hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
糖鎖が細胞機能に及ぼす影響の流体力学的研究

血管壁の内皮細胞表面に存在する糖鎖層(glycocalyx)の生理的意義に関して、流体力学的観点から研究を行った。近年実験により得られた糖鎖層のナノスケールの3次元微細構造を基に数理モデルを作成し、それを用いてまず、血液と血管外組織間の物質輸送における選択透過性について調べた。物質輸送の程度を表す輸送係数(透過率、反射率)を、流体力学・熱力学に基づいて定式化し、数値解析により溶質のサイズの関数として評価した。得られた輸送係数を動物実験の測定結果と比較すると、透過率、反射率ともこれまでにない良好な一致が得られた。このことから、糖鎖層は血管壁を介した溶質透過性に分子フィルターとして働き、溶質サイズによる選択的透過性に最も主要な役割を果たしていることが強く示唆された。次に、媒質の輸送に関して、血管内腔から糖鎖層を通り、内皮細胞間隙を経て血管外組織へと繋がる一連の経路をモデル化し、その経路を流れる流体(水)の運動を解析した。その結果、糖鎖層の流体抵抗は従来の研究に比べて1桁程度小さいことが分かった。このことは、媒質の輸送係数であるろ過率は、内皮細胞間隙の幾何形状のみで決まり、糖鎖層はほとんど寄与しないことを示唆している。また、流路および溶質が表面電荷をもつ場合について、溶質の移動と媒質の流れを解析した。解析結果から、流路表面と溶質が同符号に帯電していると、反射率が増加して、浸透圧による媒質の移動が促進されることが定量的に分かり、糖鎖層のもつ負電荷が物質輸送に大きな影響を与えることが理論的に示された。最後に、流れが内皮細胞表面および血球に及ぼす応力分布を解析した。その結果、内皮細胞表面に働く壁応力は、糖鎖層が存在することにより内腔側が極めて小さくなるのに対して、細胞間隙側は高分子の有無に関わらず格段に大きくなる可能性が示唆された。血管壁の内皮細胞表面に存在する糖鎖層(glycocalyx)の生理的意義に関して、本年度は血液と血管外組織間の溶質の物質輸送に果たす役割に着目し、溶質の輸送がglycoclayxの存在によってどのような影響を受けるかを理論的に調べた。最近の実験により得られた糖鎖のnmスケールの微視的構造に基づいてglycocalyxをモデル化し、糖鎖層の両側の圧力差および溶質の密度差に起因する輸送量を、熱力学・流体力学に基づく数値解析により求めた。具体的には、拡散と移流による輸送の程度を表す輸送係数(透過係数、反射係数)を、溶質のサイズの関数として表し、実験結果と比較検討した。glycocalyxの微細構造を取り入れ、溶質個々の運動を力学的に解析している点が、従来の平均場近似による解析とは異なる。得られた輸送係数を動物実験の測定結果と比較すると、透過係数、反射係数ともこれまでにない良好な一致が得られた。透過係数に関しては、溶質サイズが0.23nmから3.6nmに増加すると1桁以上減少すること、反射係数に関しては3.5nm程度の直径をもつ溶質の値が動物の種類や臓器にほとんど無関係に0.8という高い値になることを説明する結果となった。以上のことから、内皮細胞表面に存在するglycocalyxは血管壁を通しての溶質透過性に分子フィルターとして働き、溶質サイズによる選択的透過性に重要な役割を果たしていることが強く示唆された。血管内皮細胞表面の糖鎖層(glycocalyx)の微細構造を基に数理モデル作り、それを用いて糖鎖層の生理的意義を流体力学の観点から調べた。

昨年度に引き続き、(a)血液と血管外組織間の物質輸送における選択的透過性について研究を進めるとともに、(b)血液から内皮細胞への力学的刺激の伝達について研究を開始した。(a)に関しては、昨年度構築した糖鎖層のモデルに電荷を加えてモデルの拡張を行い、糖鎖および溶質の表面電荷が物質輸送に与える影響を調べた。動物実験に対応して、物質輸送は電荷の有無あるいはその符号に大きく依存することが分かった。特に、負に帯電した溶質は、電荷をもたないか正電荷をもつ同じサイズの溶質に比べて、反射率が極めて大きくなることが示された。また、ナノ・スケールをもつ糖鎖層の分子構造とミクロン・スケールの糖鎖層全体、血管壁の物性との関係についてマルチスケールを取り扱う解析を行った。糖鎖層から内皮細胞間隙を通り血管外組織に到る流速分布を求め、水の透過率を評価した。得られた微小血管壁の透過率は動物実験を説明する結果となり、水の輸送に対しては糖鎖層より内皮細胞間隙の方が格段に大きな抵抗となっていることが示された。実験では計測が困難な、内皮細胞表面および細胞間隙に与えるせん断応力を評価し、細胞の力学応答として水の透過率が制御されている可能性についても議論した。(b)に関しては、糖鎖層の微細構造をもとに、血液流れの応力が糖鎖を通して内皮細胞に伝達される力学モデルをいくつか考案して、現在検討を続けているところである。血管内皮細胞表面の糖鎖層(glycocalyx)の微細構造を基に数理モデル作り、それを用いて糖鎖層の生理的意義を流体力学の観点から調べた。本年度は、最終年度として、(a)血液と血管外組織間の物質輸送における選択的透過性について研究をまとめるとともに、(b)内皮細胞への力学的刺激の伝達、(c)血球に与える応力について研究を進めた。(a)に関しては、円形断面および矩形断面をもつ流路の表面が電荷をもつ場合について、帯電した溶質の移動と媒質の流れを解析した。その結果、流路表面と溶質が同符号に帯電していると、反射率が増加して、浸透圧による媒質の移動が促進されることが定量的に示され、糖鎖層および溶質のもつ電荷が物質輸送に大きな影響を与えることが示された。(b)については、血管内腔から糖鎖層を通り、内皮細胞間隙を経て血管外組織へと繋がる一連の経路を流れる流体(水)の運動を解析して、流れが内皮細胞表面に与える応力を評価した。その結果、内皮細胞表面に働く壁応力は、糖鎖層が存在することにより内腔側が極めて小さくなるのに対して、細胞間隙側は高分子の有無に関わらず格段に大きくなる可能性が示唆された。(c)については、白血球が細静脈の血管壁に粘着している場合の白血球周りの速度場を数値解析により求め、動物実験によりμPIV法で得られた速度分布と比較した。動物実験による速度場は、顕微鏡の深さ方向の情報が欠如しているので、数値解析結果からこれを補い、生体内において白血球表面に働く応力分布を求めた。
アレルギー性鼻炎、および慢性副鼻腔炎における神経ペプチドの発現に関する研究

鼻・副鼻腔疾患の神経系(第I脳神経)を介した病態(嗅覚障害)の研究を行うことが本研究の目的であった。20項目の日本人の生活に即した臭素(におい)を問診して、その程度を百分率で数値化できる「日常のにおいアンケート」を用いた嗅覚評価方法を論文として提唱することができた。平成19年度に我々は、外来(日帰り)で鼻閉を主訴とした鼻炎に対する下鼻甲介手術を135例経験した。鼻炎の内訳は、アレルギー性鼻炎(通年性26例、季節性・花粉症19例、混合性73例)、血管運動性鼻炎12例、肥厚性鼻炎5例であった。入院で内視鏡下副鼻腔手術(ESS; endoscopic sinus surgery)を行った慢性副鼻腔炎症例は、166例であった。以上の症例において、血中好酸球の割合(%)、血清免疫グロブリンtotal IgE値(RIST,IU/ml)、個々のアレルゲンに対するIgE値(RAST,UA/ml)を測定した。術前後の鼻腔内所見の変化、自覚症状の改善度についても、パーソナル・コンピューター(PC)にデータを入力して解析した。また慢性副鼻腔炎に対するESSの術中は、デジタル・ビデオ(mini DV)で記録して、要点となる部分のみをPC上で編集し媒体に保存した。手術所見(特に嗅裂粘膜)は、正常、ポリープ状、浮腫状として評価した。鼻腔ポリープを採取したが、副鼻腔粘膜の採取は困難であった。鼻・副鼻腔粘膜における神経ペプチドの発現を調査すべく実験を遂行する時間が得られず、現在研究は進行中である。今回の主な研究テーマの一つである嗅覚障害を伴った慢性副鼻腔炎に関する研究については、手術症例における嗅力の術前後の変化ついて研究を進めた。嗅覚検査として、アリナミン検査、T&Tオルファクトメーターを行い、その結果を解析した。また、目本鼻科学会により提唱された「生活臭アンケート」を使用し、嗅覚検査との有意な相関が証明でき、このアンケートが嗅力評価の補助手段となり得る可能が示唆できる結果が得られた。さらに、鼻科学における研究の一つとして、Wegener's granulomatosis in the head and neck regionの題名で、我々が苦慮したWegener granulomatosisの診断困難であった症例を国際学会で発表し、研究の参考となる意見を交換できた。この研究成果は国際学術雑誌(Auris Nasus Larynx)に受理(2008年3月26日付)され、掲載されることになっている。平成1920年度の2年間に経験した鼻閉に対する外来(日帰り)での下鼻甲介手術は、253例であった。その内訳は、アレルギー性鼻炎201例(通年性42例、花粉症30例、混合性129例)、血管運動性鼻炎21例、肥厚性鼻炎31例であった。また、入院での内視鏡下副鼻腔手術(ESS ; endoscopic sinus surgery)を行った慢性副鼻腔炎は、331例あった。これらの症例で、血中好酸球の割合(%)、血清免疫グロブリンtotal IgE値(RIST, IU/ml)、個々のアレルゲンに対するIgE値(RAST, UA/ml)を測定した。術前後の鼻腔内所見の変化、自覚症状の改善度について、パーソナル・コンピューター(PC)にデータを入力して解析した。慢性副鼻腔炎症例は、ESS術中にデジタル・ビデオ(mini DV)で記録することで、嗅裂粘膜などの鼻内所見を、正常、ポリープ状、浮腫状に分けて評価できた。鼻腔ポリープや副鼻腔粘膜を可能な限り採取して、病理組織診断にて好酸球の浸潤の程度を判定した。鼻・副鼻腔粘膜における神経ペプチドの発現に関して現在も研究は進行中である。中でも、筆者は平成19年度から日本鼻科学会・嗅覚検査検討委員会の委員であり、この委員会で提唱された「日常のにおいアンケート」に関する研究を遂行することは、本研究の重要な課題の一つであった。この「アンケート」をT&Tオルファクトメーターやアリナミン検査などの嗅覚検査の結果と比較し、その有意な相関が証明できた。この「アンケート」が嗅力評価の補助手段となり得る可能が示唆できる結果が得られた。その成果を、国内学会(日本鼻科学会、日本味と匂学会)のシンポジスト、パネリストとして発表して、それぞれの学会誌に掲載された。さらに、診断に苦慮するWegener granulomatoslsの症例を米国ワシントンD. C.で開催された国際学会(AAO-HNSF)で発表し、研究成果は国際学術誌(Auris Nasus Larynx)に掲載された。
電子バーンシュタイン波を用いたダイバータプラズマの電子温度計測

電子バーンシュタイン波(EBW)は低密度、低温度でも黒体であることから近年加熱、計測に注目されている。本研究はこの特性をダイバータプラズマの電子温度計測に生かせないかを調べるために始まった。EBWは静電波であるため電磁波に変換しなければプラズマの外にでることは出来ない。接線方向アンテナでは、電子サイクロトロン共鳴層で発生したEBWが高域混成共鳴層においてXモードに変換され、さらにそれがカットオフ層においてOモードに変換されてプラズマ外に出、アンテナに到達する。本研究では、LHDの磁場配位においてこれらのモード変換層の位置を理論的に求めた。次にLHDプラズマからのEBW受信を目指して、真空容器内に接線方向アンテナを取り付けた。本年度は既存のECE計測設備と遠隔操作で接続する装置を取り付けた。その結果、ショット間にEBWアンテナとECEアンテナを切り替えて実験できるようになり、特別にマシンタイムを取得しなくても頻繁にデータを取得できるようになった。LHDプラズマ実験は液体ヘリウム冷却超伝導磁石を使用していることもあり、例年9月に始まり、正月をはさんで2月に終了する。本年度は、電子密度が徐々に上昇するプラズマや周辺部だけのペレット入射、中心部までのペレット入射など多彩なプラズマについてデータを取得することが出来た。その結果、高密度プラズマにおいて電子密度勾配が周辺部で急峻な場合は、基本波において、ほとんどECE信号強度がない場合でも、EBWアンテナにはかなり強い信号が受信された。この信号の周波数スペクトルは密度分布の形によって変化する。これは屈折・反射によるECEの回り込みでは説明できず、EBWと思われる。現在、京都大学でLHD配位でのEBWレイトレーシングコードが、また筑波大学で接線方向の3次元電磁波シミュレーションコードが開発されつつある。近々それらのコードの使用が出来るので、より一層理解が深まるものと思われる。電子サイクロトロン共鳴位置で発生した電子バーンシュタイン波(EBW)はプラズマ中を伝播し、臨界面で電子サイクロトロン波(ECE)に変換される。EBWは静電波なのでプラズマの中にしか存在できない。電磁波であるECEが真空中に伝播する。この一連のプロセスを発生位置からアンテナまで光線追跡することがEBW計測の基礎である。EBWの理論研究は京都大学前川教授によってなされた。そこで、前川教授が開発した計算コードをLHDの磁場構成に適用して、EBWの発生と伝播、そしてECEへの変換を計算している。同じ意味で、LHDにおけるECE計測の基礎を押さえておく必要がある。LHDのヘリカル磁場中ではECEが進むに連れて磁場の方向が変わって行く。そこで、ヘリカル磁場中でのECEの伝播を調べた。既存のECE計測システムに設置してある偏光回転器を改良し、プラズマ運転時に回転できるようにした。実験の結果、異なる周波数、すなわち異なる位置で発生したECEの偏光特性はどれも同じであった。すなわち、ECEの偏光特性は発生した場所での磁場の角度方向ではなく、プラズマを離れるときの磁場の角度方向で決定されることが分かった。本年度、アンテナの設計製作を行った。本年度のLHD実験は6月に真空を閉じて始まり、1月に真空を開けて終了した。したがって本年度はプラズマ実験ができなかった。そこでアンテナは次年度の6月に真空容器に取り付ける予定で現在準備中である。電子サイクロトロン共鳴位置で発生する電子バーンシュタイン波(EBW)は静電波である。そのため、広い範囲の温度と密度で黒体輻射をするがプラズマの中にしか存在できない。そこでプラズマ中を伝播し、臨界面で電子サイクロトロン波(ECE)に変換し、真空中を伝播してくるECEを計測することになる。

今年度、LHD第4サイクル実験期間において、高磁場側の接線方向に伝搬するECEを計測するシステムを設置した。この場合EBWからECEへの変換層としては高磁場側の右回りカットオフ層が考えられる。この変換後のECEを取り出すために、10-O菱形ポートの壁にステンレスの反射板を設置して反射させ、10-O円形ポートの底部に凹面鏡を設置してそのECEを集光し凹面鏡の反対側に設置した反射板でコルゲート導波管に入射した。この導波管は普段電子温度測定に使用している既設の10-OポートECE計測系の導波管システムに接続して計測機器室(2)に導き、走査型マイケルソン干渉計でスペクトル分解した。低密度ではカットオフ層がないので純粋ECEとなり、高密度ではカットオフ層でEBWが重畳されるはずである。実験では、確かに低密度と高密度では明らかに異なったスペクトルが得られた。次に偏光特性を調べるために5秒以上の長時間放電時において、偏光回転器をプラズマ運転時に回転した。偏光固定時では100ショット以上の10倍以上異なった電子密度のデータが得られ、偏光回転では16ショットのデータが得られた。同様のプラズマパラメータのECEデータは10-OポートECE計測系で測定しているので、現在比較しながら解析中である。予期せぬ問題としてマイケルソンデータのフーリエ変換中に大きなリンギングが頻繁に現れその対策に追われている。また、磁場機造が複雑なので前川コードをLHD仕様にしたレイトレーシングコードによる解析を用いて現在EBWの発生源を特定しようとしているが、不確定要素があるので判断しにくい。そこで解析が単純な垂直伝播のEBW計測を試みるべく、現在ヘリカルコイル直下に反射板を設置し、次回の実験では垂直伝搬のEBW計測を予定している。電子バーンシュタイン波(EBW)は低密度、低温度でも黒体であることから近年加熱、計測に注目されている。本研究はこの特性をダイバータプラズマの電子温度計測に生かせないかを調べるために始まった。EBWは静電波であるため電磁波に変換しなければプラズマの外にでることは出来ない。接線方向アンテナでは、電子サイクロトロン共鳴層で発生したEBWが高域混成共鳴層においてXモードに変換され、さらにそれがカットオフ層においてOモードに変換されてプラズマ外に出、アンテナに到達する。本研究では、LHDの磁場配位においてこれらのモード変換層の位置を理論的に求めた。次にLHDプラズマからのEBW受信を目指して、真空容器内に接線方向アンテナを取り付けた。本年度は既存のECE計測設備と遠隔操作で接続する装置を取り付けた。その結果、ショット間にEBWアンテナとECEアンテナを切り替えて実験できるようになり、特別にマシンタイムを取得しなくても頻繁にデータを取得できるようになった。LHDプラズマ実験は液体ヘリウム冷却超伝導磁石を使用していることもあり、例年9月に始まり、正月をはさんで2月に終了する。
樹状細胞療法治療効果予測のための抗Mesothelin抗体ELISA測定法の構築

ヒトMSLN蛋白(Glu296-Gly580)をマイクロプレートに固相化し,検体中の抗MSLN抗体・二次抗体としてHRP標識抗免疫グロブリン抗体を反応させ、TMB基質システムを用いたELISA測定系の条件検討をした。抗原固相化濃度は25μg/mLを検討し、いずれも検量線の250ng/mLまで直線性が認められたため2μg/mLとした。標準物質用二次抗体(HRP標識Anti-Mouse IgG)の希釈倍率及び発色時間は、直線性が最も安定していた2000倍で6分間、検体用二次抗体(HRP標識Anti-Human IgG Fc)の希釈倍率は50000倍に設定した。この条件下で健常人3名、膵臓がん3名を用いて検体の希釈倍率を5200倍で検討し、2群における差が明瞭となった100倍を採用した。低、中、高濃度検体の同時再現性(n=10)は、それぞれCV(%)が30.8、23.3、7.5となり、低濃度ほどばらつきがみられた。同一検体を用いたバッチごとの再現性(n=5)は、CV(%)が25.2、69.5、21.3と中濃度において大きなばらつきが認められた。健常人21名、肺がん8名、膵臓がん7名のMSLN抗体価を測定したところ、肺がん群では健常人群に比して抗体価が高く、Steel-Dwass法により明らかに有意差を認めた(p<0.05)。一方膵臓がん群においては健常人群と比して抗体価が高い傾向は認められたが、有意差は認められなかった(p=0.08)。以上より、さらに改良の必要はあるが、MSLN抗体価の測定が可能となり、肺がん群では健常人群に比較してMSLN抗体価が高いことが示された。
エピジェネティック突然変異を介した適応的突然変異誘発機構の探索

真核細胞は遺伝子発現を抑制するヘテロクロマチンと、遺伝子発現が可能なユークロマチンの2種類のクロマチン構造をもつ。クロマチン研究のモデル生物である分裂酵母においてヘテロクロマチンがゲノム上に偶発的に生成し表現型に影響を与えるという私自身の知見(Sorida et al. Plos Genet 2019)と、ヘテロクロマチン内で突然変異の頻度が上昇する事を示唆する最近の報告(Schuster-Bockler, 2012 Nature)から「偶発的なヘテロクロマチン形成による遺伝子抑制により環境適応後、EHC内での突然変異誘発により、その表現型変化が遺伝的に固定化される」という仮説をたてた。この仮説はエピジェネティックな変異を通して、方向性をもった遺伝的変化が引き起こされるという、適応戦略・進化戦略を考える上で新規・かつ重要な概念となる。仮説検証ため(1)偶発的ヘテロクロマチン形成による初期環境適応の検証(2)ヘテロクロマチン内での突然変異発生率上昇の検証(3)偶発的ヘテロクロマチンにより獲得された形質の固定化の検証(4)環境変化による偶発的ヘテロクロマチン発生効率変化の確認、の4つの解析を試みる計画である。本年度はこの仮説の一番基本となる(2)のヘテロクロマチン内での突然変異発生率上昇の検証を試みた。そのために既に報告されている(Ragnuathan et al. 2015, Science)薬剤テトラサイクリンにより任意のゲノム領域で人為的にヘテロクロマチンを生成・消去できる系を用いてura4遺伝子上にヘテロクロマチンを形成・消去出来る系を構築を試みた。ところが、報告から予想するほど強いヘテロクロマチンが形成されず系の改良を試みた。ヘテロクロマチン形成因子誘導量やその因子のDNA結合配列のコピー数を増やすことにより十分な抑制能をもつ系の構築に成功した。本研究の仮説の一番根本にある仮定ははヘテロクロマチン化されたDNAでの突然変異発生率の上昇である。まず、その点を検証するため、論文報告があった人為的にヘテロクロマチンを生成・消去できる系を導入した。しかし、その系のヘテロクロマチンは十分な抑制能を持たず、標的にに使うura4遺伝子の発現を完全に抑制しないために、ヘテロクロマチンの有無による変異発生率の比較には不適当であった。そのためその系の改良を行うための、種々のこころみに多くの時間を費やし、当初の計画より遅れることとなった。遅れの原因となた人為的ヘテロクロマチン形成系の改良に成功したので、これを用いてヘテロクロマチン形成による突然変異発生率の変化を解析する。またこれと平行して実績の概要で述べた実験計画の(1)偶発的ヘテロクロマチン形成による初期環境適応の検証を進める。これらの結果を確認した上でさらに実験計画(3), (4)と実験を展開する予定である。

またこれと平行して実績の概要で述べた実験計画の(1)偶発的ヘテロクロマチン形成による初期環境適応の検証を進める。これらの結果を確認した上でさらに実験計画(3), (4)と実験を展開する予定である。
マウスPre-Bリンパ腫DNAにおけるレトロウイルス挿入部位の解析と発病機構

SL/Khマウスは当教室で育成したPre-Bリンパ腫を高率に自然発生するモデル系で、その発病には内在性レトロウイルスと宿主の遺伝的背景の組み合わせが重要である。SL/Khの自然発生Pre-Bリンパ腫症例を多数集め、制限酵素で切断したそのDNAについて内在性EcotropicMuLVのenvをプローブとしてサザン解析を行い、ウイルスゲノムのクローナルな新挿入を検出し、そのサイズから共通挿入部位があることが示唆された。ついでサザン法で共通挿入部位と思われるバンドが集中しているゲル位置からDNAを抽出して、これをテンプレートとし、ウイルスゲノム内部に適当なプライマーを設定してInversePCR法にてウイルス・宿主ジャンクションを含む産物を得た。このうち、germline DNAから類似の産物が増幅された場合には内在性ウイルス・宿主ジャンクションの可能性があるので捨てた。新挿入部位ジャンクションと思われる産物については制限酵素地図を作成し、ウイルスゲノム部分を推定し、これを切り落とした。これで得られた断片を宿主側フランキングシーケンスとした。この断片をプローブとしてリンパ腫DNAのサザン解析をおこなった。genomicDNAと比較し、組み換えを認めた断片の塩基配列の決定と、その断片をプローブとしてFISH法にて染色体位置を決定することを次のステップとして実行中である。染色体位置から既知の癌遺伝子を探索する。近傍に既知の癌遺伝子がない場合にはゲノミックライブラリーからこの配列を含む宿主配列をウオークしウイルス挿入により活性化される遺伝子を探す。この研究について阿不江は平成10年10月より留学のため休職になったので、後任の鶴山助手が継続している。
不変性の概念による制御理論の構成と入門教程の開発に関する研究

まず不変性の概念が制御理論において果たす役割について考察し、以下の成果を得た。(1)パラメータ変動に関する不変性:Frazer-Duncanの定理と単調性の条件を用いて、構造的不確かさのある線形制御系がパラメータの変動区間全体で安定である条件を導びき、単調でない場合の単調化手法を提案した(2)リー代数の構造とフィードバッグ設計:劣駆動機械シネテムの目標軌道追従特性の改善法を提案した。とくに、軸対称劣駆動宇宙機の特異点を通過する軌道生成、および垂直離着陸機の最小位相モデル近似による制御性能の劣化について研究し、有用な方法を与えた。(3)Invarianceの理論の不変的定式化:拘束系の解析力学の最新の研究動向をヨーロッパの文献を中心に調査し、Poisson幾何・Lie亜代数の理論と解析力学との関連の研究の著しい発展、および制御理論への応用の萌芽的研究の出現を確かめ、資料を作成した。(4)不変性・最適性とリー代数:最適特異軌道の存在条件を局所強可到達分布、状態空間、入力空間の次元により分類しBang-bang制御の最適条件、Singular Optimal Controllerの可能性・最短時間制御問題の近似解法を提案した。次に、これらの成果をもし可能ならば統一的に説明するために次の研究を行った。(5)制御理論の構成と入門教程の開発:入力変分および初期状態の変分の双方を考慮した評価関数の変分表現を正準方程式を用いて導けば、可観測性・可制御性・不変性・最適制御・特異最適制御・最短時間制御・安定性解析・ロバスト制御などの考察に好都合であり、線形理論を主にした入門教程にもなり得る事が最終段階でようやくわかった。入門教程の完成に至るまでにはまだ多くの課題が残されているが、以上により、研究の目的はほぼ達成できた。1.非線形システムの最適制御問題に現われる特異制御の最適条件である、一般化ルジャンドル・クレプシュの条件を再検討し、従来解けなかった問題の可解なクラスの存在の可能性を見いだした。その結果、軌道に沿っての局所的可到達性・特異制御の最適性・関数の不変性を変分的方法により同じ枠組みで表現し解析できるという結論を得た。以上は、平成13年度研究実施計画の各項目のうち、(1)リー代数の構造とフィードバック設計、(2)高次の条件、(3)不変性の程度の評価、(6)最適制御の近似解法、の各項目に関わる基本的な成果であり、理論の統一的な記述を可能とする手がかりであるが、その具体的な展開は今後の課題である。(6)不変性の大域的性質、については関連する文献調査と資料収集を行なった。(5)ロバスト安定性、については区間パラメータの多項式である係数を持つ特性方程式の安定性を単調性に基づいて判定する条件を発展させた。2.大学2年生を対象としたシステム制御理論への入門講義において、微分方程式の解とその表現・相対次数・極配置問題、を軸として古典制御理論・線形システム理論・非線形システム理論をあわせた入門講義を試行した。ベクトル場、Lie微分等の概念も計算を主体に進めれば、受け入れやすい様子である。変換論の方が難しい。平成14年度には不変性あるいは最適性への入門を兼ねる形を試みる。3.上記の入門講義において、かなりの量の解説プリントを作成し配布した。平成14年度中には、電子テキスト化の試行を行なう予定であり、平成13年度に専用コンピュータシステムを稼動させ、ホームページを準備した。まず、上記の入門講義に用いる。[不変性・最適性とリー代数]

最適特異軌道の存在条件を局所強可到達分布、状態空間、入力空間の次元により分類して解析し、最短時間制御問題の逐次近似解法を提案してSingular Optimal Controllerの出現の可能性を確かめ、最適制御をBang-bang型と判定する指針を導いた。局所強可到達分布のリー代数としての性質が基本である。[パラメータ変動に関する不変性]構造的不確かさのある線形制御系にFrazer-Duncanの定理と単調性の条件を用い、パラメータの変動区間に対して制御系の安定性が不変である条件を導いた。単調でない場合にも区間分割およびパラメータ置換による単調化法を導き、いくつかのアルゴリズムの計算効率・計算量を計算代数の手法により比較検討した。さらに、可制御性・可観測性に対する不変性の条件をGroebner基底と単調性を組合せて求めた。[リー代数の構造とフィードバック設計]軸対称劣駆動宇宙機はflat outputを持ち、不連続フィードバックにより安定化可能なドリフトレスシステムである。flat output trajectoryを用いて実行可能状態-入力軌道を生成すれば漸近的状態トラッキングを達成できるが、特異点を通過する軌道生成には有界性の証明が必要であり、その必要十分条件を導出した。時変フィードバックにより安定化可能なドリフトレスシステムに対して、有界入力で安定化が達成されるように時間スケール変換(動的補償器)を用いて制御器を改変する方法を提案した。[Invarianceの理論の不変的定式化]Invarianceの原理の不変的定式化に関連して、拘束系の解析力学の最新動向をヨーロッパの文献を中心に調査した.Poisson幾何・Lie亜代数の理論と拘束系の解析力学との関連を探る研究の進展は著しく,制御理論への応用を念頭においた萌芽的な研究が現れ始めている.[入門教程]制御理論を未履修あるいは、2-4単位程度履修の大学院生に対するHamilton-Jacobi方程式を主題とした入門講義の成果を検討した。[制御理論の構成]制御系の概念や問題を考える際に最初からハミルトニアンと正準方程式を用い、ある制御入力による状態軌道の近傍で、初期値及びパラメータ/制御入力の変動が状態軌道に与える変動を表わす変分公式を導いた。この表現は軌道に沿っての可制御性・可観測性・不変性・軌道の最適性及び最適特異制御の問題・安定性の考察に便利であり、特に線形定係数系の可制御・可観測条件・線形系の入出力関係の表現が容易に得られ、演算子法を用いて線形定係数系の伝達関数および周波数伝達関数を導き、線形代数と入門微積分学によるわかりやすい入門教程となり得る。さらに、非線形制御系の状態軌道に沿っての可制御性・可観測性は最適特異制御問題と共に未解決部分の残る現代の課題であるが、上記の変分表現はその考察にも極めて有用であり、この方法では常に正準方程式に存在し得る積分について考察している。すなわち、制御理論は解析力学とともに正準方程式の性質とりわけ積分の存在とその性質を考察する学問分野であり、物理と制御を同時に講ずる講義を大学理工系学部の必修共通講義とすることができよう。作用積分より始める変分計算の方法は普遍的であり、たとえば偏微分方程式で記述されるシステムにも形式的には同様に適用でき、同様に可制御性・可観測性の条件あるいは設計法を導き得るであろう。以上、研究の主目的は達成され、逐次公表の予定である。
水稲の収量形成の要因に関する作物学的研究

水稲の収量形成の要因に関する以下の3項目について検討した。1.茎数増加の解析:水稲の個体の齢を表す葉齢の概念を拡大し、それぞれの茎(主茎、分げつ)の齢を表すスケ-ルとして用いることにより、個体内での各茎の生長のバランスが解析できた。その結果、次数の高い分げつほど同伸葉理論よりも生長が速いことが明らかになった。次に、これが茎数に与える影響を調べ、茎数の増加を、1)各分げつ位ごとの出現率、2)主茎葉齢の増加速度、3)主茎と各分げつとの葉齢増加速度の差、の3点から解析する方法を考えた。また、この方法により、分げつ性に与える温度の影響や分げつ性の品種間差などを解析した。2.水稲節間の生長調節:本項目では、発育相の転換(伸長節間の発現)、量的増大(垂直方向の長さ、水平方向の太さ)、珪酸蓄積の3つにわけて、調節機構を検討した。節間伸長は、節間分裂組織の分化に始まり、細胞の分裂と伸長活性の増加によって引き起こされること、また、日本型水稲に代表される生殖成長期の節間伸長は、穂の存在によって大きく影響を受けることが示された。茎の太さは、比較的、環境の影響を受けにくく、植物生長調節剤処理でも効果のあるものは認められなかった。珪酸の地上部各部への分配は、穂によって影響を受けることが分かった。以上、茎の形態形成を調節するには穂の生理活性を調節する必要があることが明らかにされた。3.イネの稔実制御:良好な条件下で栽培した場合には、穂上位置を異にするイネ穎果の直線的乾物蓄積期におけるその速度の違いは、胚乳細胞数の大小と関係があった。剪葉処理により光合成産物供給を減少させた結果、1穂内でも開花の遅い穎果の初期生長が停滞し、直線的乾物重増加期にはいる時期が遅れたが、その後の増加速度は余り影響を受けなかった。この理由は、ATPaseの細胞化学的実験より、稔実盛期には穎果自身に同化物の能動輸送機構が備わるためと推察された。水稲品種ササニシキを供試し、収量形成要因に関連した以下の3項目について検討した。1.育苗期の管理法と苗の生育:育苗箱(60×30cm)を用い、2段階の播種量(催芽籾100gおよび200g/箱)と4段階の施肥量の組合せ試験を行なった。その結果、疎播,多肥ほど葉齢が早く進んだ。葉齢3.2では個体あたりの施肥料が多いほど主茎生長点付近の節が太く、節間も長かったが、播種量の影響は認められなかった。また、主茎第2節の太さ(断面積)と2号分げつ芽の大きさ(断面積)の間には正の相関関係が認められた。以上より、苗の生育に関しては個体あたりの施肥料が重要であることが示唆された。

2.節間伸長期における生長調節剤の効果:出穂前40日,20日,10日の各時期に植物ホルモン(ブラシノライドを含む)および生長抑制剤(アンシミドール、NTN-821,CGR-811,S-07,PP-333,BAS-106)を処理した。その結果、ホルモンではジベレリンの伸長促進効果以外は特に認められなかった。生長抑制剤では、すべての薬剤で伸長抑制効果が認められ、処理期が遅いほど稈長が短縮した。一方、一穂粒数の減少や葉身長の減少もみられたが、これらの減少程度は処理時期が早いほど大きかった。従って、生長抑制剤を稈長短縮に利用する場合は、出穂前10日処理が望ましいと推定された。3.穎果のシンク強度と胚乳細胞数の関連性:穂上位置の違い、穎花間引き処理、温度処理などが胚乳の細胞分裂ならびに穎果の乾物蓄積に及ぼす影響について検討した。その結果、胚乳細胞分裂活性と胚乳の最終細胞数は弱勢穎果よりも強勢穎果が大きく、穎花間引きにより増大、穂の低温処理によって減少した。さらに、穎果の乾物重増加速度の大小は、胚乳の細胞分裂活性の大小と一致した。従って、水稲の穎果における乾物重増加速度すなわちシンク強度は、胚乳細胞数すなわちシンクサイズによって大きく支配されている可能性が示唆された。水稲品種ササニシキを供試し,収量形成に関連した以下の3項目について検討した. 1.分げつ出現へ及ぼす気温の影響:昼ー夜温が30ー25°C,24ー17°C,17ー12°Cの区を設け,孤立個体について調査した.葉齢に対する茎数増加は,低温ほど速かった.しかし,展開中の母茎先端葉に対し,その3節位下の分げつが出現する規則性は,すべての場合で認められた.そこで,主茎の生長(葉齢の増加)に対する分げつの生長を調べると,分げつの方が速く,その差は低温ほど大きかった.その結果,低温ほど高次位の分げつが早く出現した.一方,特定の分げつが出現するかしないかを各区で比較したが差が認められなかった.すなわち,気温は主茎と分げつ間の生長速度の差に影響を与えていた.2.栄養生長期における各処理が生殖生長期に形成される節間の長さや太さ,穂の大きさに及ぼす影響:2.1葉,5.1葉,8.1葉,11.1葉の各時期に生長抑制剤散布,植物ホルモン剤(エスレル,ブラシ)ライド,ジベレリン)散布,深水,横倒し,間引き等の各処理を行った.節間の長さについては生長抑制剤や横倒し処理で伸長抑制効果が,茎の太さや穂の大きさについては,深水処理とジベレリン剤散布処理でやや増加傾向が,稈の力学的強さにかかわるとみられるケイ酸蓄積については,深水やジベレリン剤散布処理で増加する傾向が認められた.3.米粒内の原形質膜ATPaseの分布および活性:登熟段階の異なる米粒についてATPaseの細胞化学的検出を行った.登熟盛期になると,すべての糊粉細胞の原形質膜に強い活性が検出された.またデンプン貯蔵胚乳細胞では外測から35層日までの細胞の原形質膜に活生が検出されたが,その程度は内部の細胞ほど少なかった.また,母体組織一胚乳間に原形質連絡がないことから,糊粉層および周辺部数層のデンプン貯蔵胚乳細胞は,アポプラストから同化物をプロトン駆動力により能動的に取り込むものと推察された.水稲の収量形成に関連した以下の3項目について検討した。1.分げつの発育:分げつの無効化が、主に幼穂形成期におきることから、個体内での主茎および各分げつの幼穂発育過程を調査した。その結果、栄養生長期から生殖生長期への移行の時期は、個体内の各茎で短期間のうちに行なわれた。しかし、その後の幼穂発育の速さには主茎と各分げつ間で差がみられた。すなわち、主茎と強性の分げつでは発育が進むが、弱性分げつでは、幼穂の発育が非常にゆるやかに進んだ。分げつ性への施肥量の影響に関しても実験を行なったが、夏期の気温が低温少照であったため、因子の特定が困難で、解析の可能性を検討中である。2.茎伸長について:イネの節間伸長は第1次伸長相と第2次伸長相にわかれ、第1相から第2相への転換は、主として細胞数の急激な増加によることがわかった。これは節間分裂組織の分化と密接に関連しており、第1相では節間分裂組織の分化が起こらないものと推定された。
機関投資家・金融機関の証券投資の頑健最適運用モデルの実用化

国家経済戦略「貯蓄から投資へ」の停滞を踏まえ、「貯蓄から投資へ」を促進すべく、家計の消費と長期証券投資の頑健最適化モデルを実用に耐える水準で構築した。また、世界金融危機時の金融機関・機関投資家の証券投資の多額損失を踏まえて、証券価格暴落時の危機管理を高度化すべく、金融機関・機関投資家の証券運用頑健最適化モデルを実用に耐える水準で構築した。而して、両モデルにおける最適投資の近似解析解を高度な確率制御の技法を用いて導出した。楠田(2013)の生命保険頑健運用モデルにおける証券市場サブ・モデルを完備アフィン・モデルから本質的アフィン・モデルへ一般化した。このとき、値関数の係数体系の満たす連立方程式は一般に複数解が存在する為、これらの解のうち何れが真の最適解であるかを見極める必要が生じた。この為、最適解の満たす十分条件を導出した(楠田・菊池(2014)、楠田(2014))。而して、日銀の量的緩和以前の期間を対象に日本のデータを用いて、新モデルの実証分析をカルマン・フィルターの手法を用いるなど本格的に行った(菊池・楠田(2014)、久保・楠田(2014))。その結果、新証券市場サブ・モデルは旧証券市場モデルに比べ、株式指数と債券価格の変動をより正確に捉えられるようになっており、生保モデルの最適ポートフォリオもより現実性の高いポートフォリオを示すようになっているが、十分に現実を再現出来ているとまでは言えないことが明らかとなった。原因として、本証券市場サブ・モデルでは短期金利と平均金利を状態変数とする2ファクター・モデルであるが、これらが状態変数として不適切なほか、そもそも2ファクタ当初ーでは株価指数と債券価格の変動を捉えることが困難であることが示唆された。そこで、当初予定していた銀行の預金頑健運用モデルの構築は取り止め、本生保頑健運用モデルの一層の改良を図ることに研究計画を修正した。保険学雑誌に投稿した久保・楠田(2014)が大幅修正付受諾となったことから、大幅修正を施して再投稿したところ、受諾され、久保・楠田(2015)として同雑誌に公表された。本論文における生保頑健運用モデルを中国市場に対し実証分析を試みる研究を進めたが、此方は共同研究の中国側が実証データを提示できていないため頓挫を余儀なくされている。一方、GPIFの頑健運用モデルを構築する為、楠田・菊池(2014)の「相似拡大的頑健効用と2ファクター・ハル・ホワイト型本質的アフィン証券市場モデルに基づく消費と株式指数・全満期国債投資の多期間最適化問題に対する近似解析解」における十分条件の検証、証券市場モデルの3ファクターモデルへの一般化を検討するとともに、GPIFの効用関数の設定、3ファクター・モデルのHamilton-Yacobi-Bellman方程式の数値解法等を検討した。これらの家、同十分条件については、これが不適切であることが判明したため、適切な十分条件の導出を模索したが、現時点まで導出には至っていない。これらの事情により、証券市場モデルの3ファクターモデルへの一般化、GPIFの効用関数の設定、3ファクター・モデルのHamilton-Yacobi-Bellman方程式の数値解法等も大きな進展はみていない。投稿論文の大幅修正に時間を費やさざるを得なかったこと、生保頑健運用モデルの中国市場における実証分析が、共同研究相手の中国側からのデータの提供が遅れたこと、最適解の十分条件の誤りが判明し、真の十分条件の模索に時間を費やしたこと、GPIF頑健運用モデルの構築が当初想定したほど容易ではないことが着手して判明したこと。頑健効用下の消費と投資の最適化問題において、現行の2ファクター証券市場モデルでは国内の株式価格の変動を十分に捉えられていなかったほか、海外の債券・株式市場は対象化出来ていなかった。そこで、これらの市場を全て取り込んだ3ファクター以上の統合的国際証券市場モデルに拡張して確率制御問題を解くべく、2ファクター証券市場モデルを行列表現に書き換えて解き直し、非行列表現の結果と照合し、一致することを確認した。また、統合的国際証券市場モデルとして、Mamaysky (2002)の株式・債券市場統合モデルとLeippold and Wu (2007)の為替市場モデルを統合したモデルが有力であることを突き止めた。共同研究者との共同研究が継続不可能となったほか、家族の看病等により、当該年度に計画していた研究が進捗しなかった為。想定確率過程を特定出来ない「ナイトの不確実性」下での金融機関の頑健運用モデルの構築を企図し、その基本モデルとして、相対的危険回避度一定効用をナイトの不確実性下に拡張した「相似拡大的頑健効用」を持つ投資家がアフィン・2ファクター証券市場モデルの下で消費と長期証券投資(投資対象は株式指数と全満期の国債)を頑健最適化する問題に対し、Campbell and Viceira(2002)の対数線形近似法を適用して最適運用の近似解析解を導いた。そして、生命保険会社の生命保険販売を特殊な証券の空売り投資と見做し、生保債務をポートフォリオに組み込む新たなアプローチにより、生保頑健運用問題を上記の消費と長期証券投資の頑健最適化問題の枠組みに位置付け、最適運用の近似解析解を与えた。しかし、アフィン2ファクター証券市場モデルの実証分析は株式指数と国債の価格過程を近似し得ないことを明らかにしたほか、近似解析解が複数候補存在しうるという二つの大きな問題点が露呈した。

そこで、生保運用問題から銀行及びGPIFの運用問題に移行する当初計画を変更し、これら二つの問題点を克服した基本モデルの構築に注力することとした。先ず、証券市場モデルを一般次元のアフィン潜在ファクター証券市場モデルに一般化し、相対的危険回避度一定効用投資家の消費と長期証券投資の最適化問題に対し近似解析解を与え、複数候補解の中から真の解を識別するための十分条件を示した。そして、相似拡大的頑健効用投資家がアフィン潜在ファクター証券市場モデルの下で消費と長期証券投資を頑健最適化する問題に対し近似解析解を導いた後、同基本モデルを応用して、生保の頑健運用問題に対し最適運用の近似解析解を導出した。国家経済戦略「貯蓄から投資へ」の停滞を踏まえ、「貯蓄から投資へ」を促進すべく、家計の消費と長期証券投資の頑健最適化モデルを実用に耐える水準で構築した。また、世界金融危機時の金融機関・機関投資家の証券投資の多額損失を踏まえて、証券価格暴落時の危機管理を高度化すべく、金融機関・機関投資家の証券運用頑健最適化モデルを実用に耐える水準で構築した。而して、両モデルにおける最適投資の近似解析解を高度な確率制御の技法を用いて導出した。改良を施した新しい生保頑健運用モデルが未だ十分で、一層の改良を施す必要が判明した為、当初予定していた銀行の頑健運用モデルを構築する代わりに生保頑健運用モデルのさらなる改良に研究計画を修正したこと。中国との実証研究及び真の十分条件の模索を取り敢えず棚上げし、GPIF頑健運用モデルの構築に注力し、少なくともモデル構築までは実現し、時間が許せば実証分析にまで踏み込むことを企図している。Mamaysky (2002)の株式・債券市場統合モデルとLeippold andWu (2007)の為替市場モデルを統合した、統合的国際証券市場モデルの下、消費と投資の頑健効用最大化問題を解き、同問題を生保の最適運用問題に応用する。経済学ファイナンス上記の通り、当初予定していた銀行の頑健運用モデルを構築する代わりに生保頑健運用モデルのさらなる改良を施す。証券市場サブ・モデルを2ファクター・モデルから3ファクター・モデルに一般化し、状態変数を特定化しない潜在状態変数に一般化する。また、本学リスク研究センターの重要な研究課題となった環境リスク・ファイナンス研究の一環として、環境リスク・デリバティブの価格付けに本モデルの相似拡大的頑健効用を応用する研究を本研究に追加することとなった。前年度の大幅な次年度使用額の一部が使い切れずに残ったもの。前述の通り、共同研究者との共同研究が継続不可能となったほか、配偶者の看病等の為、当該年度に計画していた研究が進捗しなかった為。当初予定されていた中国出張が中止となった為。少額なので、追加的な2回の国内旅費で使用する予定。研究の為の書籍購入や出張等。研究計画に加わる環境リスク・ファイナンス関連の国内旅費等に使用。
不登校への大学内多層的支援モデルの構築―日本とカナダの学生支援体制の比較より

大学生の不登校は世界的に見てもわが国で特に問題視される現象である。本研究は、日本とカナダで大学生のメンタルヘルスに関わる専門家を対象として、大学生の不登校に対する認識や関わり方の特徴を比較検討する調査を実施し、不登校を生み出す環境側の要因を明らかにしようとするものである。初年度である2018年度は、これまで研究代表者が大学内の学生相談室でかかわった不登校学生の事例の見直しと類型化を中心に行なった。そのうち一つの事例については下記の国際学会で発表し、主に北米の臨床心理の専門家らからコメントをもらうことができた。また、別の不登校学生の事例を取り上げた論考が、2019年夏に出版予定の下記の書籍に収録される予定である。その他にもカンファレンスの開催や他大学学生相談室への視察を通して学生相談に関わる臨床心理学の専門家らと意見交換を実施し、わが国の大学生の不登校の実態とその理解や関わり方の特徴について検討した。大学生の不登校について、自験例を中心とする事例検討および事例の類型化、模擬事例の作成を、おおむね当初の計画通りに進めることができた。国際学会での口頭発表やカンファレンス等を通じて効率的に国内外で学生相談に携わるメンタルヘルス支援の専門家らと意見交換ができ、次年度の調査で用いる予定の模擬事例はおおよそ完成している。ただし、それら模擬事例の妥当性や調査での具体的な質問項目等については、実際の調査を開始する前に学生相談の場で不登校の大学生の支援にあたる専門家らからさらなる意見を集約し、検討することが必要である。来年度は下記の3点を順次進める予定である。1.現段階で作成されている模擬事例の妥当性を検討し、最終的な形にまとめる。2.日本およびカナダにて実施予定の大学生のメンタルヘルス支援に携わる専門家らへの調査のための質問項目、詳細なインタビュースケジュールを確定する。3.調査を実施する。3.調査を実施する。不登校事例の検討について2018年度は研究代表者が一人で実施したため、研究補助として予定していた人件費を執行しなかった。次年度、調査データの整理のために必要となる研究補助のための人件費に充てることを計画している。
立体的に混雑した炭素陽イオンの分子認識機能と特異的反応に関する基礎研究

1-ブロモアダマンタンのソルボリシス速度定数(k)に対する、橋頭位アルキル置換基の影響を検討した。置換基がイソプロピル基の場合について、その個数を0から3まで増加させたところ、EtOH中ではlog kが直線的に増大するのに対し、80%EtOHおよび70%EtOHでは置換数の増加とともに反応速度は一旦増大した後減少することが明らかとなった。この結果は、1)β水素へのブレンステッド塩基型溶媒和のイソプロピル基による阻害、2)疎水性相互作用による基質の周囲の溶媒組織の変化、により説明できる。本研究により、一般に広く行われている含水溶媒中でのソルボリシス研究において、従来見落とされていた反応基質と溶媒分子の特異的相互作用の重要性が示された。一方、2-ビシクロ[3.2.2]ノニルカチオン(1)は、陽電荷が局在した古典的イオンであることが提案されていたが、ソルボリシス条件下でのイオン構造はこれまで明らかにされておらず、非古典的イオン問題と関連してその解明が望まれていた。本研究では、アシル化環拡大法による炭素骨格構築により、1位をC-13で標識した2-ビシクロ[3.2.2]ノニル・p-トルエンスルホナートを合成し、そのソルボリシスをアルコール系溶媒中で検討した。生成物であるオレフィン及びエーテル分子中の標識炭素の分布から、カチオン1は古典的イオンであり、2つの縮重構造が速いWagner-Meerwein転位により相互変換していることが明確に示された。さらに、オレフィンとエーテルにおける標識の分布の違いから、前者は接触イオン対から、後者は溶媒介在イオン対から生成することが示された。1.新規化合物である立体的に混み合った多置換アダマンタンの合成法を確立した。文献の方法で合成した臭化アダマンタン誘導体やアダマンタンカルボン酸誘導体を出発物質として、グリニャール試薬による置換基導入反応、酸触媒転位反応を繰り返すことによって合成可能となった。また、アダマンタンより立体的に混雑した化合物である新規置換ジアマンタン誘導体も合成可能となった。2.多アルキル置換アダマンタン誘導体のソルボリシスでは、基質が立体的に混雑するにしたがって、含水溶媒系中では非水溶媒系中と異なる微視的溶媒和の影響が発現し、速度の変化量が複雑となった。この結果をGrunwald-Winstein関係式によって解析したところ、アルキル置換基の大きさが大きくなるほど、生成しつつあるカチオン中心の周りでの溶媒和が阻害されるが、アルキル基の近くでは水よりも疎水性溶媒によって効率的に溶媒和されることがわかった。この結果は、カルボカチオンの周辺ではバルクの溶媒の組成とは大きく異なることを実験的に示している。3.立体的に混み合った多アルキル置換非環式化合物では、アルキル基が大きくなるに従ってカルボカチオンのアルコールと水との反応選択性が大きくなることがわかった。一方、多アルキル置換多環式化合物であるアダマンタン誘導体では、アルキル基を導入して立体的に混雑させても、含水溶媒系におけるソルボリシスの生成物分布における反応選択性には、ほとんど影響が無かった。これは、多環式化合物と非環式化合物とでは、反応機構が異なるためと解釈される。
肺腺癌浸潤における癌幹細胞の役割についてのiPS細胞技術を用いた研究

体細胞初期化因子を導入したA549細胞において、遺伝子導入後10日15日目に核/細胞質比の高い小型の細胞からなるコロニーを認めた(iLCSC)。iLCSCのSphere形成能は、もとのA549細胞に比べて著明に高かった。さらにiLCSCを、MSC、HUVECと共に3次元下で混合培養することにより、病理学的評価において、肺癌組織構造と類似したオルガノイド(肺癌オルガノイド)を構築した。特定の因子導入によりiLCSCを誘導できると考えられた。またiLCSCを用いることにより、肺癌組織に類似した肺癌オルガノイドを構築することに成功した。[目的]iPS細胞技術を応用して原発性肺癌細胞株より、癌幹細胞性を有する細胞の誘導を行う。誘導された細胞を用いる解析により、肺腺癌の浸潤部位形成と伸展機序を解明し、制御法を確立することを目的とする。[方法]レトロウイルスベクターを用いて、代表的な原発性肺癌細胞株であるA549細胞に体細胞初期化因子(Oct 3/4, Sox2, Klf4)の導入を行う。そしてそれによる形態的変化、細胞増殖能の変化、細胞周期の解析、Sphere形成能の比較、E-cadherinの発現評価、Double-layered collagen gel hemisphere(DL-CGH)法による浸潤能の評価を行い、癌幹細胞としての性質を評価する。[結果]体細胞初期化因子を導入したA549細胞(OSK-A549)において、遺伝子導入後10日15日目に核/細胞質比の高い小型の細胞からなるコロニーの出現を認めた。細胞増殖能はOSK-A549細胞において低下していた。誘導されたコロニーの細胞周期を解析したところ、G0/G1期の細胞を多く認めた。またSphere形成能は、OSK-A549細胞において、著明に高かった。OSK-A549細胞において、qRT-PCR法でE-cadherinの発現低下を認め、DL-CGH法において、OSK-A549細胞は高い浸潤能を示した。[結論]本実験系により、肺癌幹細胞様の細胞を誘導できると考えられた。その細胞の解析により、肺腺癌の浸潤部位形成と進展機序の解明につながる可能性が示唆された。[目的]K-ras変異陽性の原発性肺腺癌細胞株であるA549細胞に、特定の因子の導入することにより、癌幹細胞性を有する細胞の誘導を行う。誘導された細胞を用いて、肺腺癌の浸潤部位形成と伸展機序を解明する。[方法]レトロウイルスベクターを用いて、A549細胞に体細胞初期化因子(Oct 3/4, Sox2, Klf4)の導入を行う。それにより誘導される細胞の、形態的変化及びE-cadherinの発現を解析し、上皮間葉転換の評価を行う。Wound healing assayおよび非侵襲ライブセルイメージング顕微鏡であるHoloMonitor M4や、2層化コラーゲンゲル半球(DL-CGH)を用いて、細胞の移動能・浸潤能を定量的に評価する。[結果]体細胞初期化因子を導入したA549細胞において、遺伝子導入後10日15日目に核/細胞質比の高い小型の細胞からなるコロニーを認めた(OSK-A549-Colony)。コロニーのみを培養することにより、その周囲には紡錘形の細胞(OSK-A549-SN)が出現した。OSK-A549-SN細胞において、E-cadherinの発現低下を認め、Wound healing assay法、HoloMonitor M4による観察及び、元のA549細胞に比べて有意に高い細胞移動能を認めた。さらにDL-CGH法において、OSK-A549-SN細胞の浸潤能が、元のA549細胞と比較して有意に高かった。[結論]本実験系により誘導される肺癌幹細胞様の細胞は、浸潤に関与している可能性が示唆された。以上のように、予定どうりに研究結果を得ており、順調に進んでいると考える。[結果]体細胞初期化因子を導入したA549細胞において、遺伝子導入後10日15日目に核/細胞質比の高い小型の細胞からなるコロニーを認めた(iLCSC)。[結論]特定の因子導入によりiLCSCを誘導できると考えられた。