hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
重イオン生物応答メカニズムのテーラーメードマイクロビーム照射による解析

高LET重イオンの生物作用機構を明らかにし、重粒子線がん治療の高度化や宇宙放射線影響リスク評価への適用に発展させていくため、重イオンマイクロビームを用いた生物照射実験を行う。研究では、ラピッドプロトタイピングを用い、照射実験の要件ごとに最適化した形状の照射容器を開発することで、従来の手法では実現できなかった生物試料への重イオン照準照射を実現し、これを用いて、重イオンの生物照射効果の分子メカニズムを明らかにする。H30年度は、H29年度に確立したバイスタンダー効果の距離依存性を解析するためのテーラーメード容器を用いた細胞照射実験を行った。30mm×40mmの大判カバーガラス上にラピッドプロトタイピングを用いて製作した枠を貼り付けることで、幅2mm、長さ100mmの溝を迷路状に配置したテーラーメードマイクロビーム細胞照射容器にヒト子宮頸がん由来培養細胞HeLaを播種した。細胞が底面のカバーガラスに接着した後に、迷路状の溝の片端のエリアを、量研高崎研TIARAのコリメーション式重イオンマイクロビーム装置で形成した直径250μmの炭素イオンビームで2Gy照射した。照射後、細胞を継続培養を行い、バイスタンダー効果の誘導を照射位置からの距離との関係で解析を進めた。H28年度からの実施した本研究計画で、従来のマイクロビーム照射容器では実現が難しかった重イオン照射効果の解析を、テーラーメード照射容器を製作することで実現することが可能とした。研究計画終了後は、本研究で実現した照射技術を用いて重イオンの生物作用機構を明らかにしていく高LET重イオンの生物作用機構を明らかにし、重粒子線がん治療の高度化や宇宙放射線影響リスク評価への適用に発展させていくため、重イオンマイクロビームを用いた生物照射実験を行う。実験では、ラピッドプロトタイピングを用い、照射実験の要件ごとに最適化した形状の照射容器を開発することで、従来の手法では実現できなかった生物試料への重イオン照準照射を実現し、これを用いて、重イオンの生物照射効果の分子メカニズムを明らかにする。平成28年度は、ラピッドプロトタイピングによるテーラーメード照射容器を製作するためのデスクトップ切削加工機を導入し、容器の設計を行うとともに、容器細胞接着面の細胞培養条件の検討を行った。テーラーメード照射容器は、実験デザインに即した容器枠に、細胞接着面とするポリプロピレンフィルムを接着して製作する。ポリカーボネート板を導入したデスクトップ切削加工機を用いて3D CADで設計した容器枠の形状に加工した結果、高い精度の容器枠を作成することができた。また、細胞接着面となるポリプロピレンフィルムは、表面処理を行わない場合、細胞の接着と増殖が市販組織培養容器と比べて低かったが、接着面を真空プラズマ処理することで細胞接着と増殖を改善することができた。これに加え、集束式マイクロビーム装置における生体蛍光染色を用いた細胞認識効率を向上するため、当該システムへの高感度EMCCDカメラの組み込みと、LED落射光源の導入を行い、従来よりも高速かつ正確な細胞自動認識を実現することができた。採択された研究計画で予定していた平成28年度の実施項目である、テーラーメード照射容器政策手法の確立と照射容器における細胞培養条件の検討について、研究を実施し、おおむね計画通りに成果を得ることができた。平成29年度は、前年度までに導入したラピッドプロトタイピング技術を用い、従来のマイクロビーム照射容器では実現が難しい、バイスタンダー効果距離依存性を解析するために、100 mm以上離れた細胞への細胞間シグナル伝達を解析できるテーラーメードマイクロビーム照射容器の設計と製作を行った。製作した容器は、幅2mmの溝を迷路状に30mm×40mmのサイズに配置することで、最長240mmまでのバイスタンダー効果距離依存性を解析できる。容器はポリカーボネートのフレームと細胞接着面となるカバーガラスを組み合わせることで構成される。カバーガラス表面は真空プラズマ処理を行うことで、細胞接着性を向上させ、市販の細胞培養用シャーレと同等の細胞接着性を付与した。この容器を用い、重イオンマイクロビームを用いた細胞照射実験条件の検討を行った。容器にHeLa細胞を播種し、細胞接着面への細胞接着を確認した。この試料を重イオンマイクロビーム装置の試料台に設置し、細胞照準系による目的とする領域の照準が可能であること、また、細胞へのイオン数を制御した炭素イオンマイクロビーム照射を行うことが可能であることを確認することができた。採択された研究計画で予定していた平成29年度の実施項目である、バイスタンダー効果の距離依存性を解析するためのテーラーメード容器の設計製作と、これを用いた細胞試料調製技術を確立することができた。一方で、マイクロビーム装置を設置した量研高崎研TIARAのサイクロトロンに不具合が生じ、全体の運転時間が減少したためにビームが必要となる実験を中心に計画の実施に一部遅れが出ている。これについては、オフビームで可能な技術開発を中心に計画の予定を進め、当初計画で企図した成果の実現に向けて計画を遂行していく。

高LET重イオンの生物作用機構を明らかにし、重粒子線がん治療の高度化や宇宙放射線影響リスク評価への適用に発展させていくため、重イオンマイクロビームを用いた生物照射実験を行う。研究では、ラピッドプロトタイピングを用い、照射実験の要件ごとに最適化した形状の照射容器を開発することで、従来の手法では実現できなかった生物試料への重イオン照準照射を実現し、これを用いて、重イオンの生物照射効果の分子メカニズムを明らかにする。H30年度は、H29年度に確立したバイスタンダー効果の距離依存性を解析するためのテーラーメード容器を用いた細胞照射実験を行った。30mm×40mmの大判カバーガラス上にラピッドプロトタイピングを用いて製作した枠を貼り付けることで、幅2mm、長さ100mmの溝を迷路状に配置したテーラーメードマイクロビーム細胞照射容器にヒト子宮頸がん由来培養細胞HeLaを播種した。細胞が底面のカバーガラスに接着した後に、迷路状の溝の片端のエリアを、量研高崎研TIARAのコリメーション式重イオンマイクロビーム装置で形成した直径250μmの炭素イオンビームで2Gy照射した。照射後、細胞を継続培養を行い、バイスタンダー効果の誘導を照射位置からの距離との関係で解析を進めた。H28年度からの実施した本研究計画で、従来のマイクロビーム照射容器では実現が難しかった重イオン照射効果の解析を、テーラーメード照射容器を製作することで実現することが可能とした。研究計画終了後は、本研究で実現した照射技術を用いて重イオンの生物作用機構を明らかにしていく平成29年度は、これまでの研究で確立したテーラーメード照射容器を用い、重イオンマイクロビームによる照射および照射効果解析条件の検討を進める。これらの条件決定の後、年度後半では、計画に従い重イオンシングルヒット効果及び重イオン誘発バイスタンダー効果の解析実験に着手する。平成30年度は、これまでの研究で確立したバイスタンダー効果の距離依存性の解析を進めるとともに、これまでに得られた成果を取りまとめて原著論文として公表することで研究の総括を行う。デスクトップ切削加工機の導入にあたり、最新の製品情報をもとに導入機種を再検討した結果、計画で計上していた導入費用に対し差額が生じた。(理由)H29年度計画で出席と成果の公表を予定していた第13回マイクロビーム国際ワークショップ(開催予定地:イギリス・マンチェスター市)が、5月に起きた爆発物事件の影響で中止となったため、計上していた国際会議出張旅費に差額が生じた。(使用計画)H30年度に使用する成果公開費及び実験消耗品費として使用を予定している。H29年度以降に使用する実験消耗品費として使用を予定。
中性子散乱法を基軸とした水溶液中タンパク質のメゾスコピックダイナミクス研究

本研究では、中性子小角散乱及び中性子スピンエコー法を基軸とし、溶液中のタンパク質一分子の構造とダイナミクスの統計情報を定量的に評価した。モデルとして水溶性で残基数149の小球状タンパク質である黄色ブドウ球菌由来の核酸分解酵素Staphylococcal nuclease(SNase)を生合成で大量に生成し、中性子小角散乱測定を大強度陽子加速器施設J-PARCのBL15「大観」で、中性子スピンエコー測定をフランスのラウエ・ランジュバン研究所(ILL )のIN15分光器を用いてそれぞれ行った。得られた散乱データを詳細に解析することで、SNaseの溶液中の構造とダイナミクスを評価した。本研究は、タンパク質の機能発現に重要であるαヘリックス・βシートなどに代表される各ドメインの水溶液中での構造とダイナミクスを、中性子小角散乱法及び中性子スピンエコー法を用いて評価することで、タンパク質の機能発現とダイナミクスの相関を明らかとする事を目的として遂行された。モデルタンパク質として、黄色ブドウ球菌の核酸分解酵素で残基数149の小球状のタンパク質であるStaphylococcal nuclease(SNase)を用い、中性子小角散乱測定をJ-PARCのBL15「大観」で、中性子スピンエコー測定をフランスのラウエ・ランジュバン研究所(ILL)のIN15分光器を用いてそれぞれ行った。中性子小角散乱測定においては、水溶液濃度0.5 - 5wt%での測定を行い、溶液中の分子構造とX線結晶構造解析から得られた構造との比較を行う事ができた。その結果、絶対強度との比較から水和構造が必要であり、更に水溶液中での構造は、結晶構造と異なっている事を示唆する結果が得られた。中性子スピンエコー測定においては、最大時間250ナノ秒に及ぶダイナミクスを評価する事が出来た。タンパク質のダイナミクスを、並進拡散・回転拡散・内部振動の3つのモードに分けて評価した結果、SNaseの内部振動が他のタンパク質よりも大きい事が分かった。これ迄の研究において、SNaseが核酸を切る際にドメインの大きな揺らぎ重要であるということが示唆されていたが、この実験において、直接SNaseの動きを捉える事に成功した。以上の結果は、日本物理学会の年次大会等で発表を行った。現在は、基準振動解析等の手法を用いて中性子散乱データのより定量的な解析を進めており、今後は他のタンパク質を用いても同様に構造とダイナミクス評価を容易にできる環境を整備していく。本研究の目的は、中性子散乱法を主な手法として用いる事で、溶液中のタンパク質一分子の構造とダイナミクスを定量的に評価する手法を確立し、その機能発現とダイナミクスの相関を明らかにする事である。初年度は、モデルタンパク質としてStaphylococcal nuclease(SNase)を生合成することで大量(300mg以上)に精製し、動的光散乱測定を用いて水溶液中での拡散係数を評価し、高純度かつ会合が無い状態で溶液中に分散している事を確認した。また、X線小角散乱法を用い、SNaseの溶液中の構造と単結晶によって決定された構造との違いを評価する計算プログラムを作成する事で定量的に評価し、溶液中のSNaseが結晶状態より広がった形状を取っていることを確かめた。現在のタンパク質研究は、結晶状態の構造を評価する事が主流であるが、溶液中、すなわち単一分子状態における形態と、結晶構造とが異なる可能性を考慮すべきとの意見は以前からあった。SNaseの場合、その様な指摘が極めて的を得ているという知見を得る事が出来た。以上の結果は、SNaseが本研究のモデルタンパク質として極めて優れていることを示し、今後行う予定の中性子散乱実験お呼びコンピューターシミュレーションを用いたダイナミクス解析を行う上で極めて有用な情報である。また、これらの研究成果は、日本物理学会年次大会などで発表した。本研究は2年間の期間で行う。初年度である昨年度では、モデルタンパク質であるStaphylococcal nuclease(SNase)の合成と精製を行い、中性子散乱測定に必要な300mg以上の分量を得た。更にX線小角散乱測定と動的光散乱測定を用いてSNaseのキャラクタリゼーションを行い、試料が本研究を進める上で極めて優れている事を確認した。中性子散乱実験は、震災の影響で施設(研究用原子炉JRR-3及びスパレーション中性子源J-PARC)の稼働が停止中またはスケジュールが大幅に遅れたため、初年度は実施出来なかったが、次年度は5月中に中性子小角散乱実験をJ-PARCで、中性子スピンエコー測定をフランスILLで行う予定であり、既にビームタイム配分を確約されている。従って、中性子散乱測定に依って必要な実験データは全て得られる予定である。以上の理由で、研究の現在迄の達成度を「おおむね順調に進展している」と評価した。

次年度は中性子散乱測定に注力し、そのデータ解析を、数値計算を用いて行う。次年度、J-PARCで行う予定の中性子小角散乱実験では、飛行時間法を用いた回折装置で測定を行うことから、広い空間領域(実空間で1100ナノメートル程度)を高分解能で測定する事が可能であり、αヘリックスやβシートのドメインから分子全体の形状までを定量的に評価する事ができる可能性がある。更にフランスILLで行う中性子スピンエコー実験では、小角散乱で測定した空間領域における100ナノ秒程度に及ぶ時間領域の時間相関関数が測定でき、タンパク質の並進と回転拡散、更に分子内振動に関する知見が定量的に得られるものと期待している。以上の中性子散乱によって得られるデータは、タンパク質一分子のナノメートル・ナノ秒の時空間スケールにおける構造とダイナミクスの詳細を反映したものであり、その定量的な解析は数値計算によって厳密に行う必要がある。本研究では、弾性ネットワークモデルと基準振動解析を組み合わせた手法を用い、計算機を用いた数値計算によって散乱データを詳細に解析し、タンパク質のダイナミクスの詳細を明らかにする手法を確立する。初年度は試料調製用の試薬や機材、高速演算が可能な計算機を購入したが、次年度では中性子散乱実験に必要な試薬及び物品の購入が主になる。また、海外で中性子散乱実験を行う予定である事から、旅費が多めにかかる事が予想される。
小笠原諸島において水文気候条件が植生構造に与える影響に関する観測研究

本研究の目的は,小笠原諸島父島の乾性低木林を調査対象に,詳細な気象観測に加え,植物の生理生態的プロセスの観測を新たに展開することで,既存の研究では明確にされてこなかった水文気候条件と植生構造との因果関係を明らかにすることである.本研究ではまず,父島気象観測所で観測された78年分の月別気温および降水量データを解析した.その結果,小笠原諸島における20世紀中の水文気候環境は乾燥化の傾向があり,特に夏期乾燥期が顕在化することが分かった.このことは,小笠原諸島において今後の気候変動による植生へ影響を明らかにするためには,夏期乾燥期における水文気候条件と植生との因果関係を把握する必要があることを示す.次に,水文気候条件の異なる父島の2地点(初寝山および東平観測点)で気候および植物の生理的特性についての詳細な観測を行った.デンドロメータによる観測結果から夏期乾燥期における乾燥の度合いに対応して幹生長量が異なっていることが分かった.また,夏季乾燥期に,初寝山および東平観測点に生育するシマイスノキの葉の水ポテンシャルを計測した結果,初寝山の方が東平に比べ,夜明け前のシマイスノキの葉の水ポテンシャルは有意に低かった.これらのことから,夏期乾燥期に強い乾燥ストレスを受けた場所ではシマイスノキの幹の肥大生長が抑制されると考えられた.さらに,シマイスノキの蒸散流量の観測結果から,乾性低木林の優占種であるシマイスノキは蒸散を抑制し,水利用様式を変化させることで,夏期乾燥期に卓越する季節的な乾燥ストレスに耐えて生育していることが明らかになった.以上のことから,乾性低木林の構成種は,夏期乾燥期の水文気候条件に応答して生理生態的プロセスを変化させており,その結果として植生構造に地理的な変化がみられると考察した.本研究の目的は,小笠原諸島父島の乾性低木林を調査対象に,詳細な気象観測に加え,植物の生理生態的プロセスの観測を新たに展開することで,既存の研究(例えば,吉田ほか,2002など)では明確にされてこなかった水文気候条件と植生構造との因果関係を明らかにすることである.平成17年度は以下の3点について調査および研究を行った.1.既存研究のレビュー小笠原諸島を対象とした観測研究について,これまでの研究成果をレビューし,今後の課題をまとめた.小笠原諸島では最近2030年に気候の乾燥化が顕著であり,その植生に対する影響を多くの研究者が危惧していることが分かった.このような気候変動による植生へ影響を明らかにするためにも,早急に水文気候条件と植生構造との因果関係を把握する必要があることを確認した.2.幹生長量の連続観測水文気候条件の異なる2地点(初寝山および東平観測点)において,乾性低木林の優占種であるシマイスノキを対象にデンドロメータを設置し,幹生長量の季節変化を観測した.その結果,両者に幹生長量およびその季節変化パターンには差異がみられた.乾燥しない場所(東平)では夏季乾燥期に幹生長がみられるのに対し,乾燥する場所(初寝山)では夏季乾燥期を避けるような幹生長の季節パターンが観測された.3.植物の水ポテンシャルの測定夏季乾燥期であった2005年8月に,初寝山および東平観測点に生育するシマイスノキの葉のサンプリングを行い,実験室にて葉の水ポテンシャルを計測した.その結果,初寝山の方が東平に比べ,夜明け前のシマイスノキの葉の水ポテンシャルが有意に低かった.このことは,初寝山に成立する乾性低木林が,水文気候条件の差異を反映して,夏季乾燥期により強い乾燥ストレスを受けていることを示す.本研究の目的は,小笠原諸島父島の乾性低木林を調査対象に,詳細な気象観測に加え,植物の生理生態的プロセスの観測を新たに展開することで,既存の研究では明確にされてこなかった水文気候条件と植生構造との因果関係を明らかにすることである.本研究ではまず,父島気象観測所で観測された78年分の月別気温および降水量データを解析した.その結果,小笠原諸島における20世紀中の水文気候環境は乾燥化の傾向があり,特に夏期乾燥期が顕在化することが分かった.このことは,小笠原諸島において今後の気候変動による植生へ影響を明らかにするためには,夏期乾燥期における水文気候条件と植生との因果関係を把握する必要があることを示す.次に,水文気候条件の異なる父島の2地点(初寝山および東平観測点)で気候および植物の生理的特性についての詳細な観測を行った.デンドロメータによる観測結果から夏期乾燥期における乾燥の度合いに対応して幹生長量が異なっていることが分かった.また,夏季乾燥期に,初寝山および東平観測点に生育するシマイスノキの葉の水ポテンシャルを計測した結果,初寝山の方が東平に比べ,夜明け前のシマイスノキの葉の水ポテンシャルは有意に低かった.これらのことから,夏期乾燥期に強い乾燥ストレスを受けた場所ではシマイスノキの幹の肥大生長が抑制されると考えられた.さらに,シマイスノキの蒸散流量の観測結果から,乾性低木林の優占種であるシマイ

スノキは蒸散を抑制し,水利用様式を変化させることで,夏期乾燥期に卓越する季節的な乾燥ストレスに耐えて生育していることが明らかになった.以上のことから,乾性低木林の構成種は,夏期乾燥期の水文気候条件に応答して生理生態的プロセスを変化させており,その結果として植生構造に地理的な変化がみられると考察した.
卵巣癌細胞の薬剤感受性と遺伝子プロファイルに基づいた治療法の確立

本研究課題内において以下のような成果を挙げた。1患者腹水検体より腹膜中皮腫細胞株を樹立することに成功した。2樹立細胞株を使った2次元および3次元培養下での薬剤感受性試験を実施した。悪性中皮腫標準治療に使用される薬剤ペメトレキセドは2次元培養下では薬剤感受性があったのに対し、3次元培養下では薬剤効果はなかった。結果は臨床経過と一致し生体内環境を模倣した薬剤感受性試験の実施が可能であった。3卵巣癌患者の腫瘍病変組織片より、スフェロイドを形成することを可能とし生体内構造に類似する腺管構造を作り出すことに成功した。卵巣癌腫瘍組織由来のスフェロイド形成に成功したのは本研究が初であり有用な成果となった。近年、ヒトでの安全性と体内動態が既に確認されている既存薬から新たな多疾患に奏効する薬剤を見つけるいわゆるドラッグリポジショニングが注目されている。ドラッグリポジショニングの利点として、新薬開発に比較し薬剤が原因となって発症する予期せぬ副作用が出現する確率が低いこと、新薬開発に比較し、臨床試験にかかる時間とコストを大幅に削減できるなどの利点がある。卵巣癌は婦人科腫瘍の中でも最も予後が短期であり、進行期で発見される症例が少なくないことから個別化治療法の確立が望まれるが、現在実施されている分子標的治療薬はベバシズマブが適応承認を得ているのみである。その理由として卵巣癌の分子機構が十分に解明されていないこと、罹患率が他癌と比較して低いために企業が採算性を考慮して積極的に開発や臨床試験を行わないなどの理由が考えられる。このような背景から難治性卵巣癌の個性診断に基づいた個別化治療パイプラインの創出は喫緊の課題である。しかし商業化ベースで取り扱われている細胞を用いた基礎実験はvivo実験に応用すると生体内では異なる結果を示すことが少なくない。そこで本研究において卵巣癌症例に対する腹水検体を使用した個別化治療法の確立を目的とし、患者由来腹水検体より安定した腫瘍細胞の樹立手技の確立を行った。患者同意のもと、腹水細胞を採取し細胞成分を遠沈法にて集細胞後、培養液中に浮遊させ3日間静置後培地交換を行った。その結果、腫瘍細胞が持つ本来の性質である細胞増殖能の高い細胞のみが培養液中に生き残った。さらに複数回の培地交換の後、単クローン性に増殖する細胞集塊を継代培養することで細胞樹立に成功した。本研究内で確立した細胞樹立手技は遺伝子操作や不死化などの操作を行っておらず患者本来の腫瘍組織の性質を残した臨床検体に近い細胞であると推測され、本細胞を用いた薬剤感受性の結果は個別化治療法へと応用可能であると考える。本年度は申請時に株細胞の樹立手技を確立する予定とし予算配分を少額にしている。以降は抗がん剤等の薬剤等を購入した研究実施を予定して計画を行っていることから、研究内容や手技の確立等、研究全体の進捗状況においても計画通りに遂行され、本年度の実施目標は達成できたと考える。抗癌剤抵抗性の難治性卵巣癌に対してはセカンドライン以降に確立された治療法が乏しい。本研究は難治性卵巣癌にドラッグリポジショニングを導入するための基礎研究である。卵巣癌組織や腹水細胞からprimary culture(初代培養)を行い、薬剤感受性試験、ゲノム解析および遺伝子発現解析を施行、パスウェイ解析上で読み解く。本成果によりコンパニオン診断に基づいたドラッグリポジショニングのためのパイプラインが確立されれば難治性卵巣癌の奏効や予後の改善が期待されるだけでなく副作用の軽減や医療経済上も有用となる可能性が高く、患者自身の生活の質(Quality of life: QOL)向上も可能となる。本研究では全期間を通して患者本人より検体使用の同意が得られた卵巣癌例の新鮮癌組織または腹水細胞より初代培養を施行している。樹立可能であった細胞を対象に薬剤感受性試験(drug sensitivity and resistance testing: DSRT)にて高感受性を示す薬剤を検出するとともに、ゲノム解析と遺伝子発現解析から薬剤感受性に関連する遺伝子を同定し、パスウェイ解析にてドラッグリポジショニング候補薬を同定する。このようなアプローチを構築することで個別化医療を確立するための基盤的検討を行った。申請者らは卵巣癌、卵管癌および腹膜癌を対象とした腹水からの初代培養を施行している。今年度はこれまでの手技に加え、培養液中に腹水上清を添加することでより生体内に近い培養環境を作り出し、初代培養が高率に成功した。現在は最適化した初代培養細胞方法を用いて薬剤感受性試験系の構築を行っている。本年度の研究業績として、これまでの研究にて我々が樹立した悪性腹膜中皮腫細胞株を使った2次元およびゲル包埋法による3次元培養下での薬剤感受性試験を実施した。悪性腹膜中皮腫由来の樹立細胞(KomyX)は、腹膜中皮腫治療中の患者腹水より樹立された細胞である。現在までに悪性腹膜中皮腫症例の腹水細胞より樹立された細胞株は報告されていない。細胞樹立された症例は悪性中皮腫の標準治療薬であるぺネトレキセド化学療法中であったが、本細胞の樹立時に採取された腹水中には、悪性中皮腫細胞が多数出現しており、臨床的に化学療法抵抗性の状態で採取された。

薬剤感受性試験の方法として、樹立細胞KomyXを384wellのmultiplateに播種し、2次元および3次元培養状態を作成し、プレートの各well上で72時間培養した後、36種の薬剤を各wellに6つの濃度に割り振り分けて添加しさらに72時間培養した。その後CellTiter-Go Luminescent Cell Viability AssaykitにてATP活性の蛍光強度を測定することで生存細胞数を測定し、各種薬剤のIC50を求めた。その結果、悪性中皮腫の標準治療に使用される薬剤ペメトレキセドは2次元培養下でのIC50値で薬剤感受性を示したのに対し、3次元培養下では薬剤感受性を示さず、3次元培養下のIC50値は樹立細胞の腹水が採取された時点の臨床経過と一致しぺネトレキセド抵抗性であった。本結果より、一般的に実施されている単層培養法ではなく、ゲル包埋法による3次元培養は生体内の状態を反映していると考えられた。本研究課題内において以下のような成果を挙げた。1患者腹水検体より腹膜中皮腫細胞株を樹立することに成功した。2樹立細胞株を使った2次元および3次元培養下での薬剤感受性試験を実施した。悪性中皮腫標準治療に使用される薬剤ペメトレキセドは2次元培養下では薬剤感受性があったのに対し、3次元培養下では薬剤効果はなかった。結果は臨床経過と一致し生体内環境を模倣した薬剤感受性試験の実施が可能であった。3卵巣癌患者の腫瘍病変組織片より、スフェロイドを形成することを可能とし生体内構造に類似する腺管構造を作り出すことに成功した。卵巣癌腫瘍組織由来のスフェロイド形成に成功したのは本研究が初であり有用な成果となった。今後は樹立した卵巣癌由来の腫瘍細胞株を使用した薬剤感受性試験の実施を計画している。樹立細胞株は、腹膜中皮腫および遺伝性腫瘍が疑われる症例の卵巣癌細胞株が樹立されているが、現在進行中の症例もあり、実施数は増加する予定である。卵巣癌とは症例は異なるが、腹膜中皮腫はもともと発症する症例が少ないうえ、奏功する治療法も少ないことから本研究内にて腹膜中皮腫についても薬剤感受性の検討を実施することで有用な治療薬の選択が期待できる。これまで組織検体を使用した培養法は成功率が低いことが課題であったが、我々が現在までに確立した成功条件と三次元培養手技を応用することで初代培養成功率の向上を目指している。今後は新規開発技術として、腹水細胞上清に含まれるサイトカインの分析及び、卵巣癌における細胞増殖性の比較から培養条件の至適化を行う予定である。今年度は細胞株樹立のみの実施計画であったため、細胞培養関連消耗品への使用と染色体解析のみを行った。研究実施の際、細胞培養消耗品を節約したため金額に残りが生じた。多数例を集積してから同時に解析することにしたため。次年度は樹立した培養細胞株と患者腹水より採取した細胞を使用し、薬剤感受性試験を実施する。薬剤(抗がん剤)の単価は高額であるため、前年度の残金は薬剤購入に使用する予定である。検査委託、論文成果準備料・投稿料に充当予定である。
多種トレーサーガスを用いた多数室換気量の測定に関する研究

昨年度は、建設省建築研究所の人工気象室内にあるシリンダーハウス(換気量既知の試験住宅)にて、パッシブ換気時の多種トレーサーガス法の測定精度検定を行い、4室と5室モデルにおいて測定精度が2030%の範囲内に収まることを確認した。本年度は、北海道大学キャンパス内に建設されたローエネルギーハウスを対象に、夏と冬のパッシブ換気の実態把握を行った。夏期の上方開放熱対流型換気や通風換気では、トレーサーガスの「濃度むら」をそのまま「むら」として活用した根気量の測定を試み、温度積層や主流域を形成する換気の場合に、有用な測定法であることを確認した。また、冬期のスタック型のパッシブ換気では、濃度瞬時一様拡散の仮定が必要になるが、4室に4種ガスを放出しても、ターゲットを絞り3室化することで、リーズナブルな外気流入量及び室間換気量が推定可能なことを見出された。多種トレーサーガス法では、(1)測定対象空間の瞬時一様拡散仮定を満足させる空間平均濃度をどの様にして測定するか、(2)ガス放出後、何時の時点のガス濃度を用いて換気量を算定するのが妥当か、(3)対象室のガス濃度の設定には、ガス減衰法、ガス一定供給法、ガス定濃度法の3通りあるが、どの組み合わせが、外環境変動時の多数室間換気量の算定を容易にするか、(4)換気量の算定に際し、ガスの濃度平衡は微分表現と積分表現が可能であるが、微分表現、積分表現、その混合表現の何れが有利になるか、(5)最小自乗法を用いた場合の妥当な濃度測定データー(逐次的間欠サンプリング)数はどの程度が良いか、など、幾つかの困難な課題が残されている。本申請研究の目的は、以上のような多数室換気量の測定に係わる上記(1)、(2)、(3)、(4)、(5)の諸懸案事項を実家屋の実測を通じて解決すると共に、高断熱高気密住宅のパッシブ換気計画を可能にするための、外気侵入量及び室間換気の動的な性状を把握することにある。初年度では、換気量の算定に際し、ガスの濃度平衡は微分表現と積分表現が可能であるが、微分表現、積分表現、その混合表現の何れが有利になるかを確認した。次いで、換気量既知の試験住宅を対象にして、瞬時一様拡散仮定を満足させる空間平均濃度の測定、ガス放出後、何時の時点のガス濃度を用いて換気量を算定するのが妥当かを確認し、高断熱高気密住宅での室間換気量の測定を試みている。
エキノコックス感染初期(虫卵から多胞化嚢胞)における遺伝子発現の推移

エキノコックス(多包条虫)症は人獣共通感染症の一つで、北海道では野生動物間で高度に流行している。人への感染は、虫卵の経口摂取により起こり、肝臓に移行した幼虫が、定着し、嚢胞・多胞化し、その後の無制限の多胞化により、人で重篤な疾患を引き起こす。我々の研究は、この虫卵から多胞化までの感染初期における、寄生虫の様々な遺伝子発現を網羅的に解明する事を目的とした。まず、これらの初期の寄生虫からmRNAを採取し、次世代シーケンサーにより、各遺伝子の発現状況を解明した。特に、ワクチンおよび診断用抗原に焦点を絞り、発現状況を明らかにした。多包条虫を含むテニア科条虫の幼虫感染において、免疫応答が寄生虫の定着時期に決定的な役割を演じ、顕著な獲得抵抗性を示すようになる。本実験では次世代シーケンサーを用いて、この感染極初期の発現分子を解明するために、虫卵、活性化虫卵、感染初期シストおよび培養嚢胞のトランスクリプトーム解析を目的とした。先ず、多包条虫実験感染犬の糞便から大量の虫卵を分離した。当初の計画では、虫卵の分離は食物残渣のほとんど無い犬の糞便から採取する予定であったが、腸内環境が正常犬と異なると正常な虫卵が得られない可能性を予想し、通常の糞便量のものから大量の虫卵採取を試みた。簡易沈殿法および様々なメッシュの使用により大量の虫卵採取に成功し、更に、RNA抽出に成功し、次世代シーケンサーを用いて発現遺伝子を解析した。ただ、この実験では、虫卵の活性化に失敗し、二回目実験で新たに実験感染した犬の個体の糞便から虫卵を採取し、再度活性化を試み、成功した。ただ、これらの活性化虫卵から抽出したRNAの質は悪く、現在検討中である。肝臓に寄生する実験感染初期の嚢胞(宿主成分を含む)については、病変部からRNAを注出し、次世代シーケンサーを用いて回読したところ、ほとんどが宿主由来であり、寄生虫の発現遺伝子については部分的な解析となった。なお、この感染ごく初期病変を模倣するための培養による微小嚢胞(宿主成分を含まない)については培養成功し、RNA抽出後次世代シーケンサーによる大量の解読には成功した。したがって、現在まで、活性化前虫卵および培養嚢胞の発現遺伝子のアノテーションまで行った。ただ、Trinityによるアッセンブルにおいて塩基数500以上の遺伝子に絞ったが、現在、再度200以上にして解析をやり直している。ただ、塩基数500以上のもののみの解析においても、虫卵特異的なものおよび発現量が顕著に嚢胞とは異なるものが見つかっている我々は次世代シーケンサーを用いて、多包条虫の虫卵、活性化虫卵および感染初期嚢胞および培養微小嚢胞のトランスクリプトームを解析し、さらに、すでにサンガー研究所から公表されている成熟嚢胞、未熟成虫、受胎成虫のデータと合わせて、in silico解析を行い、各発育段階の発現量を比較した。まず、虫卵がその蛋白を発現していることがすでに判明しているEG95 (EMY162)、Major egg Antigenについては、同類の分子が同定され、虫卵だけでなく幼虫や成虫でも発現している分子が発見された。次に、幼虫感染の診断用抗原である、Antigen B、Eg 19、Antigen 5については、主に幼虫において高い発現が見られたが、Antigen Bグループでは、EnAgB8/3は3種含まれ、いずれもが成虫においても発現し、EmAg B8/5は成虫にのみ発現が見られた。虫卵では、これらのAntigenB、Eg19、Antigen 5はほとんど発現していなかったが、Antigen II/3については、すべての発育段階で発現し、特に、虫卵での発現が顕著であった。Taeniasoliumの成虫の診断用抗原として知られている糖タンパク抗原Diagnostic antigengp50については、今回の解析で35種の存在が予想された、発現量が高いものとしては24種あり、そのうち成虫で顕著に高いものは15種、虫卵で高いものは6種、活性化後虫卵から感染初期幼虫にかけて高いものは5種あったが、成熟幼虫ではいずれも顕著な発現はなかった。したがって、幼虫周囲のlaminated layerにおけるgp50の関与はないものと推察された。その他、様々な糖蛋白、蛋白への糖鎖付加酵素、糖代謝系について、様々な発育段階における発現量の比較解析を行ない、現在この作業を継続している。多包条虫症は国内おいても重要な人獣共通寄生虫であり、人では虫卵の経口摂取後肝臓に寄生した幼虫が無性増殖することにより重篤な疾病を引き起こす。この虫卵から感染初期の幼虫に関する研究は遅れており、今回の研究ではこの時期の寄生虫のトランスクリプトームを解析することである。今年度は、前年度から引き続き様々な分子に関しての解析を続けるとともに、以下のように幼虫のapomucinについて調べた。エキノコックスの幼虫周囲はlaminated layer (LL)が取り囲み、これが幼虫と宿主のインターフェイスである。この主成分は糖タンパクであり、これらの分子の機能が注目されている。多包条虫の培養微小嚢胞の結果からLLに発現する分子、特にapomucinについてin silico解析した。有鉤嚢虫の論文からGP50が主要なLLの糖タンパクと予想したが、意外なことにエキノコックスでは虫卵や成虫では多く発現したが、幼虫における発現量は少なかった。一方、単包条虫の研究ではLLについて他の糖蛋白が注目されており、いくつかのapomucinが候補と考えられている。

我々はこれらのapomucinの相同性検索から、多包条虫におけるapomucinを解析した。さらに、機能解析のためにRNA干渉を試みた。我々はこれまで原頭節(LLが無い)を用いたRNA干渉については確立してきたが、今回は培養嚢胞(LLがある)を用いて検討した。様々な大きさの培養嚢胞を作成し、浸漬法の様々な条件設定で行い、そのsiRNAの取り込みを確認しようとしたが、残念ながら全く成功しなかった。今後はエレクトロボレーションの様々な条件設定行う必要があると思われた。エキノコックス(多包条虫)症は人獣共通感染症の一つで、北海道では野生動物間で高度に流行している。人への感染は、虫卵の経口摂取により起こり、肝臓に移行した幼虫が、定着し、嚢胞・多胞化し、その後の無制限の多胞化により、人で重篤な疾患を引き起こす。我々の研究は、この虫卵から多胞化までの感染初期における、寄生虫の様々な遺伝子発現を網羅的に解明する事を目的とした。まず、これらの初期の寄生虫からmRNAを採取し、次世代シーケンサーにより、各遺伝子の発現状況を解明した。特に、ワクチンおよび診断用抗原に焦点を絞り、発現状況を明らかにした。解析時に、シーケンス結果をde novoアッセンブリーにより行ったが、混入した細菌遺伝子などの問題があり、サンガー研究所が昨年公開したエキノコックスのゲノムのデータを用いて、解析し直した。獣医寄生虫病学サンガー研究所が昨年公開したエキノコックスのゲノムのデータを用いて、このまま解析を続行する。このように、サンガーのデータを用いることにより、発育後期(成塾幼虫から受胎成虫まで)のデータも比較することが可能となり、エキノコックスの一生全体について遺伝子発現の推移を把握することが可能となった。上述したように、寄生虫材料材料採取に手間取り、やや遅れているが、ほぼ材料採取は成功したと思われるが、この判断についてもシーケンスの結果により最終的に判断されできるようになる。次世代シーケンサーによって得られた遺伝子のシーケンスデータの解析方法を変更したため解析が遅れ、使用しなかった。今後、活性化虫卵の次世代シーケンサーの結果および200塩基以上の遺伝子の解析を行い、全ての発育段階もまとめて解析、虫卵の発現遺伝子の特長を解明する。感染初期シストについては、以前に調べた次世代シーケンサーのデータを利用し、同様の解析方法で解析し、加えて比較したい。また、活性化虫卵のRNAの質の問題はアッセンブルの結果が出てから考えたい。遅れを取り戻すために、前年度分を使用して、研究を精力的に継続する。
線虫をモデルとした自発行動制御の神経回路メカニズムの解明

動物は自らの意思で自発的に行動するがその脳内機構はよく分かっていない。本研究は線虫の脳活動と行動を定量的に解析するための実験基盤の開発と自発行動の神経回路を明らかにすることを目的とした。自動追尾装置と高速スキャンレーザー顕微鏡を統合したイメージングシステムICaSTを開発した。ICaSTにより自由行動下の線虫のカルシウムイメージングを行い、自発後退運動に先行、随伴する神経活動を見出した。神経活動と行動の関連を解析するため光遺伝学操作とイメージングの同時計測システムを開発した。これらのシステムは線虫だけではなく他の動物の自発行動の神経回路とシナプス機構の研究にも有用であると考えられる。動物は、外部からの感覚刺激がなくても行動を開始し制御するが、自発行動発現の神経メカニズムはよくわかっていない。本研究は、シンプルな脳を持つ線虫を対象にして、自発行動を生成・制御する神経回路メカニズムを明らかにすることを目的としている。線虫はわずか302個のニューロンしかなく、全神経回路接続が記載されている唯一の動物である。行動発現に関わる神経回路を明らかにするためには、行動中の動物の神経活動をリアルタイムで可視化する必要がある。我々は、高速レーザー顕微鏡に自動追尾装置を統合した顕微鏡システムを開発してきたが、さらに操作性に改良を加え、イメージングシステム(ICaST)を確立した。また、頭部神経節ニューロンにG-CaMPあるいはR-CaMPを発現するトランスジェニック線虫を複数系統作出した。線虫は主に前進しながら餌を探索するが、時々自発的に後退する。ICaSTシステムを用いてG-CaMP/R-CaMP発現線虫の行動と頭部神経活動を記録し、前進から後退へのスイッチングに着目して神経活動を解析した。その結果、後退運動の開始前、開始時、および後退運動中に活動が活性化あるいは抑制されるいくつかのニューロンを見出した。本年度は、所属研究室で開発された改良型カルシウムプローブを組み込んだ線虫を作成するとともに、ICaSTシステムを開発した。これにより、自由行動中の任意の部位の神経活動を高倍率・高解像度で可視化・解析することが可能になり、自発行動のイメージング実験系が確立されたことは大きな進展であった。さらに神経活動と行動の因果関係を明らかにするために、チャネルロドプシンを発現する線虫を作成して解析を行っているが、特定のニューロンのみを光刺激する実験系についてはさらなる検討が必要である。本研究は全神経回路が記載されている線虫をモデルに用いて自由行動中の神経活動を可視化・解析することにより、自発行動発現に関わる神経回路を明らかにすることを目的としている。線虫は主に前進運動で餌を探索するが、時折自発的に後退運動あるいは深い屈曲運動を行い進行方向を変えることが知られている。今回、自発的な後退運動に関わる神経回路機能を明らかにするため自由行動下における脳活動の長期可視化を行った。動く動物の神経活動をリアルタイムで可視化するため本研究で新しいイメージングシステムICaSTを開発した。ICaSTは自動追尾装置と高速スキャンレーザー顕微鏡を統合しており、線虫の体の任意の領域を自動追尾しながら神経シグナルを高倍率で長時間イメージングすることが可能になった。また、高輝度・高感度な新しいカルシウムプローブを線虫神経系に適用し、新たな遺伝子改変動物を作成した。これらの動物の自発的行動と頭部神経節(脳)の神経細胞のカルシウム動態をICaSTで同時記録し定量的に解析した。我々はこれまで自発的な後退運動開始前に先行して活動するドーパミンニューロンを同定しているが、今回さらに前進・後退運動のスイッチングでカルシウムシグナルが顕著に変動するいくつかの神経細胞を同定した。その中で後退運動のスイッチングに伴う特定の神経の顕著な活動抑制に着目した。活動抑制の神経基盤と上位ニューロンとの関わりを明らかにするため、抑制性神経伝達物質の変異体を用いて体系的なイメージング解析を行いモノアミンのextrasynapticな作用が重要であることを見出した。今後は行動と神経活動の因果関係を明らかにするため特定の神経活動を制御する光遺伝学的アプローチを行う必要があると考えられる。光遺伝学的手法、および神経細胞のレーザー破壊等で、行動と神経活動の関連について解析を進める。特定のニューロンにチャネルロドプシン等の光アクチュエータ分子を発現するため、IR-LEGO法も検討し、光遺伝学の実験系を確立する。また、神経系変異体を用いてイメージング解析を行い、自発後退運動の制御に関わる分子を探索する。神経生理学
地熱水の高度エネルギー利用とシリカスケール発生防止

地熱水からのシリカ除去のためにシリカゲルを用いたシード添加法を提案し、シリカスケールがシードに析出する様子を実験的に検討した。(1)シードを模擬地熱水に添加し、シードの粒子径・初期比表面積・初期気孔径がシリカ除去性能に及ぼす効果を検討した。シリカ析出量や細孔面積などの最終値にシード粒子径が及ぼす影響はあまり見られなかった。しかし、シードの初期細孔径を増加させると、粒子の単位表面積あたりのシリカ析出量は増加した。シリカの析出速度係数は、シード粒子径を減少させるほど増加し、初期細孔径を増加させるほど増加した。(2) pHおよび種々の操作条件がシリカ除去性能に及ぼす影響を検討した。本研究では地熱水を地上に噴出させた後、気液分離する操作を想定し、pHを調整し終えた時点からシードを添加するまでの期間をプレシーディング時間、シードを添加してからの期間を反応時間と定義する。プレシーディング時間を03600秒まで変化させ、初期シード濃度を0.12.0kg-seed・m^<-3>まで変化させた。初期シリカ濃度が0.50kg-SiO2・m^<-3>のとき、シリカ除去量は初期pHの増加とともに増加する(ただし、実験範囲pH=59)。一方、初期pHが同じとき、シリカ除去量は温度の増加とともに増加し、初期シリカ濃度の減少とともに増加する。シリカ除去量は、初期シリカ濃度が低い場合(0.50kg-SiO2・m^<-3>)はプレシーディング時間によって影響されないが、初期シリカ濃度が比較的高い場合(0.70kg-SiO2・m^<-3>)プレシーディング時間が長くなるにしたがっては大きく減少する。一方、初期シリカ濃度が低い場合(0.50kg-SiO2・m^<-3>)、プレシーディング時間はシリカ除去効率に影響を及ぼさない。(3)溶存塩がシリカ除去性能に及ぼす影響を検討した。このため、国内外の実際の地熱水中に溶解しているイオンとシード(シリカゲル粒子)を模擬地熱水に加え、シードに析出するシリカ除去量を測定した。カリウムおよびナトリウムイオンは、塩析効果によって過飽和度を増加させ、結果としてシリカ除去を促進する。カルシウムおよび鉄イオンは、塩析効果とともにシリカ化合物を生成して、シリカ除去を促進する。ホウ酸はシリカ除去にほとんど影響しない。1.液相流動層型熱交換器によるシリカスケール生成防止法(1)液相流動層型熱交換器を製作し、流動粒子にガラスビーズを用い、伝熱促進効果について実験的に検討した。熱交換器本体は内径120mmのアクリル樹脂製とし、冷却管は外径45mm肉厚2.9mmの銅製で冷却水を冷却管下部へ導入するために銅管内に塩化ビニル管を挿入し二重管構造とした。流動粒子による伝熱促進効果が認められ、さらに粒径を変えた実験から粒径が大きくなるほど伝熱促進効果は大きくなることが明らかとなった。

(2)上記の熱交換器において流動粒子にシリカゲルを用いた場合、地熱水中の溶存シリカがシリカゲルへ析出することにより地熱水から除去されることが期待されるため、地熱水からのシリカ除去についても検討を行った。モデル地熱水として珪酸ナトリウム溶液を熱交換器に流通し、流動層入口と出口でのシリカ濃度を測定し、シリカ除去量を算出した。その結果、本実験条件(流量8.33×10^<-6>m^3/s、入口温度70°C、出口温度50°C、シリカゲル充填量600g)では80%以上のシリカ除去率が得られ、高いシリカスケール生成防止効果が示された。2.水晶振動子微量天秤によるシリカ析出挙動の観測水晶振動子上に析出した物質の極微少な質量変化を共振周波数変化として測定できる水晶振動子微量天秤を用いてシリカ析出挙動を観測した。モデル地熱水に水晶振動子を浸し、共振周波数の経時変化を測定し、シリカ析出量をSauerbreyの式より算出した。また、モリブデンイエロ-法によりシリカモノマー濃度の経時変化を測定し、前者と比較した。その結果、初期シリカ濃度が高いほど水晶振動子上へのシリカ析出量は高く、シリカモノマーのみならず、低分子量のシリカポリマーもシリカ析出に寄与していることが明らかとなった。(1)シリカ除去性能に及ぼすプレシーディング時間の影響本研究では地熱水を地上に噴出させた後、気液分離する操作を想定し、pHを調整し終えた時点からシードを添加するまでの期間をプレシーディング時間、シードを添加してからの期間を反応時間と定義する。プレシーディング時間を03600秒まで変化させた。初期シリカ濃度が比較的高い場合(0.70kg-SiO_2・m^<-3>)、プレシーディング時間が長くなるにしたがってシリカ除去効率は大きく減少する。一方、初期シリカ濃度が低い場合(0.50kg-SiO2・m^<-3>)、プレシーディング時間はシリカ除去効率に影響を及ぼさない。過飽和シリカ溶液において、ある時間までシリカモノマー同士の重合反応は起こらず、シリカモノマー濃度が変化しない期間(誘導期間)が現れる場合がある。プレシーディング時間の影響は、誘導期間の長さに依存し、初期シリカ濃度が高い地熱水において高シリ力除去効率を得るためには、できるだけプレシーディング時間を短くする必要があることが判明した。(2)シリカ除去性能に及ぼす初期シード濃度の影響初期シード濃度を0.12.0kg-seed・m^<-3>まで変化させたシリカ除去実験を行った。初期シリカ濃度0.7kg-SiO2・m^<-3>、初期pH7.0では初期シード濃度が高くなるにつれてシリカ除去効率は増加するが、ある初期シード濃度を越えるとシリカ除去効率の増加度合は小さくなった。また、同じ初期シード濃度では温度が高いほどシリカ除去効率は高くなる。地熱発電所における還元時の地熱水の温度は333K以上であるので、333K以上の温度で高いシリカ除去効率を得るためには、初期シード濃度は0.50kg-seed・m^<-3>以上が望ましい。しかし、初期シード濃度を1.0kg-seed・m^<-3>以上に増加させてもシリカ除去効率の大幅な改善が得られないと思われる。
標準佐々木計量とAdS/CFT対応

本研究では、偏極トーリック多様体の幾何学的不変式論的な安定性、および、その標準ケーラー計量の存在との関係に関して主に次の3つの結果を得た:(1)漸近的チャウ半安定であるための障害として知られていた積分不変量の族がヒルベルト級数の微分と等価である。(2)漸近的チャウ不安定なケーラー・アインシュタイン多様体を初めて発見した。(3)チャウ半安定であるための必要条件を、対応する多面体の組み合わせ論の情報により表現した。佐々木多様体における標準計量、特に佐々木・アインシュタイン計量の存在問題は幾何的に重要であるだけでなく、素粒子論(弦理論)における「AdS/CFT対応」の究明においても重要な役割を演じる。本研究は、佐々木・アインシュタイン計量の存在問題を2つの異なるケーラー幾何(横断的ケーラー構造およびケーラー錐構造)を通して研究し、さらに「AdS/CFT対応」の数学的な理解を得ることを目的としている。本年は逆に「AdS/CFT対応」の研究の中で得られた発想(体積最小化)を拡張し、それを複素幾何の問題に適用することで興味深い結果を得ることが出来た。具体的には下の通りである;体積最小化とは佐々木・アインシュタイン計量が存在するための障害の一つ(佐々木・二木不変量)が体積汎関数の第1変分として得られることであった。一方、佐々木多様体は「偏極ケーラー多様体」の一つの一般化と捉えることができる。本研究では佐々木計量の空間上のある(体積汎関数を含む)無限個の関数列の母関数(Hilbert級数)の第1変分が、すでに知られている偏極多様体の「漸近的Chow半安定性」の障害と本質的に一致することを証明した。さらに、トーリックファノ多様体の場合に、対応する扇の組み合わせ論的な情報を用いてHilbert級数の第1変分を実際に計算することで、この障害に関する幾つかの予想を解決した。この手法はある意味「超越的な」方法により代数的対象を調べているという点で大変興味深い結果である。本研究の目的は、佐々木多様体の標準計量を2つの異なるケーラー幾何(横断的ケーラー構造及びケーラー錐構造)を通して研究し、さらに弦理論において現在活発に研究されている「AdS/CFT対応」の数学的な理解を得ることである。そのためにはケーラー幾何のさらなる理解が重要である。そこで本年度はケーラー幾何だけからは得られない「佐々木幾何的な手法」を用いて、ケーラー幾何の問題を解決することを試みた。その結果、ケーラー幾何で予想される「多様体版小林・ヒッチン対応」(標準ケーラー計量の存在と幾何学的不変式論の意味での安定性の等価性)に関して新たな結果を得た。まず、AdS/CFT対応の研究(Martelli-Sparks-Yauによる、佐々木・アインシュタイン計量の体積最小性)において、トーリック佐々木多様体のヒルベルト級数の主要項の微分と佐々木・二木不変量との関係が指摘されていたが、より一般に、トーリックファノ多様体を変形して得られるトーリック佐々木多様体においては、ヒルベルト級数の微分はある積分不変量の族と等価な情報を持つことを示した(二木昭人氏、佐野友二氏との共同研究。)この積分不変量の族は、regularなトーリック佐々木多様体の場合、つまり、トーリックファノ多様体においては、漸近的Chow半安定性のための障害を与える。このことを用いて、漸近的Chow不安定な7次元コンパクトトーリックケーラー・アインシュタイン多様体が存在することを示した(佐野友二氏、四ツ谷直人氏との共同研究。)このように、標準ケーラー計量を持つが、幾何学的不変式論の意味で不安定な例は今まで存在が知られていなかったものである。この目標のもと、平成20年度に、本研究において、「AdS/CFT対応」の研究の中で得られる発想の一つである「体積最小化」を拡張し、それを複素幾何の問題に適用することで、次のような興味深い結果を既に得ていた:『トーリックファノ多様体に対して、佐々木計量の変形空間上に定義された無限個の関数族の母関数(Hilbert級数)の第一変分は既に知られている偏極多様体の漸近的Chow半安定性の障害と本質的に一致する。』本年は、ファノとは限らない偏極トーリック多様体について、その(漸近的ではなく)Chow半安定性をより直接、幾何学的不変式論に基づいた方法により調べることで、対応するDelzant多面体の組み合わせ的な情報によりChow半安定性を判定する幾つかの方法を得た。(例えば、その一つとして、偏極トーリック多様体がChow半安定であるためには、対応するDelzant多面体の重心と整数点の平均が一致することが必要であることを示した。)

これらの結果の応用として、次の2つも得た:1.ファノではない場合でもHilbert級数の第一変分が漸近的Chow半安定性の障害を与えることが示せる。2.トーリック退化に関するK-安定性や相対K-安定性と漸近的Chow半安定性との関係を「テスト配位」の概念を導入することなしに組み合わせ論および、局所線形な凸関数に関する情報のみで与えることが出来ることがわかった。