hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
不揮発性メインメモリのオペレーティングシステムサポート

平成28年度は、統合ファイルシステム機構における不揮発性メインメモリの汎用化を、オペレーティングシステムのファイルシステムレイヤの一般的な拡張として実現するための研究を行った。不揮発性メインメモリは、その不揮発性によりストレージとしての機能を提供することができるが、ストレージとして一般的なブロックストレージよりも高性能であるため、その容量は制限されたものとなっている。そこで、不揮発性メインメモリのストレージとしての機能により汎用性を持たせるためには、容量の制限を緩和する必要がある。そこで、不揮発性メインメモリの汎用化では、不揮発性メインメモリに大容量のブロックストレージを組み合わせることにより、ストレージの容量を拡張する。ここで、ストレージの容量を透過的に拡張しつつ、不揮発性メインメモリの長所であるメモリインタフェースを維持することが設計の要点となる。メモリインタフェースを維持することで、同期的なアクセスが可能になり、アクセスの高速化が可能になる。不揮発性メインメモリの汎用化は、ファイルシステムレイヤの一般的な拡張として実現した。従来、デバイスドライバレベルで複数デバイスを統合する手法が提供されてきた。不揮発性メインメモリの汎用化も、デバイスドライバレベルで実現するのが自然な拡張である。しかしながら、デバイスドライバレベルでの実現では、メモリインタフェースを維持するために煩雑なインタフェースを提供する必要があり、またファイルシステムレベルでは利用可能な情報が利用できないという欠点があった。そこで、ファイルシステムレイヤで実現することで、インタフェースが単純化でき、またファイルシステムレベルでの情報を利用した高速化が可能であることがわかった。研究成果は、Linuxカーネルに実装し、メモリストレージに対応したファイルシステムを容易に汎用化できることを明かにした。28年度が最終年度であるため、記入しない。平成26年度は、不揮発性メインメモリをオペレーティングシステムで管理する上で基盤となる機構として、メインメモリ・ストレージ融合管理機構を開発し、この機構をもとにファイルシステムの再構成を行った。さらに、より汎用性を高めるため、従来のブロックストレージとの透過性を高めるための研究を行った。メインメモリ・ストレージ融合管理機構は、メインメモリを割り当てるための仮想メモリ機構、およびファイルへデータブロックを割り当てるためのファイルシステムの両方からの割り当て要求を一元管理するものである。不揮発性メインメモリは、不揮発性であることから、ストレージを管理するファイルシステムにより管理されることが望ましい。そのため、仮想メモリ機構が不揮発性メインメモリからのメモリ割り当てを受けるには、ファイルシステムへ割り当て要求を出す必要がある。そのための機構をオペレーティングシステムに組込み、またファイルシステムがメインメモリ割り当てを効率的に行うための主張について研究を行った。ファイルシステムの再構成は、メインメモリ・ストレージ融合管理機構によって可能になる、メモリおよびファイル操作を実現するものである。ファイルシステム上のファイルは、仮想メモリ機構からも直接アクセス可能であるため、ユーザプロセスからの直接アクセス処理が可能になる。また、不揮発性メインメモリからメインメモリとして割り当てたデータを、ファイルシステムの制御下に移行することもできる。これらの機構についての研究を行った。不揮発性メインメモリの汎用化としては、不揮発性メインメモリの限られた容量を拡張するため、ブロックデバイスを透過的に使用可能にするための研究を行った。これにより、不揮発性メインメモリの高性能とブロックデバイスの大容量の両方を活用することができるようになる。平成27年度は、統合ファイルシステムの機構および高速ファイルアクセス手法の研究開発を、不揮発性メインメモリの汎用化を含めたかたちで取り組んだ。統合ファイルシステムの機構は、メインメモリを割り当てるための仮想メモリ機構とファイルへデータブロックを割り当てるためのファイルシステム機構を統合し、ファイルシステムにおいて一元管理するものである。不揮発性メインメモリをストレージとして用いる場合、ファイルシステムが管理するのが自然である。この場合、仮想メモリ機構が不揮発性メインメモリからのメモリ割り当てを行う場合、ファイルシステムにメモリ割り当て要求を出すことになる。不揮発性メインメモリはストレージとして利用可能であるが、従来型のブロックストレージと比較すると容量に制限があることが問題となる。不揮発性メインメモリの汎用化は、その問題点を解消するため、ブロックストレージを透過的に使用し、不揮発性メインメモリの容量を拡張するものである。平成27年度は、デバイスドライバにより不揮発性メインメモリを汎用化する手法について研究を行った。デバイスドライバは不揮発性メインメモリのインタフェースを提供し、ブロックストレージの存在を隠蔽することで、メモリストレージとして機能させることができる。そして、メモリストレージとして機能させることで、ブロックストレージアクセスに起因するオーバヘッドを削減することができるため、高速なファイルアクセスを実現した。平成27年度に計画した、不揮発性メインメモリの汎用化を含めたかたちでの統合ファイルシステムの機構および高速ファイルアクセス手法の実現は、計画通りの研究開発を実施した。どちらも、Linuxカーネルに開発した機構を実装し、実験を行った。研究成果はLinuxカーネルに実現されているため、シミュレーションではなく、実際のアプリケーションを動作させた実験が可能である。実験の結果、不揮発性メインメモリの汎用化により、ブロックストレージを透過的に使用しても、ブロックストレージアクセスに起因するオーバヘッドを削減することができることを示した。この成果について、論文誌1件、国際会議4件の発表を行った。

不揮発性メインメモリは、その不揮発性によりストレージとしての機能を提供することができるが、ストレージとして一般的なブロックストレージよりも高性能であるため、その容量は制限されたものとなっている。そこで、不揮発性メインメモリのストレージとしての機能により汎用性を持たせるためには、容量の制限を緩和する必要がある。そこで、不揮発性メインメモリの汎用化では、不揮発性メインメモリに大容量のブロックストレージを組み合わせることにより、ストレージの容量を拡張する。ここで、ストレージの容量を透過的に拡張しつつ、不揮発性メインメモリの長所であるメモリインタフェースを維持することが設計の要点となる。メモリインタフェースを維持することで、同期的なアクセスが可能になり、アクセスの高速化が可能になる。不揮発性メインメモリの汎用化は、ファイルシステムレイヤの一般的な拡張として実現した。従来、デバイスドライバレベルで複数デバイスを統合する手法が提供されてきた。不揮発性メインメモリの汎用化も、デバイスドライバレベルで実現するのが自然な拡張である。しかしながら、デバイスドライバレベルでの実現では、メモリインタフェースを維持するために煩雑なインタフェースを提供する必要があり、またファイルシステムレベルでは利用可能な情報が利用できないという欠点があった。そこで、ファイルシステムレイヤで実現することで、インタフェースが単純化でき、またファイルシステムレベルでの情報を利用した高速化が可能であることがわかった。研究成果は、Linuxカーネルに実装し、メモリストレージに対応したファイルシステムを容易に汎用化できることを明かにした。平成26年度の実施を計画していた、メインメモリ・ストレージ融合管理機構およびファイルシステムの再構成については、計画通りの研究開発を実施した。どちらも、Linuxカーネルに開発した機構を実装し、実験を行った。実験の結果、ファイルシステムによる不揮発性メインメモリの管理が、従来のブロックデバイスとは異なるメモリとしての管理手法が必要なこと、このこと踏まえた管理手法を導入することで十分な性能を提供できることを知見として得た。これらの成果について、論文誌1件、国際会議2件の発表を行った。さらに、ファイルシステムの再構成は、平成27年度での研究実施を計画していた、統合ファイルシステムの機構を先取りするかたちで研究を行った。不揮発性メインメモリの汎用化により、本研究課題の汎用性を高めることができている。
蛍光と偏光散乱画像を用いた海洋生物群観測手法の研究

本研究は、ライダーにより水中の微粒子や生物群を計測するためのフィジビリティ・スタディである。微粒子による光散乱の偏光特性を観測するとともにミー散乱を基にシミュレーションした値と比較・検討し、適用条件を推定した。別途、生物のレーザ誘起蛍光を観測するとともに資料を収集した。In-situ計測のためパルスレーザを使用した偏光画像観測装置を製作し、計測機能を確認した。水中における背景光成分を推定し、信号雑音比を評価した。本研究は、水中の微粒子や生物群を計測するためのライダー(Lidar)手法の有効性と適用限界を明らかにするため、蛍光・偏光散乱画像からの情報(濃度、サイズ、形状、種)を抽出するシステムを作り、検証実験を行うと共に参照データを蓄積し、野外計測への適用を図る。このため以下の項目を実施する。(1)海洋生物に関する偏光及び蛍光計測室内実験装置を作成して参照データを収集する。(2)シミュレーションと計測結果を比較検討してモデルの精密化を図る。(3)成魚等大きな個体にも適用できる画像解析法を開発する。(4)背景光となる水中自然光を推定する。ライダー(Lidar)手法を用いた海洋生物群の画像観測システムを提案し、能力を事前評価することを目的としている。今年度は特に水中懸濁粒子偏光特性と多重散乱効果に重点を置いて研究した。本システムは入射レーザの散乱を画像観測して実験的にMuller Matrix要素を算出するもので、先行研究で製作した装置に狭帯域フイルターを付加して自然光下での観測を可能にすると共にデータ処理の高速化を図った。これを用いて懸濁粒子試料(プランクトン、牛乳、飲料等)とポリスチレン標準試料について各パラメータ(サイズ、形状、光学活性度等)に応じた画像およびMuller Matrixデータを収集した。実測に際しては、偏光計(線状)を導入して偏光精度を測定し、装置パラメータの補正を行って精度向上に努めた。偏光精度がMueller matrixの要素に及ぼす影響評価については次年度の課題である。一方、偏光を考慮した多重散乱過程のモンテカルロシ法でのシミュレーションと画像計測結果を比較して、計算に用いた光散乱モデル(Rayleigh-Gans)の限界を把握した。シミュレーションにより、実海域の観測資料を基に偏光及び多重散乱効果を考慮したVBF (volume backscattering function)の推定精度が向上し、ライダー方程式の各パラメータ(ビーム広がり角、視野角、水面反射、水中減衰)が、水中生物群検知信号のS/Nに及ぼす影響を自然光環境下で推定することが可能となる。また、偏光散乱画像を用いることにより懸濁微粒子特性をより詳細に把握することが可能となった。今後、精度向上と適用範囲拡張のため、散乱体の偏光特性および海域の光減衰係数に関する資料の充実を図る。本研究は、ライダー(Lidar)手法を用いて海洋生物群の偏光散乱及び蛍光を画像観測するためのシステムを提案し、性能評価することを目的とする。今年度実施した研究の成果は以下である。1.入射レーザの偏光精度および素子の精度と取り付け方がMueller Matrixの計測誤差要因となる。このためStokes Vectorを連続的に表示できる偏光計を用いてこれらの効果を明確にし、調整を行った。2.試料溶液(プランクトン、牛乳、飲料及びポリスチレン標準試料等)のMueller Matrixを求め、散乱理論による計算値と比較して懸濁粒子の特性(サイズ、形状、光学活性度等)を推定した。3.野外計測には高出力パルスレーザを光源とするシステムが有利である。このため既存の4-channel検知部に改造を施して、自然光環境で予備実験を行い、パルスレーザを用いたシステムの基本性能を確認し、改良項目を明らかにした。4.このため、光散乱モデル(Rayleigh-Gans, Mie)を用いて多重散乱をモンテカルロシミュレーションするプログラムを作成し、室内実験で得た画像計測結果と比較・検討した。今後、散乱体および水質に関する資料の充実を図り、ライダーの計測パラメータ(ビーム広がり角、視野角、水面反射、水中減衰)が信号のS/Nに及ぼす効果を評価するとともに精度向上と適用範囲の拡大を図る。本研究は、ライダー(Lidar)手法を用いて海洋生物群の偏光散乱及び蛍光を観測するシステムを提案し、可能性を評価することを目的とする。1.懸濁粒子の偏光散乱画像を観測して偏光特性をMueller Matrixで表示した。サイズ(球形)の影響は偏光の平行、交差項に明瞭に示された。理論値と比較すると2回の散乱過程計算で画像パターンの特徴を推定できる事が分かった。2.同上の観測で、粒子の光学活性度の影響がMueller Matrixの要素(M14、M41)に明瞭に示された。この画像に及ぼす溶液の光学活性度(グルコース)の影響を調べたところ、大きな影響は与えていないことが示された。詳細を検討中である。3.海洋計測は変化の速い現象を対象とするためパルスレーザを用いた後方散乱を計測する手法が有効である。

変化する偏光状態を瞬時に捉えるため4channel同時観測システムを作り実験を行った。画像歪み修正用プログラムを作成し、画像間の演算処理精度向上を図った。4.このシステムを評価するには偏光を考慮した散乱理論および水中背景光の評価が必要となる。このため、モンテカルロ・シミュレーションを含むプログラムを作成し、計測結果と比較・検討中である。今後、散乱体および水質に関する資料の充実を図り、ライダーの計測パラメータ(ビーム広角、視野角、水面反射、水中減衰)が信号のS/Nに及ぼす効果を評価するとともに精度向上と適用範囲の拡大を図る。本研究は、ライダー(Lidar)手法を用いて海洋生物群の偏光散乱及び蛍光を観測するシステムを提案し、可能性を評価することを目的とする。今年度実施した研究の成果は以下である。1.懸濁粒子の後方散乱画像を観測して偏光特性をMueller Matrixで表示した。粒子サイズ(球形)の影響は偏光の平行、交差項に対応するM12とM21要素に明瞭に表れており、Mie散乱を基にしたモンテ・カロル・シミュレーション値ともよく一致する事が分かった。2.粒子の光学活性度の影響がMueller Matrixの要素(M14、M41)に示された。画像に及ぼす溶液の光学活性度の影響をグルコース濃度の異なる溶液で調べたところ、大きな影響は与えていないことが示された。光学活性度に関する信号が微弱であるため高感度計測の工夫が必要である。3.In-situ計測では短時間に変化する偏光状態が変化する。これを捉えるためパルスレーザを用いた偏光状態(Stokes Vector)計測用の4channelシステムを開発し実験した。画像間のずれを演算補正して精度向上を図った結果、反射の偏光特性を顕在化できることが分かった。4.偏光観測の能力を評価するには水中背景光の評価が必要となる。このため、偏光を考慮した放射伝達の式に基づいて太陽光強度の水中到達強度を推定した。5.上記資料を基にライダーの計測パラメータ(ビーム広角、視野角)と海中光環境が信号のS/Nに及ぼす効果を推定評価した。
抗生理活性物質抗体の構造解析と機能性ペプチド分子創生への応用

抗生理活性物資抗体(抗グリチルレチン酸抗体、抗シガトキシン抗体)産生ハイブリドーマ細胞から抗体遺伝子をPCR法を用いてクローニングし、反応特異性に密接な可変部領域の塩基配列を決定し、それらの予測アミノ酸配列について遺伝子バンクに登録されている抗体と相同性について解析した。CDR1およびCDR2領域に関して、それぞれ高い相同性が認められたが、CDR3領域の配列に関して相同性の高い配列は認められなかった。これより、CDR3領域が特に抗体と抗原との反応特異性に寄与していることが示唆された。すなわち抗シガトキシン抗体に関して、シガトキシン1B(CTX1B)のABC環部を有機化学的に合成し、KLHとのコンジュゲートとして免疫、マウスモノクローナルを得た。反応特性性に関する検討から、CTX1Bの2位水酸基の立体が2R体と反応する6H7抗体と天然型2S体と反応する6F12抗体及び4H2抗体が得られていた。遺伝子解析から得られた各抗体の予測アミノ酸配列の比較により、6F12と4H2の重鎖領域配列の相同性が高く、可変領域内125アミノ酸残基中115残基(92%)が一致した。そこで、現在pComb3をベクターとしてCDR3領域をランダム化したファージディスプレイFab抗体ライブラリーを作製し、2S-ABC環ー牛血清アルブミン(BSA)コンジュゲートを用いてパンニングを行い、得られたファージクローンの解析を継続している。今後は、CDR1及びCDR2をランダム化した抗体ライブラリーを作製し、ハイブリドーマ法を代替するモノクローナル抗体作製法開発に応用する。抗生理活性物質表体遺伝子をクローニング、反応特異性に密接な可変部領域の塩基配列を決定し、それぞれの化合物との反応に重要なアミノ酸構造を明らかにする。またCDR部位に変異を入れたランダム突然変異ライブラリーを作製し、ハイブリドーマ法を代替えする抗体作製法に応用することを目的として、抗体産生ハイブリドーマ細胞(抗グリチルレチン酸(GA)抗体産生細胞)から抗体遺伝子をクローニングした。すなわち、ハイプリドーマ細胞より常法に従って、総RNAを抽出し逆転写酵素を用いて単鎖cDNAライブラリーを作製した。次いで抗体遺伝子可変部領域を特異的に増幅できるプライマーセットを合成し、PCR法を用いてVH遺伝子及びVL遺伝子をそれぞれ増幅後、DNA断片末端を制限酵素を用いて処理し、順次大腸菌ファージディスプレイファジェミドDNAであるpComb3にライゲーションし、コンビナトリアルライブラリーを作製した。ライブラリーを大腸菌XL-1Blueにエレクトロポレーションで導入後、ファージディスプレイライブラリーに誘導し、PEG沈殿法により濃縮した。GA-BSAコンジュゲートを用いたパンニング法によりさらにファージを濃縮した。濃縮したファージを大腸菌に感染、クローン化した後、再びファージディスプレイに誘導し、各クローンファージとコンジュゲートの反応特異性をファージELISAで検討し、それらのクローンの中でGA-BSAコンジュゲートとの選択的反応性に優れるGA14-1を得た。蛍光、法により挿入されているVH及びVL遺伝子配列を決定した(遺伝子バンク登録番号:AF006832)。遺伝子バンクとのホモロジー検索・解析の結果、反応特異性に寄与しているのはVH鎖の方であることが示唆された。
算数・数学的思考から一般的思考への転移の可能性に関する研究

研究1では,(1)数学学習コンテンツ6領域の間で、日常的有効性認知(日常的に有効であるとする認知)に違いがあるのかどうか、(2)数学学力と日常的有効性認知及び有効場面の産出数との関連性について検討し,有効性の認知は学習領域によって異なり、「計算」及び「表とグラフ」は、他領域よりも有効性が高いと認知されている(図2)。学力低位群は、「論証」の有効性を最も低く認知しており、加えて同群は「論証」の有効場面の産出も困難であることが明らかにした。研究2では、数学的思考から一般的思考への転移可能性をより精緻に検討するために、数学学習内容の理解度の指標を知識構造とし、一般的思考を科学的思考に限定した形で、学習者の知識構造と科学的思考と関連性を検討し,数学の学力が同程度であっても,数学的思考の知識構造が精緻な生徒の方が,科学的思考においても多様な視点を取りうることが明らかになった。研究3では、思考力を形成する教授方略の抽出を試みるとともに、その教授方略と数学教師の数学学習内容の理解度との関連性を検討したが,数学学習内容の理解度と教授方略との関連性は明らかにできなかった。その原因は、学習単元の導入場面に即して授業プランを作成させたことにより、授業プランにおける教師の意図が知識定着に限定されてしまい、思考を導くような教授方略が抽出できなかったことにある。
進化工学的手法による石炭液化、脱硫菌株の育種

新規物質の分解に関与する遺伝子が如何に発生するかという問題を理解するには、進化の現場を実際に押さえることが極めて有効である。私達はすでにPseudomonas aeruginosaPAO株から人工物質ナイロンオリゴマーを分解する菌株を実験室内進化で取得し、その分子機構を解析している。本研究では、この様な微生物の持つ柔軟な適応力を環境汚染の問題物質へ適用し、進化工学的手法を新たな微生物の育種技術として確立することを目標として、化石燃料中の問題物質とされている含硫黄芳香属化合物、ジベンゾチオフェン、含窒素芳香族化合物カルバゾールに対する分解能力を実験室条件下で発生させることを計画した。材料として、遺伝解析の系が確立されている2株、Pseudomonas aeruginosa PAO及び大腸菌K12株を使用し、基質としては、ジベンゾチオフェン、カルバゾールをモデル化合物として選択した。現在、生育能は低いが、ジベンゾチオフェンを硫黄源として生育する大腸菌、カルバゾールを窒素源として生育するPAO株を取得している。ジベンゾチオフェン代謝株はベンゾチオフェン、ジベンゾフェノンなど数種類の代謝能を、カルバゾール代謝株はトリプトファン代謝能を併せて獲得していた。これは、ある一つの化合物の生育能で選択すると、これとは独立した複数の基質の分解活性を同時に獲得していることを意味する。同様の操作を実際の石炭抽出物へ適用し、さらにタンパク質レベルでの解析する部分が今後の課題として残ったが、今回得られた結果は、石炭の様なヘテロな化合物に新たに能力を付与するうえで、進化工学的手法が適用できる可能性を示すものである。
腎細胞癌に対する非破壊的幹細胞移植モデルマウスの作製とその応用

1.細胞株を使ったマウス実験モデルの開発RCCの細胞株としてA498(HLA-A2+)を用いる。この細胞株はHLA-A2拘束性にMUC-1を発現している。(1)MUC1ペプチド特異的HLA-A2拘束性CTLクローン細胞の樹立:正常ヒト末梢血(HLA-A2+)から単核球をとりだし、付着細胞を得た。GM-CSF、IL-4とともに培養後、5日目にTNF-αを加え培養し樹状細胞を得た。同様に単核球をMUC1ペプチド添加自己樹状細胞で繰り返し刺激しCTLクローン細胞を樹立した。(2)A498担癌マウスの作製:SCIDマウスの皮下にのA498細胞を植え込み生存曲線を検討した。9.0x10^6のA498細胞を皮下に植え込むと平均67日(52日、81日)の生存を示した。3.5x10^7では平均48日(30日、34日、75日)の生存を示した。今後の実験には5.0x10^7の皮下投与を用いた。(3)抗腫瘍活性の確認:A498細胞と上述のCTL細胞を加えて培養後、A498細胞への細胞障害率をフローサイトメトリーで検討したところ、HLA-A2+陽性細胞株のみ細胞障害性を示した。CTL細胞のin vivo抗腫瘍効果の評価:A498担癌マウスに毎週1x10^6のCTL細胞を輸注していき、腫瘍の大きさ、生存率を比較検討した。コントロールとしてCTL細胞のかわりにヒトリンパ球(HLA-A2+あるいはHLA-A2-)を輸注した。現在、施工中であるが、コントロール群では25日、63日に全匹死亡したのに対し、CTL細胞輸注群では1匹が42日に死亡したが、他は生存中である。以上よりA498腎癌担癌マウスを作製し、MUC1ペプチド特異的HLA-A2拘束性CTLクローン細胞を投与すれば、生存曲線の延長が認められ、このマウスはミニ同種幹細胞移植のモデルとなりうると考えられた。1.腎細胞癌のミニ移植モデルマウスを作製する。(1)ヒト腎細胞癌の細胞株のスクリーニング施行した。癌抗原としてMUC1を用いる。MUC1由来のペプチドはHL4-A2上に発現することが判明しているので、HLAのA locusがA2を示し、かつMUC1を発現しているヒト腎細胞癌の細胞株をスクリーニングした。以上の結果から、マウスに移植するヒト細胞株はA-498を選択した。陰性コントロールとして、細胞株ACHN、細胞株Caki-1、Caki-2を使用することにした。(2)ヒト腎細胞癌A-498をSCIDマウスに移植をした。SCIDマウスの皮下にA-498の細胞株(1x10^4、1x10^5、1x10^6)を移植した。いずれの群も生着したものの、1x105個以上の細胞数であれば、皮下に腫瘤を形成した。まだ、1x10^6以上の細胞数を移植した場合のみ1ヶ月前後から死亡していくことが明らかとなった。平成16年度(3)Cytotoxic T

細胞(CTL)の誘導し、A-498移植マウスに投与。生存率をCTL非投与群と比較する。HLA-A2をもったヒトから末梢血を採取後、Dendritic cell(DC)を誘導し、ペプチドをパルスする。これらの細胞培養中にautologous末梢血単核球をともに培養し、CTLを誘導する。1.細胞株を使ったマウス実験モデルの開発RCCの細胞株としてA498(HLA-A2+)を用いる。この細胞株はHLA-A2拘束性にMUC-1を発現している。(1)MUC1ペプチド特異的HLA-A2拘束性CTLクローン細胞の樹立:正常ヒト末梢血(HLA-A2+)から単核球をとりだし、付着細胞を得た。GM-CSF、IL-4とともに培養後、5日目にTNF-αを加え培養し樹状細胞を得た。同様に単核球をMUC1ペプチド添加自己樹状細胞で繰り返し刺激しCTLクローン細胞を樹立した。(2)A498担癌マウスの作製:SCIDマウスの皮下にのA498細胞を植え込み生存曲線を検討した。9.0x10^6のA498細胞を皮下に植え込むと平均67日(52日、81日)の生存を示した。3.5x10^7では平均48日(30日、34日、75日)の生存を示した。今後の実験には5.0x10^7の皮下投与を用いた。(3)抗腫瘍活性の確認:A498細胞と上述のCTL細胞を加えて培養後、A498細胞への細胞障害率をフローサイトメトリーで検討したところ、HLA-A2+陽性細胞株のみ細胞障害性を示した。(4)CTL細胞のin vivo抗腫瘍効果の評価:A498担癌マウスに毎週1x10^6のCTL細胞を輸注していき、腫瘍の大きさ、生存率を比較検討した。コントロールとしてCTL細胞のかわりにヒトリンパ球(HLA-A2+あるいはHLA-A2-)を輸注した。現在、施工中であるが、コントロール群では25日、63日に全匹死亡したのに対し、CTL細胞輸注群では1匹が42日に死亡したが、他は生存中である。以上よりA498腎癌担癌マウスを作製し、MUC1ペプチド特異的HLA-A2拘束性CTLクローン細胞を投与すれば、生存曲線の延長が認められ、このマウスはミニ同種幹細胞移植のモデルとなりうると考えられた。
スピン球体への超高密度エネルギー貯蔵技術の開発:フライホイールの多軸回転化

本研究では,機械式バッテリーのエネルギー密度を高めることを目標として,従来1軸回転であったフライホイールを2軸回転にすることを検討した.解析により,球体の回転を互いに直交する回転軸まわりに2軸回転化することで1軸回転と比較して原理的には2倍のエネルギー貯蔵が可能であることを確認した.実際に2軸回転装置を試作し,解析と同様の結果が得られた.2軸回転化によりエネルギー貯蔵量を向上できる可能性が解析と実験により示された.本研究では、新概念の高性能機械式バッテリーの実現を目指し、スピン球体に回転エネルギーを超高密度貯蔵させ、電力変換器を介して充放電を可能とする技術の研究開発を行う。機械支持された球体、あるいは低粘性流体中に浮遊する球体を2軸スピンさせることにより,従来のフライホール(回転円盤)エネルギー貯蔵技術では実現困難なエネルギー密度・入出力密度の達成を狙った。開発は原理検証からはじめ、機械・電気・材料の分野融合的なアプローチにより技術の基礎を固め、ポテンシャルを定量化した。化学式バッテリーに大きく依存する蓄電システムの未来像を変える挑戦的な取り組みである。上記の研究目的を達成するためのマイルストーンを次のように設定した。1機械支持による2軸スピン球で原理確認。1軸スピンに対する優位性を確認する。2流体浮遊支持(あるいは低損失の機械支持)による2軸スピンで充放電を確認し、2軸スピンメカニズムを探求・確立する。3上記1または2の結果から、新概念の将来ポテンシャルと超高密度化への技術課題を明らかにする。当該年度(2年度目)では、初年度における原理確認実験の成果(上記マイルストーン1を達成)を踏まえて、機械支持による2軸スピン機構のさらなる低損失化を目指した実験研究を行った。実験結果より、初年度の試作機に較べ、有意な損失低減を達成することができ、上記マイルストーン2を達成することができた。また、これまでの結果から新概念の高い将来ポテンシャルを確認し、今後の技術課題を抽出ですることができた。これにより当初のマイルストーンの要点はすべて達成することができた。さらに、成果の一部を論文公表した。第2報も投稿予定としている。機械支持された球体、あるいは低粘性流体中に浮遊する球体を2軸スピンさせることにより,従来のフライホール(回転円盤)エネルギー貯蔵技術では実現困難なエネルギー密度・入出力密度の達成を狙う。開発は原理検証からはじめ、機械・電気・材料の分野融合的なアプローチにより技術の基礎を固め、ポテンシャルを定量化する。とくにスマートグリッド向けの電力平準化蓄電システムへの適用を想定したデバイスの実現可能性と最適構成を明らかにする。上記の研究目的を達成するためのマイルストーンを以下のように設定している。(1)機械支持による2軸スピン球で原理確認。(2)流体浮遊支持(あるいは低損失の機械支持)による2軸スピンで充放電を確認し、2軸スピンメカニズムを探求・確立する。(3)上記(1)または(2)の結果から、新概念の将来ポテンシャルと超高密度化への技術課題を明らかにする。当該年度(初年度)では、(1)に着目し、機械支持による球体の2軸スピン機構を提案・試作して実験検証を行った。実験結果より、従来の1軸回転に対して2軸スピンでは2倍のエネルギー貯蔵が可能であることを原理確認できた。さらに、2軸スピンでの貯蔵理論・流体/熱/応力解析等にも着手できた当初の計画では、研究目的を達成するためのマイルストーンを以下のように設定している。このうち、当該年度(初年度)は(1)の達成が目標であったため、研究はおおむね順調に進展している。2年度目はマイルストーン(2)と(3)の達成を狙う。初年度で行った機械支持による2軸スピンモデルを改良し、より低損失な2軸スピンモデル構築に挑戦する。流体浮遊保持による機構も検討する。また、これに適するシステム構成とスピン球の材料・構造を設計試作する。極力レアアースフリーを目指し、磁性材料にはフェライト磁石などを用いる構造も検討する。高速スピンを達成するために、Al合金、Mg合金、Ti合金などの先端軽金属材料の使用も検討し、焼結・フォーム技術による磁性材料粉末との混合・磁性配置法についても検討する。最終的に、実現可能性が高い仕様を決定し、より本格的な実験モデルを製作し、実験を行う。

これらの実験結果に加えて、1年度目から継続した貯蔵理論・流体/熱/応力解析等を統合してシステム性能予測モデルを構築し、性能予測手法を確立する。これを用いてスマートグリッド向けの蓄電システムに対する実現性を定量化する。実験・解析・考察・反映を繰り返し、マイルストーン(3)を達成したい。2年度目はマイルストーン(2)と(3)の達成を狙うために、より低損失な2軸スピン機構を設計し、試作試験による検証を行う予定である。この2軸スピン機構の試作のための物品費に約120万円の使用を予定している。また、2軸スピン機構の参考となる多自由度アクチュエータ関係の情報収集および関連学会などでの情報収集の旅費として10万円、実験補助を行う学生謝金として15万円、成果論文の掲載費として5万円程度の使用を予定している。
食品に含まれるヒスタミンを迅速・非破壊に検出する新規測定法の開発

食品中のヒスタミンを簡易・迅速に検出するため、Direct Analysis in Real Time mass spectrometry(DART-MS)による測定を試みた。任意のヒスタミン濃度に調整した標準溶液を作成し、内部標準物質として1,8ジアミノオクタンを100 ppmとなるように添加した。DART-MSの分析条件は以下の通りであり、DARTイオン源としてDART-Svp(イオンセンス社製)を使用し、ヒーターの加熱温度は200°C-450°Cとした。質量分析装置にはLCMS2020(島津製作所製)を使用した。DART-MSによる分析の結果、ヒスタミンおよび内部標準物質に対応するピークが確認され、ピーク強度は400°Cで最も強くなった。ヒスタミン濃度とピーク面積比(ヒスタミン/内部標準物質)の間には線形的な関係が認められた。マグロおよびブリの切り身を10gずつに切り分け、ヒスタミンを付着させた。このような魚肉について、1,8ジアミノオクタンを添加した0.1 mM-EDTA溶液を90 mL加えてホモジナイズした。その後、濾過して得た抽出液についてDART-MSで測定を行った。DARTイオン源のヒーター加熱温度は400°Cとした。ヒスタミンおよび1,8ジアミノオクタンに対応したピークが観察された。魚肉抽出液に関しても、ピーク面積比(ヒスタミン/内部標準物質)はヒスタミン濃度に比例して線形的に増加した。ヒスタミン標準溶液を使用して作成した検量線を用いて魚肉中のヒスタミン濃度を推定し、高速液体クロマトグラフによる分析結果と比較したところ、DART-MSによる分析ではヒスタミンを過大に見積もる傾向が見られた。DART-MSによる分析は簡易・迅速な一次スクリーニングとして十分に活用できると考えられたが、前処理条件を見直すなどにより測定精度を向上させる必要がある。
磁束量子の整流効果の実空間における直接観察

超伝導体内部では磁束が量子化され、この磁束は電流との相互作用により移動することが知られている。この移動は特定条件下で整流作用を発現するが、個々の磁束量子の挙動は明らかではない。本研究では走査SQUID顕微鏡(SSM)を用いることにより、酸化物超伝導体の粒界接合近傍における磁束の実空間での挙動の観察を行った。また、SSMを用いた薄膜中の電流観測手法を確立するとともに、材料となる薄膜の高品質化を試みた。超伝導体中では磁束が量子化されるが、近年、その磁束量子の移動に方向性を持たせることにより、整流作用を示すことがSilvaらにより見いだされた。しかし、その挙動の素特性はまだ十分に明らかではなく、実際にどのように磁束が運動しているのか、その静的、動的な挙動を詳細に、実空間においてその挙動を微視的かつ詳細に調べることが不可欠である。これまで行われてきた研究はマクロな視点で行われてきており、個々の磁束量子を直接観察し、その挙動を明らかにするには至っておらず、推測の域を出ていない。本研究はくさび形の試料など、磁束の易移動方向をもつと思われる構造を用い、走査SQUID顕微鏡(SSM)によって実空間で一本一本の磁束量子を実空間で直接観察することにより、この効果による磁束量子の整流作用の起源を明らかにしようとするものである。磁束量子を用いた論理演算素子実現への要素技術として重要な足がかりとなる。本年度においては、極めて結晶性の優れた単結晶薄膜を用いた粒界接合を作製し、SSMを用いて観察を行った。これにより、粒界接合付近に存在する磁束量子の観察も行い、これにより単結晶薄膜で作製した接合の接合近傍に存在する磁束量子の分布等が明らかとなった。また、磁場印加時に発生する超伝導遮蔽電流に起因する磁場信号の界面付近での挙動が観察され、磁気信号による境界が明確に観測された。これらの結果、H22年度以降の研究に必要な基礎的なデータが得られた。超伝導体中では磁束が量子化され、その磁束量子は電流を流すことによりローレンツ力を受けて、移動することが知られている(Kim et al. Rev. Mod. Phys. 36(1964)43)。近年、その磁束量子の移動が整流作用を示す、ラチェット効果が発見された(Silva et al. Nature 440(2006)651)。本研究は、超伝導体の薄膜くさび形の試料を用い、走査SQUID(superconducting quantum interference device)顕微鏡(SSM)によって実空間で一本一本の磁束量子を実空間で直接観察することにより、ラチェット効果による磁束量子の整流作用に本質的に必要な起源を明らかにしようとするものである。平成22年度はイットリウム系超伝導体の結晶粒界を用い、弱結合となる粒界接合近傍に生成する磁束量子の観測をSSMを用いて行った。また、本研究ではローレンツ力の印加のための電流として、超伝導体に磁場をかけた際に発生する遮蔽電流を主として用いた。これにより、粒界接合近辺に分布する磁束量子の分布状態に関する知見が得られた。さらに、超伝導薄膜に磁場を印加した際に、薄膜中に穴があるとその周辺で正負の磁場信号が生成するが、この現象を用いてSSMを用いて電流の流れの大きさと方向を知ることができることが本研究の過程で明かとなり「電流の方向と密度の測定方法、表示方法及び測定表示装置」として特許出願が行われた。超伝導体中では磁束が量子化され、その磁束量子は電流を流すことによりローレンツ力を受けて、移動することが知られている(Kim et al.Rev.Mod.Phys.36(1964)43)。近年、その磁束量子の移動が整流作用を示す、ラチェット効果が発見された(Silva et al.Nature 440(2006)651)。本研究はくさび形の試料を用い、走査SQUID(superconducting quantum interference device)顕微鏡(SSM}によって実空間で一本一本の磁束量子を実空間で直接観察することにより、ラチェット効果による磁束量子の整流作用に本質的に必要な起源を明らかにしようとするものである。平成23年度は引き続きイットリウム系超伝導体の粒界接合付近における磁束の直接観察を行い、また超伝導遮蔽電流との相互作用の直接観察を行った。23年度は、22年度に特許出願した手法を用いることにより、SSMを用いて試料薄膜中の電流を局所的に観測しながら磁束量子を観察することが可能となった。また、試料作製のための薄膜作製手法として、塩化カリウムを用いて準平衡下でのビスマス系超伝導薄膜作製を試みた。この結果、粒界接合への磁束量子の侵入の直接観察を行うことができた。

塩化カリウムを用いた薄膜作製法は研究途上であり、従来法に比べ膜質はまだ不十分ではあるが、相対的に良好な薄膜を作製するための焼成方法やアニール条件等が得られた。
新規放射線増感療法としての金属ナノ粒子動注の応用研究

放射線治療は急速に進歩しているが、治療効果を高める増感剤の開発は放射線治療の適応拡大に必須である。過酸化チタンナノ粒子はそのような放射線治療の増感作用を有する物質の一つであるが、20-200nmサイズの粒子が作成可能であり、EPR(Enhanced Permeation and Retention)効果が期待できる。EPR効果とは、腫瘍組織では正常血管内皮細胞よりも広い間隙(約200nm)が開口しており、またリンパ管が未発達で排出が困難なために、20 - 200 nm程度の粒子製剤は腫瘍組織内に長時間滞留・残存する特性のことであり、現在の抗腫瘍薬のドラッグデリバリーシステムの研究において最も重要な因子の一つである。しかし、我々の先行研究においてはマウス尾静脈から投与された100nmの過酸化チタンナノ粒子は腫瘍に高く集積したが、それは総投与量の数%に過ぎず、多くは肝や肺などに集積・排出された。そのため、腫瘍への集積効率の向上、非標的臓器への集積の低減が未解決の課題である。そのため、物質の投与法として、実地臨床で既に普及している経動脈的な薬剤注入(動注療法)、さらには静脈からの薬剤回収(灌流療法)を用いることで、この課題を解決し、臨床応用へとつなげることが今回の研究目的である。主に膵癌などの体内深部の臓器に対し、動注は優れたdrug deliverysystemであり、この研究のもつ意義は高い。現状では動注療法により静注よりも高い集積を得ることが出来ているが、臨床応用に用いれるほどの選択的な集積亢進ではなく、さらなる集積亢進が必要である。前年度に引き続き、VX2大腿胆癌ウサギモデルを用いて、金属ナノ粒子の最適な動注条件(粒子の濃度、速度など)を検討している。動脈側、静脈側にバルーンカテーテルを挿入することで、腫瘍血流を停滞させることで通常の動注療法よりも腫瘍への集積を認めているが、再現性がやや乏しいことと、投与量の多くが肝や脾などに集積する点が課題である。金属ナノ粒子の粒子径変更、drug eluting beadsの併用といった動注技術上のアプローチを行う。また、VX2が変性の強い腫瘍であるため、ラットモデルを用いて同様の研究を計画している。当該年度においては、VX2大腿胆癌ウサギモデルを用いて、金属ナノ粒子の最適な動注条件(粒子の濃度、速度など)を検討している。VX2大腿胆癌ウサギモデルを用いて、金属ナノ粒子の最適な動注条件(粒子の濃度、速度など)を検討している。現時点で、動注療法を行うことで、静脈投与に比して3倍程度の腫瘍への集積を認めているが、依然、投与量の多くが肝や脾などに集積してしまっているため、動注の方法や投与濃度などをさらに調整している段階である。

そのため、物質の投与法として、実地臨床で既に普及している経動脈的な薬剤注入(動注療法)、さらには静脈からの薬剤回収(灌流療法)を用いることで、この課題を解決し、臨床応用へとつなげることが今回の研究目的である。主に膵癌などの体内深部の臓器に対し、動注は優れたdrug deliverysystemであり、この研究のもつ意義は高い。現状では動注療法により静注よりも高い集積を得ることが出来ているが、臨床応用に用いれるほどの選択的な集積亢進ではなく、さらなる集積亢進が必要である。前年度に引き続き、VX2大腿胆癌ウサギモデルを用いて、金属ナノ粒子の最適な動注条件(粒子の濃度、速度など)を検討している。動脈側、静脈側にバルーンカテーテルを挿入することで、腫瘍血流を停滞させることで通常の動注療法よりも腫瘍への集積を認めているが、再現性がやや乏しいことと、投与量の多くが肝や脾などに集積する点が課題である。上述の通り、動注の条件設定を行い、その後、VX2肝担癌ウサギを用いて、動注療法における金属ナノ粒子の腫瘍部およびその発生母地である臓器の非腫瘍部への集積効率を検討する。金属ナノ粒子の粒子径変更、drug eluting beadsの併用といった動注技術上のアプローチを行う。また、VX2が変性の強い腫瘍であるため、ラットモデルを用いて同様の研究を計画している。当初の実験計画より進捗がやや遅れており、次年度に本年度の実験の一部を行うこととなるため、それに必要な物品費等を計上する。
Cyclosporine Aにより誘導される血管収縮機構および細胞増殖機構の解明

【目的】免疫抑制薬であるCsAにより誘導される高血圧の成因については未だ確定されたものがない。本研究では血管平滑筋細胞および血小板レベルにおけるNa^+,K^+,Ca^<2+>陽イオン輸送系およびDNA合成系に着目することにより、CyAの細胞内情報伝達機構を明らかにし、更には各種血管作動性物質との相互作用についても検討した。(B)ヒト血小板においてCsA10μg/mlは単独で^<45>Ca uptakeを亢進させ、またThrombinにより誘導される^<45>Ca uptake亢進作用、〔Ca^<2+>〕i上昇作用に対してCsAは増強効果を示した。【結論】細胞膜レベルにおけるCsAの効果は、直接的にはCa^<2+>channelを介し細胞内Ca^<2+>濃度を上昇させることにより血管収縮性に作用し、PKCを介することにより細胞増殖性に作用した。また間接的にはvasoconstrictive agentsの血管反応性に対して増強効果を示した。CsAはこれらの直接的および間接的な二つの作用を介して高血圧症を惹起している可能性が示唆された。更にはCsAによりVSMCにおけるET-1産生が誘導されている可能性も示唆された。
在宅重度心身障害児者と家族のQOLをめざす看護ケアリングに関する研究

本研究の目的は、看護ケアリングを目的とした看護者の触れる手(タッチング)と音楽(リズム・メロディー・和声)の二方向からの刺激が、重度心身障害児者の心身へどのような影響を与えるかを科学的に検証し、有効とされた方法を在宅重度心身障害児者とその家族へ適用し、看護ケアリングの一方法を確立するための基礎研究である。研究方法は、経験的に検証した研究方法を応用し文献検討を加え基礎研究の研究仮説を立案した。まず、共同研究者らが実践の過程で経験的に効果的としたケアリングを再検討し、承諾を得て在宅重度心身障害児者と親の会を対象に1年間(月1回)実証的な研究を実施した。その結果、有効とされた看護ケアリングの二方向刺激を、科学的に検証するために研究協力が得られた北九州市と米子市の健康な女子大学生60名を対象として、タッチングを介した音楽刺激とタッチングを介さない音楽刺激を比較検討した。さらに、コントロール群としてタッチングと音楽の二方向刺激のない状態の反応をみた。データ収集は、赤外線放射温度計(TH5108)を用い体表面温度として中枢(右項部)と末梢(右手背部)の皮膚温及び心拍数と呼吸数を15分間連続測定した。実験環境は、在宅条件に類似させ室温19度21度、湿度60%65%に設定した。二方向刺激のタッチングは看護の専門家が行い、音楽は音楽療法士が選曲し、音楽を用いる時間は看護専門家が決定した。音楽聴取方法は、被験者にビーズクッションを用いて安楽な座位姿勢を保持させ、CDとイヤホーンを用いて周囲の雑音に影響されない方法を選択した。感情面の調査は、実験終了後の感情の変化に着目し、半構成的な聞き取り調査を行った。研究結果は、タッチングを介した音楽の二方向刺激群では、皮膚温二点の平均曲線はタッチング3分間で0.3度上昇し音楽でさらに0.2度上昇し音楽が終了に近づくにつれ徐々に0.1度下降した。音楽刺激のみ群では、皮膚温二点の平均曲線は0.1度0.3度下降した。二方向刺激なし群では、開始後6分間は0.4度上昇したが15分の終了時間までに0.3度下降した。心拍数及び呼吸数は検証できなかった。感情面は、二方向刺激及び音楽刺激共に安定した情緒反応を示した。今後の課題は、心拍数・呼吸数について検証し看護ケアリング方法の確立を行い一般化する。1.研究目的看護ケアを目的とした看護者の触れる手(タッチング)と音楽(リズム・メロディー・和声)の二方向からの刺激が、重度心身障害児者の心身へどのような影響を与えるかを科学的に検証する。2.研究方法共同研究者らが、これまでの実証研究で得た研究方法を仮説とし研究計画を立案した。対象者:本研究に協力の得られた北九州市の健常な女子大学生30人を対象とした。

方法:タッチングと音楽の二方向からの刺激に対する反応を、赤外放射温度計(TH5108)を用いて、対象者の体温(右手背部と右総頸動脈部の皮膚表面2点)・脈拍・呼吸を連続的に測定した。3.結果の概要1.タッチングを介した音楽CD1CD3の刺激は、対象者30人の皮膚温2点の平均値を共に上昇させ、CD3終了まで緩やかな上昇曲線を描いた(詳細は、日本看護科学学会で報告予定)。2.対象者30人の属性とタッチングを介した音楽刺激の相関関係はなかった。4.今後の課題本基礎研究で得た結果を、在宅生活を営む重度心身障害児者と家族の協力を得て研究を進めるためには、皮膚温のみでなく深部体温を定量的に分析・解析する必要がある。本研究で用いた機器、重度心身傷害児者に適用する事は身体に端子を装着する際に危険が伴う可能性がある。本研究を継続することで、在宅重度心身障害児者と家族のQOLをめざすケアリングの方法論を確立することになり、各専門職が科学的裏づけのもとに対象者と家族へ助言することができる。本研究の目的は、看護ケアリングを目的とした看護者の触れる手(タッチング)と音楽(リズム・メロディー・和声)の二方向からの刺激が、重度心身障害児者の心身へどのような影響を与えるかを科学的に検証し、有効とされた方法を在宅重度心身障害児者とその家族へ適用し、看護ケアリングの一方法を確立するための基礎研究である。研究方法は、経験的に検証した研究方法を応用し文献検討を加え基礎研究の研究仮説を立案した。まず、共同研究者らが実践の過程で経験的に効果的としたケアリングを再検討し、承諾を得て在宅重度心身障害児者と親の会を対象に1年間(月1回)実証的な研究を実施した。その結果、有効とされた看護ケアリングの二方向刺激を、科学的に検証するために研究協力が得られた北九州市と米子市の健康な女子大学生60名を対象として、タッチングを介した音楽刺激とタッチングを介さない音楽刺激を比較検討した。さらに、コントロール群としてタッチングと音楽の二方向刺激のない状態の反応をみた。データ収集は、赤外線放射温度計(TH5108)を用い体表面温度として中枢(右項部)と末梢(右手背部)の皮膚温及び心拍数と呼吸数を15分間連続測定した。実験環境は、在宅条件に類似させ室温19度21度、湿度60%65%に設定した。二方向刺激のタッチングは看護の専門家が行い、音楽は音楽療法士が選曲し、音楽を用いる時間は看護専門家が決定した。音楽聴取方法は、被験者にビーズクッションを用いて安楽な座位姿勢を保持させ、CDとイヤホーンを用いて周囲の雑音に影響されない方法を選択した。感情面の調査は、実験終了後の感情の変化に着目し、半構成的な聞き取り調査を行った。研究結果は、タッチングを介した音楽の二方向刺激群では、皮膚温二点の平均曲線はタッチング3分間で0.3度上昇し音楽でさらに0.2度上昇し音楽が終了に近づくにつれ徐々に0.1度下降した。音楽刺激のみ群では、皮膚温二点の平均曲線は0.1度0.3度下降した。二方向刺激なし群では、開始後6分間は0.4度上昇したが15分の終了時間までに0.3度下降した。心拍数及び呼吸数は検証できなかった。感情面は、二方向刺激及び音楽刺激共に安定した情緒反応を示した。今後の課題は、心拍数・呼吸数について検証し看護ケアリング方法の確立を行い一般化する。
象牙細管侵入細菌の菌体内多糖合成に関する動的解析

齲蝕病巣内の象牙細管に生息する細菌の菌体内多糖合成の動的変化を解析することは,象牙質齲蝕の発症ならびに進行機序を解明する上で重要である。申請者らは,象牙細管中に密集する細菌における菌体内多糖合成に,種々の関連遺伝子がどのように関連しているのかを検討すべく,com関連遺伝子(comCおよびcomX)およびPTS系の関連酵素(スクロースエンザイムII)をコードする遺伝子(scrA)をノックアウトした遺伝子改変株を作製し,象牙質板を用いたグルカン合成量の測定ならび形態学的検索を行った結果,以下のような所見を得た。1)光学顕微鏡像より測定した象牙細管の直径は,いずれのcom関連遺伝子改変株においても,菌の侵入が認められる細管において,そうでないものよりも増加していた。しかしながら,その増大率はすべての菌株で,5%スクロースの添加により大きくなる傾向を示した。特にcomC欠損株およびcomX欠損株においては,BHI培養(24日間)後の細管径の増大率と,BHI培養後にスクロース無添加トリプチケースソイブロス(TSB)(2日間)および5%スクロース添加TSBによる連続培養を行った場合の細管径の増大率との間に有意差を認めた。2)BHI培養(24日間)時において親株と比較してcomC欠損株,comX欠損株の象牙細管径の増大率は有意に減少していた。3)培養上清中における非水溶性グルカンおよび水溶性グルカン合成量は,スクロース非存在下では親株とscrA欠損株の間に有意な差は認められなかったが,スクロース存在下ではscrA欠損株は親株に比べ有意に低い値を示した。また,象牙質板に付着した非水溶性グルカン合成量も,scrA欠損株は親株に比べ有意に低かった。以上の結果より,今回検討した関連遺伝子が,象牙細管内での菌体内多糖合成能に影響を及ぼしていることが示唆された。申請者らは,象牙細管という限られた空間の中に密集する細菌の,細胞密度探知機構(Quorum Sensing System)が,菌体内多糖合成ならびに象牙細管の形態学的変化にどのような影響を及ぼすのかを検討するために,Quorum Sensing関連遺伝子(comCおよびcomX遺伝子)をノックアウトした遺伝子改変株を,様々な培養条件下でウシ象牙質板の細管に侵入させ,形態学的検索をした結果,以下の所見を得た。1)光学顕微鏡像より測定した象牙細管の直径は,いずれの菌株及び培養条件においても,菌の侵入が認められる細管において,そうでないものよりも増加していた。その増大率はすべての株で,5%スクロースの添加により大きくなる傾向を示した。

これらのことより,BHI培養時においてcomC遺伝子,comX遺伝子は象牙細管への侵入及びその拡張においての重要な役割を担っていることが示唆された。今後は,これらのQuorum Sensing遺伝子が,グルカン合成量にどのような影響を及ぼすのかを検討していく予定である。齲蝕病巣内の象牙細管に生息する細菌の菌体内多糖合成の動的変化を解析することは,象牙質齲蝕の発症ならびに進行機序を解明する上で重要である。申請者らは,Streptococcus mutansのスクロース輸送系において重要な役割を果たすホスホエノールピルビン酸依存糖ホスホトランスフェラーゼ系(PTS系)の関連酵素(スクロースエンザイムII)をコードする遺伝子(scrA)を欠失させた遺伝子改変株を作製した。この改変株を,スクロース濃度が異なる培地(BHI[培養条件(1)])ならびに5%スクロース含有BHI[培養条件(2)])中で前培養後,それぞれの培養液中に,エチレンオキサイドガス滅菌した象牙質板(3×7×0.3mm)を一定時間(37°C,48時間)懸垂した。培養終了後,象牙質板に付着した不溶性グルカン,培養液中の水溶性あるいは不溶性グルカンの重量をフェノール硫酸法にて測定することで,S.mutansの象牙質への付着能とscrAとの関連性を検討した結果,以下のような所見を得た。すなわち,培養上清中における非水溶性グルカンおよび水溶性グルカン産生量は,培養条件(1)では親株とscrA欠損株の間に有意な差は認められなかったが,培養条件(2)ではscrA欠損株は親株に比べ有意に低い値を示した。また,象牙質板に付着した非水溶性グルカン産生量も,scrA欠損株は親株に比べ有意に低かった。このことから,scrAを欠損させることにより,スクロースの代謝経路が部分的に遮断されたことが考えられ,scrAがS.mutansの歯質への付着能に大きく関与していることが示唆された。