hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
葉器官形成における細胞増殖統合システムの解明

そこで、野生株においても、ヘテロブラスティーの進行に伴い、葉の細胞数と細胞サイズの変化が生じるかを調べたところ、より高い節につく葉ほど細胞数が多く細胞サイズが小さくなることが明らかになった。ヘテロブラスティーが細胞伸長を抑制的に制御することは従来知られておらず、このプロセスの新しい側面が示された。本研究は,植物の葉の形態形成の際に,細胞伸長と細胞伸長とがどのように調和,統合されることで,一つのまとまりのある器官を形作るのかを,解明することを目的としている。本年度は,転写因子の一種をコードするSPL15のmiRNA耐性変異は,ヘテロブラスティーの制御系を通じ,細胞増殖の促進と細胞伸長の抑制に関与するコをと示し,SPL15遺伝子が,葉の発生プログラムの統御上,重要な役割を持つことを明らかにした。一方,葉の細胞数が減少し,細胞サイズが大型化する,補償作用を示す変異株からは,FUGU5遺伝子の同定にも成功した。これまでに単離したfugu5の3つのアレルは液胞局在型H+-pyrophosphataseをコードするAVP1に変異を持ち,これらはいずれも弱いアレルであった。avp1の強いアレルではオーキシンの細胞内への透過性が低下することが知られており,細胞内のオーキシン濃度の低下が補償作用を引き起こす一つの要因である可能性が示唆された。上記の変異株とは対照的に,細胞数のみが大きく増加するgra-D変異株を用い,マイクロアレイ解析を行ったところ,4番染色体下部の遺伝子の発現レベルが軒並み約2倍に増加していることが判明した。遺伝学的なデータからこの領域が重複していることが示唆されていたが,この結果はそれを強く支持するものである。この結果を踏まえた分子遺伝学的解析から,ANTやCYCD3;1といった遺伝子が,gra-Dにおける細胞増殖の促進に,少なくとも部分的に寄与していることが明らかになった。最後に,補償作用と密接な関わりを持つ,リボソームタンパクRPL5Bの欠損変異であるoli7は,as2背景で葉の向軸側が欠損する表現型を示すことを見いだした。oli7とは別のリボソームサブユニット変異株rp14dを見いだし,この変異株もまた,as2の表現型を劇的に促進することを明らかにした。この結果は,リボソーム機能が補償作用にも背腹性の制御にも重要な役割を果たすことを示し,翻訳を通じた遺伝子発現制御について,再考を促す重要な知見である。本研究は、植物の葉の形態形成の際に、細胞伸長と細胞伸長とがどのように調和・統合されることで、一つのまとまりのある器官を形作るのかを、解明することを目的としている。今年度は、ヘテロブラスティーが早まることで、葉の細胞数が増加し、細胞伸長が抑制される#2017系統の解析を行った。その結果、#2017は転写因子をコードするSPL15にマイクロRNA耐性変異を持つことが明らかになった。いくつかのSPL遺伝子をターゲットとする、miR156の過剰発現体では、ヘテロブラスティーの進行が抑制されるとともに、葉の細胞数は減少し、細胞サイズは増大した。
遺伝子ターゲッティング法を用いた色素性乾皮症G群モデルマウス系統の樹立

ヒトの遺伝病である色素性乾皮症G群のマウスホモログであるxpg遺伝子のエクソンに突然変異を起こさせたターゲッティングベクターを用い、変異ESクローンを選択し、キメラマウスを得た。このキメラマウスをC57BL/6マウスと交配し、F1マウスを得た。F1マウスは外見上正常マウスと差異は認められず、またその細胞は紫外線に対し、高感受性にはなっていなかった。次にこのF1マウス同士を交配し、変異xpgマウスをヘテロに持つマウス、すなわち色素性乾皮症G群モデルマウスが誕生した(以下、このマウスをxpg欠損マウスと略す)。xpg欠損マウスは出生時は他の野生型、あるいはヘテロマウスと変わり無く生まれてくるが、その後の成長が著しく悪く、そのすべてが離乳期までに死亡した。産子の体重を計測したところ、xpg欠損マウスの平均体重は生後16日目で、野生型、あるいはヘテロマウスにくらべ2分の1から3分の1であった。死亡時期は生後10日目より23日目まで観察され、そのピークは16から19日目であると考えられた。ヘテロマウスは野生型との差異は観察されず、妊性も正常であると考えられた。次にxpg欠損マウスの胎児の細胞を採集し、紫外線に対する感受性を観察したが、高感受性であった。xpg遺伝子の転写をノーザンブロット法を用いて観察したが、全く発現されたいなかった。xpg欠損マウスの矮小化と離乳前に死亡する原因の1つとして、野生型、あるいはヘテロマウスとの競争、すなわちxpg欠損マウスの授乳行動が野生型、あるいはヘテロマウスによって妨げられていることが考えられた。そこで生後10日目に野生型、あるいはヘテロマウスと考えられるマウスを取り除く実験を行ったが、xpg欠損マウスは離乳前に死亡し、野生型、あるいはテヘロマウスとの競争はなく、それ自身に矮小化と離乳前に死亡する原因があると考えられた。
古代日本における唐仏教文化の受容と抵抗

本研究は、唐に至る中国側の仏教文化と古代日本との接触について調査研究するものである。とくに、唐(中国)と日本の間における単なる伝播・受容・外交史観の克服を課題とし、両者間の差異、矛盾、抵抗、ねじれ、などの関係性を確認した上で、共生の可能性を追究することを目標にした。当該年度は、以下のような研究をおこなった。第一に、代表者新川登亀男と分担者GE,Jiyong(葛継勇)は、鑑真の弟子法進が日本で著した『沙弥十戒並威儀経疏』の写本比校、伝来研究を継続した。この撰著は、日中の文化・習俗の差異を意識しながら、中国の戒律仏教を日本に流布させようとしたものである。追って成果を公表したい。第二に、新川登亀男は、譬喩経の流布や、アジア大陸北方の習俗などが法隆寺金堂釈迦三尊像光背銘文に色濃く反映していることを立証した。同時にまた、その継承が途絶することにも注目した。第三に、新川は、600年の倭入隋使記録を手掛かりにして、アジアのなかの倭王像構築と仏教文化の役割を考究した。第四に、新川は、日本仏教の初期的背景をなす中国南朝とアジア南方・北方国家・民族との交流を明らかにした。第五に、新川は、13世紀日本の聖徳太子信仰の撰著『古今目録抄』(献納物)の共同調査をおこない、日本の聖徳太子信仰の受容のされた方を実証的に確認した。第六に、新川は、国立歴史民俗博物館の「文字がつなぐ古代の日本列島と朝鮮半島」の企画展示委員をつとめた。ついで第七に、葛継勇は、中国太原の天龍山・龍山石窟共同調査を踏まえ、中国北朝と仏教信仰の関係を考察した。この地域は、やがて隋唐が興る源泉となり、朝鮮半島・日本列島へと通じる経由点でもあった。今後の比較研究に道をひらいた。第八に、葛継勇は、白居易と楊氏兄弟との親交解明を通じて、中国文人、日本の遣唐僧、日本の文人貴族らの仏教信仰に多面的な要素があることを確認した。26年度が最終年度であるため、記入しない。研究代表者新川登亀男と研究分担者葛継勇とは、鑑真に同行して渡日した法進撰の『沙弥十戒并威儀経疏』や思託撰の『延暦僧録』を検討し、研究課題の確認をおこなった。また、二人は、2012年3月、滋賀県(近江国)での共同調査を実施した、近江国の湖西は比叡山東麓にあたり、若き最澄の修行地域であるとともに、天台宗の成立に貢献した法進が講説したところでもあった。一方、湖東は、湖西とともに渡来人の集住地であり、新資料の出土がみられる。具体的には、崇幅寺・梵釈寺などの寺院跡や大津宮跡、近江国庁跡、近江国分寺跡、野州の西河原遺跡群の木簡などを、滋賀県埋蔵文化財センター、大津市歴史博物館、県立安上城考占博物館、野洲市歴史民俗博物館の協力によって調査することができた、一方、新川は、鑑真の孫弟子にあたる唐招提寺豊安撰の『戒律伝来記』(唐招提寺蔵)を検討し、そのなかに引用されている「百済許智部所述年代記」をもとに日本への仏教伝来の知られざる実態を考察し、かつ発表した。また、百済益山の弥勒寺西塔で発見された舎利銘を解読し、日本の場合との比較をおこなった。葛は、2012年12月、韓国の禅宗寺院(鳳林寺、宝林寺、聖住寺など)を巡見する機会に恵まれ、国立扶余博物館、国立中央博物館を見学した.この間、寺院碑や関連の木簡を調査し、朝鮮半島における禅宗の伝来・受容についての資料や情報を得た.さらに、白済仏教の日本伝来について、あらたな知見を得ることができた、また、葛は、「倭使"司弓曹〓"的姓氏与出自」を中国で発表し、「仏教私伝」に関係深い司馬達等一族の出自と朝鮮半島からの渡来について言及したまた、新発見の「祢軍墓誌」に記されている頃本」について、論文「国号『日本』とその周辺」を執筆して、国号「日本」の成立・起源を検討し、古代東アジア三国間の相互認識について私見を述べた。本研究は、8世紀後半に渡日した鑑真とその弟子たちが、どのような仏教文化を日本に伝え、それがどのように受容されたのか、あるいは逆に、受容されなかったのかを問い直す。つまり、文化の交流は、単なる伝播や融合の現象ではなく、つねに選択や抵抗をともなうものであり、そこに差異への自覚が生み出されてくるものと予想される。本研究は、この命題に関する事例研究をおこなうものである。以下、平成25年度の研究実績は、1、鑑真の弟子である法進が日本であらわした『沙弥十戒并威儀経疏』全5巻の写本蒐集と調査を共同でおこなった。この経疏は、日唐間の習俗の差異などを記録した注目すべきものである。調査の結果、大谷大学蔵の5冊5巻本(揃い)、竜谷大学蔵の3冊3巻本(巻1・2・3)、高野山真別処蔵の4冊4巻本(巻1欠)を確認し、日本大蔵経本と照合作業をおこなった。現在も進行中であるが、さらに、唐招提寺蔵本を確認中である。

2、中国南朝の都であった建康(現南京)の仏教文物および遺跡などの視察を共同でおこなった(11月)。南京大学の張学峰教授の教唆を得て、梁代の長干寺(阿育王塔)や同泰寺の推定地を確認し、南朝時代の都城復元と南門に至る河川・運河との関係などを踏査した。古代日本の仏教文化受容に大きな影響を及ぼした南朝文化の一端を視察することで、唐仏教文化のあり方に新視点を加えることができた。3、新川は、8月、西安における韓・中国際シンポジウムに特別参加して、仏教がなぜ流伝したのかにっいて報告した。葛(GE)は、唐代の鄭州大海寺出土仏像、五代の霊峰塔出土阿育王塔(浙江省博物館)、宋代の開封相国寺などを調査した。また、両人はともに、鑑真弟子(思託・法進)の日本での活動と思想展開に関する論文を発表した。本研究は、唐に至る中国側の仏教文化と古代日本との接触について調査研究するものである。とくに、唐(中国)と日本の間における単なる伝播・受容・外交史観の克服を課題とし、両者間の差異、矛盾、抵抗、ねじれ、などの関係性を確認した上で、共生の可能性を追究することを目標にした。当該年度は、以下のような研究をおこなった。第一に、代表者新川登亀男と分担者GE,Jiyong(葛継勇)は、鑑真の弟子法進が日本で著した『沙弥十戒並威儀経疏』の写本比校、伝来研究を継続した。この撰著は、日中の文化・習俗の差異を意識しながら、中国の戒律仏教を日本に流布させようとしたものである。追って成果を公表したい。第二に、新川登亀男は、譬喩経の流布や、アジア大陸北方の習俗などが法隆寺金堂釈迦三尊像光背銘文に色濃く反映していることを立証した。同時にまた、その継承が途絶することにも注目した。第三に、新川は、600年の倭入隋使記録を手掛かりにして、アジアのなかの倭王像構築と仏教文化の役割を考究した。第四に、新川は、日本仏教の初期的背景をなす中国南朝とアジア南方・北方国家・民族との交流を明らかにした。第五に、新川は、13世紀日本の聖徳太子信仰の撰著『古今目録抄』(献納物)の共同調査をおこない、日本の聖徳太子信仰の受容のされた方を実証的に確認した。第六に、新川は、国立歴史民俗博物館の「文字がつなぐ古代の日本列島と朝鮮半島」の企画展示委員をつとめた。ついで第七に、葛継勇は、中国太原の天龍山・龍山石窟共同調査を踏まえ、中国北朝と仏教信仰の関係を考察した。この地域は、やがて隋唐が興る源泉となり、朝鮮半島・日本列島へと通じる経由点でもあった。今後の比較研究に道をひらいた。第八に、葛継勇は、白居易と楊氏兄弟との親交解明を通じて、中国文人、日本の遣唐僧、日本の文人貴族らの仏教信仰に多面的な要素があることを確認した。26年度が最終年度であるため、記入しない。2012年11月中旬にスタートとした本研究課題は、現在まで関連資料・研究情報を収集しながら、これらの資料を対照・分析し、また記録した語句概念を明確にした上で、個別テーマにかかわる議論を組み立てながら、同時に論文執筆を行っている。「研究の目的」と「研究計画」にしたがって、順調に進展している。『沙弥十戒并威儀経疏』写本の確認や複写手続きに時間を要したが、その後、照合・比校は順調にすすんだ。南京調査では充分な時間を確保できなかったが、当地での研究協力者のおかげで、効率的にすすめることができた。これから、日本の関西地区や中國・韓国の現地調査をおこない、関連資料の収集をすすめる。また、法進や思託らが残した資料の分析をおこなう。そして、日唐問における寺院建築、造像、仏教テキストの読解方法、および生活慣習の違いによる意識・認識の差異性が、唐文化の日本伝播における位置づけやその働きにいかに現れているかを明らかにしたい。また、その間に、朝鮮半島の文化がどのような位置と役劇を占めているのかについても留意したい。
高速かつ高精度な配座解析を軸とした理論計算が先導する不斉有機触媒の開発

有機分子触媒は有毒な重金属の残留の心配がなく、レアメタルの高騰や枯渇の問題に対応できる理想的な触媒であり、その開発が社会的に求められている。開発したConFinderプログラムを使えば、通常のPCを用いても数日しか計算時間を必要としない、これまでにない高速かつ高精度な配座解析が可能となる。本研究では研究分担者と、この高精度な配座解析法を用いたCinchona Alkaloid由来の四級アンモニウム塩を触媒とする新規不斉塩基加水分解反応の開発を進めている。エステル類の不斉加水分解は、生体触媒によるエステル類の不斉加水分解は医薬品の合成中間体として有用な光学活性カルボン酸を得る手法として学術的、工業的に広く利用されている重要な反応である。研究を進める中で、この配座解析手法を実際の触媒スクリーニングに利用するためには、さらなる高速化が必要となった。そこで本年度は、ConFinderプログラムを大幅に見直し、配座解析の効率化を図った。並列処理への対応、ファイルIOのボトルネック解消などの改善を積み重ねた結果、従来よりも3倍程度の高速化を達成できた。これにより、実験を行う前に反応性を予測することが可能になった。また、分担者はキニーネ由来の2-シアノベンジル基を有する相間移動触媒(PTC 1)を用いることで、α位に嵩高い脂肪族置換基または芳香族基を持つN-Bzアミノ酸のHFIPエステルの不斉塩基加水分解が高収率かつ高立体選択的に進行することを見出した。ConFinderを用いて発生させた遷移状態の有力候補構造からTS計算(M06-2X/TZVP)を行った。その結果、実験結果と良い一致を示すエステル不斉加水分解の遷移状態構造を見出すことにも成功した。当初の計画通り四級アンモニウム塩を用いた効率的なエステル不斉塩基加水分解反応の理論計算が進行しており、いくつかの触媒について実験による検証も進んでいる。また、計算速度の加速のためConFinderプログラムを大幅に改善し、計算時間の短縮が可能となった。また、関連した論文も出版できた。これまでの実験から、四級アンモニウム塩を用いたエステル不斉塩基加水分解反応におけるエナンチオ選択性の実験データを蓄積できた。本年度は、計算から得られた活性化エネルギー、反応熱、相互作用エネルギーなとどのデータとの相関関係に着目したデータサイエンスに基づく解析を実施する予定である。これにより、これまでの計算で見落とされていた重要な要素を発見できると期待している。
ロバスト半正定値計画問題の厳密解法と制御系設計への応用

本研究では,不確かさを有する制御対象のロバスト性能解析問題を扱う上で現れるロバスト半正定値計画問題に対して,漸近的に厳密となる(通常の,したがって取り扱いの容易な)半正定値計画問題の列を構成する手法を構築した.また,不確かさを有する離散時間の制御対象に対して,高い(ロバスト)制御性能の達成を可能とするためにはメモリー型周期時変制御器を用いることが有効であることを示し,半正定値計画に基づいた具体的な設計手法を確立した.本研究に関連する成果で,研究代表者は計測自動制御学会2009年度Annual Conference International Awardを受賞した.本研究では,不確かさを有する制御対象のロバスト性能解析問題を扱う上で現れるロバスト半正定値計画問題に対して,漸近的に厳密となる(通常の,したがって取り扱いの容易な)半正定値計画問題の列を構成する手法を構築した.また,不確かさを有する離散時間の制御対象に対して,高い(ロバスト)制御性能の達成を可能とするためにはメモリー型周期時変制御器を用いることが有効であることを示し,半正定値計画に基づいた具体的な設計手法を確立した.本研究に関連する成果で,研究代表者は計測自動制御学会2009年度Annual Conference International Awardを受賞した.本研家では,ロバスト半正定値計画問題(ロバストSDP)と呼ばれる数理計画問題に対する厳密解法を確立すると同時に,制御分野において従来より培われてきたシステム論的手法との有機的結合によって,ロバスト制御糸の新たな解析理論および設計理論を確立することを目的とする.本研究で取り組む具体的な研究課題は,以下の二つに大別される.(I)制御系のロバスト性能解析問題を扱う際に現れるロバストSDPに密接に関連する,多項式行列最適化同問題に対する階層的なSDP緩和問題の構成,ならびに計算結果の厳密性を検証するための条件の導出.(II)不確かな物理パフメータを有する制御対象に対する,ロバスト制御系の設計法の確立.平成21年度の取り組みにより,上記課題(I),(II)の双方に対して大きな成果が得られている.まず(I)に関しては,多項式行列最適化問題に対して,この問題を解くための漸近的に厳密なSDP緩和問題の無限列を階層的に構成できることを明らかにした.さらにこの無限列中のSDPを解いた結果が実際に巌密なものになっているかどうかを判定するための,厳密性検証条件を導いた.一方課題(II)に関しては,不確かな物理パラメータを有する離散時間線形時不変システムに対して,周期時変のメモリー型ロバスト制御器の設計を可能とするSDPを導いた.研究代表者らが提案した周期時変制御器の設計手法は,これ主でにと提案されてきたいくつかのロバスト制御器設計手法を包含する一般的かつ有効なものとなっている.得られた研究成果の一部を論文としてまとめ,すでに学術雑誌に投稿済みである.本研究では,ロバスト半正定値計画問題(ロバストSDP)と呼ばれる数理計画問題に対する厳密解法を確立すると同時に,制御分野において従来より培われてきたシステム論的手法との有機的結合によって,ロバスト制御系の新たな解析・設計理論を確立することを目的とする.本研究で取り組む研究課題は,以下の二つに大別される.(I)ロバストSDPに対する,階層的なSDP緩和問題の構成,ならびに計算結果の厳密性を検証するための条件の導出.(II)不確かな物理パラメータを有する制御対象に対する,ロバスト制御系の設計法の確立.平成22年度においては,とくに(II)に焦点を絞り研究を遂行した.具体的には,不確かな物理パラメータを有する離散時間線形時不変システムおよび周期時変システムに対して,周期時変のメモリー型ロバスト制御器の設計を可能とするSDPを導いた.また,この周期時変制御器の設計手法が,これまでに提案されてきたいくつかのロバスト制御器設計手法を包含する一般的かつ有効なものとなっていることを明らかとした.得られた研究成果を論文としてまとめ,学術雑誌にて発表した.また,この研究に着想を得た,離散時間線形周期時変システムのロバスト性能解析手法に関する論文も,学術雑誌にて発表した.これらの研究はLAAS-CNRS (FRANCE)に所属するD.Peaucelle博士およびD.Arzelier博士と共同で進めている.現在,彼らが主導的な役割を担い,得られた設計手法を人工衛星の軌道制御へ適用すべく研究が進行している.計算機シミュレーションを通して周期時変制御器の有効性が明らかとなる一方,問題の規模の大きさに起因する制御器設計に要する計算時間の増大が問題となっており,この点を克服することが今後の課題の一つである.本研究では,不確かさを有する制御系の解析・設計問題を定式化することであらわれるロバスト半正値計画問題に対する厳密解法の構築と,数値最適化手法を積極的に活用した制御系設計手法の確立を目的としている.本年度は後者の研究課題に精力的に取り組み,とくにロバスト性能を達成する周期時変制御器設計に関して理論と応用の双方から研究を行った.制御の対象となるシステムが時不変システム(動特性が時間的に変化しないシステム)であっても,不確かさに抗して一定の制御性能の達成を保証するロバスト制御器を設計する上では,制御器を周期時変とすることが有効であることが過去の研究において示唆されている.昨年度は,ロバスト周期時変制御器設計問題を過度に保守的にならない形で(必要十分に近い形で)ロバスト半正定値計画問題に帰着させるための制御器の構造の検討を行い,その結果メモリー型周期時変制御器が有効であるという結論を導いている.

本年度はメモリーの数を一定とせず,メモリーの数自身も周期時変とするという一般的な設定のもとでこの制御器設計問題を(ロバスト)半正定値計画問題に帰着できることを明らかとした(学会発表第3項).研究代表者は本研究の一部をLAAS-CNRS(France)の研究者と共同で進めており,とくにメモリー型制御器によるロバスト制御手法を人工衛星の軌道制御問題に適用し,高精度なシミュレーションによりその有効性を検証することを試みている(学会発表第2項).人工衛星の軌道制御を考える上では,軌道が周期的であること,また軌道1周に対応する1周期内において細かな制御を要するところとそうでないところがあることから,周期的にメモリー数が変化する周期時変制御器の設計が必要となっている.この応用事例においては解くべきロバスト半正定値計画問題が大規模となるため計算時間の問題が生じるものの,メモリー型ロバスト制御器設計に関する理論の整備は大きく進展した.本研究では,半正定値計画(SDP)を核とする数理計画手法(最適化手法)を積極的に利用した制御系の解析・設計手法の確立を目的とした.本年度は,SDPに基づくメモリ型周期時変制御器の設計と,線形非負システムの解析・設計手法の確立に精力的に取り組んだ.前者に関しては,設計する制御器のメモリの構造に関する詳細な検討を行い,l2誘導ノルムを最小化する制御器を設計するためのSDPを導いた.この研究成果に関連して,学術論文3本,国際会議論文2本(採録決定を含む)を発表した.一方,後者の非負システムの解析・設計に関しては,結合非負システムの安定性とパーシステンス性の解析ならびに移動体のフォーメーション制御への応用に関する研究を行った.昨年度の取り組みにより,非負システムの解析を行う上で基本となるL1誘導ノルムを解析する問題を,SDPよりも計算負荷の小さい線形計画問題(LP)に帰着できることを明らかにした.この結果を基に,本年度は数多くの非負システムが結合された大規模非負システムが漸近安定となるための条件,およびその状態がある一定の正のベクトル(の正数倍)に収束するための条件(パーシステンスとなるための条件)について研究を進めた.とくに非負システム間の結合を特徴づける行列の固有値と,個々の非負システムのL1誘導ノルムとの関係に着目して研究を進め,いくつかの有用な結果を導いた.また,これらの研究成果を移動体のフォーメーション制御に応用し,理論的な研究成果が実問題の解決に寄与できることを実証した.この研究成果に関連して,学術論文1本,国際会議論文4本(採録決定を含む)を発表し,Jeju(Korea)で開催された国際会議ICCAS 2012においてはOutstanding Paper Awardを受賞した.本研究の主たる研究課題は,ロバスト半正値計画問題に対する厳密解法の構築と,(ロバスト半正定値計画を核とする)数値最適化手法を積極的に活用したロバスト制御系設計理論の確立にある.前者に関しては平成21,22年度の取り組みにおいて,後者に関しては平成22,23年度の取り組みにおいていずれも重要な理論的成果が得られており,論文発表,国際会議における発表も順調に行えている.理論的成果の実システムへの応用に課題が残るが,LAAS-CNRS(France)の研究者との共同研究によってこの課題に対しても進展が得られると期待できる.24年度が最終年度であるため、記入しない。
スーパーコンピュータによる巨大シミュレーション結果の自動動画作成システムの研究

自然界の多くの現象は、一般に難解な微分方程式に従う非線形でしかも対称性のない動的な現象である。これらを理解するためには、種々の簡単化を行なわざるをえなかったが、近年のコンピュータ、特にスーパーコンピュータの発達のおかげで、一般的で複雑な問題が取り扱えるようになってきた。しかし、ここで問題になってくるのは、数値シミュレーション等により得られる出力データが大量であり、これをいかに処理するかということである。そのためには、出力データを図形表示するいわゆる可視化(scientific visualization)が重要である。さらに、動的な現象を取り扱う場合には、静止画像ではなく動画としての表示が必要である。これは、計算結果の解析時だけでなく、プログラムの開発段階にも当てはまる。このような観点から、本研究では、スーパーコンピュータによるシミュレーション結果を可視化し、動画を作成するためのシステム開発を行った。ここでは、スーパーコンピュータの負荷を極力小さくするため、また、プログラム開発の容易さやプログラムの移植性を考慮し、画像作成とVTR等の記録装置の制御はワークステーションで行なうことにした。本研究では、具体例として、天体物理学のシミュレーションへの適用に焦点を当て、2次元断面での密度等の分布の変化および3次元構造の表示のためのプログラム開発を行なった。数値シミュレ-ション結果から動画を作成するためのソフトウェアの開発を,おもにグラフィック・ワ-クステ-ション(パ-ソナルIRIS)上で行ってきた.その結果,数値デ-タをもとに2次元画像を作り,これをビデオテ-プにコマ撮りする事により動画作成に成功した.また,その際,ス-パ-コンピュ-タによる数値シミュレ-ション結果をそのままワ-クステ-ションに転送,保存すると,そのデ-タ量は非常に大きなものになるため,独自のデ-タ圧縮を行った上で転送,保存し,画像作成時にもとに戻すという方法をとった.さらに,ス-パ-コンピュ-タとワ-クステ-ションでは,ファイル形式および数値デ-タのバイナリ-形式が異なるために転送前もしくは転送後にこれらの変換が必要であった.このようなデ-タ圧縮や変換のためのソフトウェアの作成も行った.なお,3次元動画については,現在ソフトウェアを開発中であるが,必要なデ-タ量やワ-クステ-ションの処理速度などの関係から,ス-パ-コンピュ-タである程度の画像作成処理をする必要が明かになった.これについては,次年度の研究計画として完成させる予定である。ス-パ-コンピュ-タを用いた一般相対論的天文学についての数値シュミレ-ションに関しては,2つの中性子星の衝突合体という問題を中心に,計算コ-ドの開発を行ってきた.また,開発されたコ-ドを用いたシミュレ-ション結果から前述の動画作成ソフトウェアを用いて動画を作ることができ,数値計算のコ-ドの検証と最終結果の解析に非常に有用であることが実証された.コ-ドの開発および実行は,高エネルギ-物理学研究所の共通計算機システムおよび京都大学の大型計算機センタ-のス-パ-コンピュ-タを用いて行った.画像化のためのプログラム開発についても計画どおり進めているが、数値シミュレ-ションにより得られる3次元デ-タは膨大なものであり、これをFTP等によりス-パ-コンピュ-タからワ-クステ-ションに各シミュレ-ションごとにすべて転送すると、ネットワ-クへの負担が予想以上に大きいことがわかった。高エネルギ-物理学研究所では、平成3年度末に大型計算機上のファイルをNFSによりワ-クステ-ションで共有する装置が導入されたので、これをIRISワ-クステ-ションでも使用できるように、ソフトウェアの整備を行った。そのため、実際に、3次元グラフィックスのためのソフトウェアの完成は次年度に持ち越すことになった。作成された動画を発表用に編集するための環境を整えることができた。これは、ワ-クステ-ションまたはパ-ソナルコンピュ-タを用いてオフラインで行えるようにした。数値シミュレ-ションコ-ドの開発は、おもに高エネルギ-物理学研究所のス-パ-コンピュ-タを用いて行ってきた。ポスト・ニュ-トニアンで重力波放射の反作用を含めた流体コ-ドが完成し、これを用いて連星中性子星の合体の数値計算を行った。

また、同じ初期条件から、前年度までに作成したニュ-トニアンの流体コ-ドを用いての計算も行い、一般相対論の効果を調べた。その結果は、2次元動画化することにより容易に比較することができた。さらに、完全に一般相対論的な数値計算コ-ドの開発も行い、本年度は、おもに基本的な座標系の取り方等を詳しく調べた。これらの結果は、次年度にまとめて発表できるものと考えている。本年度は、3年間の仕上げとして、スーパーコンピュータによる数値シミュレーションの結果より、3次元コンピュータグラフィックによる可視化プログラムの作成を中心に研究を行なった。計算結果の3次元構造を表示するためには、いわゆるボリュームレンダリングの手法を用いた。これは、3次元データ全体を可視化する技術であり、リアリティーの高い画像を作ることができると言われている。そのためには、物体からの光の放射、周辺光およびそれらの吸収、反射、散乱などを考慮して画像を作成する。しかし、われわれが必要とするのは、3次元データから物理的な構造を取り出し認識するための可視化である。したがって、3次元構造を取り出すために、人工的な光の放射と吸収のみを考慮した、比較的簡単なボリュームレンダリングプログラムを作成した。このような簡単化を行なった上でも、汎用性の高いプログラムでは非常に計算時間を必要とするため、数値シミュレーションをしながら可視化のための処理のほとんどをスーパーコンピュータ上で行なうことにした。一般にボリュームレンダリングでは、いくつかの視線方向について明るさを計算し、その間を補間(シェーディング)して描画する必要があるり、うまくシェーディングをしなければスプリアスな縞模様が見えることがある。しかし、十分細かくメッシュをとれば、単純なシェーディングでも十分であることがわかったので、これはグラフィックワークステーションの標準的な方法にまかせることにした。なお、本年度の予算の大半は、これまでの成果をまとめた報告書の作成に用いた。
脳卒中リハビリテーション患者の回復プロセスに基づく評価システムと有効性の検討

脳卒中リハビリテーション(リハ)患者の多くが複合的な問題を抱えていることから、医療者側と患者側が情報共有し、介入方針に同意するステップを踏み、目標設定について合意するプロセスが不可欠になる。本研究では回復期リハ病棟において入棟早期に家族と関わり、1ヵ月後の介入方針と目標を設定するプロセス評価システム(家族参加型)を構築してきた。最終年度は、家族参加型の症例検討会と異なるアプローチを実施している(他施設)2つの医療機関で、重度脳卒中を入棟時の機能的自立度(mFIM)が36点以下とし、50組の患者を対象とした。施設間比較は、ロジスティク回帰分析を行い初期条件は、発症前の自立度(mRS)と重症度分類(NIHSS)の2項目とし傾向スコアを作成した。傾向スコアでマッチングできた症例は6例のペアであった。両施設12例について、入棟時・1ヵ月後・退院時のアウトカム評価(mFIM得点)、また、発症前・発症時・入棟時・1ヵ月後・退院時の経過の特徴の記述テータ(プロセス評価)を分析した。アウトカム評価の結果は、両施設の入棟時mFIMは平均で18点であったが、1ヵ月後・退院時ともに家族参加型よりも他施設の方が高得点であった。一方、プロセス評価で家族参加型は、全例が80歳以上ですべて意思疎通困難な患者、うち3例は病前より寝たきり・閉じこもり・引きこもり、2例は性格がわがままで勝手気まま、こだわりが強く要求が多い患者であった。他施設では80歳以上は2例のみ、意思疎通困難は1例のみであり、4例は経過中に認知機能(MMSE)が改善した患者であった。このことから、家族参加型はmFIM得点の改善に有用性は示さなかった。しかし、個々の症例の詳細なプロセス評価で比較すると、回復を促しにくい要因を持った患者においても1ヵ月後のmFIM得点に改善を認めたことから、家族参加型評価システムは有望性を示していた。28年度前半の研究では、脳卒中回復期リハビリテーション(リハ)前期の日常生活動作(ADL)低改善群の患者特性と介入ポイントを明らかにすることを目的とした。対象は初発一側脳病変でテント下とくも膜下出血を除く、脳卒中患者60名とした。28年度診療報酬改定における10日あたりの運動FIM(機能的自立度評価表)効率1.9を基準値とし、対象者をADL高改善群と低改善群に二分し、患者特性について群間比較を行なった。次に、両群の対象者を入棟時の自立度を自立、半介助、全介助の3レベルに分類した上で、1ヶ月後の運動FIM得点の変化を指標として患者のADL改善度合いを類型化した。この類型化に基づき、患者個々の臨床像と障害像に加え心理面や環境面を含めた評価からADL低改善群の患者特性と介入ポイントを検討した。運動FIM効率による2群間比較では、医学的属性のすべての項目で有意差は示されなかった。患者の類型化では、ADL高改善が7群とADL低改善は6群に分類された。この6群については患者個々の身体能力によって4群の患者特性が抽出され、それぞれの特性に応じた異なる介入ポイントが示された。ADL低改善群の患者特性と介入ポイントは一様ではないことが示唆され、患者個々の多角的な評価と介入ポイントを的確に捉えた対応が重要であることが示唆された。これらの結果は今日、問題になっている質の高いリハ提供の基盤となる評価システムの発展に寄与すると考えた。しかし四側面評価と介入ポイントがFIM効率の向上に寄与したかを明らかにしていない。したがって28年度後半では、回復プロセスに基づく評価システムがFIM効率に与える影響を検討した。脳卒中回復期リハには、チーム医療が欠かせない。最近では回復期リハ病棟の役割が、予後予測を立て、退院後の生活の見通しを立てることと言われている。また回復期リハ病棟では、在院日数の短縮による効率化が求められている。患者のADLの改善に向けた効率的なリハを提供するためには、主治医と担当療法士及び看護師(チーム)が合同評価を行い、多職種による退院に向けた早期からの評価の同時進行が鍵とも言われる。さらに軽症・中等度の脳卒中患者に対しては、早期の退院がその後の死亡率や介助度を低くする効果があることも報告されている。一方、重度脳卒中患者に対しては、機能的な改善が低く予後不良とされ、入院期間が長く自宅復帰が困難な症例が多いと言われる。また重度脳卒中患者は、ADLの改善が少ない、リハの効果としてもADLの改善につながらない、ことが報告されている。また回復期リハ病棟に入棟した脳卒中患者の退院時FIM合計得点を予測した報告では、年齢・発症前の自立度・発症後の期間・半側空間無視・認知症・内科疾患の合併症・入棟時の運動FIM得点と認知FIM得点、が予測因子とされている。このように脳卒中患者の退院時FIM得点を予測した報告はあるものの、重度脳卒中患者の入棟から1ヵ月後を予測した報告は見当たらない。したがって28年度後半は、回復プロセスに基づく評価システムをより有効にするために、入棟時の患者特性から1ヵ月後の成果の予測式を検討した。特に重度脳卒中患者においては、積極的なリハが効果的な反面、内科疾患の合併症でリスクになる患者もいる。

予備的な検討で1ヵ月後のFIM合計得点の予測式は、1入棟時のFIM得点が高いほど、2半側空間無視がないほど、3年齢が若いほど、4内科疾患の合併症がないほど、高くなる傾向があった。現在までに予測式の適合度やどの程度の予測力があるかなどについて検討している。回復期リハビリテーション(以下リハ)病棟の今日的な課題は、アウトカム評価に加えて、多職種で協働したプロセス評価が必須となったことである。特に脳卒中患者の入院日数を短縮するためには、最も効率的なリハシステムを構築し、できるだけ早期退院につながる効果的なマネジメントに洗練しなければならない。先行研究をみると目標設定については多くの報告があるものの、介入方針に言及した文献は見あたらない。これからのリハ提供には「目標」と「方針」をセットにしたチームマネジメントが欠かせない。脳卒中患者の多くが複合的な問題を抱えていることから、医療者側と患者側が情報共有し、介入方針(介入ポイント)に同意するステップを踏み、目標設定について合意に達するプロセス(Shared decision making)が不可欠になる。本研究では、多職種協働(Interdisciplinary teamwork, IDT)による新しい包括的な合同評価システムを構築した。その上で回復期前期1ヵ月を3相に分けた脳卒中リハのプロセス評価システムを構築し実践してきた。この研究からIDTアプローチが、高齢かつ重度な脳卒中患者のために効率的なリハ提供になることを見出した。また包括的な合同評価と介入ポイントに基づく集中リハにより、1ヵ月後のFIM(Functional Independence Measure)得点が改善することが分かった。このことは従来、重度脳卒中患者のADL(Activities of Daily Living)改善が乏しいという報告と対照的であった。さらに入棟時の運動および認知FIM得点、半側空間無視と内科疾患の合併の有無、年齢から1ヵ月後のFIM得点を予測できることを明らかにした。これらの結果は、我々が構築したIDTによる脳卒中リハのアウトカム評価とプロセス評価システムの有効性を示唆している。重度脳卒中患者は、ADLの改善が乏しいことが知られている。本研究では高齢の重度脳卒中患者のためのIDTによる回復期リハのプロセス評価システムを構築し、その有効性を後方視的に検討した。O県内一ヵ所の回復期リハ病棟へ2012年4月から2016年12月までに入棟し、IDTによる包括的な合同評価とアウトカム評価を行った初発一側脳病変の脳出血と脳梗塞の患者を分析対象とした。プロセス評価は3相に分け、I相;01週:包括的な合同評価、II相;24週:集中リハ、III相;4週:アウトカム評価とした。分析は1ヵ月後の運動FIM効率で高効率群(0.19以上)と低効率群(0.19未満)に分け退院時の状態を検討し、また入棟時の患者所見から1ヵ月後のFIM得点の予測式を作成した。212人中50名が重度脳卒中(運動FIM36点以下)で平均年齢は79歳であった。1ヵ月後のFIM総得点と運動および認知FIM得点は有意な改善を示した。FIM総得点は35点から49点に増加し、これには運動FIMの20点から32点の増加が起因していた。また入棟時の運動FIMは低効率群より高効率群が有意に高く、高効率群では自宅復帰率が有意に高かった(44% vs. 13%)。高効率群の運動FIMは入棟時より1ヵ月後が有意に高く、退院時と比べると有意差はなかった。対照的に低効率群の1ヵ月後の運動FIMは入棟時より有意に高く、退院時より有意に低かった。
ダイレクトバイオマスガス化ガス燃料電池の内部改質反応・炭素析出に関する研究

バイオマスガス化ガス中タールによる、固体酸化物型燃料電池燃料極の劣化挙動を明らかにした。一般に知られている炭素析出・電極破壊が生じるタール濃度よりも低いタール濃度領域において、Metal-dusting corrosionに由来すると思われるNiの選択的消失現象が生じることを明らかにした。それゆえ、Metal-dusting corrosionの発現を電極劣化の定義とすべきことを提案した。また、上記の定義を元に、バイオマスガス化ガスを直接導入するために必要な燃料ガス中タールの許容濃度を制定した。バイオマスガス化プロセスと固体酸化物型燃料電池を組み合わせるシステムは、バイオマスを燃料とする発電方式の中で理論的に最も高い効率を発揮することが期待される。しかし、本システム実用化の際には、ガス化プロセスで生成した燃料ガス中に含まれる不純物が燃料電池燃料極を劣化させる可能性がある。本研究では、燃料ガス中に微量含まれるタールに起因する電極劣化挙動を評価するため、バイオマスタール模擬物質としてトルエンを選び、それらの供給濃度や電池運転条件が電極劣化に及ぼす影響を明らかにし、さらにバイオマスガス化ガス中へのタールの許容濃度を明らかにすることを目的としている。本年度は、運転条件や材料、電極作成条件が電極劣化に及ぼす影響を検討することを予定していたが、そもそもタールを混入させた際の電極の「劣化」には、様々の定義があり、統一した見解がないことがわかった。また、固体酸化物としてScSZを用いた場合とその他の材料を用いた場合で、その劣化挙動が異なる可能性があることがわかった。その為、操作パラメータの影響を評価する前に、固体酸化物としてScSZを用いた際の電極劣化の定義および機構解明を行うこととした。電極劣化には通常報告されている炭素析出やマクロな電極構造の破壊によるもののほか、metal dustingによるNi粒子の選択的消失による劣化機構もあり、ScSZの場合、見かけ上、炭素析出やマクロな電極構造の破壊による劣化の前段階にmetal dustingによる劣化が生じていることがわかった。すなわち、電極上でmetal dustingに起因するミクロ構造の変化がみられた場合を電極の劣化と定義することが妥当だと考えられた。また、電極劣化の遠隔診断として電圧の経時変化を測定する手法は簡便で有益な方法であるが、電極構造の変化と電圧挙動との間にはある規則性があることがわかった。カーボンニュートラルな特性を持つ木質系バイオマス資源をガス状燃料に変換し、それを高効率発電が可能な高温型燃料電池と組み合わせる「バイオマスガス化複合発電システム」は、現在想定しうる発電方式の中で最も高いCO_2排出量削減効果の期待できる次世代発電方式の一つと考えられる。このシステムの実用化時に問題となるバイオマスガス化ガス中タールによる、固体酸化物型燃料電池燃料極の劣化挙動について検討を行った。一般的に、燃料ガスに炭化水素を用いた場合の劣化として、炭素析出・電極破壊現象が知られている。しかし、今回、詳細な検討を行うことにより、それらが生じるタール濃度よりも低いタール濃度領域において、Metal-dusting corrosionに由来すると思われるNiの選択的消失現象(不可逆的劣化)が生じることが明らかとなった。それゆえ、Niの選択的消失現象の発現を電極劣化の定義とすべきことを提案した。また、上記の定義を元に、燃料中タール濃度、タール種、燃料電池運転条件が電極劣化に及ぼす影響を調べた。燃料電池運転温度、1073Kの時には、今回行ったタール濃度条件ではすべての条件で劣化が観察された。一方、温度1173K,水蒸気比1、電流密度:0.5A/cm^2の時、タール濃度3g/Nm^3まで劣化が観察されなかった。運転温度の増加は、炭化水素の水蒸気改質反応速度を増加させるために、タール由来の劣化が抑制されたものと考えられる。一方、水蒸気比の増加は必ずしも劣化を抑制するわけではないこともわかった。今回行った実験条件の範囲内では、運転温度1173Kの時のNi/ScSZ燃料極に対するタールの許容濃度は、一般に知られている内燃機関に対するタール許容濃度の約300倍で、バイオマスガス化発電システムへの燃料電池の適用は、効率向上面だけでなく、タール精製装置の簡素化・システムの簡素化に伴うコストダウンにも寄与する可能性があることがわかった。
紫外線皮膚炎症の終息における表皮ランゲルハンス細胞・アポトーシス細胞の役割

紫外線による皮膚障害は急性反応としては「日焼け」として観察される。「日焼け」は皮膚癌の発症リスクとなる。本研究では「日焼け」による皮膚炎症反応の終息機序に関して、皮膚の最外層に存在する表皮ランゲルハンス細胞(LC)と「日焼け」によりアポトーシスに陥った角化細胞の役割に焦点をあてた。本研究により紫外線による皮膚炎症反応の抑制に表皮LCとアポトーシスに陥った角化細胞が役割を果たし、アポトーシスに陥った角化細胞をLCが貪食することで炎症抑制性のシグナルを体内に伝達していることが判明した。紫外線皮膚炎症は臨床的に「日焼け」として観察され、メラノーマを含む皮膚癌の発症や転移を助長することが報告されている。紫外線曝露後の皮膚炎症が遷延する光線過敏症はその発症機序に不明な点が多い。一方、表皮ランゲルハンス細胞(LC)やアポトーシス細胞が炎症制御に重要な役割を果たすことが注目されている。以上のような学術的背景から、紫外線皮膚障害の代表として紫外線皮膚炎症の終息機序の解明に着目して研究をすすめる。我々は紫外線皮膚炎症の初期ではなく終息期において免疫担当細胞が炎症制御に関与しているのではないかと仮説を立て、特に表皮LCの役割について検討した。マウスUVB誘導性皮膚炎症モデルにおけるランゲルハンス細胞(LC)の果たす役割をin vivoでLC欠損マウスと野生型マウスを比較することで検討した。複数回の実験により、LC欠損マウスは野生型マウスと比較して、UVBを照射することによる耳介腫脹反応が初期ではかわらなかったが晩期に遷延することを確認した。組織学的にも、耳介腫脹反応が遷延している時点でLC欠損マウスは野生型マウスと比較して、表皮・真皮の肥厚が強く、好中球、樹状細胞、T細胞、単球などの炎症細胞浸潤の程度が強く観察された。さらにLC欠損マウスの皮膚炎症にはTNF-α、IL-6などの炎症性サイトカインの上昇を伴い、抗炎症性サイトカインであるIL-10の発現は抑制されていた。以上の結果より、表皮LCは紫外線誘導性皮膚炎症(日焼け反応)の終息に重要な役割を果たしていることが証明された。平成27年度の研究計画は、申請時には【マウスUV誘導性皮膚炎症モデルにおけるLCの役割の検討】であり、当初の研究計画通りに研究が進んでいると考えている。太陽光中の紫外線(UV)は、皮膚癌発症を含めた様々な紫外線皮膚障害を及ぼすストレッサーである。紫外線皮膚炎症は臨床的に「日焼け」として観察され、皮膚癌の発症や転移を助長することが報告されている。しかし、紫外線曝露後の皮膚炎症が遷延する光線過敏症はその発症機序に不明な点が多い。昨年度の研究において、LC欠損マウスではUVBによる炎症反応である耳介腫脹反応が遷延することを確認した。それに引き続き本年度の研究では、LC欠損マウスにおけるUVB紫外線炎症時には、真皮に浸潤してくる炎症細胞が減少していることをフローサイトメトリーを用いて定量的に確認した。また、LC欠損マウスにおけるUVB照射後の角化細胞のアポトーシスやUV誘導性遺伝子損傷光産物に着目した。LC欠損マウスにおいて、UV誘導性の角化細胞の遺伝子損傷や遺伝子損傷の回復には野生型マウスと差が認められなかった。一方、UVによってアポトーシスに陥った角化細胞がLC欠損マウスにおいて増加していることが定量的に観察された。さらに時系列的な観察ではLC欠損マウスでと野生型マウスではUV照射後の初期段階にはアポトーシスに陥った角化細胞の数に差がないのにもかかわらず、後期にアポトーシス細胞がLC欠損マウスで増えていることからLCがアポトーシス細胞のクリアランスに関わっているのではないかと考えている。平成28年度の研究計画は申請時には「マウスUV誘導性皮膚炎症モデルにおけるアポトーシス細胞の役割の検討」であり、おおむね当初の計画通りに研究が進んでいると判断している。紫外線皮膚炎症は臨床的に「日焼け」として観察され、紫外線曝露後の皮膚炎症が遷延する光線過敏症はその発症機序に不明な点が多い。本研究では紫外線皮膚炎症の終息機序におけるアポトーシスに陥った角化細胞であるサンバーン細胞やLCの役割を解明することを目的とした。昨年度までの研究により、LC欠損マウスにおいてはUVB誘導性皮膚炎症反応である耳介腫脹反応が遷延することを観察していた。またそれに引き続きLC欠損マウスにおけるUVB誘導性皮膚炎症時には、T細胞、マクロファージ、樹状細胞などの真皮に浸潤してくる炎症細胞が増加していること、IL-6などの炎症性サイトカインが増加する一方で抗炎症性サイトカインであるIL-10が減少していることを確認した。続いて本年度には興味深いことにLC欠損マウスにおいてはUVB照射後にアポトーシスに陥った角化細胞が増加していることを観察し、その理由としてLCがUVB照射後にアポトーシスに陥った角化細胞をex vivoで貪食することを初めて確認した。野生型マウスではアポトーシス阻害剤であるQ-VD-OPhの投与、貪食阻害剤であるCytochalasin Dの投与でUVB誘導性皮膚炎症反応が遷延する一方で、LC欠損マウスにおいてはその効果がキャンセルされることを確認した。

以上の研究結果より、紫外線暴露時の皮膚においては、表皮LCとアポトーシスに陥った表皮角化細胞の相互作用が炎症の遷延化の制御に必須な役割を果たしており、LCによるアポトーシス細胞の貪食が紫外線炎症の制御に大きな役割を果たしていると結論づけた。紫外線による皮膚障害は急性反応としては「日焼け」として観察される。「日焼け」は皮膚癌の発症リスクとなる。本研究では「日焼け」による皮膚炎症反応の終息機序に関して、皮膚の最外層に存在する表皮ランゲルハンス細胞(LC)と「日焼け」によりアポトーシスに陥った角化細胞の役割に焦点をあてた。本研究により紫外線による皮膚炎症反応の抑制に表皮LCとアポトーシスに陥った角化細胞が役割を果たし、アポトーシスに陥った角化細胞をLCが貪食することで炎症抑制性のシグナルを体内に伝達していることが判明した。当初の研究計画に沿っておおむね順調に研究が進捗しており、平成28年度は当初の計画通りに【マウスUV誘導性皮膚炎症モデルにおけるアポトーシス細胞の役割の検討】を行って行く予定である。preliminalyな研究によりLC欠損マウスでは、紫外線により生じるアポトーシス細胞であるサンバーン細胞が野生型と比較して多く認められることが観察されている。この研究成果をふまえて、さらにその機序を詳細に検討をすすめる予定である。当初の研究計画に沿って概ね順調に研究が進捗しており、最終年度である平成29年度は当初の計画通りに「UV誘導性のアポトーシス角化細胞とLCの相互作用の検討」を行って行く予定である。この研究においては、抗アポトーシス剤であるカスペース阻害剤を用いてUVB誘導性皮膚炎症を観察することやUV照射後のマウス表皮におけるLCのアポトーシス細胞の貪食現象についてex vivoのorgan cultureの実験系を用いて解析する予定としている。平成28年度の費用が予想より少額に抑えられたため翌年度の実験計画のために使用する予定となった。次年度は細胞培養による研究を主に行う予定であったが、マウスを利用した研究も同時に行う必要性がでてきたためマウスの購入にあてる予定である。
メタボロミクス解析によるサルコイドーシス新規バイオマーカーの開発

サルコイドーシスは未だ疾患の発症や増悪のメカニズムがはっきりとしていない疾患であるが、非乾酪性肉芽腫形成を特徴とする疾患であることが知られている。肉芽腫形成に関与しているリンパ球やマクロファージの分化や機能に関与している代謝物に注目し、ステロイド非投与でサルコイドーシスの疾患活動性の高い患者群、低い患者群と分け、患者それぞれより得られた血液検体および尿検体でメタボロミクス解析を行い、血液検体からは9つの化合物を、尿検体からは1つの化合物を得られた。(1)平成27年度には当院通院中のサルコイドーシス患者約250名に対して研究内容の説明を行い、およそ230名より研究参加の同意を得ることができた。対象者からは血液検体および尿検体の採取を行い、5ml程度の専用容器に保存した。またこれらすべての患者の臨床データ(年齢、性別、臨床症状、罹患臓器、診断後の経過、合併症、加療内容など)を診療録より抽出しデータベースへの記入を行った。(2)得られた検体のうち、サルコイドーシス患者の約100検体および健常者の4検体に対して、東北メディカルメガバンク機構研究者である三枝の協力のもと、脂質代謝産物等を網羅的に解析するため、LC-TOF/MSによる非標的メタボロミクス解析を行った。血液検体からは、健常検体に対して有意差をもって増加しているリン脂質化合物を同定した。尿検体からは有意差をもって減少しているムコ多糖類を同定した。(3)作成したデータベースより患者背景をフェノタイプ(心臓サルコイドーシスあり、筋肉サルコイドーシスあり、眼病変サルコイドーシスあり、皮膚サルコイドーシスあり、罹患臓器数、発症年齢、全身ステロイドでの加療が必要になった等)に分けてそれぞれの患者群の抽出を行った。またこれらのうち、心臓サルコイドーシスがあるフェノタイプでは健常者群、心臓サルコイドーシス群、心臓サルコイドーシスがない群で解析を行った。また、全身ステロイドでの加療を行ったフェノタイプの患者検体では、ステロイド加療前後の検体を用いて解析を行った。通院中の患者のおよそ9割より研究参加の同意を得ることができ、その後滞りなく血液検体および尿検体を採取、保存することができた。患者の臨床データ(年齢、性別、臨床症状、罹患臓器、加療内容など)を診療録より抽出しのデータベース化を行った。(1)平成28年度には、前年度に作成したデータベースより患者背景をフェノタイプに分けて解析を行った。特に初診時診断例または検体採取時に増悪傾向を示していた患者検体を活動性のある群とし、活動性がないとした患者群の検体との比較において、有意差のついた代謝産物を同定した。サルコイドーシスは未だ疾患の発症や増悪のメカニズムがはっきりとしていない疾患であるが、リンパ球やマクロファージの分化や機能に関与している代謝物に注目し、検討を行っている。また、現在は同意の得られた200以上の検体と正常検体群との比較を行っており、活動性に基づいた解析で得られた代謝産物との整合性に関して検討している段階である。LC/MSによる非標的メタボロミクス解析手法に加えて、GC/MSによる解析手法も行うことが可能になり、より広範囲の代謝物質の検討を行うことができるようになった。実際にLC/MSよりもGC/MSでは遊離脂肪酸に関しては感度が高いことが知られており、実際に今回の解析からもバイオマーカー候補を同定することができた。本研究の主題は、難病の一つであるサルコイドーシスの診断および予後予測が可能な新規バイオマーカーを検索することである。そのためにまず、当院に通院中のサルコイドーシス患者のデータベースの作成を行い、その後に比較的侵襲の少ない検査方法として、患者の血漿および尿検体を用いてメタボロミクス解析を行った。これらの解析の中で、まずはサルコイドーシスの活動性に注目して評価を行うため、全身ステロイド非投与の患者のうち、疾患活動性の高い群と低い群に分けて検討を行った。数千以上の候補化合物の中で、最終的には血漿からは9つの化合物が、尿検体からは1つの化合物が活動性の高い群で有意差をもって増加していた。この中には既存のバイオマーカーとして知られている血清ACEや血清sIL-2Rとの有意な相関を認めるものもあった。ただし血清ACEや血清sIL-2Rは活動性を反映するバイオマーカーとしては不十分なマーカーであるため、さらなる検討が必要と考えられた。今後の課題としては、更に解析症例数を増やすこと、同一症例でも複数の時期の検体を用いて再現性を確認すること、同一症例で長期経過中の活動性との相関およびステロイド投与例では治療前後での変化を確認することなどが必要と考えられた。さらに当院以外の他施設での検体での再現性の確認することも必要であると考えられる。これらに関して今後更に解析を加えることで、最終的に実臨床で有用な因子を検索できると考えられる。