hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
PCクラスター並列計算環境におけるCFDコーティング技術の開発

本研究の目的は,安価なPCクラスター並列計算環境におけるCFD,特にRANS法のコーディング技術の開発である.以前盛んに行われた計算コードのベクトル化の場合と異なり,並列計算の高効率化はコンパイラーオプションの発達だけでは達成できない.本研究ではRANS法およびその高度利用法,すなわち動的シミュレーションとRANS法応用船型自動最適化までを視野に入れた,コーディング技術の開発を目指した.研究の最終段階では64CPUクラスター環境においてもスケーラブル(scalable)であり,LINUX環境のメッセージ・パッシング・インターフェース(MPI)プロトコル対応の高効率コーディング技術を開発した.過去4年の研究期間を終了するに至り,要約すると以下の成果を得た:(1)「64CPU-PCクラスターシステムの構築」本研究課題を遂行する準備として,2GBPS高速ネットーワークで結合した64CPU-PCクラスターシステムと,LINUX環境で稼動するMPIプロトコル対応の並列計算環境を構築した(2)「MPIプロトコル対応非定常マルチブロックRANS法のコーディング技術の開発」ここでは,領域分割法を基礎とした並列計算処理技術のさらなる高効率化を目指し,最終的には米国アルゴン国立研究所で開発されている並列計算対応・高効率楕円型偏微分方程式ソルバーの導入を完了し,これをより高度に利用したMPIグループコミュニケーターを用いた多重RANS法実行アルゴリズムの確立と,その非勾配法型非線形計画法との結合による高効率船型最適化への応用を達成した(3)「最終的評価およびドキュメンテーション」本研究プロジェクト4年間の総括として,システムおよび並列計算コード群の最終的評価と報告書・論文の作成を進め,現在までに国内学会や国際会議,さらに国際学術誌で発表するための10数編の論文を完成することができた.実際にはさらに多くの発表すべき成果を得ているため,ドキュメンテーションは今後も継続的する方針である.以上の成果をもって,本年度ならびに4年間の本研究プロジェクトの所期目的は全て達成できたと考える.本研究の目的は,安価なPCクラスター並列計算環境におけるCFD,特にRANS法のコーディング技術の開発である.以前盛んに行われた計算コードのベクトル化の場合と異なり,並列計算の高効率化はコンパイラーオプションの発達だけでは達成できない.本研究ではRANS法およびその高度利用法,すなわち動的シミュレーションとRANS法応用船型自動最適化までを視野に入れた,コーディング技術の開発を目指した.研究の最終段階では64CPUクラスター環境においてもスケーラブル(scalable)であり,LINUX環境のメッセージ・パッシング・インターフェース(MPI)プロトコル対応の高効率コーディング技術を開発した.過去4年の研究期間を終了するに至り,要約すると以下の成果を得た:(1)「64CPU-PCクラスターシステムの構築」本研究課題を遂行する準備として,2GBPS高速ネットーワークで結合した64CPU-PCクラスターシステムと,LINUX環境で稼動するMPIプロトコル対応の並列計算環境を構築した(2)「MPIプロトコル対応非定常マルチブロックRANS法のコーディング技術の開発」ここでは,領域分割法を基礎とした並列計算処理技術のさらなる高効率化を目指し,最終的には米国アルゴン国立研究所で開発されている並列計算対応・高効率楕円型偏微分方程式ソルバーの導入を完了し,これをより高度に利用したMPIグループコミュニケーターを用いた多重RANS法実行アルゴリズムの確立と,その非勾配法型非線形計画法との結合による高効率船型最適化への応用を達成した(3)「最終的評価およびドキュメンテーション」本研究プロジェクト4年間の総括として,システムおよび並列計算コード群の最終的評価と報告書・論文の作成を進め,現在までに国内学会や国際会議,さらに国際学術誌で発表するための10数編の論文を完成することができた.実際にはさらに多くの発表すべき成果を得ているため,ドキュメンテーションは今後も継続的する方針である.以上の成果をもって,本年度ならびに4年間の本研究プロジェクトの所期目的は全て達成できたと考える.本研究の目的は,安価なPCクラスター並列計算環境におけるCFD,特にRANS法のコーディング技術の開発である.本研究では,特にRANS法およびその高度利用法,すなわち動的シミュレーションとRANS法応用船型自動最適化までを視野に入れた,コーディング技術の開発を目指す.本年度は初年度であったので,まず「4PCクラスター並列計算環境の立上げ」および「MPIプロトコル対応コーディング環境のパフォーマンス調査」,さらに「マルチブロック型RANS法の整備」を目標とした.その結果,2GBPS高速ネットワークで結合した24PCクラスター並列計算環境の立上げと,そのネットワーク環境の整備を行ったとともに,LINUX環境で稼動するMPIプロトコル対応のフォートラン・コンパイラー(フォートラン90)のインストールが完了した.さらに並列処理対応型・流力形状最適化手法のプロトタイプを開発し,そのテストプログラムを用いたパフォーマンス評価も行った.すなわち,適当なコーディングによって,計算スピードがプロセッサーの数にほぼ比例することを確認した.本研究では,まずマルチブロックRANS法を並列計算に対応させ,そして計算空間を複数のブロックに分割し,各ブロックを別個のプロセッサーで計算させることにより,計算スピードの大幅な増加を目指す方法をとる.その方針に基づき,本年度ではマルチブロック型RANS法の整備も行い,将来並列計算対応のコーディングを行う準備を整えた.以上の成果をもって,本年度の所期の目的はほぼ全て達成できたと考える.本研究の目的は,安価なPCクラスター並列計算環境におけるCFD,特にRANS法のコーディンク技術の開発である.

本研究では,特にRANS法およびその高度利用法,すなわち動的シミュレーションとRANS法応用船型自動最適化までを視野に入れた,コーディング技術の開発を目指す.本年度は第2年度であり,「PCクラスター数の拡張」および「MPIプロトコル対応コーディング環境のパフォーマンス調査」,さらに「MPIプロトコル対応グリッド・ジェネレーターおよびマルチブロックRANS法のコーディング技術の開発」を目標とした.その結果,2GBPS高速ネットワークで結合した48CPU・PCクラスター並列計算環境への拡張とネットワーク環境の整備,さらにコマーシャルベースのマルチブロック型RANS法を用いたパフォーマンス調査を行い,本研究で構築したシステムは,特に中・大規模問題に対する並列計算を行う場合において極めて有望であることを確認することができた.加えて本研究で導入したMPIプロトコル対応の格子生成法とマルチブロックRANS法の開発,さらにRANS法援用・流力形状最適化問題の解法の開発にも着手した.特にSQP(Successive Quadratic Programming)とGA(Genetic Algorithm)に基づく最適化問題の解法に関しては,並列計算環境の応用が極めて効果的であることと,今後のさらなる検討によってより高効率の手法に拡張できる可能性を示すことができた.以上の成果をもって,本年度の所期の目的はほぼ全て達成できたと考える.本研究の目的は,安価なPCクラスター並列計算環境におけるCFD,特にRANS法のコーディング技術の開発である.以前盛んに行われた計算コードのベクトル化の場合と異なり,並列計算の高効率化はコンパイラーオプションの発達だけでは達成できない.本研究では,特にRANS法およびその高度利用法,すなわち動的シミュレーションとRANS法応用船型自動最適化までを視野に入れた,コーディング技術の開発を目指す.研究の最終段階では64CPUクラスター環境においてもスケーラブル(scalable)であり,LINUX環境のメッセージ・パッシング・インターフェース(MPI)プロトコル対応の高効率コーディング技術を開発する.本年度は第3年度であり,「64CPU-PCクラスター並列計算環境への拡張」および「MPIプロトコル対応非定常マルチブロックRANS法のコーディング技術の開発」さらに「MPIプロトコル対応RANS法応用非線形計画法のコーディング技術の開発」を目標とした.その結果,2GBPS高速ネットワークで結合した64CPU・PCクラスター並列計算環境への拡張とネットワーク環境の整備,さらに米国アルゴン国立研究所で開発されている並列計算対応・高効率楕円型偏微分方程式ソルバーを用いたシステムのパフォーマンス調査を行い,本研究で構築したシステムは,特に中・大規模問題に対する並列計算を行う場合において極めて有望であることを確認することができた.加えて本研究で導入したMPIプロトコル対応のマルチブロックRANS法の開発,さらにRANS法援用・流力形状最適化問題の解法の開発も行った.
骨組織再生のためのナノカーボンファイバーシートを用いた機能性足場材の開発

エレクトロスピニング法で作製したナノサイズのカーボンファイバーを立体構築したナノカーボンファイバーシート(NCFS)を開発し、その骨組織親和性、骨形成能を評価し骨組織再生療法のscaffoldとしての可能性を検討した。NCFSは骨形成蛋白質(rhBMP-2)を複合させることによりマウス頭蓋骨に形成した骨欠損部に良好な骨再生を誘導した。また、骨芽細胞の増殖試験では、NCFS上にて骨芽細胞は強い増殖性を示し、石灰化培地によるNCFS上での培養では骨芽細胞の分化を示すALPの活性が上昇していることが確認された。これらの結果から、NCFSは骨再生のscaffoldとして有用であることが示唆された。ナノカーボンのみから構成された足場材であるナノカーボンブロック(NC block)を新規作製し、骨形成能を評価した。まず、骨形成タンパク(BMP)を浸み込ませたさまざまなpore sizeのNC blockをマウス背筋内に埋め込むモデルで骨形成能をCTにより評価し、さらに組織標本を作製して形態学的に評価した。CTではNC block内部まで骨形成を認め、組織学的にもNC blockを構成するナノカーボンファイバーの間に骨組織が入り込んでいる像を示した。これにより、BMPによる骨再生において、多孔質のNC blockがscaffoldとして有効であると考えられた。高い細胞接着性と多孔性を示す比表面積の大きなナノカーボンファイバーによる構造体が、細胞の侵入、保持、血管の侵入、基質形成などに有利に働くことが考えられた。さらに、NC blockが骨形成を促進するメカニズムを、骨芽細胞の石灰形成能促進や細胞内カルシウム濃度の変化、ハイドロキシアパタイト凝集と関連付けて考察した。また、NC block表面の基本的生体反応評価として、培養系における細胞接着の検討を行った。細胞培養用のプラスチックプレートをコントロールに設定し、NC blockとプラスチックプレート上に各種の細胞を培養して経時的にセルカウントを行い、細胞増殖能を評価した。その結果、コントロールに比較してNC block上では、骨芽細胞系cell lineであるMC3T3-e1細胞の増殖が有意に増加していた。このことから、NC blockの骨芽細胞接着性の高さが骨組織再生のscaffoldとして有効性を担うと考えられた。平成24年度は、立体構築が可能なナノカーボンファイバーシート(NCF)を作製し、NCFと皮下組織の反応を評価した。また、NCFを実験動物に埋め込んだ組織反応を形態学的に評価した。さらに、NCFが骨形成を促進するメカニズムを、骨芽細胞の石灰形成能促進、ハイドロキシアパタイト凝集と関連付けて考察した。BMPによる骨再生実験において、立体構築したNCFをscaffoldに用いることにより、高い細胞接着性と多孔性を示す比表面積の大きなNCFによる構造体が、細胞の侵入、保持、血管の侵入、基質形成などに与える影響を検討した。一方、NCF細胞療法による骨再生用scaffoldとしての有用性を評価した。ラットの大腿骨・脛骨から骨髄細胞を採取し、1週間培養した。この骨髄細胞を回収し、骨形成用培養液を加えて6.0×104cell/mLの濃度に希釈してdishに10mLずつ播種した。2週間培養後に骨髄細胞をdishから剥がして骨髄細胞シートを作成した。NCFインプラントを細胞シートで包み,ラット背部皮下に移植を行った。この実験において、NCF存在下の骨組織関連細胞の分化・増殖、細胞内の遺伝子レベルでの変化、細胞内シグナル系などを解析するための基盤技術を構築した。また、NCF表面における基本的生体反応評価として、培養系における細胞接着の検討を行った。立体構築が可能なナノカーボンファイバーシート(NCF)を作製し、NCFによるin vivoおよびin vitroでの骨再生のscaffoldとしての能力を評価した。マウス頭蓋骨を用いた骨再生実験において、立体構築したNCFをscaffoldに用いることにより、高い細胞接着性と多孔性を示す比表面積の大きなNCFによる構造体が、細胞の侵入、保持、血管の侵入、基質形成などに与える影響を検討した。マウス頭蓋骨に径5mmのcritical sizeの孔を作成し、そこにNCFで作成したscaffoldを挿入し、12週後と24週後にマイクロCT、組織学的評価で骨形成を確認した。コントロールにはコラーゲンのscaffoldを用いた。NCFを用いた群は、コントロール群と比較して、良好な骨形成を認めた。また、NCFを細胞療法に用いるため、骨再生用scaffoldとしての有用性を評価した。NCFに培養細胞を接着させ、細胞接着能、分化誘導を行った際の骨芽細胞の分化能を評価した。細胞接着・増殖能評価では、コントロールである培養皿と比較して遜色のない細胞接着性・増殖性を認めた。分化能評価として行ったALPアッセイでも、コントロールと比較して遜色ない細胞分化マーカーの上昇を認めた。骨芽細胞を接着、増殖させたNCFをマウス背筋内に移植したところ、骨基質の新生を認めた。

本研究により、NCFは細胞親和性が良好で、網状構造とすることにより細胞維持能力に優れ、細胞の足場としての能力が高いこと、生体内で骨基質との親和性が良好で、新規骨形成を促進することを明らかにした。以上より、NCFは骨再生のscaffoldとして適した素材として、高い能力を有していると結論した。整形外科学足場材としてのNC blockの開発、NC blockの骨形成能評価、サイトカイン療法による骨再生用足場材としてのNC blockの有用性などについては、その検討を十分に行うことができた。In vitroの実験系において、骨再生用足場材としてのNC blockは優れた骨形成能を示した。また、In vitroの実験系においても、NC blockはコントロールと比較して、優れた細胞接着性を示した。ナノカーボンは陰性に荷電しており、それがカルシウムイオンを引き寄せることにより細胞外基質のカルシウム濃度を上昇させている可能性があり、その検討は今後行う必要がある。また、NC blockはハイドロキシアパタイトを析出させることが示唆されており、それが石灰化誘導に有効に働いている可能性も考えられる。いずれにせよ、NC blockはIn vitro、In vivoの両実験系において、骨形成を促進する可能性が高く、この基盤技術を用いて、生体内および生体外でNC blockを足場材として骨再生技術の開発研究を発展させることができると考えている。Scaffoldとして立体構築が可能なNCFの開発、NCFと皮下組織の反応評価、NCFと骨組織の反応評価、サイトカイン療法による骨再生用scaffoldとして最適なNCFの探求などについては、本研究課題の基礎となった研究を発展させる検討を十分に行うことができた。研究初年度として最も力を入れたのは、細胞療法による骨再生用scaffoldとして最適なNCFの探求であり、上記のように基盤となる研究技術の構築に大きな成果をあげることができた。この基盤技術を用いて、来年度以降の生体内および生体外でのNCFをscaffoldとして骨再生技術の開発研究を発展させることが可能であり、順調に進展している。また、NCF存在下の骨組織関連細胞の反応評価も、十分な基盤技術を構築できたと考える。一方、NCF表面における基本的生体反応評価(タンパク質の吸着、血栓形成、補体系活性化)とマクロファージの反応評価は本年度やや遅れており、来年度以降更に力を入れて研究を継続する。ラット皮下に移植したNC blockに形成された異所性骨について、CT等で骨密度など十分な観察を行い、NC blockの骨再生療法の足場材料としての性能を評価する。また、形成された異所性骨を採取して骨形成過程、周囲軟部組織との反応を観察することにより、組織親和性および足場材料としての評価を行う。NC blockのpore sizeや密度を調整することにより、骨再生に最良なインプラントの探究を行う。
虚血再灌流時の冠循環一酸化窒素のリアルタイム計測とその病態生理学的意義の解析

実験対象としては、昨年度と同様に大動脈から逆行性に潅流するいわゆるランゲンドルフ潅流ラット摘出心を用い、肺動脈から駆出されてくる冠潅流液中のNO濃度を計測した(1pA≒1.5nM NO)。1虚血再潅流時における活性酸素スカベンジャー投与虚血再潅流時に産生が増大していると考えられている活性酸素ラジカル(・O_2^ー)の影響を検討するため、活性酸素ラジカルスカベンジャーとしてsuper oxide dismutase (SOD)と合成型活性酸素ラジカルスカベンジャーを潅流液中に溶解して比較検討した。SOD、合成型スカベンジャーともにスカベンジャ活性が安定せず顕著な影響(・O_2^ーによるNOのスカベンジ)を確認できなかった。潅流方法などを変更しスカベンジャーの活性を保持するべく改善を行っている。2低圧潅流時におけるアンギオテンシン変換酵素阻害薬投与実験対象としては、昨年度と同様に大動脈から逆行性に潅流するいわゆるランゲンドルフ潅流ラット摘出心を用い、肺動脈から駆出されてくる冠潅流液中のNO濃度を計測した(1pA≒1.5nM NO)。2低圧潅流時におけるアンギオテンシン変換酵素阻害薬投与潅流圧の低下(100cmH_2O→50cmH_2O)に伴いNO生成量も低下するが(49±4% vs 100cmH_2O,p<0.05)、そこで、アンギオテンシン変換酵素(ACE)阻害薬のイミダプリラート(50nM)を潅流したところ潅流量の増加(57±3% vs 100cmH_2O,p<0.05)とともにNO濃度が上昇した(44±9%、75±6% vs 100cmH_2O、p<0.05)。この結果から冠潅流液中のNO濃度の上昇と同時に潅流量も増大していると推測されるが、ACEによるブラディキニン失活作用をイミダプリラートの潅流によって阻害しNO産出が促進され、それに伴う潅流量の増加が窺われた。[目的]本研究は微細NOセンサによる心臓局所でのNO濃度変化をリアルタイム計測に対する微細NOセンサの適応性と、本計測法によってNOの冠循環への関与、心筋虚血・再灌流障害との関係について検討することである。平成8年度は、NO放出量測定用ニードル型NOセンサーおよびシステムの評価;L-NMMA、L-NAなどによるNO合成阻害;冠灌流圧変化;虚血時間の影響について検討を行った。[結果]L-arginineまたはL-NAを添加し、灌流すると、それぞれ灌流開始直後からNO濃度は上昇、または低下し、冠循環系において、速い時間応答でNOの濃度が調節されることが観察された。灌流圧の上昇による冠流量増加伴い冠灌流液中のNO濃度も増加した。全心虚血後の冠灌流液中のNO濃度の経時変化は、1分虚血後では、一峰性の経時変化を、また10分虚血後では、二峰性の経時変化を示した。[まとめ]心臓でのNOリアルタイム計測に対して、本計測法の有効性が示された。冠灌流圧変化、心筋虚血に対し、NOは、速い時間応答で生成、放出され、冠循環調節に関与するものと思われた。また心臓の虚血再灌流時のNO生成パターンには、再灌流に伴うShearstressの急激な変化と共に虚血時間が関与しているものと考えられた。[今後の展開]NOは反応性が高く、活性酸素(・02_-)など他の生体内ラジカル種と容易に反応することから、NOと他のラジカル種との相互作用が冠血流に影響を及ぼし、さらには冠循環を障害する可能性があり、NOとNOを介した冠血流調節に対する他のラジカル種の影響を検討する予定である。実験対象としては、昨年度と同様に大動脈から逆行性に灌流するいわゆるランゲンドルフ灌流ラット摘出心を用い、肺動脈から駆出されてくる冠灌流液中のNO濃度を計測した(1pA≒1.5nM NO)。1虚血再灌流時における活性酸素スカベンジャー投与虚血再灌流時に産生が増大していると考えられている活性酸素ラジカル(・O_2)の影響を検討するため、活性酸素ラジカルスカベンジャーとしてsuper oxide diismutase(SOD)と合成型活性酸素ラジカルスカベンジャーを灌流液中に溶解して比較検討した。SOD、合成型スカベンジャーともにスカベンジャ活性が安定せず顕著な影響(・O_2によるNO^-のスカベンジ)を確認できなかった。灌流方法などを変更しスカベンジャーの活性を保持するべく改善を行っている。2低圧灌流時におけるアンギオテンシン変換酵素阻害薬投与
煙火組成物の劣化挙動の解析と評価

煙火組成物として過塩素酸アンモニウムと塩化マグネシウムの混合物を用い、水分による劣化機構の解明と物理的変化の評価を行った。調湿環境下での挙動を把握するため、調湿環境の整備と反応量の測定手法を確立した。測定から、水分吸着による可逆過程と水分との反応による不可逆的な変化が発生することがわかった。水酸化ナトリウムの生成のほか、酸性条件下では過塩素酸の還元過程が存在することが示唆された。体積膨張によるクラックのほか、体積・密度変化が観察されたが、体積膨張速度より吸湿による重量増加速度が大きいことがわかった。劣化前後の燃焼試験で組成変化による燃焼速度・燃焼温度の変化が観察された。本研究では、煙火組成物として用いられている過塩素酸アンモニウムと塩化マグネシウムの混合物を用い、水分のある環境下における混合物の劣化機構の解明とそれによる物理的変化の評価を目的としている。煙火組成物は混合する物質の種類や混合割合によって得られる効果は多様であり、関連する研究には、目指す光・色等を実現する表現に関する研究と安全に利用するための研究に大別される。本研究は後者に属するが、これは煙火組成物が火薬類として熱などの外部刺激によって容易に爆発することによりこれまで多くの事故を起こしてきた経緯などから、劣化の過程を把握することは煙火の挙動を制御したうえで、安全な取り扱いをするために重要な意義があるためである。特に、湿度の高い我が国では湿度の影響を詳細に検討することは重要性が高いと考えられる。複数年の研究期間中に制御された湿度環境下での劣化挙動の把握を行うために、平成25年度は十分な水の量を加えた結果起こる反応挙動を調査した。これは反応量の多い極湿潤条件を用いて、どのような反応が起こりうるか、反応の結果生成する反応生成物などを測定することにより実際の調湿環境下での現象について目算を立てるためである。調整した温度条件で混合した試料を保持して生成した結果、イオン交換反応や酸化還元反応によって生成した化学種が確認された。また、生成した液中のイオン量を計算によって推算可能であることがわかった。本研究では、煙火組成物として用いられている過塩素酸アンモニウムと塩化マグネシウムの混合物を用い、水分のある環境下における混合物の劣化機構の解明と、それによる物理的変化の評価を目的としている。煙火組成物が火薬類として熱などの外部刺激によって容易に爆発することにより多くの事故を起こしてきた経緯などから、劣化の過程を把握することは煙火の挙動を制御した上で、安全な取扱いをするために重要な意義があるためである。特に湿度の高いわが国では湿度の影響を詳細に検討することは重要性が高いと考えられる。複数年の研究期間中に制御された湿度環境下での劣化挙動の把握を行うために、平成25年度は十分な水を与えた場合(極湿潤状態)での挙動を精査したが、平成26年度は前年度に劣化過程で検出された化学種の生成についての確認のほか、調湿環境下での挙動を把握するため、調湿環境の条件調整・反応器の整備,試料の吸湿量・反応量の測定手法を確立した。本研究では、煙火組成物として過塩素酸アンモニウムと塩化マグネシウムの混合物を用い、水分のある環境下における劣化機構の解明と、それによる物理的変化の評価を目的とした。煙火組成物は火薬類であり、熱などによって容易に爆発し多くの事故を起してきた経緯などから、劣化過程の把握は煙火の挙動を制御し、安全な取扱いをする上で重要な意義があるといえる。さらに、わが国の気候を考慮し劣化に影響を与える外部環境の中でも湿度について着目した。平成27年度は前年度に条件調整・整備を行った調湿環境を利用し、劣化による変化の分析を行った。外観・密度調査では,走査電子顕微鏡を用いた表面観察を実施し、調湿環境下での貯蔵の結果、表面に樹状生成物が確認された。調湿環境下での貯蔵による重量変化は、可燃物(マグネシウム)のみを貯蔵するより過塩素酸アンモニウムとの混合物にすることにより増加速度が増大することから、過塩素酸アンモニウムが吸湿性の主たる原因と考えられた。また、貯蔵後に乾燥過程を経た試料の測定から、水分吸着のみならず空気中の水分との反応による不可逆的な変化が発生することがわかった。貯蔵中には体積・密度変化が観察され体積膨張速度より吸湿による重量増加速度が大きいことがわかった。光学顕微鏡による観察から体積膨張によるクラック発生が見られ、ビッカース硬さ試験機から石英と類似の破壊靱性値が得られた。劣化前後の試料について燃焼試験を実施し、組成の変化による燃焼速度・燃焼温度の変化が見られた。生成物分析については、分光分析により水酸化マグネシウムの精製が確認された。吸湿後試料の熱による分解は、吸湿前の試料よりも発熱量の低下・発熱開始速度の上昇が見られた。一方、反応に含まれる過塩素酸の還元過程の可能性を検討したところ、酸性条件下では過塩素酸の還元過程が存在することが示唆された。

体積膨張によるクラックのほか、体積・密度変化が観察されたが、体積膨張速度より吸湿による重量増加速度が大きいことがわかった。劣化前後の燃焼試験で組成変化による燃焼速度・燃焼温度の変化が観察された。平成26年度においては、調湿環境下での状態変化の測定のため、調湿条件の調査および調湿環境条件を与える反応器の整備を行うほか、劣化に伴って生成すると考えられる化学種から劣化状況の追跡を実施する計画であったが、ラマン分光分析・イオンクロマトグラフィー等を用いて定量分析を行い、調査は順調に実施した。安全工学これまでの成果として得られた試料の吸湿量・反応量の測定手法を利用し、劣化の化学的痕跡の追跡のほか、物理的変化の追跡を実施する。平成25年度においては、極湿潤下で組成物を静置し、変化を経過を追って測定して湿度の影響を調査することが計画であり、その調査は順調に実施した。化学種や液性の分析や反応の解析を行い、計算から実験値が推算できる結果となった。また、計画を少々早めて今後実施予定の実規模測定の準備となる予備調査や予備実験を実施した。一方、試料の解析より、これまでに見られなかった化学種が見つかった。具体的には試料に加えられていた過塩素酸由来と考えられるClOx-であり、現在再現性を調査中である。再現性の確認や発生条件が解明されれば、湿潤環境下での反応機構を明らかにすることに寄与すると考えている。当初計画していた物理的評価パラメータ選定は実施したものの、その測定前には調湿量・反応量の測定手法確立の優先度が高いと判断し、そちらに注力したため、支出が当初予定額よりも少なくなった。また実験のための研究所・実験施設への出張は行ったが、学会など宿泊等を伴う遠方への出張を行わなかったため、大きな旅費が発生しなかった。計画通り、調湿環境下での状態変化の測定の為、調湿条件の調査および調湿環境条件を与える反応器の整備を行うほか、劣化による外観・密度などの物理的変化のパラメーター設定、劣化状況の追跡を実施し、劣化による変化と燃焼性の相関について調査する。また、前年度に検出された化学種の生成について再現性の確認を行う。次年度は劣化による物理的な評価パラメータ測定を行うなど本年度よりも必要経費が増加するため未使用額については次年度研究費とあわせて使用する計画である。
構造遺伝子に由来しない薬剤感受性低下アセチルコリンエステラーゼの生成機構

昆虫AChEのアミノ酸高度保存領域に対応するプライマーを使ったPCRにより、コガタアカィエカ、イエバエ、イネドロオイムシ、ツマグロヨコバイ、ワタアブラムシ、モモアカアブラムシ、ナミハダニ、コナガのAChE・cDNAをクローニングし、その配列を明らかにした。それぞれの害虫で感受性系統と抵抗性系統のAChEアミノ酸配列を比較したところ、イエバエではアミノ酸置換が認められ、その他の害虫では感受性低下の原因となる置換は見られなかった。イエバエAChE遺伝子をバキュロウィルスに組み込み培養細胞Sf9で発現させると、対応した感受性及び感受性低下のAChEが得られた。感受性、抵抗性系統間でAChE・cDNAにアミノ酸置換がないコガタアカイエカのAChE遺伝子をカイコ培養細胞で発現させると当然ながらどちらからも感受性AChEが得られた。さらに、コガタアカイエカの有機リン剤抵抗性因子の連鎖群解析結果は、AChE構造遺伝子と感受性低下因子とが別の染色体に存在することを示したことから、我々の得た結果を素直に解釈し、キイロショウジョウバエ、イエバエなどを除く殆どの昆虫、ダニではAChE薬剤感受性低下の要因はAChE構造遺伝子にはなく、蛋白が高次構造を形成する間に働く修飾要因が感受性低下を決定していると結論される。遺伝子レベルでの修飾遺伝子追求は現在の研究段階ではかなり困難と思われる。そこで、コガタアカイエカの感受性、感受性低下AChEを精製して、両者を比較することで、感受性低下AChEではどのような修飾が起きているかを探ることにて、AChE阻害剤観リガンドとしたアフィニティ・ゲルによる精製を試みた。その結果、感受性AChEは使用したゲルで分離できるが、感受性低下AChEではゲルに非常に吸着し難いことが判明し、感受性低下となる構造変化の場所が推定された。昆虫AChEのアミノ酸高度保存領域に対応するPCRプライマーを使い、これまでにコガタアカイエカ、イエバエ、イネドロオイムシ、モモアカアブラムシ及びナミハダニのAChE遺伝子をクローニングし、ダイレクトシークエンスによってそのDNA配列を明らかにした。それぞれの害虫で感受性と感受性低下系統のAChEアミノ酸配列を比較したところ、イエバエとナミハダニではアミノ酸置換が認められ、その他4種では両者にアミノ酸置換は見付からなかった。イエバエのAChE遺伝子をバキュロウィルスに組み込み培養細胞で発現させると、感受性及び感受性低下のAChEが得られ、薬剤感受性低下が蛋白構造中のアミノ酸置換に由来することが証明された。ナミハダニの感受性低下系統の一部にはF439Cのアミノ酸置換が存在し、これが活性中心部分を取り巻く芳香族アミノ酸の一つであるため、この置換には意味が有る可能性もある。現在、この変異型AChE遺伝子の発現を試みている。同様に、コガタアカイエカのAChE遺伝子を発現させると、コードするアミノ酸配列が感受性、抵抗性系統に違いが認められないことから、当然用いた遺伝子の由来に関係なく感受性AChEが得られた。また、コガタアカイエカの抵抗性因子の連鎖群解析を行った結果、AChE遺伝子と感受性低下因子とは別の染色体に存在することが明らかになった。以上の結果をまとめると、殆どの昆虫でAChEの薬剤感受性低下の要因はAChE構造遺伝子にはなく、蛋白が高次構造を形成する間に働く修飾要因が感受性低下を決定していると結論できる。昆虫AChEのアミノ酸高度保存領域に対応するプライマーを使ったPCRにより、新たにワタアブラムシ(5'末端に未解読部分がある)、ナミハダニ、カンザワハダニ、コナガのAChE・cDNAをクローニングし、その配列を明らかにした。

各害虫で感受性系統と抵抗性系統のAChEアミノ酸配列を比較したところ、ナミハダニでは1アミノ酸が置換したAChE・cDNAが抵抗性系統で見られたが、それが感受性低下の原因だと結論することは出来なかった。コナガでは塩基置換が多く現在解析中である。ワタアブラムシ、カンザワハダニでは感受性、抵抗性系統間でAChE・cDNAにアミノ酸置換を示すものは認められなかった。コガタアカイエカの有機リン剤抵抗性因子の連鎖群解析結果は、AChE構造遺伝子と感受性低下因子とが別の染色体に存在することを示したことから、キイロショウジョウバエ、イエバエなどを除く殆どの昆虫、ダニではAChE薬剤感受性低下の要因はAChE構造遺伝子にはなく、蛋白が高次構造を形成する間に働く修飾要因が感受性低下を決定していると結論された。遺伝子レベルでの修飾遺伝子追求は現在の研究段階ではかなり困難と思われる。そこで、コガタアカイエカの感受性、感受性低下AChEを精製して、両者を比較することで、感受性低下AChEではどのような修飾が起きているかを探ることにした。AChE阻害剤をリガンドとしたアフィニティ・ゲルによる精製を試みた結果、感受性AChEは使用したゲルで分離できるが、感受性低下AChEではゲルに非常に吸着し難いことが判明した。この実験の間に得られた知見から、感受性低下AChEでの構造変化がペリフェラル・アニオニック・サイトに起きているのではないかと考えられた。
静水圧性の良い20GPa級圧力セルを用いた圧力誘起超伝導体の探索

1.ダイヤモンドアンビルセル(DAC)で液体媒体を用いることにより、高静水圧下での電気抵抗測定を行うことに成功した。DACは数百万気圧に及ぶ超高圧発生が可能なデバイスで、この度液体媒体を用いた電気抵抗測定技術を確立したことにより、本研究のテーマである20万気圧を超える圧力までの高い静水圧下での圧力誘起超伝導の探索が行えるようになった。この技術では穴のあいた絶縁ガスケットの開発、マイクロマニピュレーターを用いた融着法による微小試料への電極付けの開発が行われた。この技術を用いて、CeRh_2Si_2の圧力誘起超伝導の探索を行った。1.2GPaで超伝導と思われる電気抵抗の落ち(Tc0.6K)を観測したが零抵抗は観測されなかった。この超伝導が本質的であるかどうかは、今後の試料依存性の研究が必要である。重い電子系CeCu_6、CeB_6についても実験を行ったが、未だ超伝導は観測されていない。2.前年度開発した5GPa級インデンター型高圧セルを用いて、交流帯磁率測定によるPbのマイスナー効果の測定を行い、低温で5GPaの発生圧力を記録した。Pbは圧力決定物質として用いられる。またTiの超伝導転移(Tc0.39K)を確認し、極低温での使用が可能であることがわかった。これを用いて現在CeIn_3の圧力誘起超伝導の探索を行っている。3. 3GPa級非磁性ピストン-シリンダー型高圧セルについては電極の試料空間への導入が困難であり、まだ実用化には至っていない。予備実験としてはこの高圧セルを用いたNMR測定を常圧下で行いスペクトルに大きな変化がないことを確認した。1.静水圧性が高く試料体積が比較的大きい(1mm^3)5GPa級の高圧セルを試作し、安定して4GPaの圧力を発生することに成功した。今後、電気抵抗、交流帯磁率、NMR等の測定を行う予定である。さらに高圧下での測定にはDACを用いて、液体圧力媒体中で電気抵抗測定を行うべく微細電極の作成や微小試料への電極の取り付け技術の開発を行っている。2.ダイヤモンドアンビルセル(DAC)で固体の圧力媒体を用いて20GPaまでの圧力発生を行い、極低温までの電気抵抗測定を行った。(1)圧力誘起伝導体CeCu_2Ge_2において15GPa近傍でのT_cの顕著な増大および20GPa近傍でのT_cの消失を確認した。10GPa近傍の低いT_cの領域と高いT_cの領域における超伝導の磁場-温度相図はCeCu_2Si_2と類似しており重い電子が一重項ク-パ-対を形成していることが解った。超伝導の消失する領域ではフェルミ液体的振舞(T^2)が高温まで観測され、超伝導の出現には強い相関をもった電子が必要であることを示唆している。(2)重い電子系強磁性体CeRu_2Ge_2の圧力下での磁気秩序の消失を観測し、その臨界点近傍での電気抵抗の振舞を細かく調べた。電気抵抗の磁場変化から磁気秩序が消失する臨界圧力は10GPaと決定した。臨界圧力での電気抵抗は低温でフェルミ液体的振舞(T^2)が観測された。超伝導やCeRu_2Si_2に見られるようなメタ磁性的振舞は観測されなかった。
多言語・多文化教材の開発による学校と地域の連携構築に向けた総合的研究

本研究は、国際理解教育等において重要な概念の一つとされつつある多言語・多文化主義さらには複言語主義の立場から、地域社会・学校の言語を取り巻く現状を踏まえつつ、それらの現状に即した多言語・多文化教材を開発することである。そのためにまず国内外での多言語・多文化状況の実態調査、多言語・多文化に関する教育実践、教材についての調査を行った。さらにそういった実状を考察した上で、教材のテーマを「ことばと感性」「ことばをとりまく問題」「ことば(日本語)と文化」「メタ言語能力」「小学校実践教材」としその5つのテーマのもと多様な教材を40以上開発した。さらにウェブサイトを開設し開発した全ての教材を一般公開した。研究目的は、国際理解教育の基軸概念の一つである「多言語・多文化主義」の立場から地域社会・学校の状況を分析し、言語・文化的少数派児童と彼らをとりまく多数派児童、さらには在住外国人と日本人とを結ぶ、多言語・多文化に関する活動を提案することである。具体的には、言語や文化の多様性に対する多数派児童の肯定的態度育成、及び少数派児童の自己肯定感の向上に資する教材の開発及び在住外国人の母語・母文化を活かす地域日本語教育教材の開発、並びに地域活動と学校活動との連携の検討を行う。この目的を達成するために、本年度は、国内外における多文化・多言語状況の実態調査、多文化・多言語に関する教育実践、教材開発の実体を調査した。国内では、北海道におけるアイヌ語教材や、峻阜県における多言語劇の取り組み、神奈川県における外国につながる子どもたちに対する大学と地域の連携などを調査した。また海外における調査としては、複言語主義を反映した教育実践であるフランスのヨーロピアン・スクールにおけるヨーロピアン・アワーズ、ドイツにおけるトルコ移民に対する活動、マレーシアにおける多言語・多文化に関するアートフェスティバル、中国やフィリピンの日本語教育、イギリスの多言語に関する開発教育の教材開発の実態調査などを行った。これらの調査により、国内外の多言語・多文化に関する教育実践や教材開発に関する情報を収集した。さらに、多言語教育が発展している多元的アプローチのための言語,文化参照枠の開発者を招き、その理念と方法についての議論を行った。欧州におけるその情報をもとに、その目的や方法、課題などについて議論を重ねた。結果として、ことばとは何かを問う教材、日本語、英語、多言語を扱う教材開発、また認知的なアプローチに加えて、感性的なアプローチの必要性や、新しい言語能力、評価のあり様の提示、が求められるのではないかと言うことが明らかになった。研究目的は、国際理解教育の基軸概念の一つである「多言語・多文化主義」の立場から多言語・多文化に関する教材を開発することである。教材開発にあたって以下の3つの視点を重視した。第一に、ことばを「道具」としてだけでなく「対象」としてもとらえ、ことばのもつ「多様性」「身体性」「文化性」「問題性」といった特性に注視する、第二にヨーロッパの言語意識教材を参照しながらも、非言語、危機言語などのテーマを加味し、言語意識を軸にする、第三に小学校の総合的な学習の時間、地域の日本語教室、日本語学校、大学、教員研修、日本語教育指導者研修などの場での実践を想定する、である。本年度は、昨年度に引き続き、「ことばと感性」「ことばをとりまく問題」「ことば(日本語)と文化」「メタ言語能力」「小学校実践教材」という5つのテーマごとに教材を開発した。「ことばと感性」では、アイヌ語やモンゴル語チベット語アメリカ英語等25言語の音の教材「多言語で味わう(25の音)」やことばとイメージに関する教材、世界の民話についての教材を開発した。「ことばをとりまく問題」では、「自分にとってたいせつなことば」「世界に言語はいくつある?」「世界の言語ランキング」や英語に関する教材等7つの教材を作成した。「ことば(日本語)と文化」では、挨拶、多様な文字、語彙が表す社会・文化・世界の切り取り方、バリエーション、視点、談話という5項目について教材を開発した。メタ言語能力教材としては「月の名前」「否定マーカー」「外来語(借用語)と日本語の関係」「世界の都市・国の名前」「国、首都」を作成した。小学校実践教材では「世界の挨拶」「12か月の言い方」「おもしろ言語カルタ」「言語クイズ」「文字を書いてみよう」「いろいろなことば」「自分ことばマップ」を作成した。さらに、ウェブサイトを開設し、開発した教材は全て掲載して一般利用を可能にした。研究目的は、国際理解教育等において重要な概念の一つとされつつある多言語・多文化主義、さらには複言語主義の立場から、地域社会・学校の教育実践、教材開発に関する現状を把握すること、次にそれらの現状に即した多言語・多文化教材を開発すること、そして学校や地域における言語的文化的少数派児童(生徒)と多数派児童(生徒)、在住外国人と日本人とを結ぶ多言語・多文化教育実践を提案することである。

まず、多言語・多文化教育実践を模索する前提として、国際理解教育の視点から「ことば」を再考した。ことばがもつ「多様性」「身体性」「文化性」「問題性」といった特性に着目すると「道具」としてだけでなく、ことばそのものを「対象」、「学習対象」として捉えることが可能である。さらに、教材開発にあたっては、以下のような視点で教材開発にあたった。1)ことばを「道具」としてとらえるだけでなく「対象」としてもとらえ、ことばのもつ「多様性」「身体性」「文化性」「問題性」といった特性に注視した教材開発を行う。2)学習目標としての知識、態度、技能を整理した枠組み(言語と文化への多元的アプローチとその参照枠:CARAP)を参照しながらも、ヨーロッパの言語とは異なる体系をもつ日本語を相対化し、言語意識に軸をおいた教材開発を行う。3)小学校の総合的な学習の時間、地域の日本語教室、日本語学校、大学、教員研修、日本語教育指導者研修、などの場での実践を想定して教材開発を行う。その上で、開発した教材を活用して、小学校での5年生2クラス、6年生2クラスで実践を行った。5年生に対しては10回、言語と文化への多元的アプローチとその参照枠(CARAP)に基づいた教材を用いた実践を行った。また、6年生には言語意識に関する教材を用いた実践を7回行った。言語や文化の多様性に対する多数派児童の肯定的態度育成、及び少数派児童の自己肯定感の向上に資する教材の開発及び在住外国人の母語・母文化を活かす地域日本語教育教材の開発、並びに地域活動と学校活動との連携の検討を行うという目的を達成するために、それぞれの分担者、連携者が、役割を理解し、実行しているため、基礎調査やそれをふまえての課題設定など順調に進んでいる。25年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的に沿った理念の模索と教材開発を実施できているためである。これまで、多言語・多文化に関する教育実践・教材開発の実態に対する調査を実施した。代表的な実践事例をあげると以下のとおりである。1)教材開発プロセスへの当事者の参加、2)企業・地域活動・教員研修が一体となった複言語教材開発、3)地域社会の市民性教育を志向する言語的多様性と一言語内の文化的多様性に着目した教材作成、4)問題解決型および少数派が親しむ物語を取り上げたデジタル教材利用、5)多言語ポートフォリオ・言語地図の活用、6)音や踊りを通した多言語・多文化感覚の学び等、である。これらを踏まえ、日本の文脈における開発に向けては、本プロジェクトでは、教室内に多言語・多文化を背景に持つ子どもが多数存在しない日本の学校現場に応じた教材開発および地域活動では参加者との協働的な教材開発を行うことも視野に入れて検討する必要性が確認された。例えば、「音源」や「映像」が提供できる手法などが考えられるということがあきらかになった。さらに、多言語・多文化に関する教材開発および教育実践を行った。教材開発としては、多言語教材、英語教材、日本語教材などを作成している。具体的な実践として、小学校高学年を対象として多言語・言語意識に関する教材を用いた実践を行った。
オープンフロー時代に適した情報理論的に安全な秘密鍵共有

本研究では、以下の要素技術について検討を行い、通信経路を動的に変更可能な公衆ネットワークにおいて、情報理論的に安全な秘密鍵の生成を可能とし、得られた秘密鍵を用いて安全な情報通信を可能とした。要素技術1:OpenFlowスイッチ及びOpen vSwitchを用いたセキュリティモデルを実現するための仮想的秘匿通信路を確立する技術の開発、要素技術2:鍵共有グラフにSTフロープロトコルを適用し、盗聴者に秘密鍵が漏えいする確率を最小値に抑えるための手法の開発、要素技術3:要素技術2に基づいた多人数で共通の秘密鍵を公衆ネットワーク上で共有する手法の開発本研究では、OpenFlow技術を活用することにより仮想的秘匿通信路を創出し、その通信路をうまく利用することにより情報理論的に安全な秘密鍵を生成し、得られた秘密鍵を用いて安全な情報通信をOpenFlow上のネットワークで実現することを目的とし、平成27年度は、交付申請書の各項目について以下3項目について研究を行った。1.OpenFlowスイッチとOpen vSwitchを用い、OpenFlowを利用者の立場から俯瞰し、セキュリティモデルを確立するためのネットワークトポロジについての検討を行った。2.前項で得られたセキュリティモデルに基づき、スーパーコンピュータを使ったシミュレーションを行いつつ、情報理論に基づく安全性評価軸を検討し、その下での秘密鍵共有を行うための基礎知見を与えた。3.秘密鍵の共有状況に関するグラフ理論的モデル化や定式化を行うとともに、上記二つの項目を受けたセキュア通信プロトコルの基礎を開発した。OpenFlowを活用した、仮想的秘匿通信路及び秘密鍵共有の実現を行うために、OpenFlow及びユビキタス環境に対するセキュリティモデルの確立とセキュリティモデルに基づく、安全性評価基準の構築、与えられた環境下で安全な秘密鍵の共有を実現するプロトコルの開発を行っており、これらについて、当初の計画通り順調に進展している。さらに、共有済み秘密鍵を活用した、安全な情報通信プロトコルの開発を行うために、秘密鍵の共有状況に関するグラフ理論的モデル化と定式化及び遠隔間での高セキュア通信のためのプロトコルの開発も同時に進めており、これらについても当初の計画通り順調に進展している。本研究では、OpenFlow技術を活用することにより、仮想的秘匿通信路を創出し、その通信路をうまく利用することにより、情報理論的に安全な秘密鍵を生成し、得られた秘密鍵を用いて、安全な情報通信をOpenFlow上のネットワークで実現することを目的とし、今年度は以下の成果を得た。OpenFlow上に構築された仮想的秘匿通信路により得られる事前鍵共有グラフが一様漏えい鍵共有完全グラフである場合を想定し、本研究課題の分担者らが開発したst-フロープロトコルをそのような鍵共有グラフに適用した場合、その上で適切な鍵選択を行うための基盤として、盗聴者への漏えい確率の最小値を求める漸化式を示し、具体的に漏えい確率を求めることが可能になるなど効果的な鍵選択を行うための検討を行った。また、このアイデアを拡張し、秘密鍵が盗聴者に漏えいする確率を効率的に求める手法を提案するとともに、グラフのクラスを限定することにより、さらに効率的に計算する考え方を示した。更に、OpenFlowの仮想的秘匿通信路と鍵共有グラフの関係について基礎的考察を進めた。本年度は共有済み秘密鍵を活用した安全な情報通信プロトコルの開発に向けて、秘密鍵の共有状況に関するグラフ理論的モデル化と定式化、遠隔間での高セキュア通信のためのプロトコルの開発をベースにマルチパーティにおける秘密増幅という問題の解決を目指した。その中で、盗聴者への漏えい確率の最小値を求める漸化式の抽出に加えて、本研究課題の分担者らが開発したst-フロープロトコルを導入することにより、秘密鍵が盗聴者に漏えい確率を効率的に求める手法の提案も行ったことから、当初の計画通り、順調に進展している。今年度はOpenFlowで構成された仮想的秘匿通信路上に実装する秘密鍵共有プロトコルについて検討を行い、以下の成果を得た。(1)既存研究では、漏えい鍵共有グラフが与えられたときに、2者間で秘密鍵を共有させる問題だけが検討されていたが、ここではこれを一般化し、多人数で共通の秘密鍵を共有する問題に取り組み、それを実現するいつかの効率的なプロトコルを提案した。(2)漏えい鍵共有グラフが直並列グラフの場合を扱い、ネットワーク信頼度の問題との関連性を見出し、盗聴者への漏えい確率の最小値を効率的に求める手法を提案した。(3)漏えい鍵共有グラフがスプリットグラフのときを検討し、盗聴者への漏えい確率の最小値を効率的に求める手法を提案した。(4)また、一様漏えい鍵共有完全グラフ対し既存のst-フロープロトコルを適用したときの盗聴者への漏えい確率について、前年度までの研究において効率的に得る手法を検討してきたが、その成果をとりまとめ、国際会議WALCOMに2018おいて公表し、SpringerのLecture Notes in Computer Scienceシリーズに収録された。上記に加え、これまでの各年度で行ってきたOpenFlowスイッチ及びOpen vSwitchを用いたセキュリティモデルを確立するための仮想的秘匿通信路に関する検討、及び、鍵共有グラフに研究分担者らがこれまでに開発したプロトコルを適用し、盗聴者に秘密鍵が漏えいする確率を最小値に抑えるための検討により得られた知見を融合させることで、通信経路を動的に変更可能な公衆ネットワークにおいて、情報理論的に安全な秘密鍵の生成を可能とした。

本研究では、以下の要素技術について検討を行い、通信経路を動的に変更可能な公衆ネットワークにおいて、情報理論的に安全な秘密鍵の生成を可能とし、得られた秘密鍵を用いて安全な情報通信を可能とした。要素技術1:OpenFlowスイッチ及びOpen vSwitchを用いたセキュリティモデルを実現するための仮想的秘匿通信路を確立する技術の開発、要素技術2:鍵共有グラフにSTフロープロトコルを適用し、盗聴者に秘密鍵が漏えいする確率を最小値に抑えるための手法の開発、要素技術3:要素技術2に基づいた多人数で共通の秘密鍵を公衆ネットワーク上で共有する手法の開発今後は、これまで得られた成果に基づき、OpenFlowを活用した仮想的秘匿通信路及び秘密鍵共有の実現開発プロトコルを実装し、広域ネットワークにおいてその検証を進め、有効性を示す。さらに、共有済み秘密鍵を活用した,安全な情報通信プロトコルの開発に向けて、秘密鍵の共有状況に関するグラフ理論的モデル化と定式化、遠隔間での高セキュア通信のためのプロトコルの開発をベースにマルチパーティにおける秘密増幅という問題の解決を目指す。今後はOpenFlowを用いた仮想的秘匿通信路により得られるグラフが完全グラフや完全二部グラフ以外のグラフとした場合、効率的に計算する手法を検討し、一般的なネットワークトポロジに対し、提案プロトコルを適用を目指す。また、本年度までは事前鍵の盗聴者への漏えい確率を全て独立で一様の確率としていたが、より現実的なケースを考慮するために、一様でない場合についても検討を進める予定である。情報学基礎理論OpenFlowを用いた実験を行う際、既設の広域ネットワークを使用出来た事により残額が生じた。研究遂行のために利用した大型計算機について、所属機関からサポートを受け利用できたことから残額が生じた。今後の研究開発を円滑に進めるため、関連分野の研究集会において資料収集を行うための費用に充てる。これまで得られた結果、成果を国際会議や学術雑誌に公表する費用に充てる予定である。
炎症性増殖性血管病変の分子病態解明と遺伝子治療法の開発-組換えアデノウィルスを用いた血管壁・心臓への生体内遺伝子導入による病態解析と治療効果の検討

2.CNP遺伝子を針付きカテーテルを用いてブタ冠動脈に導入したところ、内膜肥厚の抑制が達成された。3.細胞外マトリックスの産生・蓄積が血管壁の硬化と内腔の狭窄の主因であり、この過程はTGF-βで制御されている可能性が高い。TGF-βの作用を特異的に抑制できる変異型TGF-β受容体産生ベクタを作製し、肝臓線維症モデルに導入した。すると肝線維化が著明に抑制され、血清中の肝細胞酵素は低値に保たれ、肝不全から全例救命できた。線維性病変形成におけるTGF-βの中心的役割を実証するとともに線維化の抑制が治療的であることを初めて明らかに示した。傷害血管壁への導入実験を開始した。4.受容体の細胞外ドメインのみの可溶型受容体を過剰発現させるとリガンドを吸着してその作用を抑制できる可能性がある。肝臓線維化モデルで検証したところ、変異型受容体と同様の抑制効果を観察し得た。この戦略では標的臓器の一部の細胞に遺伝子導入されればよいばかりか、全く離れた部位への導入でもよいことになり、遺伝子治療を想定する際には重要な知見である。すべての血管壁細胞に遺伝子導入されなくてもよいことを意味している。1.機能抑制型H-Ras(D/N Ras)、細胞周期進行を抑制するCyclin-dependent kinase Inhibitor-p21WAF1/Sdilを発現するアデノウイルスを作製し、血管平滑筋細胞に導入すると血清増殖因子による平滑筋細胞のDNA合成は完全に抑制された。バルーンで傷害を加えたラット頚動脈に導入したところ、新生内膜肥厚を有意に抑制することに成功した(2論文発表)。2.C-type natriureticpeptideをアデノウイルスを用いてラット傷害頚動脈に導入すると内膜肥厚はほぼ完全に抑制された。強力な細胞増殖抑制作用は必須ではないこと、パラクライン作用を持つ分子が有用であることが示された(論文発表)。3.細胞内のキナーゼ部分を欠失した変異型のTGF-βII型受容体発現アデノウイルス(TGF-βの作用を特異的に抑制できる)を実験線維症モデルに導入したところ線維化が抑制され、線維化におけるTGF-βの中心的動的役割を証明するとともに新しい治療の可能性を開拓した(4論文投稿中)。4.TGF-βの細胞内信号伝達におけるRas,Racの役割を解析した(論文投稿中)。5.血管新生因子であるFGF(Fibroblast growth factor)産生アデノウイルスを作製し、マウス皮下での血管新生を確認した(論文発表)。血管新生療法をめざして虚血心筋への導入実験を開始した。6.凝固反応の開始因子である組織因子の特異的抑制分子(Tissue factor athway inhibitor:TFPI)遺伝子を傷害血管壁に導入するとShear stressによる血栓形成は完全に抑制され、その抑制はカテコラミン負荷でも影響を受けなかった。全身の凝固線溶系には全く影響を与えず、血栓症への遺伝子治療の可能性を示した(2論文投稿中)。2.細胞外マトリクスの産生・蓄積が血管壁の硬化(弛緩反応の低下)と内腔の狭窄の主因であり、この過程はTGF-βで制御されている可能性が高い。この仮説を検証するために、TGF-βの作用を特異的に抑制できる変異型TGF-β受容体産生ベクタを作製し、傷害血管壁への導入を開始した。3.上記の戦略の有効性を検証するために変異型TGF-β受容体遺伝子を肝臓線維症モデルに導入した。すると肝線維化が著明に抑制され、血清中の肝細胞酵素は低値に保たれ、全例肝不全から救命できた。不可逆的線維化におけるTGF-βの中心的役割を実証するとともに線維化の抑制が治療的であることを初めて明らかに示した(論文印刷中)。方法の有効性が検証できた。生体内でこの戦略が有効か否かを肝臓線維化モデルで検証したところ、変異型受容体と同様の抑制効果を観察し得た(論文投稿中)。