hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
歯根膜の保存・再生法の確立と新たな歯の移植法の開発

【目的】矯正歯科治療において抜去される小臼歯や智歯は、正常な歯根膜を有しているにも拘わらず、多くの場合廃棄されることとなる。一方、抜歯操作により損傷した歯根膜を再生し、これを長期的に凍結保存し、自家移植する治療体系を創り上げることができれば、その利用価値は非常に高くなるものと考え、抜去歯の歯根膜再生法の確立を本研究の目的とした。【方法】実験には、矯正歯科治療のために便宜抜去した小臼歯および智歯を用いた。ダイヤモンドバーを用いて、根表面の歯根膜およびセメント質を除去した。次いで、無処置群、水溶性コラーゲンであるアテロコラーゲンのみを塗布した群、根全面にアテロコラーゲンを塗布し、人工骨に埋め込んだ群に分類し、それぞれ培養皿上に静置した。培地は、10%ヒト血清含有α-MEMを使用し、37°C、5%CO2下にて、14日間培養した。培養期間終了後、アルカリフォスファターゼ(ALP)染色を施し、残存歯根膜から新たにALP活性陽性歯根膜細胞に被覆された根面の範囲を、実体顕微鏡にて比較した。【結果】無処置群と比較し、アテロコラーゲンを塗布した群では、残存歯根膜から増殖したと思われるALP活性陽性歯根膜細胞による被覆が認められた。さらに、アテロコラーゲンを塗布し、人工骨に埋め込んだ群では、歯根面においてALP活性陽性歯根膜細胞による根面の被覆はさらに広範囲に及んでいた。【結論】これらの結果より、歯根表面にアテロコラーゲンを塗布し、人工骨に埋め込み、口腔内と類似した環境で培養することにより、歯根膜組織再生がより効率的、かつ確実に達成されることが示された。本研究グループでは、微弱磁場により細胞破壊を起こすことなく凍結する機能をもつプログラムフリーザーの開発をすでに完了し、マウス咬筋を用いた実験により、その機能は実証されている。本方法で培養した歯根膜をプログラムフリーザーを用いて長期的に凍結保存することにより、任意の時期の歯の移植が可能となり、かつ歯根膜が完全に残存していることから、歯の自家移植の良好な成果が期待される。歯科矯正治療における小臼歯の抜歯や、智歯の抜歯等正常な歯根膜組織を有するにも関わらず抜歯を余儀なくされる症例は少なくない。抜歯時の機械的操作等により損傷した歯根膜を再生した後、抜去歯を長期的に凍結保存し、その後自家あるいは他家移植を行う態勢を作り上げることができれば、天然のインプラント体としてその利用価値は非常に高くなるものと考えられる。このような観点から我々は移植歯の歯根膜保存に着目した歯の凍結保存法の確立を目指し研究を行ってきた。実験には、矯正治療のため便宜抜去された小臼歯を用いた。ダイヤモンドバーを用いて歯頚部に深さ0.5mmのノッチを付与し、歯冠側根面の歯根膜およびセメント質を除去した。無処置の抜去歯、抜去歯全面にエナメルマトリックス蛋白(EMD)を塗布したもの、さらに人工骨にEMDを塗布した歯を埋め込んだものをdish上に静地した。培地は10%FBS含有α-MEMを使用し、14日間および30日間培養した。これらの群間で、残存歯根膜から新たにALP活性陽性歯根膜細胞に被覆された根面の範囲を比較した。その結果、無処置のものと比較して、EMDを塗布した歯根面において残存歯根膜から増殖したと思われる広範囲におよぶALP活性陽性歯根膜由来細胞による根面の被覆が認められた。さらに、EMDを塗布し、人工骨に埋め込んだ歯の歯根面においては、蛋白を塗布して静地したものと比較して、ALP活性陽性歯根膜由来細胞による根面の被覆はさらに広範囲に及んでいた。以上の結果から、EMDが歯根膜欠損部歯根面に歯根膜由来細胞を誘導することが明らかとなり、さらに、これらの歯を人工骨に埋め込み、口腔内と類似した環境で培養することにより、歯根膜組織再生をより向上することが示唆された。このようにEMDを塗布し、人工骨に埋め込んで培養した抜去歯を、超低温ディープフリーザ内に長期的に凍結保存することにより、その後の自家移植の予後が優れたものとなると期待される。

【結果】無処置群と比較し、アテロコラーゲンを塗布した群では、残存歯根膜から増殖したと思われるALP活性陽性歯根膜細胞による被覆が認められた。さらに、アテロコラーゲンを塗布し、人工骨に埋め込んだ群では、歯根面においてALP活性陽性歯根膜細胞による根面の被覆はさらに広範囲に及んでいた。【結論】これらの結果より、歯根表面にアテロコラーゲンを塗布し、人工骨に埋め込み、口腔内と類似した環境で培養することにより、歯根膜組織再生がより効率的、かつ確実に達成されることが示された。本研究グループでは、微弱磁場により細胞破壊を起こすことなく凍結する機能をもつプログラムフリーザーの開発をすでに完了し、マウス咬筋を用いた実験により、その機能は実証されている。本方法で培養した歯根膜をプログラムフリーザーを用いて長期的に凍結保存することにより、任意の時期の歯の移植が可能となり、かつ歯根膜が完全に残存していることから、歯の自家移植の良好な成果が期待される。
ソ連末期における民族問題マトリョーシュカ構造の実証研究

平成22年度は、優秀若手研究者派遣事業にもとづき英国グラスゴー大学・中東欧研究所に研究滞在した。ホスト教官であるデヴィット・J・スミス教授のもと、ソ連邦末期における、北東エストニア地域を中心としたロシア語話者による自治領域創設問題を研究した。スミス教授の提案に従い、2009年にActa Slavica Iaponica誌に掲載された、資源動員論にかんする自身の論文を発展させる形で研究を進めた。これにともない、資料収集のため、2010年2月と2011年3月にエストニア共和国でフィールドワークを実施した。2度のフィールドワークの実施と、グラスゴー大学滞在中のスミス教授の指導によって、英国派遣終了時には「北東エストニア地域における自治領域創設問題」と題する論文を、概ね完成させるにいたった。優秀若手研究者派遣事業での研究テーマとは異なる分野での研究でも発展がみられた。一つは、ソ連末期のソ連史において決定的に重要な事件である、独ソ不可侵条約付属秘密議定書の公開をめぐる問題である。いま一つは、旧ソ連空間の非承認国家における和平交渉にかんする問題である。モルドヴァでは、1993年から紛争解決の交渉にあたっているOSCE、モルドヴァ共和国統一省での資料収集とインタヴューを中心にフィールドワークを実施した。ここでの研究結果は、グラスゴー大学とドイツのギッセン大学が共同開催した言語問題にかんする国際会議で発表した。2008年7-9月、11-12月は、博士論文を完成させるための2章分(論文量としては2本に相当する)を執筆した。1章は『民族問題マトリョーシュカ構造論と民族問題研究の再考』として「民族問題とは何か」という原初的な問いをもとに書き上げた、理論面にかんする論文である。もう1章は『ソ連末期における沿ドニエストル地域の自治領域創設運動』と題して、これまでに書き上げた論文である、ガガウズ自治領域創設運動、リトアニア・ポーランド自治領域創設運動のケーススタディとともに、博士論文の三本柱を構成する予定の論文である。両論文とも現在までのところ博士論文の一部として書き上げたが、今年度は、そのうちの少なくとも一つを編集し直し、雑誌論文に投稿・掲載させたいと思う。2008年12月から2009年2月まで、海外調査を実施し、モルドヴァのViitorul Foundationやモルドヴァ国立統計センター、ベッサラビア正教会などを訪問した。これは2009年3月の国際会議の発表に向けた資料収集であったが、予定していた資料の収集に困難が生じ、研究発表に十分な資料の獲得に必ずしも成功したとはいえない。資料獲得の確実性という点を念頭に、今後の資料収集方法への教訓としたい。また、海外調査期間中は、エストニア・ラトヴィア・リトアニアの文書館・図書館にも足を伸ばした。ここでの資料収集は今年度執筆を予定している、『独ソ不可侵条約付属秘密議定書の公開をめぐる問題』と題する論文のために行ったものである。短期間の滞在ではあったが、予定していた資料を概ね集めることができた。学術振興会特別研究員の研究テーマである「ソ連末期における民族問題マトリョーシュカ構造の実証研究」は、2010年9月の博士論文の完成を持って、当初掲げた研究目的のほとんどを達成することが出来た。ソ連の民族問題を分析する理論的枠組みが完成したことにより、今後は、理論を基にしたケーススタディを増やし、包括的に旧ソ連圏の民族問題を論じていくことが期待できる。平成22年度からは、追加されうるケーススタディとして、エストニアにおけるロシア系住民をめぐる民族問題を扱う予定である。この研究を円滑に行うために、同問題の専門家であるグラスゴー大学のデヴィット・J・スミス教授と連絡を取り、平成21年度若手優秀研究者派遣事業に応募した。派遣事業への合格を持って平成22年2月よりグラスゴー大学へ研究拠点を移した。また、ソ連の民族問題と関連したテーマとして、モロトフ・リッベントロップ協定付属秘密議定書の公開をめぐる問題についても研究をした。この問題はソ連邦構成共和国の民族運動の激化に影響を与えた点で、ソ連民族問題史上、無視できない研究テーマである。研究報告は平成21年度ロシア史研究会年次大会で行い、論文は英文査読雑誌であるデモクラティザーツィアに投稿した。投稿した論文は平成22年3月に掲載可の通知を受け取り、平成22年5月に出版される予定である。そして、ソ連邦末期の民族問題に直接的な原因を持つ非承認国家にかんする問題についても研究した。研究報告は第1回トランスボーダー研究会で行い、論文は書籍『グローバル秩序という視点』の一章として平成22年3月に発表された。

いま一つは、旧ソ連空間の非承認国家における和平交渉にかんする問題である。モルドヴァでは、1993年から紛争解決の交渉にあたっているOSCE、モルドヴァ共和国統一省での資料収集とインタヴューを中心にフィールドワークを実施した。ここでの研究結果は、グラスゴー大学とドイツのギッセン大学が共同開催した言語問題にかんする国際会議で発表した。
生活習慣病薬による大腸癌の抗腫瘍作用：新規化学予防薬としての降圧薬ARBの関与

近年、がん撲滅への究極の対策として「いかにその発生を減らし無くすか」という予防医学が注目されるなか、生活習慣病治療薬としての低用量アスピリンやメトホルミンが大腸癌の化学予防薬として期待されている。生活習慣病の一大疾患である高血圧症においてアンジオテンシンII受容体拮抗薬(ARB)の一つである降圧剤テルミサルタンは、食道腺癌に対する抗腫瘍効果が我々の実験系で実証され、化学予防薬としての可能性を秘めている。本研究の目的は、社会背景を考慮したこれらの高頻度疾患において降圧剤が大腸癌発生予防の相乗効果を生み出すという基礎的研究から臨床への応用が期待される研究である。本研究の目的は、生活習慣病の高血圧に対する降圧剤テルミサルタンの大腸癌に対する抗腫瘍効果に関して、そのメカニズムに関連する分子(アポトーシス関連分子、血管新生分子、チロシンキナーゼ分子、microRNA)を網羅的に解析し、その抗腫瘍作用の機構を明らかにし、化学予防薬としての可能性を探求することにある。現在,大腸癌におけるテルミサルタンのmicroRNA解析から導かれる抗腫瘍作用および機序解明に関する報告はなく斬新である。これまでに大腸癌細胞株におけるテルミサルタンの腫瘍増殖抑制効果:大腸癌細胞株(CACO-2、COLO320)に対し各濃度のテルミサルタンを投与後、24,48,72時間後にcell counting kitを用いて、MTT assayを行い、再検証も終えている。各濃度のテルミサルタン投与後、フローサイトメトリーを用いて時間経過24,48時間後の細胞の細胞周期パターンを検討する。投与後、24,48時間後の細胞を集め、各細胞周期に機能する細胞周期関連分子の発現量をWestern blotにより解析中である。計画書どおり以下の研究計画を進めている。移植大腸癌におけるテルミサルタンの腫瘍増殖抑制効果:ヌードマウスの皮下に移植した大腸癌組織に対するテルミサルタン投与による癌細胞増殖抑制の解析を行う。その抗腫瘍作用の主要な経路とメカニズムを推測するため、細胞周期関連分子、血管新生分子、チロシンキナーゼ分子の影響をアレイ解析する。テルミサルタンの癌細胞増殖抑制過程に関連するmicroRNAの同定を行う。その後解析ソフトウエアを用いて得られたイメージ画像から、各スポットにおける蛍光強度値の定量化を行い,シグナル値を算出し、テルミサルタンの癌細胞抑制に関連する特異的なmicroRNAを同定する。そして投与、非投与でそれぞれ独立したクラスターを形成するかどうかを確認する。テルミサルタン投与により癌細胞株に特異的に増強、減弱するmicroRNAの機能解析:テルミサルタンにおいて特異的に発現増強、減弱するmicroRNAの機能解析をする上で、リポソーム法によりmicroRNA活性を上げる合成microRNA前駆体分子或いは、合成microRNA阻害分子を癌細胞内に導入する。導入後、どの蛋白質に影響を与えたかを蛋白アレイチップを用いて網羅的に解析する。これらの解析を通じてテルミサルタンによる癌細胞抑制効果に関与するmicroRNAのターゲット遺伝子の予測と実験的確証実験を行う。

各濃度のテルミサルタン投与後、フローサイトメトリーを用いて時間経過24,48時間後の細胞の細胞周期パターンを検討する。投与後、24,48時間後の細胞を集め、各細胞周期に機能する細胞周期関連分子の発現量をWestern blotにより解析中である。計画書どおり以下の研究計画を進めている。移植大腸癌におけるテルミサルタンの腫瘍増殖抑制効果:ヌードマウスの皮下に移植した大腸癌組織に対するテルミサルタン投与による癌細胞増殖抑制の解析を行う。その抗腫瘍作用の主要な経路とメカニズムを推測するため、細胞周期関連分子、血管新生分子、チロシンキナーゼ分子の影響をアレイ解析する。テルミサルタンの癌細胞増殖抑制過程に関連するmicroRNAの同定を行う。その後解析ソフトウエアを用いて得られたイメージ画像から、各スポットにおける蛍光強度値の定量化を行い,シグナル値を算出し、テルミサルタンの癌細胞抑制に関連する特異的なmicroRNAを同定する。そして投与、非投与でそれぞれ独立したクラスターを形成するかどうかを確認する。テルミサルタン投与により癌細胞株に特異的に増強、減弱するmicroRNAの機能解析:テルミサルタンにおいて特異的に発現増強、減弱するmicroRNAの機能解析をする上で、リポソーム法によりmicroRNA活性を上げる合成microRNA前駆体分子或いは、合成microRNA阻害分子を癌細胞内に導入する。導入後、どの蛋白質に影響を与えたかを蛋白アレイチップを用いて網羅的に解析する。これらの解析を通じてテルミサルタンによる癌細胞抑制効果に関与するmicroRNAのターゲット遺伝子の予測と実験的確証実験を行う。研究に関わる機器等の購入が遅れており、次年度使用額が生じております。
中性子計数の高次モーメントの空間依存性

平成17年度は2年計画の最終年に当たる。本研究は古橋が提案した高次モーメントに基づく中性子相関法(三次中性子相関法)に着目し、未臨界度測定法の開発を目指した。未臨界度(-ρ)とは、核燃料体系が臨界からどれほど隔たっているかを示す指標である。三次中性子相関法は、未臨界度の絶対値を評価できる、数少ない手法の一つである。この手法は、中性子検出数の平均・分散・三次モーメントを測定する。定常外部中性子源と中性子検出器のみで簡便に測定できる利点がある。しかし、従来の実験解析式は測定結果が測定点に依存する、いわゆる空間依存性への考慮が不十分で、実用上限界があった。昨年度は、空間依存性を補正因子の形で考慮する簡易式を導いた。本年度は、空間依存性及びエネルギー依存性を考慮した厳密式の導出を目的とした。具体的には、時間に関する固有関数による展開法(αモード固有関数展開法)を用いて、二次モーメントY、及び三次モーメントXに対する厳密解を導いた。この厳密解はαモード固有関数とその随伴関数を含む複雑な級数の形となった。そこで実験解析に利用できる実用的な解析式として、基本モードのみに着目する「基本モード近似式」を導いた。係数δ_<20>δ<30>,F_0に基本モード固有関数と随伴関数を介して、空間依存性が取り込まれている。さらに厳密解に基づいて、高次モード成分を除去できる検出器配置、及び高次モード成分の混入を補正する補正因子計算法を明確にした。これは具体的で重要な実験指針である。本研究は古橋が提案した高次モーメントに基づく中性子相関法(三次中性子相関法)に着目し、未臨界度測定法の開発を目指している。未臨界度(-ρ)とは、核燃料体系が臨界に対してどの程度余裕があるかを示す指標である。三次中性子相関法は、中性子検出数の平均・分散・三次モーメントを測定し未臨界度の絶対値を求める。この方法は測定のために体系に動的な摂動を加える必要が無く、また定常外部中性子源と中性子検出器のみで簡便に測定できる利点がある。しかし、測定結果が測定点に依存する、いわゆる空間依存性の効果が全く考慮されておらず、そのため実際の体系に適用した場合、正しく未臨界度を評価することができなかった。本年度は、分散及び三次モーメントに関連する測定量Y、Xを用いて、空間依存性を考慮した新たな解析式を以下のように導出した。空間依存性は、未臨界度換算係数δ_2,δ_3,Fに考慮され、パラメータωが空間依存性の影響の大きさ表している。空間依存性が弱い場合は、ω〓1となる。単純体系について実験を模擬したモンテカルロ・シミュレーションを実施し、空間依存性を考慮に入れると、未臨界度が正しく評価されることを確認した。ただし本手法を用いた場合、測定量のY、X値から空間依存成分をできる限り排除し、空間依存性のない成分(空間基本モード)のみを抽出する必要がある。この抽出が実験的に完全にできない場合は、ωを数値計算により求め補正する必要があることが示された。
高出力密度の核融合炉第一冷却壁の液体金属ミスト冷却に関する熱・構造的研究

1単位つぼ型セルモジュールによるプラズマ容器第一壁構造を想定したつぼ型セルの第一冷却モデルを制作し、既設の液体金属ミスト冷却実験装置に装着して液体金属ミスト冷却方式による実証実験を実施した。なお、使用した液体金属はナトリウムである。つぼ型セル第一冷却壁モデルを製作し、壁温300600°Cにおける液体金属ミスト二相衝突噴流冷却(強制対流域)の熱伝達特性の測定実験を行い、第一冷却壁面上の温度並びに除熱負荷の分布特性について検討した。また、ミスト流の流動(噴流特性と速度分布)及び、液滴径をレーザードップラー法と直接サンプリング法により計測した。本実験条件(ナトリウム液滴が体積率にして1%以下)においてはナトリウム液滴径、液滴速度の影響及び、半径方向の質量流分布による液滴の衝突角度の変化、衝突液滴のオーバーフロー等の影響は小さく、熱伝達率はほぼナトリウム質量流量に1対1に対応することが明らかとなった。これは、伝熱面に到達した液滴は伝熱面上におけるダイナミクスによらず、すべて伝熱面温度になるまで吸熱していることを示している。つまりナトリウム液滴は、100%の顕熱冷却効率を持っているといえる。2カセット核融合炉(CCTR)プラズマ容器の設計条件は、プラズマからの中性子束が18MW/【m^2】であり第一壁への熱負荷は前設計の1.1MW/【m^2】から3.7MW/【m^2】となっている。全体のパワーバランス上、第一壁は熱負荷に加えて核加熱によりエネルギ負荷が大幅に増加し、プラズマ容器の構造壁と共にエネルギ変換系としての役割も重要となっている。第一壁の構成は、プラズマ接壁面材がMoタイル(厚さ30mm)、構造壁材がSUS(厚さは、50、30mmの2種類を検討)である。熱及び熱応力解析の結果、厚さ50mmのSUS材では、温度、応力ともに厳しく、30mm厚のSUS材とすることで、許容値内に納められることが判明した。
細胞膜スフィンゴ脂質のラフト形成を介した肺腺癌浸潤・転移への関与の解明

非小細胞性肺癌の浸潤・転移における細胞膜活性脂質に関する研究で以下の成績を得た:1Sphingosinkinase (SpK)-1は、癌浸潤先進部と微小乳頭状腺癌で高発現し、EMT関連分子発現との関連を示した。2Sphingosin-1-P受容体S1PR-2は腫瘍浸潤先進部癌細胞細胞膜に限局する発現をみた。3Sphingomyelin synthase (SMS)-1, -2のsiRNAによる遺伝子発現抑制による機能解析に向け、ヒト線維肉腫細胞HT1080を用いた解析で, SMS-1, SMS-2単独及び両遺伝子の抑制による細胞移動能の有意な抑制が示された。活性脂質に着目した非小細胞性肺癌の浸潤・転移に対する新規制御法の確立を目指し,肺癌浸潤先進部におけるsphingosin系の役割を外科切除肺癌74組織と参考として口腔原発扁平上皮癌組織を用い検討した。1.非小細胞性肺癌組織におけるsphingosin kinase-1 (SpK-1)の発現をwestern blotで示した。2.正常肺組織ではSpk-1の発現は細気管支粘膜とII型肺胞上皮が主体であった。3.細気管支肺胞上皮癌にSpK-1の高発現を認めた。この発現は、Ki67、E-cadhelin喪失やvimentin発現との関連は認めず、細胞分化に起因すると考えられた。4.腫瘤辺縁部の浸潤性格の乏しい高分化腺癌部ではSpK-1の発現は低下する一方、腫瘤中心部の腫瘍浸潤部では、腺癌細胞にSpK-1の高発現を認めた。微小乳頭癌成分における著明なSpK-1発現亢進も観察された。5.扁平上皮異形成部と扁平上皮癌膨張性発育部ではSpK-1の発現は陰性弱陽性だが、浸潤性扁平上皮癌の浸潤先進部に一致してSpK-1の高発現を認めた。浸潤性とSpK-1の関係が特に口腔癌で顕著に示された。6.非小細胞性肺癌浸潤部におけるSpK-1の発現はKi67標識率とは相関せず、E-cadhelinの喪失とvimentin発現と有意な関連を認めた。以上の所見から、非小細胞性肺癌浸潤先進部ではSpK-1の発現誘導を介したsphingosin-1 phosphate (S1P)の産生が腫瘍細胞のEMTに深く関わっている可能性が示唆され、現在、生命予後を含めた臨床病理学的因子との関連、S1P受容体発現の解析、S1Pの定量と培養腫瘍細胞を用いた遺伝子発現修飾による実証を行っている。活性脂質sphingolipidに着目した非小細胞性肺癌、特に肺腺癌の浸潤・転移に対する新たな制御法の確立を目指し,前年度、外科的切除された非小細胞性肺癌の検討で得られたSphingosin kinase (SpK)-1の発現に関し、がん進展における意義を更に追求すると共に、sphingomyelin synthase (SMS)-1, 2の遺伝子修飾によるsphingomyelinの細胞膜ラフト形成を介した増殖、移動・浸潤能への関与の基礎検討を行ない以下の成績を得た。1. SpK-1とaquaporin-1の発現の比較解析により、両者とも肺胞上皮癌、腺癌・扁平上皮癌浸潤先進部と微小乳頭状腺癌での高発現を認めた。癌浸潤先進部でのSpK-1の発現は、E-cadhelin発現低下、vimentin発現に加え、MT-MMP-1/MMP-2発現とFIZ法による酵素活性との関係を認めた。癌先進部のSpK-1, MT-MMP-1/MMP-2発現は、HMGA-2発現との関連を認めた。2.肺微小乳頭状腺癌のAffimetrix社Gene Chipを用いた遺伝子発現クラスター解析で、SpK-1遺伝子発現に有意差は見なかったが、微小乳頭状腺癌におけるCXCL-14遺伝子発現低下とS100P A4の発現亢進を認めた。3.培養間葉系幹細胞を用いたsiRNA法によるSMS-1, 2遺伝子発現抑制と細胞移動・浸潤能への抑制効果が検出された。以上の所見は、非小細胞性肺癌の進展における細胞膜リン脂質を介するEMTの亢進の関与が支持された。リン脂質の解析と培養細胞による実験条件の設定に時間を要しているため。1腫瘍組織におけるsphingosin-1-phosphate receptor (S1PR)-1, 2, 3, 4, 5発現の免疫染色による検討により、S1PR-1, 3, 5は腫瘍浸潤先進部癌細胞、その周囲の反応性間質細胞、血管内皮及びリンパ球の核に発現を認めた。S1PR-2, 4は癌細胞の細胞膜に発現を認めた。特に、S1PR-2は腫瘍浸潤先進部の癌細胞に発現局在を示した。2RNA in situ hybridization法(RNA scope)を用い、肺癌浸潤部局所におけるS1PR-1, 2遺伝子発現の半定量解析を試みた。House keeping遺伝子mRNA発現は検出できたが、S1PR-1, 2遺伝子mRNA遺伝子の検出感度は低く、半定量解析は困難であった。4ヒト非小細胞性肺癌樹立細胞株におけるSMS-1, SMS-2の遺伝子発現抑制による機能解析に向け、我々のこれまでの浸潤・転移に関する実験で豊富な基礎データを得ているヒト線維

肉腫細胞HT1080を用いsiRNAによるSMS-1, SMS-2の遺伝子発現抑制の細胞移動能への影響をOris Pro Cell Migration Assay (Platypus Technologies LLC社)により検討した。SiRNAによるSMS-1, SMS-2の有意な発現抑制をwestern blot法で確認するとともに、SMS-1, SMS-2単独及び両遺伝子の抑制による有意な細胞移動能の抑制が示された。非小細胞性肺癌の浸潤・転移における細胞膜活性脂質に関する研究で以下の成績を得た:1Sphingosinkinase (SpK)-1は、癌浸潤先進部と微小乳頭状腺癌で高発現し、EMT関連分子発現との関連を示した。2Sphingosin-1-P受容体S1PR-2は腫瘍浸潤先進部癌細胞細胞膜に限局する発現をみた。3Sphingomyelin synthase (SMS)-1, -2のsiRNAによる遺伝子発現抑制による機能解析に向け、ヒト線維肉腫細胞HT1080を用いた解析で, SMS-1, SMS-2単独及び両遺伝子の抑制による細胞移動能の有意な抑制が示された。これまでの非小細胞性肺癌の浸潤・転移に関する研究から、検討材料の収集や実験条件の設定が行われており、Sphingosin kinase-1 (SpK-1)の肺癌組織における蛋白レベルの発現解析と細胞増殖ならびに上皮間葉移行(EMT)に関する検討と生命予後も含めた臨床病理学データとの関連に関する統計学的解析がスムーズに進めることが可能となった。組織中のS1P定量は連携研究者の岡崎に依頼済みである。肺非小細胞性腺癌、特に肺胞上皮癌、非小細胞癌浸潤先進部、微小乳頭状腺癌におけるsphingosine-1-P-receptor (S1PR)-1, 2の発現解析、肺腺癌培養細胞を用いたSpK-1, SMS-1, 2遺伝子発現修飾によるlamellipodia形成、移動・浸潤への影響を検討していきたい。人体病理非小細胞性肺癌のsphingosin系による上皮間葉移行(EMT)の誘導を介した浸潤・転移の亢進機構を、培養ヒト肺癌細胞(腺癌及び扁平上皮癌)を用いた遺伝子発現修飾実験により実証する。加えて、研究計画に従いsphingomyelinによる脂質ラフトの構造変化を介した細胞膜上での浸潤・転移関連機能分子群の再分布,細胞内セカンドシグナル集約と浸潤能亢進に関する研究を進める。
多粒子系の非線型微分方程式の研究

1)離散Boltzmann方程式の進行波解と定常解この方程式は多粒子系のモデルのうち比較的数学的構造が単純であるが、適当な条件の下では粒子衝突の本質的な性質をよく記述することが知られている。したがって粒子系の複雑な現象である衝撃波の安定性や境界層の構造などを研究する上で重要なモデルである。しかしこれまで初期値問題についての研究はなされていたが、これらについては特定のモデル(Broadwellモデル)以外の研究は行われていない。本研究において、離散モデルを一般的な条件の下で考察し進行波解の存在を証明した。まずRankine-Hugoniot条件が分岐理論により定式化できることを示し、さらに線形化作用素式のスペクトル解析を行い、これを用いて非線形方程式のスペクトル分解を得た。そしてその主要部が満たすべき方程式の可解性の必要十分条件がエントロピー条件であることを示し、縮小写像の原理により進行波解の存在を示した。この結果は平成7年6月のTouron(フランス)の国際会議の招待講演に選ばれた。またこの解析は境界層に関する定常問題にも応用可能であることがわかり現在研究を進めている。多重連結領域におけるNavier-Stokes方程式の定常問題はこれまで各境界における流入量の積分値が小さいという仮定の下でのみ定常解の存在が証明されていた。本研究においてはこの仮定をはずし、この積分値がある除外値以外ならば値が大きくとも解が存在することを示した。この除外値の全体は可算離散集合を作る。本研究は森本浩子(明治大学)との共同研究である。
原子論的シミュレーションによる半導体超微細構造のひずみ緩和機構の研究

1.Si基板上に蒸着する単一のSi原子あるいは単一のGe原子の挙動と初期堆積過程における堆積層のモルフォロジーに及ぼす基板温度の影響を、Stillinger-WeberポテンシャルとTersoffポテンシャルを採用した分子動力学シミュレーションによって調べた。Si/Siのホモ堆積過程に関しては、(1)基板温度300K、400Kでは、堆積層は無秩序な構造となること、(2)基板温度700K、1000Kでは、堆積原子は1原子層ごとに交互に直交するダイマー列を形成しつつエピタキシャル成長し、この結果は層状成長の実験結果と対応していること、(3)堆積原子1個の挙動を調べると、その運動範囲は、300K、400Kで表面原子の最近接距離より小さく、500Kで表面原子の最近接距離のオーダー、700K、1000Kでは表面原子の最近接距離をはるかに超える距離になり、堆積原子1個の運動範囲が各温度における堆積層のモルフォロジーの違いに対応していることが判った。一方、Si/Geのヘテロ堆積過程に関しては、(4)基板温度1000K、蒸着原子のエネルギー0.2eVの場合にだけ、堆積原子は最初の24原子層だけ層状成長し、その後、無秩序な構造に遷移するが、その他の条件では、堆積原子ははじめから無秩序な構造となることが明らかとなった。2.Tersoffポテンシャルを用いた分子動力学法によりSi/Ge/Si量子ドット構造の動的なシミュレーションを行い、量子ドット構造内部のひずみ分布に対する温度の影響を調べ、また、光学振動モードに対するフォノンの状態密度を求めた。その結果、(1)動的なシミュレーションによるドット内部のひずみ分布は共役勾配法による結果と定性的に一致するが、温度を考慮するとピラミッド底面に垂直方向の垂直ひずみが大きくなること、(2)光学振動モードに対するフォノンの状態密度のピーク位置がバルクの結晶におけるピーク位置から高周波側へシフトすることが明らかとなった。3.カーボンナノチューブの力学的特性を分子動力学シミュレーションによって調べた。炭素原子間の相互作用の計算にはBrennerポテンシャルを用い、ほぼ同一の直径をもつ6種類のカイラル角のカーボンナノチューブのモデルに対してポアソン比とヤング率を求めた結果、(1)ポアソン比はひずみ依存性とカイラル角依存性を示すこと、(2)ヤング率はひずみ依存性もカイラル角依存性も示さないこと、(3)弾性域は極めて広いことなど、カーボンナノチューブの基本的な力学的特性に関する知見を得た。1Si/Ge/SiならびにGaAs/InAs/GaAs量子ドット構造のひずみ分布を、共役勾配法と分子動力学法の2種類の方法により求めた。まず、KeatingポテンシャルとStillinger-Weberポテンシャルを用いた共役勾配法によって量子ドット構造の最低エネルギー原子配置を計算した。ドットの形状として{110}あるいは{105}ファセットの側壁を持つピラミッド形状を仮定した。

2つのポテンシャルによる結果はピラミッドの底面に沿う方向の垂直ひずみに関してはほぼ一致するが、ピラミッドの底面に垂直方向の垂直ひずみのドット内部における大きさに違いが生じること、Keatingポテンシャルによる基板内部のひずみ分布は力学的に不合理であり、Keatingポテンシャルは100nm程度の小さなドットに対してその妥当性を失うことが明らかとなった。次に、Tersoffポテンシャルを用いた分子動力学法によりSi/Ge/Si量子ドット構造の動的なシミュレーションを行い、量子ドット構造内部のひずみ分布に対する温度の影響を調べ、また、光学振動モードに対するフォノンの状態密度を求めた。その結果、動的なシミュレーションによるドット内部のひずみ分布は共役勾配法による結果と定性的に一致するが、温度を考慮するとピラミッド底面に垂直方向の垂直ひずみが大きくなること、光学振動モードに対するフォノンの状態密度のピーク位置がバルクの結晶におけるピーク位置から高周波側ヘシフトすることが明らかとなった。2Si/SiとGe/Siのエピタキシャル成長の素過程として、Si基板上に蒸着する単一のSi原子ならびに単一のGe原子のマイグレーションを取り上げて、その分子動力学シミュレーションを行った。基板温度と堆積原子の入射エネルギーを変化させてマイグレーションの様子を調べた。その結果、堆積原子の堆積位置は基板温度と入射エネルギーに依存するが、堆積原子は基板表面のダイマー列の方向にマイグレーションする傾向にあり、このことは第一原理計算で予想される結果に一致すること、また、表面にS_AステップあるいはS_Bステップがある場合には、S_Bステップの方がSi原子を補足しやすいことが明らかとなった。1.平成12年度はS_i/S_iとG_e/S_iのエピタキシャル成長の素過程としてS_i基板上に蒸着する単一のS_i原子あるいは単一のG_e原子の挙動を調べたが、平成13年度は多数原子の堆積過程の分子動力学シミュレーションを行った。ダイヤモンド構造を精度良く表現できるポテンシャルとしてStillinger-Weberポテンシャルを採用して、分子線エピタキシー法によるS_i/_iエピタキシャル成長を想定したシミュレーションを行い、初期堆積過程における堆積層のモルフォロジーに及ぼす基板温度の影響を調べた。シミュレーションの結果から、(1)基板温度300Kでは、堆積原子はエピタキシャル構造をとらず無秩序な構造となること、(2)基板温度500Kでは、堆積原子は最初の数原子層までは無秩序な構造をとるが、その後、エピタキシャル構造へと構造変化を起こすことによってひずみが緩和されること、(3)基板温度700K、1000Kでは、堆積原子は1原子層ごとに交互に直交するダイマー列を形成しつつエピタキシャル成長し、この結果は層状成長の実験結果と対応していること、(4)堆積原子1個の挙動を調べると、その運動範囲は、300Kで表面S_i原子の最短距離より小さく、500Kで表面S_i原子の最短距離のオーダー、700K、1000Kでは表面S_i原子の最短距離をはるかに超える距離になり、この堆積原子1個の運動範囲が各温度における堆積層のモルフォロジーの違いに対応していることが明らかとなった。2.カーボンナノチューブはグラフェンの巻き方によっては半導体の性質を示すユークなナノ構造であるが、力学的にも極めて強くかつ柔軟であり究極のカーボンファイバーを作ることができると言われている。
食べられる再帰性反射材の創出

再帰性反射材は、カメラから明るく観察されるため、画像処理用のマーカーとして頻繁に利用されている。本研究では、食材のみから再帰性反射材を実現する方法を開発し、寒天製の食べられる再帰性反射材を実現した。また、作成した食べられる再帰性反射材を料理の上に付与することで、料理上へのプロジェクションマッピングを安定して実現できることを実証した。本成果はパーティーなどにおける食の新たな演出手法の創出や、消化管内部に設置可能なマーカーとして利用することで新たな医療技術の創出などに寄与する。平成28年度は主として食材を材料とした再帰性反射材の成型方法について研究を行った.再帰性反射材を実現する原理として,大きく分けてコーナーキューブ型とビーズ型の2種類がある.後者のビーズ型は素材の屈折率に2.0近い値が求められ,食材でこれを満たす候補が見つけられなかったため,コーナーキューブ型での実現を目指すこととした.まず最初に,素材の候補として,透明かつ成型可能な食材である,還元パラチノース,アルギン酸ナトリウム,グルコマンナン,ローカストビーンガムとカラギーナンの混合物(以下カラギーナン混合物),寒天,の5種類を選んだ.これらについて分光光度計で透過率を計測したところ,カラギーナン混合物と寒天が比較的可視光域で高い透過性をもつことが判明した.グルコマンナンはゲル化以前の状態でも粘性が高く,気泡の混入による透過性の低下が避けられないことが判明したため,この時点で候補から外した.次に,これらの素材を用いて実際にコーナーキューブ形状を成型する実験を行った.当初型として独自に金型を作る計画であったが,金型の製作が予想以上に困難であることが判明し,市販のプラスチック製コーナーキューブを型として成型する方法に変更した.還元パラチノースは一種の飴であり,成型には高い温度が要求され,プラスチック製の型も変形してしまう恐れがあったために本年度は候補から外した.成型実験結果から,アルギン酸ナトリウムは成型が難しいことがわかり,カラギーナン混合物と寒天を最終的な候補とした.試作した再帰性反射材による反射強度を計測したところ,寒天製は強い反射光を実現するのに対し,カラギーナン混合物はほとんど光を反射しないことがわかった.これは形状再現の忠実製の良し悪しによるようであった.以上の結果から,寒天が再帰性反射材の素材として適しており,成型で食べられる再帰性反射材が実現できることが判明した.平成28年度は食べられる再帰性反射材の成型方法を確立することを目標としており,実際にこの目標どおり寒天を素材とする成型方法を確立できた.また,試作品は再帰性反射材として機能しており,カメラからの認識も可能であることが判明した.これらのことから,おおむね順調に進展している.本研究課題では,食品を素材とする光学素子の実現を目標に研究を進め,食べられる再帰性反射材を開発した.再帰性反射材はマシンビジョン用光学マーカーとしてよく利用されており,開発した再帰性反射材は食品の上や消化器官内壁面上に設置しても無害なマーカーとして利用することを目的とするものである.まず,再帰性反射材を実現する原理としてはコーナーキューブプリズムアレイ構造を採用した.次に,ゼリーを形成する透明な食材4種と透明な飴を形成するパラチノースを候補として可視光に関する透過率を測定した.透過率が比較的良い食材について既製品のコーナーキューブプリズムアレイを型として成型実験を行った.最後にその試作品について再帰性反射実験を行い,評価した食材の中では寒天が最も再帰性反射材形成に適していることを見出した.次に,試作した再帰性反射材を実際に食材上の位置検出マーカーとして利用し,それに基づいて食材表面に位置を合わせて動的にプロジェクションマッピングするための実験系を構築した.実際にロールケーキの脇に設置した再帰性反射材に基づいて,ケーキ上に文字のアニメーションを安定して投影することに成功した.さらに,姿勢も検出可能とするために,再帰性反射材を利用した食べられるARマーカーを開発した.当該マーカーは食べられる再帰性反射材の上にスライスチョコレートでパターンを有する遮蔽材を設置し,全体としてARマーカーとして機能するものである.これをケーキ表面上に設置し,実際にケーキの姿勢に合わせて映像を投影することにも成功し,提案手法の有効性を示した.以上の成果はインタラクション2017のインタラクティブ発表賞(PC推薦,一般投票),並びに国際会議ACM VRST2017においてBest Paper Awardを受賞した.さらに新聞やテレビ等で報道された.再帰性反射材は、カメラから明るく観察されるため、画像処理用のマーカーとして頻繁に利用されている。平成29年度は,当初の計画どおり,成型した再帰性反射材を用いて,ARマーカー機能試験と応用実験を行い,実応用における有効性を実証する予定である.

具体的な計画は以下の通りである.(H29-a)食べられる再帰性反射材による光学マーカー特性試験:開発した食べられる再帰性反射材がカメラ用マーカーとして有効に機能することを,実環境における対象の位置認識に応用することで実証する.(H29-b)食べられる再帰性反射材によるARマーカー機能試験:開発した食べられる再帰性反射材に加工を施してARマーカーとして機能する試作品を開発する.開発した試作品を利用して,対象の位置に加えて姿勢も検出できることを示し,その有効性を実証する.(H29-c)食べられる再帰性反射材の応用実験による有用性実証:開発した食べられる再帰性反射材を利用して,内視鏡応用を想定した変形物体表面の画像レジストレーション実験と,エンターテイメント応用を想定した料理へのプロジェクションマッピング実験を行い,これらを通して実応用での有用性を実証する.また,以上の成果に関して外部発表を積極的におこなう.受賞3件:(国内)インタラクション2017インタラクティブ発表賞(PC推薦,一般投票)ダイナミックイメージコントロール以下の2件の賞を受賞した.・2017年インタラクション2017インタラクティブ発表賞(PC推薦)・2017年インタラクション2017インタラクティブ発表賞(一般投票)
中枢神経疾患における遂行機能障害に対する連続経頭蓋磁気刺激の臨床応用に関する検討

パーキンソン病を対象とし、反復経頭蓋磁気刺激(rTMS)による運動機能および前頭葉機能への影響について検討を行った。平成18年度は、外来通院のパーキンソン病患者11名を対象とし、(1)シャム刺激とrTMSの刺激部位は(2)左側運動野、(3)左側前頭前野背外側部、(4)右側運動野、(5)右側前頭前野背外側部の4箇所に行った。8の字コイルを用いて刺激頻度は10Hz(5秒間)で刺激間隔を55秒とし、全20trains行った。刺激強度は各々刺激側の大脳対側の短母指外転筋の安静時運動閾値の80%の強度で行った。(1)(5)のrTMSの前後にてmodified Stroop test(慶應大鹿島訳)を行った。右側前頭前野背外側部へのrTMSはmodified Stroop testの施行時間を短縮させ、左側前頭前野背外側部へのrTMSはmodified Stroop testの施行時間を短縮させる傾向がみられた。パーキンソン病においてDLPFCへのrTMSは前頭葉機能に影響すると推測された。平成19年度は、長期間にわたるrTMSの影響について検討を行った。対象は外来通院しているパーキンソン病患者3名(全例女性、平均年齢は63.7±3.8歳)、Hoehn&Yahr重症度分類はstageIIIであった。rTMSの刺激方法は、両側の前頭前野背外側部に5Hzの刺激を10秒間、片側10trainsずつ行い、総計1000パルスを投与した。刺激強度は短母指外転筋の運動閾値の80%とした。rTMSは8-9ヶ月間、1ヶ月に1回行った。10m歩行時間・歩数およびピンチカは変化はなく、握力およびカウンター数に関して軽度の上昇傾向がみられた。modified strooptest 2における施行時間の延長傾向がみられた。握力やカウンター数に関しては数値の上昇傾向がみられ、rTMSを長期間定期的に行うことで、重篤な合併症なく、運動機能改善の可能性が推測された。中枢神経変性疾患であるパーキンソン病を対象として、連続経頭蓋磁気刺激(repetitive transcranial magnetic stimulation : rTMS)を行い、前頭葉機能および運動機能に対する効果を検討した。rTMSは10Hzの刺激を5秒間、20trains行い、計1000パルス投与した。1)シャム刺激と2)左側運動野、3)左側前頭前野背外側部、4)右側運動野、5)右側前頭前野背外側部の4箇所にrTMSを行った。また、1)3)は11名のパーキンソン病患者(平均年齢68.6±5.8歳、Hoehn & Yahr重症度分類2.9±0.3、FAB13.0±2.1)に、4)、5)は8名のパーキンソン病患者(平均年齢67.1±4.1、Hoehn & Yahr重症度分類2.9±0.6、EAB11.7±2.3)に行った。rTMSは北海道大学倫理委員会にて承認を受けており、全例にインフォームドコンセントを行った。

1)5)のrTMSの前後にて、paired-pulse TMSによる皮質内抑制の評価および10m歩行時間・歩数、握力、カウンター数、ピンチ力、modified Stroop test(慶應大鹿島訳)を行った。modified Strooptestは、part 1は色を読み上げる時間を測定し、part 2は各漢字(赤・青・黄・緑)の印刷の色を読み上げる時間を測定した。結果は、Modified Stroop testにおいて、1)ではpart 1は有意差をもって低下がみられ、2)3)4)では著変はみられなかったが、5)ではpart 2において低下がみとめられた(p=0.05)。これらより、パーキンソン病における右前頭前野背外側部へのrTMSによる前頭葉機能への影響が推測され、前頭葉機能低下や遂行機能障害に対する臨床応用の可能性が示唆された。反復経頭蓋磁気刺激(rTMS)はさまざまな中枢神経変性疾患や脳卒中、精神疾患を対象とした治療効果の検討が行われている。長期間にわたりrTMSを行い、その影響について検討を行った。対象は外来通院しているパーキンソン病患者3名(全例女性、平均年齢は63.7±3.8歳)、罹病期間は12.0±3.6年、Hoehn & Yahr重症度分類はstageIIIで、UPDRSは27.7±1.5点であった。rTMSの刺激方法は、両側の前頭前野背外側部に5Hzの刺激を10秒間、片側10trainsずつ行い、総計1000パルスを投与した。刺激強度は短母指外転筋の運動閾値の80%の強度を用いた。磁気刺激装置はMagstim rapidを用いた。rTMSは北海道大学倫理委員会にて承認を受けており、全例にインフォームドコンセント行った。3症例のrTMSの刺激期間は89ケ月で、一月に一度の刺激で行った。rTMS前((1))、3カ月後((2))、最終月((3))に評価を行った。評価項目は、10m歩行時間および歩数、握力、ピンチカ、カウンター数、modified Stroop testの施行時間である。結果は、3症例ともに有害な合併症は認めなかった。3症例の平均値で比較すると、10m歩行時間・歩数およびピンチカに関しては明らかな変化はなく、握力およびカウンター数に関しては軽度の上昇傾向がみられた。modified Strooptest 1における施行時間は変化がなかったが、modified Stroop test 2における施行時間の延長傾向がみられた。UPDRSは(1)での平均値は27.7±1.5で(3)での平均値は30.7±1.5と上昇していた。3症例の罹病期間は12.0±3.6年と長期にわたり、運動機能だけではなく、前頭葉症状や精神症状を合併してくる時期ではある。3例中2例にはすでに幻覚を自覚しており、前頭葉機能のmodified Strooptest 2の施行時間延長に影響をきたしたと考えられた。今回は3症例のため明らかなことはいえないが、握力やカウンター数に関しては数値の上昇傾向がみられ、rTMSを長期間定期的に行うことで、重篤な合併症なく、運動機能改善の可能性が推測された。今後はさらに症例数を増やして経過を観る必要がある。
重要サービス保護のための仮想計算機モニタによる通信処理制御法の研究

仮想計算機で動作するプログラムによる通信内容を不可視化するために,基礎的な設計と実装による動作確認を行なった.具体的には,仮想計算機モニタとしてXen,仮想計算機で動作するオペレーティングシステとしてLinuxを想定した環境で,仮想計算機上のプログラムによる通信処理を仮想計算機モニタにより検知し,別の仮想計算機で動作するプログラムにより代理実行する機構の設計と実現を行った.これにより,仮想計算機で動作する保護対象のプログラムによる通信処理は,その他のプログラムからは感知することが困難になり,保護対象のプログラムの特定を困難にできる機構を実現できた.平成30年度は設計のみを進める計画であったが,平成29年度までに実現したファイル操作処理の不可視化機構の基本的な設計を応用できる部分が多いことが検討段階で明らかになったため,計画よりも順調に設計と実現を行うことができた.また,実現した機構を用いた際の通信性能への影響を評価により明らかにした.この際,通信処理ではなく,既存のファイル操作の不可視化機構においても同様の評価を行い,その関係を評価した.さらに,複数の仮想計算機を用意し,それぞれの仮想計算機で保護対象のプログラムが動作する環境において,複数の代理実行を行う際の性能への影響を予備評価により明らかにした.平成30年度は,これらの内容をまとめ,学会で発表した.具体的には,研究論文1件(2019年度掲載予定),国際学会2件,および国内学会2件の発表を行った.なお,国際学会における発表のうち1件は,Best Paper Awardを受賞した.平成30年度は,プロセスが通信に利用するシステムコールの種類と通信に利用する情報を明かにし,また,これらの情報がオペレーティングシステムによりどのように管理されているかを整理する計画であった.また,平成31年度は,通信内容の取得方法,代理プロセスへの転送方法,代理実行方法,および代理実行結果の返送方法を設計し,実現する計画であった.平成30年度は,平成31年度計画までの内容のうち,すべての基本機能を設計し,実現までを行った.このため,当初の計画以上の進展があった.一方,研究を進めていくなかで,新たな課題も発見された.このため,この課題の解決を計画に含め,平成31年度以降の研究を行う.具体的には,仮想計算機上のオペレーティングシステムが管理している情報を整理し,通信操作を代理実行するために必要な情報の整理を行った.また,この情報をもとに,仮想計算機モニタにより,仮想計算機で動作するプログラムによる通信操作を,別仮想計算機で動作するプログラムに転送することで,代理実行する機構を設計し,実現した.この際,代理実行を行う依頼元の仮想計算機が複数存在した場合に,特定の代理実行のみが連続して処理されるのではなく,代理実行それぞれを平等に実行できる仕組みを実現した.これにより,通信処理を不可視化するための機構の基礎的な設計と実現可能性を示すことができた.なお,研究を進めていくなかで,代理実行を行った際の通信性能や,仮想計算機上のオペレーティングシステムで動作する別プログラムの性能への影響が無視できないものであることが明らかになった.平成30年度は,当初の計画以上の進展があった.しかし,研究を進めていくなかで,新な課題も生まれたため,当初の計画どおり,平成31年度は,提案機構の実現を中心に研究を進める.具体的には,仮想計算機上のプログラムによる通信内容を不可視化するために,別の仮想計算機のプログラムによる通信処理の代理実行を可能にする機構を実現する.この際,代理実行が可能なだけでなく,複数の仮想計算機を用いた場合など,性能への影響を考慮した機構の実現を目指す.また,本来の目的である通信内容の不可視化の達成度を明らかにするために,実際に想定される攻撃手法を用いて提案手法を評価する.具体的には,想定される攻撃手法のうち,対処可能な攻撃を明らかにする.仮想計算機で動作するプログラムによる通信内容を不可視化するために,基礎的な設計と実装による動作確認を行なった.具体的には,仮想計算機モニタとしてXen,仮想計算機で動作するオペレーティングシステとしてLinuxを想定した環境で,仮想計算機上のプログラムによる通信処理を仮想計算機モニタにより検知し,別の仮想計算機で動作するプログラムにより代理実行する機構の設計と実現を行った.これにより,仮想計算機で動作する保護対象のプログラムによる通信処理は,その他のプログラムからは感知することが困難になり,保護対象のプログラムの特定を困難にできる機構を実現できた.平成30年度は設計のみを進める計画であったが,平成29年度までに実現したファイル操作処理の不可視化機構の基本的な設計を応用できる部分が多いことが検討段階で明らかになったため,計画よりも順調に設計と実現を行うことができた.また,実現した機構を用いた際の通信性能への影響を評価により明らかにした.この際,通信処理ではなく,既存のファイル操作の不可視化機構においても同様の評価を行い,その関係を評価した.さらに,複数の仮想計算機を用意し,それぞれの仮想計算機で保護対象のプログラムが動作する環境において,複数の代理実行を行う際の性能への影響を予備評価により明らかにした.平成30年度は,これらの内容をまとめ,学会で発表した.具体的には,研究論文1件(2019年度掲載予定),国際学会2件,および国内学会2件の発表を行った.なお,国際学会における発表のうち1件は,Best Paper Awardを受賞した.平成30年度は,プロセスが通信に利用するシステムコールの種類と通信に利用する情報を明かにし,また,これらの情報がオペレーティングシステムによりどのように管理されているかを整理する計画であった.

また,平成31年度は,通信内容の取得方法,代理プロセスへの転送方法,代理実行方法,および代理実行結果の返送方法を設計し,実現する計画であった.平成30年度は,平成31年度計画までの内容のうち,すべての基本機能を設計し,実現までを行った.このため,当初の計画以上の進展があった.一方,研究を進めていくなかで,新たな課題も発見された.このため,この課題の解決を計画に含め,平成31年度以降の研究を行う.具体的には,仮想計算機上のオペレーティングシステムが管理している情報を整理し,通信操作を代理実行するために必要な情報の整理を行った.また,この情報をもとに,仮想計算機モニタにより,仮想計算機で動作するプログラムによる通信操作を,別仮想計算機で動作するプログラムに転送することで,代理実行する機構を設計し,実現した.この際,代理実行を行う依頼元の仮想計算機が複数存在した場合に,特定の代理実行のみが連続して処理されるのではなく,代理実行それぞれを平等に実行できる仕組みを実現した.これにより,通信処理を不可視化するための機構の基礎的な設計と実現可能性を示すことができた.なお,研究を進めていくなかで,代理実行を行った際の通信性能や,仮想計算機上のオペレーティングシステムで動作する別プログラムの性能への影響が無視できないものであることが明らかになった.平成30年度は,当初の計画以上の進展があった.しかし,研究を進めていくなかで,新な課題も生まれたため,当初の計画どおり,平成31年度は,提案機構の実現を中心に研究を進める.具体的には,仮想計算機上のプログラムによる通信内容を不可視化するために,別の仮想計算機のプログラムによる通信処理の代理実行を可能にする機構を実現する.この際,代理実行が可能なだけでなく,複数の仮想計算機を用いた場合など,性能への影響を考慮した機構の実現を目指す.また,本来の目的である通信内容の不可視化の達成度を明らかにするために,実際に想定される攻撃手法を用いて提案手法を評価する.具体的には,想定される攻撃手法のうち,対処可能な攻撃を明らかにする.