hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
日本における大学の生産構造分析

本研究では、日本の大学経営の技術的効率性を計測することにより、大学の規模や編成を変えることなく削減可能な費用の大きさを明らかにするとともに、規模の経済性と範囲の経済性の検証を行って、規模や編成の変更が費用に与える影響を分析した。218の私立大学(1999,2004年)のデータを用い分析を行ったところ、潜在的の可能な費用削減率は13%から49%の範囲であり、規模の経済性はほぼすべての大学について存在し、範囲の経済性は概ね存在しない。すべての国立大学の財務諸表を利用して作成されたパネル・データを用いて、国立大学の生産フロンティア関数と費用フロンティア関数の推定を行い、効率性、生産性の計測とそれらを規定する要因の探索、規模の経済性、範囲の経済性の計測を行った。一方、DEAによる大学の非パラメトリックな効率性分析について、数理計画ソフトウェアGAMSによるプログラムの作成と分析の試行を進めた。以上の予備的な結果をまとめ、アメリカのライス大学で開催されたNorthAmerican Productivity Workshop 2012およびタイのカセサート大学で開催されたAsia Pacific Productivity Conference 2012で口頭報告を行った。既に分析を終了してJournal of Productivity Analysisに投稿中であった私立大学の規模の経済性と範囲の経済性に関する論文は、査読者の改訂意見にしたがって修正し再投稿済であり、最終的な受理を待っている。台湾の台中大学のFu博士(中華研究院から台中大学に移籍)と協力して進めている東アジア大学共通データベースの構築については、国立大学の平成21年度分の財務報告書に基づき拡張を行った。また日本の大学について財務諸表以外のソースから得られる質的指標の整備が課題となり、その収集のため民間企業の調査データの利用可能性についてサーベイを行った。本研究では、日本の私立大学の効率性を計測しその規模の経済性と範囲の経済性について検証を行った。18歳人口が減少する中で、大学経営の効率性と規模の経済性、範囲の経済性等の費用構造の検証/計測を行うことには重要な意義がある。通常、この種の分析には大学の費用関数を推定することが必要となる。その場合、大学が市場価値を有しないため、生産要素価格とりわけ資本の使用者費用を市場で観察できないことが問題となる。本研究では、インプット距離関数を推定しそこから費用関数の偏微係数を双対性により回復するという方法を開発した。これにより、生産要素価格のデータなしで費用構造を検証することが可能となり、不正確な代理変数に由来する計測結果のバイアスを回避できる。この方法で218私立大学(1999,2004年)のデータを用い分析を行った。218大学の効率性値は、中央値が0.67で中央値を中心とする95%の信頼区間は0.51から0.87のあった。つまり潜在的な費用削減率はほぼ13%から49%の範囲に分布するといえる。規模の経済性については、アウトプットを学部教育、大学院教育、研究とした場合、ほぼすべての大学について規模の経済性が認められ、うち約2/3が有意である。範囲の経済性については、ほとんどの大学について学部教育、大学院教育、研究の間で範囲の経済性は認められず、そのうち約3/4については有意である。範囲の経済性が存在しないという点は、内外の先行研究の結果と反対である。本研究の立場からは、従来の研究の多くは生産要素価格について不正確な代理変数を用いるか、あるいは生産要素価格の変動の影響を無視した結果、範囲の経済性が検出されたものと考えられる。ただし、教育野アウトプットを理系と文系に分割すると、範囲の経済性が認められる場合がある。アウトプットの定義と大学の編成の影響について、さらに詳細な研究を要する。日本の私立大学について、インプット距離関数を推定して技術的効率性を計測し、かつ規模の経済性と範囲の経済性の検証を行った。技術的効率性の値は概ね0.6から0.8の間にあり総費用の20%から40%が効率フロンティアからの乖離によって生じていること、規模の経済性は広く認められること、範囲の経済性は一般に認められないが、潜在的には一部の大規模大学において教育・研究の兼業による費用削減効果があり得ること、特に研究を単独の機関で行った場合に費用上不利となる可能性があること、が明らかとなった。こうした分析のために、費用データを用いずにインプットとアウトプットの数量データのみから、規模の変動や兼業の有無による費用への影響を評価することができるインプット距離関数モデルを開発した。このモデルは、確率フロンティアの手法により推定したインプット距離関数を、双対性を利用することで費用関数に変換する。資本コストのデータが利用可能でない大学等の非営利事業体の効率性分析や費用構造分析に用いることができる他、費用データの比較可能性に問題のある国際比較研究に応用の可能性がある。また、インプット距離関数の定義上、インプットとアウトプットの関係に非効率性が存在することを自然に許容する。

この点で、従来の費用関数モデルよりも一般的で、実データにより適合的である。また分析のためのデータとして、全国私立大学白書(第7次、第8次)を用いて1999年度と2004年度の延218大学からなるデータベースを構築した。このデータベースには財務諸表から得られる範囲で費用データをも含んでおり、費用関数モデルによる追試や配分非効率を含む効率性分析などに使用することが可能となっている。私立大学の経営効率、規模の経済性および範囲の経済性に関する論文は査読プロセスの最終段階にある。国立大学のパネルデータは分析に使用できる程度に整備を完了した。また非パラメトリックな効率性分析のためのGAMSプログラムも準備が進んでいる。台湾のFu博士が作成している東アジア大学データベースに参加するための、国立大学データの整備も進めつつある。研究初年度の計画として、私立大学の効率性の計測、規模の経済性と範囲の経済性の検証を行い、インプット距離関数モデルの実データに対する適用可能性を実証できた。したがって、この次に予定している国立大学についての同種の分析は、データベースが完成すれば直ちに実施可能である。国立大学データベースについては、財務諸表を用いて2004年度2009年度について完成しており、2010年度分を加えてバランスド・パネルとし国立大学の分析に着手するまで、多くの時間を要しない段階にある。私立大学についての分析結果についても、二編の論文にまとめ、一編は中京大学経済学部附属経済研究所の叢書の一章として発表済みである。またもう一編は、国際的に評価を有する学術誌に投稿中である。一方、アジアの大学の国際比較分析については、台湾の中央研究院経済研究所において、台湾、韓国、中国、マレーシアの研究者と第一回の打ち合わせを行った。以上の状況から、研究初年度としては順調な進捗をしていると判断する。初年度の進捗としては順調と言える。平成25年度は計画最終年度となるため、国立大学のデータによる規模の経済性および範囲の経済性の計測に関する論文と、非パラメトリックな効率性分析に関する論文を完成し、全体として大学の生産および費用構造とその経営に対する含意を研究の結論として導き出す。その際、私立大学に関する分析と国立大学に関する予備的な結果から、範囲の経済性に関する結論が不安定であり、他の要因をコントロールする方法によって結果が正反対になるという事象に十分な注意を払う。範囲の経済性は、大学経営において研究と学部・大学院の機能分化をい進めることが効率化を促進するかどうかに関係し、大学政策上も重要な含意を持つため、細心の注意を必要とする。あわせて、国立大学についてデータ収集を進め、台湾のFu博士との協力で進めている東アジア大学データベースの一定の完成を目標とする。まず国立大学に関する技術効率の計測、規模の経済性、範囲の経済性の検証を行う。あわせてアジアの大学の国際比較研究に参画するため、比較研究プロジェクトの定める共通仕様によるデータベース構築を勧め、それによる分析を実施する。分析法の面では、DEAをベースにした効率性の局所非パラメトリック推定量の応用については、計算プログラムの開発を進める。
企業統計のあり方の実証的研究

企業統計の間で、調査対象の範囲、調査項目の定義、結果表章の区分が相違することがデータの利用上大きな制約となる。本研究では、(ア)事業所の定義ならびに範囲の相違は自家用倉庫等の付随事業所の扱いに多く現れている(イ)従業者について派遣従業者と臨時・日雇い従業者の扱いが区々である(ウ)企業の産業格付けは統計毎に大きく相違しており、統計間でのデータの比較を困難としている等の分析結果を得ている。企業の産業分類は事業所の産業分類に準拠して行われているため、企業レベルでの多角化の進展によって産業格付けが適当でない場合が多く出現している。企業の産業分類については各国が研究中であるが、今だ有効な分類方法を提示し得ていない。本研究では、『企業活動基本調査』にもとづく実証分析を踏まえて、格付け基準を収入額から付加価値額に変更し、さらに企業規模と専業か否かの多角化に関する情報を活用すれば、より適切な産業分類が得られるとの結果を得た。企業行動の多角化について、事業所レベルおよび企業レベルでその効果を検討した。事業所レベルについては、1985,88,90,93年の『工業統計調査』から従業者4人以上の590,649事業所のパネルデータを作成し、製造業の範囲内での多角化が収益性と安定性に与える影響を分析した。多角化の収益性に対する有意なプラスの効果は観察されず、製造活動においては多角化を通して投入要素に範囲の経済が働いていないとの結果を得ている。企業レベルについては、1991,94,95,96年の『企業活動基本調査』から3,450企業のパネルデータを作成し、製造業を超えた多角化の実態ならびに企業活動の成果への影響を分析した。多角化は進出先と自らの産業との関連度合いに関わらず収益性を低下させ、また、リスクを減少する効果を必ずしももたらさないとの結論を得ている。現行の企業活動に係る統計は事業所を調査単位とした体系のなかに組み込まれていて、企業の意思決定を明らかにするような調査事項が不充分である。本年度は企業と事業所の概念整理ならびにそれぞれが担うべき調査内容を検討した。さらに、サービス化、国際化のなかで信頼性を確保するための調査事項の組み合せについて企業会計基準に沿って検討した。また、「企業活動基本調査」と「工業統計」、「商業統計」のデータリンケージを行い、企業統計と事業所統計の結合した情報の有用性を吟味すると同時に従業者、在庫残高等の概念の差による調査結果の乖離を分析した。さらに、郵政省所管の情報・通信活動に係る統計を体系的に整備するとすれば、現行の統計調査でいかなる分野を整備すべきかについて明らかにした。企業分類のあり方について、企業の活動の結果として観察される財務データから帰納的に企業分類を行うときの理論フレームを検討し、企業活動基本調査の個票データにもとづいて実験を行った。企業分類における有効な基準を導出している。・現行の産業分類の適切性を2桁中分類、3桁小分類、4桁細分類で投入構造と産出構造の両面から検討した。産業連関表基本表を工業統計4桁レベルの取引表に組み換え集計し、得られた投入係数ベクトルと産出係数ベクトルから計測した産業間距離にもとづいて、2桁、3桁、4桁レベルの産業の同質性を分析した。

一部の産業を除いて、同一中分類のなかでの小分類間の距離、および同一小分類のなかでの細分類間の距離は有意に小さい結果が得られており、日本標準産業分類が概ね妥当であることを確認できたと同時に、産業間距離を分類基準として、定量的かつ客観的に分類することの有効性を提示しえた。・産業分類は事業所の分類であり、その分類基準をそのまま企業の分類に適用しても適切ではない。通産省企業活動基本調査にもとづく実証分析の結果、最大付加価値額の品目による産業格付けの他に、規模、多角化の程度が企業分類の基準として適切であるとの結果を得ている。今後、これらの基準にもとづいて企業分類を行い、その有効性を分析する予定である。・企業活動の多角化を捉える指標として、特化率、ハーフィンダール指数、エントロピー尺度等が広く利用されているが、いずれも多角化先の産業の性質を反映したものとはなっていない。多角化先ともとの産業との関連性の程度が異なれば、指標の値が同じであっても多角化の収益に及ぼす影響等、多角化の効果は異なったものとなる。本研究では産業間距離を組み込んだ多角化の指標を開発した。現在、この指標の有効性を分析中である。・従業者の概念整理を行うと同時に各種統計における定義の差異を検討した。・企業活動の多角化と企業行動の成果について,1985,88,90,93年の『工業統計調査』の事業所パネルデータと1991,94,95,96年の『企業活動基本調査』のミクロデータにもとづいて分析した.工業統計データについては,近年の製造業の多角化の実態を明らかにし,次いで多角化と収益性・安定性との関係を多次元分類の結果の形で示し,さらに,クロス集計結果を踏まえて,企業活動の成果を被説明変数,多角化指数を説明変数とした回帰分析を行っている。結果は多角化の継続が多角化先が関連・非関連にかかわらずリスクを小さくするが,最も大きな要因は産業特性であることが明らかとなった。製造業内にとどまらず,製造業以外への多角化まで含めたその成果について企業活動基本調査データから,企業レベルでの多角化は製造業以外への多角化が多く,収益性に対してマイナスの効果を観察している。・多角化の指標について,投入構造の類似性を取り込んだ拡張型ハーフィンダール多角化指数を導出するための基礎的作業を行った。その結果によれば,有効な指数が得られる見通しにある。・企業の産業分類の基準として付加価値による分類,規模,多角化の程度の適用が有効であるとの結果を得ている。
ユビキタス技術を活用して野外体験の効果を増幅させた循環型社会のための環境学習支援

本研究では、循環型社会の構築に求められる知識を、子どもたちが容易に学習できるための枠組みとシステムを提案する。構築したシステムの特徴は、ゲーム性と参加型シミュレーションである。提案システムを用いた教室学習と屋外学習を統合したカリキュラムを実験協力校の教員と開発した。本研究の評価実験を通して、提案する枠組みおよびシステムの有用性を示すことができた。本研究の目的は、学習者の知識と理解を深化させるため、実世界に立脚した環境問題学習支援のためのシステムとカリキュラムのおり方を、教育現場との連携による設計、開発、実践を通して明らかにすることである。そこで、平成19年度は以下の項目について研究を進めた。1.関連研究の調査本研究で対象とするユビキタス学習、モバイル学習、環境学習は、近年その進展が著しく、世界各国でさまざまな方法論や支援システムに関するプロジェクトが進行している。したがって、それらの動向を常時把握し、本研究との相違を明確にしつつ進めることが重要となる。そこで、本研究グループでは、まず関連研究に関する調査を網羅的に行った。この調査を通して、教育学的、技術的な観点から、当該分野の動向について明らかにした。また、本研究では、学習支援システムの効果を客観的に示すための適切な評価分析手法を構築する必要がある。そこで、想定されるシステムを基に、取りうる評価手法について検討を進めた。これらの調査、検討を通して、当該研究の位置づけや独創性、優位性を明確にした。2.学習支援システムの設計と開発前記の関連研究、調査に基づき、システムの設計に必要な機能要件について、研究グループで検討を進め、学習支援システムの開発を行った。具体的には、学習者の学習内容への興味や文脈づけを高めるために、ゲーム性を持たせた協調学習支援システム開発を進めた。さらにそのシステムを用いたパイロットスタディを大学生を中心として行い、システムの完成度を高めた。本研究の目的は、学習者の知識と理解を深化させるため、実世界に立脚した環境問題学習支援のためのシステムとカリキュラムのあり方を、教育現場との連携による設計、開発、実践を通して明らかにすることである。平成20年度は以下の項目について研究を進めた。1.学習支援システムの設計と開発平成19年度は、主にシステムの設計に必要な機能要件について、研究グループで検討してきた。また、国内外の関連研究の調査を通して、当該研究の独自性や差分を明確にしてきた。平成20年度は、これらの議論の結果を反映させつつ、また学習者の学習内容への興味や文脈づけを高めるために、ゲーム性を持たせた協調学習支援システム開発を進めた。2.カリキュラム設計小学校の授業での利用を念頭に、理科や社会の教科書に記載されている内容に基づき、達成すべき学習目標や習得すべき知識を検討した。具体的には、授業の導入(主に、教科書、インターネット、教師等による教室での学習)、屋外学習、振り返りとまとめ(屋外活動を振り返りつつ、それをまとめて発表、議論する)の各段階での目標と課題について分析した。当該分野の専門家からの知識を得つつ、平成21年度の評価実験の計画を具体化した。さらに、評価実験で検証したい仮説を明確にするとともに、その仮説を検証するための定量的、定性的なデータ分析手法についても検討した。昨年度までに、環境学習支援のための植生学習支援システムをほぼ構築した。提案システムは、参加型シミュレーション(participatory simulation)の手法に基づくことで、学習者の学習環境への没入度を高めることを目指している。さらに、ゲーム性の導入、屋内学習(教室)と屋外学習との連携を通して、植生に関する知識や循環型社会に対する理解を深めることを目的とする。今年度は、提案システムの評価実験を行った。実験協力校である神戸市内の小学校にて2009年10月に小学6年生を対象に実験を実施した。1グループ5人ずつの子どもたちは、まず提案システムを参加型シミュレーションの要領で利用し、植生に関する基本的な理解をゲーム感覚で学んだ。次に、屋外学習の場として、近隣の里山(六甲山)に移動し、実際に植生の変化を観察する機会を作った。子どもたちは、教室で学んだ知識を現実世界とを結び付けて考えることで、植生に関する多様な条件(攪乱など)についての理解を深めることができた。提案システムの効果の検証に当たり、本実践の前後に行った事前テスト、事後テストの比較、ビデオ分析、アンケート等を用いた。提案システムを用いた屋内学習と野外学習の統合により、学習者の植生に対する理解レベルが向上したこと、学習に対する動機付けが高まったことなどが確認された。得られた成果の公開については、昨年8月と9月に国内および海外での学会発表を行った。また、本研究に関する最終成果を取りまとめ、本年3月に国際会議への投稿2件を完了した。
セラミックガスセンサにおける高度分子認識界面の設計に関する基礎的研究

1.半導体ガスセンサ水熱処理を施したSnO_2ゾル溶液(平均粒子径:5nm)から作製した薄膜センサ素子、ガス吸着・拡散に有利なメソポア構造を有し、焼結体型素子と比べ一桁高いガス感度を示すことがわかった。CuO-SnO_2を用いたH_2Sセンサでは、p-n接合界面のバンドが担持量によって連続的に変化することが明らかとなった。In_2O_3をベース材料とするCOセンサでは、第二成分としてRb_2OまたはCo_3O_4を添加することにより、高い感度と選択性を示すことを見出した。ス-プ品質管理用センサでは、メチルピラジン、アセトン、カプロンアルデヒド、二硫化ジメチルに対して、Rh-WO_3、MoO_3-ZnO、Er_2O_3-ZnO、Pr_6O_<11>-Fe_2O_3のそれぞれが比較的高い感度を示し、牛肉鮮度評価用センサでは、酢酸エチル、アセトインに対してWO_3(5wt%)-ZnOとWO_3(0.5wt%)-ZnOが高い検知能を有することがわかった。これらは、センサ材料の触媒反応と密接に関係することが種々の解析結果から明らかとなった。2.固体電解質センサNASICONにLi_2CO_3-BaCO_3系およびLi_2CO_3-CaCO_3系補助相を接合したCO_2センサでは、BaZrO_3相とCaZrO_3相がNASICON側にそれぞれ形成され、このような界面反応相はNASICONから炭酸塩へのNaイオンの移動を抑制し、CO_2選択性を高めていると推測された。安定化ジルコニアにLi_2CO_3補助相を接合したCO_2センサでは、界面におけるLi_2ZrO_3の生成とそのCO_2の反応が関与していると考えられる。高温作動型NOxセンサでは、ジルコニア(YSZ)にCdCr_2O_4補助相を接合したセンサが高い感度と良好な応答、回復特性を示し、その動作機構として混成電位に基づくことが確認された。半導体ガスセンサ窒素酸化物を計測するセンサとして、我々はWO_3系センサが有望であることをこれまで報告しているが、新たなセンサ材料としてチタン酸塩系の材料であるBaTiO_3およびSrTiO_3が有用であることを発見した。これらの素子では500600°Cの高温で比較的良好なトータルNOx量の測定が可能である。食品から発生する香気性ガスに高い感ガス特性を示す材料として、In_2O_3に補助相としてNa_2SO_4やLi_2SO_4を添加した系ではコンソメス-プ成分である二硫化ジメチルに対して感度・選択性が高く、ZnOにWO_3を添加した系では牛肉の熟成および腐敗時に発生するアセトインを高感度かつ高選択的に検出できることを見出した。これらは補助相の触媒的な分子認識機能がベース材料の信号伝達機能とうまく連携されたことによる考えられ、現在表面の反応機構について検討中である。固体電解質センサLi_2CO_3補助相/ZnO_2の電位検出式CO_2センサでは、補助相は陽イオン導電体、固体電解質は陰イオン導電体であり、感ガス特性を理解するためには界面に反応相が形成されていると考えられ、両材料の反応物の構造解析や界面の組成分析の結果からLi_2Zr_3の存在が推測された。NaNO_2補助相/NASICONの電流検知式NOxセンサでは、NO_2以外に対して応答せず、数ppm80ppmの範囲で安定した計測が可能であった。また、この素子においてNO_2ガスの検知極への拡散が律速していることがわかった。Na_2CO_3補助相/NASICONの電位検出式CO_2センサでは、数10ppm2000ppmの範囲で良好な応答を示すが、400°C以下ではNernstの式からずれた特性を示す。これは補助相とNASICONとの界面にNaに富んだ浸食相が形成されるためであることがわかった。これに対し、BaCO_3をさらに添加した2成分補助相では界面にそのような浸食相は観察されず、350°Cでも安定な応答特性が得られた。このような他成分の添加は界面生成物を抑制し、センサ応答を改善するのに重要である。

2.固体電解質センサNASICONにLi_2CO_3-BaCO_3系およびLi_2CO_3-CaCO_3系補助相を接合したCO_2センサでは、BaZrO_3相とCaZrO_3相がNASICON側にそれぞれ形成され、このような界面反応相はNASICONから炭酸塩へのNaイオンの移動を抑制し、CO_2選択性を高めていると推測された。安定化ジルコニアにLi_2CO_3補助相を接合したCO_2センサでは、界面におけるLi_2ZrO_3の生成とそのCO_2の反応が関与していると考えられる。高温作動型NOxセンサでは、ジルコニア(YSZ)にCdCr_2O_4補助相を接合したセンサが高い感度と良好な応答、回復特性を示し、その動作機構として混成電位に基づくことが確認された。1.半導体ガスセンサ牛肉の熟成および腐敗過程で発生するにおい成分であるアセトイン、二硫化ジメチルおよびイソアミルアルコールについて、ZnOに第二成分としてWO_3を添加すれば、比較的選択性に優れたガス検知が可能であることがわかった。この場合、WO_3の添加量および作動温度を制御することによって選択性の改善が可能であり、これらの材料を触媒として用いた活性試験から、その触媒活性とガス検知特性とは相関があることを実証し、GC-MS等の検討結果から、中間生成物を経由する反応を触媒する材料において、比較的高い感度を示すことを確かめた。CO選択性に優れたセンサとして、申請者らはIn_2O_3系の材料が有望であることを報告している。In_2O_3をベース材料として各種金属酸化物および貴金属を添加することによって高選択的なCO検知が可能であるが、CO選択性向上の要因として電子的な増感効果と化学的な増感効果に着目し、TEM等の機器分析による検討および触媒活性試験を行った。その結果、20nmのIn_2O_3粒子に添加物が接合していることが観察され、添加物の化学的な分子認識機能とそれを変換する電子的な効果がセンサ特性に大きな影響を与えていることを確かめた。2.固体電解質センサ固体電解質としてNASICONを用いた電位検出型CO_2センサについて、接合界面をSEM/EPMAおよびオージェ電子分光法により解析した結果、炭酸塩補助相がLiを含む場合、NASICON相に反応相いわゆる中間層が形成され、センサ応答の安定性に大きな影響を及ぼしていることを見いだした。一方、炭酸塩補助相がNaを含む場合、炭酸ナトリウム単独ではNa,Zr,Si,Oから形成される複合酸化物が見られ、これがセンサ特性の低温作動化を妨げていることがわかった。さらに、Ba塩を含むNa-Ba系では、そのような中間相が形成されず、良好なセンサ特性が得られることを確認した。半導体ガスセンサ水熱処理を施したSnO_2ゾル溶液(平均粒子径:5nm)を作製し、スピンコート法を用いて櫛形電極付きアルミナ基板上に薄膜を形成した。このセンサ素子は、ガス吸着・拡散に有利なメソポア構造を有し、焼結体型素子と比べ一桁高いH_2ガス感度を示すことがわかった。また、このSnO_2粒子は焼結による粒成長が小さいという特徴も有する。Bi_2O_3をベース材料とするNOセンサでは、第二成分としてNiOを添加した系で比較的高い感度と選択性が得られた。この材料についてNO_Xガスの吸着特性を検討したところ、センシング機構として格子内の酸素が関係することが明らかになった。In_2O_3をベース材料とするCOセンサについても第二成分および第三成分の触媒特性がセンサ特性と関係することがわかった。固体電解質センサCO_2センサでは、Li_2CO_3-BaCO_3系およびLi_2CO_3-CaCO_3系補助相を接合したNASICONセンサについて、その界面構造とセンサ特性を検討した。
PVAハイドロジェルを基材とした新しい小口径人工血管の開発

PVAにより作成された口径3mmの人工血管を用いてラットの腹部大動脈に移植した。術直後、内腔は開存しており、血圧に同期した血管の拍動を認めたが数日の後、移植血管は全て閉塞した。本研究結果を踏まえ、また文献を併せた考察により、やはり血管内皮細胞の定着が必須であると考え、内皮細胞の定着の有無を検討するためにPVAチューブと血管内皮細胞とを回転培養させた結果、定着しない事が明らかとなった。そこでPVAによるマテリアルの作成過程においてコラーゲンのフラグメントを埋入したものと血管内皮細胞を回転培養したところ、内皮細胞の定着が認められた。加えて血管平滑筋細胞も同様に回転培養を行った結果、平滑筋細胞の定着も認められた。申請者らはこれまでに脱細胞化組織を用いた小口径人工血管の開発に成功した。また共同研究者の堤博士はポリビニルアルコール(PVA)を材料とした微小血管モデルを作成した。脱細胞化組織は生体由来物であるために感染症への配慮が必要となるため、化学合成物での開発が望まれる。一方、化学合成物では細胞の定着が不良であり、易血栓形成性・圧不耐性などの問題がある。PVAによる微小血管モデル単独では同様の問題に立ちはだかられ、実用化することができない。われわれはこれら二つの技術をコラボレートすることで、双方の利点・欠点を補完しあい、これまでにない、新しい化学合成物による小口径人工血管の開発を目指している。まず、PVAにより作成された口径3mmの人工血管を用いてラットの腹部大動脈に移植した。術直後は内腔は開存しており、血圧に同期した血管の拍動を認めた。移植後翌日には個体の一部は死亡し、残りは2週間後に再開腹の後、移植血管を取り出した。移植血管は完全閉塞していた。次に内皮細胞の定着を観察するために回転培養の系を用いた。内皮細胞にはHUVECを用いた。1週間の回転培養の後に人工血管の横断面を観察したところ、細胞の定着を認めなかった。一方で脱細胞化組織を用いて回転培養を行ったところ、HUVECの定着を認めた。これらのことより、PVA人工血管単独では内皮細胞の定着が得られず、故に閉塞を来したと考えられる。以上のデータをもとに、PVA人工血管の内腔面に脱細胞化組織を模したスキャフォールドを作成することで長期開存が行える人工血管の開発を目指したい。昨年度に我々が行った研究において、実験動物(ラット)の腹部大動脈に1cmの欠損を作成し、PVAにより作成された口径3mmのチューブをこの部位に移植したところ、全例において閉塞が見られた。なお、脱細胞化血管においては全例、その開存が認められる事から手技上の問題はないと考えられる。本研究結果を踏まえ、また文献を併せた考察により、やはり血管内皮細胞の定着が必須であると考えた。次に内皮細胞の定着を有無を検討するために昨年度はPVAチューブと血管内皮細胞とを回転培養させ、定着の有無を検討した結果、定着しない事が明らかとなった。そこで本年度はPVAによるマテリアルの作成過程においてコラーゲンのフラグメントを埋入し(特許申請予定)細胞の定着を目指した。このコラーゲン埋入PVAとともに血管内皮細胞を回転培養したところ、内皮細胞の定着が認められた。さらに、内皮細胞には細胞膜を蛍光標識しており、一部、蛍光強度が半減していたと事から、細胞分裂も引き起こされたことが示唆された。以上より、PVAを用いた生体吸収型の人工血管の開発に大きく前進した。
負性プラズマとそのシース中での微粒子挙動に関する研究

プロセスプラズマでは,反応容器壁に推積した薄膜が剥離したプラズマ中に混入し,膜質の劣下や歩留まりの低下をもたらすことが重要な解決課題となっている。本研究では,壁から剥離した微粒子がプラズマ中に侵入することを防ぐ為,シース中で微粒子に作用する力を明らかにする目的で、非反応性ガスを用いてマグネトロン直流放電の拡散プラズマのイオンシース中に微粒子を添加しその挙動を観察した。また軌道制限理論を用いた数値計算を行い添加実験の結果と比較した。さらに実際にプロセスプラズマで使用されているSF_6ガスを用い、プラズマ中に負イオンが存在する状況で同様の実験を行い、微粒子の挙動を観察した。電気的陽および負性ガス放電のイオンシース中に添加した微粒子の挙動観察,微粒子挙動の数値計算,イオンシース中のイオン速度分布測定を行った結果,(1)イオンシース中で反射して壁へと戻る微粒子の存在を確認した.(2)微粒子はイオンシース中の壁近くで正に、プラズマ近くで負に帯電する事が明らかになった.(3)重力,静電力,イオン粘性力等の微粒子に作用する力を考慮した数値計算により実験結果を定量的に再現する事に成功した.以上本研究により,イオンシース中の微粒子挙動を定量的に初めて明らかにすると共に,微粒子挙動をシミュレーションにより初めて再現する事に成功した.プラズマエッチングにおいては,壁面堆積物の剥離に起因する微粒子の基板への付着が問題となっている.エッチングプラズマは電気的負性ガスを用いている場合がをほとんどであり,上述の問題を解決するには,負性プラズマとそのシース中での帯電微粒子挙動を明らかにすることが重要である.本研究では,SF_6を用いた負性プラズマとそのシース中に単一微粒子を添加し,その軌跡の可視化することで,微粒子挙動を調べた.負に帯電した電極からシース中に入射した微粒子は,入射速度が10cm/s程度以下と遅い場合イオンシース内で反射すること,入射速度が20cm/s以上と速い場合シースを通過しプラズマバルク部に到達することを明らかにした.シース内での微粒子挙動から,シース内の壁近傍では微粒子は正に帯電しており,シース内のプラズマ・シース境界近傍では正に帯電していることが分かった.また,数値計算との比較から,1)本来,プラズマバルク部でのみ適用できる軌道制限理論によって,イオンシース内での微粒子帯電量をある程度定量的に正しく評価できること,2)シース内のイオンエネルギー分布が,微粒子帯電量と挙動の正しい予測に重要であることが分かった.プロセスプラズマでは,反応容器壁に推積した薄膜が剥離したプラズマ中に混入し,膜質の劣下や歩留まりの低下をもたらすことが重要な解決課題となっている。電気的陽および負性ガス放電のイオンシース中に添加した微粒子の挙動観察,微粒子挙動の数値計算,イオンシース中のイオン速度分布測定を行った結果,(1)イオンシース中で反射して壁へと戻る微粒子の存在を確認した.(2)微粒子はイオンシース中の壁近くで正に、プラズマ近くで負に帯電する事が明らかになった.(3)重力,静電力,イオン粘性力等の微粒子に作用する力を考慮した数値計算により実験結果を定量的に再現する事に成功した.以上本研究により,イオンシース中の微粒子挙動を定量的に初めて明らかにすると共に,微粒子挙動をシミュレーションにより初めて再現する事に成功した.
含硫黄・含セレンバイオファクターの構造形成を司る類縁酵素群の構造・機能・役割分担

同族元素の硫黄とセレンは、鉄硫黄クラスター、チアミン、ビオチン、セレノシステイン残基などの構成元素として生体内で必須の役割を果たす。これらの生合成には、システイン・セレノシステインからの硫黄・セレン脱離が共通の初発反応として含まれ、硫黄・セレンをターゲット分子に転移するタンパク質など種々の因子の関与によって分子構築が実現する。本研究では、初発反応を触媒するシステインデスルフラーゼとセレノシステインリアーゼについて、構造と機能を解析した。セレノシステインに高い特異性を有する大腸菌CsdBと、基質アナログであるプロパルギルグリシンの複合体の結晶構造を2.8Aの分解能で解析し、プロパルギルグリシンがピリドキサールリン酸とシッフ塩基を介して結合した構造を明らかにした。大腸菌IscSは、システインからの硫黄脱離を触媒し、鉄硫黄クラスター形成における硫黄供給系として機能する。硫黄原子はIscSのCys328上にペルスルフィドの形で受け取られた後、IscUに転移し、最終的には鉄硫黄クラスターに取り込まれる61scSからIscUへ硫黄が転移する過程では、IscSとIscUが複合体を形成する。この複合体中で、IscSのCys328とIscUのCys63がジスルフィド結合を形成していることを明らかにした。また、IscUがIscsののシステインデスルフラーゼ活性を促進し、この活性化にIscuのcys63が必須であることを見いだした。以上の結果から、ペルスルフィドを形成したIscSのCys328のγ位硫黄をIscUのCys63が攻撃することで基質システイン由来の硫黄がIscSから遊離し、IscUに転移するものと考えられた。システインデスルフラーゼは、ピリドキサールリン酸を補酵素とし、L-システインをL-アラニンと硫黄に分解する反応を触媒する。本酵素は、鉄硫黄クラスターの形成に関与すると考えられている。本研究では大腸菌の3種のシステインデスルフラーゼ(IscS、CSD、CsdB)の構造、機能、細胞内での役割を解析した。1.システインデスルフラーゼと相互作用するタンパク質の探索N末端にヒスチジンタグを付加したIscSを大腸菌内で発現させ、細胞抽出液をニッケルカラムに供したところ、IscU(IscSと同じ遺伝子クラスター(isc遺伝子クラスター)にコードされる鉄硫黄タンパク質)がIscSと共溶出され、これらの間に特異的な相互作用のあることが明らかとなった。IscSはIscUとの分子間相互作用を介して鉄硫黄クラスターの形成を行う可能性が考えられた。2.システインデスルフラーゼのin vivo機能解析iscS破壊株は、M9-グルコース培地で生育しないが、チアミン、ニコチン酸、カザミノ酸を添加した培地では生育が見られた。ニコチン酸や分岐鎖アミノ酸の生合成には鉄硫黄タンパク質が関与するが、iscS破壊株ではこれらのタンパク質上に鉄硫黄クラスターが形成されにくくなっているものと考えられた。また、チアミンに含まれる硫黄原子が、IscSによってシステインから遊離する硫黄に由来する可能性が示唆された。isc遺伝子クラスターの欠損株でも、同様の性質が観察されたが、この欠損株でCsdBを高発現させたところ、M9-グルコース培地で生育するようになったことから、CsdBはisc遺伝子クラスター産物の機能を代替できるものと考えられた。
BMP-2とグリコサミノグリカンを用いた新たな骨再生療法の開発

今回、グリコサミノグリカンの1種であるヘパリンが骨形成タンパク質(BMP-2)に誘導される骨芽細胞分化に対して、どのような作用を有するのかin vitroでの解析を行った。マウス骨芽細胞様細胞株であるMC3T3E-1細胞において、ヘパリン刺激後72時間ではBMP-2により誘導されるアルカリフォスファターゼ活性が減弱化するのに対し、刺激後144時間では増強作用が認められた。また、BMP-2により活性化され、骨芽細胞分化に強く関与することが知られるシグナル分子Smad1/5/8のリン酸化、および転写因子であるRunx2やosterixの遺伝子発現レベルもヘパリン短時間刺激群では抑制される一方で、長時間刺激群では増強されることが観察された。これらの長時間刺激群におけるヘパリンのBMP-2誘導骨芽細胞分化活性の増強メカニズムとして、BMP-2アンタゴニスト(noggin,follistatin)や抑制型Smadの発現抑制が関与していることが遺伝子レベルの解析で証明された。これらの結果より、BMP-2による骨分化能の増強作用に対し、ヘパリンは二相性の作用を示し、骨再生治療に応用できる可能性が示唆された。顎顔面領域において、腫瘍切除後や口唇口蓋裂の骨欠損、インプラント前の骨造成には、自家骨移植が行われてきた。近年、自家骨移植に代わる方法として、骨形成因子を利用した骨硬化促進に関する研究が広く行われている。中でも、異所性骨形成能を有するBone Morphogenetic Protein (BMP)については、多くの報告がなされている。今回、近年、他の増殖因子やサイトカインと結合することで、それらの作用を活性化もしくは不動化させることが解明されているグリコサミノグリカンに注目し、BMP-2による骨芽細胞分化増強作用に対する相互作用について詳細な検討を行うことを目的とした。これまでのわれわれの研究において、BMP-2、ヘパリンをマウス前骨芽細胞であるMC3T3-E1細胞に単独、または併用して投与すると、BMP-2により誘導されるALP活性、Runx2・osterixの遺伝子発現、Smad 1/5/8のリン酸化の増強作用は、短時間では抑制されるが、長時間培養した場合、BMP-2単独投与群と比較し、併用投与群において、有意に増強されることが明らかとなっていた。未分化な骨芽細胞様細胞である骨髄間質細胞ST-2細胞を用いた研究においても、MC3T3-E1細胞での作用とほぼ同様の傾向を示した。このことは、ヘパリンにはBMP-2活性の遷延効果があり、今後、骨再生への応用に期待できるものである、というわれわれの主張を強く裏付けるものであった。現在、そのデータの再現性を確認中である。今年度、さらなる研究を進め、論文等にて発表予定である。BMP-2、ヘパリンをマウス前骨芽細胞であるMC3T3-E1細胞に単独、または併用して投与するとBMP-2により誘導されるALP活性、Runx2・osterixの遺伝子発現、Smad1/5/8のリン酸化の増強作用は、ヘパリンとの併用投与により短時間では抑制されたが、その一方で、長時間培養した場合、BMP-2単独投与群と比較し、併用投与群において、有意に増強されることが明らかとなった。長時間培養群における、ヘパリンのBMP-2活性の遷延効果の詳細を解明するために行った研究では、ヘパリンにより、BMP-2 antagonistであるNoggin, Follistatinに加え、抑制型smadであるsmad6, smad7の発現の低下が認められた。これらの結果から、ヘパリンによるBMP-2活性の遷延化にはヘパリンによるBMP-

2シグナルのネガティブフィードバック機構の抑制が関与している可能性が示唆され、将来的に骨補填材の開発の一助になると考えられる。上記の結果については、現在論文投稿中である。
低酸素誘発スプライシング異常制御による孤発性アルツハイマー病治療法の開発

昨年度見つけ出した因子HMGA1aは孤発性アルツハイマー病(SAD)脳に特異的に観察されるプレセニリン2(PS2)スプライシング変種を産生させる原因となる因子で、PS2 pre-mRNA上の特徴的な配列に特異的に結合しており、低酸素刺激により核内での発現上昇(speckleへの蓄積)およびPS2 pre-mRNA結合能上昇、さらに、強制発現によって低酸素負荷を与えなくてもPS2Vを産生することを確認したので15年度はHMGA1aとPS2 pre-mRNAとの特異的な結合を制御することによってSADにおける細胞死を制御できるか否か検討した。また、HMGA1aが低酸素以外の酸化的刺激で誘導されPS2V産生に結びつく可能性を考え、アルミニウムを初めとする金属負荷によるPS2V産生についても検討を行った。その結果、HMGA1aが好んで結合するPS2 Pre-mRNA上の特徴的な配列をオリゴRNAによって作成し、低酸素前に細胞に導入しておくと低酸素負荷後のPS2V産生がオリゴRNAの導入量依存的に抑制できた。またその際、ツニカマイシン刺激のような小胞体ストレスによる脆弱性を回避することが可能だった。また、鉄、銅、アルミニウム、など金属による前処置により低酸素負荷時間を短縮してPS2Vの産生を観察することが出来た。さらに、細胞毒性を全く示さないようなアルミニウム濃度で長期間飼育していた細胞に低酸素負荷を施すと本来PS2V誘導に費やしていた10時間を僅か30分間で誘導出来ることが分かった。これらの結果はJournal of Neurochemistryはじめ各種雑誌に掲載予定である。14年度は孤発性アルツハイマー病(SAD)脳に特異的に観察されるPS2スプライシング変種が起きるメカニズム即ち、PS2 pre-mRNAからイントロンが切り出される時にexon5だけがスキップしてスプライシングが起きるメカニズムを解明することを目的に研究を行った。具体的にはexon5およびその前後のpre-mRNA配列に直接結合しPS2の正常splicingを阻害するような因子の同定を試み、低酸素刺激した細胞の核抽出液から同pre-mRNAに結合する蛋白質を得た。単離精製・配列同定を行った結果、既知のDNA結合蛋白質として知られるHigh Mobility Group protein-Ala(HMGA1a)であることが分かった。HMGA1aはPS2 pre-mRNA上の特徴的な配列に特異的に結合しており、低酸素刺激により核内での発現上昇(speckleへの蓄積)およびPS2 pre-mRNA結合能上昇、さらに、強制発現によって低酸素負荷なしにPS2Vを産生することを確認した。また、HMGA1aはSAD脳内で発現上昇していた。これらの結果は、HMGAlaのまったく新しい機能を証明するものであると共に、SAD発症メカニズム解明の大きな足がかりとなる可能性を示唆する。本成果は英国の科学雑誌Cell Death and Differentiation誌に受理された。来年度は今回見つけたHMGA1aとPS2pre-mRNAとの特異的な結合を制御することによってSADにおける細胞死を制御できるか否か検討したい。
卵胞構成細胞の機能相関の研究:卵成熟抑制・再開機構解明へのアプローチ

顆粒膜・莢膜細胞間相互作用が顆粒膜細胞の卵成熟抑制能と形態をどのように変化させるか、また、顆粒膜細胞にゴナドトロピン刺激を加えることにより、どのように修飾されるかを検討した。現時点までに、以下の結果を得た。I.顆粒膜細胞の卵成熟抑制能に及ぼす細胞間相互作用の影響莢膜細胞と共培養されることにより、顆粒膜細胞の卵成熟抑制能は活性化する。II.顆粒膜細胞の卵成熟抑制能に及ぼす細胞間相互作用とゴナドトロピンとの機能相関(1)莢膜細胞と共培養された顆粒膜細胞をFSHで処理すると卵成熟抑制能は著しく亢進し、LHで処理するとこの機能は減弱する。(2)一方、このようなゴナドトロピンの作用は単独に培養された顆粒膜細胞では観察されない。III.顆粒膜細胞から卵への卵成熟抑制因子の移行経路の検討顆粒膜細胞から卵への卵成熟抑制因子の移行は主として細胞間連絡を介すること、また一部は培養液内へ分泌された後に卵に作用することが判明した。以上の成績より、(1)顆粒膜細胞の卵成熟抑制能は顆粒膜・莢膜細胞間相互作用による調節を受けること、(2)FSHは共培養された顆粒膜細胞に働き卵成熟抑制能を亢進させること、(3)顆粒膜細胞から卵への卵成熟抑制因子の移行は主として細胞間連絡を介することが明らかとなった。
蛋白工学を用いた銅蛋白間の電子伝達機構の解析

活性汚泥から単離した脱窒菌Alcaligenes faecalis S-6株において、同菌の脱窒の一過程を担う亜硝酸還元系は、亜硝酸還元酵素(NIR)およびシュードアズリンという二つの銅蛋白によって構成されている。同様な銅蛋白による亜硝酸還元系は後になって微生物からカビにわたって広く分布することが明かとなってきた。しかしながら今までに蛋白の銅配位環境と蛋白としての機能の関係、さらには二つの銅蛋白の銅原子間でどのように受け渡しされるのかについては全く明らかになっていなかった。本研究では蛋白工学的に蛋白を改変しそれらの性質を調べることで銅蛋白の構造と機能および銅蛋白間の電子伝達機構を明らかにすることとした。まず、そのための前段階として大腸菌でのNIR遺伝子の発現の最適化を行った。その結果、改変した分泌シグナルをNIR遺伝子に連結し、lacプロモーターの制御下、25-30・Cの低温で培養することにより、1リッター当たり3mg程度のNIRを大腸菌ペリプラズムに分泌する系を確立することに成功した。この系を用いて、NIRがサブユニット当たり1原子ずつ保持しているタイプI銅、タイプII銅の銅原子配位座(リガンド)のうち、タイプI銅リガンドのMet150をGluに、タイプII銅リガンドのHis135をLysに改変した酵素を作製、精製した。Met150Glu改変体は予想どおりタイプI銅を欠失していたが、His135Lys改変体はタイプIIリガンドのうちの1つが変化しているにも関わらず、タイプI、タイプIIの両方の銅を結合していることが明らかになった。次に、これらの改変体の活性を低分子のメチルビオロジェンを電子供与体として用いて測定したところ、His135Lysでは全く活性が検出されない一方、Met150Glu改変体では、十分な亜硝酸還元活性が検出された。これらの結果から、NIRにおいてはタイプII銅が活性に直接的に関わることがはじめて直接的に明らかになった。また、シュードアズリンの銅の周辺に位置するLys残基を中性または酸性残基に変換したところ、Lys10およびLys38の改変により、NIRへの電子伝達能が大きく低下することが明らかになりつつあり、シュードアズリンの銅原子周辺が、NIRと直接的に相互作用していることが示唆された。現在、NIRに含まれるタイプI銅の役割および、シュードアズリンのLys改変体を用いた、NIRとシュードアズリンの相互作用様式の解析を進めている。
新規汗証明法を用いた汗中のアルコール検出について

1汗証明法の確立サンプル(汗斑)浸出液をHPLCにより測定し(カラム:SHISEIDO CAPCELL PAK AQ 3mm i. d. X 250mm,移動相:50mmリン酸緩衝液pH2.2,流速0.4ml/min,カラムオーブン温度40°C,検出波長231nm),E-ウロカニン酸,L-チロシンを指標とすることで,他の体液(唾液,血液,精液,腟液,尿)との識別が可能であった。汗斑中のE-ウロカニン酸,L-チロシンについては半年程度の時間経過では変化しないこと,また汗斑中のE-ウロカニン酸については紫外線の影響で平衡状態に達するまで一部がZ-ウロカニン酸に変化することも確認できた。本法は汗の証明法として利用できる。2汗中アルコールの検出汗中アルコールについて検出を試みたが,上記のHPLCによる方法では困難であった。そこで,飲酒後の腕にビニール袋を一定時間被せた気相からアルコール濃縮針(Need1EX)により採取したものを,GCによって測定したところエタノールが検出された。3呼気中アルコールと汗中アルコールの相関汗中アルコールについては検出できたものの,ビニール袋の内容量及び被験者の発汗量が一定でないため呼気中アルコールとの相関が検討できなかった。汗中からエタノールが検出された際の呼気中アルコールを警察が採用する北川式検知管を用いた方法と,市販のアルコールチェッカー(2製品)で測定したところ,市販品は測定の度に測定値にばらつきが認められ,必ずしも北川式検知管を用いた方法に近似した値が測定できるものではなかった。
腫瘍内不均一性のオミックスデータモデリングとゲノム編集に基く食道癌治療法の最適化

食道扁平上皮癌(ESCC)の個別化医療実現を目指し、治療抵抗性、再発、転移を克服しうる治療法の最適化を図ることを目的に、収集した腫瘍や血漿中DNAのオミックスデータモデリングによるシミュレーションとゲノム編集技術による実験的検証から、背景にある癌細胞の腫瘍内での不均一性の検出、クローン構造の推定とその機能との関連予測を行った。統合データから有効な分子標的の無いESCCの治療のmissing linkを補う新規分子標的候補を同定した。さらに、細胞株へのCrispr/Cas9による高効率の変異導入法の開発と抗癌剤などによるクローン選択から治療抵抗性形成に必要な変異蓄積パターンを解明した。食道扁平上皮癌(ESCC)において、オミックス解析と分子プロファイリングにより腫瘍内の不均一性を検出し、シミュレーションや実験モデルによる検証を加えることで、治療抵抗性・再発・転移を克服して治療法の最適化に取り組むための研究を推進し、以下の成果を得た。1. ESCC臨床例からの検体、臨床情報収集:期間内に予定している症例数150例や血漿Cell free DNA(cfDNA)に関しては収集が一年目で達成できる一方で、転移巣を含めた多点からのサンプリングを行える検体は限られた。2. ESCC臨床例の統合オミックス情報取得:腫瘍検体を用いたエクソーム解析による変異・ゲノムコピー数変化の検出、RNA-seqによる遺伝子発現、マイクロアレイによるDNAメチル化データを取得して各異常の検出感度と特異性を評価し最適化を図った。このデータをもとに、cfDNAなどでの変異検出標的とその定量あるいは高感度の検出系の構築を行った。胃癌など他の消化器癌でも並行して検討し、時間的空間的不均一性クローンを反映すると考えられるcfDNAでの増幅遺伝子検出による治療効果予測が可能なことを示した。3.ゲノム編集による不均一性モデルの作製:基礎的な検討として、Crisprによる細胞株でのノックアウト・ノックインの高効率化のためのプロトコールの改変、増幅遺伝子に対するCrisprの効果の確認、ならびに細胞群の表現型変化の検出系の構築を行った。1.ESCC臨床例からの検体、臨床情報収集:平成27年度には、全期間内に予定していた検体数(150例)を超えて手術標本や血漿セルフリーDNA(cfDNA)を収集できた(200例)。目標としていたcfDNAの経時的収集は進んだが、転移巣や原発巣多点からのサンプリングは平成27年度も限られた。このため、胃癌など他の癌もモデル系に含めるべく、cfDNAの採取などを進めた。2.ESCC臨床例の統合オミックス情報取得:計画に従い取得手術標本のオミックスデータと液体生検のデータの比較検討によるゲノム・エピゲノム変異の変化を経時的に捉え、手術・化学療法などの治療、転移によるクローン選択や競合の経過を再構成した。ESCC以外の癌でも検討を行った。情報量や解析可能例数が限られたことから、特定の治療による癌細胞の変化の予測モデルの開発には至らなかったが、変化を検出し再発や治療効果予測を行う系の構築は可能であることが確認された。3.ゲノム編集による不均一性モデルでの治療効果シュミレーション:平成26年度に検討したCrispr/Cas9法を用い、ESCC細胞株に臨床検体で検出された様々な変異を導入したクローン作製を進め、薬剤感受性など表現型の違いを定性・定量的に検討した。この際、平成26年度の成果をもとに計画したとおり、均一なクローンに至る前のクルードな状態の細胞集団でも表現型検討を行い、薬剤暴露や低酸素暴露による特定クローンの選択が生じうることを確認でき、擬似モデル構築の可能性を検討できた。以下のごとく、各項目については平均しておおむね目標を達成して計画を推進することが出来たことから、区分(2)とした。1.ESCC臨床例からの検体、臨床情報収集:多点からの検体収集はまだ予定数を達成できていないが、臨床検体は既に新規予定例を超えて収集でき、経時的な反復血漿収集(cfDNA)も進めることが出来た。ESCCを補いあるいはValidationするためのモデルとして、他の癌種でも検討できている。2.ESCC臨床例の統合オミックス情報取得:エクソーム、DNAメチル化、RNA-seqなどは、公的データベースの情報利用も取り入れてコストを抑えて効率よく解析できた。平成26年度に引き続き、血漿収集が系統的に進んだ胃癌をモデルに不均一性の血漿cfDNAでの検出の最適化を行うことが出来た。3.ゲノム編集による不均一性モデルでの治療効果シュミレーション:平成26年度の基礎検討の成果に基づき、実際に多種のクローン作製と表現型解析に進むことが出来た。食道扁平上皮癌(ESCC)の薬剤耐性や再発を最小限に抑え最適な治療を選択できる予測プログラムを構築することを目的に、オミックスデータを統合した分子プロファイリングによるシミュレーションとゲノム編集で作製するモデルでの実験的検討から、治療などが腫瘍内不均一性に及ぼす影響の推定、血液や生検組織から不均一性を予測する手法の開発、治療法のmissing linkを補う新規治療標的の同定も行うことを目指して研究を行い以下の成果を得た。1.ESCC