面的に地域と政権の関係を明らかにすることが可能となるだろう。平成21年度には中華人民共和国において長期間調査を行い、史料の収集および研究・発表を行った。中華人民共和国建国初期に当たる1950年代において、河北省の農村社会が如何にして変容していったのかを考察し、農村における社会主義改造と、それに伴う宣伝教育の浸透に焦点を当て、天津社会科学院主催明清以来区域発展与現代化進程国際学術研討会にて、中国共産党の機関紙と地域社会の関係について発表を行った。中華人民共和国建国初期において、内戦期に引き続き社会は混乱の下にあった。そこで中共は自らの政策を有利に執行するため、機関紙等の宣伝工作の普及につとめることとなる。しかしその普及はスムーズではなく、容易に浸透させることができなかった。機関紙は普及した後には農村社会において一定の影響力を持つことができたが、その普及には農業集団化による社会の組織化を待たねばならなかった。宣伝工作の普及は、その社会の在り方に大きく依存していたのである。
微分方程式の摂動問題

本研究は微分方程式の解あるいは解のなす集合に何らかの特異性が生じるような状況に着目し,その特異性を手掛りにして解の性質を詳しく調べようというものである。最高階の偏導函数の係数が非常に小さい楕円型偏微分方程式は解に境界層や内部遷移層が生じ得る特異摂動問題とみなすことができる。高木は巾型非線型項をもつ半線型楕円型方程式のノイマン問題を特異摂動の観点から研究し、次の結果を得た。(1)ソボレフの埋込み定理から規定される臨界増大度よりも小さい非線型性について,最小エネルギー解は領域の境界上のただ一点のみにおいて最大値をとり,しかも拡散係数が0に近づくときこの最大点は境界の平均曲率を最大ならしめる点に近づくことを示した。(2)活性因子ー抑制因子型のある反応拡散方程式系に対し、軸対称領域において複数個の点に鋭いピークをもつような定常解を構成した。(以上W.-M.Niとの共同研究による。)これらは生物の形態形成の数理モデルとそれを最も単純化したものであり,解の存在という観点からは第一段階を越えることが云えるが,解の安定性という重要な問題は依然未解決である。解の特異性について,堀畑は変分問題の解の特異点の集合の大きさを測った。また,藤家は複素領域におけるある二階のフックス型偏微分方程式について調べ,解の特異性が超幾何函数によって記述できることを示した。加藤は遅れをもつ微分方程式を様々な角度から研究し,終局有界性と同等終局有界性の間の関係を明らかにするなどの結果を得た。新井は強擬凸領域上の解析函数からつくられるハーディ空間が単位円板上の古典的ハーディ空間と同型であることを証明した。
利己的遺伝子と性の進化

減数分裂と受精をともなう有性生殖は、真核生物に広く見られる、また原核生物やウイルスでも遺伝的組み換えシステムが広く進化している。しかし、遺伝的組み換えの適応的意義は、いまだに解決していない。本研究は、「利己的遺伝子」の共進化という観点で、さまざまな組み換えシステムの進化や、生殖システムの多様性を統一的にとらえようという試みである。特定領域研究として発展させることを念頭に起きながら、研究会を通じて討議を深め、とくに大きな発展が期待できるテーマを以下のように絞り込んだ。(1)トランスポゾン・制限修飾系などの「利己的遺伝子」への対抗手段として相同組み換えが進化したという小林の仮説は、原核生物の組み換え現象を統一的に説明するだけでなく、減数分裂組み換えの起源を説明できる可能性がある。(2)有性生殖は従来、既存の変異の組み換えの機構としてとらえられてきたが、病原体の早い進化速度に対抗するために、遺伝子間組み換えによる新たな遺伝子創出機構として作用している可能性がある。このアイデアの検証には、とくにNBS-LRR型の植物耐病性遺伝子の分子進化に関する研究が有望である。(3)垂直感染をする寄生微生物のゲノムとホストゲノム、母系遺伝をするミトコンドリアゲノムと核ゲノムの関係における進化動態は、互いに共通性が高く、遺伝子の伝達利益に関する統一的な理論の検証系として有望である。(4)次々に見つかってきたゲノム刷り込み現象の多様性は、有性生殖過程に特有のゲノム内コンフリクトの実証的研究の系として有望である。
野外学習を通して生物リテラシーを育てるための教師プログラムの開発に関する研究

○研究目的野外学習での教師の授業実践プログラムや科学博物館(動物園、水族館、博物館など)の見学プログラムに生物リテラシーの態度的目標、思考的目標、技能的目標、理解的目標などに関連する項目を取り入れて作成し、児童・生徒の生物リテラシーを育てる。○研究方法実践例として、小学校4年「季節と生物」と中学校1年「生物の観察」の単元で、共通の校庭の自然の四季の季節見つけを行った。生物リテラシーを育てる視点に「目、耳、鼻、肌などの感覚を使って、動植物や気象現象等を観察し交流する」、「次の季節の変化を予想する」などを考え、使った感覚や見つけた種類や量等を分析した。次に、継続観察を行った学級と行わなかった学級に5月の自然の写真を見せて夏や秋の変化を予想させて、継続観察の効果を分析した。科学博物館の見学プログラムでは、研究協力者との見学や専門家の指導などを通して生物リテラシー育てる視点を明確にして作成した。○研究成果小・中学校共、どの季節も目で発見した内容が非常に多いこと(春・夏・秋・冬:小83・84・79・76%、中78・70・82・80%)、男子は動物、女子は植物での発見が多いこと、季節によって植物、動物(鳥や昆虫)や気象などの発見した種類や量に違いがあることなどが分かった。また、変化の予想では、継続観察を行わなかった学級は行った学級の回答数の5060%(小学校)、70%(中学校)であること、行った学級では目以外で発見する回答数の割合が全回答数の13%であるのに対し、行わなかった学級は78%であることなどが分かり、継続観察を行うことが生物リテラシーを育てることが分かった。科学博物館の見学プログラムとしては、見学順路を明確にする中で各館の特徴的な事項を組み入れた問題やお気に入りの展示や生物などを記述させることで生物リテラシーが育てることができるように工夫した。
強蛍光性アモルファス半導体薄膜の光導波路構造反転ラマン分光法の開発

1.グロ-放電により作成したアモルファス水素化炭素(aーC:H)膜の屈折率nは約1.8であると報告されていたが、実際に作成したaーC:H膜について光導波を試みたところガラス基板の屈折率1.5に近いらしいことが分った。光導波させるためには膜の屈折率を基板より大きくする必要があるため、HeーNeレ-ザを用いてガラス基板上の膜の反射率の入射角依存性の測定から膜の屈折率を求めた。その結果、堆積(非熱処理)膜でn=1.531.55、熱処理膜でn=1.61.7であった。2.シリコン基板上に作成したaーC:H膜の赤外吸収スペクトルおよび波長310nmの紫外ピコ秒レ-ザ光励起によるピコ秒時間分解発光スペクトルを求め、紫外光照射および熱処理による膜の構造変化との関連を調べた。その結果、水素に関連する450nmを中心とする発光と発光起源は不明の580nmを中心とする二つの発光帯が見出された。3.石英ガラス基板上に作成したaーC:H膜にルチルおよびLaSFー08プリズム結合器を用いてHeーNeレ-ザ-やラマン励起光である半導体レ-ザ光の導波実験を行った。しかし、理論的計算から予測されるような結合や導波が得られなかった。300Wのタングステンハロゲンランプ光をラマン検索光として用いるが、ランプ光を微小域に効率よく集光することが難しく、プリズムによる光導波結合効率が非常に低い。光ファイバを用いてモ-ドのフィルタリングや集光効率の向上を試みたが、導波は観測されなかった。検索光としても色素レ-ザ-などのレ-ザ-光源を用いないと導波や信号の観測は困難なようである。本研究の要点の光導波が達成できなかったため、ラマン反転信号を観測されていないが、原理的には有用な方法であるので、今後も、色素レ-ザ-などを用いて本実験を継続して行い、その成果を発表したい。1.蛍光の強い物質のラマン散乱スペクトルは、一般に測定が困難とされている。非線形分光法の一つである反転ラマン分光法という原理的に蛍光の妨害を受けない測定法を、薄膜に有利な導波路構造に応用することより、半導体レ-ザ-を光源に用いても測定可能な高感度な薄膜のラマン分光法を開発する事が本研究の目的である。2.本年度は、交付申請した設備備品をすべて購入し、装置の製作と組み立てを行なった。(1)ラマン励起光として用いる半導体レ-ザ-の出力安定化駆動回路と波長安定化のためのペルチェ素子を用いた温度制御回路を製作した。(2)RFグロ-放電によりガラス基板上に膜厚約1μmのアモルファスC:H薄膜を蒸着し、ガラス・試料薄膜・空気の3層平板型光導波路を作成した。(3)この導波路にルチルプリズム結合器を通して出力20mW、波長780nmの半導体レ-ザ-光(励起光)と300Wのタングステンランプ光(参照光)を導波させた。しかし、これまでのところ結合効率が低く、信号は得られていない。3.今後の課題としては、(1)信号は励起光強度の2乗に比例するため、特に半導体レ-ザ-光の導波路結合効率を上げる必要がある。(2)アモルファスC:H

薄膜の屈折率は約1.8と見積もられているが作成条件や光照射による変化などの依存性は調べられていない。導波路結合角や結合効率を見積もるために試料薄膜の屈折率を正確に評価する必要がある。(3)また、アモルファスC:H薄膜は2光束紫外ビ-ムを照射すれば光誘起回析格子を形成できるため回析格子型結合も検討したい。1.グロ-放電により作成したアモルファス水素化炭素(aーC:H)膜の屈折率nは約1.8であると報告されていたが、実際に作成したaーC:H膜について光導波を試みたところガラス基板の屈折率1.5に近いらしいことが分った。光導波させるためには膜の屈折率を基板より大きくする必要があるため、HeーNeレ-ザを用いてガラス基板上の膜の反射率の入射角依存性の測定から膜の屈折率を求めた。その結果、堆積(非熱処理)膜でn=1.531.54、熱処理膜でn=1.61.7であった。したがって、非熱処理膜の場合には石英ガラス(n=1.48)など低屈折率基板を用いる必要があることが分った。2.シリコン基板上に作成したaーC:H膜の光外吸収スペクトルおよび波長300nmの紫外ピコ秒レ-ザ光励起によるピコ秒時間分解発光スペクトルを測定し、熱処理による膜の構造変化との関連を調べた。3.石英ガラス基板上に作成した膜にルチルプリズム結合器を用いてラマン励起光である半導体レ-ザ光を導波させた。300Wのタングステンハロゲンランプ光をラマン検索光として用いるが、ランプ光を微小域に効率よく集光することが難しく、プリズムによる光導波結合効率が非常に低い。光ファイバを用いてモ-ドのフィルタリングや集光効率の向上を試みたが、信号は観測されていない。検索光としても色素レ-ザなどのレ-ザ光源を用いないと信号の観測は困難である。
極東ロシアにおけるテクトニクスと活断層に関する総合調査

極東ロシアから日本列島に至る地域は被害地震が多発する地域である。近年これらの地震は北米・ユーラシア両プレート間の収束運動もしくはその他のいくつかのマイクロプレートが関与したプレート境界でのもの、ととらえられるようになった。相次ぐ被害地震にもかかわらず、ネオテクトニクスに関する研究はこれまで政治的・地理的・気候的制約があって進んでいない。そこで新年度に続き、極東ロシア、特にサハリン島北部地域の総合的なネオテクトニクス調査研究を実施した。具体的に以下の研究を行った。1.航空写真による変動地形、活断層解析。特にサハリン島、中南部に分布、発達する活断層について変位のセンス及び変位置について解析した。2.変動地形活断層の現地調査。特に中部及び南部サハリン。3.地質学的調査。航空写真によって明らかになった活断層の累積変位、変位速度を明らかにするために現地で活断層露頭や、樹木成長の記録を調査した。サハリン変動帯最北部のシュミット半島にて、中生代来のオフィオライト、及び変形した堆積岩及びスレート帯について、構造解析を実施した。その結果、第三紀後期に北東南西方向の圧縮を受けて、地質体は激しく変形していることが明らかとなった。この変形様式は現在進行中の地殻変動と調和的である。従って、サハリン北部の地殻変動は第三紀以降、右横ずれの同じセンスのもが累積していることが明らかとなった。3.地質学的調査。1995年に発生したネフチェゴルスク地震震源域の北東部に位置するEkhabi-Pltum断層の地形調査・トレンチ掘削調査を行うとともに,空中写真判読によりサハリン北部の活断層系の解析を行った.衛星写真の判読によると,サハリン北部においては,活断層は東岸に沿って分布する.主な活断層は1995年地震の際に一部が活動したUpper Piltum断層,その北東に位置するEkhabi-Piltum断層などである.Upper Piltum断層は新第三系の褶曲構造を切って発達している.断層を横切る河谷が最大で7080m変位しており,1995年地震時の右横ずれの卓越した変位が累積していることがわかる.この断層はネフチェゴルスクの東で消滅するが,その変位を受けつぐようにEhhabi-Piltum断層がN10Eの走行で北にのびる.これはSeno et al.(1996)によるモデルから予想される,この地域でのプレートの相対運動様式と調和的である.本調査ではサハリン最北部のシュミット半島において基盤岩を構成する白亜系の変形した堆積岩、オフィオライトについての調査もあわせて実施した。その結果、オフィオライトは大規模に逆転して東へ衝上していることが明確となった。その運動は堆積岩類を激しく変形させている。しかし、この変形は第四紀の変形には関与しておらず、地質時代の構造運動である。新しい時代の変形はむしろ西へ衝上する運動であり、新第三紀層や段丘を変形させていることが明らかとなった。3.地質学的調査。

その結果、第三紀後期に北東南西方向の圧縮を受けて、地質体は激しく変形していることが明らかとなった。この変形様式は現在進行中の地殻変動と調和的である。従って、サハリン北部の地殻変動は第三紀以降、右横ずれの同じセンスのもが累積していることが明らかとなった・
バングラデシュ、インド、スリランカにおけるゴム・アグロフォレストリーの比較研究

現在、南アジア諸国(バングラデシュ、インド、スリランカ)では、焼畑農業に基づく自給的農業から、小規模なゴム農園に基づく商業的農業への転換が進行している。それは、ゴム農園(アグロフォレストリーの形態を取ることが多い)が、焼畑農業に代わりうる持続可能な土地利用システムとして、および地域住民の収入源として、期待されているからである。本研究では、ナス(Nath)氏が博士論文研究で培った分析視角(=持続可能な生計フレームワーク)、特に「生計のための5つの資本」概念を用いて、南インド(バングラデシュ、インド、スリランカ)を訪れ、ゴム・アグロフォレストリーの持続可能性と人々の生計を比較評価するためのフィールド調査を実施した。スリランカのデータは未整理なので、主にバングラデシュとインドの比較研究で明らかになった事項を報告する。1)両国ともゴム農園は、1-4年の初期段階では、バナナやパイナップルと混植されており、収入も向上していた。2)ha当たりゴムノキ本数は、インドが440本、バングラデシュが170本であった。これは、農民へのサポート体制や訓練プログラムの充実度合いの差による。3)ゴム農園はその後、モノカルチャーになるので、ゴムの国際価格の変動や自然条件の悪化などによるリスクを負うことになる。そこで、果樹、薬用植物、木材などと混植することを通して、地域の生物多様性の向上とともに、農民にとっての短期・長期にわたる収入源の確保につなげることを提案する。現在、南アジア諸国(バングラデシュ、インド、スリランカ)では、ゴム・アグロフォレストリーの導入が急速に進んでいる。それは、ゴム・アグロフォレストリーが、焼畑農業に代わりうる持続可能な土地利用システムとして、地域住民の収入源としても期待されているからである。今年度は、ナス(Nath)氏が博士論文研究で培った分析視角(=持続可能な生計フレームワーク)、特に「生計のための5つの資本」概念を用いて、バングラデシュとインドを訪れ、ゴム・アグロフォレストリーの持続可能性を比較評価するためのフィールド調査を実施した。これまでの成果として、以下の書籍および国際学術雑誌に投稿し、審査にパスして掲載が決定された(未公表)。
歯周組織の老化におけるGDF6の機能解析

歯周疾患は我が国においても極めて高い罹患率を示す口腔疾患であり、歯周疾患の病態メカニズムの解明により導かれる新規の予防法、診断法や治療法の社会的意義は極めて高いと考えられる。歯周病により破壊される歯周組織は歯槽骨、セメント質、歯根膜、歯肉といった複数の異なる組織によって構成される。歯根膜中に存在する歯根膜細胞には新たな骨・セメント質・歯根膜に分化しうる歯根膜由来幹細胞が存在しており、歯周組織の恒常性の維持や歯周組織の再生に関与することが知られている。一方、老化は生体内の全ての組織を脅かす現象であり、形態的な変化のみならず、組織の恒常性の維持や創傷治癒能力の低下を引き起こし、これらに組織特異的な幹細胞が関与することが知られている。近年、細胞老化により遺伝子の発現プロファイルが大きく変化することも明らかになってきた。なかでも、細胞が老化にともない炎症性サイトカインなどさまざまな分泌性タンパク質を高発現し、それらを細胞外に分泌する細胞老化関連分泌現象が注目されている。Growth Differentiation Factor 6(GDF6)は歯周組織でも発現している成長因子であり、近年、GDF6が幹細胞の老化に関連していることが報告された。しかし、歯周組織におけるGDF6の機能は不明である。従って、本研究は歯周組織の老化におけるGDF6の機能を解明し、GDF6を応用した歯周病の新規の治療法の開発を目的としている。初年度は培養歯根膜由来幹細胞におけるGDF6の影響を遺伝学的に解析した。他のBMPと比較し、GDF6では異なる遺伝子群の制御を認めた。今回得られた知見より、GDF6は歯周組織において、他のBMPとは異なる役割を果たしていると推察される。実験動物入手に関わる手続きに時間がかかり、動物実験が遅れているが、次年度以降引き続き研究を遂行する予定である。2018年度に行った実験の結果より、歯根膜由来幹細胞においてGDF6が特異的な遺伝子群を制御することを示唆するデータが得られた。この研究結果を受けて、歯周組織におけるGDF6の機能解析に関わる研究を2019年度に引き続き遂行する予定である。予定していた研究のうち、実験動物入手に関わる手続きに時間がかかり、動物実験が遅れているため。2019年度に予定通り使用する予定である。
中脳・小脳形成における組織間相互作用とIslet-3

LIM/homeodomain型転写転写因子群は、zincfinger様の金属配位部位を持つLIM領域とDNA結合領域のhomeodomainを持つ蛋白の総称である。我々は、LIM/homeodomain蛋白群のうちのIslet-1,Islet-2がその特異的発現パターンから、ゼブラフィッシュ胚の運動神経の特異化と密接に関わっていることを見出した。我々の成果も含め最近のデータは、この遺伝子群が、中枢神経系の部域特異性や、個々の神経細胞の特異性を決定する際に重要な役割を果たすことを強く示唆している。試験管内での機能解析の結果、LIM domainは、通常homedomainのターゲットDNAへの結合を阻害しているが、特定の共役因子がこの部位に結合することにより阻害が解除され、homeodomainのターゲットDNAへの結合が可能となる、というモデルが提唱されている。我々はこのモデルに従い、眼と視蓋に特異的に発現するIslet-3のLIM領域のみをゼブラフィッシュ胚で過剰発現させ、共役因子を吸収することによって内因性Islet-3の機能を抑制する実験を行った。このような胚では、本来Islet-3を特異的に発現する眼と、本来Islet-3を特異的に発現する視蓋に隣接する中脳・後脳境界部の小脳原基のみが欠損するという著しく特異的な異常が観察された。この結果から、中脳視蓋部は中脳・後脳境界部の小脳原基に対して分化を誘導する作用を持っており、Islet-3が眼の分化のみならず、この誘導作用の発現をも制御していることが強く示唆された。我々は更に、逆にIslet-3の活性が人為的に上昇された場合の、中脳及び小脳原基の発達を調べるために以下の実験を行った。まず、LIM領域によるhomeo domainのDNA結合能の阻害を解除するために、LIM領域の金属配位部の構造がアミノ酸置換によって破壊されるように、Islet-3のcDNAに変異を導入した。更に、この変異Islet-3蛋白(Islet-3^<m3>)の活性を任意に制御するために、Islet-3^<m3>のC末端にglucocorticoid受容体のステロイド結合部位を結合させた組換え蛋白(Islet-3^<m3>-GR)をコードする組換え遺伝子を作製した。内因性のIslet-3は、共役因子との結合によって活性化すると考えられるが、Islet-3^<m3>-GRはglucocoidとの結合によって活性化することが期待された。Islet-3^<m3>-GRをコードするmRNAをin vitro転写によって作製し、1細胞期のゼブラフィッシュ受精卵に注入した。受精後12時間後の飼育液にデキサメサゾンを加えることによって、Islet-3^<m3>-GRを活性化させた。このような処理を受けた胚では、中脳・後脳境界領域の前後幅が、正常胚と較べて50100%拡大した。この結果は、Islet-3が中脳及と中脳・後脳境界部の間の相互的誘導作用のレベルを調整している可能性を更に支持している。現在このような個体で、中脳及び中脳・小脳境界部の発生に関わる因子群(Pax2,FGF-8,Engrailed,Wntlなど)の発現の変化の詳細を解析中である。

内因性のIslet-3は、共役因子との結合によって活性化すると考えられるが、Islet-3^<m3>-GRはglucocoidとの結合によって活性化することが期待された。Islet-3^<m3>-GRをコードするmRNAをin vitro転写によって作製し、1細胞期のゼブラフィッシュ受精卵に注入した。受精後12時間後の飼育液にデキサメサゾンを加えることによって、Islet-3^<m3>-GRを活性化させた。このような処理を受けた胚では、中脳・後脳境界領域の前後幅が、正常胚と較べて50100%拡大した。この結果は、Islet-3が中脳及と中脳・後脳境界部の間の相互的誘導作用のレベルを調整している可能性を更に支持している。現在このような個体で、中脳及び中脳・小脳境界部の発生に関わる因子群(Pax2,FGF-8,Engrailed,Wntlなど)の発現の変化の詳細を解析中である。
多層型銅酸化物超伝導体におけるキャリア不均衡調節による物性制御

多層型銅酸化物超伝導体特有の性質に絡んだ現象を捉えるなど新しい現象を発掘すること、および、多層型高温超伝導に関する試料合成や測定の技術・ノウハウを生かして新しい物質を合成することを目的とし研究を行った。本年度は高圧合成による(1)多層型高温超伝導体の高品質試料作製および(2)新物質探索を中心に研究を推進した。(1)多層型高温超伝導体に関しては、結晶構造とドーピングレベルを精密に制御した頂点フッ素系Ba2Ca3Cu408(0,F)2の高品質試料を高圧合成により作製し、NMRグループとの共同研究により、この系の詳細な電子相図を作成した。この電子相図は、銅酸化物超伝導体において本質的に磁性と超伝導が共存している領域があることを端的に示した。(2)新物質探索については、2008年2月に日本(東工大細野研)で発見された鉄系超伝導体関連物質を対象として研究を進めた。その結果、酸素欠損型LnFeAsO1-y(Ln:ランタノイド)新超伝導体を発見し、Ln=Nd^-Dyまでの広いランタノイドについてTc>50Kであることを示した。また、Ln=Laの系において、イオン半径の異なるYイオンを置換した一連の試料(La,Y)FeAsO1-yを高圧合成し、詳細な物性評価により、格子定数とTcの間に密接な関係があることを示した。さらに、新超伝導体(Ca,Na)Fe2As2(Tc^-26K)を高圧合成により作製することに成功した。ユニットセルに多数のCuO2面を有する多層型銅酸化物超伝導体について、キャリア不均衡調節による物性制御を行うことにより、高温超伝導の本質的な物性解明、Tcの向上、新現象発見を目標に研究を行っている。本年度の成果は下記のようなものである。1、高圧合成による多層型高温超伝導体の高品質試料作製。高温超伝導の本質的な物性解明を行うため、阪大の北岡研(NMR)と共同研究を行っている。試料の善し悪しが決めてとなるNMR測定用に、頂点フッ素系多層型超伝導体(CuO2面35枚系)、Hg系多層型超伝導体(CuO2面5、8枚系)および参照物質として無限層CaCuO2の高品質試料を高圧合成法により作製した。また、角度分解光電子分光(ARPES)測定のための頂点フッ素系の単結晶を高圧下で育成した。2、元素置換や酸素量変化によるキャリア濃度および物性制御。頂点フッ素系多層型銅酸化物の結晶構造解析(平坦なCuO2面)などから、この物質が潜在的に高Tcを示す可能性を持っていることを見いだした。CuO2面の枚数およびキャリア濃度を元素置換やアニールによって変化させたところ、CuO2面が2枚および4枚の系で、Tcがそれぞれ最高108K、120Kに達することを見いだした。このTcは、TlやHgなど毒性の高い元素を含まない系としては最高記録となった。3、上記実験による新機能および新物質開発。頂点フッ素4枚系の単結晶をARPES測定した結果、この系において電子ドープとホールドープのCuO2面の共存が実現していることを見いだした。これは、銅酸化物で初めて見いだされた現象である。今後も、更に高いTc追求と高温超伝導メカニズム解明に貢献する物質合成を進めていく。Hg系超多層型高温超伝導体の磁化測定により臨界電流密度(Jc)と不可逆磁界測定(Birr)特性を評価した。その結果、Jc特性は、ユニットセル当たりのCuO2面の数が増えるに従い、劣化することを明らかにした。これは、異方性がnとともに増加したためと考えられる。また、Hg系多層型高温超伝導体のBirr特性は、高異方性のBi系と低異方性のY系の中間に位置していた。Birr特性の温度依存性の解析から、この系の不可逆磁場特性はflux line meltingモデルで記述できることを示した。2、頂点フッ素系銅酸化物超伝導体の特性評価頂点フッ素系多層型超伝導体Ba2Ca3Cu408(O,F)2のそのJc、Birr特性を、磁化測定により評価した。その結果、この系の異方性は、2次元-3次元交差磁界(0.11T)から、約182と見積もられた。また、この系のピニング特性が、表面ピニングが支配的であることを見いだした。昨年度新たに開発した頂点フッ素系多層型超伝導体Ba2CaCu202(O,F)2について、アンダードープ状態(Tc=82K)からややオーバードープ状態(106K)の試料を高圧合成し、そのJc、Birr特性を、磁化測定により評価した。その結果、アンダードープ側に状態が移動するに従い、急速にJcとBirrが小さくなることを見いだした。また、アンダードープ状態の試料の異方性は、2次元-3次元交差磁界(0.28T)から、約118と見積もられた。

多層型銅酸化物超伝導体特有の性質に絡んだ現象を捉えるなど新しい現象を発掘すること、および、多層型高温超伝導に関する試料合成や測定の技術・ノウハウを生かして新しい物質を合成することを目的とし研究を行った。本年度は高圧合成による(1)多層型高温超伝導体の高品質試料作製および(2)新物質探索を中心に研究を推進した。(1)多層型高温超伝導体に関しては、結晶構造とドーピングレベルを精密に制御した頂点フッ素系Ba2Ca3Cu408(0,F)2の高品質試料を高圧合成により作製し、NMRグループとの共同研究により、この系の詳細な電子相図を作成した。この電子相図は、銅酸化物超伝導体において本質的に磁性と超伝導が共存している領域があることを端的に示した。(2)新物質探索については、2008年2月に日本(東工大細野研)で発見された鉄系超伝導体関連物質を対象として研究を進めた。その結果、酸素欠損型LnFeAsO1-y(Ln:ランタノイド)新超伝導体を発見し、Ln=Nd^-Dyまでの広いランタノイドについてTc>50Kであることを示した。また、Ln=Laの系において、イオン半径の異なるYイオンを置換した一連の試料(La,Y)FeAsO1-yを高圧合成し、詳細な物性評価により、格子定数とTcの間に密接な関係があることを示した。さらに、新超伝導体(Ca,Na)Fe2As2(Tc^-26K)を高圧合成により作製することに成功した。
感情的プロソディを変更した音声のフィードバックによる気分誘導方法の研究

本研究は,生理的な変化が起きていると誤認識することで,感情が誘導されるという考え方をもとに,話者の音声をリアルタイムに変更して本人にフィードバックするシステムの開発を目指した.まず,どのような音響情報により,聞き手が感じ取る感情が操作されるかを示した先行研究をサーベイした.利用された音響情報は数十種類にのぼった.しかし,本研究のようにリアルタイムに変更する場合には,扱える音響情報は限られる.そこで音高と音量を24のアルゴリズムで変換する方法を提案した.実験の結果,「平静な」「のんびりした」「ゆったりした」感情に誘導するには,周波数ごとに音量を変換する方法が有用であることがわかった.本研究は,目的とする感情に導くために,発話に含まれる「感情的プロソディ」をリアルタイムに変更する方法とその効果を明らかにする.今年度はまず,プロソディを変更することにより,聞き手が感じ取る話し手の感情が,どのような音響情報により操作されるか示した先行研究をサーベイした.利用された音響情報は10以上にのぼることがわかった.しかし,本研究のようにリアルタイムに変更することを目標とする場合には,これらの音響情報を同時に扱うことは厳しい.そこで,リアルタイムに音高と音量の変更のみを行うことで,話し手自身の感情が誘導されるかどうかを調べることを目標にした.レバー操作により,リアルタイムに変更するシステムを構築したが,使用時に雑音が多く実験に使える状態ではない.今後改良が必要である.そこで本年度は,実験協力者に1週間あけて2度にわたり実験に参加してもらい,1度目に録音した音声を変換して,2度目に聞いてもらう方法で実験を行った.1度目の参加では,協力者はこちらが指定した感情で,劇のセリフ(5種類)を朗読し,朗読時の感情を評価した.2度目の参加では,セリフにより「ポジティブ変換」「ネガティブ変換」「変換なし」の音声を聞いてもらい,1度目の参加時に朗読したときの感情を思い出して評価してもらった.その結果,1回目の朗読時の評価と,2回目のポジティブ変換と変換なしの音声への評価との間には,差異はなかったが,ネガティブ変換の音声への評価との間には,5/24の評価項目において有意な差異がみられた.実験協力者が鬱症状などがない健常者のために,ポジティブ変換との差異がみられなかったのではないかと考えられる.認知症患者の気分を適切に誘導し,認知症の行動・心理症状(BPSD)を緩和する方法として,患者の会話中の声に含まれる「感情的プロソディ」をリアルタイムに変更して患者自身にフィードバックすることを目指している.本年度は,発話中の音声から音高を推定し変換するとともに,音量を検知するシステムを開発した.実装したシステムは,マイク,オーディオインタフェース,ヘッドフォン,PCからなる.マイクに入力された音声は,オーディオインタフェースを介してPCに送られる.PC内のプログラムは,送られてきた音声のF0(基音)の周波数(ピッチ,音高)と音量を検出し,記録する.記録されたF0の周波数と音量の履歴に基づいて,現在の入力音声の周波数と音高を変更する.変更の方法は,目的とする感情により異なる.変更された音声は,オーディオインタフェースを介してヘッドフォンから声を発している本人に提示する.発した音声が,変換されて本人に提示されるまでに要する時間(遅延,レイテンシ)は,約50ミリ秒である.第一段階として,悲しい気分へ誘導するための変換方法を検証した.その結果,音声の周波数を,125ミリ秒の周期で,元の音声の周波数の90%にあたる周波数を中心に,プラス・マイナス10%の範囲で増減させる方法が適切であると考えられた.健常者の学生に試してもらった.その結果,悲しい気分や情けない気分になるという主観評価が得られた.それとともに,話す調子が変わっていく様子が観測された.リアルタイムに変換するシステムを予定通り構築することができた.本研究では,認知症の行動・心理症状(BPSD)を緩和することを目的に,発話に含まれる「感情的プロソディ」をリアルタイムに変更して発話者本人にフィードバックするシステムの開発を目指した.前年度は,発話中の音声から音高を推定し変換するとともに,音量を検知するシステムを開発した.本年度は,システムを改良し,健常の大学生を協力者とする実験を行った.システムは,オーディオデータから音高の値と音量の値を抽出する.音高全体を変換するアルゴリズム,音量全体を変換するアルゴリズム,そして周波数ごとに音量を変換するアルゴリズムの3種類をベースに,変換直前の音高や音量との差異を変数とし,24種類のアルゴリズムを提案し,リアルタイムに音声を変換した.実験協力者は,エッセイを10回朗読し,そのうちの8回はシステムにより音声が変換された.1回読むごとに,24の形容詞により自分の感情のレベルを4段階で示した.評価の結果をもとに,多重比較を行ったところ,8つの形容詞(悲観的な,陽気な,気分のよい,はつらつとした,怒った,平静な,のんびりした,ゆったりした)について有意な差異がみられた.この結果から,変換された音声を聞いた後はあまり快くないことがわかった.ここから,システムにより声を変換されたことが,話者に明らかにわかりすぎるといえる.我々は,話者が自分の声を変換されたことに気が付かなくても,自分に生理的反応が起きていると誤認識して,感情が起きると考える.よって,話者が変換されたことに気づきにくい手法への改良が必要である.また,平静な,のんびりした,ゆったりした感情に誘導するには,周波数ごとに音量を変換する方法の方が,全体の音高を変換する方法よりも有用であることがわかった.

本研究は,生理的な変化が起きていると誤認識することで,感情が誘導されるという考え方をもとに,話者の音声をリアルタイムに変更して本人にフィードバックするシステムの開発を目指した.まず,どのような音響情報により,聞き手が感じ取る感情が操作されるかを示した先行研究をサーベイした.利用された音響情報は数十種類にのぼった.しかし,本研究のようにリアルタイムに変更する場合には,扱える音響情報は限られる.そこで音高と音量を24のアルゴリズムで変換する方法を提案した.実験の結果,「平静な」「のんびりした」「ゆったりした」感情に誘導するには,周波数ごとに音量を変換する方法が有用であることがわかった.実際に使用できる状態ではないが,リアルタイムに音声変換するシステムを構築した.また別の方法で実験を行うことができた.システムを使って認知症者の発話をリアルタイムに変換し,提示するには,ヘッドフォンではなく,スピーカで提示しなくてはならない.過去の研究では,対象者にあまり聞こえていない可能性があった.雑音がある空間で,発話をする対象者に変換した音を届ける方法を考えなければならない.ヒューマンコンピュータインタラクションシステムに雑音が生じないように,専門家の意見を聞きながら改良を行う.システムを使って,リアルタイムに音声を変換した実験を行う.
凍結治療における抗腫瘍免疫賦活

マウス皮下に作成した腫瘍増殖(体積:mm3)は非治療群に対し凍結治療により2週間目で717.5に対し551.0、4週目で3147.1に対し2543.1と増殖を抑制することを確認しました。凍結治療による免疫学的機序の系時列的変化を観察する目的で,治療後0,6,12,24時間後の各マウス皮下腫瘍を採取し,腫瘍免疫に関わりの深いIL-2とTNF-αの発現をWestern Blottingにて確認しました。その結果,IL-2は1回目及び2回目治療後,TNF-αは初回治療時のみの,いずれも12時間後に発現することを確認しました。なお同反応は3回目以降の治療では認められませんでした。切除不能肝腫瘍に対する凍結治療の際に,非処置部においても腫瘍縮小効果がみられた臨床経験を経て,採血結果等から抗腫瘍免疫賦活の関与を想定してきました.その詳細なメカニズムと,効果発現の最適な環境設定を明確にすることを目的とし,マウスでの研究を計画しました.以下に現在の進捗状況を報告いたします.1)CT26大腸癌細胞株をマウス皮下に注入し作成した皮下腫瘍モデルにて検討しました.CT26細胞株を凍結融解処理し完全な細胞破壊を確認した癌細胞ペーストを,毎週腫瘍近傍に注入する群(凍結群:n=27)とPBSを注入するコントロール群(非凍結群:n=28)での比較を行いました.腫瘍体積(mm3)は,治療開始2週目の凍結群551.0±426.1に対し,非凍結群717.5±679.2,4週目の凍結群2543.1±2153.0に対し,非凍結群3147.1±2752.5と明らかな治療効果を確認しました.2)癌細胞ペースト投与量を2倍ないし4倍にすると,腫瘍体積は非治療群に比し1.3±0.23倍ないし1.46±0.11倍と,投与量に応じて逆に腫瘍増大がみられ,過大な凍結治療はむしろ腫瘍縮小には不利と判明しました.これは臨床経験から得られた,凍結融解組織量が多いと免疫寛容に至るとの推察を証明する結果とも評価しえます.3)免疫学的機序の系時列的変化を観察する目的で,治療後0,6,12,24時間後の各マウス皮下腫瘍を採取しWestern Blottingにて発現シグナルを確認しました.その結果腫瘍免疫に関わりの深いIL-2とTNF-αが,治療回数や時間に応じ徐々に組織内で出現する事が確認されるに至っています.未だサンプル数が不足しており今後さらに追加検討を行います.なお,上記全てのサンプル(マウス皮下腫瘍,マウス血清)は凍結・ホルマリンいずれの状態でも保存してありますので,必要に応じ追加検討は可能です.切除不能肝腫瘍に対する凍結治療の際に、非処置部においても腫瘍縮小効果がみられた臨床経験を経て、採血結果等から抗腫瘍免疫賦活の関与を想定してきました。この度は、その詳細なメカニズムと、効果発現の最適な環境設定を明確にすることを目的として、マウスでの研究を計画いたしました。以下に現在の進捗状況をご報告いたします。1)CT26大腸癌細胞株をマウス皮下に注入して作成した皮下腫瘍モデルにて検討しました。CT26細胞を凍結融解処理し完全に細胞が破壊することを確認した癌組織ペーストを、毎週腫瘍近傍に注入する群(凍結群)と、PBSを注入するコントロール群(非凍結群)での比較を行いました。昨年度に追加し、腫瘍重量(g)を計測しましたところ、4週目の凍結群5.7±1.6に対し、非凍結群が6.7±2.1と明らかな治療効果の発現を確認いたしました。また各治療間隔における腫瘍体積の増加率の平均では、凍結群は非凍結群を60%に抑制しておりました。2)癌細胞ペースト投与量を増やすと逆に免疫寛容を誘発するとの前回までの推察を裏付けるべく、ペースト量を調整し4週間観察した所、中等量ではコントロールとほぼ同程度であったのに対し、半量では25%減少させる一方で、倍量では逆に25%の腫瘍増大を確認しました。3)凍結治療による免疫学的機序の系時列的変化を観察する目的で、治療後0、6、12、24時間後の各マウス皮下腫瘍を採取し、腫瘍免疫に関わりの深いIL-2とTNF-αの発現をWestern Blottingにて確認しました。その結果、IL-2は1回目及び2回目治療後、TNF-αは初回治療時のみの、いずれも12時間後に発現することを確認しました。なお同反応は、3回目以降の治療では認められませんでしたマウス皮下に作成した腫瘍増殖(体積:mm3)は非治療群に対し凍結治療により2週間目で717.5に対し551.0、4週目で3147.1に対し2543.1と増殖を抑制することを確認しました。

切除不能肝腫瘍に対する凍結治療の際に、治療部位のみならず非治療部においても抗腫瘍効果がみられた経験を経て、臨床例での採血結果等から抗腫瘍免疫賦活の関与を想定してきました。マウスを使ったこの度の研究により、詳細なメカニズムの解明を通し機能発現に最適な環境設定を目的としております。平成23年度には、まずは凍結治療モデルを確立し、次年度にかけて関与血清因子の測定、治療部位の組織評価を行うことを計画しております。1)MC38大腸癌細胞を脾臓内に注入し肝転移状態を誘導する凍結治療モデルでは、計画通り肝臓に多発腫瘍を作成しえますが、個数測定が困難にて治療効果を判定しえないため、治療後10日の段階で標本の摘出を行いました。10日まで生存したマウスは、凍結治療群で42.9%、非治療群(PBS注入)では16.7%でした。2)肝臓へ直接MC38を注入して単発腫瘍を作成し、癌細胞ペーストを毎週投与するという方法も並行して施行しております。癌細胞ペーストは培養細胞を直接凍結融解し5回処理にて完全に細胞が破壊することを確認した上で、各マウスを毎週開腹し腫瘍近傍に投与し、さらに前週の腫瘍状態との変化を治療群と非治療群にて写真撮影し比較しております。3MC38にて皮下に作製した腫瘍近傍に細胞ペーストを毎週投与し腫瘍径を計測するモデルも追加しました。その結果、腫瘍体積は、治療2週間目で凍結群が272.8±172.8、非凍結群が1608.8±1428.8、3週目には凍結群で690.8±245.3、非凍結群が2471.3±1863.8と、未だ比較個体数が不十分であるため有意差の確認には至りませんが、明らかな治療効果の発現がみられます。現時点では以上の進捗状況であります。上記全てのサンプル(治療中あるいは癌死後に採取した肝腫瘍など)は凍結およびホルマリン、いずれの状態でも保存しております。前年度の結果から、実際のマウス肝転移モデルでの評価では、治療効果の判定が大変煩雑であること(度重なる開腹のため致死的状況に陥るマウスが多い)が判明した事を受け、二次的に皮下腫瘍モデルでの検討を進め成果を上げることが出来ています。上記内容からの一定の結果を確認次第、短期での肝細胞内での発現因子を特定するために、肝転移モデルに着手するよう考えています。当初の予定としては、当科でのマウスにおける肝転移モデルを応用し凍結治療モデルを作成することが初年度の最大の目標でありました。実際に治療効果を評価するにあたり、多発腫瘍の個数を測定することが極めて煩雑であることが判明しましたので、当初の予定にも織り込んでおりました通り、肝臓へ直接注入することで単発腫瘍を作成し腫瘍径での比較を行うとこととしております。加えて、マウスに対する開腹という侵襲を回避し、簡便に変化を観察することができる皮下腫瘍モデルを追加しております。肝腫瘍および皮下腫瘍による凍結治療モデルでの腫瘍径に対する検討を今後も継続推進致します。さらにこれまでに採取できた組織サンプルにて増殖活性(Ki67等)の免疫染色及びwestern blottingからのシグナル因子の発現状況・程度、並びに保存血からIFN-γ、TNF-αなど腫瘍免疫に係わるTh-1系サイトカイン、免疫賦活に関与するIL-2などELISA法にて確認する予定です。肝腫瘍および皮下腫瘍による凍結治療モデルでの腫瘍径に対する検討を今後も一層推進いたします。さらにこれまでに得ることができた組織サンプルから、次年度以降の計画通り、増殖活性(PCR, Ki67等)の免疫染色およびIFN-γ、TNF-αなどTh1系サイトカイン、免疫賦活に関与するIL-2あるいはTh2系サイトカインであるL-4、IL-10の抗体を購入し、発現の程度を確認する予定です。