hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Wntシグナルと骨・血管連関の生理的多型性

受診者は男性125名、女性195名の計320名だった。血清スクレロスチン、オステオカルシンを測定した。骨量は超音波測定法で測定し、骨量値としてスティフネス値を採用した。スティフネス値は骨量に加えて骨質も評価できるとされている。心臓足首血管指数(CAVI)から動脈硬化指標を測定した。超音波検査によって頸動脈内膜中膜複合体厚(CIMT)を測定した。単相関分析を行った。男性において、年齢が高くなるに従って、有意にスクレロスチンは高く、CIMTは高く、CAVIは高く、スティフネス値は低かった。年齢とオステオカルシンは有意で無かった。スクレロスチンとCIMT、CAVI、スティフネス値間には有意な相関は認められなかった。女性においては、年齢が高くなるに従って、有意にCIMTは高く、CAVIは高く、スティフネス値は低かった。年齢とスクレロスチン間には有意な相関は認められなかった。CIMTとスティフネス値間では、負の相関が認められた。年齢、BMI、高血圧治療、糖尿病治療、高脂血症治療、喫煙、飲酒、運動を調整した偏相関分析を行った。男性では、スクレロスチンとスティフネス値間に有意な正相関が認められたが、CIMT、CAVI間にはスティフネス値との有意な相関は認められなかった。女性では、スクレロスチン、CIMT、CAVI、スティフネス値間には有意な相関は認められなかった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。受診者は男性89名、女性138名の計228名だった。単相関分析を行った。男性において、年齢が高くなるに従って、有意にオステオカルシンは高く、CIMTは高く、CAVIは高く、スティフネス値は低かった。年齢とスクレロスチンは正の相関傾向が認められた(p=0.07)。CAVIとスティフネス値間では、負の相関傾向が認められた(0.06)。女性においては、年齢が高くなるに従って、有意にオステオカルシンは高く、スクレロスチンは高く、CIMTは高く、CAVIは高く、スティフネス値は低かった。CIMTとスティフネス値間、CAVIとスティフネス値間では、負の相関が認められた。スクレロスチンとCIMT、スティフネス値間には有意な相関は認められなかった。スクレロスチンとCAVI間に正の相関が認められた。男性では、スクレロスチンとCIMT、CAVI、スティフネス値間には有意な相関は認められなかった。女性では、CIMT、スティフネス値間には有意な相関は認められなかった。CAVI、スティフネス値間に有意な正相関が認められた。200名の調査を予定していたが、228名に対し調査が実施できた。対象に対して、血清スクレロスチン、オステオカルシンの測定ができた。骨量は超音波測定法で測定できた。心臓足首血管指数(CAVI)から動脈硬化指標を測定できた。超音波検査によって頸動脈内膜中膜複合体厚(CIMT)を測定できた。受診者は男性96名、女性139名の計235名だった。単相関分析を行った。男性において、年齢が高くなるに従って、有意にスクレロスチンは高く、スティフネス値は低かった。年齢とオステオカルシン、CIMT、CAVIは有意で無かった。スクレロスチンとCIMT間に正の相関が認められたが、CAVI、スティフネス値間には有意な相関は認められなかった。男性では、スクレロスチンとスティフネス値間に有意な正相関が認められたが、CIMT、CAVI、には有意な相関は認められなかった。女性では、スクレロスチンとスティフネス値、CIMT、CAVI間には有意な相関は認められなかった。

200名の調査を予定していたが、235名に対し調査が実施できた。対象に対して、血清スクレロスチン、オステオカルシンの測定ができた。骨量は超音波測定法で測定できた。心臓足首血管指数(CAVI)から動脈硬化指標を測定できた。超音波検査によって頸動脈内膜中膜複合体厚(CIMT)を測定できた。受診者は男性136名、女性217名の計353名だった。血清スクレロスチン、オステオカルシンを測定した。骨量は超音波測定法で測定し、骨量値としてスティフネス値を採用した。スティフネス値は骨量に加えて骨質も評価できるとされている。心臓足首血管指数(CAVI)から動脈硬化指標を測定した。超音波検査によって頸動脈内膜中膜複合体厚(CIMT)を測定した。単相関分析を行った。男性において、年齢が高くなるに従って、有意にスクレロスチンは高く、CIMTは高く、CAVIは高く、スティフネス値は低かった。年齢とオステオカルシンは有意で無かった。スクレロスチンとCIMT、CAVI、スティフネス値間には有意な相関は認められなかった。女性においては、年齢が高くなるに従って、有意にCIMTは高く、CAVIは高く、スティフネス値は低かった。年齢とスクレロスチン間には有意な相関は認められなかった。スクレロスチンとCIMT、CAVI間には有意な相関は認められなかった。スクレロスチンとスティフネス値間に有意な正の相関が認められた。CIMTとスティフネス値間では、負の相関が認められた。年齢、BMI、高血圧治療、糖尿病治療、高脂血症治療、喫煙、飲酒、運動を調整した偏相関分析を行った。男性では、CAVIとスティフネス値間に有意な正相関が認められたが、CIMT、スクレロスチンにはスティフネス値との有意な相関は認められなかった。女性では、スクレロスチンとスティフネス値間に有意な正の相関が認められたが、CIMT、CAVI間には有意な相関は認められなかった。200名の調査を予定していたが、353名に対し調査が実施できた。受診者は男性125名、女性195名の計320名だった。単相関分析を行った。
等質空間の微分幾何学とその上の非コンパクトリー群の作用の研究

今年度の研究項目は次の3つであった。1.位相幾何学的手法により,非コンパクトリー群(特にローレンツ変換群)の等質空間への作用の構成とその分類を行う.2.等質空間上の離散力学系を考察し,またその上のハミルトン力学系の積分可能性について調べる.3.非コンパクト等質空間の間の調和写像を解析的手法及び1の成果を用いる手法により研究を進める.1について,大池は「複素グラスマン多様体」への半単純でない非コンパクトリー群の作用を考察中であるがまた成果は得ていない.内田は極大コンパクト部分群SO(p)×SO(2)に制限した作用が標準的な線型作用であるような,(p+1)次元球面に働く(p,2)型のローレンツ群の作用について研究し,このような作用が2次元球面上の(1,2)型のローレンツ群の作用と実射影平面への写像の組みで特徴づけられるという結果を得た.2について,井伊は複素射影空間の,零断面を除いた接束上に,測地的流れで不変なケーラー構造を,リーマン幾何的な方法で構成した.その論文は投稿中である.河村は,従来,カオス力学の研究は初期値の収束が不規則であるということで捉えられて来たが,初期値を集団としてみるということ(現実の世界はそうなっている)により,新しい知見を得て論文にまとめた.3について,上野は2つのDamek-Ricci spaceの理想境界上に,ある条件を満たす写像を与えたとき,それを内部に,調和写像として拡張出来るという結果を得た.今年度の研究項目は次の3つであった。1.位相幾何学的手法により,非コンパクトリー群(特にローレンツ変換群)の等質空間への作用の構成とその分類を行う.2.等質空間上の離散力学系を考察し,またその上のハミルトン力学系の積分可能性について調べる.3.非コンパクト等質空間の間の調和写像を解析的手法及び1の成果を用いる手法により研究を進める.1について,大池は「複素グラスマン多様体」への半単純でない非コンパクトリー群の作用を考察中であるがまた成果は得ていない.内田は極大コンパクト部分群SO(p)×SO(2)に制限した作用が標準的な線型作用であるような,(p+1)次元球面に働く(p,2)型のローレンツ群の作用について研究し,このような作用が2次元球面上の(1,2)型のローレンツ群の作用と実射影平面への写像の組みで特徴づけられるという結果を得た.2について,井伊は複素射影空間の,零断面を除いた接束上に,測地的流れで不変なケーラー構造を,リーマン幾何的な方法で構成した.その論文は投稿中である.河村は,従来,カオス力学の研究は初期値の収束が不規則であるということで捉えられて来たが,初期値を集団としてみるということ(現実の世界はそうなっている)により,新しい知見を得て論文にまとめた.3について,上野は2つのDamek-Ricci spaceの理想境界上に,ある条件を満たす写像を与えたとき,それを内部に,調和写像として拡張出来るという結果を得た.
量子特異点の物理的性質の基礎研究

本研究課題は、量子力学における特異点の数理的把握とその物理効果を探求することを目的とし、これを達成するために、(1)量子特異点のある多体系の統計的な性質、(2)量子特異点と量子可解系、及び(3)量子特異点と量子情報の関連の3つのトピックについて、綜合的な観点から研究を行った。まず(1)の量子特異点のある多体系の統計的性質については、1次元量子井戸系における特異点を、粒子を遮断する仕切壁と見て、その物理的効果を粒子の統計性(ボソン及びフェルミオン)を変えて調べたもので、粒子数と量子圧、温度依存性の間に簡単なスケーリング則が成立することを発見した。これらの結果は粒子の統計性に大きく依存し、従って量子特異点を用いる量子井戸の性質の測定により、その構成粒子の統計性を間接的に知る可能性を示唆するものである。また(2)については、特異ポテンシャルを持つ可解系の典型例として良く知られたCalogero系を考察し、一般的な特異性の下では新しい量子解が許されることを明らかにした。これは広いクラスの量子特異点を考察することにより、特異点の下で多様な物理が許容されることを示す顕著な例として重要である。さらに(3)については、量子特異点を用いた極めて単純な量子計算の実行が原理的に可能であることを示し(量子算盤:quantum abacus)、かつ量子縺れの応用の観点から量子的なゲーム理論を考察し、その一般論の構成に成功した。この量子ゲーム理論は、一般の量子状態をSchmidt分解に基づく簡明な戦略として実現するものであり、ゲームにおける量子戦略の安定性(Nash平衡解)の分析が容易な点など、近年提案された(2人型)量子ゲーム理論の枠組の中では最も完全で使い易いものになっている。初年度の課題として、研究実施計画に従って1.量子特異点と粒子系の統計的性質の解明、2.可解系への応用について研究した。また2.の副産物として3.量子計算への応用を、さらに新たな課題として4.量子ゲーム理論の一般的枠組と量子性についても、併せて研究を行った。まず、1.は特異な仕切壁のある量子井戸において、井戸中の多粒子系の物性を、仕切壁を量子特異点と見なして調べたもので、特に仕切壁に発生する量子圧の温度依存性および粒子の統計依存性について詳細に分析した。その結果、量子圧は極低温で零でなく有限であり、低温域で最小圧となった後、温度の1/2乗で発散することがわかった。極低温圧や最小圧の値は、粒子がボソンの場合は粒子数Nに、フェルミオンの場合にはNの2乗に比例するスケーリング則があり、粒子の統計依存性が明瞭に現れることを発見した。2.は、量子特異点の一般論を用いてK=3 Calogero模型の量子解の一般的化を行ったものである。模型を提唱したCalogero自身の解は、ポテンシャルの特異点での境界条件としてDirichlet型を採り、かつ固有状態を対称(boson)、反対称(femion)状態のみに限定したものであったが、本研究では、量子特異点の一般論から許されるU(2)の特異点族のうち、対称性から2パラメーター族に限定された解で、かつ対称群の一般の既約表現になっているものを構築することに成功した。これはCalogeroの解だけでなく、従来より予想されていた調和振動子系に連続的に移行する解をも含んだもので、現在知られているN=3 Calogero模型の最も一般的な量子解となっている。

3.の研究では、U(2)族の量子特異点を外部から制御することによって、1-qubitに対する任意のユニタリー時間発展を生成する可能性を調べた。これは量子特異点を持つ調和振動子系が持つ、振動の半周期毎に生じる再起現象の性質(caustics)を利用したものである。実際、この種の系に対しては、時間発展ユニタリー行列と量子特異点を特徴づけるU(2)行列との間に同一性が成立し、これを用いて任意のユニタリー時間発展を遂行できること、すなわち、1-qubit演算が行えることを示した。4.は、近年話題になっている古典ゲームの量子化によって定義される量子ゲームにおいて、発見された量子最適解(Nash平衡解)が、本質的に量子解と言えるかどうかを吟味するものである。この目的のため、まず量子ゲーム理論の一般的枠組みを構成し、量子ゲーム理論の内容は古典ゲーム理論族と、量子干渉効果から成ることを明かにした。これによって、実は問題となった量子解よりも最適な解が存在し、新しい最適解は量子エンタングルメントを持ち真の量子解となっていることを明かにした。本研究課題のプロジェクト2年目にあたる17年度では、研究実施計画に従って、(1)量子特異点系の統計性質についての精密化、(2)N=3 Calogero系での特異点の取り扱いの一般化、及び(3)量子縺れの物理効果を量子ゲーム理論において探求すること、の3つのトピックについて研究を行った。まず(1)の量子特異点系の統計的性質については、粒子の統計性の差異や温度依存性等に関し、解析的手法による近似法を開発することによって、数値計算の結果と極めて良く一致する表式を見出した。これにより、前年度に数値計算によって見つけたスケーリング則(低温極限における量子圧や最小圧の値は、粒子がボソンの場合は粒子数Nに、フェルミオンの場合にはNの2乗に比例すること)を解析的に裏づけるとともに、さらに最小圧を与える温度も簡単な式に表現することが可能になった。(2)のN=3 Calogero模型の量子解の一般的化については、量子特異点の一般論から許されるU(2)の特異点族のうち、前年に得た特殊な対称性を持つ解でとは異なる、スケール不変性と鏡映不変性の両者を持つ一群の量子解を構築した。これは良く知られたCalogeroの解を含んだもので、同種粒子系よりもさらに一般的なものであるが、スペクトルの構造から代数的な可解性のあることが判明しており、代数的なアプローチによる他の研究との接点が明らかになっている。(3)については、まず量子ゲーム理論そのものの定式化をさらに進め、前年に構成した枠組とは別に、Schmidt分解に基づく枠組を構成することに成功した。以前の枠組の長所は古典ゲームからの差異が明瞭になることであるが、新たに開発した枠組の特徴は、問題となっている量子縺れを定量的に評価するのに適していることであり、またより簡明なプレーヤーの戦略記述を与えるものである。これら2つの枠組を用いて、対称ゲーム理論におけるNash平衡点の一般解を構成し、その種類や挙動から、与えられた量子ゲームのNash平衡解から見た詳細な相構造を明かにした。この相構造は、数年前より他の研究グループが示唆していたものを遥かに精密にしたもので、これによって量子ゲームのディレンマの解消が、どのような量子縺れの下で可能になるかについて、明解に判断できるようになった。本研究課題のプロジェクト3年目にあたる18年度では、研究実施計画に従って、(1)量子特異点のある多粒子系の統計的性質についての精密化、及び(2)量子ゲーム理論の一般論の構築と量子戦略における量子縺れの効果、の2つのトピックについて研究を行った。
自然冷熱エネルギを利用したヒ-トパイプ型凍土低温貯蔵庫の構造と性能に関する研究

ヒ-トパイプ型低温貯蔵庫の10年間の温度測定結果から経年変化をみると、地盤内部は完全に永久凍土化している。表面地盤は夏期から冬期直前まで融解し、再び凍土化する年次繰返しパタ-ンが得られた。永久凍土は庫内底部が最も大きく残存した。ヒ-トパイプ216本は多過ぎるため、庫内温度は零度以下なるから、半数のフインに布をかぶせた。それでも冷却能力は大きく、この程度の貯蔵空間では50本程度充分との結論が得られた(土谷担当)。秋季に貯蔵したバレイショ、ナガイモ等の野菜類の減耗率を測定しているが、目減りは5%以下で良好な貯蔵状態にあり、このシステムは野菜の長期貯蔵に適していることが明白となった。貯蔵リンゴの水分と適定酸度は減少し、果皮は軟化傾向を示した。固体数が少ないため、糖度などバラツキが多く長期貯蔵効果は不明である(石橋担当)。貯蔵庫堤部に生じる自然植生の調査結果、カラマツの優先度が高く、周辺の防風林の風散布にるものである。草本植物はオオヨモギ、オオアワダチ草が見られたがその被度は小さいことが判明した(丸山担当)。吸水性ポリマ-の現地凍結実験によると、凍土層が形成されたが、融解した部分が熱抵抗となり有効に貯蔵庫を冷却しなくなることが判明した。潜熱蓄熱体を貯蔵庫周囲に置いた場合、発熱量の多い野菜は1.41.5mの厚さが必要である.中央に潜熱蓄熱体を置き、融解による熱抵抗の少ない水のみを使用した構造「冬氷システム」が建設コスト削減になる提案を行った(了戒担当)。電気探査機を使用して凍土の比抵抗値を測定した結果、未凍土と凍土の境界は1000Ωm前後となるが、明確に決定はできなかった。見掛比抵抗値と温度の相関から、面的な凍結線の分布を表すことができた。凍土造成期、最盛期、融解期の大きな違いが測定できたことから、年間の凍土量のバランスを把握できることが判明した(高見担当)。1987年に建設されたヒートパイプ型低温貯蔵庫内の50箇所の温度測定を行った結果、貯蔵庫底部の温度が最も低く、永久凍土が残存する部分が最も大きかった。庫内温度は8月が最も上昇したが、約3度以内であった。冬期の凍土形成にともなう構造物の変形をみると、前室の底部が20cmほど凍上が発生した。また貯蔵室全面の下部に凍結膨張が発生し、ジオテキスタイルの破損が見られたことから、今後の対策が必要である(土谷担当)。秋季に貯蔵したバレイショ、ナガイモ、ニンジン、ゴボウおよびタマネギの野菜類の減耗率を測定しているが、目下低下率2%以下で良好な貯蔵状態にある。また、継続調査中であるが、リンゴの水分は3032%で、表面硬度は多少減少し、糖度は1917%と若干減少し、酸度は多少増加する傾向にあることが判明した(石橋担当)。貯蔵庫堤部と斜面における10年間放置によつて生じる自然植生の調査結果、カラマツの優先度が高く、周辺の防風林の風散布にるものである。

シラカバ、ハンノキなどの木本類の侵入もみられた。草本植物はオオヨモギ、オオアワダチ草が見られたがその被度は小さいことが判明した(丸山担当)。吸水性ポリマー・アクアリックを用いたヒートパイプによる現地凍結実験結果によると2月中旬に直径20cmの凍土層が形成されたが、3月中旬では直径40cmにまで発達しなかつた。その原因は2月の暖冬気象によるもので、中心から20cm離れた地点は0.05°Cであるので、3月末にマイナスになると推測される(了戒担当)。電気探査機を使用して凍土の24点の比抵抗値を測定した結果、凍土が造成期、最盛期、融解期によって大きな違いが生じることが判明した。比抵抗値の勾配を利用すると、いくつかパターンに分類でき、これから凍土の厚さの推定が可能であることがわかった(高見担当)。ヒートパイプ型低温貯蔵庫内の50箇所の温度測定を行った結果、前年度と同様に貯蔵庫底部の温度が最も低く、永久凍土が残存する部分が最も大きかった。庫内温度は8月が最も上昇したが、約3度以内であった。冬期の凍土形成にともなう構造物の変形をみると、東壁の側部と前室の底部が20cmほど凍上した。また、ヒートパイプと地盤との境目に一部亀裂が生じ、雨水の侵入が生じた。(土谷担当)。秋季に貯蔵したバレイショ、ナガイモ、ニンジン、ゴボウおよびタマネギの野菜類の減耗率を測定しているが、目下低下率2%以下で良好な貯蔵状態にある。まだ、リンゴの水分は3032%で、表面硬度は多少減少し、糖度は1917%と若干減少し、酸度は多少増加する傾向にあることが昨年同様に判明した(石橋担当)。貯蔵庫堤部に生じる自然植生の調査結果、カラマツの優先度が高く、周辺の防風林の風散布にるものである。草本植物はオオヨモギ、オオアワダチ草が見られたがその被度は小さいことが判明した。また南斜面の凍結は目下35cmに対し北斜面は50cmの凍結が生じた(丸山担当)。吸水性ポリマー・アクアリックを用いたヒートパイプによる現地凍結実験結果によると、凍土層が形成されたが、3月中旬では直径30cmにまで発達した。昨年以来続いた暖冬10年は終了し、平年の寒さの冬に戻ったと推測される(了戒担当)。電気探査機を使用して凍土の24点の比抵抗値を測定した結果、東壁の凍土造成期、最盛期、融解期の大きな違いが測定できた。しかし、凍土の厚さの推定は今後の課題として残された(高見担当)。ヒートパイブ型低温貯蔵庫の10年間の温度測定結果から経年変化をみると、地盤内部は完全に永久凍土化している。表面地盤は夏期から冬期直前まで融解し、再び凍土化する年次繰返しパターンが得られた。永久凍土は庫内底部が最も大きく残存した。ヒートパイプ216本は多過ぎるため、庫内温度は零度以下なるから、半数のフィンに布をかぶせた。それでも冷却能力は大きく、この程度の貯蔵空間では50本程度充分との結論が得られた(土谷担当)。秋季に貯蔵したバレイショ、ナガイモ等の野菜類の減耗率を測定しているが、目減りは5%以下で良好な貯蔵状態にあり、このシステムは野菜の長期貯蔵に適していることが明白となった。貯蔵リンゴの水分と適定酸度は減少し、果皮は軟化傾向を示した。固体数が少ないため、糖度なとバラツキが多く長期貯蔵効果は不明である(石橋担当)。貯蔵庫堤部に生じる自然植生の調査結果、カラマツの優先度が高く、周辺の防風林の風散布によるものである。(丸山担当)。吸水性ポリマーの現地凍結実験によると、凍土層が形成されたが、融解した部分が熱抵抗となり有効に貯蔵庫を冷却しなくなることが判明した。潜熱蓄熱体を貯蔵庫周囲に置いた場合、発熱量の多い野菜は1.41.5mの厚さが必要である。
呼吸器感染症病原菌の表皮細胞内侵入と抗菌薬からのエスケープ機構

浮遊状態と上皮細胞接着・侵入状態の緑膿菌に対する各種抗菌薬の効果を比較することで、緑膿菌のMDCK細胞およびA549細胞への侵入の意義について解析した。緑膿菌ATCC27853株、PAO1に対するメロペネム(MEPM)、セフタジジム(CAZ)、ゲンタマイシン(GM)、シプロフロキサシン(CPFX)の最小発育阻止濃度(MIC)および最小殺菌阻止濃度(MBC)を測定した。ATCC27853株に対するMIC/MBCはMEPM0.5/0.5、CAZ1/1、GM1/1、CPFX0.5/1μg/ml、PAO1に対しては0.5/1、1/1、1/20.125/0.25μg/mlであった。これらは殺菌性の抗菌薬であり、一夜培養での成績は妥当と考えられた。さらに菌接種後30分、2時間、6時間、9時間、12時間のMBCを検討した。濃度依存性殺菌性抗菌薬であるGMおよびCPFXのMBCは30分後に低下し始めたが、時間依存性殺菌性抗菌薬であるCAZ、MEPMはこれより遅れ9時間、6時間で低下し始めた。緑膿菌ATCC27853株、PAO1株をMDCK細胞およびA549細胞に3時間接触させ、浮遊細菌を洗浄後のシステムで評価を行った。抗菌薬の作用時間は2時間とした。MDCK細胞およびA549細胞に付着・侵入した細菌の場合、CAZとMEPMは256μg/mlの高濃度でも全く殺菌性を示さなかった。これに対し、GMは32μg/mlで2時間での殺菌効果を呈したが、殺菌率は99%に留まった。一方、CPFXは同様に2時間で殺菌効果を呈し、その殺菌率は99.9%であった。以上の結果は、短時間で殺菌作用を示すGMとCPFXが細胞に付着・侵入した細菌にも効果を呈したものの、短時間殺菌脳の劣る抗菌薬では効果が見られないことを裏付けることとなった。上皮細胞に付着・貪食した細菌に対し、細胞内透過性の高いCPFXが最も優れたことから、細菌の上皮細胞への侵入は侵襲性感染症への進展のステップのみならず、抗菌薬からのエスケープ機構として働いていると考えられた。東北大学病院および関連施設にて臨床分離されたアシネトバクターおよびインフルエンザ菌を対象として、細胞侵入性について検討した。使用した細胞は呼吸器由来の細胞であるBEAS-2B(ヒト正常気道上皮)細胞を使用した。細胞培養により細胞モノレーヤーを作成し、収集したアシネトバクターおよびインフルエンザ菌を接種し、一定時間感染させた。感染後、gentamicinにて細胞外に存在する菌を殺菌し、Triton-Xにて培養細胞を破壊した。これを寒天平板培地にコンラージすることで細胞内に侵入した菌数をカウントし、侵入率を算出した(gentamicin killing assay)。その結果、血液培養陽性検体から分離されたアシネトバクターは、喀痰や尿などの血液培養以外の検体から分離された株と比較して、細胞侵入率が有意に高いことが判明した。一方、インフルエンザ菌についても、約半数の株が侵入性を有していた。すなわち、アシネトバクターおよびインフルエンザ菌について、株により侵入能の差異があることが明らかとなった。また、血液培養から分離されるアシネトバクターは、高い侵入性を有していることから、病原性の高い株が敗血症などより重篤な疾患を発症させやすいことが示唆された。

上皮細胞に付着・貪食した細菌に対し、細胞内透過性の高いCPFXが最も優れたことから、細菌の上皮細胞への侵入は侵襲性感染症への進展のステップのみならず、抗菌薬からのエスケープ機構として働いていると考えられた。
細胞膜ナノチューブを標的とする新規HIV抑制法の確立

エイズウイルスHIV-1は薬剤で抑えられるものの、薬剤耐性ウイルスの出現が問題となっている。その為に、HIV-1の分子ではなく、宿主分子を標的にしてHIV-1を抑える試みが期待されている。実際、HIV-1受容体CCR5を標的にHIV-1の細胞への侵入を阻害する薬剤で成功している。従って、このアプローチは今後も進める意義があり、加速するには新たな標的宿主分子の同定も重要である。一方で近年、HIV-1とtunneling nanotubes(TNT)と呼ばれる、遠隔の細胞同士を物理的に連結する細長い細胞膜突起との密接な関係が明らかとなってきた。例えばHIV-1がTNTを介してCD4+ T細胞間を伝播する事や、HIV-1がマクロファージでTNT形成を促進し、このTNTを通ってウイルス蛋白質が移動したB細胞での免疫グロブリンのクラススイッチの障害が報告されてきた。従って、TNT阻害がHIV-1感染拡大の抑制に有効と期待される。しかし、多数の分子の関与が予想されるTNT形成過程には未解明の部分が多く、TNT形成の特異的阻害法も確立されておらず、TNTを介した細胞間伝播が全体のどれ位を担うのかは全く不明であった。本研究では、TNT形成に重要な宿主タンパク質M-Secに着目し、そのノックダウンを中心に解析を行った。その結果、M-Secノックダウンにより、TNT形成だけでなく、HIV-1の産生量が低下すること、特に感染初期の段階で激減(10%程度にまで)することを見出した。これら結果が、遺伝子ノックダウンによる副次的な影響でないことは多面的な解析で確認してきた。以上から、TNTがHIV-1の細胞間伝播、特に初期の伝播に重要であることが確実に確認された。初年度の研究から、宿主タンパク質M-SecがTNTの形成、そしてそれらを利用したHIV-1細胞間伝播において重要な役割、特に初期の細胞間伝播に中心的な役割を果たすことを改めて確認することができた。一方、M-Secの下流分子、特に低分子GTPase群について解析を進めたところ、複数の細胞種で低分子GTPaseがM-Sec同様、HIV-1細胞間伝播に重要なことは確認できたものの、細胞によって重要な低分子GTPaseの種類が異なると言う、新たな可能性も見出している。そのため、次年度は更に詳細な解析を進めることが重要となった。これまでの研究により、宿主マシーナリーを標的にしたTNT形成阻害がHIV-1感染拡大の抑制、ひいては薬剤耐性HIV-1の軽減につながり、そしてこの研究は他の病態の克服にも有用と期待される。一方、実際に臨床に還元するには更に一段、研究を高める必要がある。つまり、酵素活性を持たないM-Secに代わって最適標的となる宿主分子の同定が求められる。この点を踏まえて本研究では、HIV-1がTNT形成を促進する分子メカニズムの全容解明を試みる。我々ははその為の有用な発見、つまり、HIV-1感染細胞ではM-Secが細胞頭頂部に異常集積し、まさしくその部位からTNTが伸長する事を見出している。従って、共免疫沈降・質量分析でM-Secと複合体を形成する蛋白質群を探索してノックダウンによってvalidationするだけでなく、それらが偏局在M-Secと共局在するかも免疫染色で解析し、更には我々が同定してきたM-Sec機能阻害化合物NPD3064をツールとして応用すれば、オリジナルかつ成功する確率が高いアプローチができる。初年度の研究からM-Secのノックダウンによっても、TNTの形成そしてHIV-1の初期伝播の大幅な低下が認められたため、先のNPD3064を応用した解析系と併用することで、より確実に結論する予定である。

初年度の研究から、宿主タンパク質M-SecがTNTの形成、そしてそれらを利用したHIV-1細胞間伝播において重要な役割、特に初期の細胞間伝播に中心的な役割を果たすことを改めて確認することができた。一方、M-Secの下流分子、特に低分子GTPase群について解析を進めたところ、複数の細胞種で低分子GTPaseがM-Sec同様、HIV-1細胞間伝播に重要なことは確認できたものの、細胞によって重要な低分子GTPaseの種類が異なると言う、新たな可能性も見出している。そのため、次年度は更に詳細な解析を進めることが重要となった。これまでの研究により、宿主マシーナリーを標的にしたTNT形成阻害がHIV-1感染拡大の抑制、ひいては薬剤耐性HIV-1の軽減につながり、そしてこの研究は他の病態の克服にも有用と期待される。一方、実際に臨床に還元するには更に一段、研究を高める必要がある。つまり、酵素活性を持たないM-Secに代わって最適標的となる宿主分子の同定が求められる。この点を踏まえて本研究では、HIV-1がTNT形成を促進する分子メカニズムの全容解明を試みる。我々ははその為の有用な発見、つまり、HIV-1感染細胞ではM-Secが細胞頭頂部に異常集積し、まさしくその部位からTNTが伸長する事を見出している。従って、共免疫沈降・質量分析でM-Secと複合体を形成する蛋白質群を探索してノックダウンによってvalidationするだけでなく、それらが偏局在M-Secと共局在するかも免疫染色で解析し、更には我々が同定してきたM-Sec機能阻害化合物NPD3064をツールとして応用すれば、オリジナルかつ成功する確率が高いアプローチができる。初年度の研究からM-Secのノックダウンによっても、TNTの形成そしてHIV-1の初期伝播の大幅な低下が認められたため、先のNPD3064を応用した解析系と併用することで、より確実に結論する予定である。分担者(国立感染症研究所日吉真照)が研究計画を遂行するにあたり、必要な試薬等を既に所有していたため、研究費の適正および有効な使用を考え、次年度の研究に使用することとしたものである。分担者の次年度の研究計画は、以下の通りであり、次年度使用分と合わせ、確実に遂行する。「M-SecをノックダウンしたHTLV-1感染細胞を移植したヒト化マウスで、ウイルス産生が低下する事を見出しているので、同じ系で、RalA阻害化合物BQU57などのin vivo抗ウイルス効果も評価する。」
細胞死を誘導するポリアミン代謝阻害剤の開発

本研究は、ポリアミン蓄積による細胞死のメカニズム解明を目指して、spermidine/spemine-N1-acetyltransferase(SSAT)の強力な阻害剤を設計・開発することを目的とした。実験計画に従い、1)SSATの活性測定法の開発と阻害効果を持つ化合物のスクリーニング、2)ポリアミンアナログの合成と培養細胞への効果、3)ポリアミン過剰蓄積の際の細胞容積変化と細胞内分布に関する研究を行い、以下の成果を得た。N^1-Dansylnorspermineを蛍光基質とするHPLCによるSSAT活性測定法が、組み換え体ヒトSSATを用いるSSAT阻害剤のスクリーニング法として有用であることを明らかにした。また、組み換え体ヒトSSATおよびSSATを薬物処理により誘導したHTC細胞の抽出液について、詳細に酵素反応を速度論的に解析し、生体試料中のSSATの高感度な活性測定条件を確立し、細胞試料へ応用可能であることを明らかにした。確立した活性測定法を用い、SSATの阻害剤をスクリーニングしたところ、これまで報告のある阻害剤の中で最も強力とされるdi(ethyl)norspermineよりも強力であり、polyamine oxidase(PAO)に対しても阻害効果を持つ化合物を見いだした。SSATスクリーニングに用いた数多くの阻害剤について、培養細胞に対する効果を検討し、それらが細胞増殖抑制、アポトーシスの誘導に有効であることを明らかにした。薬物処理してspermidineを過剰蓄積したラット肝がん由来HTC細胞の細胞容積の変化およびポリアミン細胞内分布を、それぞれ、コールターカウンターおよび限外ろ過法により調べ、ポリアミン蓄積が細胞容積を縮小させるばかりでなくポリアミン細胞内分布にも影響することを示唆する結果を得た。本研究は、ポリアミン蓄積の影響、ポリアミン蓄積による細胞死のメカニズム解明を目指して、ポリアミン代謝酵素の一つである、spermidine/spermine-N^1-acetyltransferase(SSAT)の強力な阻害剤を設計・開発し、培養細胞、および動物組織への効果を詳細に検討することを目的とする。本年度は、放射性同位体を用いないSSAT活性測定法の検討とSSAT阻害剤の候補化合物の合成を行った。まず、放射性同位体を用いないSSAT活性測定法として蛍光基質を用いることを考え、蛍光基質となりうる基質アナログとして、N^1-2-pyridylspermine(1)、N^1-2-pyridylnorspermine(2)、N^1-fluorescein-spermine(3)を合成した。共同研究者より入手したヒトSSAT遺伝子を挿入した発現ベクター(PQE30Hiss-taggedSSAT)をコンピテントXL1-Blue cellに導入後、IPTGによりhSSATを高発現するクローンを選択し、hSSATを菌の培養により調整した。^<14>C-アセチルCoAをアセチル供与体として蛍光誘導体のhSSATに対する基質性を調べると、2-pyridylamino基を持つ(1)がspermidineとほぼ同等の基質性を示し、蛍光基質として用いることができることがわかった。現在、(1)およびそのアセチル体の分離条件をHPLCで試み、SSAT酵素活性への応用を検討中である。また、薬物処理してspermidineを過剰蓄積したラット肝がん由来HTC細胞の細胞容積の変化をコールターカウンターを用いて追跡し、ポリアミン蓄積が細胞容積を縮小させるばかりでなく細胞容積の分布にも影響することを明らかにし、SSAT阻害剤の投与で予想されるポリアミン蓄積を検討する際に細胞容積の変化が効果判定の一つとして有用であることを明らかにした。本研究は、ポリアミン蓄積の影響、ポリアミン蓄積による細胞死のメカニズム解明を目指して、ポリアミン代謝酵素の一つであるspemidine/spermine-N^1-acetyltransferase(SSAT)の強力な阻害剤を設計、開発し、培養細胞、および動物組織への効果を詳細に検討することを目的とする。本年度は、放射性同位体を用いないSSAT活性測定法の確立、SSAT阻害剤スクリーニング、さらに見いだした阻害剤について、逆経路のもう一つの酵素であるpolyamine oxidase(PAO)活性への影響の検討を行った。

昨年度、組み換え体ヒトSSATの基質として有用であることが確認されたN^1-2-pyridylspermineが、合成過程で化学的に不安定であり不純物を含むことが明らかになったので、新たに合成した蛍光基質の中からN^1-Dansylnorspermineを基質として選択し、放射性同位体を用いないHPLCによるSSAT活性測定法を確立した。確立した方法を用いて昨年度合成した化合物についてSSAT阻害剤のスクリーニングを行ったところ、これまで報告のある阻害剤の中で最も強力とされるdi(ethyl)norspermineよりも数十倍強力な阻害剤を見いだした。さらに、これらの化合物のPAO活性への影響を調べると、di(hexyl)norspermidineが非常に強い阻害効果を示し、ポリアミン逆経路の2つの酵素をともに強く阻害する化合物であることが分かった。現在、ラット肝がん由来HTC細胞に対する影響を検討中である。本研究は、ポリアミン蓄積の影響、ポリアミン蓄積による細胞死のメカニズム解明を目指して、ポリアミン代謝酵素の一つであるspermidine/spermine-N^1-acetyltransferase (SSAT)の強力な阻害剤を設計・開発することを目的とし、昨年度までに、N^1-Dansylnorspermineを蛍光基質とするHPLCによるSSAT活性測定法が、組み換え体ヒトSSATを用いるSSAT阻害剤のスクリーニング法として有用であり、これまで報告のある阻害剤の中で最も強力とされるdi(ethyl)norspermineよりも数十倍強力な阻害剤を見いだした。本年度は、見いだした阻害剤の培養細胞に対する効果、さらなる阻害剤の開発、また、確立した阻害剤スクリーニング法の生体試料中SSAT活性測定法への応用について検討した。スクリーニングよりSSAT阻害剤として見いだしたdi(hexyl)norspermidineおよびdi(decyl)-1,3-diaminopropaneは、ラットpolyamine oxidase (PAO)に対しても強い阻害効果を有しており、ラット肝がん由来HTC細胞に投与したところ、濃度依存的にポリアミン量の蓄積およびポリアミン逆経路が阻害されていることを示す結果を得、条件を検討することによりポリアミン蓄積の効果を調べる手段となりうることが示唆された。一方、両者とも数μM数10μMの範囲で強い細胞毒性を示し、動物への投与は困難であることが示唆された。また、当初計画していた遷移状態アナログの類似体を合成し、SSATに対する阻害効果を調べたところ、期待される強い効果は見られなかった。組み換え体ヒト
3次元的な運動を行う索状能動体の実用化設計と制御に関する研究

本研究では,実用的な索状能動体(ヘビ型ロボット)の開発に必要な機構設計と制御の研究を行った.本年度は,(1)連続曲線の運動学に基づく研究手法の確立,(2)蛇行運動の詳細な力学解析,(3)実用化に必要な制御法の研究,(4)小型ヘビ型ロボットの設計・開発を行った.まず(1)連続曲線の運動学に基づく研究手法の確立では,有限自由度の索状能動体によって連続曲線の形状を近似する方法を提案し,3次元の索状能動体を近似的に連続曲線として扱えることを示した.これにより,索状能動体の運動学,力学,制御を連続曲線でモデル化して研究する手法を確立した.この研究手法は,後述の(2)(3)(4)の研究にも応用している.(2)蛇行運動の詳細な力学解析では,昨年度に導出した蛇行推進の一般的な力学方程式を応用し,sinus-lifting滑走と呼ばれるヘビの蛇行推進様式を初めて解析した.そしてsinus-lifting滑走には滑走効率を著しく向上させる効果があることを定量的に示した.この効果は,新たに開発した試験用ロボットによって実験的にも確認した.(3)実用化に必要な制御法の研究では,蛇行するヘビの頭部の振幅を抑制する制御法,及び凹凸地形への自動的な適応を行う制御法を検討した.また,それぞれの制御法の効果を実験によって確認し,ヘビ型ロボットに汎用的に応用できることを示した.(4)小型ヘビ型ロボットの開発では,断面が50mm×60mm程度のヘビ型ロボットを開発した.通常の関節よりも大きな可動範囲を持つ二重関節機構を新たに導入したことで,狭隘環境に適した小回りのきくロボットを実現した.現在までに,開発したロボットによる蛇行推進,障害物の乗り越え,横這い(sidewinding)運動に成功し,提案した機構がヘビ型ロボットに有利であることを示した.本研究では,実用的な索状能動体(ヘビ型ロボット)の開発を最終目標としてロボットの理論と機構の研究を行っている.現在までの研究実績として,(1)ヘビの力学モデルの構築と実験による理論の検証,(2)ヘビ型ロボットの設計方針の作成,(3)実用機開発のための先行試作機の設計・開発を行った.まず(1)ヘビの力学モデルの構築と実験による理論の検証では,従来のヘビの力学の理論を発展させ,ヘビの体全体で成り立つ力の釣り合い方程式を導いた.そして定常的な蛇行を条件として方程式を解き,従来から指摘されていた事実に明解な説明を与えた.また,試験用ロボットを製作して蛇行時の屈曲形状と屈曲トルクの同時計測を行い,理論との一致を確認した.(2)ヘビ型ロボットの設計方針の作成では,まずヘビ型ロボットの特徴を,小さな断面形状,地形に適応した推進能力,水陸双方での推進能力,の3つと考えた.しかし,これら全てを併せ持つロボットを現在の技術で開発するのは困難であり,開発したとしても従来から存在する他の形態のロボットに劣る恐れがある.そこで,(A)小型化を追求した小型ヘビ型ロボット,(B)地形適応推進に有利な能動車輪装備の中型ヘビ型ロボット,(C)水陸双方での活動が可能な大型ヘビ型ロボット,の3種類の分類を作り,それぞれの特徴を最適化する方針で研究を進めている.(3)実用機開発のための先行試作機の設計・開発については,上記(A)(C)の分類に基づきそれぞれについて先行試作機を設計・開発している.(A)小型ロボットに関しては,断面が縦60mm横60mmの正方形に収まる試作機を設計し,現在配線作業中である.(B)能動車輪型ロボットについては,現在までに試作機を開発して性能の検証を行っている.(C)水陸両用ロボットについては,これまで開発してきた試作機ACM-R5により多くの知見を得ている.今後は以上の結果を統合して研究を行う予定である.本研究では,実用的な索状能動体(ヘビ型ロボット)の開発に必要な機構設計と制御の研究を行った.本年度は,(1)連続曲線の運動学に基づく研究手法の確立,(2)蛇行運動の詳細な力学解析,(3)実用化に必要な制御法の研究,(4)小型ヘビ型ロボットの設計・開発を行った.まず(1)連続曲線の運動学に基づく研究手法の確立では,有限自由度の索状能動体によって連続曲線の形状を近似する方法を提案し,3次元の索状能動体を近似的に連続曲線として扱えることを示した.これにより,索状能動体の運動学,力学,制御を連続曲線でモデル化して研究する手法を確立した.この研究手法は,後述の(2)(3)(4)の研究にも応用している.(2)蛇行運動の詳細な力学解析では,昨年度に導出した蛇行推進の一般的な力学方程式を応用し,sinus-lifting滑走と呼ばれるヘビの蛇行推進様式を初めて解析した.そしてsinus-lifting滑走には滑走効率を著しく向上させる効果があることを定量的に示した.この効果は,新たに開発した試験用ロボットによって実験的にも確認した.(3)実用化に必要な制御法の研究では,蛇行するヘビの頭部の振幅を抑制する制御法,及び凹凸地形への自動的な適応を行う制御法を検討した.また,それぞれの制御法の効果を実験によって確認し,ヘビ型ロボットに汎用的に応用できることを示した.(4)小型ヘビ型ロボットの開発では,断面が50mm×60mm程度のヘビ型ロボットを開発した.通常の関節よりも大きな可動範囲を持つ二重関節機構を新たに導入したことで,狭隘環境に適した小回りのきくロボットを実現した.
ベンゼンの電子移動酸化による芳香族置換光触媒反応の開発

2,3-ジクロロ-5,6-ジシアノ-p-ベンゾキノン(DDQ)、ベンゼン、水を含む酸素飽和アセトニトリル溶液にλ> 390nmのキセノンランプ光を5時間照射すると、DDQと当量のベンゼンが消費され、対応するヒドロキノン(DDQH_2)とフェノールが生成した。一方、亜硝酸tert-ブチル(TBN)を加え、同様に光照射をおこなうと、TBNより発生した一酸化窒素と酸素によってDDQH_2がDDQへと酸化され、触媒的にフェノールを生成した。反応後のベンゼンの転化率は61%、フェノールの選択率は92%で得られた。本研究では下記に示す成果を得た。【水を酸素源とするベンゼンの光酸素化反応】2,3-ジクロロ-5,6-ジシアノ-p-ベンゾキノン(DDQ)、ベンゼン、水を含む酸素飽和アセトニトリル溶液にλ> 390 nmのキセノンランプ光を5時間照射すると、DDQと当量のベンゼンが消費され、対応するヒドロキノン(DDQH2)とフェノールが生成した。一方、亜硝酸tert-ブチル(TBN, 1.5 mM)を加え、同様に光照射をおこなうと、TBNより発生した一酸化窒素と酸素によってDDQH2がDDQへと酸化され、触媒的にフェノールを生成した(式1)。反応5時間でのベンゼンの転化率は61%、フェノールの選択率は92%で得られ、光触媒量に対するフェノール生成の触媒回転数(TON)は6、光量子収率は0.45であった。また、18O水を用いたラベル実験やナノ秒レーザーフラッシュフォトリシスによる反応中間体の検出の結果から、本反応はベンゼンラジカルカチオンと水との反応を経由して進行することが分かった。【ハロゲン化物を用いたベンゼンの光ハロゲン化反応】ベンゼンの一電子酸化によって生成するベンゼンラジカルカチオンは強い求電子剤であることから、フッ化物イオンを用いたベンゼンの一段階光フッ素化反応について試みた。QuCN+過塩素酸塩、ベンゼン、また扱いの容易なフッ化物イオン源としてフッ化テトラエチルアンモニウム・4フッ化水素塩(TEAF・4HF, 50 mM)を含む酸素飽和アセトニトリル溶液にλ> 290 nmのキセノンランプ光を50分間照射すると、ベンゼンが37%転化し、フルオロベンゼンは選択率51%で得られた。また同時に過酸化水素が生成している事も分かった。さらに塩酸を使用した場合では光塩素化反応が進行することも見いだした。フェノールの現行製造法であるクメン法は、過酸化物を経由した多段階反応で高エネルギー消費であり、加えて低収率であるなどの問題点を抱えている。そこで、ベンゼンの直接酸化による、高効率かつ高選択的なフェノール合成プロセスの開発が切望されている。最近では固体触媒を用いた不均一系における研究が広く行われているが、未だ有用なものは見いだされていない。酸化剤としては分子状酸素を用いる事が、安価で安全性の面でも優れている。本研究では、キノリニウム誘導体の光励起状態が有する高い酸化力を利用し、均一系で水を酸素源、分子状酸素を酸化剤とするベンゼンからフェノールへの光酸素化反応が起こることを見いだし、その反応機構についても詳細に検討を行った。3-シアノ-1ーメチルキノリニウム(CNQuH+)過塩素酸塩(5.0 mM)、ベンゼン(30 mM)、水(3.0 M)を含む酸素飽和アセトニトリル溶液にλ> 290 nmのキセノンランプ光を6時間照射すると、選択率71%、収率51%でフェノールと過酸化水素が得られた。次に、水H2(16O)の代わりに、H2(18O)を用いて同様の光反応を行うと、Ph18OHが生成することから、酸素源は水であることが分かった。反応機構は、蛍光消光、レーザーフラッシュフォトリシスなどの実験により調べた。その結果、本反応のメカニズムは、まず、光電子移動が起こりベンゼンラジラカルカチオンとCNOuH・が生成した後、生成したベンゼンラジカルカチオンに水が付加し、ベンゼンOH付加体ラジカルが生成する。その一方でCNOuH・が酸素を還元しスーパーオキシドを与えその後プロトン化され生成したHO2・がベンゼンOH付加体ラジカルから水素を引き抜き、フェノールと過酸化水素を与えることが分かった。本成果は、Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 8652に掲載された。平成23年度に予定していた研究目的である、ベンゼンからフェノールへの直接酸素化についてはほぼ完了することができた。

また得られた成果を研究期間内にAngew. Chem. Int. Ed.誌に投稿し掲載された(Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 8652)。予定してた計画以上に研究が進展しているので、現在その応用研究に着手しており、ベンゼンラジカルカチオンを利用した新規光触媒反応についても新しい知見を見いだすことができ、その成果もOptics Exp誌に掲載された。(Opt. Exp. 2012, 20,A360-A365)前年度では、キノリニウムイオンの光励起状態は強力な酸化力を有していおり、ベンゼンを電子移動酸化することが出来、電子移動酸化によりベンゼンラジカルカチオンを生成させることに成功した。一方で、この電子移動生成物であるベンゼンラジカルカチオンの均一溶液中における反応性については研究例が少なく、前述した水だけではなく、種々の求核剤を使用した光触媒反応系への展開を行う。例えば、臭化水素水(HBr)を臭素源とする臭素フリーベンゼンの臭素化反応、アルコール(ROH)を使用したアルコキシル化、カルボチオレーション、アミノ化などが挙げられる。アミノ化で用いるアンモニアはカチオン性光触媒であるキノリニウムと反応し、光触媒活性を阻害する可能性が考えられるが、これまでの申請者の研究で明らかになっているテトラシアノベンゼンなどの中性光触媒の酸化力を利用することで代用可能である。また、汎用性・光触媒の安定性を高めるために固体光触媒の開発も試みる。光触媒をゼオライトやメソポーラスシリカなどのような多孔性物質内に閉じ込めることが出来れば、反応後、生成物と光触媒を分離することが濾過のみで行うことが出来る。本研究で用いるQuH+はカチオン性であるので、ゼオライトやメソポーラスシリカ中のナトリウムイオンとカチオン交換法で容易に調整することが出来ると考えられる。特にメソポーラスシリカは様々な細孔径のものが報告されているので、光触媒、反応基質に適したものの探索についても検討を行う。光触媒合成用の試薬、光触媒反応を試験するための有機試薬、溶媒、ガラス器具などの購入を計画している。また、レーザーフラッシュフォトリシス用の光学部品の購入費にも充当する予定である。
金融工学における数値アルゴリズムの精度に関する研究

本研究では,オプションの数値計算アルゴリズムの精度を,離散時間モデルと連続時間モデルの違いを明確に意識した上で,種々のアルゴリズムについて分析した.その結果,離散モデルと連続モデルの違いが非常に大きく,素朴に離散時間モデルの時間刻みを細かくしただけでは,到底連続モデルの解を精度よく計算できないこと,逆に言えば,連続時間モデルの解析解を離散時刻に適用することは,精度の観点からは,注意深く検討されなければならないことを実証的に示した.より詳しくは,ヨーロピアン型のバリアオプションについて,導続時間の解析解とモンテカルロ法による解の差を検討した.その結果,解析解を利用するにあたっては近年提案されている連続補正法の利用が,精度向上のために有効であること,また同方法の限界を確認した.ついで,アメリカンオプションについて,その行使境界を連続時間モデルと離散時間モデルで比較することを試みた.アメリカンオプションの行使境界を求めることは,難しい問題であり,連続時間の場合も厳密解(解析解)は存在しないので,何らかの近似を求める必要がある.本研究では,解析近似と数値近似の両方を調査した.解析近似については,オプション満期日のごく近傍でしか,高精度の解が見つかっていないことが,数値近似との比較で判明した.離散時間モデルの解法の例として,線形計画法による解法をとりあげ,連続時間モデルとの検討を行った.バリアオプションの場合に対応して,離散時間モデルの行使境界が連続時間モデルよりも持越領域側にシフトすることが確認された.本研究では,オプションの数値計算アルゴリズムの精度を,離散時間モデルと連続時間モデルの違いを明確に意識した上で,種々のアルゴリズムについて分析した.その結果,離散モデルと連続モデルの違いが非常に大きく,素朴に離散時間モデルの時間刻みを細かくしただけでは,到底連続モデルの解を精度よく計算できないこと,逆に言えば,連続時間モデルの解析解を離散時刻に適用することは,精度の観点からは,注意深く検討されなければならないことを実証的に示した.より詳しくは,ヨーロピアン型のバリアオプションについて,導続時間の解析解とモンテカルロ法による解の差を検討した.その結果,解析解を利用するにあたっては近年提案されている連続補正法の利用が,精度向上のために有効であること,また同方法の限界を確認した.ついで,アメリカンオプションについて,その行使境界を連続時間モデルと離散時間モデルで比較することを試みた.アメリカンオプションの行使境界を求めることは,難しい問題であり,連続時間の場合も厳密解(解析解)は存在しないので,何らかの近似を求める必要がある.本研究では,解析近似と数値近似の両方を調査した.解析近似については,オプション満期日のごく近傍でしか,高精度の解が見つかっていないことが,数値近似との比較で判明した.離散時間モデルの解法の例として,線形計画法による解法をとりあげ,連続時間モデルとの検討を行った.バリアオプションの場合に対応して,離散時間モデルの行使境界が連続時間モデルよりも持越領域側にシフトすることが確認された.ヨーロピアン型の経路依存オプションであるバリア・オプションについて,離散時間モデルと連続時間モデルの違いを定量的に明らかにするために,漸近論にもとづく補正方法の精度について数値実験をおこなった.実験の結果,この補正法がある条件の下で有効であり,その範囲を外れると精度がかなり低下することが分かった.条件と精度についての定量的分析を行った.しかし,この補正の精度が低下する問題が生じるのは,オプション価格が非常に低い値になる場合であり,実用上問題となるオプションの価格の範囲内では十分有効であると考えられることも判明した.この辺の事情は,補正法が絶対誤差に関するものであること,離散時刻のバリア・オプションにプット・コール.パリティによって説明することを考察中である.この内容の一部について学会発表(日本OR学会2004年秋季研究会)を行った.また,ランダム化準モンテカルロ法について,生成されるサンプル点の分布について,基礎的な考察を行っており,研究を継続中であり次年度に発表するため論文作成の準備を行った.次年度以降アメリカンオプションについて研究を進めるため,研究協力者(岩手県立大学・今井助教授,南山大学・瀬古博士)とともに研究会を開催し,多資産オプションの評価のための数値アルゴリズムや,アメリカン・オプションの発展形であるゲーム・オプションについての理論的考察について討論,意見交換を行った.ランダム化準モンテカルロ法について,生成されるサンプル点の分布のもつ性質について,基礎的な考察を行った.通常,準モンテカルロ法で生成される点は,高次元空間の単位立方体上に一様分布する点列であり,金融工学の数値計算に用いる場合には,何らかの変数変換を行った上で利用するが,ランダム化を行うと,変数変換を行わなくても,座標値の和をとると正規分布に近い分布を得ることができることを示した.また,ランダム化準モンテカルロ法と,通常のモンテカルロ法に分散減少法の一つで層別サンプリング法を適用した場合を数値実験により比較し,バリアオプションなどの経路依存性ががあるオプションの場合には層別サンプリングによりオプション価格の推定値に偏りが生じる場合があることを指摘した.この研究成果をまとめて論文を作成し,国際会議録において発表した.また,アメリカンタイプのオプションの数値計算の研究を進めている.具体的には行使境界の精密な計算を行うことを目指して,行使境界を決定する積分方程式を数値的に解く方法について研究を行っている.この研究を進めるため,研究協力者(名古屋大学・山本助教授)らとともに研究会を開催し,Black-Sholes型(Gauss型の資産価格過程モデル)におけるオプション数値計算の有力な方法である高速Gauss変換法について講演,討論を行った.