hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
内耳原基の器官培養系を用いた内耳の形態形成機構と内耳奇形発生のメカニズムの解明

1.内耳の原基である耳胞から蝸牛および三半規管が発生する。ICRマウス胎児の耳胞を経時的にとり出し、免疫組織化学的染色を施して、内耳神経節(cochleovestibular ganglion, CVG)の発生を調べた。その結果、胎齢9.511.5日胎児の耳胞で、前腹側の上皮細胞にTGFβ2が発現しており、その分布はニューロン前駆組織のマーカーであるNeuroDの発現部位と一致していた。また、その部位にSmad2も共発現していることが確認された。このことから、内耳神経節の形成にTGFβ2が関与している可能性が示唆された。2.内耳神経節(CVG)の形成におけるTGFβ2の役割を調べるため、昨年度までに我々が開発した耳胞の器官培養法を用い、耳胞上皮からCVGニューロンの前駆細胞がどのように発生し分化するかを観察した。10.5日マウス胎児の耳胞を切り出しコラーゲンコートディッシュで培養したところ、4時間後から細胞が耳胞の外へ遊走し、10時間後までに明瞭な細胞塊を形成した。これらの細胞はTuj1陽性であり、CVGを形成するニューロン前駆細胞と考えられた。次に、培地にTGFβ2(10ng/ml)を添加したところ、耳胞から遊出するTuj1陽性細胞が有意に増加した。この結果から、CVGの形成にTGFβ2が促進的な役割を果たすことが確認された。なお、上皮・間葉転換に関与するSlugの発現をRT-PCRで調べたところ、TGFβ2処理群でその量が低下していた。このことから、耳胞からニューロンが遊出してCVGを形成する現象は、上皮・間葉転換とは異なる機構であると考えられた。1)内耳原基の器官培養法の確立胎生10.5または11.5日のマウス胎児から内耳の原基である耳胞を顕微解剖により摘出し、それを培養して分化させる系を確立した。マウス胎児の頭頚部に顕微解剖と酵素処理を施して耳胞を単離し、それをマトリゲルに埋めて無血清培地で培養することにより、半規管と蝸牛の原基の分化を誘導することに成功した。一方、マウス胎児の頭部をen blocで切り出し、無血清培地で回転培養することにより、頭部組織内で耳胞を発育分化させることに成功した。これらにより、耳胞の単独器官培養系と胎児頭部の培養法を組み合わせることによって、内耳の正常及び異常分化をin vitroで解析し得る実験系を樹立した。この実験系を用い、半規管と蝸牛の発育と分化に関与する因子を同定するための実験を継続中である。2)耳胞から遊走する神経堤細胞の観察と解析耳胞の上皮から神経堤(neural crest)細胞が遊走し、それらが蝸牛前庭神経節を形成すると考えられている。我々はその分子メカニズムを解析するため、胎齢10.5日のマウス胎児の耳胞にエレクトロポレーションによってsnail/slug遺伝子を導入し、上記の培養系で培養を行った後、snail/slug(+)の神経堤細胞の発生とその挙動を追跡できることを確認した。現在この実験系を用いて耳胞由来神経堤細胞の遊走と分化、並びにその過程におけるsnail/slug遺伝子の役割を解析している。1.昨年度までに開発したマウス胎児の耳胞(内耳原基)の器官培養法を改良する目的で、培地など培養条件を変えて耳胞の分化を調べた。胎生10.5日のマウス胎児からコラーゲナーゼ処理によって耳胞を単離した。これをマトリゲル内で培養し、耳胞を発育させることに成功したが、この系は神経堤細胞の遊走と分化を観察するには十分でなかった。そこで、コラーゲンコートディッシュ上で耳胞を培養したところ耳胞が発育して初期形態形成が観察され、更に耳胞から神経堤細胞が分離して遊走することを観察することが可能になった。この系で種々の発生段階のマウス胎児の耳胞の分化を観察したところ、神経堤細胞の遊走と分化を調べるためには10.5日のマウス胎児の耳胞が最適であることが明らかになった。2.耳胞から遊走した神経堤細胞が耳神経節を形成するとされているが、それをin vitroで観察した研究は少ない。上述の培養系で胎生10.5日マウス胎児の耳胞を培養し、培地にTGFβを添加したところ、非添加群に比べて神経堤細胞の遊走が増加し、耳胞の発育も有意に促進された。このことから、耳胞の発育とニューロンの分化にTGFβが関与していることが示唆された。なお、内耳の分化に及ぼすSnail/slugの役割を調べるため、培養開始時にエレクトロポレーション法によってSnail/slug遺伝子を耳胞内へ導入し、耳胞の器官培養を行ったが、処理群の耳胞の発育は非処理対照群と有意の差がなく、Snail/slugの役割は明らかでなかった。

その結果、胎齢9.511.5日胎児の耳胞で、前腹側の上皮細胞にTGFβ2が発現しており、その分布はニューロン前駆組織のマーカーであるNeuroDの発現部位と一致していた。また、その部位にSmad2も共発現していることが確認された。このことから、内耳神経節の形成にTGFβ2が関与している可能性が示唆された。2.内耳神経節(CVG)の形成におけるTGFβ2の役割を調べるため、昨年度までに我々が開発した耳胞の器官培養法を用い、耳胞上皮からCVGニューロンの前駆細胞がどのように発生し分化するかを観察した。10.5日マウス胎児の耳胞を切り出しコラーゲンコートディッシュで培養したところ、4時間後から細胞が耳胞の外へ遊走し、10時間後までに明瞭な細胞塊を形成した。これらの細胞はTuj1陽性であり、CVGを形成するニューロン前駆細胞と考えられた。次に、培地にTGFβ2(10ng/ml)を添加したところ、耳胞から遊出するTuj1陽性細胞が有意に増加した。この結果から、CVGの形成にTGFβ2が促進的な役割を果たすことが確認された。なお、上皮・間葉転換に関与するSlugの発現をRT-PCRで調べたところ、TGFβ2処理群でその量が低下していた。このことから、耳胞からニューロンが遊出してCVGを形成する現象は、上皮・間葉転換とは異なる機構であると考えられた。
新型インフルエンザウイルス出現のメカニズム解析

インフルエンザウイルスの感染は、ヘマグルチニン[HA]がレセプターと結合して始まる。ヒトのウイルスは主にヒト型レセプターを認識し、鳥のウイルスは鳥型レセプターを認識する。このレセプター特異性の違いが宿主域を大きく左右する。1968年のヒト社会での出現以降、ヒトH3N2ウイルスのHA蛋白質表面の正電荷は、年々蓄積しており、レセプター認識が電荷に依存したものに変化していた。更に、ヒト分離H5N1ウイルスも塩基性アミノ酸への置換が多くの株でみられ、塩濃度に依存した結合力でヒト型レセプター結合を行っていた。つまり、H5N1ウイルスも季節性のH3N2ウイルスと似たヒトへの適応をする可能性が示唆された。更に、表面電荷シミュレーションとヒト型レセプター結合とに相関がみられたことからHAの表面電荷の解析もウイルスのヒトへの適応を研究する上で重要なアプローチであることが分かった。さらにヒト型レセプターを認識するH5N1ウイルスのヒトの正常気管支細胞での増殖性を調べたところ、HA蛋白質の182番目のアミノ酸などに変異が起こると顕著にヒトの気管支上皮細胞で増殖性が上がることが明らかになった。しかしながら、どのH5N1ウイルスにおいてもフェレットにおける効率的な伝播は確認されなかった。ヒトのウイルスは主にヒト型レセプターを認識し、鳥のウイルスは鳥型レセプターを認織する。ヒトで毎年流行しているH3N2ウイルスのHAタンパク質の変遷を解析したところ、1968年のヒト社会での出現以降、表面電荷が変化していることがわかった。年々、正電荷が蓄積しており、それは鳥のH3N2には見られない特徴であった。そこで、烏のウイルスや1968年当初と、近年のヒト分離株のレセプター結合において質的な違いがあるのか否かを調べた。1968年の株や鳥分離株は塩濃度に依存しない結合力でレセプターと結合していたが、近年のヒト分離株は塩濃度に依存していたことから、レセプター認識が電荷に依存したものに変化したことが示唆された。これはヒトへの適応の一端であると推測された。更に、ヒトから分離され、ヒト型レセプターを認識するH5N1ウイルスのレセプター結合性を調べたところ、正電荷への変異によってヒト型レセプターを認識するようになっていた株は、塩濃度に依存した結合力でレセプター結合を行っていた。これらのことから、ヒトへの適応において、電荷依存的なヒト型レセプター認識を行うように変化しうることが示唆された。今後、更に、ウイルス粒子が正電荷に帯電することが、ヒトからヒトへの伝播にどう影響するかについて、よりマクロな視点で解析を進める予定である。季節性のヒトH3N2ウイルスのHAタンパク質の変遷を解析したところ、1968年のヒト社会での出現以降、蛋白質表面の正電荷が蓄積しており、それは鳥のH3N2には見られない特徴であった。そこで鳥のウイルスや1968年当初と、近年のヒト分離株のレセプター結合において質的な違いがあるのか否かを調べた。更に、ヒト分離H5N1ウイルスのHAの変異を調べたところ、塩基性アミノ酸への置換が多くの株でみられ、位置的にもヒトH3N2ウイルスで塩基性置換が起きてきた場所と酷似していた。それらの株は、ヒト型レセプターを認識する株が多く、塩濃度に依存した結合力でレセプター結合を行っていた。

つまり、H5N1ウイルスも季節性のH3N2ウイルスと似たヒトへの適応をする可能性が示唆された。更に、表面電荷とレセプター結合との関係の一般化を図るために、ヒト型レセプターを認識しない株のHAの表面電荷パターンを、ヒト型レセプターを認識する株の表面電荷パターンと一致させたところ、ヒト型レセプターを認識するようになった。このことから、ヒトへの適応の際のレセプター認識の変化を考察する上で、HAの表面電荷を解析することも重要なアプローチであることが分かった。
WWW上で実行可能な科学技術日本語論文の解析と作成支援システムの開発と評価

本研究の研究実績の概要は以下のとおりである。始めに、「科学技術日本語論文構造解析システム」と連携したシステムとして、「科学技術日本語論文作成支援システム」を開発し、その評価実験を行った。本システムの特徴としては、(1)学習者が画面を見ながら論文の章立てを設定していくことができる「章立て構造入力機能」(2)学習者が論文を書くために必要とする「結束表現」のカテゴリー(仮定・条件、定義、比較、原因・理由など)を選択すると該当するカテゴリーの例文を表示する「基本的表現検索機能」が挙げられる。日本語文の結束表現の分類は、「構造解析システム」の開発時に作成したルールベースを用いた。学習者に提示することができる基本的表現は、あらかじめ作成した科学技術日本語論文コーパスに対して「構造解析システム」のルールベースを適用し、その解析結果をもとにして自動的に抽出した。本システムでは、自動的に抽出した表現のうち正しく分類したものを「基本的表現」とし、表現ごとに出現確率を定義して、検索結果を制御している。さらに、日本人学部学生および留学生を対象にした本システムの定性的評価では、科学技術論文作成の場面で、既存のワードプロセッサーがもつ「アウトライン機能」「文章校正・表現ゆれチェック機能」よりも、本システムの方が有効であるとの結果を得た。本年度は以下のように、WWW上で自由に日本語の単文を学習できるシステムを開発し,そのシステムを評価した。(1)日本語学習の誤りの調査とルールベースの同定日本語学習者の作文における誤りのタイプを調べるため,本学の留学生29名を対象に受身の作文テストとアンケート調査を実施した.テストの結果から,誤りを抽出し,受身文に関して誤りの種類を同定した.集めた261文(内120誤り文)のデータから,合計12カテゴリー,65種類,228個の誤りを分類した,この分類に基づいて本システムで扱う誤り処理用のルールを作成した.(2) WWW上で実行できるシステムの開発自然言語処理ツールを用いて,誤り処理とフィードバック処理を加えて,従来のコンピュータ言語学習支援システムの問題点である,自由に入力することができない,誤りを処理することができない,などといった点を解決し,自由に入力でき,誤りの検出と適切なフィードバックを与える機能をもつ日本語作文学習支援システムを開発した.(3)本システムのシステム評価実験の実施留学生22名に実際に使用してもらい,本システム(Tシステム)とMITにおいて開発されたシステム(Mシステム)を比較した.評価の結果,入力方法,フィードバックメッセージ,システム全体において,Tシステム(自由な入力方式,入力に応じた適切なフィードバック)がMシステム(選択式の入力,入力に関係ない正解の表示)より優れている,という1%水準の有意差を見出した.本年度の研究実績の概要は、以下のとおりである。(1)「科学技術日本語論文構造解析システムの開発」文章の結束関係を用いた科学技術日本語論文の構造解析システムの開発を行なった。そのために、結束表現および見出しの情報に着目して、科学技術日本語論文を解析するためのルールを作成した。構造解析システムは、自然言語処理技術を用いて、WWW上で実行可能なシステムであり、科学技術日本語論文の見出し構造と、結束表現を自動的に抽出し、その結果をブラウザ上で表示することが可能である。(2)「科学技術日本語論文構造解析システムの評価」開発した構造解析システムのシステム評価を行なった。具体的には、結束表現と見出し情報の抽出におけるルールセットの解析精度の測定を行ない、その結果からさらにルールを修正し、システムのパフォーマンスを向上させた。(3)「科学技術日本語論文作成支援システムの開発」構造解析システムをもとに、科学技術日本語論文作成における"見出し情報"と、"結束表現"の記述を支援するシステムを開発した。本システムでは、学習者が選択した結束表現に応じて、75編の科学技術日本語論文のテキストコーパスから、論文中に結束表現を含む文を例文として自動的に抽出し、学習者が自由に参照できるような機能を実現した。(4)「科学技術日本語論文作成支援システムの評価」開発した作成支援システムの評価実験を行った。2つの評価実験の結果から、本システムで実現した、"見出し構造の提示"、"結束表現の提示"、及び"コーパスから例文の参照"、といった機能が、科学技術日本語論文の作成に極めて有効であることが分かった。

また、評価実験のインタビュー結果から、日本語学習者にとって、本システムは、科学技術論文作成に有効なだけではなく、日本語学習にも有用であることが示された。本研究の最終年度である本年度の研究実績の概要は、以下のとおりである。「科学技術日本語論文作成支援システムの開発と評価」昨年度の研究実績である「科学技術日本語論文構造解析システム」と連携したシステムとして、「科学技術日本語論文作成支援システム」を開発し、その評価実験を行なった。本システムの特徴としては、(1)学習者が画面を見ながら論文の章立てを設定してゆくことができる「章立て構造入力機能」、(2)学習者が論文を書くために必要とする「結束表現」のカテゴリー(仮定・条件、定義、比較、原因・理由など)を選択すると該当するカテゴリーの例文を表示する「基本的表現検索機能」、が挙げられる。日本語文の結束表現の分類は、「構造解析システム」の開発時に作成したルールベースを用いた。学習者に提示することができる基本的表現は、あらかじめ作成した科学技術日本語論文コーパスに対して「構造解析システム」のルールベースを適用し、その解析結果をもとにして自動的に抽出した。本システムでは、自動的に抽出した表現のうち正しく分類したものを「基本的表現」とし、表現ごとに出現確率を定義して、検索結果を制御している。さらに、日本人学部学生および留学生を対象にした本システムの定性的評価では、科学技術論文作成の場面で、既存のワードプロセッサがもつ「アウトライン機能」「文章校正・表記ゆれチェック機能」よりも、本システムの方が有効であるとの結果を得た。
マルチキナ－ゼ阻害薬の緑内障手術モデル眼における効果

【目的】レゴラフェニブはチロシンキナーゼやVEGF (vascular endothelial growth factor )受容体13などの受容体に阻害作用をもつとされるマルチキナーゼ阻害薬で強力な線維芽細胞増殖抑制作用が期待できる。そこで前年度にイヌ緑内障濾過手術モデル眼における眼圧、濾過胞形成に対する効果を調べた。その結果、濾過手術モデル眼作成後のレゴラフェニブ一日2回点眼により少なくとも4週後まで細胞増殖が抑制され、濾過胞形成および眼圧下降が維持された。これらの結果からレゴラフェニブ点眼は緑内障濾過手術に有効であることが示唆され、短期的なレゴラフェニブの効果が確認された。現在は、同様にイヌ緑内障濾過手術眼を作成し、レゴラフェニブ点眼による濾過胞や眼圧に及ぼす効果をより長期(3ヶ月間)にわたって検討している途中である。比較対照として、臨床上使用されているマイトマイシンC術中結膜下3分曝露を用いて安全性も検討している。これらのことから臨床応用への可能性をさらに探ることとなった。より長期の点眼実験は組織学的検討を含め時間がかかるが、ほぼ予定通り進行していると考えている。前回の実験でレゴラフェニブの4週間点眼にて眼圧下降及び濾過胞形成がより維持されることが分かった。現在マイトマイシンC術中結膜下曝露と比較してその効果と安全性を比較し、レゴラフェニブの緑内障濾過手術への臨床応用が可能かどうかを検討している。そこで今回イヌ緑内障濾過手術モデル眼における眼圧、濾過胞形成に対する効果を調べた。【対象と方法】対象はビーグル犬12匹12眼。全身麻酔下にて濾過手術モデル作製後, 2%レゴラフェニブ50μlを処置眼に、基剤を対照眼に1日2回4週間点眼し、眼圧と濾過胞形成を4週後まで測定、4週後に眼球を摘出し免疫組織学的検討を行った。【結論】濾過手術モデル眼作成後のレゴラフェニブ一日2回点眼により少なくとも4週後まで細胞増殖が抑制され、濾過胞形成および眼圧下降が維持された。これらの結果からレゴラフェニブ点眼は緑内障濾過手術に有効であることが示唆された。短期的なレゴラフェニブの効果が確認されたことから、今後1)より長期の効果を確認2)ハイドロゲルなどに包含させて徐放しより長期間作用させる3)術中に結膜下注射を行って一回の投与を行う4)現在臨床使用されているマイトマイシンCとの効果および副作用の比較を行い、臨床応用への可能性を探ることとなった。点眼実験は組織学的検討を含め時間がかかるが、ほぼ予定通り進行していると考えている。今回レゴラフェニブの4週間点眼にて眼圧下降及び濾過胞形成がより維持されることが分かった。今後はレゴラフェニブを濾過手術時に結膜下に一環注射を行って同様の実験を行いその一回投与での効果を確認し、その結果をみてから、ハイドロゲルなどに包含させて結膜下に挿入し徐放させることにより、より効果的で持続的な効果を得られるかを確認する。さらに、現材種リュとなっているマイトマイシンC術中結膜下曝露と比較してその効果と安全性を比較し、レゴラフェニブの緑内障濾過手術への臨床応用が可能かどうかを検討する。平成29年度において、濾過手術モデル眼作成後のレゴラフェニブ点眼により少なくとも4週後まで細胞増殖が抑制され、濾過胞形成および眼圧下降が維持されることが示された。これらの結果をふまえて、平成30年度は、1)より長期の点眼による効果を確認。

2)ハイドロゲルなどに包含させて徐放しより長期間作用させたときの作用を確認。3)術中に結膜下注射を行った一回投与での確認を行う。4)現在臨床使用されているマイトマイシンCとの効果および副作用の比較を行い、臨床応用への可能性を探る。という目的のために、実験動物であるイヌの追加購入や、ハイドロゲル、マイトマイシンCの購入、その他、さまざまな器材の購入のために次年度使用額が必要となっている。現在、イヌ緑内賞濾過手術モデル眼を用いてレゴラフェニブを点眼してより長期の眼圧および濾過胞に及ぼす効果をマイトマイシンC術中曝露との比較検討を行っており、この研究続行にさらに薬剤、麻酔薬、手術のための縫合糸その他の消耗品、イヌの購入費が必要となっているため次年度に使用することとした。
スケッチに基づく濃淡画像からの知識獲得と概念形成

本研究においては、機械による情報処理においても、スケッチを活用して濃淡画像の認識・理解と知識獲得、概念形成にいたる手順の実現を試みようとして計画された。まず、スケッチの意義・形態に関しては、スケッチの意義、スケッチの表現形態、スケッチの利用形態、スケッチと知識獲得、などの現状を整理し、本研究の基礎資料とした。次に、スケッチを利用した知識獲得と概念形成に関連して、画像からの知識獲得の一例として、我々が開発した画像処理エキスパートシステムIMPRESSをとりあげた。IMPRESSは、濃淡画像(=処理対象)とそこから抽出すべき図形(=サンプル図形=ゴール)から、このサンプル図形を抽出する処理手順を自動的に生成する。しかし、その中における知識の扱いについてはこれまでほとんど検討されていなかった。そこで、このシステムの機能を知識獲得の観点からとらえなおし、スケッチからのアルゴリズムの学習という形での知識獲得機能の一例を検討した。まず、ツールとしてのIMPRESSを使い易くし、また、その中で最適な解を求めるために行われる解空間の探索をより省力化するような知識の構成法についても検討し、実際に効率のよいシステムを実現した。3番目に、やはりIMPRESSの学習において従来は正サンプルのみを与えていたのに対して、負サンプルを与えて画像処理手順を自動生成するシステムを初めて開発し、実際に実現した。これによって、画像サンプルのセットとそれに対応するスケッチのサンプルを与えることによって、「ある種の画像から***のような手順によって抽出されるもの」という形での一種の概念形成機能を実現できることが実験的に確かめられた。
光線情報の計算的変換による3次元視覚処理技術体系の構築

本研究の目的は、空間を飛び交う光線を3次元視覚情報の単位と考え、光線データの計算的変換処理を基盤として、多様なデータ形式間での相互変換を可能とし、3次元視覚情報の取得、処理、表示を統一的に包含する技術体系を構築することである。本研究は、(a)3次元撮影方式、(b)3次元表示方式、(c)統一的体系化、の3つの部分から構成される。(a)については,符号化開口カメラを用いた光線空間の圧縮撮影において,最適な開口パターンを主成分分析や非負値行列因子分解に基づいて導出する方式をまとめて論文誌上で報告した.また,これらに加えて,ニューラルネットワークを用いたアプローチにも取り組み,有効性を明らかにした.(b)については,積層レイヤ型3次元ディスプレイの高画質化や大画面化を検討した.高画質化において,高解像度パネルを用いることの効果を詳細に検討し,その結果を論文誌上で報告した.また,大画面化においては,テーブルトップ型のレイアウトに取り組んだ.また,ディスプレイに関する国際会議(International Display Workshop)において,開発したディスプレイを実機展示し,来場者から様々なフィードバックを得た.(c)については,様々な入力デバイスから,光線情報の計算的変換を経て,3次元ディスプレイに実写コンテンツを表示する実験を行い,計算的変換の有効性を確かめた.入力としては,通常のカメラで撮影したフォーカルスタック画像,ライトフィールドカメラの一つであるRaytrixによる撮影画像,および,単一のカメラで撮影された画像とデプスマップ(デプスの取得にはプロジェクタを併用したアクティブ照明法を用いた)を用い,いずれも有効であることを確認した.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。(a)に関しては、商用のLytro Illumカメラおよび符号化開口カメラを用いて検討を行った。Lytro Illumに関しては、解像度の限界に着目し、撮影された多視点画像の解像度を数倍に向上させる超解像手法を開発した。符号化開口カメラに関しては、限られた撮影データから多視点画像を得る圧縮センシングにおいて、重み付きDCT基底を用いた信号復元技術を開発した。さらに、九州大学の所有する符号化開口カメラを用いて撮影実験を行い、明るさのムラなど、実機に固有の問題を明らかにした。(b)に関しては、バックライトの前方に液晶を積層するレイヤ型の表示方式を検討した。この方式では、表示したい多視点画像を入力として与え、これらの入力データから最適なレイヤのパターンを求める逆問題を解く。本研究では、ディスプレイで再現される空間周波数に関する理論的解析に基づき、高品質な映像表示を実現するための入力多視点画像の条件を明らかにした。また、この条件の妥当性を、実写映像を用いて実験的に検証した。(c)に関しては、多視点カメラで撮影されたデータをレイヤ型ディスプレイに表示する課題に取り組んだ。撮影された多視点画像をそのまま扱う代わりに、自由視点映像生成技術を用いて条件を適切に満たす多視点画像に変換する技術を開発した。また、多視点画像の信号的性質を分析し、圧縮センシングにおける画質劣化の分析や、高速・高精度な奥行き推定技術に向けた検討を行った。実施計画に記述した内容に加え、幾つかの面で予定以上の進捗がある。符号化開口カメラに関しては、既にカメラの実機を試作している九州大学のグループの協力を得ることができた。結果として、プロジェクトの早期に実際のカメラを用いた実験に取りかかることができ、実機に固有の問題を明らかにすることができた。レイヤ型のディスプレイにおいては、計算機シミュレーションだけではなく、OHPシートや液晶パネルを用いたプロトタイプの製作にも着手し、当初の予定よりも早く研究を進められている。また、ディスプレイへの実写映像の表示においては、多視点カメラに加えて、レンズアレイ方式のカメラによる映像を試みるなど、当初の予定よりも広範囲に取り組むことができている。光線情報の信号的性質についても、新たな理解が得られている。まず、圧縮センシングにおいて、被写体の奥行きに応じて復元品質に違いが出る現象を明らかにし、この違いが多視点画像における視差に起因することを示した。また、光線情報の信号的構造から奥行き推定を行う課題に取り組み、エピポーラ平面画像に対して事前にせん断変形をほどこすことで、従来よりも広範囲な奥行きに対応した奥行き推定が可能になることを明らかにした。本研究の目的は、空間を飛び交う光線を3次元視覚情報の単位と考え、光線データの計算的変換を基盤として、多様なデータ形式の相互変換を可能とし、3次元視覚情報の取得、処理、表示を統一的に包含する技術体系を構築することである。(a)に関しては、符号化開口カメラ、およびレンズアレイ方式のライトフィールドカメラを用いて以下を検討した。符号化開口カメラでは、九州大学との共同研究により、実際のカメラハードウェアを用いて、開口を実現する機構(LCOS)と撮像系との時間同期、開口部分の明るさのムラなどを適切に扱う方式を構築した。

同時に、効率的な撮影および多視点画像の復元のために適切な開口パターンについて、光線情報の主成分分析に基づいて理論的に検討した。レンズアレイ方式においては、異なる機構を持つ2種のカメラ(Lytro、Raytrix)から適切な多視点画像を得るための方式を構築した。(b)に関しては、3層の液晶をバックライト上に積層する方式のレイヤ型3次元ディスプレイのプロトタイプを構築した。また、与えられた多視点映像を適切な液晶の透過パターンへと高速に変換する演算手法を確立した。これらを用いて、様々な多視点映像を3次元表示してその有効性を確認した。(c)に関しては、光線データの信号的構造の解析に基づき高精度に奥行き情報を推定するために、せん断変形を活用した手法を確立した。また、多様な撮影方式(多眼カメラ、ライトフィールドカメラ、フォーカルスタック)によって得られる光線情報を、レイヤ型3次元ディスプレイに表示する実験を行い、撮影から表示までの体系化に見通しをつけた。以下に記すように、申請時の計画に記載した内容以上に進展が見られる。撮影方式に関しては、平成29年度に予定していた、コンピュテーショナルカメラの一種である符号化開口カメラを用いた撮影に既に取り組むことができている。また、当初予定していなかったフォーカルスタック撮影についても有効性を確認しつつある。表示方式においては、平成28年度に予定していたレイヤ型3次元ディスプレイのプロトタイプ開発が順調に進み、既に二つの学会でデモ展示をし、参加者から好評を得た。統一的体系化に関しては、撮影から表示までを行う複数の処理フローを考案・実装して有効性を確認しつつある段階である。平成29ー30年度に予定していた内容を前倒しして進められている状況である。本研究の目的は、空間を飛び交う光線を3次元視覚情報の単位と考え、光線データの計算的変換処理を基盤として、多様なデータ形式間での相互変換を可能とし、3次元視覚情報の取得、処理、表示を統一的に包含する技術体系を構築することである。本研究は、(a)3次元撮影方式、(b)3次元表示方式、(c)統一的体系化、の3つの部分から構成される。(a)に関しては、符号化開口カメラによる撮影方式を中心に、多眼カメラ、レンズアレイ型カメラによる撮影手法についても並行して検討した。符号化開口カメラにおいては、主成分分析や非負値行列因子分解を用いて光線情報の基底を導き、それらの基底に基づいて開口パターンや復元アルゴリズムを設計する手法を開発した。この手法は計算コストが低いため標準的な計算機で高速に実行でき、またカメラ実機を用いた実験を通して有効性も確認できている。(b)に関しては、レイヤ型ディスプレイおよびレンズアレイ型ディスプレイにおける実写映像の表示に取り組んだ。レイヤ型ディスプレイにおいては、表示映像よりも高精細なディスプレイデバイスを用いることで、飛び出し量の大きな表示物体の空間周波数の上限を向上させ、映像の鮮明度を改善できることを明らかにした。
解軌道のコンパクト性が得られない力学系に対してのアトラクター構成方法に関する研究

昨年度の研究結果を受けて、本年度はPenrose-Fifeタイプの相分離モデルに対する時間大域解の一意存在性とその定常解の安定性について議論するとともに大域的アトラクターの構成方法に関する1つの手法として定常解を利用することができるのではないだろうかという結論に至った。何故ならば、我々が取り扱っている相分離モデルの時間無限大での挙動の解析の困難さは、熱方程式の拡散項が強非線形であるという事実から生じている。にもかかわらず、鈴木貴教授(大阪大学基礎工学部)の研究グループによって我々が考察している相分離モデルの定常解の個数が有限個であるという事実が今年度明確に証明されたからである。また、新しい課題として、秩序変数に浸透圧(Signorini)境界条件を課した相分離モデルに対する時間大域解の一意存在性を示すことに成功した。次に、昨年度から我々は地域経済動向を記述するための数理モデルを非線形微分方程式系で提唱し、その解析を関数解析学及び凸解析学の理論を用いて進めている。今年度は、非線形拡散を含む偏微分方程式系に対する時間局所解の一意存在性を証明することができた。また、オリジナルの常微分方程式系モデルに対しては定常解の一意存在性を示すとともに、その定常解の安定性について議論することができた。実際、唯一の定常解は漸近安定であり、結果として大域的アトラクターはその定常解1点で構成される。吸収集合の存在を示すのではなく、定常解の個数とその構造を精査することによって間接的に大域的アトラクターの存在を示すことに成功した。本モデルの理論的な解析が難しい1つの理由として熱方程式の拡散項がΔ(1/θ)であることが挙げられる。更に、熱流∇・(1/θ)に斉次ノイマン境界条件を課したシステムは全熱量を保存する(時間に関して不変な量という意味)系となり、秩序変数の値を強制的に制限したモデル以外では特殊な場合を除いて解の一意存在性すら未解決であった。そのような未解決なモデル(空間次元は1次元から3次元に制限)に対して、時間大域解の一意存在性を示すだけでなく、時間無限大での挙動と定常解の安定性を証明することに成功した。実際には、Sobolevの埋め込み定理・楕円形方程式に対する解の正則性・放物形方程式に対する解の正則性などの現在に至るまでの結果を適切に利用することによって解の一意存在性を証明することができた。また、定常問題は全熱量を保存する時間発展の方程式系における時間微分に関する項を削除した問題と一致することを示すとともに、鈴木貴教授(大阪大学基礎工学部)が提唱した双対変分原理を適用することによって、その定常問題に対する解の力学的安定性は保存される全熱量を1つのパラメータとして持つ非局所項を含んだ秩序変数に対する楕円形方程式の解の漸近安定性によって議論されることを証明した。Phase Field Modelの定常解の力学的安定性が秩序変数を支配する変分構造のみで議論することができることを示した結果は過去には存在しない。また、本研究の成果は非局所項を含む楕円形方程式の漸近安定性を議論することがしばしばPhase Field Modelなどの非線形放物形方程式系の力学的安定性の議論を可能にする場合があることを示している。
胃癌リンパ節微小転移の蛍光即時PCR法による検出と臨床的意義の研究

本研究では、real-time RT-PCR法による胃癌リンパ節微小転移の検出能を検討し、その検出能をH-E、免疫組織染色法と比較した。方法:対象は21例の胃癌患者のリンパ節392個と非癌リンパ節1個。全393個のリンパ節を3群に分類:病理陽性群71個、病理陰性群304個、対照群18個(非癌リンパ節1個とm癌の遠隔リンパ節17個)。全てのリンパ節は、半分をH-Eと免疫組織染色に用い、残る半分をreal-time RT-PCRに用いた。AGPC変法にてRNAを抽出し、続いてcDNAを作成。LyghtCyclerを用い、CEA・CK20を標的としたreal-time RT-PCRを行った。蛍光プローブはハイブリダイゼーションプローブを用いた。GAPDHのreal-time RT-PCRも行った。AE1/AE3、CEA、CK20の免疫染色を行い、染色強度を評価した。平均16ヶ月追跡。結果:CEA mRNAの平均値は病理陽性群、病理陰性群、対照群の各々で16,000、21、0.6。非補正CEA値を使用。カットオフ5.0で、1個を除く病理陽性群全てと、病理陰性群中26個が陽性。CK20 mRNAでは、病理陰性群中16個が陽性で、病理陽性群中13個が陰性。CEA、CK20の一方が陽性のリンパ節を陽性と判定する解析法で、病理陽性群全ては陽性、病理陰性群中30個が陽性。病理陽性群全てはAE1/AE3免疫組織染色陽性で、病理陰性群中の11個が陽性。陽性率はH-E、免疫組織染色、複合real-time RT-PCRで各々18.0%、20.9%、25.8%。病理陰性・複合real-time RT-PCR陽性の30個中9個で免疫組織染色で微小転移が確認された。AE1/AE3陽性の11人中、CEAとCK20では各々3人と5人が染色されなかった。mRNA測定値と染色強度はCEAでもCK20でも有意に相関した。早期癌9症例では病理陰性の2個がreal-time RT-PCR陽性、si患者の1例では病理学的に1群転移のみ認めたがreal-time RT-PCRで2群転移を認めた。この3例は現在まで無再発。1例は肝転移再発死亡し、他に4例の腹膜播種再発・肝転移再発を認めた。討論:本研究は胃癌リンパ節微小転移の検出にreal-time RT-PCR法を用いた最初のものである。本法は定量的で迅速であるため臨床応用性が広い。カットオフを定めることにより偽陽性を排除し、複合real-time RT-PCR法にて偽陰性を排除しうる。微小転移が通常のリンパ流領域に存在したこと、少数個の集塊から成る転移巣であったことが、今回予後がよかった理由と考えた。Real-time RT-PCR法は胃癌リンパ節微小転移の検出において鋭敏な検出法である。研究(1)進行胃癌症例5例(深達度別にss:1例;se:3例;si:1例)、リンパ節18個を対象とした。うちH-E染色にて転移陽性と診断されたものは11個であった。LiglhtCyclerTMを用いて、CEAをプローブとしたreal-time RT-PCR法を行った結果は15個(検出率83%)に転移を検出した。偽陰性を認めなかった。本法はCEAの単一マーカーであっても高感度な方法であると考えられた。研究(2)進行胃癌症例7例(深達度別にmp:2例;ss:2例;se:2例;si:1例)、リンパ節203個を対象とした。うちH-E染色にて転移陽性と診断されたものは59個であった。real-time RT-PCR法の結果は75個(37%)に転移を検出した。1例の低分化型腺癌症例、2個のリンパ節で偽陰性の結果を認めた。研究(3)上記の221個のすべてのリンパ節を対象として追加実験を行った。1)CK20をプローブとしてreal-time RT-PCR法を行った。結果は64個(29%)に転移を検出し、CK20単独では検出能は低いと考えられた。ただしCEAで偽陰性を示した2個のリンパ節のうち1個はCK20にて陽性であり、両マーカーの併用により感度を高めることが可能と考えられた。2)CEA、CK20、AE1/AE3を用いた免疫染色を行った。染色性はAE1/AE3が優れており、81個(37%)に転移を検出し、偽陰性を認めなかった。H-E染色で陰性、real-time RT-PCR法で陽性のリンパ節22個中9個が免疫染色にて転移を検出された。:CEA、CK20の染色性を層別化し、real-time RT-PCR法の測定値との相関を調べると、高い正の相関を認めた。低い定量値の得られるリンパ節ではCEA、CK20の発現が沙ないことが確認された。

方法:対象は21例の胃癌患者のリンパ節392個と非癌リンパ節1個。全393個のリンパ節を3群に分類:病理陽性群71個、病理陰性群304個、対照群18個(非癌リンパ節1個とm癌の遠隔リンパ節17個)。全てのリンパ節は、半分をH-Eと免疫組織染色に用い、残る半分をreal-time RT-PCRに用いた。AGPC変法にてRNAを抽出し、続いてcDNAを作成。LyghtCyclerを用い、CEA・CK20を標的としたreal-time RT-PCRを行った。蛍光プローブはハイブリダイゼーションプローブを用いた。GAPDHのreal-time RT-PCRも行った。AE1/AE3、CEA、CK20の免疫染色を行い、染色強度を評価した。平均16ヶ月追跡。結果:CEA mRNAの平均値は病理陽性群、病理陰性群、対照群の各々で16,000、21、0.6。非補正CEA値を使用。カットオフ5.0で、1個を除く病理陽性群全てと、病理陰性群中26個が陽性。CK20 mRNAでは、病理陰性群中16個が陽性で、病理陽性群中13個が陰性。CEA、CK20の一方が陽性のリンパ節を陽性と判定する解析法で、病理陽性群全ては陽性、病理陰性群中30個が陽性。病理陽性群全てはAE1/AE3免疫組織染色陽性で、病理陰性群中の11個が陽性。陽性率はH-E、免疫組織染色、複合real-time RT-PCRで各々18.0%、20.9%、25.8%。病理陰性・複合real-time RT-PCR陽性の30個中9個で免疫組織染色で微小転移が確認された。AE1/AE3陽性の11人中、CEAとCK20では各々3人と5人が染色されなかった。mRNA測定値と染色強度はCEAでもCK20でも有意に相関した。早期癌9症例では病理陰性の2個がreal-time RT-PCR陽性、si患者の1例では病理学的に1群転移のみ認めたがreal-time RT-PCRで2群転移を認めた。この3例は現在まで無再発。1例は肝転移再発死亡し、他に4例の腹膜播種再発・肝転移再発を認めた。討論:本研究は胃癌リンパ節微小転移の検出にreal-time RT-PCR法を用いた最初のものである。本法は定量的で迅速であるため臨床応用性が広い。カットオフを定めることにより偽陽性を排除し、複合real-time RT-PCR法にて偽陰性を排除しうる。微小転移が通常のリンパ流領域に存在したこと、少数個の集塊から成る転移巣であったことが、今回予後がよかった理由と考えた。Real-time RT-PCR法は胃癌リンパ節微小転移の検出において鋭敏な検出法である。
身体性に基づく仮想空間協調設計支援システムの研究・開発

現在,インターネットの普及や,市場のグローバル化により,製品設計も複数の国や地域にまたがって行われることが多くなってきた.設計時間の短縮やコストの削減を目的として,遠隔地にいる複数の作業者が同一画面を共有しながら協調作業を行えるコラボレーション支援システムを導入している企業もある.しかし,製品化されているコラボレーション支援ツールの多くはコミュニケーション手段が文字,もしくは音声がほとんどで,身振り,手振りといったノンバーバルな情報を伝えることができない.相手に細かな説明を行うときや相手の反応を見るときには身振り,手振りやうなずきや表情などのノンバーバル情報はコミュニケーションにおいて重要な役割を果たすと考えられ,遠隔地の複数の作業者が円滑に協調作業を行うためには,身体的な動作を含めたコミュニケーションを支援することが重要であることは明らかである.最近では,ノンバーバル情報がコミュニケーションに及ぼす影響の重要性が広く認識され,身体性に着目した遠隔コミュニケーション支援そのものに対する研究が数多くなされている.しかし,これらの研究の多くはあくまでコミュニケーション支援が目的であり,直接コラボレーション支援に利用するのは困難である.したがって本研究では遠隔地の複数の設計者が仮想空間を共有し,ユーザの身体動作を反映する相手と自己のアバタを介して製品設計を協調的に行えるシステムを研究開発している.具体的には,仮想空間を利用した3次元形状評価のためのコラボレーション支援システムの研究開発を行っている.本システムは2人のユーザが仮想空間で相手と自己のアバタを介してコミュニケーションしながら,協調的に形状評価を行うものであり,このシステムを利用して,身体的なコミュニケーションが遠隔コラボレーションにおよぼす影響について検討し、良好な結果を得ている.現在,インターネットの普及や,市場のグローバル化により,製品設計も複数の国や地域にまたがって行われることが多くなってきた.設計時間の短縮やコストの削減を目的として,遠隔地にいる複数の作業者が同一画面を共有しながら協調作業を行えるコラボレーション支援システムを導入している企業もある.しかし,製品化されているコラボレーション支援ツールの多くはコミュニケーション手段が文字,もしくは音声がほとんどで,身振り,手振りといったノンバーバルな情報を伝えることができない.相手に細かな説明を行うときや相手の反応を見るときには身振り,手振りやうなずきや表情などのノンバーバル情報はコミュニケーションにおいて重要な役割を果たすと考えられ,遠隔地の複数の作業者が円滑に協調作業を行うためには,身体的な動作を含めたコミュニケーションを支援することが重要であることは明らかである.最近では,ノンバーバル情報がコミュニケーションに及ぼす影響の重要性が広く認識され,身体性に着目した遠隔コミュニケーション支援そのものに対する研究が数多くなされている.しかし,これらの研究の多くはあくまでコミュニケーション支援が目的であり,直接コラボレーション支援に利用するのは困難である.したがって本研究では遠隔地の複数の設計者が仮想空間を共有し,ユーザの身体動作を反映する相手と自己のアバタを介して製品設計を協調的に行えるシステムを研究開発している.具体的には,仮想空間を利用した3次元形状評価のためのコラボレーション支援システムの研究開発を行っている.本システムは2人のユーザが仮想空間で相手と自己のアバタを介してコミュニケーションしながら,協調的に形状評価を行うものであり,このシステムを利用して,身体的なコミュニケーションが遠隔コラボレーションにおよぼす影響について検討し、良好な結果を得ている.遠隔地に居る複数の設計者が一つの仮想空間を共有し,円滑にコミュニケーションをしながら製品形状の評価・決定ができるシステムの開発が切望されている.そこで本研究では,我々がこれまでに行ってきた仮想空間における3次元形状評価の合成的解析や仮想空間を用いた遠隔コミュニケーションシステムの開発,および本システムを用いたバーチャルコミュニケーションの解析・評価の研究成果を基にして,空間的に離れた複数の設計者が製品の形状評価を協調的に行うための支援システムを開発することを目的とする.本年度は、協調作業システムがコミュニケーションと形状評価の作業を両立させる必要性から,2つの作業視点を設定し,コミュニケーションと形状評価の作業の切り替えを,作業者の視点変更により実現するため,複数の視点変更手法について検討を行った.実験では相手のアバタと自己のアバタの上半身が見えるコミュニケーションモードの視点と,相手のアバタと自己のアバタの前腕部が見える形状評価モードの視点をそれぞれ設定し,これらの視点を切り替えるための複数の視点変更手法について検討を行っている.その結果,ズーム機能を付加したボタンを押す手法が好まれた.さらに,仮想空間での3次元形状評価の協調作業における視点変更手法の有効性を検討した結果,被験者は、相手のアバタと自己のアバタの前腕部が見える視点で形状評価を行いながら,相手のアバタと自己のアバタの上半身が見える視点も利用して,自己の動きや相手の動き,さらに両者の関係の確認を行っている傾向が認められた.遠隔地に居る複数の設計者が一つの仮想空間を共有し,円滑にコミュニケーションをしながら製品形状の評価・決定ができるシステムの開発が切望されている.そこで本研究では,我々がこれまでに行ってきた仮想空間における3次元形状評価の合成的解析や仮想空間を用いた遠隔コミュニケーションシステムの開発,および本システムを用いたバーチャルコミュニケーションの解析・評価の研究成果を基にして,空間的に離れた複数の設計者が製品の形状評価を協調的に行うための支援システムを開発することを目的とする.これまでに本研究では、ユーザの身体動作をそのまま仮想空間上のアバタに反映させる3次元形状評価のための協調作業支援システムを開発し、高い評価を得ている。しかし、本システムではヘッドマウンティッドディスプレイ(HMD)やヘッドセット、磁気センサを使用するため、ユーザのコミュニケーション動作を拘束している可能性が高い。

そこで本年度は、3次元形状評価のための協調作業支援システムにおいて、ユーザの身体動作をアバタにそのまま反映すると同時に、話しかけによって仮想空間上の相手アバタをうなずかせることにより、システムを使用する際に損なわれてしまうノンバーバル情報を補うことで、より円滑に協調作業を支援するシステムを開発した。また、官能評価とアンケートによる統計的解析により仮想空間3次元評価のための協調作業支援システムにおけるうなずき反応の影響について検討した。その結果、提案するシステムを用いた仮想空間で、話しかけに対するうなずき反応が形状の協調的形状評価に悪影響を及ばさないことが示された。また、本システムおよび協調作業等に関するアンケートを行った結果、検定による有意な差は見られなかったが、全ての項目において概ね良好な回答が得られ、システムの有効性が確認された。現在,インターネットの普及や,市場のグローバル化により,製品設計も複数の国や地域にまたがって行われることが多くなってきた.設計時間の短縮やコストの削減を目的として,遠隔地にいる複数の作業者が同一画面を共有しながら協調作業を行えるコラボレーション支援システムを導入している企業もある.しかし,製品化されているコラボレーション支援ツールの多くはコミュニケーション手段が文字,もしくは音声がほとんどで,身振り,手振りといったノンバーバルな情報を伝えることができない.相手に細かな説明を行うときや相手の反応を見るときには身振り,手振りやうなずきや表情などのノンバーバル情報はコミュニケーションにおいて重要な役割を果たすと考えられ,遠隔地の複数の作業者が円滑に協調作業を行うためには,身体的な動作を含めたコミュニケーションを支援することが重要であることは明らかである.最近では,ノンバーバル情報がコミュニケーションに及ぼす影響の重要性が広く認識され,身体性に着目した遠隔コミュニケーション支援そのものに対する研究が数多くなされている.しかし,これらの研究の多くはあくまでコミュニケーション支援が目的であり,直接コラボレーション支援に利用するのは困難である.したがって本研究では遠隔地の複数の設計者が仮想空間を共有し,ユーザの身体動作を反映する相手と自己のアバタを介して製品設計を協調的に行えるシステムを研究開発している.具体的には,仮想空間を利用した3次元形状評価のためのコラボレーション支援システムの研究開発を行っている.本システムは2人のユーザが仮想空間で相手と自己のアバタを介してコミュニケーションしながら,協調的に形状評価を行うものであり,このシステムを利用して,身体的なコミュニケーションが遠隔コラボレーションにおよぼす影響について検討し、良好な結果を得ている.
セメント質含有蛋白の歯周組織再生治療への応用

セメント質成分が歯周組織創傷治癒,再生に重要な役割を演じることが確認されている。すなわち、これらセメント質含有物質は、未分化間葉細胞をセメント芽細胞、骨芽細胞、歯根膜細胞に分化させ、新生セメント質、新生歯根膜、新生歯槽骨を同時に形成させる。本研究は、セメント含有蛋白のリコンビナント化を成就させるため、局所再生活性を高めるセメント含有蛋白分離、精製が行われた。その結果、我々は数種の新規のセメント質由来蛋白を発見した。(1)牛プレセメンタムPBS(-)抽出物をDEAE-HPLCで精製を行い、66kDaのセメント質由来走化物質を見い出した。(2)牛プレセメンタムPBS(-)抽出物を逆相カラムで精製し、他のケモカインと異なる8kDaの新規の蛋白を見い出した。(3)牛プレセメンタムPBS(-)抽出物をDEAE-HPLCで精製。走化活性の高い非吸着成分をCM-HPLC、ゲル濾過し、そのN末端アミノ酸配列解析により、39.7kDaの新規の蛋白を見い出した。加えて、γ線照射セメント質と歯肉繊維芽細胞との共培養液をRT-PCRを用いてOPG/OCIFmRNA発現を調べた。その結果、0PG/OCIFmRNAの発現は,γ線未照射セメント質よりγ線照射セメント質の方が低かった。このことは、健全セメント質に含まれるある物質が根面上への骨芽細胞の接着、分化を抑止している可能性を示唆している。精製試料としてヒトならびに牛プレセメンタムを用いた.プレセメント質含有走化物質の抽出にはPBS(pH7リン酸緩衝化生理食塩水)を使用した.ゲル濾過クロマトグラフィーで6つの分画(分子量230万,57万,27万,16万,4.4万,3.4万)に活性が認められ,細胞走化活性以外にもTGF-β(潜在型含む),BSP(bone sialoprotein)活性を検出した.ゲル濾過で他の活性と重複しない27万の分画をさらに陰イオン交換クロマトグラフィー,ヒドロオキシアパタイトクロマトグラフィーなどで精製したところ,SDS-ポリアクリルアミドゲル電気泳動で66kDaのシングルバンドCDCF(cementum derivedchemotactic factor)を得た.In vitroでCDCFは未分化間葉系細胞に対しhPDGF-BBより約10倍高い走化活性を示したが,増殖活性は1/10低かった.マイルドな抽出では57万分画からも単離され,セメント質中ではコラーゲンマトリックスに保持された状態での存在が推定された.この研究で,従来かなり過激な抽出条件でないと抽出されないと報告されていたBSPやTGF-β(潜在型含む)が生理食塩水で抽出されること,さらに種々の高分子の状態で存在することがわかった.セメント質は,コラーゲンマトリックス中に,これら細胞増殖因子,分化因子を保持していることが裏付けられた.試料として牛歯プレセメンタムを用いた。イオン交換クロマトグラフィーによる一次精製、ゲル濾過カラムによるDEAE1.0M溶出フラクションの二次精製後、逆用クロマトグラフィーを行った。即ち、DEAE-HPLC1.0M画分を濃縮しTSKG2000SWxLカラムを用いた。ゲル濾過HPLCを行った。各フラクションの細胞走化試験を行い、走化活性極大ピークが確認されたフラクションを濃縮緩衝液buffer置換しC8逆用カラムを用いて、歯肉繊維芽細胞走化性因子を更に精製し、そのN末端アミノ酸配列解析を行い、目的蛋白質のN末端アミノ酸配列を決定した。逆用クロマトより得た8kDaのバンドを切り出し、シークエンス分析の結果から、純度が高く単一のタンパクであることが推測された。

この配列(8kDa)を全既存タンパクのアミノ酸配列を記録したデータベース(SWISS PLOTT)から、アミノ酸配列相同性検索エンジン(FASTA amino acid sequence comparison)によって検索した。、その結果、本研究のおける歯肉由来未分化間葉系繊維芽細胞走化因子は、その相同性、分子量から、牛歯プレセメンタムであり、既知のタンパクでない新規のものであると考えられた。セメント質成分が組織再生に重要な役割を担うことが確認されている。セメント質が関与する歯周組織再生は、幹細胞の走化活性がまず起こり、歯表面に移動し、そして細胞が増殖、セメント芽細胞へ分化し、セメント質形成を引き起こすと考えられている。この一連のカスケード反応は様々な因子によって制御されていると推定され、それら因子がセメント質より単離精製されている。我々は近年、ウシ歯プレセメント質より66kDa、8kDaの新規の蛋白を見出した。他方、我々は一次精製後の非吸着成分にも走化活性があることを見出したため、この非吸着成分にも組織再生に関与する因子が含まれていると考え、本年度はその解析を行った。ウシ歯プレセメンタムのTris-HCL buffer抽出液をDEAE-HPLC精製。歯肉繊維芽細胞に対し高い走化活性の認められた非吸着成分をCM-HPLC,gelfiltrationにより精製し、そのN末端アミノ酸配列解析を行い、目的蛋白質のN末端アミノ酸配列を決定した。Gelfiltrationより得た39.7kDa(抗コラーゲン抗体と交叉反応しない)バンドを切り出し、シークエンス分析の結果から、この物質は純度が高く単一の蛋白であることが推定された。この39.7kDaの配列をFASTAプログラムによって検索した。その結果、本研究における細胞走化因子は、その相同性、分子量から、既知の蛋白でない新規のものであると考えられた。歯周組織再生には、創傷部に集積する未分化間葉細胞が、歯槽骨細胞,歯根膜細胞、セメント質細胞に分化する必要がある。これには、多くの蛋白、特にセメント質由来の蛋白が、適切な時期に、適切な量、これら未分化細胞を刺激しなければならない。現在、骨細胞がセメント質関連蛋白の修飾を受けることによって、セメント芽細胞化するという考えがある。本研究の目的は骨細胞とセメント質粒子を共培養することによって得られる培養液を分離精製し、その性状を検索することである。サル歯槽骨由来細胞だけあるいはサル歯槽骨由来細胞とセメント質粒子とを共培養後、(1)培養液中の分泌蛋白に対するサル歯肉由来繊維芽細胞、サル歯根膜由来細胞、サル歯槽骨由来細胞の増殖試験、(2)各培養液をの蛋白精製を行った。細胞増殖試験では骨細胞とセメント質粒子共培養液は、サル歯肉由来繊維芽細胞、サル歯根膜由来細胞の増殖を促進したが、サル歯槽骨由来細胞の増殖を抑制した。蛋白分析は、陰イオン交換クロマトグラフィーを行ない、吸着部分に対しゲルろ過を施すと、各培養液(骨細胞培養液、骨細胞とセメント質粒子共培養液)の蛋白分布に差異がみられた。更に、非吸着部分を陽イオン交換したところ、各培養液間には蛋白の分布に大きな差異が認められた。本結果はセメント質成分が骨細胞のセメント芽細胞化に何らかの影響を与えることを示唆した。