hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
タスクの文脈に基づく推論を用いた自律作業ロボット制御アーキテクチャの研究

ロボットプランに付加された意味的情報を活用し,エラー検知とエラー原因推論を行うための情報処理手法の基礎を構築した.ここでは,コマンドの注釈に記述された部分的な意味的情報を,機能概念の体系的記述(オントロジー)を参照することにより,ひとまとまりの概念として展開記述する記号処理法を開発した.具体的には,Jessという推論用の言語を用い,オントロジーに含まれる概念間の上下関係,語彙間のさまざまな関係を抽出し,それに基づいて再帰的に記号(語彙)を連鎖展開するという計算を行う.この手法により,従来は単なる物理的な数値情報であったセンサ情報を,意味のある形でひとまとまりの概念の中に配置することが可能となった.このことは,単なる数値処理でなく,物理データをより上位の概念レベルでロボットが扱えるようになり,ロボットプランや現象を意味的な文脈情報の下で解釈できるようになるということである.これは,不具合発生時にロボットが自律で合理的な修正プランを実行するための有用な手がかりを提供するものと考えられる.研究では,意味的情報をロボットプランに付加するエディタ,積木タスクを行うロボットシミュレータ,および意味的情報を機能オントロジーに基づいて展開する推論エンジンのプロトタイプを構築した.そしてシミュレーション実験により,その基礎的な動作を確認した.今後の課題は,これらの意味的情報を活用したロボットの合理的推論手法を構築することである.そのためには,オントロジー的な概念記述系のなかに,時間軸の要素を陽に取り入れ,現実の複雑な状況に対してより柔軟な記述を可能とする必要があると考えている.1.組立タスクの分析・作業文脈を記述する手法の検討:組立タスクの内容を分析することで,その作業文脈を記述する手法を検討した.タスクに現れる「状態」や「アクション」を単なる物理的現象と見るのではなく,それらが目的や意図をもった「意味的情報」であるという見地から文脈知識を記述する手法を考案した.ここでは,セマンティックウェブの手法を応用し,ロボットの動作を「コマンド+注釈(アノテーション)」とし,動作に関する意味的情報を注釈部に記述する手法を提案し,そのようなロボットプランを記述するシステム(エディタ)を構築した.このために,オントロジー工学の手法を応用し,ロボットの動作,作業の状態をそれぞれ機能概念,関係概念を中心として記述する手法の基礎を作った.そして実際に,動作の一部を機能オントロジーによって体系的に記述し,その語彙を用いて意味的情報の記述を試みた.これにより,ロボットの動作系列から文脈知識を抽出可能であるとの見通しが得られた.2.エラー原因推論手法の検討:作業内容の定型を意味的に記述したタスクモデルと,現在のロボット動作に関する文脈知識を利用することでエラーの検知と原因推定を行う手法を検討した.ここでは,動作の目的を考慮し,それに適合しないセンサ情報を異常と判定するという手法を提案した.そして,そのセンサ情報の原因を,何らかの機能概念の動作主体とみなすことで原因推定を行うという推論手法を検討した.推論システムのプロトタイプを構築し,運搬作業中にその作業を妨げる異常な力を検知することで,何かの主体がその原因となっている,という推論を実行可能であることを示した.ロボットプランに付加された意味的情報を活用し,エラー検知とエラー原因推論を行うための情報処理手法の基礎を構築した.ここでは,コマンドの注釈に記述された部分的な意味的情報を,機能概念の体系的記述(オントロジー)を参照することにより,ひとまとまりの概念として展開記述する記号処理法を開発した.具体的には,Jessという推論用の言語を用い,オントロジーに含まれる概念間の上下関係,語彙間のさまざまな関係を抽出し,それに基づいて再帰的に記号(語彙)を連鎖展開するという計算を行う.この手法により,従来は単なる物理的な数値情報であったセンサ情報を,意味のある形でひとまとまりの概念の中に配置することが可能となった.このことは,単なる数値処理でなく,物理データをより上位の概念レベルでロボットが扱えるようになり,ロボットプランや現象を意味的な文脈情報の下で解釈できるようになるということである.これは,不具合発生時にロボットが自律で合理的な修正プランを実行するための有用な手がかりを提供するものと考えられる.研究では,意味的情報をロボットプランに付加するエディタ,積木タスクを行うロボットシミュレータ,および意味的情報を機能オントロジーに基づいて展開する推論エンジンのプロトタイプを構築した.そしてシミュレーション実験により,その基礎的な動作を確認した.今後の課題は,これらの意味的情報を活用したロボットの合理的推論手法を構築することである.そのためには,オントロジー的な概念記述系のなかに,時間軸の要素を陽に取り入れ,現実の複雑な状況に対してより柔軟な記述を可能とする必要があると考えている.
穿刺吸引検体におけるヒトパピローマウイルスの検索

頭頸部にできる嚢胞性疾患の良悪性の鑑別に、内容物を吸引した検体の中にヒトパピローマウイルスが存在するかどうかを判定することが有用ではないかということを検討した。症例数が少なかったために、統計的な評価には至っていないが、悪性腫瘍でのみヒトパピローマウイルスが検出された。嚢胞性疾患の内容物を吸引した検体のヒトパピローマウイルスの有無の検討が疾患の良悪性の推測に有用である可能性が示唆された。海外ではヒトパピローマウイルス(HPV)関連頭頸部癌は飲酒喫煙を原因とする頭頸部扁平上皮癌とは性質が異なり、HPV関連頭頸部癌は治癒率もよいと言われている。現状では治療前にHPV陽性を判定できず術後の検討で判定がなされている。特に嚢胞性リンパ節の穿刺吸引細胞診(FNA)で悪性所見がないことを基に良性疾患として手術し、術後組織学的評価で原発不明癌と判定されることがしばしばある。従って、治療前にリンパ節のHPV陽性を判定できれば、原発不明癌や嚢胞性リンパ節病変の治療法を決定することが出来る。今回の研究は頭頸部癌の嚢胞性疾患および頸部リンパ節転移とHPV感染を検討することが目的である。。実際の研究方法としては、頭頸部の嚢胞性疾患において、穿刺吸引細胞診検体を行い、HPVが検出されるかどうかを検討する。良性の嚢胞性疾患からHPVが検出されないことの確認を行うことと、HPV陽性と判断された嚢胞性疾患が癌の所見を示すことを確認する。頸部の転移性の嚢胞性リンパ節が良性の嚢胞性疾患として加療されることがしばしばあるが、嚢胞からの穿刺液の細胞診を検討することで、HPV陽性が判定できれば、その嚢胞は悪性疾患を強く疑うことができる。HPV陽性の頭頸部癌はほとんどが中咽頭原発(特に扁桃と舌根)であることより、HPV陽性と判定された場合は中咽頭癌からの転移リンパ節であると強く示唆される。そのために、穿刺吸引細胞診では悪性所見を認めなくても、穿刺液がHPV陽性であれば、中咽頭癌を念頭に置き原発巣を検索することで、多くの症例で中咽頭癌の診断がつくことが予想される。開放生検や摘出術の施行後に癌と判明するのではなく、嚢胞の穿刺吸引細胞診検体で判定できれば、非侵襲的に外来診察の段階で原発巣を診断する可能性が上昇するため、診断率および治癒率が向上することが予想され、その意義は非常に大きいと考えられる。嚢胞性のリンパ節転移は穿刺吸引細胞診での正診率が低いため、良性疾患として手術され術後の組織学的評価で原発不明癌と診断されることがしばしばある。従って、治療前にリンパ節のHPVの陽陰性を判定できれば、嚢胞性リンパ節転移か良性の嚢胞性疾患かの判定の目安になると考えられる。今回の研究は、頭頸部癌の嚢胞性疾患および頸部リンパ節転移とHPV感染を検討することが目的である。研究方法としては、頭頸部の嚢胞性疾患において、穿刺吸引細胞診を行い、HPVが検出されるかどうかを検討する。良性の嚢胞性疾患からHPVが検出されないことの確認を行うことと、HPV陽性と判断された嚢胞性疾患が癌の所見を示すかどうかを検討する。最終的に検討が可能となった嚢胞性疾患は1年目に9例、2年目に5例となった。そのうち、HPV陽性だった症例は4例、HPV陰性だった症例は10例であった。HPV陽性の症例はすべて中咽頭癌をと診断された。当初予定していた症例数には満たないが、嚢胞液がHPV陽性例だった症例では、すべて悪性所見を認めており、疾患の診断に有効であると推定される。今後の検討課題としては、症例数を集めてHPVの陽陰性と疾患の良悪性が相関をもつかどうかということ、HPV陰性のために良性と判定された疾患が経過を見ていく中で悪性の診断をされてくることがないかということである。当初、頸部の嚢胞性疾患は年間に30例程度の症例を見込んでいたが、平成26年度は頸部嚢胞性疾患が少なく、患者の承諾をえることができ、検査し得た症例は9例であった。当院が頭頸部癌を主に扱うことが周知されたため、良性疾患の紹介が減少していることが一因であると考える。耳鼻咽喉科当初より、平成27年度も平成26年度と同じ内容の研究内容・研究計画であり、引き続き症例を集めて、検討を継続する。研究内容の変更は特にない。

課題としては、良性の頸部嚢胞の症例数が少ないことがあるため、頸部嚢胞の疾患が増加するように、周辺の関連病院等にも周知し協力を依頼する。機器の購入を予定して、業者に年度内に搬入してもらうように調整していたが、急遽、機器の搬入が遅れることとなってしまい、予算が年度をまたぐことになってしまった。上記の通り、機器の購入が直近で予定されている。
自己免疫疾患における免疫抑制性分子の機能解析とその制御

申請者は平成15-16年科学研究費を用いて以下の結果を得た。免疫抑制性分子であるPD-1もしくはそのリガンドであるPD-L1に対する抗体を投与したところ、実験的自己免疫性脳炎(多発性硬化症動物モデル)では、疾患の増悪がみられた。以上より、この系においては主にPD-L1/PD-1の系が免疫抑制性の機能を果たしていることが明らかになった。他の免疫抑制性分子であるTRAILではその抗体投与により、実験的自己免疫性脳炎は悪化したが、全身性エリテマトーデスモデルであるNZB/WF1マウスに投与したところ、疾患の軽度の増悪が観察されたが、有意ではなかった。さらにTRAIL受容体であるDR5を刺激する抗体を作製し、NZB/WF1マウスに投与したところ、軽度の自己抗体産生抑制効果しかみられなかったことから、TRAIL/TRAIL受容体システムは全身性自己免疫疾患では軽度の役割しか持たないことが示唆された。そこで臓器特異的モデルにのみにしぼり、PD-1分子やTRAIL分子、さらにはCTLA4分子を自己反応性T細胞にレトロウイルスを用いて遺伝子導入、これらの分子の強制発現による疾患治療の可能性に関して検討をおこなった。コラーゲン誘導関節炎(関節リウマチ)モデルに移入したところ、疾患を改善できることをみいだした。次にin vivo imaging systemを用いて検討をおこなった。その結果、自己抗原非特異的T細胞は細胞移入後、すみやかに肺に集積し、その後所属リンパ節ならびに肝臓に集積したが、関節への集積はみられなかった。しかし、II型コラーゲン特異的T細胞ハイブリドーマでは、細胞移入後、すみやかに肺に集積し、その後所属リンパ節に集積するのみならず、炎症関節に特異的に集積した。以上の結果より、免疫抑制性分子を発現した自己抗原特異的T細胞は、炎症臓器局所で作用していることが強く示唆された。申請者は平成15年科学研究費を用いて以下の結果を得た。免疫抑制性分子であるPD-1に対する抗体を投与した結果、SJL/Jマウスを用いた実験的自己免疫性脳炎(多発性硬化症動物モデル)では、疾患の増悪がみられた。次にそのリガンドであるPD-L1とPD-L2に対する抗体を投与したところ、PD-L1に対する抗体投与にて特に疾患の増悪がみられたことから、この系においては主にPD-L1/PD-1の系が免疫抑制性の機能を果たしていることが明らかになった。他の免疫抑制性分子であるTRAILではその抗体投与により、実験的自己免疫性脳炎は悪化したが、全身性エリテマトーデスモデルであるNZB/W F1マウスに投与したところ、疾患の軽度の増悪が観察されたが、有意ではなかった。さらにTRAIL受容体であるDR5を刺激する抗体を作製し、NZB/W F1マウスに投与したところ、軽度の自己抗体産生抑制効果しかみられなかったことから、TRAIL/TRAIL受容体システムは全身性自己免疫疾患では軽度の役割しか持たないことが示唆された。そこで臓器特異的モデルにのみにしぼり、PD-1分子やTRAIL分子を自己反応性T細胞にレトロウイルスを用いて遺伝子導入し、実験的自己免疫性脳炎または関節リウマチモデルであるコラーゲン誘導関節炎モデルに移入したところ、疾患を改善できることをみいだした。今後その作用機序をin vitroならびにin vivoの両面から解析する予定である。またこの効果が炎症局所でのものかリンパ節での免疫抑制なのかbioluminescence in vivo imagingで検討を行う。申請者は平成16年度科学研究費をもとに以下の結果を得た。免疫抑制性の細胞表面分子であるCTLA4,PD

-1,TRAILの遺伝子を導入したII型コラーゲン特異的T細胞ハイブリドーマを作製し、関節リウマチモデルであるコラーゲン誘導関節炎にそれらの細胞を移入した。関節炎発症前に細胞移入したところ、CTLA4,PD-1,TRAILの遺伝子をもたないT細胞ハイブリドーマの移入では、関節炎は無処置とくらべ、ほぼ同様な関節炎が惹起された。またCTLA4,PD-1,TRAILの遺伝子を導入したミエリン塩基性特異的T細胞ハイブリドーマでも同様に効果を認めなかった。しかし、CTLA4,PD-1,TRAILの遺伝子を導入したII型コラーゲン特異的T細胞ハイブリドーマの移入により、関節炎は有意に抑制された。病理学的には炎症細胞の減少ならびに滑膜細胞の増殖抑制が観察された。そこでTRAILの遺伝子を導入したT細胞ハイブリドーマの移入の系で詳細なメカニズムを検討した。TRAILは活性化T細胞にアポトーシスを誘導することが知られていることから、関節炎惹起性T細胞がTRAIL発現T細胞ハイブリドーマにより減少した可能性があると考え、末梢血中および所属リンパ節中T細胞の増減を検討したところ、リンパ節中T細胞の減少が観察された。しかし、コントロールとして用いたTRAIL発現ミエリン塩基性特異的T細胞ハイブリドーマにおいても同様の効果が観察された。このことから、リンパ節中T細胞の減少は非特異的なものと考えられた。次にT細胞の増殖抑制反応を検討したところ、II型コラーゲンもしくはミエリン塩基性特異的TRAIL発現T細胞ハイブリドーマいずれにおいてもT細胞の増殖反応は抑制され、この結果はリンパ節中T細胞の減少を反映するものと考えられた。そこでin vivo imaging systemを用いて検討をおこなった。その結果、ミエリン塩基性特異的T細胞は細胞移入後、すみやかに肺に集積し、その後所属リンパ節ならびに肝臓に集積したが、関節への集積はみられなかった。しかし、H型コラーゲン特異的T細胞ハイブリドーマでは、細胞移入後、すみやかに肺に集積し、その後所属リンパ節に集積するのみならず、炎症関節に特異的に集積した。これはマーカー分子であるGFPの病理学的検討でも支持される結果をえた。さらにTINELによる病理学的検討では、炎症関節中のアポトーシス陽性細胞は、コントロールとくらべ、有意な差はみられなかったことから、TRAIL発現II型コラーゲン特異的細胞の関節内集積による、TRAIL-TRAIL受容体を介した炎症滑膜ならびに炎症細胞のアポトーシスではないと考えられた。以上の結果より、TRAIL-TRAIL受容体をかいした、炎症細胞ならびに滑膜細胞細胞周期抑制}こよる効果であることが示唆された。今後CTLA4,PD-1による関節炎抑制効果を検討する予定である。
魚類の始原生殖細胞の操作に関する細胞工学的研究

1)スズキ目魚類シロウオとウキゴリのPGCsの起源と動態を、vasa mRNAに対するwhole mount in situ hybridizationと組織学的観察により明らかにした。2)PGCsを含む胞胚期の胚盤断片の移植により生殖系列キメラの誘導を図った。その結果、同種間ではこの移植により生殖系列キメラが誘導されたが、異種間では、供与体胚細胞がホスト内で分散した場合のみ誘導された。3)生殖系列に特異的な遺伝子vasaあるいはnos1の3'末端非翻訳領域と緑色蛍光蛋白遺伝子を接続したキメラRNAを注入することで、ニシン、サケ科魚種、コイ目魚種、スズキ目魚種のPGCsがGFP蛍光で可視化された。4)胚盤断片の移植では誘起できなかった生殖系列キメラを誘導するため、可視化したPGCsを異種間での異時的な移植を行なった。その結果、少なくともコイ目の魚種間では、生殖系列キメラが誘導された。5)ニジマス孵化稚魚から単離したPGC、を異系統のニジマス宿主(孵化稚魚)に移植することで、移植PGC由来の卵・精子を得ることに成功した。なお、これらの配偶子は機能的であり、正常な次世代の作出も可能であった。これと同様の方法で、ニジマスPGCをヤマメに移植することで、ヤマメ精巣内で機能的なニジマス精子を得ることに成功し、次世代の作出にも成功した。6)Vasa-GFP遺伝子導入ニジマスから単離した生殖隆起を酵素的に分散した後、セルソーターを用いて、高純度かつ高生残率の始原生殖細胞を回収する技術を確立した。7)分離したPGCの凍結保存技法を開発した。凍結・解凍後のPGCは宿主胚の腹腔内に移植すると、宿主生殖腺に向かって移動し、最終的には生殖腺内に取り込まれ、増殖もすることを確認した。1)GFP遺伝子にゼブラフィッシュnos1遺伝子の3'UTR領域を結合したキメラ遺伝子のmRNAを、キンギョ、ドジョウ、シロウオの受精卵の細胞質に導入した結果、これらの魚種のPGCを可視化することができた。2)初期体節期の胚より可視化したPGCを取り出し、胞胚期に異時的に移植した場合でも、移植PGCは宿主胚の生殖隆起に到達することがゼブラフィッシュ、ドジョウ、キンギョで明らかとなった。しかしながら、ゼブラフィッシュで生殖隆起に到達したPGCを胞胚期に戻しても宿主胚の生殖隆起へは移動しなかった。3)ニジマス孵化稚魚から単離したPGC、を異系統のニジマス宿主(孵化稚魚)に移植することで、移植PGC由来の卵・精子を得ることに成功した。4)1)と同様のニジマスPGCをヤマメに移植することで、ヤマメ精巣内で機能的なニジマス精子を得ることに成功し、次世代の作出にも成功した。5)PGC特異的に発現している分子マーカー6クローンの単離に成功した。そのうちの1クローンについて全塩基配列を決定したところ、TGFベータスーパーファミリーに属する新規の遺伝子であることが明らかとなった。また、アンチセンス法でこの遺伝子の翻訳阻害を行ったところ、PGC数の減少、あるいは消失が観察され、本遺伝子がPGCの維持・増殖に必須の因子であることが明らかとなった。6)PGCの凍結保存技法を開発した。

1)スズキ目魚類シロウオとウキゴリのPGCsの起源と動態を、vasa mRNAに対するwhole mount in situ hybridizationと組織学的観察により明らかにした。2)生殖系列キメラを誘導するために同種間あるいは異種間でPGCsを含む胞胚期の胚盤断片の移植を行なった。その結果、同種間では供与体の胚細胞がホスト内で分散し、供与体のPGCsはキメラ個体の生殖隆起へ到達した。異種間での移植では、ドナー胚細胞がホスト内で分散した場合には供与体PGCsはキメラ個体の生殖隆起へ到達した。3)生殖系列に特異的な遺伝子vasaあるいはnos1の3'末端非翻訳領域と緑色蛍光蛋白遺伝子を接続したキメラRNAを注入することで、ニシン、サケ科魚種、コイ目魚種、スズキ目魚種のPGCsがGFP蛍光で可視化された。4)可視化したPGCsを同種の異時胚へ移植した結果より、PGCsは生殖隆起への移動過程で分化を進めていることが明らかにされた。5)胚盤移植では誘起できなかった生殖系列キメラを誘導するため、可視化したPGCsを異種間での異時的な移植を行なった。その結果、少なくともコイ目の魚種間では、ドナーPGCsが宿主の経路に沿って移動し、宿主魚種の生殖隆起に到達した。このことからPGCsの移動機構は少なくともコイ目の魚種間では保存されているものの、系統的に遠い関係に有る場合は、移動様式あるいは発生速度の違いにより、供与体PGCsの移動が宿主の制御から逸脱するものと考えられた。6)vasa-GFP遺伝子導入ニジマスから単離した生殖隆起を酵素的に分散した後、GFP蛍光強度に加え、前方散乱光、および側方散乱光を指標に用いることで、高純度かつ高生残率の始原生殖細胞を回収する技術を確立した。
カイコの概日振動系および出力系の分子機構と光周性

(1)カイコからlong wave opsin,short wave opsin,UV opsinおよびpteropsinの全長ないしは部分長のcDNAを得た。これを用いて、in situ hybridizationとNorthern blotanalysesをおこなった。この結果、short wave opsinは4齢幼虫以降日周性は見られなかったが、UVオプシンには夜明けをピークにした転写活性のリズムがあった。Long wave opsin-とshort wave opsin-様免疫陽性反応は前大脳の背側の4つのニューロン、脳間部の6-8つのニューロンと網膜にあり、この部分には、pteropsinと概日振動の重要な蛋白質PER(Period)の発現も見られた。しかし、食道下神経節には、PERが発現しているのにlong wave opsinしか発現していなかった。ここにはNAT(N-acetyltransferase)と、休眠ホルモンは発現していた。これらの結果が示唆するのは、脳内に光依存性の反応を支配する様々な網膜外受容体があり、様々な受容蛋白により、光受容がおこなわれるのであろうということである。出力系は力系、羽化行動や、交尾行動、光周性など様々あることが予想されるが、入もひとつではないのかもしれない。(2)カイコのカゼインキナーゼの遺伝子CKIIαβをクローニングし、転写活性のパターンと組織や時間特異的な転写パターンとin situ hybridizationによるmRNAの分布を調べた。これによると、両方の遺伝子は概日時計にかかわる遺伝子の発現する部位に共存することが分かったが、転写活性においては両方とも、時間に依存した変動を示さなかった。CKIIαβは、概日振動に何らかの形でかかわる可能性が強いが、転写を制御する形ではないということが示唆される。キイロショウジョウバエで提出されたモデルでは、PER蛋白質のリン酸化をおこすカゼインキナーゼの一種DBTがPERの寿命を決定するとされているが、哺乳類では核に入る。そこでカイコのカゼインキナーゼI,II(CKI,II)のクローニングと転写活性の変化、in situ hybridizationをおこなった。CKIもIIも2つのサブタイプが時計の細胞に共存し、概日時計に独自の関与をすることが明らかになった(Iwai,Trang, and Takeda2007).次に、概日時計の出力系の制御に重要と考えられた、NATの遺伝子の上流の転写制御領域の解明で、カイコゲノム中には2つのNAT遺伝子があり、一方は核内転写制御因子CLK/CYCの結合するエンハンサーE-boxが8箇所あり、リアルタイムPCRで転写に振動が認められたが、アンチセンスRNAは発現せず、もう一方の遺伝子はE-boxを持たず、しかし、アンチセンスが発現した。(Trang, et.al.,"Two N-acetyltransferase genes exist in thesilkworm,Bombyx mori with different roles and expression mechanisms"投稿中)。
空間位置情報を用いた電波伝搬推定とその可視化に関する研究

本研究は、大都市空間における高速かつ高品質な情報通信サービスの提供に向けて、複雑な建造物の空間位置情報を効率的に組み込むことによって,電波伝搬の予測を高速に行い,その予測結果をわかりやすく可視化して表示するシステムの構築を目的とした。幾何光学的な光線追跡手法を用いて、建物外部の電波伝搬の解析のみならず、建物内部から外部へ、あるいは外部から内部へ透過する電波伝搬を高速に解析し、その結果を可視化する手法を検討した。その解析手法の妥当性を検証するために、室内や屋外の伝搬測定との比較も行い、有効な手法であることが示された。本研究は、大都市空間における高速かつ高品質な情報通信サービスの提供に向けて、複雑な建造物の空間位置情報を効果的に用いて、電波伝搬の予測を高速で行い、その予測結果をわかりやすく可視化して表示するシステムの構築を目的としている。平成27年度は、本研究課題の研究開始の年度であったことから、解析に適した手法の検討や今までの研究成果を過去の文献や、各種学会が開催する国際会議や研究会に参加した際の研究討論から調査した。その結果、使用周波数と建物等の大きさの関係から、高周波漸近解法に基づく、光線近似による計算手法が効率的であるという結論に達し、Shooting and Bouncing Rays Method (SBR法)という解析手法を用いることにした。次に本手法の適用範囲を調べ、その使用範囲を更に拡張した場合についての解析に適した計算アルゴリズムの検討、建物等の壁厚までも考慮した場合の構造物情報データベースの構築法の改良、提案手法の精度の確認のための実験や比較に用いるための他の解析手法の開発などを行い、それらの結果を順次研究発表することができた。建物等の壁による電波の反射について、特に建物内への透過量を把握するためには、コンクリートでできた建物壁を透過するう電波は大きな減衰を受けるので、主要な透過口となる窓の影響が重要となる。窓を透過した電波の透過量について、複数の窓があった場合についての推定を行うための解析手法を検討したり、また誘電体であるガラスの誘電率についても効率よく推定できる手法の開発を開始することができた。平成27年度の研究実施計画は順調であったので、現在のところ、特に予定していた計画を変更する必要はないと考えている。そこで平成27年度の最初に考えた研究実施計画の通り、建物の内部構造を組み込んだ解析を検討する。本研究は、大都市空間における高速かつ高品質な情報通信サービスの提供に向けて、複雑な建造物の空間位置情報を効果的に用いて、電波伝搬の予測を高速に行い、その予測結果をわかりやすく可視化して表示するシステムの構築を目的としている。平成27年度から開始した本研究課題は前年度の調査により、伝搬予測には建物と携帯電話の使用周波数を考えると、建物の大きさが使用波長に比べて相対的に大きくなる場合に相当するので、高周波漸近解法を用いることが適当であるという判断をした。そこで広域の伝搬量の推定のためにShooting and Bouncing Rays Method (SBR法)を用いて計算アルゴリズムを検討し、建物による電波の散乱を解析した。その結果建物外に波源と観測点が存在する場合についての伝搬推定は、建物壁による反射波と回折波の影響を入れることにより、精度良く解析できることがわかった。平成28年度においては、観測点の位置を室内として建物壁を透過して伝搬する電波の強さの予測を主に行った。建物の内部の壁の状況は外壁に比べて複雑になっているのが普通であり、空き部屋のような何もない空間なら解析も比較的容易であるが、室内設置物まで考慮すると、計算量が非常に増えるため、高速に解析するアルゴリズムの開発が必要であることがわかった。また建物の壁の透過量を推定するためには、壁材の電気的な性質である誘電率を測定で推定するための方法とそれに用いる測定用のアンテナも考案した。更に主な室内外の伝搬路となる建物壁の窓による電波の回折量の推定法についても検討し、二次元モデルとなる誘電体装荷の厚みのあるスリットによる平面電磁波の回折を定式化し、他解法との比較により精度が高い手法であることが確認できた。平成27年度と同様に今年度の研究も概ね順調に進んでいるので、特に予定した研究計画を変更する必要はないと考えている。急速的に増加した、携帯電話やスマートフォンに代表される移動無線通信の需要に伴い、複雑な都市環境における効率の良い通信基地局の配置や正確な通信電磁波の伝搬予測が望まれている。本研究は、大都市空間における高速かつ高品質な情報通信サービスの提供に向けて、複雑な建造物の空間位置情報を効果的に用いて,電波伝搬の予測を高速に行い,その予測結果をわかりやすく可視化して表示するシステムの構築を目的とする。今回の申請研究は、先行研究で有効性が示された幾何光学的な光線追跡手法を、建造物や通信基地局等の立体的な空間位置情報を用いて、建物外部の電波伝搬の解析のみならず、建物内部から外部へ、あるいは外部から内部へ透過する電波伝搬の解析にも適用することによって、各観測領域において、直接波、反射波、回折波ならびに透過波のどれが主要となるかを見極め、主要な成分のみで表現することで解析時間を短縮することを念頭において解析を試みた。その結果室外における電波伝搬、室内における電波伝搬、そして建物の壁に作られた窓を通して行われる室内外の電波伝搬について高速に解析できる手法を考案した。また光線追跡法によって得られた伝搬推定の結果の妥当性を検証するために、無線LAN小型基地局を用いた室内や屋外の伝搬測定も行った。

その測定に使えるような新しい小型アンテナについても検討し、高効率な小型アンテナの開発も行うことができた。解析結果と測定結果の比較の結果、本解析手法は有効な手法であることが示された。本研究は、大都市空間における高速かつ高品質な情報通信サービスの提供に向けて、複雑な建造物の空間位置情報を効率的に組み込むことによって,電波伝搬の予測を高速に行い,その予測結果をわかりやすく可視化して表示するシステムの構築を目的とした。幾何光学的な光線追跡手法を用いて、建物外部の電波伝搬の解析のみならず、建物内部から外部へ、あるいは外部から内部へ透過する電波伝搬を高速に解析し、その結果を可視化する手法を検討した。その解析手法の妥当性を検証するために、室内や屋外の伝搬測定との比較も行い、有効な手法であることが示された。平成27年度の最初に考えた研究実施計画の通り、建物の内部構造を組み込んだ解析を検討する。建物の壁の厚みを考慮して、その壁において反射・透過する電波の強度をいかに簡単な形で表現でき、かつ精度がいいかを検討する。また建物の窓を透過する電波は、壁を透過する電波よりも強いので、その解析についても、窓の誘電率を考慮した解析を進める必要がある。前年度の研究により、室内の壁等によって反射・透過する電波の追跡アルゴリズムはほぼ完成しているが、室内の壁エッジによる回折波の寄与の計算アルゴリズムがまだ完成していないので、それを組み入れて、どの程度の多重反射・透過・回折波までを考慮すべきか検討する。さらに窓を通した電波伝搬量の推定精度を高めるために、前年度行った厚みのある2次元スリットによる回折計算を3次元に拡張して方形開口による電波回折量の解析を試みる。加えて平成29年度は本研究の最終年度であるので、研究総括をする。電磁波工学物品費や謝金について、若干の節約ができたので、次年度へ繰り越して使用したい。物品費や謝金については、若干の経費節約ができたので、次年度へ繰り越して使いたい。繰り越した金額は、為替の変動により、国際会議出張する旅費の金額が変化する可能性があるので、旅費に使用したい。繰り越した金額は、為替の変動によって国際会議等へ科研費の成果報告を発表する時の旅費の金額が変化する可能性があるので、旅費の項目に割り当てたいと考えている。
大気微量成分観測とモデリングによる熱帯対流圏界層内脱水過程の解明

熱帯対流圏界層(TTL)内脱水過程を解明し、熱帯下部成層圏(TLS)水蒸気の長期トレンドを鏡面冷却型水蒸気ゾンデ観測により検出するために、2003年12月、2004年12月-2005年1月、2005年12月-2006年1月にオゾン・水蒸気ゾンデ観測を実施した。観測期間中、TTL/TLS領域の水蒸気に顕著なトレンドは見出されていない。脱水過程の解明を目的に、大気塊の移流経路に沿ってTarawa、Biak、Bandung、Kototabang、Hanoiに観測点を配置する共に、Koror付近に係留中の「みらい」に乗船して観測の機会を得た。下部TTL内で観測された大気塊の保持する水蒸気量とその大気塊の過去数日間の温度履歴との間には、よい対応が確認された。より精密な評価を行うには、同一大気塊を複数回観測するmatch法が有効である。ゾンデ観測値のもつ誤差の評価、客観的なmatch判定基準の確立、移流大気塊への対流雲貫入の評価、客観解析場のもつバイアスの評価など多くの注意点を念頭に、現在、慎重に解析を進めている。こうした水蒸気観測と相補的な観測として、ライダーによる巻雲の観測も実施した。これにより、ゾンデ観測された水蒸気分布における巻雲存在高度の推定や巻雲粒子周囲の気象条件の特定が可能になる。解析の結果、巻雲の存在と過飽和度との間に興味深い対応が見出された。この例については、更に詳細に解析中である。一方、モデリングの観点からの研究においては、等温位面上における質量の重み付き帯状平均という新しい枠組みの構築とそれを利用したオゾン輸送の解釈、大気微量成分分布再現実験において同化される気象変数への依存性の研究などが進展した。これらの成果は継続課題に引き継がれ、研究の更なる発展が期待できる。熱帯対流圏界層内脱水過程を解明し、熱帯成層圏水蒸気の長期トレンドを高精度ゾンデ観測により検出するために、北半球冬季の熱帯太平洋域で水蒸気ゾンデ観測を実施した。初年度の主たる目標は、次年度に計画している水蒸気matchの実施に必要な、廉価で信頼性の高い水蒸気ゾンデの開発及びライダーの購入・運用開始であったが、前者においては、商品化されているHumicap-A/H及びSnow Whiteと海外共同研究者がNOAA霜点水蒸気計をベースに開発中のCU-CFHとの同時観測を、当初の予定通り実施することができた。これにより、熱帯対流圏界層内における各測器の性能を確認すると共に、いくつかの改良を施すことができたが、残念ながら、いずれの測器も要求性能を完全に満たすには至っていない。次年度も引き続き測器の改良に精力的に取り組み、12月に予定している集中観測に備えたい。後者については、購入計画を前倒しすることにより、水蒸気ゾンデとの同時観測を熱帯域で実施することができた。その結果、熱帯対流圏界面近傍に巻雲と判断される層状の構造が見いだされた。脱水過程におけるその意義を明らかにするために、ゾンデ観測や流跡線解析の結果と対応させるながら、その解釈について現在考察を進めている。次年度は、初期の段階で水蒸気ゾンデに対する要求性能達成のための改良を済ませ、水蒸気matchの成功に向けて全力を挙げると共に、数値モデルの開発・利用を通した解析にも精力的に取り組みたい、また、米国により打ち上げが計画されている人工衛星EOS/AURAやそれに対する検証データ提供をも想定して計画されているTC4計画との相互データ交換等を通じた共同研究にも参加し、熱帯対流圏界層内脱水過程に関する最新の知見を積み上げることにより、所期の目的を達成したい。

熱帯対流圏界層(TTL)内脱水過程を解明し、熱帯成層圏水蒸気の長期トレンドを高精度ゾンデ観測により検出するために、2003年12月に引き続き、2004年12月-2005年1月に熱帯太平洋域でオゾン・水蒸気ゾンデ観測を実施した。前年の観測により、TTL下端の水蒸気量と水平移流に伴う大気の温度履歴との対応が示唆されている。そこで、今年度の観測では、想定される大気の流れに沿って、Tarawa、Biak、Bandung、Hanoiに観測点を配置する共に、Koror付近で観測中の「みらい」にも乗船し、オゾン・水蒸気ゾンデ観測網を展開してmatch観測を試みた。Match観測とは、ある点でゾンデ観測された大気塊を大気の流れに沿って追跡し、別の観測点上空に到達した時を見計らってゾンデを飛揚することにより、同一大気塊を複数回観測する方法である。これにより、脱水の進行を定量化すると共に、経路中の気象条件と脱水量との関連を調べることにより、脱水の有効性を観測的に評価することができる。流跡線の精度や測器の信頼性などを検討しつつ、データ解析を実施中である。また、前年に引き続きBandungで運用したライダーや「みらい」搭載のライダーからは、脱水によって生じていると考えられる巻雲が観測された。観測された散乱係数や偏光解消度は巻雲に関する興味深い情報を提供しており、ゾンデ観測された気象・水蒸気・オゾンデータと対応させた解析により、新たな知見が得られると期待している。一方、オゾン変動場の再解析に向けた大循環モデル・化学輸送モデルの改良や力学的解釈の新しい手法の提示など、モデル利用の分野でも興味深い進展が得られている。来年度は、欧米やオーストラリアの研究グループが大規模な航空機観測を計画しているが、我々研究グループも独自性を維持しつつ観測網の展開に協力する予定で、研究の更なる発展が期待できる。熱帯対流圏界層(TTL)内脱水過程を解明し、熱帯成層圏水蒸気の長期トレンドを高精度ゾンデ観測により検出するために、TTL水蒸気量と水平移流に伴う大気の温度履歴との対応を、同一大気塊の複数回観測(match観測)により明らかにすることが本課題の特徴である。昨年の観測データを用いた解析においては、流跡線解析から同定された8例のmatch対の中でオゾン混合比の保存性を満たした5例を中心に検討を行った。5例中4例は同一ゾンデ観測対が層を成してmatchした例で、最下層で脱水、上部3層で加水(大気塊の湿潤化)という違いが見られた。経路中において下層を貫入する対流と遭遇し、上部3層で湿潤大気の吹き出しがあったと解釈できるが、更なる考察が必要である。一方、今年度のオゾン・水蒸気ゾンデ観測は2005年12月-2006年1月に実施した。冷媒型霜点湿度計(CFH)による観測をTarawaとBiakで初めて実施するとともに、Bandungに代えてBiak下流の赤道上に位置するKototabangで水蒸気ゾンデ観測を実施した。また、Bandungに設置していたライダーをBiakに移設し、他のグループがTarawaとKototabangで運用するライダーと共に赤道直下の脱水進行現場における巻雲観測網を構築した。ゾンデ観測においては、個々の飛揚ごとに予報場に基づく前方流跡線を計算し、matchを狙って以後のゾンデ飛揚日を調節した。
蛍光画像サイトメトリによる高速腸内細菌叢プロファイリングとディスバイオーシス予測

本研究では、最終的には細菌叢解析から個体や環境動態評価・予測を目指すべく、複雑で大量の1細菌集団を光学的に高速プロファイリングする技術群を提案・開発・実証しました。具体的には、マイクロ流体による細菌の底壁面三次元整列技術を開発し、新規光学技術と組み合わせることにより、高速蛍光ハイコンテンツ・フローサイトメトリー(蛍光イメージング・自家蛍光スペクトル)を新開発し、細菌分類実証を行いました。現在の細菌解析法は、菌叢を総体として塩基配列を解読するメタゲノム手法が主流となっていますが時間・コストがかかり、遺伝情報から機能理解の間にギャップを残すため、より安価・高速で1細菌から総合的に聖地解析できる技術が求められています。本研究では、高速蛍光画像サイトメトリーを用い、腸内細菌画像プロファイリングによる1細菌動態解析を、個体データと統合的に組み合わせ、細菌層解析から、個体動態予測を目指して来ました。当該年度に行った研究成果により、菌叢の高速イメージングに成功し、分類を開始しています。具体的には、細菌には核酸染色を行って蛍光ラベルし、高倍率の対物レンズを適用した高速蛍光イメージングサイトメトリー技術を適用し、微小な細菌の高速イメージングを実現しました。一方で信号の弱さと解像度の不足に際し、標識を要さない新たな一細菌分類蛍光サイトメトリー技術を開発しました。各細菌が含有する多様な分子の差異から、それぞれユニークな細菌種によって特異的に有する自家蛍光スペクトルに注目しました。マイクロ流体技術を用いて細菌を流路中で整列し、集光した励起光を照射し、発された微弱な蛍光を分光し、ライン型光検出素子を用いて計測しました。計測した蛍光スペクトルに対して機械学習分類を適用し、細菌種をラベルフリーで分類することに成功しています。本自家蛍光フローサイトメトリー技術開発に際し、環境細菌を専門とする研究者と共同研究を開始しています。一方で信号の弱さと解像度の不足という課題に直面しました。そこで、標識を要さない新たな一細菌分類蛍光サイトメトリー技術に着想し、開発に成功しました。今後の研究では、高速蛍光イメージングフローサイトメトリーと、高速自家蛍光スペクトルフローサイトメトリー技術を、1細菌迅速解析の、より高次な個体や環境システムへの予測に向けて、応用していきます。そのためにも、両サイトメトリー技術のソーティング技術実装を推し進めます。具体的には、計測データをリアルタイム処理し、マイクロ流路中で細菌を微小液滴に包み、分取を行います。これにより、分類した細菌叢を16S rRNA解析にかけ、フローサイトメトリー分類の実効性、および分類の生物学的意義を検証します。最終的には、個体や環境動態と、1細菌動態プロファイリングを統合的に解析し、基盤評価法開発を目指します。光工学、マイクロ流体工学、バイオ工学予算調整のため光学備品、消耗品を購入。
オリゴペプチドを固定した生体接着材料の設計と構造機能の相関性

本研究は,細胞接着機能をもつ糖タンパク質であるフィブロネクチンの細胞接着性部位のモデルとなるオリゴペプチドを合成し,これを固定化した高分子材料について細胞接着機能とオリゴペプチドの構造の相関性を検討することを目的とするもので,本年度は先ず, Arg-Gly-Asp-Serシークエンスを含むオリゴペプチドを必要量,科学合成することから始めた.ある程度の量の試料を得るための化学合成法としては溶液法が適当と考えられるが,こゝではスペーサーとなるオリゴグリシンの鎖長を定量的に制御して導入するために固相法を採用し,かつ反応を迅速に行わせるために超音波の利用を新たに試みた.固相法のための担体樹脂としてはオリゴペプチド合成後の脱樹脂が容易であるtert-ブチルオキシカルボニアルアミノアシルー4-(オキシメチル)フェニルアセトアミドメチル化ポリスチレンを調製して用いた.担体樹脂へのペプチド残基の付加は, Ser, Asp, Gly, Argの順で行ない,次のスペーサーとしてGlyを3段階で付加させ,最後にトリフルオロメタンスルホン酸処理を行なって担体樹脂および保護基を脱離させ, H-Gly-Gly-Gly-Arg-Gly-Asp-Ser-OHを取得した.得られたオリゴペプチドの確認のためにはアミノ酸分析ならびにFT-IR測定を行なった.固定化の高分子材料としてはアクリル酸-エチレン共重合体,ビニルアルコールーエチレン共重合体,その他を予定しているが,先ず,アクリル酸-エチレン年重合体膜についてその表面構造をESCAで解析し,表面に存在するカルボキシル基を利用してオリゴペプチドをスペーサーのN末端で固定化する実験を目下実施中である.また,これと平行して,アミノメチル化ポリスチレンを担体とし,これにSer, Asp, Gly, Argを遂次付加さ,担体はそのまゝで,保護基のみを脱離させた試料を調製し,目下,この試料について細胞接着特性を予備的に検討中である.本研究は,細胞接着機能をもつ糖タンパク質であるフィブロネクチンの細胞接着性部位のモデルとなるオリゴペプチドを合成し,これを固定化した高分子材料について細胞接着機能とオリゴペプチドの構造の相関性を検討することを目的とするもので,本年度は先ず, Arg-Gly-Asp-Serシークエンスを含むオリゴペプチドを必要量,科学合成することから始めた.ある程度の量の試料を得るための化学合成法としては溶液法が適当と考えられるが,こゝではスペーサーとなるオリゴグリシンの鎖長を定量的に制御して導入するために固相法を採用し,かつ反応を迅速に行わせるために超音波の利用を新たに試みた.固相法のための担体樹脂としてはオリゴペプチド合成後の脱樹脂が容易であるtert-ブチルオキシカルボニアルアミノアシルー4-(オキシメチル)フェニルアセトアミドメチル化ポリスチレンを調製して用いた.担体樹脂へのペプチド残基の付加は, Ser, Asp, Gly, Argの順で行ない,次のスペーサーとしてGlyを3段階で付加させ,最後にトリフルオロメタンスルホン酸処理を行なって担体樹脂および保護基を脱離させ, H-Gly-Gly-Gly-Arg-Gly-Asp-Ser-OHを取得した.得られたオリゴペプチドの確認のためにはアミノ酸分析ならびにFT-IR測定を行なった.固定化の高分子材料としてはアクリル酸-エチレン共重合体,ビニルアルコールーエチレン共重合体,その他を予定しているが,先ず,アクリル酸-エチレン年重合体膜についてその表面構造をESCAで解析し,表面に存在するカルボキシル基を利用してオリゴペプチドをスペーサーのN末端で固定化する実験を目下実施中である.また,これと平行して,アミノメチル化ポリスチレンを担体とし,これにSer, Asp, Gly, Argを遂次付加さ,担体はそのまゝで,保護基のみを脱離させた試料を調製し,目下,この試料について細胞接着特性を予備的に検討中である.
卵巣癌Pair細胞樹立による腫瘍抗原の同定とその臨床応用に関する研究

漿液性卵巣癌患者の原発巣及び化学療法後に採取した腫瘍組織からl-Kubo,Kubo2細胞系を確立した.また同一のdonorから得たリンパ球をB95-8 Marmosotリンパ球上清のEBウイルスにより株化した.株化後リンパ球のHLA型は球化前のHLA型と同一であった.この腫瘍細胞及び同一donorよりリンパ球株のpair細胞を用い,免疫粘着反応(Immune Adherence法,以下IA法)により,腫瘍抗原の同定を行った.Target細胞としては上記の卵巣癌細胞を用い被検血清を株化リンパ球(Torget細胞と同じAllo抗原を有する)でHLA(Allo)抗体を吸収,胎仔血清を用いた培養液よりTarget細胞膜に取りこまれるHeterologous Membrane Antigenに対する自然抗体を羊又は牛赤血球で吸収,更に人胎児脳でOncofetal Amtigen-I(以下OFA-I)抗体を除去した.その後その被検血清をTarget細胞に対するIA反応性の有無より腫瘍抗原の検討を行った.このような連続抗体吸収法による, 12例の卵巣癌患者の173血清を検討した所l-Kubo株に2人の患者血清が反応した.またKubo株には4人の患者血清が反応した.このうち1例はl-Kubo株と反応した患者と同一人であった.その後,これらの血清を胎児脳で吸収を行った結果,すべての免疫反応性が消失した.以上より,これらの卵巣癌患者の免疫反応性はOFA-Iに対する抗体による反応であることが明らかになった.漿液性卵巣癌患者の原発巣及び化学療法後に採取した腫瘍組織からl-Kubo,Kubo2細胞系を確立した.また同一のdonorから得たリンパ球をB95-8 Marmosotリンパ球上清のEBウイルスにより株化した.株化後リンパ球のHLA型は球化前のHLA型と同一であった.この腫瘍細胞及び同一donorよりリンパ球株のpair細胞を用い,免疫粘着反応(Immune Adherence法,以下IA法)により,腫瘍抗原の同定を行った.Target細胞としては上記の卵巣癌細胞を用い被検血清を株化リンパ球(Torget細胞と同じAllo抗原を有する)でHLA(Allo)抗体を吸収,胎仔血清を用いた培養液よりTarget細胞膜に取りこまれるHeterologous Membrane Antigenに対する自然抗体を羊又は牛赤血球で吸収,更に人胎児脳でOncofetal Amtigen-I(以下OFA-I)抗体を除去した.その後その被検血清をTarget細胞に対するIA反応性の有無より腫瘍抗原の検討を行った.このような連続抗体吸収法による, 12例の卵巣癌患者の173血清を検討した所l-Kubo株に2人の患者血清が反応した.またKubo株には4人の患者血清が反応した.このうち1例はl-Kubo株と反応した患者と同一人であった.その後,これらの血清を胎児脳で吸収を行った結果,すべての免疫反応性が消失した.以上より,これらの卵巣癌患者の免疫反応性はOFA-Iに対する抗体による反応であることが明らかになった.漿液性卵巣癌患者の原発巣及び化学療法後に採取した腫瘍組織からl-kubo,kubo2細胞系を確立した。また同一のdonorから得たリンパ球をB95-8 Marmo-setリンパ球上清のEBウイルスにより株化した。株化後リンパ球のHLA型は株化前のHLA型と同一であった。この腫瘍細胞及び同一donarよりリンパ球株のPair細胞を用い、免疫粘着反応(Immune Adherence法,以下IA法)により、腫瘍抗原の同定を行った。Target細胞としては上記の卵巣癌細胞を用い被検血清を株化リンパ球(Target細胞と同じAllo抗原を有する)でHLA(Allo)抗体を吸収、胎仔血清を用いた培養液よりTarget細胞膜に取りこまれるHete-rologous Membrane Antigenに対する自然抗体を羊又は半赤血球で吸収、更に人胎児脳でOncofetal Antigen-I(以下OFA-I)抗体を除去した。その後その被検血清をTarget細胞に対するIA反応性の有無より腫瘍抗原の検討を行った。このような連続抗体吸収法による、12例の卵巣癌患者の173血清を検討した所、l-kubo株に2人の患者血清が反応した。またkubo株には4人の患者血清が反応した。このうち1例はl-kubo株と反応した患者と同一人であった。また3例は、まだ胎児脳で吸収していないので、抗OFA-I抗体の可能性もあり、現在検討中である。この反応した患者はTarget細胞と同じ漿液性腺癌であり、この抗体に対する抗原物質の同定を現在行っている。また、類内膜癌1例及び未分化胚細胞腫1例の細胞株とそのリンパ球のPair細胞が確立されたので、この系を使って更に卵巣癌特異抗原の検索を現在行っている。
インターロイキン３２の関節疾患における役割とその下流シグナルの解明

IL-32は単独でも炎症性サイトカインを誘導することができるのみならず、TLRシグナルの作用を増強する可能性が示唆されているが、これまでIL-32の受容体、下流シグナルは同定されていない。TLR-4の下流にあるTRIF分子をノックダウンすると、IL-32のTNFαとI型IFN誘導が抑制されることを確認した。IL-32はTLRシグナルを介して初期にはTNFαをはじめとする炎症性サイトカインの誘導に働くが、その後はIRF系を介して、自然免疫による初期の炎症を抑える作用があるI型IFNの誘導に働き、自然免疫による炎症を終息させ、獲得免疫への移行に重要な役割をはたしている可能性があると考えられた。1)ヒト細胞を用いたIL-32下流シグナルの検索:昨年度はsiRNAの手技を用いて下流分子の候補について検討し、IL-32はとくにToll like receptror 4下流の一部の分子を介する経路に関与することが考えられた。今年度はさらに具体的な分子の絞り込みと、TNFαやI型インターフェロンをmRNAレベルならびにタンパクレベルで定量することにより検討を重ねた。2)IL-32の受容体分子の検討:これまでIL-32の受容体は明らかにされていないが、候補とされる分子は指摘されてきた。昨年度はそのいくつかに注目し、その阻害剤やノックダウンによりIL-32の作用が抑制されることを確認した。今年度はさらにこれに追実験を加え、検討を重ねた。1)マウスにおけるヒトIL-32alphaの作用の検討:これまでIL-32alphaを過剰発現させたマウスを用いてin vivoでの検討を行い、またマウス細胞とリコンビナントIL-32alphaを用いてin vitroでの検討を行ってきたが、これらの結果をまとめ論文を投稿し、採用された(Nakayama M, Niki Y, et al, Arthritis Res Ther,2012)。2)ヒト細胞を用いたIL-32下流シグナルの検索:siRNAの手技を用いて下流分子の候補をノックダウンし、IL-32により誘導されるTNFalphaまたはI型インターフェロンの発現量を定量した。結果、IL-32はとくにToll like receptror 4下流の一部の分子を介する経路に関与すると考えられた。この経路を詳細に検討することにより、IL-32aはTNFalphaを誘導し炎症の増悪に寄与するだけでなく、それに引き続いて炎症を終息に向かわせる働きを持っている可能性が考えられた。3)IL-32の受容体分子の検討:これまでIL-32の受容体は明らかにされていないが、候補とされる分子は指摘されてきた。今回そのいくつかに注目し、その阻害剤やノックダウンによりIL-32の作用が抑制されることを確認した。ここまでの結果をまとめた論文をすでに投稿し、現在acceptを待っている状況である。1)IL-32alphaが変形性関節症に与える影響の検討:昨年までの研究で、炎症性関節炎モデルにおいてIL-32はTLRシグナルの中でもTRIFを介した系で炎症を惹起することを明らかにした(M. Nakayama, et al . Arthritis Res Ther, 2012, Scientific Reports, 2013)。TLR-TRIF axisが変形性関節症に与える影響を検討するため、TRIFノックアウト、MyD88ノックアウトマウスで、destabilization of medial meniscus (DMM)モデルを作製し、OAの進行度を組織学的に検討した。それぞれにおいてOAの進行が抑制されることが確認でき、TLRシグナルがOAの発症、進行に重要な役割を果たしていることが予想できた。2)ATDC5と三次元培養組織の構築:in vitroでの検討を行うために、マウスEC(Embryonal Carcinoma)細胞由来クローン化細胞株であるATDC5をコラーゲン溶液に混和し、コラーゲンスキャフォールド(アテロコラーゲンスポンジMIGHTY, KOKEN)に細胞を播種し、三次元組織を作製した。ATDC5を、5%fetal bovine serum(FBS)添加DMEM培養液にて培養し、5×10 6細胞をコラーゲン溶液に混和し、コラーゲンスキャフォールドに細胞を播種させた。このATDC5細胞からなる三次元培養組織を、5%FBS添加DMEM培養液中で培養した。また、そこでさらに播種させた細胞をITS、BMP-2を添加して分化させることで軟骨細胞周囲の軟骨基質の産生を確認し、より実際の軟骨組織に近い環境で実験を行うモデルを検討した。膝関節、関節リウマチマウスを用いた変形性関節症モデルで得られた結果を踏まえて、in vitroでのToll様受容体関連分子との関係を検索したいと考えている。具体的には軟骨細胞の細胞株を用いた三次元培養を行い、そこに力学的ストレスを負荷しvitroでvivoの環境を再現する。