hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
次世代シークエンシング技術を用いたインプラント周囲疾患の細菌叢機能と病態の解析

インプラント周囲炎と歯周炎部位における細菌叢を網羅的に解析した結果、種多様性に差違は認められなかったが、コアとなる細菌種は異なっていた。インプラント周囲炎は複合菌感染症であり多くの菌種によりバイオフィルムが構成されているが、量的に豊富な細菌種が必ずしも病変部位で活動的であるわけではなかった。また、インプラント周囲炎では歯周炎と比較しVirulence、Disease and Defense、Stress Responseなどのカテゴリーに分類される機能遺伝子の発現が上昇していた。本研究の目的は、次世代大規模シークエンシング技術を用いてインプラント周囲疾患に認められるプラークバイオフィルムの全体像を把握し、本疾患の発症・進行に関わる細菌学的因子を明らかにすることである。細菌DNAをベースとして、パイロシークエンスにより明らかになったインプラント周囲炎罹患(PI)部位と歯周炎(P)罹患部位の細菌叢は、門や属のレベルでみると高い類似性が認められたが、種レベルでみると検出頻度の高い細菌叢のコアとなる種には両群で差があることがわかった。本年度は、インプラント周囲疾患においてより活動性の高い細菌や機能遺伝子を明らかにする目的で、トランスクリプトーム解析を中心に行った。12名の被験者のインプラント周囲炎および歯周炎罹患部位より粘膜下/歯肉縁下プラークサンプルを採取し、細菌RNAを抽出後、シークエンシングにより細菌種の同定と発現している機能遺伝子について検討した。その結果、PI群とP群において歯周病原細菌であるP. gingivalisやFusobacterium sp.が共通して認められ、種多様性は両群で違いが認められなかった。一方でmRNAの定量的解析からPI群において発現量の高い機能遺伝子群(細菌のvirulenceやstress responseに関与する部分等)があることがわかった。インプラント周囲炎にみられる細菌は残存している天然歯や他の口腔部位から伝播している可能性が高く、それゆえ構成細菌種は類似する傾向があると考えられる。しかしインプラントと歯では周囲組織環境の違いなどがあるため、両群の細菌構成は必ずしも同じではなく、またそれは細菌叢がもつ機能的な性質の違いを生み出していると考えられた。本年度は16S配列解析によるバイオフィルム構成細菌種の同定を主に行った。インプラント周囲炎罹患(PI)部位と歯周炎(P)罹患部位をもつ20名の被験者より粘膜下/歯肉縁下プラークサンプルを採取し、細菌DNAを抽出後に増幅させ、パイロシークエンスによる解析と細菌の同定を行った。その結果、サンプルからは19門、188属、543OTUが検出された。門や属のレベルでみると、PI群とP群の細菌構成は類似しており、OUT、Shannon index、Chao1など、サンプル内の多様性を示す指数は、P群で高値を示したが、統計学的有意差は認められなかった。種レベルでみると、検出頻度の高い細菌叢のコアとなる細菌種はPI群とP群で違いが認められた。例えばPI群ではP群と比較して検出される細菌種が多く、P. nigrescenceといった嫌気性菌が多く検出されていた。また、歯周炎に特に関連が深いとされるP. gingivalis、T. forsythia、T.denticolaといった細菌は、P群では全てのサンプルから検出されたが、PI群では必ずしも検出されてはいなかった。これらのことから、インプラント周囲炎も歯周炎と同様Polymicrobial diseaseであることが確認され、歯周炎とは異なる細菌叢が存在していることが明らかになった。歯周炎とは異なり、歯周病原細菌以外の細菌種がインプラント周囲炎には関与している可能性が示唆された。細菌叢の組成解析については、これまでの研究結果をまとめ論文投稿の準備中である。細菌の機能解析は、当初メタゲノム解析を予定していたが、予備実験により抽出されるDNA量から解析が困難である可能性が高いことが判明した。そのためメタトランスクリプトームによる解析を試みる予定で、現在、実験法や解析条件を検討中である。研究計画の修正を行うことにはなったが、研究全体ではおおむね順調に進んでいる。引き続きインプラント周囲細菌叢中の組成および機能解析を行う。細菌種の検索については、歯周組織が健康な歯肉溝部におけるプラークの解析が残っており、これを中心に進める。既にサンプル採取も進めている。機能解析はメタトランスクリプトームにより行う。現在、実験手技(mRNAの抽出とシークエンス)について条件を詰めている段階である。細菌種のデータに細菌群の転写解析を併せることで、存在する細菌叢がサンプル採取時にどの様な動きをしていたのかを明らかにできると考えている。

これまでの研究から細菌叢の構成は個体差が大きく、また既知の歯周病原細菌や培養な菌ではなく、培養が困難でその性質がよくわかっていない未知なる細菌がインプラント周囲炎の病態に深く関わっている可能性があると予想している。従って今後もサンプルを集め、なるべく多くの解析ができるよう努める。またデータ解析が予想以上に時間のかかる作業であったことから、新たな研究協力者を入れることも計画している。主に細菌DNAおよびRNA抽出試薬、シークエンス用試薬の購入にあてる。
船舶への物流モーダルシフトに関する日伯国際共同研究の企画

本研究では、日本とブラジルにおいて注目されている船舶への物流のモーダルシフトに関し、共同で研究を実施する可能性を企画・調査した。船舶を用いた貨物輸送の適性度検討のためには、船舶による輸送システムの検討だけでは十分ではなく、物流全体の理解に基づく必要輸送システムの把握が不可欠である。したがって、需要予測、陸上および海上輸送システムの現状分析、有望な新物流システムの技術的検討、新たなシステムが開発された場合の影響度検討、各システムの優劣比較等が必要である。本研究ではこれらの調査を行い、調査結果を踏まえて、経済性を考慮しつつ実現可能性の高い船舶の形式を検討し、海上および河川航路の条件に最も有利な船舶の性能(積載量、速力、主要寸法、主機出力、船型および推進方式等)を検討した。これにより、日本国内におけるいくつかの想定航路に対する新たな船舶輸送投入の可能性と、ブラジルのパラナ川を中心とする航路ネットワークヘの河川用高速船導入の可能性を検討した。特に高速船の設計では波浪衝撃の影響が重要であるため、衝撃荷重の検討方法の調査研究も実施した。以上の研究実施にあたり、ブラジルおよび日本において研究打ち合わせのための会議を開催した。また、ブラジル側の共同研究者を招聘し、日本における高速船研究の現状調査および技術検討を実施した。以上の調査研究の結果、ブラジルにおける河川ネットワークを利用した旅客輸送が有望であることが判明した。今後、両国における本研究テーマに関する研究を更に発展させるべきであることを明らかにした。
タンパク質工学的手法による耐熱性D-アミノ酸脱水素酵素の創製と応用

近年の分析技術の飛躍的発展を受けて生体におけるD-アミノ酸の解析が進み、重要な生理的機能が明らかになってきた。それに伴い、抗生剤等の有用物質にD-アミノ酸が使用され始めている。D-アミノ酸は主に酵素合成法によって合成されており、現在までに数種の酵素合成法が工業化されている。しかしながら、これら既存の方法ではD-アミノ酸前駆体の合成が不可欠とされ、酵素の安定性が低いため生産効率が悪い。これらの問題点を解決するため、申請者は、好熱菌由来のNADP依存性meso-ジアミノヒメリン酸脱水素酵素(meso-DAPDH)に変異導入して、耐熱性NADP依存性D-アミノ酸脱水素酵素(D-AADH)を創製した。D-AADHは、熱安定的に光学不活性な2-オキソ酸から高純度のD-アミノ酸を一段階で合成可能なことから、非常に優れたD-アミノ酸合成酵素である。一方で、D-AADHは補酵素の利用がNADPに限定される。そこでNADはNADPよりも安価である点に着目し、D-アミノ酸の合成における有用性と効率の向上を目指し、非特異的な変異導入、三次元構造モデリング、結晶構造解析に基づく変異導入によりNAD依存性D-AADHの創製を行った。非特異的な変異導入と三次元構造モデリングに基づいたNAD依存性D-AADHの創製では、目的の変異酵素を取得できなかった。これらを踏まえ酵素の触媒機構の詳細な解明を進めるため、meso-DAPDH、NADP/meso-DAPDH複合体及びM DP/D-AADH複合体のX線結晶構造解析を行い、各々の構造解析に成功し、NADPの結合に関与するアミノ酸残基を明らかにした。安定同位体D-アミノ酸の酵素合成のモデル実験として、NADP依存性DAADHによるD-アミノ酸の合成反応、及びグルコース脱水素酵素によるNADPHの再生反応、この二酵素反応から成る生産システムを構築した。その結果、D-分岐鎖アミノ酸とその安定同位体標識体の酵素合成法を確立した。本酵素合成法で得られる安定同位体標識D-分岐鎖アミノ酸の収率と純度は、既報の酵素合成法と比べて最高の値を示した。(抄録なし)近年の分析技術の飛躍的発展を受けて生体におけるD-アミノ酸の解析が進み、重要な生理的機能が明らかになってきた。(抄録なし)
レタスにおけるマンガン吸収機構の解明と低pHによる根毛形成誘導における役割解析

低pH条件下ではレタスの主根伸長が抑制され、抑制による水吸収機能低下を補償する形で大量の根毛が形成される。低pH条件下ではMnの吸収が著しく抑制され、中性pHにおいて培地中のMnを減少させると根毛形成が誘導され、逆に低pH条件下で過剰のMnを与えると根毛形成が抑制されることから、低pHによる根毛形成誘導において根のMn減少が根毛形成誘導の引き金となっていることが推測された。Mnの取り込み時間及び場所を放射性の^<54>Mnを用いて調べた所、pH低下1時間後には取込量は1/3に減少しており、中性pHにおけるMn供給低下による根毛形成誘導の時間及び場所も低pH処理と同様な結果を示した。これらの結果から、低pHによるMn取り込み低下が根毛形成の引き金となっていると考えても何ら矛盾の無いことが明らかとなった(業績1)。低pHによるMn取り込み低下の原因を探るために、昨年度作製した2つのMnトランスポータ遺伝子が欠損したためにEGTA存在下で成長が著しく抑制される酵母突然変異株を用いて、レタスのMnトランスポータ遺伝子候補であるLs-MDR1遺伝子によりレスキューできるか調べた。その結果レスキューできなかったが、酵母に導入した際、翻訳に必要なコザック配列が欠落していたことが原因と考えられ、現在コザック配列を持った導入遺伝子を作成中。これとは別に、酵母突然変異株にレタスcDNA遺伝子をランダムに挿入し、いわゆるショットガン法でレスキューできる遺伝子を探したところ、約800BPの機能未知遺伝子を捕まえることに成功し、Mnトランスポータ遺伝子候補を明らかにできた。低pHがMnトランスポータに直接作用するのではなく、カウンターイオンとしてのH^+放出に関与することにより結果としてMn取込量が低下する可能性も考えられる。そこで、中性条件下でH^+ポンプ阻害剤であるバナジン酸を投与すると、5μMで根毛形成が誘導されることが判った。この結果、低pHによるMn吸収低下の機構としてH^+ポンプ活性が関与している可能性が明らかとなった。レタス芽生えを酸性条件下で培養すると、主根の成長が抑制され、この抑制を補償する形で根毛が形成される。この現象において、酸性条件ではMnの吸収が1/7に減少し、中性pH条件下で培地のMn濃度を減少させると根毛形成が誘導され、酸性条件下でMnを過剰に与えると根毛形成が抑制された。酸性条件においた場合、根で主に発現しているABCトランスポータファミリーに属するLs-MDR1遺伝子の発現が30分以内に1/3に減少した。そこで、Ls-MDR1がMn輸送を行っており、この遺伝子の発現が減少する事が根毛形成を誘導している可能性が考えられた。そこで、まず、Ls-MDR1がMn輸送に関わるか、明らかにすることを試みた。まず、酵母においてMn輸送に関わっていると考えられる、SMF1,SMF2遺伝子を破壊した株を作出した。この2重突然変異体を培養したところ、通常の培地を用いた場合、成長速度は野生株と変わらなかったが、EGTAを添加すると成長速度が遅くなり、Mnを添加することで元の成長速度に戻った。この結果から、今回作出した2重突然変異体は野生株に比較してMn輸送能が減少していることが明らかとなった。

次に、レタスのLs-MDR1を酵母の発現ベクターに組み込み、2重突然変異体に導入し、EGTA存在下で成長の遅れが回復するか調べたが、回復が見られなかった。この原因として、Ls-MDR1がMn輸送には関与していない可能性、導入したLs-MDR1が正常に発現していない可能性、発現しているが正常に原形質膜に配位していない可能性、Ls-MDR1単独では機能を発揮できない可能性等が考えられた。現在、回復しなかった原因を解明中である。低pH条件下ではレタスの主根伸長が抑制され、抑制による水吸収機能低下を補償する形で大量の根毛が形成される。低pH条件下ではMnの吸収が著しく抑制され、中性pHにおいて培地中のMnを減少させると根毛形成が誘導され、逆に低pH条件下で過剰のMnを与えると根毛形成が抑制されることから、低pHによる根毛形成誘導において根のMn減少が根毛形成誘導の引き金となっていることが推測された。Mnの取り込み時間及び場所を放射性の^<54>Mnを用いて調べた所、pH低下1時間後には取込量は1/3に減少しており、中性pHにおけるMn供給低下による根毛形成誘導の時間及び場所も低pH処理と同様な結果を示した。これらの結果から、低pHによるMn取り込み低下が根毛形成の引き金となっていると考えても何ら矛盾の無いことが明らかとなった(業績1)。低pHによるMn取り込み低下の原因を探るために、昨年度作製した2つのMnトランスポータ遺伝子が欠損したためにEGTA存在下で成長が著しく抑制される酵母突然変異株を用いて、レタスのMnトランスポータ遺伝子候補であるLs-MDR1遺伝子によりレスキューできるか調べた。その結果レスキューできなかったが、酵母に導入した際、翻訳に必要なコザック配列が欠落していたことが原因と考えられ、現在コザック配列を持った導入遺伝子を作成中。これとは別に、酵母突然変異株にレタスcDNA遺伝子をランダムに挿入し、いわゆるショットガン法でレスキューできる遺伝子を探したところ、約800BPの機能未知遺伝子を捕まえることに成功し、Mnトランスポータ遺伝子候補を明らかにできた。低pHがMnトランスポータに直接作用するのではなく、カウンターイオンとしてのH^+放出に関与することにより結果としてMn取込量が低下する可能性も考えられる。そこで、中性条件下でH^+ポンプ阻害剤であるバナジン酸を投与すると、5μMで根毛形成が誘導されることが判った。この結果、低pHによるMn吸収低下の機構としてH^+ポンプ活性が関与している可能性が明らかとなった。
イツトリウムを固溶したジルコニアゾルおよびゲルの構造化学的研究

ゾルあるいはゲル状物質の原子レベルの構造に関しては、物理的実験手段による検証が殆どない。この現状を踏まえて、本研究では非晶質ジルコニアの構造解析をX線異常散乱法によって行なった。高輝度X線管球およびコンピュータシステムを導入し、測定から解析まで一貫したX線構造解析システムを整備した。このシステムを用いて、ジルコニアアルコキシドおよびジルコニアオキソ酸塩の溶液より加水分解法によって合成した非晶質ジルコニアの構造解析を行った。また、ジルコニアオキソ酸塩-希土類塩の混合溶液より、希土類元素を固溶した非晶質ジルコニアも合成し、同様に構造解析を行った。非晶質ジルコニアには共通して、6個の酸素原子によって囲まれるジルコニウム八面体の基本構造単位が存在する。また、ジルコニウム八面体の周囲には約4個のジルコニウム八面体が配列している。この局所構造は、単斜晶ジルコニアのそれに類似するものの、非晶質ジルコニアから最初に結晶化する正方晶ジルコニアの局所構造とは異なる。また、希土類元素を添加しても、非晶質ジルコニアの局所構造は基本的に変化せず、脱水反応によって初期に結晶化する立方晶ジルコニアの局所構造とはやはり異なる。総合的に判断すると、非晶質ジルコニアからの準安定正方晶また立方晶ジルコニアなど結晶化現象は、非晶質ジルコニアに存在する局所構造と直接には関与しないと結論できる。しかし、ジルコニアオキソ酸塩の溶液を100°Cで1週間加熱することによって得られるジルコニアは、アルコキシドの加水分解より得られる試料に比較して、より単斜晶ジルコニアに類似した局所構造を有している。この結果は、製法によって材料科学的特性の異なるジルコニア試料が合成可能であることを示唆しており、今後さらに系統的な合成および構造的研究が必要であると考えられる。ゾル-ゲル法は、例えば極めて焼結性に富むジルコニア微粒子を作製する新しい材料の合成ほとして注目を集め、既にファインセラミックスの各製造分野に応用されている。しかし、その原子レベルの構造については物理的実験手段による検証が殆どなく基礎的デ-タが切望されている。本年度はこのような現状を踏まえ、既設のX線回折装置システムの改造、デ-タ解析プログラムの開発ならびに非晶質ジルコニアの構造解析を中心に行なった。まず、高強度のX線発生のため既設装置に高出力の微焦点X線管球を装備した。新規購入したコンピュ-タシステムを利用して、0.31.5nmの中距離領域構造の解明を目的とする新たな動径分布解析プログラムを開発し、測定から解析まで一貫したX線構造解析システムを整備した。これらの実験装置および開発したプログラムを用いて、ジルコニアアルコキシドおよびジルコニアオキソ酸塩の溶液よの合成したジルコニアゲルの構造解析を行なった結果、研究対象とした非晶質ジルコニアには共通して、ジルコニウム八面体の局所構造が存在している事が判明した。さらに、X線異常散乱法を応用し、非晶質ジルコニアの中距離領域の構造を詳細に検討した結果、非晶質ジルコニアの局所構造は正方晶系ジルコニアには類似していないという有効な情報が得られ、この結果を総合的に判断すると、非晶質ジルコニアからの準安定正方晶ジルコニアの結晶化現象は、一部の研究者の推定とは異なり非晶質ジルコニアの構造に帰着できないと結論できた。しかし、当初の予想に比べ非晶質ジルコニアには多くの水分が含有されているようであり、正方晶ジルコニアの特徴ある結晶化現象は、この点に関しての検討が必要であると考えられる。また、イットリウムを固溶した非晶質ジルコニアも合成し、その予備的構造解析も行なった。

ゾルあるいはゲル状物質の原子レベルの構造に関しては、物理的実験手段による検証が殆どない。この現状を踏まえて、本研究では非晶質ジルコニアの構造解析をX線異常散乱法によって行なった。高輝度X線管球およびコンピュータシステムを導入し、測定から解析まで一貫したX線構造解析システムを整備した。このシステムを用いて、ジルコニアアルコキシドおよびジルコニアオキソ酸塩の溶液より加水分解法によって合成した非晶質ジルコニアの構造解析を行なった。また、ジルコニアオキソ酸塩ー希土類塩の混合溶液より、希土類元素を固溶した非晶質ジルコニアも合成し、同様に構造解析を行なった。非晶質ジルコニアには共通して、6個の酸素原子によって囲まれるジルコニウム八面体の基本構造単位が存在する。また、ジルコニウム八面体の周囲には約4個のジルコニウム八面体が配列している。この局所構造は、単斜晶ジルコニアのそれに類似するものの、非晶質ジルコニアから最初に結晶化する正方晶ジルコニアの局所構造とは異なる。また、希土類元素を添加しても、非晶質ジルコニアの局所構造は基本的に変化せず、脱水反応によって初期に結晶化する立方晶ジルコニアの局所構造とはやはり異なる。総合的に判断すると、非晶質ジルコニアからの準安定正方晶また立方晶ジルコニアなど結晶化現象は、非晶質ジルコニアに存在する局所構造と直接には関与しないと結論できる。しかし、ジルコニアオキソ酸塩の溶液を100°Cで1週間加熱することによって得られるジルコニアは、アルコキシドの加水分解より得られる試料に比較して、より単斜晶ジルコニアに類似した局所構造を有している。この結果は、製法によって材料科学的特性の異なるジルコニア試料が合成可能であることを示唆しており、今後さらに系統合な合成および構造的研究が必要であると考えられる。
遺伝子／画像統合解析(Radiogenomics)による神経膠腫の画像分子診断

神経膠腫は中枢神経系に発生する希少がんで、手術・放射線治療・化学療法を組み合わせた集学的治療が実施されているが、予後不良な疾患である。神経膠腫は分子生物学的には数種類の異なった機序で発症していることが明らかになってきており、分子生物学的手法を用いた新たな病態理解・診断・治療のアプローチが求められている。腫瘍の分子情報の取得には腫瘍組織の採取が必須であり、脳腫瘍の場合には開頭術という侵襲的な手技を経由する必要がある。このような侵襲的な手技を回避すべく、radiogenomicsという新規技術を発展させて、放射線画像という非侵襲的な診断技術で腫瘍の分子情報の取得を試みようとするのが本研究の主たる目的であった。本研究によって、放射線画像から神経膠腫の主たる遺伝子変異(特にIDH遺伝子変異)を高精度で診断する(正診率80%以上)技術開発が成功した。さらに、放射線画像解析に腫瘍局在情報を導入することで、従来のRadiomics法と比較して、診断精度の向上が見込まれることも明らかにすることができた。脳腫瘍に限らず、本研究手法が大規模臨床試験など臨床医学における大規模データを網羅的に解析し、従来型の解析では明らかにすることが出来なかった「画像」と腫瘍の「分子生物学」の関係性を明らかにでき、ビッグデータの活用、解析が推進されている昨今、全身疾病の「画像」と「分子情報」の統合解析を推し進める上で極めて重要な知見を得ることができた。平成29年10月、本研究と研究内容が近いデープラーニング(機械学習アルゴリズムの一種)を用いた脳腫瘍の画像分子遺伝学診断技術開発に関する研究成果が、他の研究グループより発表された。本研究遂行上、当該成果を踏まえてRadiogenomicsを再検討・再設計する必要が生じたものの、当初の研究目的を概ね達成している。本研究課題が目的としていた、人工知能支援下での神経膠腫におけるRadiogenomics研究は当初の研究計画通り遂行された。しかしながら、主たる遺伝子変異であるIDH変異を持ってしても、その推定精度は85%程度に留まっており、実臨床での実装を考えると、改善の余地を残している。今後の研究方向としては人工知能が「誤診断」した理由の一つ一つを明らかにし、人工知能が「不得手」とする症例の洗い出しを行いつつ、診断アルゴリズムの改善を行っていくことがある。また、本研究アプローチが神経膠腫に対して有用であることが明らかとなったが、他の中枢神経系疾患への技術応用・転用も積極的に検討していく必要がある。本研究では、分子生物学的情報と神経放射線学的データを統合解析する新規病態解析手法(Radiogenomics)を用い、神経膠腫として認識される腫瘍の発生並びに進展の過程で影響を及ぼす分子生物学的因子(遺伝子変異やmiRNAの発現量プロファイルなど)と神経放射線画像を統合的に解析する。そして、最終目的は、得られた知見を基にして、神経放射線画像による神経膠腫の新しい分子診断的技術を開発することである。本研究は、従来型の解析では明らかにすることが出来なかった「画像」と腫瘍の「分子生物学」の関係性を明らかにし、ビッグデータを網羅的に解析することであり、全身疾病の「画像」と「分子情報」の統合解析を推し進めるきっかけとなることが期待される。平成28年度は神経膠腫のRadiogenomics解析の拡張をおこなった。脳腫瘍に内在する様々な腫瘍生物学的情報(例えば腫瘍の遺伝子変異、DNA増幅、mRNAやmiRNAの発現プロファイルなど)とMRIに代表される神経放射線画像情報を連結し、多数の症例から得られる解析データを症例横断的に統合解析し(Radiogenomics解析)、分子レベルの異常と腫瘍の脳内局在の特徴やMR画像の性状の違いの相関性を明らかにするような画像解析ソフトウエアの開発を終了した。開発したソフトウェアはMRIのT1, T1Gd, T2強調画像とFLAIR画像のRadiomics解析を可能とするものであり、Matlab言語で作成されたUser InterfaceがFSLと有機的に連携してデータのやり取りを行っている。各画像のregistrationに時間がかかる点にまだ改善の余地があるが、現状で本研究課題を遂行するうえで問題とはならない。研究は予定通りに進行している。事前に平成28年度の研究計画として予定していた下記の項目を無事に達成している。局在解析:各症例のMR画像をNormalized Mutual Informationアルゴリズムを用いて標準脳MR画像であるMNI152に線形変換する。次に、病変部(高悪性度症例は造影病変を、低悪性度病変はT2強調画像での高輝度病変を)を3次元的に抽出し、それらを分子情報に分類して重畳することで、神経膠腫の分子生物学的特徴毎の脳内局在頻度図を作製する。腫瘍性状解析:各症例のMR画像から得られる「質」的情報を解析する。画像の「質的」な評価とは、MR画像に表現される腫瘍の不均一性、浸潤性、出血性などを指す。画像の複雑性(あるいは乱雑性)を反映すると考えられる「エントロピー」など、各腫瘍の画像から得られる、最小値や最大値、腫瘍辺縁部の明瞭度、不明瞭度なども評価項目にいれ、これら多数の評価項目によるメタデータをクラスタリングし、画像の「質」的検討から神経膠腫を客観的に分類する。

本研究では神経膠腫として認識される腫瘍の発生並びに進展の過程でどのような分子生物学的因子が影響を及ぼすのかをMRIなどの神経放射線画像情報を利用して統合的に解析し、そこから得られた知見をもとにして、神経放射線画像による神経膠腫の新しい分子診断技術を開発することである。本年度は主に1)神経膠腫の生物学的特徴を規定する因子(遺伝子変異、miRNAの発現量プロファイル)の網羅的解析ならびに2)画像/生物学的特徴を規定する因子のクラスタリング解析を行った。凍結検体抽出DNA/RNAを用いて、神経膠腫におけるdriverとなる遺伝子を中心にパネルを作成、target sequencingおよびdeep sequencingによる変異アレル頻度の測定をおこない、遺伝子プロファイルの差を明らかにした。また、DNAのメチル化状態(Illumina Human Methylation450 BeadChip(450k) arrayで評価)も膠芽腫に対して施行した。これらの生物学的特性と画像特性を連結する解析も施行できた。各症例の遺伝子発現(やmiRNA発現)プロファイルと画像特徴プロファイルを統合的にクラスター分析し、これら二つのモダリティの関係性を明らかにできた。解析にはR言語で提供される、Lasso regressionを利用し、データの属性により、two-class-unpairedもしくはcontinuous-response types解析をおこなった。これらのデータを用いて、ある遺伝子変異に着目した場合に、変異の有無による脳腫瘍の脳内局在の特徴やMR画像の性状の違いを統計学的に解析することができた。研究は極めて順調に進行していると判断している。当初の計画どおりに実行されており、画像による遺伝子変異予測精度も計画以上の予備的結果を得ている。神経膠腫は中枢神経系に発生する希少がんで、手術・放射線治療・化学療法を組み合わせた集学的治療が実施されているが、予後不良な疾患である。神経膠腫は分子生物学的には数種類の異なった機序で発症していることが明らかになってきており、分子生物学的手法を用いた新たな病態理解・診断・治療のアプローチが求められている。腫瘍の分子情報の取得には腫瘍組織の採取が必須であり、脳腫瘍の場合には開頭術という侵襲的な手技を経由する必要がある。このような侵襲的な手技を回避すべく、radiogenomicsという新規技術を発展させて、放射線画像という非侵襲的な診断技術で腫瘍の分子情報の取得を試みようとするのが本研究の主たる目的であった。本研究によって、放射線画像から神経膠腫の主たる遺伝子変異(特にIDH遺伝子変異)を高精度で診断する(正診率80%以上)技術開発が成功した。さらに、放射線画像解析に腫瘍局在情報を導入することで、従来のRadiomics法と比較して、診断精度の向上が見込まれることも明らかにすることができた。脳腫瘍に限らず、本研究手法が大規模臨床試験など臨床医学における大規模データを網羅的に解析し、従来型の解析では明らかにすることが出来なかった「画像」と腫瘍の「分子生物学」の関係性を明らかにでき、ビッグデータの活用、解析が推進されている昨今、全身疾病の「画像」と「分子情報」の統合解析を推し進める上で極めて重要な知見を得ることができた。平成29年10月、本研究と研究内容が近いデープラーニング(機械学習アルゴリズムの一種)を用いた脳腫瘍の画像分子遺伝学診断技術開発に関する研究成果が、他の研究グループより発表された。
コンクリートを下地とする建築物仕上材接合部の安全性に関する研究

H30年度は,各種仕上接合部の地震時での衝撃的な鉛直荷重に対する接合要素および接合部複合体の引張挙動について検討した。まず、鋼製天井下地の耐力におよぼす接合部性状の影響に関して、前年度行なった静的実験条件に加えて,ビスの頭径および埋込み長さ、クリップの根本長さ、野縁角度および受け幅などの要素寸法を広範囲に変化させた動的実験を行った。動的試験は,台座に取り付けたフレームに天井下地を石膏ボードに施工した試験体を吊下げ,台座と一体となったフレームごと自由落下させ系全体が緩衝材及び受衝撃板に衝突した際の衝撃力を天井下地システムに生じる動的な引張力として作用させた。その結果,鋼製天井の静的試験と動的試験では同一の複合体でも破壊性状及び破壊部分が異なること,静的試験と動的試験の破壊性状の違いから動的試験での最大荷重は小さく,地震等の加速度による破壊は静的試験より想定される荷重より安全側に推定する必要があることなどを指摘した。さらに,アンカーボルトの引抜き試験を静的荷重ならびに動的荷重により実施し,破壊性状と強度との関係などを検討した。その際,くさび割裂試験による動的破壊靭性試験も実施し引抜き試験結果との比較を行った。その結果,アンカーボルトの動的引抜き強度は静的引抜き強度よりも大きくなる傾向があること,コンクリートの動的引張破壊では衝撃荷重が大きくなるほど最大強度が大きくなるとともに破面の平均粗さが大きくなる傾向があること,アンカーボルトの動的引抜き強度が大きいほど破面の平均粗さが大きくなる傾向があることなどが明らかになった。さらに,接合部の動的なせん断破壊性状の試験方法について検討し,鉛直衝撃試験に使用するフレーム治具を横転設置し衝撃試験を実施することで動的なせん断荷重を得る試験方法を確立し,アンカーボルトの試験体について衝撃試験を実施し基礎的なデータを得た。H28年度は,仕上接合部の試験方法を確立し,各種仕上接合部の静的引張単調載荷ならびに繰返し載荷での破壊特性を全体および要素について把握し,材料構成則の評価方法を考察した。鋼製天井下地に関する既往文献を整理し部分要素の引張試験方法について検討した結果,石膏ボード、石膏ボード取り付け用ビス,シングルバー,クリップ,チャンネルからなる建築用鋼製天井下地の部分要素試験体を作成し,変位制御型の引張り試験装置により引張り荷重を負荷させる試験方法を提案した。本試験方法により実際の鋼製天井下地の条件に近似する複合体の引張性状を把握できることが明らかとなり試験方法の有効性を確認した。石膏ボード3種類,ビス2種類,建築用鋼製天井下地2種類の部分要素試験体について,鉛直方向の引張試験を単調および繰返し載荷条件で行なった結果,石膏ボードとビスのみの引張試験の結果と比較して鋼製天井部分の性質が合成されることで荷重変位曲線や最大強度に違いが見られるものがあること,繰返し載荷試験にり得られる荷重変形曲線の包絡戦は単調載荷試験と概ね同じ形状を示すが繰返しにより部分的に金物の塑性変形が生じる場合は破壊モードに差が見られること,組み合わせる石膏ボードと鋼製天井下地の条件によって破壊性状や破壊までの変形能が異なることなどが明らかになった。コンクリート下地と仕上材との接合部である,あと施工アンカーに着目し,5種類のあと施工アンカーについて,単調引抜試験および繰返し引抜試験を行い接合部の破壊性状と引抜耐力について考察した結果,単調引抜試験の最大荷重と繰返し引抜試験の最大荷重との間に大きな差は見られないこと,繰返し引抜試験による荷重変位曲線の包絡線と単調引抜試験による荷重変位曲線の形は概ね一致すること,繰返し試験による除荷線の勾配は,試験中ほぼ変わらず垂直に近い傾きを示すことなどが明らかとなった。仕上接合部の試験方法を確立し,各種仕上接合部の静的引張単調載荷ならびに繰返し載荷での破壊特性を全体および要素について把握し,材料構成則の評価方法を確立するという目的については概ね目標を達成した。材料構成則の評価方法の確立については,各種仕上接合部の引張試験において,繰返試験での荷重変位曲線の包絡線と単調試験による荷重変位曲線の形は概ね一致するものの,一部の鋼製材料については単調試験と繰返し試験での破壊モードに差異が見られるものもあり,それらの性状も考慮した評価方法の提案が必要であることが考察され,今後の検討が必要である。ただし,試験方法に関しては,H28年度において複合された接合部の試験方法を計画通り確立することができ、その中ではH29年度において計画している試験方法の検討も前倒しで行っており,29年度も引き続き当初計画通り研究を実施することが可能であると考えられる。H29年度は,各種仕上接合部の静的引張単調載荷ならびに繰返し載荷での破壊特性を、接合要素および接合部複合体について把握するとともに、接合部の動的破壊性状の試験方法について検討した。まず、鋼製天井下地の耐力におよぼす接合部性状の影響に関して、前年度行なった各要素実験の実験条件に加えて、ビスの頭径および埋込み長さ、クリップの根本長さ、野縁角度および受け幅などの要素寸法を広範囲に変化させた実験を行った。接合部単体試験においては、単調載荷試験と繰返し試験では、荷重変形曲線の概形はほぼ同じ概形を示した。複合体の試験結果については、単体試験結果に基づき推定した荷重変位曲線よりも変形が小さくなるものがあり、この原因として接合部の偏心が考察され、要素寸法の重要性を指摘した。

また、接合部の要素寸法が各接合部の破壊性状の特徴や強度要因に及ぼす影響が明らかになるとともに、組み合わせる接合部の条件によって全体の靭性が期待できるものがあることが分かった。次に、各種仕上接合部の地震荷重時の挙動を模擬する動的試験方法として、接合部試験体を自由落下させる衝撃試験機を応用し、落下着床時の反発係数と落下高さの制御から地震時の加速度応答を再現する動的試験方法を確立した。さらに、コンクリート下地と仕上材との接合部である、あと施工アンカーの引抜き性状に関して,単調引抜試験および繰返し引抜試験について静的および動的な試験を行った。衝撃試験機での加速度計,変位計の計測により、あと施工アンカーの動的荷重変位関係を把握するとともに、アンカーの種類による変形性状の特長が把握出来た。静的試験と動的試験の荷重変位曲線を同変位時で比較すると,動的試験時の荷重の方が多少大きいか同程度の値を示すことが明らかとなった。当初の計画であった、仕上接合部の引張り挙動に関して、接合部の要素実験ならびに接合部複合体での試験を実施し、接合部単体からの全体の挙動を推定する枠組みが確立出来た。また単調載荷ならびに繰返し載荷での破壊特性を把握し,両者は概ね一致するが、接合部要素の寸法などに影響を受ける場合があるあることが考察された。また、コンクリート下地に埋め込んだあと施工アンカーボルトの引抜け挙動に関し、静的試験と動的試験の比較を行なう事ができた。なお、動的試験に関しては次年度の検討課題であったが本年度に先行して実施出来た。H30年度においては、さらに、せん断試験での接合部の挙動を検討予定である。H30年度は,各種仕上接合部の地震時での衝撃的な鉛直荷重に対する接合要素および接合部複合体の引張挙動について検討した。まず、鋼製天井下地の耐力におよぼす接合部性状の影響に関して、前年度行なった静的実験条件に加えて,ビスの頭径および埋込み長さ、クリップの根本長さ、野縁角度および受け幅などの要素寸法を広範囲に変化させた動的実験を行った。動的試験は,台座に取り付けたフレームに天井下地を石膏ボードに施工した試験体を吊下げ,台座と一体となったフレームごと自由落下させ系全体が緩衝材及び受衝撃板に衝突した際の衝撃力を天井下地システムに生じる動的な引張力として作用させた。その結果,鋼製天井の静的試験と動的試験では同一の複合体でも破壊性状及び破壊部分が異なること,静的試験と動的試験の破壊性状の違いから動的試験での最大荷重は小さく,地震等の加速度による破壊は静的試験より想定される荷重より安全側に推定する必要があることなどを指摘した。さらに,アンカーボルトの引抜き試験を静的荷重ならびに動的荷重により実施し,破壊性状と強度との関係などを検討した。その際,くさび割裂試験による動的破壊靭性試験も実施し引抜き試験結果との比較を行った。その結果,アンカーボルトの動的引抜き強度は静的引抜き強度よりも大きくなる傾向があること,コンクリートの動的引張破壊では衝撃荷重が大きくなるほど最大強度が大きくなるとともに破面の平均粗さが大きくなる傾向があること,アンカーボルトの動的引抜き強度が大きいほど破面の平均粗さが大きくなる傾向があることなどが明らかになった。さらに,接合部の動的なせん断破壊性状の試験方法について検討し,鉛直衝撃試験に使用するフレーム治具を横転設置し衝撃試験を実施することで動的なせん断荷重を得る試験方法を確立し,アンカーボルトの試験体について衝撃試験を実施し基礎的なデータを得た。
光機能分子に対する理論的総合研究

平成28年度には、以下の3つのテーマに取り組んだ。(1)液相での1,3-シクロヘキサジエン/1,3,5-cis-ヘキサトリエン間光異性化反応に対する理論的研究(2)硫酸イオンの水溶液中での光解離の理論的研究(3)「トンネル効果」を取り入れた半古典動力学法の開発テーマ(1)では、初年度(平成26年度)から取り組んでいる溶液中1,3-シクロヘキサジエン/1,3,5-ヘキサトリエン間における光異性化反応に引き続き着目し、古典軌道ホップ法(TSH法)に基づく非断熱ab initio分子動力学計算による全自由度を考慮したシミュレーションを行った。昨年に引き続き、PME-ONIOM法により溶媒の効果を取り入れたシミュレーションを行い、生成比や励起状態の緩和時間、分子振動の振動数など実験と定性的かつ定量的な一致を得た。溶液中シミュレーションの結果をまとめ、学術論文発表を行った。テーマ(2)では、海洋中での同位体循環に着目し、水溶液中での硫酸イオンの光解離過程について、テーマ(1)同様に溶液中を仮定したPME-ONIOM法と非断熱ab initio分子動力学計算を用いてメカニズム解明に取り組んだ。気相とは異なる解離経路の発展に至り、国際学会で発表を行っている。テーマ(3)は、昨年度より取り組んでいるトンネル効果を取り入れた半古典分子動力学法の開発であり、今年度はon-the-flyでのab initio計算を行う手法へと発展させた。Abinitio計算におけるHessian行列の計算は計算コストが非常に大きく計算時間に関するボトルネックとなるが、本手法ではHessian行列をポテンシャル勾配で近似するHessian Update法を取り入れ現実的な計算時間を実現している。多自由度への発展を行い、アンモニア分子の光励起過程におけるトンネル効果の検証に着手している。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、研究課題に「光機能分子に対する理論的総合研究」を掲げ、実験との比較だけでなく実験では見ることが出来なかった光機能ダイナミクスの理論化学の立場からの詳細な解明を目的としている。平成26年度には、以下の3つのテーマに取り組んだ。(1)「気相および液相での1,3-シクロヘキサジエン/1,3,5-ヘキサトリエン間光異性化反応に対する理論的研究」(2)「硫酸の光解離過程に関する理論的研究」(3)「二酸化硫黄の液相中での光化学反応に関する理論的研究」主たるテーマとして取り組んだ(1)では、すでに気相並びに液相の実験が報告されている1,3-シクロヘキサジエンと1,3,5-ヘキサトリエン間における光異性化反応に着目し、古典軌道ホップ法(TSH法)に基づく非断熱ab initio分子動力学計算による全自由度を考慮したシミュレーションを行った。本研究では非断熱遷移確率の計算に、Zhu-Nakamura公式を用いた。気相中を想定とした研究では、今まで報告されていた第1励起状態への励起のみならず、第2励起状態への励起も考慮した全自由度シミュレーションの結果から、非断熱遷移に関わる分子振動並びに励起先の違いにより生成比が変化することが新たに解明された。液相中のシミュレーション結果でも実験と定量的な一致が見られており、引き続き計算を行っている。現在これらの結果をまとめた論文を作成中である。テーマ(2)では、紫外領域における硫酸の光解離過程について非断熱ab initio分子動力学計算を用いたメカニズム解明を行い、新たに水素原子と硫酸水素への解離経路を示し論文発表を行った。テーマ(3)については二酸化硫黄の大気エアロゾル中での光反応の解明を目指すもので、実験の困難である当該系に対し理論的アプローチからの解明を目指すべく計算に着手した。平成27年度には、以下のテーマに取り組んだ。(1)気相および液相での1,3-シクロヘキサジエン/1,3,5-cis-ヘキサトリエン間光異性化反応に対する理論的研究(2)大気中におけるHSOラジカルの光解離過程に関する理論的研究(3)「トンネル効果」を取り入れた新規半古典動力学法の開発主たるテーマとして初年度(平成26年度)から取り組んでいる(1)のテーマに関しては、すでに実験が報告されている1,3-シクロヘキサジエンと1,3,5-ヘキサトリエン間における光異性化反応に着目し、古典軌道ホップ法に基づく非断熱ab initio分子動力学計算による全自由度を考慮したシミュレーションを行った。本研究ではZhu-Nakamura公式を用いることで、取り入れられるべき量子効果の一つである「非断熱遷移」の考慮を可能としている。実験研究で用いられる緩和時間と分子振動解析法を用い、実験でも観測されているメジャーな分子振動をシミュレーションから得ることに成功している。以上の気相中での本異性化反応に対する研究結果を査読付き学術論文として発表した。液相中のシミュレーション結果でも実験と定量的な一致が見られており、現在これらの結果をまとめた論文を作成中である。テーマ(2)では、不安定で実験の困難なHSOラジカルに着目し、大気中・紫外領域における光解離過程について非断熱ab initio分子動力学計算を用いた解離経路の分岐比並びに解離条件の解明を目指している。本年の研究において、予想されていたOの解離経路に加え、新たにHが解離する解離経路の発見に至った。

テーマ(3)については、半古典的手法において取り込まねばならない量子効果の一つである「トンネル効果」を考慮できる新規半古典動力学法の開発に着手し、モデルポテンシャルを用いた系に対しての査読付き学術論文発表を行った。メインテーマであるシクロヘキサジエン、ヘキサトリエン間の光異性化反応に対する理論的研究では、全自由度モデルを用いた非断熱ab initio分子動力学計算により、高精度で実験と直接比較の可能な生成比決定・緩和時間解析・分子振動解析を行い、実際にそれらの結果を実験結果と比較し、査読付き学術論文として発表した。これらは気相での結果であるが、計算コストの観点から難しかった溶液中でのシミュレーションについても現在計算をすすめ、こちらも発表に向け論文を作成中である。主たるテーマ以外にも、平成27年度内には大気化学分野のサブテーマも進捗し、「トンネル効果」を取り入れた新規半古典動力学法の開発というテーマにおいても論文発表を行っている。以上の理由から当初の計画以上に進展をしていると考える。平成28年度には、以下の3つのテーマに取り組んだ。(1)液相での1,3-シクロヘキサジエン/1,3,5-cis-ヘキサトリエン間光異性化反応に対する理論的研究(2)硫酸イオンの水溶液中での光解離の理論的研究(3)「トンネル効果」を取り入れた半古典動力学法の開発テーマ(1)では、初年度(平成26年度)から取り組んでいる溶液中1,3-シクロヘキサジエン/1,3,5-ヘキサトリエン間における光異性化反応に引き続き着目し、古典軌道ホップ法(TSH法)に基づく非断熱ab initio分子動力学計算による全自由度を考慮したシミュレーションを行った。昨年に引き続き、PME-ONIOM法により溶媒の効果を取り入れたシミュレーションを行い、生成比や励起状態の緩和時間、分子振動の振動数など実験と定性的かつ定量的な一致を得た。溶液中シミュレーションの結果をまとめ、学術論文発表を行った。テーマ(2)では、海洋中での同位体循環に着目し、水溶液中での硫酸イオンの光解離過程について、テーマ(1)同様に溶液中を仮定したPME-ONIOM法と非断熱ab initio分子動力学計算を用いてメカニズム解明に取り組んだ。気相とは異なる解離経路の発展に至り、国際学会で発表を行っている。テーマ(3)は、昨年度より取り組んでいるトンネル効果を取り入れた半古典分子動力学法の開発であり、今年度はon-the-flyでのab initio計算を行う手法へと発展させた。Abinitio計算におけるHessian行列の計算は計算コストが非常に大きく計算時間に関するボトルネックとなるが、本手法ではHessian行列をポテンシャル勾配で近似するHessian Update法を取り入れ現実的な計算時間を実現している。多自由度への発展を行い、アンモニア分子の光励起過程におけるトンネル効果の検証に着手している。メインテーマであるシクロヘキサジエン、ヘキサトリエン間の光異性化反応の理論的研究では、今までに行われていなかった全自由度でのab initio分子動力学計算の結果から、気相中励起状態での詳細な分子構造変化や生成比を決定する要因の解明に成功し、現在論文を作成中である。一方、溶液中での本光異性化反応の計算結果の解析も進めている。
3次元微細加工技術を用いた自励振動高分子ゲル繊毛アクチュエータに関する基礎研究

外部からの制御信号がなくても,心臓のように一定リズムで自発的に動作する高分子ゲル製アクチュエータを実現し,生体との親和性の高いケモメカニカルシステムを構築することが本研究の最終目標である.第1ステップとして,繊毛運動をするケモメカニカルアクチュエータの実現可能性を検討している.材料にはルテニウム錯体[Ru(bpy)_3]を共重合させたN-イソプロピルアクリルアミド(N-IPAAm)自励振動ゲルを用いた.自励振動ゲル内ではBZ反応が発生し,一定条件下において自発的なリズムで膨潤収縮を繰り返す特性を示す.シンクロトロンから放射されるX線を利用したゲルのマイクロ成型加工技術を用いて自励振動ゲルの表面に繊毛状突起のマイクロ構造を形成した人工繊毛を実現した.人工繊毛は底部直径100μm,高さ300μmの円錐台形状構造が250μmピッチでアレイ状に配置された構造である.ゲル中の反応波の伝播に伴う繊毛状突起先端部の挙動を,動画解析処理を用いて測定すると共に,有限要素法(FEM)を用いたシミュレーション結果により解析した.BZ反応によるゲルの膨潤・収縮のFEM解析は,繊毛状突起モデルに初期条件として熱膨張係数と温度場およびヤング率の測定結果を与えて行った.測定により突起先端の楕円軌跡動作が明らかになり,FEM解析により突起先端の楕円軌跡動作にはゲル基部の膨潤・収縮が大きく関与していることが明らかとなった.自励振動ゲルの表面に繊毛状突起のマイクロ構造を形成することによって人工繊毛の実現を試みた.繊毛状突起の製作には,新規に提案するゲルのマイクロ成型加工技術を用いた.プロセスシーケンス概要を以下に示す.まずシンクロトロンから放射されるX線を利用してポリメチルメタクリレート(PMMA)製3次元マイクロ鋳型を製作し,次にこの鋳型内でゲルを重合反応させて自励振動ゲルの繊毛状突起を形成する.(1)PMMAにX線マスクを介して波長数ÅのSR放射x線光を照射する.(2)X線照射により低分子化したPMMAを現像液で溶解・除去する.(3)PMMA表面に金を0.1μm蒸着した後ニッケル電鋳を行う.(4)電鋳したNi金型をPMMAから剥離し,ポリメチルジシロキサン(PDMS)を成型して構造を転写する.(5)PDMS上にIPAAmモノマー溶液を注入,重合させて成型し,人工繊毛構造を転写形成する.作製した繊毛状突起は底部直径100μm,高さ300μmの円錐台形状構造が250μmピッチでアレイ状に配置された構造である.ゲル中の反応波の伝播に伴う繊毛状突起先端部の挙動を解析した.顕微鏡(×200)下で繊毛状突起を側面方向から観測しデジタルビデオに記録した後,動画解析処理システムを用いて記録画像上に指定した計測点A, Bの2次元的な移動量を数値化することに解析を行った.繊毛状突起先端の挙動解析結果から,突起先端が楕円軌跡を描いて動作していることが明らかとなった.外部からの制御信号がなくても,心臓のように一定リズムで自発的に動作する高分子ゲル製アクチュエータを実現し,生体との親和性の高いケモメカニカルシステムを構築することが本研究の最終目標である.第1ステップとして,繊毛運動をするケモメカニカルアクチュエータの実現可能性を検討している.材料にはルテニウム錯体[Ru(bpy)_3]を共重合させたN-イソプロピルアクリルアミド(N-IPAAm)自励振動ゲルを用いた.自励振動ゲル内ではBZ反応が発生し,一定条件下において自発的なリズムで膨潤収縮を繰り返す特性を示す.シンクロトロンから放射されるX線を利用したゲルのマイクロ成型加工技術を用いて自励振動ゲルの表面に繊毛状突起のマイクロ構造を形成した人工繊毛を実現した.人工繊毛は底部直径100μm,高さ300μmの円錐台形状構造が250μmピッチでアレイ状に配置された構造である.ゲル中の反応波の伝播に伴う繊毛状突起先端部の挙動を,動画解析処理を用いて測定すると共に,有限要素法(FEM)を用いたシミュレーション結果により解析した.BZ反応によるゲルの膨潤・収縮のFEM解析は,繊毛状突起モデルに初期条件として熱膨張係数と温度場およびヤング率の測定結果を与えて行った.測定により突起先端の楕円軌跡動作が明らかになり,FEM解析により突起先端の楕円軌跡動作にはゲル基部の膨潤・収縮が大きく関与していることが明らかとなった.
アフガニスタン出土仏教写本の研究

本研究は、1990年代の初頭にアフガニスタンのバーミヤン渓谷北部に位置するザルガラーン地区の石窟跡から発見され、ノルウェーのスコイエン・コレクションを主とする世界各地のコレクションに引き取られた、インド系文字で書写された大量の仏教写本類について、海外の研究協力者とともに解読研究を行うことを目的とした。写本類を解読するために国際共同研究が立ち上げられ、本研究に先立って、すでに3巻の報告書がオスロより出版されているが、今回の4年間の研究期間を通して解読が継続され、その成果が報告書第4巻として出版される予定である。1990年代初頭にアフガニスタンのバーミヤーン渓谷北部に位置するザルガラーン地区の石窟寺院跡から発見されて、ノルウェーのスコイエン・コレクションや我が国の平山郁夫コレクション等に引き取られた数千点にものぼる大量の仏教写本断簡類について、海外の研究協力者とともに解読と内容の比定を行い、最終的にその研究成果として、写本断簡類から回収されるサンスクリットおよびガンダーラ語テキストと翻訳、および内容の分析結果の出版を目指すものである。本研究は、1990年代にアフガニスタンのバーミヤン渓谷から発見され、ノルウェーのスコイエン・コレクションを中心とする個人蒐集家あるいは研究機関に引き取られた大量の仏教写本類について、海外の研究協力者とともにその解読と内容の比定を行い、出版を目指すものである。平成19年度は、その目的のため、複数の海外研究協力者を研究代表者が所属する研究機関に一定期間招聰して、ブラーフミー文字によるサンスクリット語仏教写本を中心に解読作業と内容分析を行った。さらに、パキスタンのギルギットから発見されたと伝えられるサンスクリット語による説一切有部教団の長阿含経写本やカローシュティー文字写本断簡類を収蔵する平山郁夫コレクションの写本類に対しても、スコイエン・コレクションの写本類と平行して出版のための解読を行った。また研究代表者自身は、関連する資料を所蔵する海外のコレクシヨンと研究機関を現地調査して、アフガニスタン出土写本にかんする新たな情報収集に努め、さらにスコイエン・コレクションにおける現物を調査して写真等では判読できない箇所の確認作業を行った。これらの解読作業を通して、19年度は、説一切有部教団とは異なる、恐らくは大衆部系教団の三蔵の一部とみなされる律と阿含文献、あるいはアビダルマ文献写本の多数の断簡類が回収されて解読された。また海外研究協力者と研究代表者の間で将来の写本の出版に向けての詳細な計画が議論され承認された。本研究は、1990年代にアフガニスタンのバーミヤン渓谷から発見され、ノルウェーのスコイエン・コレクションを中心とする各国の個人蒐集家あるいは研究機関に引き取られた大量の仏教写本類について、海外の研究協力者とともにその解読と内容の比定を行い、出版を目指すものである。平成20年度は、ブラーフミー文字によるサンスクリット語仏教写本、およびカローシュティー文字によるガンダーラ語仏教写本の解読作業と内容分析を、海外の研究協力者と連絡を密に取りながら前年度に引き続いて行った。さらに、パキスタンのギルギットから発見されたと伝えられるサンスクリット語による説一切有部教団の長阿含経写本やカローシュティー文字写本断簡類を収蔵する平山郁夫コレクションの写本類に対しても、スコイエン・コレクションの写本類と平行して出版のための解読を継続して行なった。20年度の特筆すべき成果としては、カローシュティー文字写本群の中に、著名な大乗経典である集一切福徳三昧経および菩薩蔵経のガンダーラ語断簡が発見されたことである。大乗仏教成立の初期において、大乗経典がガンダーラ語で作成された具体的証拠が初めて確認されたことになる。これら最古層に属する大乗経典写本の発見によって大乗仏教成立の解明に新たな資料を提供できたことになる。平成21年度は前年度に引き続き、海外の研究協力者と共同で出版を目指す解読作業を続けた。さらに6月には米スタンフォード大学に、9月には研究代表者が所属する佛教大学に、海外研究協力者を集めて、各研究者が事前に行った解読成果を持ち寄り、集中的な研究会を行うとともに、この時点での研究成果について研究発表を行った。またスコイエン・コレクション以外に、パキスタンのギルギットから発見されたと伝えられるサンスクリット語による説一切有部教団の長阿含経写本(米アダムスおよび我が国の平山郁夫コレクション所蔵)に対しても、第3篇の「戒蘊品」に含まれる経典類の一部について解読を行い、基礎的なデータを入力した。21年度の特筆すべき成果としては、カローシュティー文字によるガンダーラ語写本群の中に、文章のスタイルと内容から判断して、複数の大乗文献写本