hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
順序制約下での情報量規準に基づく最大無影響量の統計的決定法

研究実績の概要は次のようである.2.上記の手法はパラメータに順序制約を仮定した上で,AICによるモデル選択基準によってNOAELを決定するものである.順序制約下では情報量規準のバイアス補正項が未知であるため,補正項のブートストラップ法による推定法について考察した.この研究の過程で,順序制約下ではブートストラップ法が偏りを生じることが示唆された.3.本研究と平行して,不完全データに基づく推定に用いられるEM-Algorithmについて理論面,応用面の両側面から研究を行った.理論面では,generalized EM-Algorithmの収束について,Wu (1983)が与えた条件下では必ずしも最尤推定値には収束しないことを示した.4.EM-Algorithmの応用面として,潜在マルコフモデルhidden Markov modelについて考察した.潜在マルコフモデルに自己回帰の構造を組み込んだモデル,マルコフ過程に2重マルコフ過程を想定したモデルについて比較を行った.その結果,自己回帰の構造を組み込んだモデルがより広範なデータに対して良い推定結果をもたらすこと,2重マルコフを仮定したモデルはそのモデルの複雑さに比してさほど良い結果をもたらさないことなどがわかった.研究実績の概要は次のようである.2.上記の手法はパラメータに順序制約を仮定した上で,AICによるモデル選択基準によってNOAELを決定するものである.順序制約下では情報量規準のバイアス補正項が未知であるため,補正項のブートストラップ法による推定法について考察した.この研究の過程で,順序制約下ではブートストラップ法が偏りを生じることが示唆された.3.本研究と平行して,不完全データに基づく推定に用いられるEM-Algorithmについて理論面,応用面の両側面から研究を行った.理論面では,generalized EM-Algorithmの収束について,Wu (1983)が与えた条件下では必ずしも最尤推定値には収束しないことを示した.4.EM-Algorithmの応用面として,潜在マルコフモデルhidden Markov modelについて考察した.潜在マルコフモデルに自己回帰の構造を組み込んだモデル,マルコフ過程に2重マルコフ過程を想定したモデルについて比較を行った.その結果,自己回帰の構造を組み込んだモデルがより広範なデータに対して良い推定結果をもたらすこと,2重マルコフを仮定したモデルはそのモデルの複雑さに比してさほど良い結果をもたらさないことなどがわかった.動物試験等における最大無影響量(NOAEL)の決定問題において,順序制約を考慮に入れた情報量規準に基づいた正確なNOAEL決定法の導出,その決定のための効率的なアルゴリズムの開発,および汎用性と優れたユーザインターフェースをもつ解析プログラムの開発が本研究の主たる目的である.研究代表者である菊池は柳川(九大・数理)らと(順序制約を考慮に入れない)情報量規準に基づくNOAELの決定法を提案してきた.一方,研究分担者である安楽は単順序制約下での情報量規準を提案している.本年度はまず,安楽の従来の研究成果について再検討を行うとともに,MCMC法(マルコフ連鎖モンテカルロ法)によるシミュレーションの可能性について検討した.さらに,ブートストラップ法を用いて情報量規準の妥当性について検討を加えるとともに,順序制約下でのBIC(Bayesian Information Criterion),GIC(Generalized Information Criterion)などの各種情報量規準について検討した.モデル選択の観点から,MDL規準(Minimum Description Length Criterion)および,MDL規準の順序制約下での挙動について検討を始めた.また,関連分野の研究として,潜在マルコフモデルの解析のためのEM-Algorithmの適用を考え,情報量規準によるモデル選択について検討した.菊池泰樹と安楽和夫はこの間の研究成果をそれぞれ,「最大無影響量の統計的決定法」「不等式制約のある母数の推測について」と題して,平成12年度科学研究費補助金シンポジウム「カオスと非線形時系列・第3回博多シンポジウム」(平成12年12月11日13日)において発表した.なお,本年度の本研究課題についての研究打ち合わせの開催は以下のとおりである.・平成12年11月10日12日,於:高知大学理学部・平成12年12月26日28日,於:長崎大学医療技術短期大学部この他,研究分担者である丸山,野間口,安楽らとは頻繁に研究連絡を行ってきた.今後は,本年度に引き続き,各種情報量規準の順序制約下でのバイアス項のMCMC法による評価,および各種情報量規準の比較検討などを続ける予定である.また,昨年度に引き続き,本研究テーマと平行して潜在マルコフモデルの解析のためのEM-Algorithmの適用についても研究を行った.定常分布を含むマルコフ連鎖の推定,EM-Algoritmによって得られる推定量の分散の不完全情報行列による推定などについて検討した。さらに,潜在マルコフモデルに自己回帰モデルや移動平均モデルを組み込むことによるモデルの拡張について検討を始めた.本年度は,長崎大学医療技術短期大学部で1度,高知大学で8度,セミナー及び研究打ち合わせを行った.今後は,各情報量規準の順序制約下でのバイアス項の評価について研究し,NOAEL決定のための効率的なアルゴリズムの開発に着手する予定である.今後は,各情報量規準の順序制約下でのバイアス項の評価について研究し,NOAEL決定のための効率的なアルゴリズムの開発に着手する予定である.また,本研究テーマと平行してEM-Algorithmによる不完全データの推定についての研究を昨年度より継続している.

菊池と野間口は研究成果を「情報量規準による潜在マルコフモデルの比較」と題して,日本計算機統計学会(高知,2003.5)において発表した.ポアソン混合モデルに対してEM-Algorithmによって得られる推定量の分散の不完全情報行列による推定値とBootstrap法による推定値を比較検討した.今後潜在マルコフポアソンモデルついても検討する予定である.さらに,潜在マルコフ正規モデルに自己回帰モデルや移動平均モデルを組み込むことによるモデルの拡張について検討を始めた.
高速特徴保存フィルタによる高次元画像処理基盤ソフトウェアの構築

自然科学での観察・観測データや工学応用での計測・測定データは高次元画像として得られる.本研究では,高次元画像処理の分野において線形フィルタしか適用出来なかった問題に対して,特徴保存フィルタを高速に適用する計算法を開発した.ノイズ除去,周波数分解,領域・特徴抽出等の応用問題で,3GHzのコンピュータで通常30年以上計算時間が必要な513の3乗ボクセルからなる高次元画像を,本研究で開発した計算法を用いて3分程度で計算する事を達成した.自然科学での観察・観測データや工学応用での計測・測定データは高次元画像として得られる.本研究では,高次元画像処理の分野において線形フィルタしか適用出来なかった問題に対して,特徴保存フィルタを高速に適用する計算法を開発した.ノイズ除去,周波数分解,領域・特徴抽出等の応用問題で,3GHzのコンピュータで通常30年以上計算時間が必要な513の3乗ボクセルからなる高次元画像を,本研究で開発した計算法を用いて3分程度で計算する事を達成した.近年普及が著しいデジタルカメラでの撮影結果,自然科学での観察・観測データ,工学応用での計測・測定データは通常,高次元画像として得られる.本研究の目的は,高次元画像処理の分野において線形フィルタしか適用出来なかった問題に対して,特徴保存フィルタを高速lこ適用する方法を研究する事である.ノイズ除去,周波数分解,領域・特徴抽出と3つの応用問題に対して,高速特徴保存フィルタを用いた処理プログラムを開発する.本年度は,高速特徴保存フィルタのアルゴリズム開発を主に実施した.具体的には元画像の特徴を保存するBilateralフィルタに対して高遠ガウス変換を用いて高速化し,新しい高速ノイズ除去アルゴリズムを提案した.513の3乗ボクセルからなる高次元画像に対して,2GHzのコンピュータで通常3.7年かかる計算を,本研究で開発したアルゴリズムで5分程度で計算する事に成功した.高次元画像を周波数ごとに高速分解する手法の結巣と共に現在論文を執筆中である.開発にあたっては最新の高性能デスクトップ型PCを購入し,その効率を高めた.また,アルゴリズムの数学的妥当性の検討と評価・高次元画像処理技術の考案と検証を実施するため,海外研究機関へ出張し,ハイレベルな研究者との研究打ち合わせ,及び研究成果発表を通じての批評を受けた.研究打ち合わせ・成果発表時には,購入した高性能グラフィクスカードを搭載したノートブック型PCを用いて,リアルタイムで計算結果を可視化するデモを実施した.らに,領域・特徴抽出のための曲率の方向微分を用いた幾何特徴の基礎研究を実施した.80年間失われていた法線のLaplace-Beltrami作用素に関する公式を再発見し,CADで最も権威のある学術論文誌に発表した[S. Yoshizawa et al. CAGD 25(8), 2008].近年普及が著しいデジタルカメラでの撮影結果,自然科学での観察・観測データ,工学応用での計測・測定データは通常,高次元画像として得られる.本研究の目的は,高次元画像処理の分野において線形フィルタしか適用出来なかった問題に対して,特徴保存フィルタを高速に適用する方法を研究する事である.ノイズ除去,周波数分解,領域・特徴抽出と3つの応用問題に対して,高速特徴保存フィルタを用いた処理プログラムを開発する.本年度は,昨年度開発した高速特徴保存フィルタのノイズ除去,周波数分解,領域抽出法のソフトウェア開発を実施し,細胞内画像処理,細胞内シミュレーションのモデル生成に応用した.513の3乗ボクセルからなる高次元画像に対して,2GHzのコンピュータで通常30年かかる計算を,本研究で開発したアルゴリズムで5分程度で計算する事を達成した.高次元画像を周波数ごとに高速分解する手法と共に,研究結果は権威のある国際学術論文誌に掲載される[S. Yoshizawa et al. ComputerGraphics Forum,29, 2010, in press].アルゴリズムの数学的妥当性の検討と評価・高次元画像処理技術の考案と検証を実施するため,海外研究機関へ出張し,ハイレベルな研究者との研究打ち合わせ,及び招致講演での研究成果発表を通じての批評を受けた.研究打ち合わせ・成果発表時には,昨年度購入した高性能グラフィクスカードを搭載したノートブック型PCを用いて,リアルタイムで計算結果を可視化するデモを実施した.現在開発した高速特徴保存フィルタ,ノイズ除去,周波数分解,及び領域・特徴抽出プログラム群のWEB公開に向けた改修を実施しており,研究代表者のホームページにて公開する予定である.
中枢カテコールアミンニューロンをモデルにした神経回路形成のマウス遺伝学的解析

中脳ドーパミンニューロンの軸索ガイダンスをリアルタイムでモニターするため、このニューロン特異的にgreenfluorescence protein(GFP)を発現するトランスジェニックマウスの作製を行った。カテコールアミンニューロンのマーカー酵素であるチロシン水酸化酵素(TH)の遺伝子プロモーターにGFP遺伝子を接続した導入遺伝子を持つトランスジェニックマウス系統において、カテコールアミンニューロン特異的にGFPの発現が認められた。トランスジェニックの中脳組織片(E11.5)をコラーゲンゲル中で培養することによって、ドーパミンニューロン軸索の伸長をGFPによってリアルタイムで検出することが可能であった。この軸索の伸長は、底板により反発性に制御され、また、whole mountでの脳の展開培養下で、吻側方向への特徴的なパターンを示した。培養下での軸索の応答は、本来のドーパミンニューロンの性質を反映しており、GFPの蛍光を利用してドーパミン性軸索の挙動をモニターできることが示された。TH-GFPマウスを利用すれば、セルソーターによってドーパミンニューロンを濃縮することも可能であり、この細胞集団に特異的なモノクローナル抗体の作製や特異的な遺伝子を探索するアプローチを提供する。今後、中脳ドーパミンニューロンの神経回路形成を制御する分子の探索およびその機構の解明を進める計画である。また、組織特異的な遺伝子ターゲティング法(Cre-loxPシステム)を用いて、中枢神経回路形成におけるグリコシルフォスファチジルイノシトール(GPI)アンカー蛋白質および低分子量GTP結合蛋白質Rhoの機能解析を行った。組織特異的プロモーターとして、ノルアドレナリン合成を触媒するドーパミンβ-水酸化酵素(DBH)遺伝子を利用した。本プロモーターは、中枢ノルアドレナリンニューロン、交感神経、運動神経などで組織特異的に発現する。GPIアンカー蛋白質の組織特異的な欠損により、神経細胞の生存や軸索伸長には異常がないものの、自律神経および運動神経の失調が認められ、両者の神経伝達に機能的に関与するGPIアンカー蛋白質の存在が示唆された。また、Rho機能の組織特異的な抑制によって、このGTPaseが少なくとも運動神経の軸索走行に重要な役割を持つことを見い出した。
柔らかく変形しやすい物体のマニピュレーション過程の解析に関する研究

本研究は、柔らかく変形しやすい物体のマニピュレーション過程について解析を行い、物体を安全に操って作業を遂行させるためのマニピュレーション戦略を導出することを目的としている。このためには主として(1)物体の変形形状の解析、(2)マニピュレーション過程のモデル化、(3)マニピュレーション過程の評価手法の確立が必要となるが、このうち(1)と(3)に対して成果を得ることができた。まず、変形しやすい物体の変形解析としては、既に変形形状の推定に関して成果をあげている線状物体の解析手法を応用して、薄板状物体の変形形状を導出することを可能とした。また、薄板状物体の変形形状計測実験を行い、この手法が変形形状の推定に妥当であることを確認した。更に、マニピュレーション作業の高速化を考慮した場合、物体の変形における動的効果を無視することはできないため、線状部品を例にとって、運動エネルギー等、動的変形に関する定式化を行った。この定式化に基づき、物体の動的変形形状を数値的に導出した。この動的変形解析についても検証実験を行い妥当性を得ることができた。一方、変形しやすい物体のマニピュレーション作業における評価指標としては、従来のforce closureの概念を拡張した、bounded force closureという概念を提案し、これより導かれる最大許容外力およびモーメントによって、ハンドが位置制御される場合の把持の安定性を定量的に評価できることを示すことができた。
西鶴以降の前期小説と芸能・絵画との交流をめぐる発展的研究

近世前期小説である浮世草子と能・歌舞伎・浄瑠璃などの芸能、絵画・絵師との関係性について研究する。浮世草子とは、今を描く小説である。当世らしい芸能・絵画の表現は、その時代・地域・人間関係・流行・風俗などを描くための重要なファクターとして機能していたと考えられる。本研究では、芸能・絵画という文化史的側面を視座に読者論と地域論の観点も重視し、井原西鶴や江島其磧及びそれ以降の作家達の特性を検討し整理する。そして、出版界も含めた小説に関わる人物達と同時代芸能・絵画との物的・人間的関係性について考察する。
力覚提示のバーチャルカップリングへの非整数階微分の応用

本研究は、人工現実感(バーチャルリアリティ::VR)で使用される力覚提示において、干渉力の計算に用いるバーチャルカップリング(VC)に、一般的なダンパに代わり非整数階微分項を利用する手法の提案とその効果の検証に関するものである。本研究では、様々な非整数階微分項の実装手法の特徴を受動性の観点から考察し、適切な非整数階微分項を用いることによって、安定に提示できるばね係数の向上を図れることを示した。また、被験者がタッピング動作を行う際に、より仮想物体を硬く感じることができる非整数階微分項の条件を示した。本研究では、人工現実感で用いられるインピーダンス型力覚提示において、操作者に提示する干渉力の計算時に使用するバーチャルカップリング(VC)に非整数階微分を用いる手法を提案し、その効果を検証する。平成27年度には、FIR型近似を用いた非整数階微分項を持つVCにおいて、複数の非整数階微分項を持つ場合のVCの最適化とその効果検証を行なうともに、市販の汎用力覚提示装置への非整数階微分項を用いたVCの実装を行ない、その効果を検証した。申請者は今まで、単一の非整数階微分項を含むVCの性質や設計手法を提案してきたが、今までの設計手法では事前実験が必要であり、その手順も複雑であった。そこで、事前実験の必要がない新たな設計手法として、複数のFIR型近似の非整数階微分項を線形結合したVCについて考察し、その線形結合の際の各種係数を最適化することで、より効果的な非整数階微分を用いたVCの設計手法を確立した。まず、「非整数階微分項の線形結合の係数最適化」を最急降下法により行い、受動性解析と実験によりその効果を示した。その後、「非整数階微分の階数最適化」及び「非整数階微分の係数/階数の同時最適化」を同様の手法で行なうとともに、最適値の妥当性を検証し、受動性解析と実験により、提示する仮想物体の剛性を増加させることができる効果を確認した。また、市販の汎用力覚提示装置への実装では、力覚提示装置として使用実績の多いGeomagic Touchなどを購入し、それぞれのソフトウェアライブラリに非整数階微分項を用いたVCを導入するための関数を整備した。また、今まで申請者らが行っていたものと同様の実験を実施した結果、同様の効果を確認することができた。平成27年度の研究実施計画では、「事前実験の必要がない新たな設計手法の提案と効果検証」「市販の力覚提示装置を使用した実験とソフトウェアライブラリの構築」「複数の非整数階微分項を含んだVCの設計と効果検証」を実施する予定としていたが、これらを計画通りに実施することができた。本研究では、人工現実感で用いられるインピーダンス型力覚提示において、操作者に提示する干渉力の計算時に使用するバーチャルカップリング(VC)に非整数階微分項を用いる手法を提案し、その効果を検証する。平成28年度には、「複数のFIR型近似を用いた場合の最適化手法」「IIR型近似の効果検証」「非整数階微分を用いた場合の被験者が得る感覚の検証」に関する研究を実施した。FIR型近似を用いた複数の非整数階微分項を持つVCの最適化においては、各項の階数と係数を最急降下法を用いて同時に最適化する手法を提案し、その有効性を確認した。また、FIR型を用いて非整数階微分を精度よく近似するためには、多くの過去の情報が必要となるが、人間の動特性が常に変化する力覚提示システムでは好ましくない。そこで、より項数が少なく近似ができるIIR型の近似手法について検討した。具体的には、IIR型の近似において代表的なEuler法、Al-Alaoui法、Tustin法について受動性解析を行い、各々の特徴を抽出するとともに、実験によりその特性を確認した。その結果、Euler法の優位性が示されるとともに、人が操作する際にはAl-Alaoui法も有効であることが示された。また、IIR型近似を用いた場合の動物体の提示おける効果も検証した。さらに、今まで非整数階微分を用いることにより仮想ばね係数が増加できることのみを検証してきたが、被験者の感じる感覚は仮想ばね係数とともに非整数階微分項も付加されるため、感覚的に硬さが増加するかについては未知であった。これに対して、力覚提示におけるタッピング動作において、どのような階数の非整数階微分が硬く感じるかについて考察した。その結果、近似項数が少ない場合は1.3階程度、近似項数が多い場合は0.7階程度の非整数階が硬くなることを順位法による感性評価実験から示した。平成28年度の研究実施計画では、「複数のFIR型近似を用いた場合の最適化手法」「IIR型近似の効果検証」「非整数階微分を用いた場合の被験者が得る感覚の検証」を実施する予定としていたが、これらを計画通りに実施することができた。本研究では、人工現実感におけるインピーダンス型力覚提示の干渉力計算時に使用するバーチャルカップリング(VC)として、一般的なダンパに代わり非整数階微分項を用いる手法を提案し、その効果を検証した。平成29年度には、「IIR型近似の非整数階微分を含むVCの効果検証」と「被験者が得る感覚の検証」を実施した。「IIR型近似の非整数階微分を含むVCの効果検証」では、IIR型近似の代表的な手法であるEuler法やAl-Alaoui法等の受動性解析を行い、それらの特徴を抽出した。

さらに、IIR型近似で調整が必要な係数や近似項数等がシステムの受動性に与える影響について調査し、その結果、代表的な手法では用いられていないパラメータの組み合わせが受動性を高めること、及び一階微分よりも高い階数の方が受動性を高め、より高いばね係数を設定できることを解析的、実験的に示した。また、「被験者が得る感覚の検証」では、非整数階微分項が硬さ感覚に与える影響について調査した。一般的なばねとダンパを用いたVCによるタッピング動作では、対象物を硬く感じるかどうかの感覚は、ばね係数のみならずダンパ係数も影響することが知られている。そこで本手法において、非整数階微分項が硬く感じる感覚にどのように影響するかについて実験的に調査した。その結果、今までの研究においてばね係数を高くできることを示してきた高い階数と少ない近似項数を用いた手法で硬く感じるとともに、今までは受動性の観点から効果が見られなかった1階以下の低い階数を多くの近似項数で近似する手法の場合でも人が硬く感じることが示され、解析解との比較等を用いて解析的にもこれらの方法が硬く感じさせるために有効であることを示した。これらの結果は、本研究が力覚提示の新たな手法の提案であるとともに、人の感覚調査においても新たな観点からの考察を可能にすることを示している。本研究は、人工現実感(バーチャルリアリティ::VR)で使用される力覚提示において、干渉力の計算に用いるバーチャルカップリング(VC)に、一般的なダンパに代わり非整数階微分項を利用する手法の提案とその効果の検証に関するものである。本研究では、様々な非整数階微分項の実装手法の特徴を受動性の観点から考察し、適切な非整数階微分項を用いることによって、安定に提示できるばね係数の向上を図れることを示した。また、被験者がタッピング動作を行う際に、より仮想物体を硬く感じることができる非整数階微分項の条件を示した。計画通りに推進していく予定である。具体的には、平成28年度は、引き続き「複数のFIR型近似の最適パラメータ設計」を行うとともに、新たに「IIR型近似の設計手法」を考察する。また、「非整数階微分項を用いた手法で被験者が感じる感覚の検証」を行う。平成29年度は、平成28年度に引き続き「非整数階微分項を用いた手法で被験者が感じる感覚の検証」を行っていく。「被験者が感じる感覚の検証」では、どのような評価を行うかが問題となるが、一般的な統計処理により実施する予定である。具体的には、平成28年度に引き続き被験者が得る感覚の評価について実施する。まず、平成28年度に実施したタッピングでの硬さ感覚についてより詳細に考察する。さらに、平成29年度には、非整数階微分で付加される感覚と油などの粘性流体のシミュレーションによる感覚を比較し、物理的な粘り気の感覚と非整数階微分の関係を考察する。これらの関係を導出することで、粘性流体の実時間シミュレーションに非整数階微分項を利用する可能性を検証する。ロボット工学
関節疾患に対する遺伝子治療における新しいベクターの開発

われわれはすでにin vitroにおいて培養軟骨細胞に対し、非増殖型アデノウイルスベクターを用いて外来遺伝子導入を行い、導入遺伝子が高率にかつ長期間発現することを確認し、アデノウイルスベクター法が高度に分化した非増殖型細胞に対しても有効であることを証明した。また直接関節内にアデノウイルスベクターを投与した場合滑膜細胞へは高率に遺伝子導入が可能であったが、軟骨細胞へは十分な遺伝子導入高率が得られなかった。その要因として軟骨周囲の豊富な基質が通過障害因子となっていることが考えられる。そこでアデノウイルスベクターの大きさ80nmに対しさらに小さいベクターの開発が必要である。そこで直径が20nmのアデノウイルス関連ベクター(AAV)を用いて、関節に対する応用の可能性を検討した。骨腫瘍患者の手術時または人工関節置換術時に得られたヒト関節軟骨から軟骨細胞を単離し、平板培養を行った。サイトメガロウイルスプロモーターからGreen Fluorescent Protein(GFP)を発現するAAVベクターを構築し、軟骨細胞に対し遺伝子導入を行った。導入遺伝子後、軟骨細胞に489nmの励起光を照射し、緑色光の発光を蛍光顕微鏡をもちいて確認し、発現している軟骨細胞の割合について検討を行った。初代培養軟骨細胞に対する遺伝子導入効率は、遺伝子導入1日後では16%であったが、遺伝子導入7日後には95%に増加した。基質に囲まれた軟骨細胞に対しては深層の細胞まで十分に遺伝子導入でき、遺伝子導入効率は54%であった。さらに導入した遺伝子の発現は28日間持続した。これらの結果からAAVベクターは、軟骨細胞に対する遺伝子導入法として優れたベクターであることが明らかになった。また関節内に直接AAVベクターを投与するin vivo遺伝子導入法に応用することで、深層に至るまで軟骨細胞に遺伝子発現が得られる可能性が高い。われわれはすでにin vitroにおいて培養軟骨細胞に対し,非増殖型アデノウイルスベクターを用いて外来遺伝子導入を行い,導入遺伝子が高率にかつ長期間発現することを確認し,アデノウイルスベクター法が高度に分化した非増殖型細胞に対しても有効であることを証明した.また直接関節内にアデノウイルスベクターを投与した場合滑膜細胞へは高率に遺伝子導入が可能であったが,軟骨細胞へは十分な遺伝子導入高率が得られなかった.その要因として軟骨周囲の豊富な基質が通過障害因子となっていることが考えられる.この問題に対しては,アデノウイルスベクターの大きさ80nmに対しさらに小さいベクターの開発が必要である.そこで,直径が20nmのアデノウイルス関連ベクター(AAV)を用いて,関節疾患に対する応用の可能性を検討した.骨腫瘍患者の手術時または人工関節置換術時に得られたヒト関節軟骨から軟骨細胞を単離し,平板培養を行った.サイトメガロウイルスプロモーターからGreen Fluorescent Protein(GFP)を発現するAAVベクターを構築し,軟骨細胞に対し遺伝子導入を行った.導入遺伝子後,軟骨細胞に489nmの励起光を照射し,緑色の発光を蛍光顕微鏡をもちいて確認し,発現している軟骨細胞の割合について検討を行った.遺伝子導入後1日で16%、2日で45%、3日で85%、7日で95%の細胞で発現を認めた。またこの間に細胞障害性は認めなかった。以上よりAAVベクターにより、細胞障害を与えることなく,ヒトの軟骨細胞に対し遺伝子導入が可能であることが明らかになった。現在、ヒトの軟骨組織に対し遺伝子導入を行い、その発現および分布について検討中である。
ＰＣＢ全異性体２０９種の超微量分析による非意図的生成ＰＣＢ異性体の探索

PCBsは強い毒性があるため日本では1970年代に製造等が禁止された。しかし、今なお日本近海の海洋生物中から検出されるほか、近年、北米大陸等では低塩素の非意図的に生成されたPCB異性体が大気や水等から検出されている。本研究では、日本近海等のスズキ類やサケ類等の魚類を対象に、非意図的に生成されたPCB異性体の探索を目的にPCB全異性体209種の超微量分析を実施した。その結果、これらの魚類から120160種のPCB異性体が検出された。日本近海の魚類ではPCB製剤中でも多い#153等が優占していたが、マレーシアのバラマンディからは非意図的に生成された2塩素化体の#11が高い濃度で検出された。平成23年度は、愛媛大学農学部附属環境先端技術センターで実施してきた高分解能ガスクロマトグラフ質量分析計HRGC/HRMS等によるポリ塩化ビフェニール(PCBs)の209全異性体のng/gレベルでの超微量分析方法に準拠し、北海道、山形県、岐阜県、鳥取県等の日本各地から採集したサツキマスOncorhynchus masouoshikawaeおよびサクラマスOncorhynchus masou masouの209全異性体のng/gレベルでの超微量分析を実施した。クリーンアップ回収率補正用の内部標準物質の平均回収率は良好な結果が得られた。今回分析を行ったマス類の生物試料からは、PCBsの209の全異性体中、約160の異性体が検出された。総PCBs濃度はサツキマズがサクラマスよりも高濃度であり、それぞれ約40ng/g湿重量および約330ng/g湿重量であった。既報と比較すると、サツキマスの総PCBs濃度は北アメリカの野生のサケ類に比べ高濃度であり、北ヨーロッパにて養殖されている大西洋サケの濃度に近かった。また、これらのマス類のPCBs全異性体の濃度インベントリーを作成した。同族体組成については、サツキマスは4塩化物が最も優占し、特に#52、66等の異性体の濃度が高かった。4塩化物に次いで、5、6塩化物の割合が高い値を示した。サクラマスは5、6塩化物の割合が4塩化物よりも高い地域が多く、特に、5塩化物の#101、6塩化物の#153等の異性体の濃度が高かった。これらの研究成果を平成23年12月に東京大学で開催された環境ホルモン学会第14回研究発表会で速報として発表した。これまでの本研究によるPCB全異性体209種の超微量分析では分離性能に優れたHT8-PCBカラムを使用してきたが、幾つかのPCB異性体の選択イオンモニタリング(SIM)のピークが重複していた。これまで分析した日本近海の魚類では4塩素化物の#52と#69はSIMピークが重複する“#52, 69"のピークとして検出されたが、“#52, 69"は比較的濃度が高いPCB異性体である。既報では、#52はカネクロール製剤中の主要な異性体であるが、#69はほとんど含まれていない。よって、魚類試料の"#52, 69"が#52、#69のいずれに(または両方に)由来するのかを解明することは、非意図的に生成されたPCB異性体の探索を行う上で重要である。そこで、本年度は、分離性能の改善を目指して、Deansスィッチを装備した質量分析計及び電子捕獲型検出器付きガスクロマトグラフ(GC/MS/ECD)を用いスズキ中の"#52, 69"の詳細な分析を行った。第1カラムとしてHT8-PCBカラムを装着したガスクロマトグラフによりPCBs成分の分離を行った後、Deansスイッチにより"#52, 69"のピーク部分をカットし、極性の異なる第2カラムへ導入し、両異性体を分離分析した。その結果、"#52, 69"は全て#52であった。以上のように、従来よりも高精度で重複したPCB異性体のSIMピークの分離することができる分析法を開発することができた。また、マレーシアの各地から採集したスズキ類からは約120160の異性体が検出された。そのうち、マラッカ海峡から採集した魚類試料から2塩素化物の#11が特に高濃度で検出された。#11は、近年、北アメリカで水、大気等からの検出が報告されている非意図的に生成されたPCB異性体である。

平成24年度は、平成23年度にサクラマス等を対象に実施した高分解能ガスクロマトグラフ質量分析計HRGC/HRMS等によるポリ塩化ビフェニール(PCBs)の全異性体209種の超微量分析方法に準拠し、鳥取県、兵庫県、岡山県、高知県、熊本県等の西日本近海各地から採集したスズキLateolabrax japonicus、ヒラスズキLateolabrax latus、有明海産スズキLateolabrax sp. B、および、広島県、愛媛県産の養殖タイリクスズキLateolabrax sp. Aの超微量分析を実施した。クリーンアップ回収率補正用の内部標準物質の平均回収率は良好な結果が得られた。今回、分析を行ったスズキ等の生物試料からは、PCBsの全異性体209種中、約130160種の異性体が検出された。総PCBs濃度では、最大は兵庫県の瀬戸内海側から採取されたスズキの80 ng/g (湿重)、最小は愛媛県南部の養殖タイリクスズキの1 ng/g (湿重)、平均は約15 ng/g (湿重)であった。PCBsの同族体組成に関しては、ほとんどの試料で57塩素化物が優占し総PCBs濃度の7割以上を占めたが、愛媛県の養殖タイリクスズキでは低塩素化PCBsの割合が相対的に高かった。異性体毎にみると、日本で生産されたPCBs製剤であるカネクロールシリーズ製品中の主要な異性体の一つである#153がほとんどの生物試料から最も高い割合で検出されたが、兵庫県の瀬戸内海側等から採集したスズキでは#99が比較的高い濃度で検出された。本年度は、高分解能ガスクロマトグラフ質量分析計HRGC/HRMS等により、マス類のPCBsの全異性体のng/gレベルでの超微量分析を実施し、これらの魚類のPCBs全異性体の濃度インベントリーを作成することができた。また、クリーンアップ回収率補正用の内部標準物質の平均回収率は良好な結果が得られた。25年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度は、高分解能ガスクロマトグラフ質量分析計HRGC/HRMS等により、スズキLateolabrax japonicus、ヒラスズキLateolabrax latus等のスズキ類のPCBsの全異性体209種の超微量分析を実施し、これらの魚類のPCBs全異性体の濃度インベントリーを作成することができた。これまでの研究は順調に進展しており、平成2425年度も、当初の計画どおり、日本近海域等から採集したサケ・マス類、スズキ類等の魚類の全209異性体の超微量分析を実施し濃度インベントリーを作成するほか、既知のカネクロール等の製剤由来のPCBデータ等を参照し、日本における新たな発生源からと考えらえる非意図的に生成されたPCBs異性体を探索し、その濃度や分布域等の実態を明らかにする予定である。本研究課題の最終年度である平成25年度は下記の研究を予定している。1)アジア近隣諸国等から採取したサケ・マス類、スズキ類等の魚類のPCBsの全異性体209種の超微量分析を実施し濃度インベントリーを作成する。2)これまでの高分解能ガスクロマトグラフ質量分析計HRGC/HRMSの分析チャートを検討したところ、日本近海の魚類試料中には非意図的に生成されたと考えられるPCBs異性体がカネクロール製品中の主要な異性体とピークが重複して検出されている可能性が示唆された。よって、濃度が高い日本産のスズキ類等を対象に、これらのPCBs異性体を高精度で定量するためにHRGC/HRMSの分析方法、特に、ピーク分離等の改良を行う。3)平成25年度までの分析結果を基に、既知のカネクロール製品のPCBの各異性体濃度インベントリーと比較し、非意図的に生成されたPCBs異性体を探索し、国際シンポジウム等で報告する。
水・岩石界面近傍の水の特性変化の状態分析

岩石間隙水中の溶存イオン分布を調べるために,高速遠心分離器を用いて岩石(多孔質流紋岩)の間隙水を抽出し,遠心力を段階的に上げて溶液組成の変化を調べた.溶液中の陽イオン,陰イオン濃度はイオンクロマトグラフを用いて測定した.溶存Siの濃度は,モリブデンブルー法で測定した.溶存イオン濃度(Na^+,K^+,NH_4^+,Ca^2+,Mg^2+,Cr^-,NO_3^-,SO_4^2-)は,0-1000Gの遠心力(全聞隙水の0-60%を抽出した段階)ではあまり変化が見られなかったが,1000-10000G(同60-90%)では大きく増加した.溶存Siの濃度は遠心力によらずほぼ一定,もしくは>1000Gで減少した.pHは約5-6で,遠心力による変化は認められなかった.遠心力が高いほどより細い間隙にある水が抽出されるため,遠心力が上がるに連れて間隙水の組成は界面近傍の組成に近くなると考えられる.水・岩石界面では,固体表面から溶解したイオンが溶液中に拡散し,界面からバルク溶液に向かって濃度勾配が生じる.遠心力の増大に伴う陽イオンと陰イオン濃度の増加は,この溶解・拡散による濃度プロファイルに相当すると考えることができる.拡散プロファイルの形状には,各イオンの拡散係数が関係する.Na^+,K^+,NH_4^+,Ca^2+,Mg^2+,Cl^-,NO_3^-SO_4^2-については,濃度変化のパターンが比較的類似しており,バルク溶液中の拡散係数の文献値が各イオン間で類似していることと調和的である。一方,溶存Siは,バルク溶液中の拡散係数が他のイオンと類似しているにもかかわらず,濃度変化のパターンはかなり他のイオンと異なっている.このことは,界面近傍において,Siは他の元素とは異なった拡散挙動を示すという可能性を示唆している.高速遠心分離器を用いて岩石(多孔質流紋岩)の間隙水を抽出し,段階的に遠心力を上げて溶存イオン濃度の変化を調べた.遠心力が0-1000Gでは溶存イオン濃度(Li^+,Na^+,K^+,NH_4^+,Ca^<2+>,Mg^<2+>,Cl^-,NO_3^-,SO_4^<2->)に顕著な変化は見られなかったが,1000-10000Gではこれらの濃度が増加した.溶存Siの濃度は遠心力によらず一定もしくは>1000Gで減少した.一般にシリケイトの固体-水界面では固体表面は負に帯電していて,溶存の陽イオン濃度は表面に近づくに連れて高くなり,陰イオン濃度は逆に低くなると考えられている.このような界面近傍での濃度プロファイルは電気二重層と呼ばれ,その厚さは<1μmであり,>1μmの領域はバルク組成になる.すなわち,細い間隙中の水の組成はバルク組成とは異なっている.遠心力が高いほどより細い間隙にある水が抽出されるため(1000Gでの間隙半径は約1μm),遠心力が上がるに連れて間隙水の組成は界面近傍の組成に近くなると予想される.陽イオン濃度が遠心力の増加に連れて増加したのは電気二重層中の濃度プロファイルと調和的だが,陰イオン濃度の増加は電気二重層では説明できない.岩石の間隙水中では岩石が溶解し,遠心分離中にも陽・陰両方のイオンが溶出する.高い遠心力ほど時間的により後になるので,溶解量は多くなる.本実験で得られた結果は,Cl^-,NO_3^-,SO_4^<2->などの陰イオンに関しては溶解の影響が大きいと考えられ,界面近傍での組成を知るためには溶解分の補正が重要になる.しかし,実験で得られた結果には界面近傍での組成変化が一部は含まれていると考えられる.特に,最も溶解量が多いSi濃度が>1000Gで減少するのは興味深く,Siは通常安定なSi(OH)_4(電荷ゼロ)の溶存状態ではなく,陰イオンとして溶存している可能性が示唆される.岩石間隙水中の溶存イオン分布を調べるために,高速遠心分離器を用いて岩石(多孔質流紋岩)の間隙水を抽出し,遠心力を段階的に上げて溶液組成の変化を調べた.溶液中の陽イオン,陰イオン濃度はイオンクロマトグラフを用いて測定した.溶存Siの濃度は,モリブデンブルー法で測定した.溶存イオン濃度(Na^+,K^+,NH_4^+,Ca^2+,Mg^2+,Cr^-,NO_3^-,SO_4^2-)は,0-1000Gの遠心力(全聞隙水の0-60%を抽出した段階)ではあまり変化が見られなかったが,1000-10000G(同60-90%)では大きく増加した.溶存Siの濃度は遠心力によらずほぼ一定,もしくは>1000Gで減少した.pHは約5-6で,遠心力による変化は認められなかった.遠心力が高いほどより細い間隙にある水が抽出されるため,遠心力が上がるに連れて間隙水の組成は界面近傍の組成に近くなると考えられる.水・岩石界面では,固体表面から溶解したイオンが溶液中に拡散し,界面からバルク溶液に向かって濃度勾配が生じる.

遠心力の増大に伴う陽イオンと陰イオン濃度の増加は,この溶解・拡散による濃度プロファイルに相当すると考えることができる.拡散プロファイルの形状には,各イオンの拡散係数が関係する.Na^+,K^+,NH_4^+,Ca^2+,Mg^2+,Cl^-,NO_3^-SO_4^2-については,濃度変化のパターンが比較的類似しており,バルク溶液中の拡散係数の文献値が各イオン間で類似していることと調和的である。一方,溶存Siは,バルク溶液中の拡散係数が他のイオンと類似しているにもかかわらず,濃度変化のパターンはかなり他のイオンと異なっている.このことは,界面近傍において,Siは他の元素とは異なった拡散挙動を示すという可能性を示唆している.
微小強磁性トンネル接合のスピンダイナミクス

1.微細加工技術を用いたナノ領域への高密度スピン注入(1)収束イオンビームおよび電子線リソグラフィを用い,絶縁層にMgOを用いることにより,最小100x200nm^2のトンネル微小接合を作製し,抵抗x面積値6Ωμm^2,磁気抵抗比90%を得た.(2)上記素子においてスピン注入磁化反転を観測することに成功した.反転に要した電流密度は7.7x10^6A/cm^2であり,熱処理温度の上昇とともに反転電流は増大した.2.素子界面におけるスピン緩和(1)強磁性体(FeNi)/非磁性体(Cu, Ru, Pt),および,FeNi/Cu/Pt積層膜の強磁性共鳴スペクトルを測定し,共鳴線幅より緩和時間およびスピン拡散長を見積もった.Cu内におけるスピン拡散長は室温で約350nm,液体ヘリウム温度で約1000nmであることがわかった.(2)強磁性体(FM)/Cu/CoFe積層膜の強磁性共鳴スペクトルを測定し,それぞれの磁性体の共鳴線幅の増大率を測定した.FMがCoFeBの場合,CoFeの線幅は大きく上昇しCoFeBの線幅の増大率は小さかった.3.コプレーナ線路からの高速パルス磁界応答信号測定(1)トンネル接合においてパルス電流を用いたスピン注入磁化反転の応答信号測定システム(パルス幅が1μs,パルス電流の最大値が20mA)を製作した.また,トンネル接合の反転電流のパルス幅依存性を調べ,パルス幅の減少により反転電流が増大することを実験的に明らかにした.(2)500psよりも更に速い時間スケールの磁化の変動を測定するため,ポンププローブ測定が可能な光学系を構築した.180x90μm^2のパーマロイ薄膜の磁化の才差運動によるシグナルを測定し,ダンピング定数α=0.008を得た.(3)積層フェリ構造の磁性層のダンピング定数はFeNi単層膜と比較して増大することを明らかにした.1.微細加工技術を用いたナノ領域への高密度スピン注入(1)収束イオンビームおよび電子線リソグラフィを用い,絶縁層にMgOを用いることにより,最小100x200nm^2のトンネル微小接合を作製し,抵抗x面積値6Ωμm^2,磁気抵抗比90%を得た.(2)上記素子においてスピン注入磁化反転を観測することに成功した.反転に要した電流密度は7.7x10^6A/cm^2であり,熱処理温度の上昇とともに反転電流は増大した.2.素子界面におけるスピン緩和(1)強磁性体(FeNi)/非磁性体(Cu, Ru, Pt),および,FeNi/Cu/Pt積層膜の強磁性共鳴スペクトルを測定し,共鳴線幅より緩和時間およびスピン拡散長を見積もった.Cu内におけるスピン拡散長は室温で約350nm,液体ヘリウム温度で約1000nmであることがわかった.(2)強磁性体(FM)/Cu/CoFe積層膜の強磁性共鳴スペクトルを測定し,それぞれの磁性体の共鳴線幅の増大率を測定した.FMがCoFeBの場合,CoFeの線幅は大きく上昇しCoFeBの線幅の増大率は小さかった.3.コプレーナ線路からの高速パルス磁界応答信号測定(1)トンネル接合においてパルス電流を用いたスピン注入磁化反転の応答信号測定システム(パルス幅が1μs,パルス電流の最大値が20mA)を製作した.また,トンネル接合の反転電流のパルス幅依存性を調べ,パルス幅の減少により反転電流が増大することを実験的に明らかにした.(2)500psよりも更に速い時間スケールの磁化の変動を測定するため,ポンププローブ測定が可能な光学系を構築した.180x90μm^2のパーマロイ薄膜の磁化の才差運動によるシグナルを測定し,ダンピング定数α=0.008を得た.(3)積層フェリ構造の磁性層のダンピング定数はFeNi単層膜と比較して増大することを明らかにした.ナノサイズ強磁性トンネル接合素子の作製・収束イオンビームを用いて,タングステンマスクパターンを作製し,これを用いることにより,最小400×400nm^2のトンネル微小接合を作製し,約30%のMR比を得た.・電子ビームリソグラフィーを用いることで,0.25100μm^2の接合を作製した.・原子間力顕微鏡(コンタクトモード)で微小トンネル接合の磁気抵抗曲線(MR曲線)を測定する装置を製作した.これを用いて2×0.7μm^2の接合のMR曲線を測定し,29%のMR比を得た.コプレーナ線路からの高速パルス磁界応答信号の測定・トンネル接合における強磁性電極の磁化反転に伴うトンネル電流の応答信号測定用プローブシステムを製作し,パルスの立ち上がり時間が50ps,応答信号の帯域が20GHzの特性を得た.・トンネル接合のパーマロイ層の磁化反転信号を測定し,500ps以下の反転時間および反転後の才差運動を観測した.これらの信号はLLG方程式による計算結果とほぼ一致した.ポンププローブ法による磁化の才差運動の測定・180×90μm^2のパーマロイ薄膜の磁化の才差運動によるシグナルを測定し,1ns以下の振動周期を観測した.得られたシグナルを解析し,ダンピング定数α=0.008を得た.

この値は強磁性共鳴から得られた値と一致した.・Pt/パーマロイ/Pt接合の磁化の才差運動を測定し,Ptでパーマロイを挟むことにより振動の減衰が増大する(αが増大する)ことを直接的に観測した.微細加工技術を用いたナノ領域への高密度スピン注入・収束イオンビームを用いて,タングステンマスクパターンを作製し,これを用いることにより,最小200×400nm^2のトンネル微小接合を作製し,約30%のMR比を得た.・スピン注入するためにトンネル素子の絶縁層を薄くして低抵抗化を図った.この結果,約50Ωμmの抵抗値で,磁気抵抗比が約10%の素子を得た.・低抵抗のトンネル素子に約2x10^6A/cm^2の電流密度の電流を流すことにより,磁化反転の信号を得た.素子界面におけるスピン緩和・強磁性体(FeNi)/非磁性体(Cu,Ru,Pt),および,FeNi/Cu/Pt積層膜の強磁性共鳴スペクトルを測定し,共鳴線幅より緩和時間およびスピン拡散長を見積もった.スピンカレントは強磁性の才差運動によって,非磁性体中に拡散(スピンポンピング)する.Cu内におけるスピン拡散長は室温で約350nm,液体ヘリウム温度で約1000nmであることがわかった.・スピン拡散長の温度依存性は,非磁性体内でスピンがフォノンにより散乱されるモデルで定性的に説明できた.コプレーナ線路からの高速パルス磁界応答信号測定・トンネル接合における強磁性電極の磁化反転に伴うトンネル電流の応答信号測定用プローブシステムを製作し,パルスの立ち上がり時間が50ps,応答信号の帯域が20GHzの特性を得た.・積層フェリ構造の強磁性トンネル接合における磁性層の反転ダイナミクスを測定するための微小素子を作製した.素子サイズ400nm以下で,反転磁界が13Oeまで低減した素子の作製に成功した.1.微細加工技術を用いたナノ領域への高密度スピン注入(1)収束イオンビームを用いて,タングステンマスクパターンを作製し,これを用いることにより,最小140x250nm^2のトンネル微小接合を作製し,抵抗×面積値140Ωμm^2,磁気抵抗比17%を得た.(2)加工プロセスに電子線リソグラフィを導入し,絶縁層にMgOを用いることにより、最小100x200nm^2のトンネル微小接合を作製し、抵抗×面積値6Ωμm^2,磁気抵抗比90%を得た.(3)上記素子においてスピン注入磁化反転を観測することに成功した.反転に要した電流密度は7.7x10^6A/cm^2であり,熱処理温度の上昇とともに反転電流は増大した.2.素子界面におけるスピン緩和(1)強磁性体(FM)/Cu/CoFe積層膜の強磁性共鳴スペクトルを測定し,それぞれの磁性体の共鳴線幅について,単層膜におけるそれからの増大率を測定した.FMがCoFeBの場合,CoFeの線幅は大きく上昇しCoFeBの線幅の増大率は小さかった.反対にFMがFeNiの場合はCoFeの増大率が著しく小さく,FeNiの線幅の上昇率は大きかった.(2)上記の実験結果は,FeNiのスピン拡散長と比抵抗を反映するスピン抵抗値がCoFeBのそれよりも大きいとすることで説明できた.3.コプレーナ線路からの高速パルス磁界応答信号測定(1)トンネル接合においてパルス電流を用いたスピン注入磁化反転の応答信号測定システム(パルス幅が1μs,パルス電流の最大値が20mA)を製作した.また,トンネル接合の反転電流のパルス幅依存性を調べ,パルス幅の減少により反転電流が増大することを実験的に明らかにした.(2)積層フェリ構造の磁性層の反転ダイナミクスを明らかにするため,ポンププローブ法を用いてダンピング定数を測定した,積層フェリ構造の磁性層のダンピング定数はFeNi単層膜と比較して増大することを明らかにした.
ウエルシュ菌β毒素の免疫系細胞の受容体-シグナル伝達系に対する作用機構の解析

ウエルシュ菌β毒素の免疫系細胞のシグナル伝達系に対する作用を検討すると、毒素は細胞膜の脂質ラフトに結合しオリゴマーを形成後、内因性ホスホリパーゼC(PLC)を活性化し、産生されたイノシトール3リン酸が細胞内Ca^<2+>濃度を上昇させることが判明した。その後、Ca^<2+>を介する一連のシグナル伝達系が働き、TNF-α遊離が促進する。すなわち、β毒素は、内因性PLCを活性化後、サイトカインの遊離や細胞毒性を誘導すると考えられる。ウエルシュ菌のβ毒素が血液系細胞のいかなるシグナル伝達系を活性化して細胞障害活性を示すのかを検討した。まず,セルライン化された単球系,T細胞系,B細胞系の培養細胞,そして,好中球などを用いてβ毒素がこれら細胞に対して細胞毒性を示すかどうか検討した。その結果,本毒素は,単球系のU937とTHP-1細胞に対して最も低濃度で細胞毒性を示し,次に,HL-60細胞であった。これに対し,MOLT4細胞(T細胞系)やBall-1細胞(B細胞系)には作用が弱いが毒性を示し。一方,好中球に対しては作用を示さなかった。次に各細胞のラフトへの32PAラベル毒素の結合を比較すると,本毒素に感受性が強かったU937細胞とTHP-1細胞のラフトに本毒素のオリゴマーが強く結合し,他の細胞には毒素の感受性に従って低下した。そこで,本毒素に対して感受性が高いTHP-1細胞のシグナル伝達系に対する毒素の効果を検討した。その結果,本毒素をTHP-1細胞に作用させると,約1分で内因性ホスホリパーゼC(PLC)の活性化が認められ,5分後に最大となりその後,減少する一過性の活性化が認められた。本毒素による細胞毒性は内因性PLCの阻害剤であるU73122で阻害され,そのネガティブコントロールであるU73343では阻害されないことからβ毒素による内因性PLCの活性化が,毒素活性に強く関与している推察される。さらに,THP-1細胞を毒素処理するとMEKやERKのリン酸化が認められた。以上の結果から,β毒素は,THP-1細胞のシグナル伝達系に影響を与え,細胞障害作用を示すことが明らかとなった。β毒素の細胞毒性機構を明らかにするため、本毒素がシグナル伝達系にいかなる影響を与えてるかを検討すると、HL-60細胞を本毒素で処理すると、約5分で内因性ホスホリパーゼC (PLC)の活性化が認められ、また、本毒素の細胞毒性はPLC阻害剤で有意に阻害された。次に、毒素によるホスホリパーゼCの活性化の結果、生じたイノシトール3-リン酸(IP3)は、細胞内貯蔵Caイオンの細胞質への遊離促進と遊離したCaイオンが細胞膜のCaチャネルから外液Caイオンの流入を誘導することが知られている。そこで、β毒素による細胞内Caイオン濃度の変化を測定するため、HL-60細胞にCaイオン蛍光試薬であるFura-2を取り込ませ、細胞内のCaイオン濃度の変化をリアルタイムに観察すると毒素処理で、急速な細胞内Caイオン濃度の上昇が認められた。さらに、本毒素による細胞からのサイトカイン遊離を測定すると、TNF-αのmRNA増加とTNF-α遊離促進作用が認められた。すなわち、β毒素は、細胞膜のラフトでオリゴマーを形成して受容体を刺激して内因性ホスホリパーゼCの活性化を誘導する。その結果、生じたIP3が細胞内Caイオン濃度を上昇させ、さまざま、シグナル伝達系の活性化が引き起こされTNF-αのmRNA合成促進により、細胞外へのTNF-αの遊離を促進する。さらに、種々のイオンの流出入により細胞が膨化し、細胞毒性を示すことが明らかとなった。すなわち、β毒素のオリゴマーによるポアー形成と本毒素のシグナル伝達系の活性化が重要であることが判明した。