hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ステロイドのヒスタミンH1受容体遺伝子発現抑制の分子機構解明

1(dual specificity phosphatase 1)及びステロイドの抗炎症作用とは関連しないSLC19A2 (solute carrier family 19 member 2)を用い、それぞれの遺伝子におけるデキサメタゾン刺激に伴う遺伝子発現亢進に対する(-)マーキアインの影響を検討した。その結果、ステロイドの抗炎症作用と関連するDUSP1において(-)マーキアインはデキサメタゾン刺激に伴う遺伝子発現亢進をさらに増強した。一方、SLC19A遺伝子発現亢進には影響しなかった。このことから、(-)マーキアインはH1R遺伝子発現抑制によりヒスタミンシグナルを抑制すると共にステロイドの抗炎症作用と関連する遺伝子の発現を増強することで、アレルギー症状を改善することが示唆された。H1R遺伝子発現シグナルとステロイドシグナルに共通のシグナル分子としてヒートショック蛋白90(Hsp90)を同定した。本課題では、ステロイド及びH1R遺伝子発現抑制化合物マーキアインのH1Rシグナル及びステロイドシグナルへの影響について検討した。その結果、ステロイドのH1Rシグナル抑制効果は動物実験での結果ほど明確ではなかった。一方、マーキアインはステロイドシグナルを介した抗炎症性遺伝子発現を増強した。以上の結果から、ステロイドのH1Rシグナル抑制効果は間接的であり、また、マーキアインはヒスタミンシグナルの抑制に加えステロイドの抗炎症作用の増強により抗アレルギー効果を示すことが明らかとなった。本年度の成果により(-)マーキアインとHsp90との結合様式が既存Hsp90阻害薬と異なることが明らかとなった。また、(-)マーキアインはHsp90とPKCδとの結合を阻害するが、Hsp90とGRαとの結合を阻害しないことから、クライアントタンパク選択的Hsp90阻害薬の開発が可能であることが明らかとなった。そこで、(-)マーキアインとHsp90の結合様式をさらに詳細に解析し、Hsp90クライアントタンパク選択的Hsp90阻害薬の創薬につなげていきたいと考えている。また、(-)マーキアインがステロイドの効果を増強することを見出したことから、(-)マーキアインとステロイド薬の併用による副作用の減少効果について明らかにしていきたい。マーキアインは単量体ステロイド受容体・ステロイド複合体のAP-1の転写活性抑制には影響しなかったことから、ステロイド受容体・ステロイド複合体の2量体がGREに結合し転写活性を上昇または抑制するシグナルに対する影響について明らかにしていきたい。また、マーキアインのステロイドシグナル増強効果を動物レベルで証明していきたいと考えている。分子薬理学物品購入の際、請求額と納入額の差額が生じたため。3月に納品となり、支払いが完了していないため。4月中に使用予定。4月に支払いが完了する予定である。
化学療法における消化管毒性と Diamine Oxidase(DAO)活性

食道癌化学療法においては、消化管毒性群では化学療法直後(7日目)にDAO活性は有意に低下し(p<0.01),休薬期間後(28日目)には化学療法前の値に回復していた。血中DAO活性は消化管毒性の出現に関して、有用なバイオマーカーであり、投与前のDAO活性値から、消化管毒性の出現を予測できる可能性が示唆された。また、化学療法7日前からのGFOの内服は、消化管毒性の出現を予防できる可能性も示された。平成22年度は、臨床的検討として、食道がん患者を対象に、がん化学療法をおこなう患者において、DAO活性を測定して消化管毒性の指標になるかどうかの検討を行なった。【目的】癌化学療法による消化管毒性は患者の栄養状態を損なう要因となる。Diamine Oxidaseは小腸の粘膜上皮細胞内に存在する酵素で、ポリアミンの分解酵素であり、腸管の萎縮や上皮の損傷などがあると活性は低下し、血中Diamine Oxidase活性(DAO)も低下するため、小腸粘膜の形態的変化の指標とされる。今回、食道癌化学療法時にDAOを測定し、消化管毒性との関連を分析し、DAOの測定意義について検討した。【方法】化学療法の適応となった食道癌患者24人を対象にした。化学療法はFP療法(cisplatin ; 7080mg/mm2 : day1,5Fu;700800mg/mm2:day15)を行った。DAOは投与前、投与終了後、休薬期間後に測定、観察期間中の消化管毒性との関連について検討した。【成績】DAOは投与前、終了後、休薬後が、6.69,6.13,6.90(unit/L)と、投与後に有意に低下し(p=0.032)、休薬期間後には回復する傾向を認めた。消化管毒性は、有/無:15/9例で、消化管毒性有群のDAOは、投与前、投与後、休薬後が、6.33、5.30、6.43と投与後に有意に低下するのに対して(p=0.0026)、消化管毒性無群は、それぞれ、5,55、6.20、5.93と有意差を認めなかった。%DAO(投与前値を基準とする)を比較すると、消化管毒性有/無で、投与後、休薬後がそれぞれ、69/101%、94/99%で、消化管毒性有群における投与後の%DAOが有意に低かった(p=0.0013)。【結論】食道癌化学療法においてDAOは、消化管毒性有群で投与後に有意に低下していたが、消化管毒性無群では変化がなかった。今後、DAOを用いて、化学療法中の栄養療法による消化管粘膜保護についての評価を行なう予定である。Diamine Oxidaseは小腸の粘膜上皮細胞内に存在する酵素で、腸管の萎縮や上皮の損傷などがあると活性は低下し、血中Diamine Oxidase活性(DAO)も低下するため、小腸粘膜の形態的変化の指標とされる。平成23年度は、臨床的検討として、食道がん患者を対象に、がん化学療法をおこなう患者におけるDAO活性の推移の検討およびGFO投与の効果の検討を行なった。【方法】化学療法の適応となった食道癌患者38例を対象にした。化学療法はFP療法(cisplatin; 7080mg/mm2: day1, 5Fu; 700800mg/mm2:day15)を行った。また、上記化学療法中にGFOを内服させ、消化管毒性の頻度やDAO活性の推移を検討した。【結果】DAOは投与前・終了後、休薬後が、5.22,4,07,4.80(unit/L)と、投与後に有意に低下し(p=0.0013)、休薬期間後には回復,していた(p=0.018)。消化管毒性は、有/無:15/23例で、消化管毒性有群のDAOは、投与前、投与後、休薬後が、5.60、3.66、4.66と投与後に有意に低下するのに対して、消化管毒性無群は、それぞれ、4.60、4.70、5.00と低下傾向を認めなかった。投与前値を基準とした%DAOを比較すると、消化管毒性有/無で、投与後、休薬後がそれぞれ、70.9/104.8%、91.0/114.5%で、消化管毒性有群における投与後の%DAOが有意に低かった。7例の食道癌化学療法患者においてGFOの投与と消化管毒性の出現には有意差は認めなかった。

しかしDAO活性は化学療法後も低下認めなかった。【結論】食道癌化学療法においてDAOは、消化管毒性有群で投与後に有意に低下していたが、消化管毒性無群では変化がなかった。GFO投与はまだ症例が少ないが、DAO活性の低下を認めないため、GFO投与が消化管毒性の出現を予防する可能性がある。癌化学療法の消化管毒性は患者の栄養状態を損なう要因となる。前年までの検討で食道癌患者の化学療法期間に血中Diamine Oxidase(DAO)活性を測定して、DAOが消化管毒性のバイオマーカーとして有用であることがわかった。平成24年度は、臨床的検討として、食道癌化学療法患者を対象に、GFO(glutamine fiber oligosaccharide)の消化管毒性の発現抑制効果に対する有用性について検討を行なった。【方法】化学療法の適応となった食道癌62人を対象に検討した。化学療法はFP療法(cisplatin; 7080mg/mm2: day1, 5Fu; 700800mg/mm2:day15)を行った。GFOは3包/日を、化学療法開始1週間前から14日間内服した(GFO群n=15)。DAOは化学療法前(Day0)、化学療法終了後(Day7)、休薬期間後(Day28)に測定した。観察期間中の消化管毒性との関連についてGFOを内服していないコントロール群(n=47)と比較し検討した。【結果】消化管毒性の頻度を比較すると、コントロール群vs GFO群で食欲不振と悪心嘔吐がそれぞれ26/47vs3/15と、20/47vs2/15でGFO群における発現頻度が有意に少なかった(p=0.017, p=0.04)。血中DAO活性はコントロール群ではDay0、Day7、Day28が、4.9 ,3.8, 4.6 (unit/L)と、化学療法直後に有意に低下し(p<0.01)、休薬期間後には回復する経過を認めたのに対し、GFO群の血中DAO活性は、それぞれ3.5、3.8、3.8と期間中に変化を認めなかった。【結論】食道癌化学療法においてGFOの投与は消化管粘膜に作用して食道癌化学療法における消化管毒性を軽減することが示唆された。食道癌化学療法中におけるDAO活性の推移についてはほぼ上記のように化学療法直後に低下するという結果が得られた。24年度が最終年度であるため、記入しない。食道癌患者における化学療法患者を対象に、GFOを内服させ、消化管毒性の化学療法はFP療法(cisplatin; 7080mg/mm2: day1, 5Fu; 700800mg/mm2: day15)を行う。GFOは化学療法の1週間前から投与を開始し(3包/日)、化学療法開始後7日目までの計14日間投与を行う。DAOは投与前、投与終了後、休薬期間後に測定、観察期間中の消化管毒性との関連について検討する。
新規高電界パルス物質導入法によるメダカ胚期生態毒性試験の高感度化

本年度は計画に基づき,主に以下の成果を得た.1.物質導入法を用いたTG236のメダカへの改良(冨永,有薗)本年度は,親化合物ジノテフランおよび合成した3種類の代謝生成物を高電界パルス法により,メダカ卵に導入し,影響を評価した.親化合物およびいずれの代謝生成物も急性毒性は低かった.一方,すべての化合物において同程度の割合で発生に異常を及ぼすことが分かった.昨年度の結果と比較するとアセタミプリド,イミダクロプリドにおいては代謝生成物の中に親化合物より発生毒性が弱いもの,強いものが存在したが,ジノテフラン代謝生成物はほとんど変化がないことがわかり,生体内代謝により発生毒性変化は化合物特有の可能性があることが分かった.本研究においてネオニコチノイド系農薬は従来の評価方法で示されている通り致死影響は低いことが確認されたが,低濃度で発生毒性を有することもわかった.2.取り込み量の定量(大河平)ジノテフランのメダカ卵への取り込み量の実測に成功した.実測値で暴露外液濃度(400ppm)に対し,卵液中にパルス処理なし(28 ppm),あり(90 ppm)であったことから,パルス処理を行うことで外液から効率よくメダカ卵中にジノテフランが導入できていることが確認できた.3.化学物質の毒性発現機構の分子生物学的な解明(冨永,石橋)ジノテフランおよび代謝生成物暴露メダカ卵における次世代シークエンサーによる発現解析を行った.各化合物の暴露濃度が異なる遺伝子プロファイルを用い,クラスター及びPCA解析においてジノテフランと代謝物はアセタミプリド,イミダクロプリドとは異なるクラスターを形成したことから,化合物特異的な応答があり,環境中で検出される代謝生成物も親化合物と同様な影響を示すことが分かった.また,パスウエイ解析においては共通パスウエイが存在したが,化合物に特異的なパスウエイの存在も見出された.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は,実施計画に従って行った結果,以下の研究成果を得た.1.物質導入装置の改良従来の研究をもとにメダカ卵に物質導入を行うための最適組み合わせパルス条件を決定した.卵の状態に季節変動があるため,印加電圧が一定の範囲で可変できる比較的安価で簡易な電源が試作機を作製した.再現性を確認した結果,安定した再現性が確認できた.2.物質導入法を用いたTG236のメダカへの改良メダカ受精卵を受精後採取し,選別し,使用することで再現性が高い結果が得られた.暴露後も培養温度を25°Cに保つことで安定した発生影響の観察が可能であった.アセタミプリドおよびイミダクロプリドの影響を実際に評価したところ,胚に対する急性毒性はほとんど見られず,これは従来の試験法で得られた結果と同様であった.しかしながら,両物質ともに致死には至らない低濃度で形態形成をエンドポイントに観察することで,心臓形成異常や心臓の拍動不整による血液循環の異常が引き起こされることが分かった.また,孵化には至るが形態の異常により,泳ぎだせないものも現れた.3.化学物質の定量アセタミプリドおよびイミダクロプリドに対するLC/MSの検量線の作製は終了しており,暴露濃度の実測を行っている.4.化学物質影響の分子生物学的な解析発生初期段階のシグナルのキーイベントを見つけるためには,暴露後,早い時期の受精卵の遺伝子発現変化を調査する必要があると考えた.そこで,暴露2日後の受精卵の遺伝子発現状況を調査することとし,次世代シークエンサーによる遺伝子発現変化量の解析に十分なRNAを必要となる受精卵数について検討したところ,今回50個程度必要であることが分かった.現在,低濃度域でアセタミプリド,イミダクロプリド暴露を行い,遺伝子発現状況の解析を委託した.現在,遺伝子発現変化のネットワーク解析を行っている.各研究項目について,ほぼ予定通りの進捗である.今年度の最大の目標であったメダカ受精卵への物質導入条件の精査もほぼ予定通り行うことができ,簡易化した装置もひとまとめにしてコンパクト化するだけになっている.従来法より,メダカ受精卵に直接導入することで,高感度である可能性を示唆する結果も得られている.導入量の測定は,卵への総導入量が低いため,外液ベースでしか測定ができない可能性があるが,もう少し定量感度の上昇の可能性について検討する.代謝物の合成は3化合物について合成できており,当初予定を上回っている.次年度は共同研究者を追加して,さらに合成数を増やす予定である.遺伝子の発現解析は,親化合物2物質についてはRNAーSeq解析が終了しており,ネットワーク解析等の詳細な解析を行うところになっている.以上のことから,おおむね順調に進展していると判断した.本年度は,以下の研究を行った.1.(物質導入法を用いたTG236のメダカへの改良)本年度は,親化合物アセタミプリド,クロチアニジンおよび昨年度合成したそれぞれの代謝生成物2種類を高電界パルス法により,メダカ卵に導入し,影響を評価した.いずれの親化合物も急性毒性は低いが,発生に異常を及ぼすことが分かった.

また,代謝生成物の評価を行った結果,急性毒性はいずれの化合物においても親化合物と同様に低いことが分かったが,発生に及ぼす影響はいずれの代謝物も親化合物と同様な異常を引き起こしたが,強さは親化合物より弱いもの,強いものが存在し,生体内代謝により発生毒性が変化することを示すものであった.2.(代謝生成物の合成)昨年度に引き続き代謝生成物の合成を行い,脱メチル体,脱シアノ体など各種親化合物から想定されるN-アセチル-N-脱メチルアセタミプリド,脱シアノアセタミプリド等の5種類程度が合成できた.3.(化学物質の毒性発現機構の分子生物学的な解明)アセタミプリド,イミダクロプリドおよびクロチアニジンについて次世代シークエンサーによるRNASeq委託計測を終了した.各化合物の暴露濃度が異なる遺伝子プロファイルを用い,クラスター及びPCA解析においてアセタミプリドの低濃度暴露群は他の暴露群と異なるプロファイルを示した.パスウエイ解析においてはすべてのネオニコチノイド系農薬において共通に変動しているパスウエイが見出された.一方で,化合物に特異的なパスウエイの存在も見出された.おおむね研究計画に従って研究が進んでいる.生態毒性試験については,昨年度より安定した成長速度が得られる暴露メダカ胚の飼育条件の設定が行え,ほぼ確立できた.発現遺伝子の解析において計画以上に卵が必要であることが分かったが,メダカの飼育数量および暴露回数を増やすことで対応することができた.予想代謝産物の合成についても順調に進んでいる.本年度は計画に基づき,主に以下の成果を得た.1.物質導入法を用いたTG236のメダカへの改良(冨永,有薗)本年度は,親化合物ジノテフランおよび合成した3種類の代謝生成物を高電界パルス法により,メダカ卵に導入し,影響を評価した.親化合物およびいずれの代謝生成物も急性毒性は低かった.一方,すべての化合物において同程度の割合で発生に異常を及ぼすことが分かった.昨年度の結果と比較するとアセタミプリド,イミダクロプリドにおいては代謝生成物の中に親化合物より発生毒性が弱いもの,強いものが存在したが,ジノテフラン代謝生成物はほとんど変化がないことがわかり,生体内代謝により発生毒性変化は化合物特有の可能性があることが分かった.本研究においてネオニコチノイド系農薬は従来の評価方法で示されている通り致死影響は低いことが確認されたが,低濃度で発生毒性を有することもわかった.2.取り込み量の定量(大河平)ジノテフランのメダカ卵への取り込み量の実測に成功した.実測値で暴露外液濃度(400ppm)に対し,卵液中にパルス処理なし(28 ppm),あり(90 ppm)であったことから,パルス処理を行うことで外液から効率よくメダカ卵中にジノテフランが導入できていることが確認できた.3.化学物質の毒性発現機構の分子生物学的な解明(冨永,石橋)ジノテフランおよび代謝生成物暴露メダカ卵における次世代シークエンサーによる発現解析を行った.各化合物の暴露濃度が異なる遺伝子プロファイルを用い,クラスター及びPCA解析においてジノテフランと代謝物はアセタミプリド,イミダクロプリドとは異なるクラスターを形成したことから,化合物特異的な応答があり,環境中で検出される代謝生成物も親化合物と同様な影響を示すことが分かった.また,パスウエイ解析においては共通パスウエイが存在したが,化合物に特異的なパスウエイの存在も見出された.高電界パルス印加装置の作製ができたものの,観察数を増やすには,マンパワー的に不足することは否めない.今年度,導入したデジタルマイクロスコープは,従来機より操作性が高いため,有効に活用して少しでも多くの化合物および詳細な観察を行うことにする.
わが国における森林バイオマス資源の収穫・循環利用システムの開発に関する研究

昨年度に構築した森林バイオマス資源収穫システムは,プロセッサによる造材作業時に発生する末木や枝条などの林地残材を森林バイオマス資源と位置付け,粉砕,林内運搬および輸送工程より構成されるものである。昨年度の研究では,森林バイオマスの収穫に関する実際の林業地における現地実験をもとに,粉砕作業が行われる場所の違いによるコストおよびエネルギー収支を評価することにより,最適な低コスト収穫システムを検討した。今年度は,まず上記システムに関する評価の精緻化を試みた。具体的には,大型チッパによる森林バイオマスの粉砕作業実験を行い,大型機械による作業について,コストの観点からの有効性を検証した。一方エネルギー収支については,森林バイオマスをエネルギー源とした発電システムに対してライフサイクルインベントリ(LCI)分析を行い,システム全体のライフサイクルの面から見ても,エネルギー生産システムとして十分成り立ち得ることを明らかにした。次に,森林バイオマス資源収穫システムを地域へ実際に導入した場合の,1年間に利用可能な資源量と収穫コストの関係を導いた。すなわち,昨年度に収集・整備したモデル地域の森林簿データおよびGISデータをもとに,森林バイオマスの収穫コストを,森林の区画である小班ごとに求め,コストの安い小班から積み上げることにより求めた。ケーススタディにより,この関係が地域の森林整備計画の策定に資するものとなることを確認した。最後に森林バイオマスの循環利用に関する基礎的な研究として,森林バイオマスの収穫に伴う林地からの養分収奪の問題について,東京大学秩父演習林内に設定した試験地において2年目の測定を実施した。枝葉の収穫に伴い土壌への養分供給量は減少するものの,土壌中には十分な量の養分が貯留されていることを確認した。また,葉を林地に戻し,枝のみを収穫可能な機械が有望であることが示唆された。プロセッサ造材作業時に発生する末木や枝条などの林地残材を森林バイオマス資源と位置付け,粉砕,林内運搬および輸送工程より構成される森林バイオマス資源収穫システムを構築した。森林バイオマスの収穫に関する実際の林業地における現地実験をもとに,粉砕作業が行われる場所の違いによるコストおよびエネルギー収支を評価することにより,最適な低コスト収穫システムを検討した。システムについては,輸送工程の改善,ならびに北欧諸国で実用化されているバンドリングマシンによる圧縮技術導入の効果を検討したところ,上記低コスト収穫システムの作業能率を大幅に向上可能であることを明らかにした。一方エネルギー収支については,ライフサイクルインベントリ(LCI)分析手法に基づき,システムのトータルのライフサイクルの観点から精緻に分析した。エネルギー生産システムとしての二酸化炭素排出原単位も併せて求めたところ,森林バイオマスのエネルギー利用により,国内の年間二酸化炭素排出量の0.146%を削減可能であることを示した。森林バイオマス資源収穫システムを地域へ実際に導入した場合の,利用可能な資源量と収穫コストの関係を評価することを目的として,今年度はモデル地域を選定し,森林簿データ,GISデータ等の検討に必要なデータの収集を行った。またモデル地域での検討の一助とすべく,既に完成されたシステムとして稼動している,先進的なデンマークの森林バイオマスの収穫現場,ならびに森林バイオマスを燃料としたエネルギープラントの実態調査を実施した。森林バイオマスの循環利用については,森林バイオマスの収穫に伴う林地からの養分収奪の問題を検討することを目的として,東京大学大学院農学生命科学研究科附属秩父演習林に試験地を設定し,初年度の測定を行った。
関節リウマチおよび変形性関節症におけるezrinの役割

体内で種々の細胞に発現している3つのタンパク質Ezrin,Radixin,Moesin(ERM)について、関節リウマチ(RA)、変形性関節症(OA)における関節軟骨、骨破壊における役割に関して軟骨細胞、滑膜細胞を用いて調べた。RAおよびOA患者における人工膝関節置換術時に、軟骨、滑膜を患者の同意のもとに採取し単層培養した。これらからタンパクを採取しウェスタンブロットをおこなったところ、ともにリン酸化したERMタンパクを発現していたが、OAに比べ、RA患者から採取した細胞のほうがより強く発現していた。またこれらの細胞に炎症性サイトカインであるTNFαを加えたところ、ともにERMのリン酸化を誘導した。またTNF αに加えてprotein kinase C(PKC)阻害薬であるbisindolylmaleimide Iを加えるとTNF αによるERMのリン酸化が抑制された。すなわちこのシグナルにおいてPKCは重要な働きを担うことが示唆された。また細胞内骨格であるactinのpolymerilizationの阻害薬であるcytochalasin Dを加えると、ERMのリン酸化が促進した。さらにヒアルロン酸はTNFαによるERMのリン酸化を抑制することがわかった。これらのことからERMタンパクはRAおよびOAの軟骨細胞、滑膜細胞において炎症時にリン酸化され、細胞の生物学的機能に重要な働きを持っている可能性がある。体内で種々の細胞に発現している3つのタンパク質Ezrin, Radixin, Moesin(ERM)は、細胞の構造や機能を制御し、細胞の移動、細胞接着、細胞形態、細胞内シグナルなど様々なプロセスに寄与していると考えられている。しかし関節リウマチ(RA)、変形性関節症(OA)における関節軟骨、骨破壊におけるERMタンパクの役割についてはわかっていない。一方ERMタンパクはCD44やICAM-1などとinteractionを持っていることがわかっており、これらは軟骨細胞、滑膜細胞で重要な働きを示すことを我々はこれまで示してきた。そこで今回我々は軟骨細胞、滑膜細胞を用い、ERMタンパクの役割について調べた。またこれらの細胞に炎症性サイトカインであるIL-1bおよびTNFαを加えたところ、ともにERMのリン酸化を誘導した。さらにIL-1bとTNFαを比較すると後者の方が強く誘導した。またTNFαに加えてprotein kinase C(PKC)阻害薬であるbisindolylmaleimide Iを加えるとTNFαによるERMのリン酸化が抑制された。
古代遺物のデータベース化に関する研究

具体的研究課題として,我々は,1.今回構築するデータベースのデータフォーマットをどのような形式のものにするか。2.石器の中でも最も多く出土している黒曜石を対象に,その剥離情報の特徴を包含したデータベース化手法に焦点を絞り,画像の精度,透明部の画像化,立体視等を実験的に検討していく。の2点を設定した。1.近年,各研究機関で画像情報のディジタルデータの利用が行われてきている。しかしこれを阻害しているのがデータフォーマットの不統一と非公開である。我々はこのような観点から,データフォーマットの調査,検討を十分に行ったが,一意に決めることができなかったというのが,正直な結論である。フォーマットの問題は今後のデータベースの発展を見極めて,実践の場で確認し,知識を増やしていく必要があるのではないかを痛感した。なお、感覚的ではあるが,今後の利用状況を鑑み,圧縮技法,インターネットとの関連などを加味すると,"GIF"か"Applephoto-JPEG"等が妥当ではないか,という多少の見解は持つに至っている。2.我々は剥離情報が得られるぐらいの精度での画像計測手法として,「立体視手法による高解像度三次元画像計測」と「モアレ手法による高精度三次元画像計測」を試みた。その結果,前者においては,0.137mmの精度の画像計測ができた。また,三角測量法による立体視用等高線画像を得て,立体視が可能となった。後者においては前者より良い±30μmの精度の結果が得られた。しかし,両者とも,石の透明部については満足のいく計測結果は得られなかった。1,2の調査・実験から感覚的に今後の研究につながる知見は得られたものと考えている。今後,透明部の画像化,具体化したデータベースの構築に向け推進していく。の2点を設定した。
厳密に制御した低酸素条件下における微生物の機能解析と新規微生物の探索

微好気性細菌Magnetospirillum sp. TS-6株を異なる酸素濃度条件下で培養し、安息香酸の好気/嫌気代謝の鍵となる3つの酵素の発現を調べた。その結果、1)好気条件と嫌気条件の両方の代謝経路で機能する安息香酸CoAリガーゼ(Bcl)の遺伝子は各条件下でほぼ一定の転写量を示した2)好気代謝を担うベンゾイルCoAオキシゲナーゼ(Box)の遺伝子は酸素濃度0%とそれ以外でゼロ/サムになるように転写されていた3)嫌気代謝を担うベンゾイルCoAレダクターゼ(Bcr)の遺伝子は、酸素濃度が減少するにつれて転写量が連続的に増加した。これにより、微好気環境に生息する環境微生物の特徴的な環境応答の一端を明らかにした。Magnetospirillum sp.TS-6株という細菌の持つ、2つの異なる安息酸化謝経路の調節メカニズムを調べることで、これまであまり正面から扱われることがなかった、自然界において環境中に酸素が十分に存在する(好気)条件と全くない(嫌気)条件の境界面(微好気条件)にいる微生物の機能について調べている。19年度の研究では、容器中の酸素濃度を020%に調整した条件下でこの細菌を培養し、安息香酸代謝の鍵となる3つの酵素の遺伝子の転写量(実際にその遺伝子が機能している程度を反映)を調べた。その結果、好気と嫌気の両方の代謝経路で機能する安息香酸CoAリガーゼ(Bcl)の遺伝子は各条件下でほぼ一定量、好気代謝を担うベンゾイルCoAオキシゲナーゼ(Box)の遺伝子は酸素濃度0%とそれ以外でゼロ/サムになるように、嫌気代謝を担うベンゾイルCoAレダクターゼ(Bcr)の遺伝子は酸素濃度の減少にともなって連続的に増加するように、というふうに、酵素によって異なるパターンで転写量が調節されていることを見いだした。Bcrは酸素に触れると壊れるため、嫌気条件下でのみ働いているとこれまで考えられてきた。したがって、この細菌においてBcrの遺伝子の転写が好気=ゼロ/嫌気=サムではなく、その境界条件において連続可変的に制御されていることは興味深い発見である。今後は酵素のタンパク質としての生産量とその活性を調べることで、この細菌のBcrの酸素耐性やその発現制御機構を明らかにすることが課題となる。Magnetospirillum sp.TS-6株という細菌の持つ、2つの異なる安息香酸代謝経路の調節メカニズムを調べることを通して、これまであまり正面から扱われることがなかった、自然界において環境中に酸素が十分に存在する(好気)条件と全くない(嫌気)条件のあいだ(微好気条件)における微生物の機能について調べている。20年度は、昨年度の研究で見出した、安息香酸代謝の鍵となる3つの酵素が酸素濃度に対して示す異なる発現パターン(遺伝子の転写量の変化)について、遺伝子およびタンパク質レベルでさらに詳細に調べることを目的とした。微好気条件下における微生物の挙動については、Mycobacteriumなど体内の低酸素環境で生育する病原微生物において興味が持たれているが、酸素濃度の変動、特に、ゼロ/サムではない連続的な変動に対する微生物の挙動については特に研究対象とされていない。自然界には実験室で作り出されるような完全な好気的環境が常に存在するわけではなく、「嫌気的な環境」と「それ以外」があると考えられるため、後者の様々な微好気的な条件下での微生物の挙動について、引き続き研究を継続する意義があると考えている。今後は安定した微好気条件下での培養法を確立し、遺伝子およびタンパク質レベルでの諸酵素の調節について解析を続けることとする。昨年度の発見を最終的に論文にまとめたあと、新たな研究課題を提案する。
スマートフォン最適化型Ｗｅｂベース教材による大学専門基礎数学用反転授業の開発

スマートフォンでの視聴に支障がないような大学数学(主に線形代数)用の動画教材を開発した.各動画の長さは510分超程度と短かくし,学ぶべきポイントをしぼった形で公開している.前期内容はWebでの公開,後期内容はWebとYouTubeで公開している.また,対応して授業支援システム(LMS/Moodle)用の小テスト問題を可能な限り開発し,課題や評価用問題として利用.これらの教材を利用して,線形代数授業において反転授業を構成することを試みた.2015年度前期は,主として後期使用予定であった履修確認用問題の準備と本課題採択前年度に本学工学域向けに試作利用した解説動画の検証を行った.日本数学教育学会においてこの利用事例について,アンケート結果とともに紹介し,問題点の検証と今後の予定について発表した.また,動画作成について,香川大学において小研究会に参加し,動画作成のノウハウやポイントについて意見交換と情報収集を行った.また,総合的な教材開発の観点から本学システムであるMath On Webの教材との連携を視野にいれた教材構成方法も検討した.後期においては,現代システム学域知識情報学類のクラスを対象とする線形代数授業において反転授業に取り組んだ.上述の線形代数解説動画の改良版の開発を授業の予習に間に合うように準備ができたので,反転授業を試みることができた.動画改良のポイントは前年度のスライドの内容を,学習目標のさらなる細分化により,より短時間にまとめたことである.また,文字の大きさをスマートフォンでの視聴を意識して修正し,細分化した学習目標についてより簡潔でわかりやすい動画を目標にすべて再録した.また,反転授業における評価方法として,講義支援システム(Moodle)の小テスト機能を用いるため,多肢選択問題を34, CASを用いる問題タイプであるSTACKの問題を76作成し,利用した.さらに,授業内で4回のアンケートをとり,その内1回は大規模に行い,反転授業そのものの改良点について非常に参考になるものとなった.最初の1回は動画の品質についての問題点を改善するのに利用し,音声に関する品質の改良を行うことができた.また,解説内容としては,数値例などの具体的事例解説の重要性が明確化した.このようにアンケートに基づく教材活用の分析と改良を行うことができた.本研究は主として1回生の線形代数や微積分学の反転授業の教材開発を目的としている.授業の教材開発を行うためには,通常,前期の内容からの教材を開発していくのが本来望ましいのは言うまでもない.さらに,場合によっては前期以前,すなわち大学入学以前の範囲についてその基礎となる項目のリメディアルに相当する部分も本来はカバーできるように開発することが必要である.また,反転授業はある程度の学力差は事前学習によって埋めることができ,スタートラインに差があるクラスにおいて効果を発揮するというのが一般論であるが,代表者が担当したクラスは,後期からの実施であり,しかも通常受け持つ学域の学生とは異なる学域の学生で,さらに前期担当者の授業での教授内容についての情報が著しく不足・さらには2回生以上対象の授業で再履修生も相当割合含まれるクラスでの授業開発となった.以上のように教育研究という性質上,環境面で著しく不利な状況での開発となったため,動画自体の開発はほぼ授業に間に合う形でできたものの,教育効果的な見地からの検証を行いながらの授業進行が不十分で,教材開発としての効果が非常に検証し難い状況となった.授業途中で動画や評価問題の難易度調整に手間どり,確認教材の見直しや実際の対面授業設計に全く手が回らなかったのである.また,加えて微積分学の動画教材の作成にはまだ全く着手できておらず,これから,各教科書の調査と学習目標の細目の策定を進めながら,スライド開発を始めようとする段階である.以上,線形代数においては,教材の基礎がほぼできた段階,微積分学においてはまだ準備段階ということで,本研究の開発は全体としてやや遅れていると考えている.前年度に続き、主として、動画教材の追加・修正版の開発を行った。教材の授業利用についての学生へのアンケート結果を分析し,より具体的なものでないと動画学習には向かないことが明らかとなってきた.特に,対象となる学生の所属する学域・学類によって偏差値や学習姿勢の指向性が相当程度異なり,「教材そのものを利用しようとしない」,「見ても理解できないとすぐあきらめる」,「何度見てもやはりわからない」等効果の視点から問題点が浮かびあがってきた.数学教育において海外でもPlaxeology(理論と実践)の視点が注目されるが,反転学習教材の開発においても,この視点は非常に重要であることがわかってきた.抽象的な内容の教材は最初から受けいれようとしないケースが多く見られ,アンケートでももっと具体的な例をという要望が多い.大学数学における反転授業の展開はまだ数少ないが,実際に行って一定の成果があると思われるケースは多くの場合,微積分などの概念理解に多くは要求しない事例と考えられる.一方,線形代数においては,特に後期の内容の場合,抽象的な内容が非常に多く,数学科でない学生には,動画視聴を含めた動機付けが期待できない.これまでの考察から,目的意識を持った理解は動機付けられた実践によって得られると考えられ,反転学習教材においてはより具体性のある内容を優先して開発・利用すべきであるという方向性が得られた.この他,授業支援システム上のオンライン小テスト問題の追加・改良を開発した動画に沿って行った。その他,学生のレベルに合わない教材について,その修正や追加説明用の動画の作成,基本的な問題の開発を行った.

また,今後の方針の参考とするための授業アンケートも行い,学習分析のためのデータの収集を行った.本研究においては、大学初年次専門基礎の数学科目である微積分学と線形代数のうち、線形代数を主な対象として反転授業の教材開発と授業モデルの構築を目的としてきた。申請者は本補助金を受領する以前においては工学域対象の線形を通年クラスで受けもっていたが、本研究開始以降、始めて受けもつ学域・学類のクラスで,工学域よりも学生の理解力という点において平均的に有意に問題のあるクラスが対象であった.さらに担当したのが後期における抽象度の高い線形代数IIのコースのみであり,前期内容の教材開発に時間を割くことができなかったという問題もあった.このように,受けもつ授業(コース)環境が研究にとって適切ではなかったことが本研究の遅れている最大の要因である。さらに加えてスマートフォンを活用する上でのICT環境の問題があげられる.スマートフォンを使用して学生が動画をダウンロードする場合,主な学習環境であると考えられる大学学内において, WiFiに接続できなかったことは大きい.授業内では手持ちの機器を用いて若干のサポートができたが,それ以外でのダウンロード環境を適切に構築することができず,動画利用を強く推進させることができなかった.また,授業支援システム(LMS)はMoodleを使用しているが,スマートフォンでの利用に最適ではない環境であり,オンライン小テスト形式での確認問題が解答欄の一部が表示されないなどの問題に直面し,学生側の利用意欲が低下する原因の1つにもなった.また,対象学生が指示を聞かずオンライン小テストなどを実施しない学生も一定割合存在し,授業運営上に膨大な時間と労力を費さざるを得なかったことも遅れている要因である.2015,2016年度は本研究の主な対象授業である線形代数の担当が後期のみであったため,前期対応の動画開発は殆んど行っていなかった.2017年度,前期・後期通年で担当することになったのに合わせ,空間図形,ベクトル・行列の基礎,行列の基本変形と連立1次方程式,逆行列,行列式に関する前期授業内容について,動画教材を新規に開発した.各動画は10分前後で56本あり, Webおよび授業支援システム(LMS)にて公開した. 2017年度より本学内の学生は学内で,スマートフォンでLMSにアクセスできるWiFiが提供されたことを利用し,受講生には視聴を推奨し,特に予習として自宅や学内で視聴させるようにした.また,視聴の動機付けを与える手段として,合格すれば高いボーナスポイントを与える予習課題をLMS内に設置した.これら予習課題の実施状況は極めて良好で,各動画の視聴確認については,システム的には確認する仕組みはないが,間接的に確認できたと考えられる.また,期間を通じて,行列に関する技能や理論的理解について,担当学類の2組で期末試験結果の平均得点における比較から判断し,効果はある程度あったと推察される.また, 2017年度後期においては,学習内容が抽象化・高度化することから,学生の理解度をより細かく把握するため,簡単だが潤沢なLMS上の小テスト課題を開発し,学生の授業外学習用課題やオンライン評価として利用した.
水素水を用いた歯周病対策の検討

活性酸素は、歯周炎の進行に関与する。分子状水素は活性酸素を除去できることが知られている。そこで本研究では、ラット歯周炎モデルに対する水素水の影響を検討した。歯周炎は、上顎臼歯に4週間絹糸を巻いて惹起させた。そして、実験開始と併せて、ラットには純水もしくは水素水が与えられた。歯周炎を惹起させた群では、経時的な血清reactive oxygen metabolites(ROM)値(活性酸素濃度の指標)の上昇とともに、歯周組織における炎症性細胞数の増加と歯槽骨吸収が観察された。一方、水素水の摂取は、歯周炎に伴う血清ROM値の上昇を抑え、さらに歯周組織における炎症性細胞数を減少させた。また、炎症に関連した細胞内シグナル伝達因子であるmitogen-activated protein kinasesのリン酸化も、水素水の摂取によって抑制されていた。以上のことから、水素水の摂取は、活性酸素を減少させることにより歯周炎の進行を抑える効果があることが推測される。本研究の目的は、水素水摂取による歯周病の予防効果を組織学的・生化学的に検証することである。平成22年度では、実験的に炎症を惹起させたラット歯周組織の変化を、水素水摂取の有無で比較検討した。また、尾静脈から血液を経時的に採取し、Reactive Oxidative Metabolites(ROM;酸化ストレス度)の変化を分析した。実験期間は8週間とし、歯周炎は下顎臼歯に絹糸を巻いて惹起させた。その結果、実験開始後8週目の歯周組織において、付着上皮直下結合組織における炎症性細胞浸潤とセメント・エナメル境から歯槽骨頂までの距離(歯槽骨吸収の程度)の増加が観察された。また同時に、経時的な血清ROMレベルの上昇も認められた。一方、歯周炎を惹起させながら水素水を与えた群では、実験開始後8週目の歯周組織において、付着上皮直下結合組織における炎症性細胞浸潤の低下とセメント・エナメル境から歯槽骨頂までの距離(歯槽骨吸収の程度)の減少がみられた。さらに、実験的歯周炎に伴う経時的な血清ROMレベルの上昇も抑えられていた。近年の研究から、歯周病の進行に酸化ストレスが関与していることが分かってきている。また、分子状水素には酸化ストレスの原因となる活性酸素種を除去する能力があることが知られており、水素水の摂取は、全身の組織に分子状水素を供給させるのに効果的な方法の一つである。本研究の結果は、水素水の摂取が、炎症に伴う酸化ストレスを緩和し、結果として歯周炎を予防するのに効果的であることを示唆している。本年度では,昨年度に続きラットモデルを用いて,歯周炎の進行に対する水素水摂取の効果を組織学的・生化学的に検証することを目的とした。8週齢のWistar系雄性ラットを7匹ずつ3群に分けた。1群は対照群として特に処置を行わなかった。その他の2群(歯周炎群および歯周炎+水素水群)は,イソフルランによる吸入麻酔下で両側の上顎第一臼歯にリガチャーを4週間巻きつけ,実験的歯周炎を惹起させた。さらに歯周炎+水素水群では,4週間の実験期間の間,8001000μg/Lの濃度で配合された水素水が与えられた。その結果,歯周炎群の血清Reactive Oxygen Metabolites (ROM)値は,経時的に大きくなり,4週目では対照群よりも有意に高い値を示した(p<0.05)。歯周炎+水素水群の血清ROM値も経時的に高くなったが,4週目の値は歯周炎群よりも有意に低かった(p<0.05)。また,歯周炎群の歯周組織では,対照群と比べて有意に大きな好中球の浸潤が多く認められ(p<0.05),その一方で,歯周炎+水素水群の歯周組織では,多核好中球の浸潤は少なく,その密度は歯周炎群と比べて有意に小さかった(p<0.05)。血清ROM値は,歯周組織における活性酸素種の産生の大きさを反映する。したがって,歯周炎群よりも歯周炎+水素水群の血清ROM値が有意に低かった本研究の結果は,水素水が歯周炎によって産生された活性酸素種を消去したことを示唆している。また,このような状況下において,歯周炎+水素水群の好中球密度は歯周炎群よりも有意に低かった。
含嗽液からのエピジェネティック異常検出による口腔癌スクリーニング法の確立

エピジェネティック異常は多臓器の腫瘍・前癌病変で報告があり、癌の診断や予後予測に有用であることが示唆されている。一方、口腔含嗽液は、患者に侵襲を与えることなく簡便かつ短時間に採取でき、診断の際の理想的な試料になりうる。そこで本研究では、含嗽液を用いて癌関連遺伝子群のエピジェネティック異常を検討し強力な遺伝子マーカーを同定することで、癌のハイリスク群のスクリーニングや早期診断の際の簡便かつ非侵襲的な診断方法を確立することを目的とした。口腔癌症例および健常者からわれわれの考案したプロトコルに従い含嗽液を採取し、DNA異常メチル化およびヒストン修飾状態の検索が可能であるかを検討した。標的遺伝子としては、p16INK4aを対象とした。口腔癌患者の含嗽液より得られたサンプルを対象にした実験では8例中5例にp16遺伝子の発現抑制を認め、MSPで異常メチル化を検出した。症例8例中6例においてmRNA発現とChIP Assay結果に矛盾がなかった。これにより、われわれが作成したオリジナルプロトコルにおいて、含嗽液を用いたエピジェネティック異常の検索が可能であることが初めて明らかになった。口腔含嗽液を用いた診断法は非侵襲的かつ簡便であり、ヒストン修飾状況とDNAメチル化状態と合わせてさまざまな腫瘍抑制遺伝子のエピジェネティクス異常を検索することにより、口腔癌の強力な診断ツールとなると思われた。(1)サンプル採取本研究は鹿児島大学大学院医歯学総合研究科内の倫理委員会の承認のうえ、実施された。10例の口腔癌患者からインフォームドコンセントを得たうえで含嗽液を採取した。方法としては、まず16mlの生理食塩水を30秒間含嗽させ回収したうえで2000rpmで5分間遠心分離し上澄みを廃棄した。これらの細胞ペレットは使用まで-80°Cで保存された。(2)解析系の確立まずわれわれは口腔領域で癌におけるエピジェネティック異常が報告されているp16^<INK4a>遺伝子をターゲットとした。予備実験として培養細胞株を用い、DNAプロモーター領域のメチル化の状態をmethylation specific PCR法(MSP)で、ヒストンタンパクの修飾状況をクロマチン免疫沈降法(ChIP)で検出し、遺伝子発現量をリアルタイムRT-PCR法にて検出した。ACC3(p16発現陽性)およびT-47D(p16発現陰性)を用いたところ、DNAメチル化、ヒストン修飾状況および実際のmRNA発現量に整合性を認めた。(3)含嗽液における解析結果3例の健常ボランティアから得た含嗽液を用いたMSPでは、全例に非メチル化を認めた。口腔癌患者では、5例にp16遺伝子の発現抑制を認め、4例の症例において、p16^<INK4a>遺伝子のDNAプロモーター部位のメチル化と実際のmRNAの発現レベルとに整合性があった。ChIPを用いた検討では、9例の症例において、ヒストンH3リジン9の修飾状態は、実際のmRNA発現レベルと整合性があった。これらの結果により、われわれが作成したオリジナルプロトコルにおいて、含嗽液を用いた包括的なエピジェネティック異常の検索が可能であることが明らかになった。現在継続的に口腔癌患者より含嗽液を採取しており、症例数および標的遺伝子を増やして解析中である。本研究は鹿児島大学大学院医歯学総合研究科内の倫理委員会の承認の上、実施された。

口腔癌症例および健常者からわれわれの考案したプロトコールに従い含嗽液を採取し、DNA異常メチル化およびヒストン修飾状態の検索が可能であるかを検討した。標的遺伝子としては、p16^<INK4a>を対象とした。口腔癌患者の含漱液より得られたサンプルを対象にした実験では8例中5例にp16遺伝子の発現抑制を認め、MSPで異常メチル化を検出した。症例8例中6例においてmRNA発現とChIP Assay結果に矛盾がなかった。これにより、われわれが作成したオリジナルプロトコルにおいて、含嗽液を用いたChIPによるヒストン化学修飾状態の検索が可能であることが初めて明らかになった。口腔含嗽液を用いたChIP法は非侵襲的かつ簡便であり、DNAメチル化状態と合わせてp16をはじめとするさまざまな腫瘍抑制遺伝子のエピジェネティクス異常を検索することにより、口腔癌の強力な診断ツールとなると思われる。なお本研究は第26回日本口腔腫瘍学会総会・学術大会および第62回日本口腔科学会総会にて発表された。
一次元共役系高分子のフェムト秒パルス励起による三次非線形光学効果の増大・制御

三次非線形光学効果はある種の物質の光に対する電子応答が光強度の3乗非線形に比例して大きくなる現象であり、この効果を利用して光演算や全光学スイッチなどの現象が可能となることから将来の光情報処理の基本原理として期待されている。しかしながらこれまでに報告されてきた三次非線形光学材料の性能指数は、実用にかなう光素子に要求される値に遠く及ばないのが現状である。そこで本研究では、これまで報告された三次非線形光学材料の中で大きな感受率を持つ一次元共役系高分子をレーザー光で励起するとフェムト(千兆分の一)秒の超高速時間内で励起子が生成し、光学遷移や電子的性質が大きく変化することを利用して、三次非線形光学効果を増大・制御することを目的とした。試料としてポリアルキルチオフェンの溶液を用い、2本の800nmのTi:Sフェムト秒光パルスを照射して三次非線形光学効果である縮体四光波混合測定系を構成した。更にこの系に、400nmのフェムト秒光パルスを照射することによる四光波混合強度の変化を観測した。光励起により、四光波混合強度が大きく増強することが分かった。この光励起増強現象に及ぼす、2本のプローブ光間の遅延時間依存性や励起光と2本のプローブ光との遅延時間依存性の測定から、光励起により生じる励起子の生成により大きな三次非線形光学効果が発現することが示唆された。また、この光励起増強効果は、入射光パルスの200フェムト秒以下の超高速で応答することが明らかになり、共役π電子の電子応答により発現することが示唆された。
非線形偏微分方程式系から現れる樹状形状の解析

反応拡散系から現れる樹状形状を研究するため,まず,結晶成長に現れる進行波解について調べた.そのため,結晶成長のモデルの一つであるアレン・カーン方程式を扱った.空間2次元における進行波解の存在およびその漸近安定性について示し,東京工業大学・谷口助教授と共著論文にまとめた.研究目的の一つである異方性を含むモデルに関しては,異方性と外力を含む曲率流モデルのV字型進行波解の存在を示した.また,異方性が強くなると,進行波解は,だんだんと折れ線に近づき,クリスタライン運動に収束することも証明した.常微分方程式系の解は,すべて有界となるような系であるにもかかわらず,拡散項を付けた反応拡散系には,有限時間で爆発するような解が存在することを「拡散誘導爆発」という.拡散という空間均一化の効果を加えることにより,空間非一様性がどんどん大きくなり,有限時間で爆発してしまう現象であり,パターン形成との関係が深い.この現象は,一体どのような非線形性に対して起きるのか調べるために,常微分方程式系における非線形項と線形項の関係を調べた.ミネソタ大学H.Weinberger氏との共同研究により,非線形項がp次斉次式の場合に線形項が大域的挙動にどのような影響を与えるのかを調べ,論文にまとめた.斉次項をもつ常微分方程式系でも,線形項が様々な影響を与えることがわかった.拡散だけでなく境界条件も爆発に影響を与える.M.Fila氏,J.L.Vazquez氏との共同研究により斉次ノイマン境界条件では爆発する解があるが,斉次ディリクレ境界条件では爆発しないような系の構成に成功した.平成15年度は,テーマ1:バクテリアモデルから現れる樹状形状の解析を考察するため,バクテリアモデルである非線形偏微分方程式系の空間1次元における特異極限問題を考えた.反応拡散近似という新しい手法を用いて数値計算を行い,どのような特異極限を考えるのが適切であるか,いくつかの予想を立てることができた.また,反応拡散近似そのものの研究も進み,競争拡散系における特異極限問題の論文1編を発表した.現在,バクテリアコロニーモデルへの応用についても成功し,論文を執筆中である.次に,解の形状を特徴づけるために自己相似解を具体的な厳密解として構成を試みた.現在,研究途中である.解の形状を特徴づけるV字型進行波解の存在と一意性を証明した論文を執筆中である.一方,解の形状を特異性から特徴づける研究も行っている.常微分方程式系の線形項が爆発に及ぼす影響を調べた論文1編を発表した.これは,純粋内向き線形ベクトル場を加えることにより,爆発が引き起こされるという線形誘導爆発現象である.反応拡散近似の研究を用いて,バクテリアコロニーモデルとして提出されている2つのモデル方程式の関係を調べた.本年度は,非線形拡散を用いたモデル方程式の空間2次元における特異極限問題を考え,現在論文を執筆中である.この方法により,バクテリアの運動の数学的理解が深まると期待される.一方,パターンの理解・解析のためには,さまざまな基本的形状の集まりという考え方も必要である.アレン・カーン方程式のV字進行波解の研究を進めている.本年度は,優解と劣解を構成することによりV字進行波解の存在や漸近安定性について調べている.谷口と共著論文を書き上げ,出版予定となっている.また,新しい劣解を構成することにより,大域漸近安定性についても証明に成功した.また,異方性の入ったモデルに関する進行波解の構成およびその特異極限問題としてクリスタライン運動との関係も調べた.現在,論文を書き上げ,投稿予定である.また,異方性の入ったモデル方程式の自己相似的な解の構成やこれらの様々な解を用いて2次元界面の衝突現象の証明も行った.また,単独半線形熱方程式において,拡散項がないと爆発するにも関わらず,ディリクレ境界条件つきの拡散項を加えることにより,爆発が起きず,すべての解が有界にとどまることを示した.これは,拡散という線形項の影響で,爆発が食い止められる結果の一つである.これらの計算は,すでに論文にまとめ,掲載予定になっている.反応拡散系から現れる樹状形状を研究するため,まず,結晶成長に現れる進行波解について調べた.そのため,結晶成長のモデルの一つであるアレン・カーン方程式を扱った.空間2次元における進行波解の存在およびその漸近安定性について示し,東京工業大学・谷口助教授と共著論文にまとめた.研究目的の一つである異方性を含むモデルに関しては,異方性と外力を含む曲率流モデルのV字型進行波解の存在を示した.また,異方性が強くなると,進行波解は,だんだんと折れ線に近づき,クリスタライン運動に収束することも証明した.常微分方程式系の解は,すべて有界となるような系であるにもかかわらず,拡散項を付けた反応拡散系には,有限時間で爆発するような解が存在することを「拡散誘導爆発」という.拡散という空間均一化の効果を加えることにより,空間非一様性がどんどん大きくなり,有限時間で爆発してしまう現象であり,パターン形成との関係が深い.この現象は,一体どのような非線形性に対して起きるのか調べるために,常微分方程式系における非線形項と線形項の関係を調べた.ミネソタ大学H.Weinberger氏との共同研究により,非線形項がp次斉次式の場合に線形項が大域的挙動にどのような影響を与えるのかを調べ,論文にまとめた.斉次項をもつ常微分

方程式系でも,線形項が様々な影響を与えることがわかった.拡散だけでなく境界条件も爆発に影響を与える.M.Fila氏,J.L.Vazquez氏との共同研究により斉次ノイマン境界条件では爆発する解があるが,斉次ディリクレ境界条件では爆発しないような系の構成に成功した.