hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
量子ドット標識による高感度蛍光プローブの簡便合成法の開発

さらに本合成を用いることで、1位及び24位カルボン酸を水酸基へと変換したジオール誘導体の合成も完了した。これら誘導体を用いて細胞死(アポトーシス)阻害試験による活性評価を行った結果、24位に水酸基を有するボンクレキン酸誘導体が抗アポトーシス作用を有することを見出した。本成果を利用して、蛍光プローブの創製を目指す。本研究では、申請者が独自に開発した量子ドット標識法を活用し、高感度蛍光プローブの合成法としての有用性および実用性を一つ一つ検証する事により本法の確立を目指している。初年度は、ミトコンドリア内膜タンパク質阻害剤であるボンクレキン酸の蛍光標識化を目的に、ボンクレキン酸の構造活性相関研究を検討した。今年度は、引き続き構造活性相関研究に取り組み、分子構造を簡略化したトリカルボン酸誘導体がアポトーシス阻害活性を示す事を新たに見出した。本成果は、アポトーシス阻害活性を保持した蛍光標識ボンクレキン酸の合成を実現する上で大きな進展と考えている。本研究では、申請者が独自に開発した量子ドット標識法を活用し、高感度蛍光プローブの合成法としての有用性および実用性を1つ1つ検証することにより本法の確立を目指している。今年度は、ミトコンドリア膜タンパク質阻害剤であるボンクレキン酸の蛍光標識化を目的に、ボンクレキン酸の構造活性相関研究に取り組んだ。その結果、蛍光プローブ合成に展開する上で、非常に有用な知見を得ることが出来た。本年度で得られた成果を基にして、ボンクレキン酸の構造活性相関研究をさらに精査するとともに蛍光標識化への展開を検討する。本年度は、昨年度同様に効率的に実験消耗品を用いた結果、研究費を節約でき繰越しが生じた。交付内定時に申請計画から減額されたが、本繰越金で補填することで当初予定通りの研究計画を遂行できると考えている。本年度は実験消耗品などを効率的に用いた結果、研究費を節約でき繰越しが生じた。本年度は実験消耗品などを効率的に使用した結果、研究費を節約することができ繰越が生じた。繰越金を踏まえ、次年度は以下に示す使用計画で研究を実施する。消耗品費: 88万円国内旅費:10万円機器修繕費: 10万円総額:108万円本年度は実験消耗品などを効率的に用いた結果、研究費を節約でき約25万円の繰越しが生じた。繰越金(約25万円)を踏まえ、次年度は以下のように研究を実施する予定である。前年度に得られた研究成果をさらに発展させるため、ボンクレキン酸の構造活性相関研究を引き続き推進し、蛍光標識化に取り組む。ボンクレキン酸の全合成は40工程を要するため、蛍光標識化ボンクレキン酸の合成には合成化学的な困難が予想される。そのため、合成容易な誘導体の開発に取り組み、強力なアポトーシス阻害活性を有するボンクレキン酸誘導体の開発を目指す。そして蛍光標識化へと展開する。
教育・研究の組織的特性と研究授業に関する研究-小学校の組織文化が研究授業の活性化に及ぼす影響について-

本研究は、体育について学校全体として組織的に継続的に研究実践(研究授業)を積み重ねている学校における子どもたちの体力、運動能力が、結果として高まってくるという仮説の検証を試みようとしたものである。I市内には、ほぼ同時期に体育の研究指定校となり、その活動をほぼ10年間に亘って継続してきた小学校が3校ある。それら3校(A群)の児童の体力と、市内のそれ以外の学校を任意に2校(B群)抽出し、児童の体力、運動能力の過去7年間の推移、学校内外での児童の運動生活、児童の体育観等及び、教師の体育についての価値観、指導理念、指導に当たっての力点等について調査した。調査の結果、教師の体育についての価値観、指導理念等については、B群の教師に比し、A群の教師に体育の内容となるスポーツの非実用的側面の価値を重視し、指導場面においても画一的な技術指導を避けると回答する者の割合が高くなることが明らかとなった。しかしながら、A群の児童とB群の児童との間の、体力、運動能力に有意な差を認めるまでには至らなかった。ここでの結果の原因として、特に学校外社会に於ける子どもたちの運動生活の様子に違いが認められること。また、教師が体育授業場面でスポーツのプレイ性を重視した授業を組み立てていくことと、運動好きの子どもを育成していくということの直接的な連関を認めることができなかったことが起因しているものと考えられる。本研究では、教師の指導理念、指導に当たっての力点に組織的、継続的な研究授業の成果をみてとることができた。現在、児童の側に一定の成果を認めることができないか、得られた調査結果からさらに詳細な分析を行っているところである。
予防安全に向けたシステムの強靭性分析手法に関する実践的研究

2017年度は、飛行場管制業務の現地調査(管制官に対する業務に関するインタビュー等)と、2016年度に試作した飛行場管制業務のFRAM(Functional Resonance Analysis Method)モデルの評価・改良を実施した。管制官に対するインタビューに関しては、今年度は特にインタビューにおける質問項目の構造化を試みた。今後は、それをさらに改良・洗練化し、本研究の基盤的概念であるSafety-IIにおいて重要となる成功要因を抽出するためのインタビュー手法の確立を目指す。飛行場管制業務のFRAMモデルについては、管制官および外部有識者らによるレビューを受け、有識者から「各タスクが比較的直線的につながっており、リニアモデル的になっている」「FRAMは認知的タスクではなく基本的には直接観察可能なタスクをノードとして記述したほうが良い」との指摘を頂いた。それを踏まえて、FRAMモデルの再検討を行い、最終的に以下の2種類のFRAMモデルを構築した。1管制官による間隔設定タスク一般を対象としたFRAMモデル2飛行場管制業務における飛行場管制席の業務を対象としたFRAMモデル1のFRAMモデルは、シンプルかつ管制官の認知プロセスを含めた説明が可能なモデルとなっており、管制官によるレビューを受け、その基本的妥当性を確認した。2のFRAMモデルは、Safety-IIの観点から、管制官が様々な阻害要因に対して発生防止や影響緩和のための対処を行いながら業務を遂行していることの記述を目的としており、そのために「基本機能ノード」「スレットノード」「(スレットに対する)対処ノード」の3種類のノードを用いた独自のモデル記述手法を開発し、それを適用している。2019年度は、これらのFRAMモデルの評価・改良と、システムの強靭性分析手法の基盤として応用手法の開発を目指す。本研究の基盤的概念であるSafety-IIにおいて重要となる成功要因を抽出するために有効な調査手法(記録対象データやその分析方法等)の選定が困難な課題であり、昨年度に引き続き、試行錯誤的にはなったものの、実務者に対するインタビューを中心とする調査手法の基本的枠組みが整理されつつある。また、飛行場管制業務のFRAMモデルについては、上述の有識者の指摘を受けた大幅な再検討が必要ではあったものの、レビューの機会を有効に活用することができ、記述手法に関する独自の改良を含んだ新たなFRAMモデルを開発することができた。2018年度に開発したモデルについてはさらなる評価と改良を行った上でシステムの強靭性分析手法の基盤として活用する予定である。これらの点に関しては、概ね、期待通りの成果が得られていると考えている。一方で、FRAMモデルの可視化・分析支援ツールの開発については、既存のFRAM可視化ツールが相当程度高機能化されており、FRAMモデルの記述・可視化においては既存ツールで機能的に不十分な点を同定するには至っていない。この点では2018年度の当初計画よりもやや遅れている。ただし、本研究の主たる目的はシステムの強靭性分析手法の開発であるため、研究リソースの有効活用を図る上でも、まずシステムの強靭性分析を行う上で新たなFRAMモデルの可視化・分析支援ツールが本当に必要か、既存ツールでの代用は不可能かに関して十分な事前検討を行った上で、必要に応じてツール開発を行うこととしたい。2019年度は、2018年度に開発した飛行場管制業務のFRAMモデルを応用したシステムの強靭性分析手法の開発と評価を行う。そのために、本研究の基盤的概念であるSafety-IIやレジリエンス、ならびにFRAMの専門家らが参加する8th Resilience Engineering Association Symposiumにて研究成果発表を行い、シンポジウム参加者から頂いたコメント等をFRAMモデルの改良やその応用手法の検討に反映させる。また、従来から本研究の遂行にご支援を頂いている外部有識者・実務者に加えて、2019年度から新たに航空会社関係者も加えた研究会を複数回開催し、航空管制サービスを提供する側だけではなく、それを受ける側の視点を踏まえたFRAMモデルの改良や、その具体的な応用手法について密接な意見交換を行う予定である。さらに、本研究で開発を行っている熟練者からの業務に関する知識抽出のためのインタビュー手法やFRAMを用いたモデル化手法を飛行場管制業務以外の他の専門的業務に対しても適用し、一連の手法がある程度の一般性をもって有効であるかを検証する計画である。このように研究者や学識経験者のみならず、幅広い実務経験者の協力を得ながら、FRAMモデルの洗練化とその実用手法の一つとしてのシステムの強靭性分析手法の開発と評価を行う。FRAM(Functional Resonance Analysis Method)を用いた飛行場管制業務の記述手法の開発に向けて、(1)管制官の認知・判断プロセスに関するインタビュー調査、ならびに(2)インタビュー結果のFRAMモデル化と記述手法の検討を行った。(1)に関しては、調査対象の空港における飛行場管制業務を担当する管制官の各役割(飛行場管制席、地上管制席、管制承認伝達席、調整席、統括席)のうち、インタビュー調査を未実施だった統括席の業務に関する聞き取りを行った。統括席は、他4席の業務状況を客観的な立場からモニタリングし、適宜支援を行うなど、チームパフォーマンスの信頼性を維持する上で重要な役割を果たしていることが確認された。また、平成30年度に実施する予定のFRAMモデルの妥当性検証におけるモデルケースとして使用するために、空港周辺における交通状況とそれに対応する管制官チームの行動を管制現場において記録するための手法の検討ならびに試行的なデータ収集を行った。

(2)に関しては、まず、各席の業務に関するインタビューデータに基づいて、管制業務に共通する特徴であるマルチタスクを成功裏に行う上で必要とされる7つの認知的能力を指標として抽出し、その妥当性に関して管制官による予備的なレビューを受けた。次に、それらの7つの能力が発揮されるために必要な認知的機能とその関係性を検討し、FRAMを用いたモデルとして記述した。当該FRAMモデルは「マルチタスクの実行」という観点に絞ってモデル化を行ったものであるが、複雑なフィードバック構造を有しており、ある機能のパフォーマンスの揺らぎが他の機能に再帰的に伝搬していく可能性を示唆していると考えられる。次年度以降、具体的なモデルケースにおけるタスク処理プロセスとその変動をFRAMモデルを用いて分析することを通じて、モデルの妥当性検証と改良を進める。平成29年度の目標は、(1)FRAMを用いた飛行場管制業務の記述手法の開発、(2)FRAMモデル可視化・分析支援ツールの開発の2点である。(1)に関しては、動的状況下で複数の航空機を同時に扱うためにタスクの実行プロセス(実行の順序やタイミング)が状況に応じて変化する航空管制業務をどのようにして一般的なモデルとして記述するかという点が困難であり試行錯誤したが、管制業務に共通する特徴であるマルチタスクを可能にしている認知的機能とその関係に着目してモデル化を行うことによりFRAMモデルとして記述することができた。従って、(1)に関しては、概ね計画通りに進捗しているものと考える。(2)のFRAMモデル可視化・分析支援ツールの開発については、既存のFRAMモデル作成・可視化ツールの機能が相当程度改善されていることが確認されたため、効率的・効果的に研究を進める上で、以下のような対応を行った。-平成29年度実施項目であるFRAMモデルの作成は既存ツールを用いて行った。-本研究で新たに開発するツールは、今後実施するFRAMモデルの管制官との共同レビューやシステムの強靭性分析の計画・実行結果を踏まえて既存ツールでは機能的に不足する部分を特定した上で、それらの点の補完に特化したツールとして平成30年度に構築を行う。以上のことから、(1)については概ね計画通りに進捗しているが、(2)を当初計画よりも遅れて実施することとしたため、表記のような判定を行った。2017年度は、飛行場管制業務の現地調査(管制官に対する業務に関するインタビュー等)と、2016年度に試作した飛行場管制業務のFRAM(Functional Resonance Analysis Method)モデルの評価・改良を実施した。管制官に対するインタビューに関しては、今年度は特にインタビューにおける質問項目の構造化を試みた。今後は、それをさらに改良・洗練化し、本研究の基盤的概念であるSafety-IIにおいて重要となる成功要因を抽出するためのインタビュー手法の確立を目指す。飛行場管制業務のFRAMモデルについては、管制官および外部有識者らによるレビューを受け、有識者から「各タスクが比較的直線的につながっており、リニアモデル的になっている」
非定常環境におけるソフトコンピューティングの学習と適応

ソフトコンピューティング(SC)の実際問題への応用を考える際、特に重要となってくるのは、"非定常環境をいかに克服するか?"という問題であろう。私は、これまで長年に渡って、学習オートマトン(LA)とSCを適切に融合することが、この問題の一つの解決策を与えるのではないかと考えてきた。私は、上述の可能性の追求のため、以下の点に特に配慮した研究を遂行した。A)様々な非定常環境に十分に対応できるようなLAのアルゴリズムを提案すると共に、その学習的性能を理論的に示す。B)コンピュータゲーミングや株価予測、更にはロボットの迷路通過といった幾つかの具体的な問題への応用を通じて、融合方法やLAのアルゴリズムの有効性を検証する。そして、以下で示されるような成果を得た。1)非定常複数教師環境(NMTE)で動作する階層構造確率オートマトン(HSLA)の学習について考察した。そして、最も最近に得られた情報を活用する学習アルゴリズムを提案し、ある条件の下で最適パスへ収束することを証明した。2)更に、DGPAとSE_<RI>アルゴリズムをHSLAの学習アルゴリズムとして使用可能な形に拡張し、幾つかの具体的なNMTEにおいて、本研究で提案した学習アルゴリズムとの計算機シミュレーションによる比較を行った。そして、数多くの例において、我々の学習アルゴリズムがこれまでに提案された2つの代表的なアルゴリズムより学習的性能において優れた結果を示すことを確認した。3)NMTEにおけるHSLAの学習に関する理論的な研究と並行して、(強い非定常性を内包する)株価予測やコンピュータゲーミング等の具体的な問題に関して、ニューラルネットや遺伝的アルゴリズムの適用についての幾つかの研究成果を発表してきた。しかしながら、非定常環境を克服するための融合システムの構築の成功には至っていない。今後の課題としたい。今後の課題としたい。学習オートマトンは、未知周囲環境の下での自律的学習を行なう有用な道具として、これまで精力的に理論的研究がなされてきた。そして、様々な応用問題へ適用され、その有効性が多くの人々によって広く認識されるようになってきた。ここで、未知周囲環境とは、学習オートマトンの出力に対する応答(Reward)が未知確率分布に基づいて与えられると考えられる環境を指しており、応笞が0又は1で与えられる環壌をP-モデル環境・応答が[0,1]区聞内の任意の実数を取りうるような環境をS-モデル環境と呼ぶ。また、応答の確率分布が不変な環境を定常環境と呼び、応答の確率分布が時間と共に変化する環境を非定常環境と呼ぶ。これまで、学習オートマトンの性能に関して、数多くの理論的研究がなされてきたが、それらの殆どが定常環境を仮定したものであった。本研究では、S-モデルかつ非定常であると共に、応答が一つではなく複数個存在するような環境(非定常複数教師環境と呼ぶ)の下での階層構造学習オートマトンの性能を考察した。そして、環境の変化に機敏に対応させるため、(オートマトンの出力に対する環境からの応答について)以前に得られた情報よりも最近得られた情報をよりうまく活用するアルゴリズムを提案した。そして、提案アルゴリズムにより、ある条件の下で最適パス確率1で収束することを理論的に証明した。更に、幾つかの計算機シミュレーションを実行することにより、これまでに提案された学習アルゴリズムより性能的に優れていることを確認した。未知環境中で動作するオートマトンの学習に関する研究は、1960年代の初頭にソ連(当時)のTsetlinによって開始された。彼は、決定性オートマトンの学習について興味深い研究を発表したが、しばらくして、同じソ連の研究者であるVarshavskiiとVorontsovaが確率オートマトンの学習に関する研究をスタートさせた。

その後、数多くの研究者がこの分野に参入することとなり、理論面での整備と共に、様々な応用に関する興味深い研究が次々と展開されてきた。そして、現在では、Oommenらによって提案されたDGPAアルゴリズムとPapadimitriouらによって提案されたSE_<R1>アルゴリズムが最も優れた学習的性能を有する学習アルゴリズムとして一般に認識されている。本研究では、非定常複数教師環境中で動作する階層構造確率オートマトンの学習について考察した。そして、最近に得られた情報を活用する学習アルゴリズムを提案し、ある条件の下で最適パスへ収束することを証明した。更に、DGPAアルゴリズムとSE_<R1>アルゴリズムを階層構造学習アルゴリズムとして使用可能な形に拡張し、幾つかの具体的な非定常複数教師環境において、本研究で提案した学習アルゴリズムとの計算機シミュレーションによる学習的性能に関する比較を行った。そして、数多くの例において、我々の学習アルゴリズムがこれまでに提案された2つの代表的なアルゴリズムより学習的性能において優れた結果を示すことを確認した。
細胞系譜単位を介した終脳多様性・保存性の進化機構の解析

脊椎動物の「終脳(哺乳類では「大脳」に対応)」は、背側の「外套(大脳皮質)」と腹側の「外套下部(大脳基底核)」から成る。感覚統合・記憶学習に重要な外套は種間で多様化している。外套の種多様性が生じる機構は脳進化を考える上で重要だが不明である。発生期では種間で保存されているので、生後脳発達に着目する必要があると考え、顕著な脳発達が見られ、かつ種間で外套構造の多様化が見られる硬骨魚類のメダカを研究対象とした。成体終脳の新生神経細胞の体系的な構造解析や、解剖領域を構成する新生神経細胞の遺伝子発現制御解析を行った。その結果、外套の構築原理(区画構造の創出機構)を発見し、種間多様性が生じる機構を考察した。脊椎動物の脳の最吻側に位置する「終脳(哺乳類では「大脳」に対応)」は、背側の「外套(大脳皮質に対応)」と腹側の「外套下部(大脳基底核)」から成る(図1)。終脳の解剖学的な区画構造や機能を種間比較すると、外套下部は魚類から哺乳類まで比較的保存されている。一方で、外套は同じ綱の種間でさえも大きく異なる。例えば、硬骨魚類の古代魚のチョウザメでは解剖学的区画がほぼ存在しない一方、個体認知を行うシクリッドは種固有の解剖学的区画が存在する[Burmeister SS et al, 2009]。外套は感覚統合・記憶学習に働き、脊椎動物の進化の過程で、大脳皮質の区画構造の複雑化が行動進化を生み出したとも考えられている。しかし、終脳の外套の種多様性が生じる機構は不明である。成体終脳の外套構造は種間で多様な一方、発生初期の脳形態や遺伝子発現様式は種間で保存されている[Medina L et al. 2014]。そこで、私は多様性の解明には、より後期の生後の脳発達にも着目する必要があると考え、種間で外套構造の多様化が顕著に生じている硬骨魚類を研究対象にした。硬骨魚類ではふ化後、成体まで神経新生を介した顕著な脳発達が見られ、成体脳を構成するニューロンの多く(9割程度)が生後に新生したニューロン由来だと推定されている。本研究はメダカ(Oryzias latipes)を研究対象とした。メダカ外套はゼブラフィッシュと比較して、より複雑な解剖学的構造があり[Mueller T et al, 2011]、ゲノム解析手法も整備されている(ゲノムサイズ:700bp)[Kasahara M, 2007]。申請者は「生後の神経新生を介した終脳発達機構を解明」することを目的とし、メダカの利点を生かして、成体終脳の新生ニューロンの体系的な構造解析を行った。その結果、外套の構築原理(区画構造の創出機構)を発見した。メダカ終脳の細胞系譜の遺伝子発現制御解析を行う目的で、東京大学理学系研究科の武田研究室との共同研究を行い、メダカ終脳のスライスを用いたATAC-seq法を確立した。さらに細胞系譜という少数細胞でのATAC-seq法の確立も行った。本手法は画期的であり、細胞系譜の遺伝子発現制御機構の解明に繋がることが期待される。脊椎動物の脳の最吻側に位置する「終脳(哺乳類では「大脳」に対応)」は、背側の「外套(大脳皮質に対応)」と腹側の「外套下部(大脳基底核)」から成る。本研究はメダカ(Oryzias latipes)を研究対象として選択した点が独創的である。メダカ外套は硬骨魚類のモデル動物のゼブラフィッシュと比較して、より複雑な解剖学的構造があり[Mueller T et al, 2011]、ゲノム解析手法も整備されている(ゲノムサイズ:700bp)[Kasahara M, 2007]。申請者は「生後の神経新生を介した終脳発達機構を解明」することを目的とし、メダカの利点を生かして、成体終脳の新生ニューロンの体系的な構造解析や、解剖領域を構成する新生ニューロンの遺伝子発現制御解析を行った。その結果、外套の構築原理(区画構造の創出機構)を発見し、その種間多様性が生まれる機構を考察できた。

感覚統合・記憶学習に重要な外套は種間で多様化している。外套の種多様性が生じる機構は脳進化を考える上で重要だが不明である。発生期では種間で保存されているので、生後脳発達に着目する必要があると考え、顕著な脳発達が見られ、かつ種間で外套構造の多様化が見られる硬骨魚類のメダカを研究対象とした。成体終脳の新生神経細胞の体系的な構造解析や、解剖領域を構成する新生神経細胞の遺伝子発現制御解析を行った。その結果、外套の構築原理(区画構造の創出機構)を発見し、種間多様性が生じる機構を考察した。今後は終脳の細胞系譜ごとの機能解析を行う目的で、遺伝子発現解析と発言制御解析を行う。申請者は細胞系譜の構造を明らかにしたので、その知見を元に細胞系譜を切り出し、RNA-seq, ATAC-seqを行う。東京大学理学研究科の武田研究室との共同研究でシークエンス解析を行う予定である。29年度が最終年度であるため、記入しない。神経科学29年度が最終年度であるため、記入しない。
レシチンの化学修飾により体内分布を制御した改良型バイオ医薬（バイオベター）の開発

タンパク質医薬をレシチンで化学修飾したバイオベター(改良型バイオ医薬品)の開発を行っている。タンパク質医薬としては、ライソゾーム酵素のアガルシダーゼあるいはIgG抗体のオマリズマブを用い、その活性や培養細胞との相互作用評価を試みた。当初はレシチン化アガルシダーゼを蛍光標識していたが、長期保存すると凝集してしまった。そこで、免疫染色によりレシチン化アガルシダーゼを検出することにした。その結果、レシチン化アガルシダーゼはHeLa細胞(ヒト子宮頸がん由来細胞株)およびヒト血管内皮細胞細胞に顕著に取り込まれることがわかった。次に、細胞に取り込まれたレシチン化アガルシダーゼの活性を、基質(X-α-Gal)を用い評価したところ、レシチン化体を添加した細胞内で特に強い発色がみられた。よって、レシチン化アガルシダーゼが細胞に取り込まれ細胞内で活性を維持していることが明らかになった。さらに、レシチン化アガルシダーゼは細胞毒性が低く、また血漿タンパク質と複合体を形成できることもわかった。一方、オマリズマブはマスト細胞や抗塩基球の脱顆粒を抑制するので、KU812細胞(ヒト好塩基球細胞株)を用いたヒスタミン放出の系でその活性評価を試みた。しかしながら、刺激剤や濃度を変えても文献で報告されているようなヒスタミン放出が誘導できず細胞評価系を確立できなかった。そこで、対象となる抗体を抗α-チューブリン抗体に代えレシチン修飾を試みた。免疫染色からレシチン化抗体が細胞内に多く取り込まれることがわかった。一方で、このレシチン化抗体は通常の免疫染色の手法でチューブリンを染色できず、また細胞傷害性を示さなかったことから、レシチン化により抗体の抗原結合性が低下していることが示唆された。アガルシダーゼについては、培養細胞を用いた活性評価をほぼ完了し計画通り進行している。一方、オマリズマブについては、合成は終了したが細胞評価系が確立できておらず当初計画からやや遅延している。この評価系試験は、文献で報告されているのとほぼ同じ条件で実施しているが、細胞の由来やロットの相違が影響を及ぼしているのかもしれない。異種の細胞での評価系の確立および対象となる抗体の変更を試みている。レシチン化アガルシダーゼおよびレシチン化オマリズマブ(抗体)を用い、培養細胞での活性評価及び動物での体内分布試験や薬理効果試験を実施する。アガルシダーゼについては、まず培養細胞での活性を定量する。レシチン化体を添加した細胞の溶解液に蛍光基質(5MU)を加え活性を測定する。また、その取り込み経路を適切な阻害剤を用い明らかにする。オマリズマブについては、マウスの細胞での評価系の確立を試みる。さらに、動物での体内動態を解析する。正常マウスにCy7をラベルしたレシチン修飾オマリズマブあるいはアガルシダーゼを静脈注射し臓器集積性をin vivo蛍光イメージングシステムにより観察する。また、経時的に血液およびホモジナイズした各臓器中の量を蛍光光度計により定量する。アガルシダーゼの薬理活性は、ファブリー病の動物モデルとして知られるガラクトシダーゼノックアウトマウスを用い評価する。レシチン修飾アガルシダーゼを静脈注射し、一定時間後各臓器をホモジナイズしGL-3量をELISAにより定量する。オマリズマブの薬理活性評価は、慢性アレルギーの動物モデルとして知られるOVA-IgEマウスを用いる。レシチン修飾オマリズマブを静脈注射後、経時的に血中IgE抗体をELISAにより定量し薬理活性を評価する。ライソゾーム酵素のアガルシダーゼあるいはヒト化抗ヒトIgEモノクローナル抗体のオマリズマブをレシチンで化学修飾したバイオベター(改良型バイオ医薬品)の開発を行ってきた。平成29年度は、主にオマリズマブ及びアガルシダーゼへのレシチン修飾法の確立を試みた。アガルシダーゼは酵素であるためレシチン修飾反応により変性失活することが懸念される。そこで、まず反応条件がレシチン修飾率と酵素活性に及ぼす影響を検討した。その結果、混合する有機溶媒はDMSOが最適であり、その混合比を35%とすることでレシチンの修飾と活性が維持できることがわかった。また、レシチン修飾ファブラザイムをゲル電気泳動解析すると、レシチンの修飾量に応じファブラザイムが正極側にシフトしたことから、レシチンはファブラザイムのアミノ基と結合していることが示唆された。さらに、3種の培養細胞(ヒト子宮頸がん由来細胞、ヒト不死化肝星細胞、ヒト臍帯静脈内皮細胞)への取り込みを評価したところ、レシチン化することで全ての細胞で多く取り込まれるようになり、最適なレシチン修飾率が存在することがわかった。一方、オマリズマブは50%DMSO溶液中でレシチン修飾反応をおこなった。HPLCとゲル電気泳動解析から仕込みのレシチン量に応じ修飾されることがわかった。また、IgEに対するELISAを利用することで、レシチン化オマリズマブが抗原(IgE)に対する結合性を維持していることが確認できた。さらに、レシチン化オマリズマブは培養細胞(ヒト好塩基球性白血病細胞、ラット好塩基球性白血病細胞)に顕著に取り込まれることがわかった。

特に、オマリズマブに対するレシチンの仕込み重量比0.3で合成したオマリズマブが最大の取り込みを示したことから、細胞親和性を高める最適なレシチン修飾率が存在することが明らかになった。本年度は当初の予定通り、レシチン修飾タンパク質の修飾法を確立することに成功した。タンパク質の活性評価、培養細胞との親和性評価も実施しほぼ終了した。血漿タンパク質及び血球細胞との相互作用解析および細胞毒性評価については、その予備検討まで既に終了している。以上より、本年度は滞りなくおおむね順調に予定を達成できたといえる。タンパク質医薬をレシチンで化学修飾したバイオベター(改良型バイオ医薬品)の開発を行っている。タンパク質医薬としては、ライソゾーム酵素のアガルシダーゼあるいはIgG抗体のオマリズマブを用い、その活性や培養細胞との相互作用評価を試みた。当初はレシチン化アガルシダーゼを蛍光標識していたが、長期保存すると凝集してしまった。そこで、免疫染色によりレシチン化アガルシダーゼを検出することにした。その結果、レシチン化アガルシダーゼはHeLa細胞(ヒト子宮頸がん由来細胞株)およびヒト血管内皮細胞細胞に顕著に取り込まれることがわかった。次に、細胞に取り込まれたレシチン化アガルシダーゼの活性を、基質(X-α-Gal)を用い評価したところ、レシチン化体を添加した細胞内で特に強い発色がみられた。よって、レシチン化アガルシダーゼが細胞に取り込まれ細胞内で活性を維持していることが明らかになった。さらに、レシチン化アガルシダーゼは細胞毒性が低く、また血漿タンパク質と複合体を形成できることもわかった。一方、オマリズマブはマスト細胞や抗塩基球の脱顆粒を抑制するので、KU812細胞(ヒト好塩基球細胞株)を用いたヒスタミン放出の系でその活性評価を試みた。しかしながら、刺激剤や濃度を変えても文献で報告されているようなヒスタミン放出が誘導できず細胞評価系を確立できなかった。そこで、対象となる抗体を抗α-チューブリン抗体に代えレシチン修飾を試みた。免疫染色からレシチン化抗体が細胞内に多く取り込まれることがわかった。一方で、このレシチン化抗体は通常の免疫染色の手法でチューブリンを染色できず、また細胞傷害性を示さなかったことから、レシチン化により抗体の抗原結合性が低下していることが示唆された。アガルシダーゼについては、培養細胞を用いた活性評価をほぼ完了し計画通り進行している。一方、オマリズマブについては、合成は終了したが細胞評価系が確立できておらず当初計画からやや遅延している。この評価系試験は、文献で報告されているのとほぼ同じ条件で実施しているが、細胞の由来やロットの相違が影響を及ぼしているのかもしれない。異種の細胞での評価系の確立および対象となる抗体の変更を試みている。作製したレシチン化タンパク質を用い、血漿タンパク質及び血球細胞との相互作用と細胞毒性を評価する。得られた結果と細胞への取り込み試験の結果から、活性が維持され、細胞との親和性が高く、細胞毒性が低い修飾体をスクリーニングし最終製剤の修飾率を決定する。次に、培養細胞を用いたタンパク質の活性評価を行う。オマリズマブの活性は、ヒト好塩基球性細胞株のKU812細胞を用い、刺激により放出されるヒスタミンをEIAにより定量する。アガルシダーゼの細胞内での酵素活性は、種々の細胞にガラクトシダーゼの基質であるX-α-Galを添加し評価する。
鉄筋腐食によるコンクリート片の剥落危険度判定法の作成

30年度は、各種条件での内部ひび割れ進展とコンクリート片剥離強度の関係把握に関する以下の4項目に関する研究を行った。それぞれの項目に関する研究実績は以下の通りである。1鉄筋腐食ひび割れ部のコンクリート片剥離強度試験法の確立:腐食ひび割れが供試体内部に存在している供試体に対し、腐食ひび割れ面上部をエポキシ樹脂で供試体と接着した載荷治具で引張荷重を与え、腐食部を剥離させることができる載荷方法を検討した。検討した方法に対応する試験装置を作成し、コンクリート片の剥離強度を評価する試験法を確立した。2非破壊試験によるコンクリート内部の鉄筋腐食ひび割れの評価:申請者が検討を進めている打音法と電磁波レーダ法による内部ひびわれ判定手法の高度化と実用化を図った。打音法については、提案している内部欠陥判定方法を実構造物に適用し、実構造物でも適用可能なことを確認した。一方、電磁波レーダ法は、開発している評価方法により内部ひび割れだけでなく鉄筋腐食範囲も検知できる可能性を確認した。これにより、点検データの高度化を図りつつ、コンクリートの剥落リスクを評価する可能性を見いだした。3各種腐食条件下のコンクリート片剥離強度ならびに剥離情報の実験的評価:試験装置を作成し、腐食部の剥離強度を評価可能であることを確認した。4コンクリート片剥離挙動の数値解析による評価:コンクリートのひび割れ進展を精度よく評価できる剛体バネモデル(RBSM)を用い、鉄筋腐食のひび割れ進展解析を行った後に、剥離強度試験法と同様に荷重載荷を行い、ひび割れ進展や剥離強度を評価できる解析プログラムを開発した。開発したプログラムにより、鉄筋かぶり、鉄筋腐食量、部分腐食による腐食ひび割れ形状を変化させた解析を行い、各要因が腐食ひび割れ上部のコンクリートの剥離強度や剥離範囲に及ぼす影響を検討した。30年度予定していた、1鉄筋腐食ひび割れ部のコンクリート片剥離強度試験法の確立、2非破壊試験によるコンクリート内部の鉄筋腐食ひび割れの評価、3各種腐食条件下のコンクリート片剥離強度ならびに剥離情報の実験的評価、4コンクリート片剥離挙動の数値解析による評価、の4項目についてはいずれも着実に検討を行っている。1の項目については試験装置を完成させることができ、予定通り実施できた。一方、試験装置作成後3の項目については、実験的に剥離強度の評価を行う予定であったが、試験装置作成の材料準備や治具の加工が依頼した業者とのやりとりなどで遅れてしまい、予定の実験を実施するには至らなかった。2の非破壊試験については、実構造物の適用性や鉄筋腐食範囲の探知の可能性などを確認でき、非破壊試験法による内部ひび割れを評価する手法開発としては、予定以上の進捗といえる。4の数値解析手法の開発については、予定通りプログラムを開発でき、いくつかの事例について検証解析が行うことができ、予定通り実施できた。4項目の内、実験の実施に関する項目は、予定した実験ケースを完了できていないが、他の3項目は順調に進展したので、総合的に「概ね順調に進展している」と自己評価を行った。30年度の成果の延長として、各種条件での内部ひび割れ進展とコンクリート片剥離強度の関係把握に関する以下の4項目の検討を行う。1各種腐食条件下のコンクリート片剥離強度ならびに剥離情報の実験的評価:鉄筋かぶり、鉄筋腐食長さ、鉄筋腐食量を変化させた腐食ひび割れ供試体を作成し、構築した剥離強度試験法で、各種状態に対する剥離強度と剥離情報(大きさ、形状、重量、破壊面)を評価する。また、非破壊試験結果と得られた剥離強度・剥離情報の対応について考察を行う。2腐食と荷重・環境作用の組み合わせが腐食ひび割れの進展に及ぼす影響の実験的評価:かぶりの剥落に至るきっかけは、自動車などの荷重載荷、水分浸入による凍結融解作用、気温変化による体積変化などが影響する場合もあると推測される。そこで、疲労荷重載荷や温度変化によるかぶりの体積変化をさせた実験を行い、進展した腐食ひび割れが腐食以外の作用によりどのように進展するかを実験的に検討する。3コンクリート片剥離挙動の数値解析による評価:昨年度開発した解析手法を用い、実験を行った供試体の評価と各種パラメータの解析を行う。解析結果により、多様な条件での剥離強度と剥離に至るまでの剥離メカニズムを明らかにする。4非破壊試験によるコンクリート内部の鉄筋腐食ひび割れの評価:剥離強度試験に先立ち、鉄筋腐食による内部ひび割れの状態を把握するための非破壊試験を行う。試験方法は、昨年同様、打音法と電磁波レーダ法を行う。打音試験については、一般的なハンマーによる打音とともに、遠方から非接触で打音可能なレーザー打音法を用い、新たな打音法の可能性も検討する。一方、電磁波レーダ法は、申請者らが検討を進めている評価法により腐食ひび割れ範囲、腐食ひび割れ深さ、鉄筋腐食範囲の推定精度向上を図るとともに、実構造物への適用も試みる。

一方、電磁波レーダ法は、開発している評価方法により内部ひび割れだけでなく鉄筋腐食範囲も検知できる可能性を確認した。これにより、点検データの高度化を図りつつ、コンクリートの剥落リスクを評価する可能性を見いだした。3各種腐食条件下のコンクリート片剥離強度ならびに剥離情報の実験的評価:試験装置を作成し、腐食部の剥離強度を評価可能であることを確認した。4コンクリート片剥離挙動の数値解析による評価:コンクリートのひび割れ進展を精度よく評価できる剛体バネモデル(RBSM)を用い、鉄筋腐食のひび割れ進展解析を行った後に、剥離強度試験法と同様に荷重載荷を行い、ひび割れ進展や剥離強度を評価できる解析プログラムを開発した。開発したプログラムにより、鉄筋かぶり、鉄筋腐食量、部分腐食による腐食ひび割れ形状を変化させた解析を行い、各要因が腐食ひび割れ上部のコンクリートの剥離強度や剥離範囲に及ぼす影響を検討した。30年度予定していた、1鉄筋腐食ひび割れ部のコンクリート片剥離強度試験法の確立、2非破壊試験によるコンクリート内部の鉄筋腐食ひび割れの評価、3各種腐食条件下のコンクリート片剥離強度ならびに剥離情報の実験的評価、4コンクリート片剥離挙動の数値解析による評価、の4項目についてはいずれも着実に検討を行っている。1の項目については試験装置を完成させることができ、予定通り実施できた。一方、試験装置作成後3の項目については、実験的に剥離強度の評価を行う予定であったが、試験装置作成の材料準備や治具の加工が依頼した業者とのやりとりなどで遅れてしまい、予定の実験を実施するには至らなかった。2の非破壊試験については、実構造物の適用性や鉄筋腐食範囲の探知の可能性などを確認でき、非破壊試験法による内部ひび割れを評価する手法開発としては、予定以上の進捗といえる。4の数値解析手法の開発については、予定通りプログラムを開発でき、いくつかの事例について検証解析が行うことができ、予定通り実施できた。4項目の内、実験の実施に関する項目は、予定した実験ケースを完了できていないが、他の3項目は順調に進展したので、総合的に「概ね順調に進展している」と自己評価を行った。30年度の成果の延長として、各種条件での内部ひび割れ進展とコンクリート片剥離強度の関係把握に関する以下の4項目の検討を行う。1各種腐食条件下のコンクリート片剥離強度ならびに剥離情報の実験的評価:鉄筋かぶり、鉄筋腐食長さ、鉄筋腐食量を変化させた腐食ひび割れ供試体を作成し、構築した剥離強度試験法で、各種状態に対する剥離強度と剥離情報(大きさ、形状、重量、破壊面)を評価する。また、非破壊試験結果と得られた剥離強度・剥離情報の対応について考察を行う。2腐食と荷重・環境作用の組み合わせが腐食ひび割れの進展に及ぼす影響の実験的評価:かぶりの剥落に至るきっかけは、自動車などの荷重載荷、水分浸入による凍結融解作用、気温変化による体積変化などが影響する場合もあると推測される。
SLC46A1新規変異を有した遺伝性葉酸吸収不全症に関する研究

葉酸はDNA合成、アミノ酸合成に必須の補酵素であり、欠乏により巨赤芽球性貧血、免疫不全症状、神経症状などを来す。妊婦で葉酸が欠乏すると、胎児の神経管形成障害リスクが上昇する。この葉酸を先天的に吸収できない遺伝性葉酸吸収不全症(Hereditary folate malabsorption,HEM)は1961年初報告され、2014年現在全世界で31の報告がある。2014年に申請者らは、本邦となるHFM患者について報告した。その患児について、申請者らは葉酸輸送体proton-coupled folate transporter (PCFT)のコード遺伝子SLC46A1に未報告の変異があることを発見した。当該患児は重症免疫不全症症、神経症状を有していた。過去の報告によれば、後遺症なく治療が奏効した例は殆どない。本研究の目的は、当該遺伝子変異について機能解析を進め、遺伝性葉酸吸収不全症に対する有効な治療基準を確立することである。我々が報告した遺伝性葉酸吸収不全症患児の遺伝子変異のうち、ひとつは重要なアミノ酸置換を生じることが過去の報告で予測されており、SNPとして登録のない重要な変異である。一方のdeep intronic mutationについては、通常転写されるエクソンと距離のあるイントロン部位での新規変異であり、転写以降の過程に及ぼす影響は不明である。申請者らは平成28年度中、PCR法により当該イントロンの転写レベルでの配列を解析した。患児の葉酸吸収不全が、両親由来の遺伝子変異が組み合わせられたことによることを確認した。また、平成29年度中、患児由来EBV-LCLを樹立し、血球系へのPCFT loss-of-functionの影響の有無と、治療に必要な血液中の葉酸最小濃度の検討を行った。平成30年度は新報告症例も加え、更なる機能解析を行った。当初の計画では、患児由来EBV-LCLを樹立し、血球系へのPCFT loss-of-functionの影響の有無と、治療に必要な血液中の葉酸最小濃度を検討する予定であった。加えて、両親由来の各々の変異SLC46A1を有したGFP発現ベクターをHeLa細胞に一時的に導入し、細胞内の局在の変化を確認する予定であった。また、樹立した患児由来EBV-LCLを葉酸濃度勾配下で一定時間培養し、細胞周囲解析でS期停滞が生じているか調べる予定であった。その後、当初予定されていなかった新たな国内症例が発見され、研究予定に変更が生じた。変異SLC46A1をHeLa細胞に一時的に導入し、ウェスタンブロッティング法にて局在の解析を行った。HeLa細胞を用いたまたFITCラベルされたMTXの取り込み実験を行った。実験結果が安定していないものもあるが、新たな症例に対して予定通りの実験が行えている面もあるため、予定変更という点を考慮しおおむね順調と言える。平成31年度以降は、現在のエフォートを推進しながら、当初予定していた研究計画を引き続き施行する。具体的には、樹立した患児由来EBV-LCLを葉酸濃度勾配下で一定時間培養し、細胞周期解析でS期停滞が生じているかを確認する。その後、患児と同等の変異を有した神経系細胞株を用いて髄液中の必要濃度の検索を行う。解析をさらに進め、学術論文投稿、学会発表を予定している。葉酸はDNA合成、アミノ酸合成に必須の補酵素であり、欠乏により巨先芽球性貧血、免疫不全症状、神経症状などを来す。この葉酸を先天的に吸収できない遺伝性葉酸吸収不全症(Hereditary folate malabsorption, HFM)は1961年初報告され、2014年現在全世界で31の報告がある。2014年申請者らは、本邦初となるHFM患者について報告した。その患児について、申請者らは葉酸輸送体proton-coupled transporter(PCFT)のコード遺伝子SLC46A1に未報告の変異があることを発見した。当該患児は重症免疫不全症状、神経症状を有していた。過去の報告によれば、後遺症なく治療が奏功した例はほとんどない。申請者らは平成28年度中、当該イントロンを挟む両側エクソン上にプライマーを設計し、PCR法により転写レベルでの配列を解析した。患児の葉酸吸収不全が、両親由来の遺伝子変異が組合わせられたことによることを確認した。現在までに、患児の葉酸吸収不全が、両親由来の遺伝子変異が組合わせられたことによることを確認した。これに加え、当初は患児由来RNAより作製したcDNAについてTAクローニングを行い、各々のアリルを単一で調べ、シークエンス結果から各々の変異が両親由来であり同アリル上にないことを確認する予定であった。上記に加え、研究の進行具合により、各々の変異の配列を有した発現ベクターを作製しHeLa細胞に一時的に導入し、ウエスタンブロット法によりタンパクレベルの発現を解析する予定であった。

また、PCFTは細胞膜貫通型タンパクであり、正常では細胞膜に局在していることから、蛍光標識を有するGFP発現ベクターに変異SLC46A1を挿入し、HeLa細胞に導入して細胞内の局在の変化を確認する予定であった。さらに、患児由来不死化B細胞(EBV-LCL)を樹立し、培地に葉酸濃度勾配を付与し連日細胞数のカウントを行い、正常者由来細胞株と同等の増殖能を維持する必要最小濃度を調べることで、血球系へのPCFT loss-of-functionの影響の有無と、治療に必要な血液中の葉酸最小濃度を推測可能であると考えていた。しかし、申請者自身について平成28年度初期に妊娠が発覚し、日常生活が困難な体調不良が長期間続いたこと、加えて妊娠に関連した数ヶ月にわたる入院および産休取得、その後の体調回復の遅れにより、本来予定していた研究活動が困難となった。よって、当初の計画より進捗が遅れてしまった。葉酸はDNA合成、アミノ酸合成に必須の補酵素であり、欠乏により巨赤芽球性貧血、免疫不全症状、神経症状などを来す。妊婦で葉酸が欠乏すると、胎児の神経管形成障害リスクが上昇する。この葉酸を先天的に吸収できない遺伝性葉酸吸収不全症(Hereditary folate malabsorption, HFM)は1961年初報告され、2014年現在全世界で31の報告がある。2014年に申請者らは、本邦初となるHFM患者について報告した。その患児について、申請者らは葉酸輸送体proton-coupled folate transporter(PCFT)のコード遺伝子SLC46A1に未報告の変異があることを発見した。当該患児は重症免疫不全症状、神経症状を有していた。過去の報告によれば、後遺症なく治療が奏効した例はほとんどない。本研究の目的は、当該遺伝子変異について機能解析を進め、遺伝性葉酸吸収不全症に対する有効な治療基準を確立することである。我々が報告した遺伝性葉酸吸収不全症患児の遺伝子変異のうち、ひとつは重要なアミノ酸置換を生じることが過去の報告で予測されており、SNPとして登録のない重要な変異である。一方のdeep intronic mutationについては、通常転写されるエクソンと距離のあるイントロン部位での新規変異であり、転写以降の過程に及ぼす影響は不明である。申請者らは平成28年度中、当該イントロンを挟む両側エクソン上にプライマーを設計し、PCR法により転写レベルでの配列を解析した。患児の葉酸吸収不全が、両親由来の遺伝子変異が組み合わせられたことによることを確認した。また、平成29年度中、患児由来EBV-LCLを樹立し、血球系へのPCFT loss-of-functionの影響の有無と、治療に必要な血液中の葉酸最小濃度の検討を行った。当初の計画では、患児由来EBV-LCLを樹立し、血球系へのPCFT loss-of-functionの影響の有無と、治療に必要な血液中の葉酸最小濃度を検討する予定であった。上記に加え、両親由来の各々の変異SLC46A1を有したGFP発現ベクターをHeLa細胞に一時的に導入し、細胞内の局在の変化を確認する予定であった。
表面増強共鳴ラマン散乱法を用いたタンパク質の構造と機能の1分子解析

生体分子内部の特定領域の構造変化や化学結合に関する情報を1分子レベルの高感度で検出することは従来の技術では困難であった。これを解決するため、本研究では、生体分子の特定の部位に光吸収物質を結合させ、表面増強共鳴ラマン散乱を利用して光吸収物質の近傍の化学結合に由来するラマン散乱の信号を1分子レベルで検出し、生体分子の局所的な構造情報を得ることを目的とした。従来はモル吸収係数の大きなローダミンやCy3などが用いられていたが、生体分子に結合していなくても蛍光を発するため、これが表面増強共鳴ラマン散乱スペクトルを計測する際の妨げとなっていた。また、これらの色素のラマン散乱スペクトルには固有のたくさんのピークが存在するため、これと色素に結合した生体分子のラマン散乱スペクトルのピークとを分離することが困難だった。これを解決するため、蛍光誘導体化試薬4-fluoro-7-nitro-2,1,3-benzoxadiazole(NBD-F)を用いることにした。NBD-Fはアミノ酸やタンパク質に結合して初めて蛍光を発するため、溶液中に未反応のNBD-Fが存在してもラマン散乱スペクトルの測定の妨げになりにくい。また、ピークの数も少なく1000cm^<-1>以下には主要なピークが見られず、アミノ酸やタンパク質の表面増強共鳴ラマン散乱スペクトルの測定に適していた。NBD-Fの吸収波長である488nmのレーザーにて試料を励起し、冷却CCDカメラを使用して積算時間5秒で表面増強共鳴ラマン散乱スペクトルを得た。生体分子の同定法への応用の第一歩として、NBDとフェニルアラニンを結合させ、特徴的な約960cm^<-1>のピークを検出することに成功した。従来の技術では、生体分子内部の特定領域の構造変化や化学結合に関する情報を1分子レベルの高感度で検出することは困難であった。この方式の有効性を確認するため、カテコールアミンの一種であるノルエピネフリン(NE)と蛍光誘導体化試薬4-fluoro-7-nitro-2,1,3-benzoxadiazole (NBD-F)とを結合させNBD-NEとし、この表面増強共鳴ラマン散乱スペクトルを観測した。さらに、NEの分解に伴う構造変化を観察した。まず、500μM NE溶液100μlに、40mM NBD-Fアセトニトリル溶液100μl、100mMホウ酸緩衝液(pH9.0)100μlを加え、60°C、5分間反応させ、氷冷した。また、NEを予め60°C、5分間放置して構造変化を起こさせた試料も同様の方法で蛍光誘導体化した。各々のサンプルを、上述のように銀コロイド溶液、NaClと混合させた後、スライドガラスに滴下し、ラマン散乱スペクトルを計測した。NBD-Fの吸収波長である488nmのレーザーにてサンプルを励起し、冷却CCDカメラを使用して積算時間5秒で表面増強共鳴ラマン散乱スペクトルを得た。NEをNBD-Fにより誘導体化することにより、表面増強共鳴ラマン散乱スペクトルを得ることができた。また、NEの分解に伴う構造変化を表面増強共鳴ラマン散乱スペクトルにより検出することができた。この結果は、低分子の生体分子に蛍光色素を結合させ、その表面増強共鳴ラマン散乱スペクトルを得ることにより、生体分子の構造変化を検出できることを示している。
量子流体の側面から見たシュレディンガー方程式の解の構造の研究

本研究は、シュレディンガー方程式の量子流体としての側面に着目し、対応する古典力学の崩壊現象とシュレディンガー方程式の解の爆発現象との関係を調べることを目標として開始された。その際、近年分散型方程式で進展の目覚ましい、結果の否定から架空の解を構成するという背理法の議論を用いることにした。まずこの手法について研究を進めた結果、予想外の方向へ進展し、質量劣臨界と呼ばれる基底状態が安定となる場合に、適切な意味で最小となる特殊な非散乱解を発見するに至った。この解は、従来知られていた解とはどれとも異なる挙動を示すものである。その後、関係の深い一般化KdV方程式も考察し、同様の現象が起こることを確認した。前年度に予想外な進展を見せた非線型シュレディンガー方程式の質量劣臨界ケースにおける解の時間大域挙動の研究をさらに推し進めた。その結果、前年度で得られた結果を満足のいく形に改良することができた。本研究は、吸引的なべき乗型の非線形項を持つシュレディンガー方程式に対し、解の時間大域挙動を初期値に関する情報で決定する研究の一環で、質量劣臨界と呼ばれるべきを考えているのが特徴である。具体的な目標は、最小非散乱解と呼ぶべき、自由解のように振る舞う散乱と呼ばれる時間大域挙動を示す解たちと、それ以外の挙動を示す解たちとの境目にある解の存在を示すことが目的である。前年度の結果においては、扱える非線形項のべきに対してストラウスべきと呼ばれるべきが下限として現れていたが、今年度では、実解析的な手法を応用することでその制約条件を弱め、カズナブ・ワイスラーのべきと呼ばれている指数まで弱めることができた。また、その副産物として、上記の研究において初期値の空間を非斉次な重みつき空間から、尺度不変な重みつき空間にまで広げることにも成功した。尺度不変な空間で方程式が解かれること自身にも数学的な重要性と面白さがあるが、ここでは初期値が2乗可積分でない空間で方程式が解かれた事が重要だと考えており、ここを強調したい。質量劣臨界である場合には、質量保存則から2乗可積分な初期値に対しては解は必ず時間大域的である。一方で、初期値が2乗可積分でなければ有限時間で爆発するような解も存在することが知られている。したがって、解の大域挙動を調べる上では、2乗可積分であるとことはその多様性を制限する条件とみなせる。本研究においては、2乗可積分とは限らない解を考えているため、「散乱以外の挙動を示す解」の範疇に有限時間爆発解を含みうる点が前年度と比べて新しい。この部分は当初の予定以上に進展した部分である。非線形シュレディンガー方程式にの解の崩壊と対応する量子流体方程式の解の崩壊との間にずれがあることに着目し、非線形シュレディンガー方程式の解の構造について研究する予定であった。今年度は計画していたものとは別の方向に予想以上に大きな進展があった。近年、非線形シュレディンガー方程式の解の時間大域挙動に関しての理解が進んできている。その大きな進展の一つとして、べき乗型の吸引的エネルギー臨界非線形シュレディンガー方程式に対するKenig-Merleらの研究がある。初期値が十分に小さければ対応する解は時間大域的に存在して解が散乱することはよく知られていたが、彼らにより、大雑把に言うと、その"十分小さい"という条件が"基底状態解より小さい"にまで緩める事が出来ることが示された。基底状態解は散乱しない解なので、シャープなところまで広げられたことになる。その後、この手法はエネルギー劣臨界、質量臨界の場合へと広げられた。べき乗型非線型項で言うと、べきの指数がだんだん下げられてきたことに相当する。今年度の研究によって、べき乗型非線型項の指数をさらに下げ、質量劣臨界の場合にまで彼らの手法を拡張することに成功した。その結果、先行研究で扱われていた場合と同様に最小非散乱解とでも呼ぶべき特殊な非散乱解が存在することを示した、さらに、先行研究の場合では時間大域挙動の転換点となるのは基底状態解であったが、本研究の場合は、非常に興味深いことに、それは基底状態解ではないことが逆に証明できた。この特殊な解について得られた情報は多くないが、もし有界なエネルギーの値をもつものであるならば、それは負の値ではないことを示した。この研究結果は論文としてまとめ、現在投稿中である。本年度は、質量劣臨界ケースにおける非線型分散型方程式に対する最小の非散乱解に関する考察をさらに進めることを目標として研究を行った。これまでは、非線型シュレディンガー方程式について扱ってきたが、浅水波のモデル方程式であるKdV方程式を一般化した一般化KdV方程式にまで考察の範囲を拡張した。(一般化)KdV方程式における解の挙動の解析は「ソリトン分解予想」として知られ、大いに興味をもたれている問題である。非線型シュレディンガー方程式における定在波解が、(一般化)KdV方程式におけるソリトン解に対応することは良く知られていて、この二つの方程式は密接に関わっていることが分かっている。近年、KdV方程式の非常に大きな運動量をもつ解が非線型シュレディンガー方程式の解により近似されることが分かり、この点からも関わりがあることが分かってきた状況にある。最小の非散乱解に関しては、特に後者の対応関係と強い繋がりがあり、最小非散乱解を多角的な視点で理解するために重要な研究対象である。