hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
トーラス結合網における確率的耐リンク故障経路選択手法の確立

トーラスに対して,確率的な制限大域情報に基づく確率的耐故障経路選択手法を開発し,その評価のために大規模な計算機実験を実施した.その結果,目的ノードまで到達することができる割合である到達率が向上し,到達成功の際の出発ノードから目的ノードまでの経路の長さについても,これを大幅に削減していることを確認した.また,この手法を他の位相である畳込みハイパーキューブにも応用できるよう拡張し,評価実験を実施して,その有効性を確認した.さらに,研究が当初計画どおりに進まない時の代替手法として,確率に基づかない制限大域情報である経路選択能力に基づく耐故障経路選択手法とノード間に中間ノードを共有しない経路をできるだけ多く構成する素な経路選択手法に基づく耐故障経路選択アルゴリズムについての基礎研究を引き続き実施した.具体的には,前者の手法については,クロストキューブで経路選択能力を用いた耐故障経路選択手法を開発し,評価実験の結果,その有効性を確認した.後者に関しては,トーラス,およびツイステッドクロストキューブにおける互いに素な経路を用いた耐故障経路選択手法を開発し,計算機実験を行い,性能を検証した.また,クロストキューブに対して,完全適応的最短経路選択アルゴリズムを開発し,耐故障性がどの程度向上するかについて調査した.さらに,研究成果の実用化を目指し,トーラスをチップ上に配線する際に,配線速度向上と配線コスト削減のため,リンクの交差数を減少させる,発見的なアルゴリズムを開発した.当初の計画どおり,トーラスに対する確率的耐故障経路選択手法に利用可能な制限された大域情報の開発に成功し,大規模な計算機実験を実施して評価した結果,到達率向上,経路長の大幅削減に成功していることを確認したため.また,研究が当初計画どおりに進まない時の対応のための代替手法についても,十分な成果を上げているため.当初の計画を上回るペースで順調に進捗しているので,研究をさらに推進する.代替の手法についても当初予定を越えて成果を出しているので,こちらについてもさらに研究を継続する.新たに始めた,集積回路への実用化研究についても,引き続き成果を出せるように推進する.k進n次元トーラスTk,nに対する確率的耐故障経路選択手法に利用可能な制限された大域情報の開発に成功した.この制限された大域情報に基づく確率的耐故障経路選択アルゴリズムについて計算機実験を実施し,データの収集に成功した.データを解析した結果,到達率が向上するとともに,最短経路に近い長さの経路で目的ノードに到達することが大幅に増えたことを確認した.また,研究が当初計画どおりに進まない時の対応のため,確率に基づかない制限された大域情報である経路選択能力に基づく耐故障経路選択アルゴリズムとノード間に中間ノードを共有しない経路をできるだけ多く構成する素な経路選択手法に基づく耐故障経路選択アルゴリズムの両方についての基礎研究を実施し,成果を上げた.具体的には,前者の手法については,トーラスに類似した位相である畳込みハイパーキューブやハイパースターグラフにおける経路選択能力を用いた耐故障経路選択アルゴリズムを開発した.後者に関しては,トーラス,およびトーラスの特殊な形式である,メビウスキューブ,デュアルキューブにおける互いに素な経路を用いた耐故障経路選択アルゴリズムを開発した.また,隣接ノードを目的ノードまでの距離に応じて正しく分類することで,どの程度,耐故障経路選択アルゴリズムの性能が向上するかについても研究を開始し,その対象予定の位相であるスパインドキューブにおける最短経路選択アルゴリズムを開発し,計算機実験を行った.当初の計画どおり,トーラスに対する確率的耐故障経路選択手法に利用可能な制限された大域情報の開発に成功し,計算機実験を実施した結果,到達率向上,経路長の大幅削減に成功していることを確認したため.また,研究が当初計画どおりに進まない時の対応のための代替手法についても,いくつか成果を上げているため.トーラスに対して,確率的な制限大域情報に基づく確率的耐故障経路選択手法を開発し,その評価のために大規模な計算機実験を実施した.その結果,目的ノードまで到達することができる割合である到達率が向上し,到達成功の際の出発ノードから目的ノードまでの経路の長さについても,これを大幅に削減していることを確認した.また,この手法を他の位相である畳込みハイパーキューブにも応用できるよう拡張し,評価実験を実施して,その有効性を確認した.さらに,研究が当初計画どおりに進まない時の代替手法として,確率に基づかない制限大域情報である経路選択能力に基づく耐故障経路選択手法とノード間に中間ノードを共有しない経路をできるだけ多く構成する素な経路選択手法に基づく耐故障経路選択アルゴリズムについての基礎研究を引き続き実施した.具体的には,前者の手法については,クロストキューブで経路選択能力を用いた耐故障経路選択手法を開発し,評価実験の結果,その有効性を確認した.後者に関しては,トーラス,およびツイステッドクロストキューブにおける互いに素な経路を用いた耐故障経路選択手法を開発し,計算機実験を行い,性能を検証した.また,クロストキューブに対して,完全適応的最短経路選択アルゴリズムを開発し,耐故障性がどの程度向上するかについて調査した.さらに,研究成果の実用化を目指し,トーラスをチップ上に配線する際に,配線速度向上と配線コスト削減のため,リンクの交差数を減少させる,発見的なアルゴリズムを開発した.当初の計画どおり,トーラスに対する確率的耐故障経路選択手法に利用可能な制限された大域情報の開発に成功し,大規模な計算機実験を実施して評価した結果,到達率向上,経路長の大幅削減に成功していることを確認したため.また,研究が当初計画どおりに進まない時の対応のための代替手法についても,十分な成果を上げているため.当初の計画どおり順調に進んでいるので,これをさらに推進する.代替の手法についても当初予定を越えて進捗しているので,こちらについてもさらに研究を継続する.

当初の計画を上回るペースで順調に進捗しているので,研究をさらに推進する.代替の手法についても当初予定を越えて成果を出しているので,こちらについてもさらに研究を継続する.新たに始めた,集積回路への実用化研究についても,引き続き成果を出せるように推進する.得られた研究成果を発表する際に,良い国際会議を選んで投稿したので,その開催が次年度となったため.また,研究成果の一部を投稿した論文誌において,平成29年度中に採録となったけれども,その掲載時期が1年後となったため.国際会議に関しては,投稿中であり,採録を待って旅費と参加費(小計:約40万円)に充てる.また,論文誌については,採録決定通知を受けており,公開後論文別刷代(小計:約4万円)に充当する.アルゴリズムの実現が,予想より早く終了したため,人件費を抑制することができた.現時点で,予定より多くの研究成果が出ているため,次年度は,より多くの評価実験を実施するので,その分で人件費を消費することが確実である.
脂肪由来間葉系細胞を用いた脳虚血に対する移植再生療法の確立

1.脂肪組織由来間葉系幹細胞は骨髄由来間葉系幹細胞よりも増殖速度が早い。C57BL/6マウスから採取培養した脂肪組織由来間葉系幹細胞(ASC)と骨髄由来間葉系幹細胞(BSC)を同条件で培養したところ、ASCはBSCに比べ、マウス週齢に関わらず増殖速度が有意に早いことを確認した。2.ASCはBSCよりも脳梗塞急性期に対して高い治療効果を示す。マウス中大脳動脈一過性(90分)閉塞/再灌流モデルを作成し、再灌流時にASC、BSCを末梢静脈より投与すると、ASC投与群はBSC投与群よりも脳梗塞体積を減少させ、24時間後の麻痺症状も軽減させる効果があった。3.ASCは虚血後の脳組織再生に有用な成長因子を産生する。培地中に産生される各種サイトカインを測定したところASCはBSCよりもHGF、VEGF Angiopoietin-1の産生量が有意に多いことを確認した。4.脂肪組織由来間葉系幹細胞は神経系細胞及び血管内皮細胞に分化誘導できる。C57BL/6マウスから採取したASCをindomethacin、insulin、IBMX含有の神経分化用培地にて培養するとneuron、astrocyte、oligodendrocyteのマーカーを発現する細胞が観察されること、また血管内皮用培地で培養すると血管内皮細胞(Dil-acLDL陽性細胞)へ分化誘導されることを確認した。本研究では、急性期脳梗塞に対するASC静脈投与が有効である可能性を強く示唆し、その効果は従来注目されてきた同じ間葉系細胞であるBSCよりも優れていた。更に、神経・血管系への分化能を有し、各種成長因子の分泌能もあることから、亜急性期以降の脳組織再生にも貢献しうるといえる結果であった。以上より、ASC移植による虚血性脳疾患治療は今後新たに期待・開発されるべき治療法であることを示した。1.脂肪由来間葉系幹細胞の培養、分化誘導2.骨髄由来、脂肪由来間葉系幹細胞のgrowth kinetics、産生サイトカイン量の検討同マウスから採取培養した骨髄由来間葉系幹細胞(BSC)とASCを同条件で培養したところ、ASCsはBSCsに比べ増殖速度が有意に早いことを確認した。また、培地中に産生されるVEGFをELISAにて測定したところASCsはBSCsよりもVEGF産生量が有意に多いことを確認した。3.骨髄由来、脂肪由来間葉系幹細胞の脳虚血/再灌流モデルへの効果検討マウス中大脳動脈一過性(90分)閉塞/再灌流モデルを作成し、虚血90分後にASC、BSCをマウス尾静脈より静脈内投与して、24時間後の神経症状を評価し、脳梗塞容積をTTC染色で測定した。ASC、BSCともに24時間後の脳梗塞容積を縮小し神経症状を改善することが確認された。脳梗塞縮小効果はASCs,BSCsともに認められるがASCsの方がより強い傾向があることを確認した。1.脂肪由来間葉系幹細胞の培養、分化誘導C57BL/6マウスから脂肪由来間葉系幹細胞(ASC)を採取培養した。indomethacin、insulin、IBMX含有の培地にて培養すると24時間後にはneuron、glia、oligodendrocyteへの分化が誘導されること、また血管内皮用培地で培養すると7日後には血管内皮細胞(DiI Ac LDL陽性細胞)へ分化誘導されることを免疫染色で確認した。2.骨髄由来、脂肪由来間葉系幹細胞のgrowthkinetics、産生サイトカイン量の検討同マウスから採取培養した骨髄由来間葉系幹細胞(BSC)とASCを同条件で培養したところ、ASCsはBSCsに比べ増殖速度が有意に早いことを確認した。4.治療効果の機序検討マウス中大脳動脈一過性閉塞モデル急性期への治療効果の機序の検討のため、ASCの産生する各種神経栄養因子について測定し、特にVEGFが主要な役割を果たす可能性を示した。マウス中大脳動脈一過性(90分)

閉塞/再灌流モデルを作成し、再灌流時にASC、BSCを末梢静脈より投与すると、ASC投与群はBSC投与群よりも脳梗塞体積を減少させ、24時間後の麻痺症状も軽減させる効果があった。3.ASCは虚血後の脳組織再生に有用な成長因子を産生する。培地中に産生される各種サイトカインを測定したところASCはBSCよりもHGF、VEGF Angiopoietin-1の産生量が有意に多いことを確認した。4.脂肪組織由来間葉系幹細胞は神経系細胞及び血管内皮細胞に分化誘導できる。C57BL/6マウスから採取したASCをindomethacin、insulin、IBMX含有の神経分化用培地にて培養するとneuron、astrocyte、oligodendrocyteのマーカーを発現する細胞が観察されること、また血管内皮用培地で培養すると血管内皮細胞(Dil-acLDL陽性細胞)へ分化誘導されることを確認した。本研究では、急性期脳梗塞に対するASC静脈投与が有効である可能性を強く示唆し、その効果は従来注目されてきた同じ間葉系細胞であるBSCよりも優れていた。更に、神経・血管系への分化能を有し、各種成長因子の分泌能もあることから、亜急性期以降の脳組織再生にも貢献しうるといえる結果であった。以上より、ASC移植による虚血性脳疾患治療は今後新たに期待・開発されるべき治療法であることを示した。
神経計算学の推進に関する調査研究

神経回路の並列学習情報処理の構築を共通のテ-マとして研究を進めた結果以下のような研究結果を得た。生理学的研究により、大脳皮質の下部側頭回の細胞の活動記録から、長期記憶と短期記憶の関係の解明に役立つ重要な知見が得られ、この実験結果は、連想記憶モデルや海馬のモデルの構築に大きな影響を与えた。連想記憶モデルに関しては、スパ-ス・エンコ-ディングの採用によって飛躍的に記憶容量が増大することが理論的に明らかにされた。この発見は、脳の高次の部分における神経細胞の発火率の低さに合目的な説明を与えるものであり、また将来連想記憶の実用化の際には非常に有用となるはずである。またランダム回路網によるパタ-ンの処理によって、パタ-ン間にハイパ-・メトリシティと呼ばれる関係が生ずることが分かった。これは人間の基本的な思考パタ-ンのひとつである「分類」と関係がある可能性がある。神経回路による並列計算を応用したモデルとして、感覚処理系としては、日本語の母音を学習認識できる神経回路による音声認識モデル、画面の一部から文字を切り出して認識できる選択的注意機構を持つ視覚系のモデル、状況判断のできる神経回路モデル、また制御系としては、人間の腕の動かし方とよく似た軌道を生成する、逆ダイナミクス内部モデルを用いた腕の最適軌道生成モデルなどの提案、研究がおこなわれ、良好な結果を得た。より現実の脳に近いモデルとしては、海馬ニュ-ロンにおける長期増強のメカニズムとそのモデル、注視点決定のためのモデルなどの提案、研究がおこなわれ、これらも良好な結果を得た。
惑星探査衛星搭載用インテリジェント波動観測装置の開発

文部省宇宙科学研究所により1998年に打ち上げ予定の我が国初の火星探査衛星Planet-B搭載用の低周波波動観測装置(LFA)のための、以下のソフトウェア開発を行った。1.LFA搭載のDSP上で、FFTおよびWavelet変換を行うためのソフトウェアをC言語で開発し、以前に当研究室で設計、制作されたLFA試作機上のDSPに搭載し、パソコンによるDSPコントロールを行ってその動作を確認した。今後、これらのソフトウェアをアセンブリ言語などを利用して改良、効率化することにより、LFA上で複雑な時間-周波数解析を行い、スペクトルや偏波などの情報を得て、それに応じて観測モードを自動的に切り替えるなどの自律処理が可能となる。2.火星などの超長距離通信における限られた伝送容量(例えば地球-火星間は通常2kbps)で波動観測データを効率的に地上に送るための手段として、ニューラルネットワークによる自動波動スペクトル確認システムを提案し、UNIX上でC言語によりコーディングを行いその動作を認識した。実際に科学衛星GEOTAILにより地球磁気圏内で観測された波動(コーラスエミッション:数秒の間に周波数が200600Hzに変化する特徴を持つ)を本システムに入力して認識テストを行ったところ、約80%以上の認識率が得られた。今後、本システムをLFA搭載のCPUあるいはDSP用にコーディングすれば、火星周辺で観測されるであろう波動の特徴的なスペクトルパターンのみを抽出することが可能となり、地球に転送されるべきデータ量の削減につながるものと期待される。これらのソフトウェア開発は、Planet-BのLFAのみならず、将来の惑星探査衛星にも搭載されるであろう波動観測装置を、高度に自律して複雑な信号処理を行う「インテリジェントな」ものにするための基礎として非常に有用であると考えられる。
外部力学場による微粒子規則集積体の高速作製と配列機構の解明

単分散微粒子を二次元または三次元的に規則配列させた粒子集積体は、フォトニック結晶として知られており、光学、光電子デバイス、センサー材料、等の様々な分野における応用が期待されている。欠陥の少ない大寸法の集積体を短時間に作製する技術が確立されているとは言いがたい。しかしながら、欠陥の少ない大寸法の集積体を短時間に作製する技術が確立されているとは言いがたい。大面積(二次元)、大容量(三次元)の微粒子規則構造を作製するために、直流・交流重畳電場により誘起される動的振動を駆動力として、粒子集積体内部に残存する点、線欠陥を効果的に除去する手法を確立した。微粒子規則集積体の作製手法の確立のために、これまでに実績のある力学場を利用した手法に加え、直流・交流重畳電場により動的振動を付与した集積技術の確立、引き続き、二次元集積技術を拡張した大容量三次元集積体(フォトニック結晶)の作製をおこなった。これと並行して、最適な動的振動条件を個別要素法により予測する技術を確立することができた。単分散微粒子の二次元、三次元規則配列粒子集積体を、効率よく作製する手法を確立することを目的に研究を遂行した。デバイスへ等への実用化を意識して、サブミクロン(3001000nm)の微粒子を規則配列させる手法を開発した。特に、短時間での大寸法稠密構造体作製を目指し、重畳電場による機械的外部刺激を用いる新規な作製装置を提案することができた。最適条件を検討するために、個別要素法を用いた各種力学刺激における単分散微粒子の運動のコンピューターシミュレーションを行い、効率よく目的材料を作製するための指針を確立できた。特に、大面積(二次元)、大容量(三次元)の微粒子規則構造を作製するために、直流・交流重畳電場により誘起される動的振動を駆動力により、粒子集積体内部に残存する点、線欠陥を効果的に除去する手法を確立した。二次元集積体作製用の直流・交流重畳電場負荷装置を制作し、直流電場により、微粒子を方向に電気泳動させることで、電極周辺に集積構造を作製した。その後、直流電場を付与しつつ、交流電場を重畳させた結果、個々の粒子に動的な振動エネルギーを付与させることができ、粒子グループの回転、並進運動を誘起させ、欠陥除去が可能であることが示され、配列メカニズムを明らかにする事ができた。同様に、三次元周期構造の作製において、自然沈降中の粒子に、重力に対して水平な電場を付与する事で高速に規則配列構造を得ることができる事実を見いだすことができた。当初計画では、初年度、二次元集積体作製のための重畳電場付与技術の確立と大型集積構造体の作製を計画していたが、全て計画通り進行し、次年度以降の計画として示していた三次元集積構造の作製まで前倒しにて実施中であることから十分な達成度であると判断している。特に、二次元配列機構においては、大小の二種類の粒径が混在する系において、静電相互作用と液架橋力の重畳作用のバランスを制御することで極めて特徴的な幾何構造を有する集積構造を作製することができ、この成果は、(社)日本セラミックス協会2013年年会(第38回セラミックスに関する顕微鏡写真展)において、学術写真賞(優秀賞)を受賞することができた。二次元、三次元集積過程に関して個別要素法を用いた数値計算を行い、電場で駆動された振動が用いる粒径に対して、どれくらい有効であることを定量的に示す。溶媒中での粒子の自然沈降中に、交流電場により誘起された動的な力学振動エネルギーを有する微粒子が堆積して行く過程で、十分な運動エネルギーが付与されていない場合、アーチ構造を取りながら堆積してしまうため欠陥の起点となり規則集積構造を作製することができなくなる。一方、十分な運動エネルギーを有している場合、幾何学的に最も安定な位置に粒子が堆積していくことから、規則成長をさせることができる。これに加えて、準安定構造を取る程度の過剰なエネルギーを粒子に付与する事で、最密充填以外の堆積構造を創製できると思われる。そこで後半は、サスペンジョン中の相互作用を考慮しながら、より厳密なシミュレーションを実行し、実際の実験における最適条件をある程度絞り込みながら、効率的な条件を検討する。昨年度までに、必要な装置等は全て準備でき、配列操作に用いるセルなども、最適化することで、それほど多くの研究費を備品として購入しなくても十分な成果をあげる事が可能であると判断している。今年度は、特に、消耗品を中心としてデータの蓄積を行い、積極的な外部発表を計画している。
設計者の個性を考慮した知識・事例に基づく概念設計支援に関する研究

報告者は,概念設計における設計者の個性,すなわち主観的価値観が,複数の価値基準に基づく設計候補の評価において,それらの重視の度合に表されると考えた.ここで,単一の価値基準に基づき設計候補を各々作成するエージェントと呼ぶ遺伝子的個体群を用い,これら複数エージェントの候補提示に対する適合度の調整を,設計者の意思決定の観察により設計支援と同時に行うことで主観的価値観を獲得していく枠組を提案した.このとき遺伝的アルゴリズムにおける個体形質の交叉の考え方をもとに,各エージェントを形成する個体群からの子個体生成として候補生成をとらえた.また,知識ベース推論に基づく設計支援過程において,過去になされた設計事例に基づく類似候補をも提示可能とする枠組によって,多様な設計可能性を設計者に示唆することを可能とした.橋梁構造物の概念設計を例にとりあげ、計算機上に提案した枠組に基づく設計アシスタントシステムを構築し,意思決定の傾向の異なる2人の設計者を想定しケーススタディを行った.その結果,それぞれの設計者に対する支援を行っていくと共にアシスタントシステムの提示する設計候補が異なる傾向がみられ,ここで提案した枠組が設計者の個性の考慮に有効であることが分かった.また,遺伝的アルゴリズムの確率的な個体生成として候補生成をとらえ,個体群全体の集団形質の推移として個性化をはかったために,設計者が意思決定を行った局面とは異なる場合においても設計者の固定が候補提示に反映されること,及び必ずしも評価値が最大ではない設計候補も提示され得ることを確認した.これらは,人間の創造的活動である概念設計の,より柔軟な支援を実現するための1つの手段として有用なものであると考えられる.報告者は,概念設計における設計者の個性,すなわち主観的価値観が,複数の価値基準に基づく設計候補の評価において,それらの重視の度合に表されると考えた.ここで,単一の価値基準に基づき設計候補を各々作成するエージェントと呼ぶ遺伝子的個体群を用い,これら複数エージェントの候補提示に対する適合度の調整を,設計者の意思決定の観察により設計支援と同時に行うことで主観的価値観を獲得していく枠組を提案した.このとき遺伝的アルゴリズムにおける個体形質の交叉の考え方をもとに,各エージェントを形成する個体群からの子個体生成として候補生成をとらえた.また,知識ベース推論に基づく設計支援過程において,過去になされた設計事例に基づく類似候補をも提示可能とする枠組によって,多様な設計可能性を設計者に示唆することを可能とした.橋梁構造物の概念設計を例にとりあげ、計算機上に提案した枠組に基づく設計アシスタントシステムを構築し,意思決定の傾向の異なる2人の設計者を想定しケーススタディを行った.その結果,それぞれの設計者に対する支援を行っていくと共にアシスタントシステムの提示する設計候補が異なる傾向がみられ,ここで提案した枠組が設計者の個性の考慮に有効であることが分かった.また,遺伝的アルゴリズムの確率的な個体生成として候補生成をとらえ,個体群全体の集団形質の推移として個性化をはかったために,設計者が意思決定を行った局面とは異なる場合においても設計者の固定が候補提示に反映されること,及び必ずしも評価値が最大ではない設計候補も提示され得ることを確認した.これらは,人間の創造的活動である概念設計の,より柔軟な支援を実現するための1つの手段として有用なものであると考えられる.
獲得被膜の構成タンパク質成分に関する研究

口腔内に萌出した歯表面に吸着されている獲得被膜は、歯表面の脱灰と再石灰化に関与してるものと考えられている。唾液の組成がある程度変化しても、歯面に吸着された被膜自体のアミノ酸組成はそれ程大きな変化をもたらすものではないようであり、著者自身の口腔内でウシのエナメル質切片に形成した被膜を掻き取って採取した試料でも、既に発表されている被膜の組成と近いものであることは確認された。また、この被膜を形成するタンパク質成分の中から尿素によって抽出される成分と、歯面を脱灰しない程度に希釈した塩酸によって抽出される成分は非常に近似したアミノ酸組成を示すことがわかった。しかし、物理的に採取した被膜のアミノ酸概形と化学的に抽出した被膜成分の概形とが異なるので、化学的な抽出後にも歯表面に強く吸着されている被膜成分が存在すると考え、それらの成分の回収・分析を試みている。回収量の少ない被膜から更に微量の吸着成分を得るには、分析までの中間手順をなるべく少なくしたいと考え、試料回収法の改良を試みている。歯質の脱灰をともなう操作では、溶出したカルシウムを除去する必要が生じ、この操作によって試料はほとんど消失する。尿素によって成分抽出した後の歯表面から掻き取りを行なった場合、歯面を乾燥した時に析出してくる尿素の結晶は、様々な洗浄方法によっても排除することが出来なかった。そこで、尿素の結晶ごと被膜を掻き取って0.1M酢酸に溶解し、遠心分離によって得られた上清から脱塩用カラムで尿素を除去し、得られた画分を凍結乾燥してタンパク質だけ回収することを考えた。現在この手順による試料回収で、アミノ酸分析が可能か否か検討を重ねている。
老化に伴う脳のステロイド受容体発現と神経機能調節の変化に関する分子細胞化学的解析

正常成熟ウィスターラット(2ヶ月令)と老齢ラット(24ヶ月令)の脳における各種ステロイドホルモン受容体蛋白の発現を免疫組織化学的に検索し、比較検討すると、グルココルチコイド受容体(GR)、アンドロゲン受容体(AR)、エストロゲン受容体(ER)においては老化に伴い顕著な発現低下が認められ、またこれらステロイドホルモン受容体と共同して核内で転写調節に関わるp300,SRC-1といったいわゆるco-factor蛋白群の発現も老化に伴い顕著に低下することが観察された。さらには、ChAT,GAD,THといった神経伝達物質の合成関連酵素の免疫染色の結果から、種々神経伝達物質の老化に伴う発現の低下が示唆された。電子顕微鏡による観察から、老化に伴って多くの神経細胞ではリポスチン顆粒の著明な増加、核の不整化、細胞小器官の発達の低下、細胞間隙の拡大等の微細構造上の変化が認められた。ただし、これらの老化に伴う変化には脳の部位差もあり、例えば大脳皮質、海馬、扁桃体などのいわゆる辺縁系では変化が比較的著明で、それに対して視床下部などの神経内分泌に関わる部位では比較的変化が緩やかな傾向が認められるが、現在さらに詳しく解析している。一方、超高圧電子顕微鏡を用いて、ゴルジ鍍銀法にて染色した脳の試料をステレオ観察すると、大脳皮質、海馬などの神経細胞の樹状突起における棘の形態学的な変化が認められた。すなわち、若い動物においては神経細胞の樹状突起の棘が比較的多数、頭部と尾部の構造を保ちつつ観察されるが、老齢ラットにおいてはこの棘の様子が異なり、数の減少や形状の様々な変化が観察された。現在、統計学的な解析も交え、検討を重ねている。さらに、電子顕微鏡レベルでの免疫組織化学やディープエッチング法を駆使して、これら神経細胞の細胞骨格成分の老化に伴う変化についての検索も始めつつあり、老化に伴う神経細胞の分子細胞化学的な変化をまとめつつある。これらの研究結果は神経科学会、解剖学会、米国神経科学会等で発表し、いくつかの結果については欧文誌に投稿中である。
生体分子応答性ゲルの合成とインテリジェント医用システムの構築

本研究では,新規な医用システムを構築するためのスマートバイオマテリアルとして,様々なシグナル生体分子に応答する生体分子応答性ゲルを合成した。さらに,生体分子応答性ゲルを用いて,自律応答型DDSや診断センサーなどの開発を試みた。特に,二種類の方法でゲル内に生体分子を組織化することによって,疾病のシグナルとなる抗原や糖鎖などに対する生体分子応答性ゲルとして応答膨潤型の生体分子架橋ゲルと応答収縮型の生体分子インプリントゲルを合成し, DDSや診断システムへの応用を試みた。本研究では,新規な医用システムを構築するためのスマートバイオマテリアルとして生体分子応答性ゲルに関する基礎と応用を検討し,本年度は以下のような成果が得られた。(i)新規な生体分子応答性ゲルの合成異なる抗原抗体複合体を架橋点とした2種類のネットワークが相互に絡み合った相互侵入網目(IPN)構造を有するハイドロゲルを合成した。2種類の異なる抗原抗体複合体からなるIPNハイドロゲルは,標的抗原の存在を感知して膨潤率変化を示した。(ii)自律応答型薬物放出システムの開発抗原応答性ゲル膜を調製し,モデル薬物として分子サイズの異なるビタミンB_<12>とヘモグロビンの透過実験を行った。抗原応答性ゲル膜は,外部溶液中に抗原が存在しない場合には分子サイズの大きなヘモグロビンの透過を抑制し,分子サイズの小さいビタミンB_<12>はわずかな透過が観察された。しかし,外部校溶液中に抗原が存在すると,ヘモグロビンの透過が観察されるようになり,ビタミンB_<12>の透過も促進された。(iii)新規なゲル診断システムの開発蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)のドナーとして量子ドット(QD)を利用し,その表面にFRETアクセプターを有する生体分子応答性ゲルの形成を試みた。しかし,ラジカル重合によるゲル形成時にQDが失活して蛍光強度が著しく低下した。したがって,QD表面に生体分子応答性ゲルを合成する方法を検討する必要があることがわかった。(iv)自律応答型細胞培養システムの開発基板表面上に生体分子応答性ゲル薄膜を調製する方法を検討した。その結果,原子移動ラジカル重合(ATRP)法の重合開始剤となるBrを基板表面上に導入することができた。(i)新規な生体分子応答性ゲルの合成ゲル架橋点として分子複合体を導入したゲルを合成する際に,主鎖に荷電基を有する高分子を用いた場合,pHなどによってその分子応答性が異なることを明らかにした。さらに,その荷電基の状態と分子応答挙動との関係について検討中である。(ii)自律応答型薬物放出システムの開発昨年度に引き続き,抗原抗体複合体を架橋点として導入したゲル膜を調製し,外部抗原濃度を変化させてモデル薬物の透過実験を行った。その結果,外部抗原濃度の増加に伴って,モデル薬物の透過速度も増加することがわかった。さらに,粒子状の抗原応答性ナノゲルの合成にも着手し始めている。(iii)新規なゲル診断システムの開発原子移動ラジカル重合(ATRP)法を用いて表面プラズモン共鳴(SPR)センサーチップ表面上に生体分子コンジュゲートゲル層を形成させる条件を明らかにした。また標的生体分子がそのゲル内に吸着されると共にSPRシグナルが変化し,その膜厚とシグナル変化量との相関関係も検討した。(iv)自律応答型細胞培養システムの開発基板表面上に生体分子応答性ゲル薄膜を調製する方法を検討し,原子移動ラジカル重合(ATRP)法によってゲル薄膜層を形成することができた。しかし,細胞培養に適したゲル層の形成には至らず,現在もその重合条件を検討中である。本研究では,スマートバイオマテリアルとして生体分子応答性ゲルの基礎から応用までを研究し,本年度は以下のような成果が得られた。(i)新規な生体分子応答性ゲルの合成ゲル架橋点として2種類の抗原抗体複合体を相互侵入網目(IPN)に導入することにより,複数タンパク質を同時認識して膨潤する生体分子応答性ゲルを合成した。さらに,4分岐ポリエチレングリコール(PEG)の末端にビオチンを導入することにより,アビジンの存在によってゾル-ゲル相転移する生体分子応答性ポリマーの合成にもチャレンジし,相転移現象を確認した。(ii)自律応答型薬物放出システムの開発無乳化剤乳化重合により,抗原抗体複合体や糖-レクチン複合体などの生体分子複合体を架橋点として導入した生体分子複合体架橋ナノゲルを合成した。生体分子複合体架橋ナノゲルは抗原やグルコースの存在を感知して粒径変化させた。さらに,その生体分子応答性ナノゲルに薬物を内包させることができた。(iii)新規なゲル診断システムの開発生体分子応答性ゲルを用いた新規な診断システムを開発するため,原子移動ラジカル重合(ATRP)法により,標的生体分子リガンドを導入したゲル層を表面プラズモン共鳴(SPR)センサーチップ表面に形成させた。その生体分子リガンド導入ゲル

層の膜厚とSPRシグナルとの関係を検討し,膜厚制御によってSPRシグナルを向上できることがわかった。(iv)自律応答型細胞培養システムの開発生体分子応答性ゲルの細胞培養システムへの応用を検討するため,ATRP法による培養基板上への生体分子応答性ゲル層の形成を試みた。細胞培養に適したゲル層を形成させるための条件を検討した。
中枢性骨形成シグナルによる小児閉塞性睡眠時無呼吸症候群の顎顔面成長障害機構の解明

慢性的な間欠性低酸素血症を伴う小児の閉塞性睡眠時無呼吸症候群(OSA)は、小顎症や歯列狭窄の顎顔面劣成長を呈することから、顎顔面領域の形態との関連が考えられる疾患である。しかし、小児OSAに関する病理研究や病態を再現したモデルを用いた報告は少なく、病態形成の詳細は不明である。本研究では、小児OSAにおける顎顔面骨の成長障害機構の解明を目的とする。間欠的低酸素血症による交感神経受容体の機能亢進および交感神経受容体を介した骨形成制御を予想し、間欠的低酸素曝露モデルへのβ2受容体阻害剤の投与を行い、実験モデルの顎骨成長および代謝を解析した結果、β2受容体を介した顎骨成長障害の可能性が示唆された。慢性的な間欠性低酸素血症を伴う小児の閉塞性睡眠時無呼吸症候群(OSA)は、全身成長の遅延、学習発達障害、栄養代謝異常を惹起することから、小児医療において大きな問題となる。小顎症や歯列狭窄の顎顔面劣成長を呈することから、顎顔面領域の形態との関連が考えられる疾患である。これまで臨床および基礎研究により、交感神経受容体の亢進が、OSAにおける全身病態を惹起することが考えられている。本研究では、交感神経受容体の活性化と小児OSAの顎顔面劣成長との関連を考え、小児OSAの主徴である間欠的低酸素(IH)曝露を、成長期動物を用いて再現し、IH曝露による交感神経受容体の亢進に対して、薬理学的にアプローチして、呼吸障害と顎顔面成長障害を結ぶ分子機構の解明を行うことを目的とした。平成27年度、成長期のSDラットのβ受容体遮断薬の投与モデルの確立をおこなった。実験としては、背部皮下に埋入したオスメティックポンプを用いて、β2受容体遮断薬であるブトキサミンの3週間持続投を行った。実験結果から、ブトキサミン投与により、顎骨の劣成長が緩和される可能性が示唆された。初年度に計画した実験モデルの確立を行うことができた。小児期の閉塞性睡眠時無呼吸症候群(OSA)は、小下顎症と気道炎症を主徴とし、夜間における反復性の上気道虚脱を示す。これまで、OSAの病態を再現する成長期ラット間欠的低酸素(IH)曝露モデルにおいて、1)顎顔面成長の抑制、2)歯列成長の変調、3)鼻気道における炎症経路の亢進について報告した。OSAの全身病態の背景として、交感神経β2受容体の亢進が知られている。そこで本研究では、IH曝露下の幼齢ラットモデルに対するβ2受容体の薬理学的阻害実験を行い、β2受容体の亢進を介した顎顔面成長の抑制を検証することを目的とした。実験モデルの作製に、離乳期の3週齢D系雄性ラットを用い、β2受容体遮断薬ブトキサミン(2mg/kg体重/日)または生理食塩水の持続注入ポンプの腹腔内埋入手術をおこなった。ポンプ埋入後、飼育チャンバー内の酸素濃度が1時間に20サイクルの間隔で4-21%に変化するIH状態を実験的に再現し、1日8時間、IH条件下でラットを飼育し、β2遮断薬あるいは生理食塩水を持続投与されるIHモデル(n=6)を作製した。通常大気下で飼育される、β2遮断薬あるいは生理食塩水を投与される同週齢ラット(n=6)を、比較対照とした。3週間後、全身性の代謝変化の評価のために血清を採取し、ラット頭部のX線規格写真の撮影を行った。結果として、実験期間におけるIHモデルの体重増加が、β2遮断薬の投与により、対照群と差異がなく、β2受容体の全身成長への影響が示唆された。現在、ラット頭部成長について、頭部X線規格写真を用いて解析中である。計画した年度内のX線解析が終了していず、現在も継続中である。慢性的な間欠性低酸素血症を伴う小児の閉塞性睡眠時無呼吸症候群(OSA)は、全身領域の変調のみならず、上部気道の狭窄の要因となる小顎症や歯列狭窄などの顎顔面領域の劣成長を特徴的に呈する。しかし、これまで小児OSA患者を対象とした骨代謝に関する調査は国内外を問わず皆無であり、小児OSAの病態を再現した実験モデル動物を用いた研究も少なく、本疾患における顎顔面骨の骨代謝変調の機構の詳細は不明とされている。OSA患者を対象とした臨床研究、間欠的低酸素曝露を再現した動物モデルを用いた基礎研究から、間欠的低酸素曝露は、交感神経のβ2受容体を活性化し、様々な病態に関与することが知られている。そこで、本研究では、小児OSAにおける顎顔面骨の成長障害機構の解明を目的に、間欠的低酸素血症による交感神経受容体の機能亢進、とりわけ骨代謝制御に関わる交感神経β2受容体を介した骨形成制御を予想し、成長期ラットを用いた間欠的低酸素曝露モデルを用いた実験を計画した。はじめに、実験で用いるラットの週齢を設定するために、離乳期(3週齢)および思春期前後(7週齢)のラットへの3週間の間欠的低酸素曝露実験を行い、結果として、思春期前後のモデルにおいて、下顎骨の成長障害が著しく生じることが判明した。

その後、機序解明のため、交感神経β2受容体の選択的阻害剤であるブトキサミンの徐放性ポンプを、7週齢ラットの腹腔内に埋入し、3週間、間欠的低酸素曝露(90秒サイクルの4%酸素への曝露)チャンバー内にて飼育を行い、その後、四肢骨および顎顔面骨の形態学的評価を軟X線の規格写真により行い、さらに、マイクロCT解析による骨密度の評価を行った。対照群には、同型チャンバーから通常大気の曝露を行った。実験結果から、ブトキサンミン投与による下顎骨の成長回復が形態学的に認められ、下顎頭末端の骨密度の変調が抑制されることが示された。慢性的な間欠性低酸素血症を伴う小児の閉塞性睡眠時無呼吸症候群(OSA)は、小顎症や歯列狭窄の顎顔面劣成長を呈することから、顎顔面領域の形態との関連が考えられる疾患である。しかし、小児OSAに関する病理研究や病態を再現したモデルを用いた報告は少なく、病態形成の詳細は不明である。本研究では、小児OSAにおける顎顔面骨の成長障害機構の解明を目的とする。間欠的低酸素血症による交感神経受容体の機能亢進および交感神経受容体を介した骨形成制御を予想し、間欠的低酸素曝露モデルへのβ2受容体阻害剤の投与を行い、実験モデルの顎骨成長および代謝を解析した結果、β2受容体を介した顎骨成長障害の可能性が示唆された。次年度では、形態解析に加えて、機序の解明を目的とする生化学解析を行う予定である。IH曝露の全身成長および顎顔面成長への影響を比較するため、頭部のみならず四肢骨の成長解析も実施する。歯科矯正学動物実験のための倫理申請手続きを新規に行ったため、動物モデルの開始時期が遅れたため。予定した頭部X線解析の作業遅延のため。次年度では、モデル動物の作成とともに、予定する生化学解析まで実施する。予定した頭部X線解析の費用として使用する。
モレーンで堰き止められた氷河湖の形成機構と拡大機構に関する研究

近年の地球温暖化の影響であろうか、半世紀ほど前からヒマラヤ山脈の南北両斜面に発達する表面が岩屑に覆われた谷氷河消耗域の末端付近に、氷河湖が多数形成され始めた。ところが、同じ気候条件下にあり、同じような形態の谷氷河であっても、ある氷河には氷河湖が形成されているのに、他の氷河には氷河湖が形成されていない。何故ある氷河には氷河湖が形成され他の氷河には無いのであろうか?今回の研究によって、氷河内水系、岩屑に覆われた氷河の融解速度と氷河の上昇流速から計算される氷河表面の低下速度(氷厚の減少)を考慮した氷河湖形成モデルを導き出すことによって、この問題に対する回答を得ることができた。氷河湖が一旦形成されると、その拡大速度は非常に大きく、わずか3040年の間に、深さ100m、貯水量3000万8000万m^3もの巨大な湖に拡大成長する。何故これほどの高速で拡大するのであろう?氷河湖の拡大機構を以下のように説明出来ることが分かった。太陽放射で暖められた氷河湖表面の水が、日中卓越する谷風によって、湖に接する氷河末端部に形成されている氷崖へと吹送され、氷崖喫水線下部の氷体を効率よく融解する。そのため、下部を抉られた氷崖が湖へと崩れ落ちる(カービング)ことによって、湖は急速に上流側へと拡大する(氷河は逆に効率よく縮退する)。一方、湖底の氷は約23°Cの水温を持つ湖水で融解され、水深を増す。この両者によって湖は拡大している。湖の熱収支を計算すると、湖に崩れ落ち小氷山となって漂う氷の融解と湖底氷を融解させるに要する熱量は、アルベドの小さな湖表面が吸収した太陽放射エネルギーで主に賄われていることを確認した。研究成果の一部は3冊の英文報告書及び、3冊の邦文研究報告書として出版されている。平成13年10月上旬から11月下旬の期間約50日に亘って、東部ネパール、クンブー地域のイムジャ氷河湖について:(1)気象観測、(2)湖からの越流河川の水位・流量観測、(3)重力探査と時間領域電磁探査によるモレーンと湖とモレーン間の停滞氷河末端部の構造調査、(4)氷河湖の水温・濁度分布等の湖沼学的観測、(5)湖とモレーン間の停滞氷河末端部のマッピング、(6)氷河末端氷崖のカービングの観測、(7)湖の形態の観測等を実施した。一方、クンブー氷河群のうち、氷河湖のないローツェ氷河、クンブー氷河、氷河湖が形成されつつあると見られるゴジュンバ氷河を訪れ、デブリに覆われている氷舌部と氷河流出河川の形態を観測した。平成14年2月上旬に2日間に亘って公開の研究集会を開催し、観測結果の発表と検討を行うと共に、今後の研究の進め方について打ち合わせを行った。本研究集会の報告書は本年度中に出版すべく準備中である。イムジャ氷河湖が結氷している平成14年3月下旬から4月下旬にかけて、湖の結氷期でなくては観測が難しい湖盆形態と湖と接触する氷河末端氷崖喫水線下部の形状観測、及び昨年の観測についての幾つかの追加観測を実施する予定である。なお、ネパールの政治情勢の悪化が懸念されるため、本結氷期調査の機会に、来年度以降の現地調査の可能性を探るべく、ブータン王国地質局と折衝を開始する予定である。

標記研究はネパールヒマラヤ東部、クンブー地方にあるイムジャ氷河湖を対象に2001年度から開始したが、その後、ネパール王国における共産ゲリラ(マオイスト)の武力闘争活発化に伴う治安悪化のため、2002年度の調査対象氷河湖をブータン王国に変更した。2002年8月下旬から10月中旬にかけて、ブータンの東ルナナ地方の氷河と氷河湖及び西ルナナ地方にあるC型氷河のカンジャラ氷河を対象に調査を実施した。東ルナナではルゲ氷河湖と氷河湖がまさに形成されつつあると見られるトルトミ氷河において、(1)自動気象・水文観測装置の設置、(2)ルゲ湖流出河川の水位と流量、(3)ルゲ湖の水温、濁度、密度構造、及び表面水温、(4)ルゲ湖の水温深度分布測定用水温計の係留、(5)ルゲ氷河湖の測量と測深による湖盆形態、(7)氷河末端氷崖高、(8)ルゲ氷河とトルトミ氷河の流動と表面低下量測定のためのステーク群の設置、(9)トルトミ氷河湖上の池の水面レベル、(10)測量基点群の設置、(10)地温分布ほかの観測を行った。西ルナナ地方のC型氷河では浅層掘削とピット観測による層構造及び年間堆積量の見積もりと化学分析用資料採取、氷河生物の観測と資料採取、氷河末端位置測量、気象観測装置と観測他を行った。一方、ルナナ地方下流域に当たるプナカ地域に別動隊を派遣し、氷河湖決壊による洪水被害危険度の評価に関する調査が行われた。これら調査活動は日本人12名とブータン人研究者3名の参加のもとに、ブータン政府地質調査所との共同研究として実施した。2003年2月1-2日に北海道大学低温科学研究所において調査関係者全員を集めた研究集会を開催し、調査結果の中間報告と結果の検討、今後の予定などを協議した。中間報告は低温研共同研究集会報告書として公表する。本研究は当初東部ネパールにあるイムジャ氷河湖を研究対象に選び、2001年度から調査を開始したが、ネパールの治安情勢悪化のため、2002年度からブータン・東ルナナ地方にあるルゲ氷河湖とそれに隣接する氷河湖がまさに形成されつつあると見られるトルトミ氷河に調査対象の変更を余儀なくされた。2003年度は、9月上旬から10月中旬にかけて、日本側研究者4名とブータン側研究者4名によって、ブータン政府地質調査所との共同研究として、再度上記氷河の現地調査が実施された。2003年度の調査では、2002年度に設置した自動気象観測機器、水位計、湖水温の鉛直分布観測のための係留系からの1年間に亘るデータの回収と、ルゲ湖流出河川の水位と流量の観測、ルゲ氷河末端位置の1年間の変化量の測量、ルゲ氷河とトルトミ氷河の流動と表面低下量測定のためのステーク群の再測、トルトミ氷河湖上の池の水面レベル測量の継続、トルトミ氷河の氷厚測定等が行なわれた。しかし、水位計の不調により水位データは回収不能、係留系の流亡、予想以上の融解による全ステーク群の倒壊、アイスレーダーによる氷厚測定も不調に終わるなど、重大且つ致命的なトラブルに見舞われた。しかし、他の観測は順調に経過した。2004年2月28-29日に研究集会を開催し、2003年度の現地調査の第一次解析結果を持ち寄って検討した。調査結果は、現在低温科学研究所共同研究集会報告書として、取りまとめつつあるところである。その後、2001年から2003年に亘る調査結果を、順次学術論文として公表を予定している。
転座生成機構であるクロモスリプシスを標的としたALK肺癌の新規治療法開発

肺癌におけるALKの活性化は主に染色体逆位により引き起こされる。ALK阻害薬による治療は、これまでALK自身や他のチロシンキナーゼ分子の二次的変化によるシグナル再活性化に基づく耐性獲得により長期の予後改善は得られていない。本研究では、染色体逆位の生成機序とされるクロモスリプシスに着目し、染色体崩壊後のゲノム再構成による発現制御異常を同定し、新しいALK肺癌治療法の開発を目的とする。平成29年度は、正常組織由来の不死化細胞に対し、過酸化水素または放射線照射によるストレス処理を行い、ALKの発現誘導株のスクリーニングを進めた。その結果、親株と比較してALKの高発現する株が複数取得された。そのため、これらのクローニングを進めた。また、ゲノム一次構造決定のため、次世代シークエンサーを用いて全ゲノム解析を進めた。一方、ALK転座肺癌の標準的な治療法であるチロシンキナーゼ阻害剤は、1年で耐性が獲得されてしまう。ALK転座肺癌における側副路を標的とした治療法開発のため、現在市販されているさまざまな分子経路の阻害剤から、標的分子がはっきりとしていて、バイオプローブとして有用な低分子化合物と既存の制がん剤から構成される約360種類の化合物ライブラリーを導入した。親株を用いて、5 μMの低分子化合物を添加し72時間後にMTT法による比色定量にて細胞増殖を測定し、増殖を抑制する分子もしくはシグナル伝達経路を同定するためのスクリーニング系を構築した。更に、見出した遺伝子変化を実際の患者検体において検証するために、平成30年度は132症例の肺癌患者の生検検体および手術切除検体を用いた三次元初代培養を行い、総計361症例の初代培養細胞を保存した。これらの症例のEML4-ALK転座の有無の解析を進めた。平成28年度は、正常組織由来の不死化細胞をストレス処理し、RT-PCRによりEML4-ALK転座の生成されたもののスクリーニングを行った。一方、見出した遺伝子変化を実際の患者検体において検証するために、肺癌患者の生検検体および手術切除検体を用いた三次元初代培養を行い、113症例の培養細胞を保存した。同時に、全症例の癌部および非癌部の組織について、培養を介さない状態での凍結保存も実施した。これらの症例において、肺癌において最も頻度の高い抗がん剤感受性分子マーカーEGFRの変異のホットスポットであるエクソン18, 19, 20, 21の変異および欠失をダイレクトシークエンス法及びDHPLC法により確認した。また、TCGAに登録されている517症例の肺腺癌のRNAシークエンスデータを用いてALKの発現亢進を認める症例を抽出し、ALK遺伝子の各エクソンのリード数分布により染色体転座の有無の二群に分けた。各群のRNAシークエンスデータのクラスタリング解析により、ALK活性化に伴う発現変動遺伝子に差があるかどうかを確認した。その結果、染色体転座群に共通する発現変動遺伝子は468個であり、非転座群に共通して変動する発現変動遺伝子は349個であった。しかし、両群に共通する遺伝子はわずか22個であり、ゲノム構造異常の有無により、発現変動する遺伝子群に大きな違いがあることを明らかにした。平成28年度の研究計画に挙げていたin vivoスクリーニングである、正常組織由来の不死化細胞の転座誘導を予定通り開始した。また、平成29年度以降の研究計画に挙げていたin vitroスクリーニングである、肺癌次世代シークエンスデータを用いた発現変動遺伝子の解析は平行して先行して開始した。同様に平成29年度以降に計画していた肺癌臨床検体での解析および肺癌初代培養細胞での解析に備えて、先行して症例の蓄積を開始した。以上より概ね順調に進展していると考える。そこで、ゲノム一次構造決定のため、次世代シークエンサーを用いて全ゲノム解析を進めた。

親株を用いて、5 μMの低分子化合物を添加し72時間後にMTT法による比色定量にて細胞増殖を測定し、増殖を抑制する分子もしくはシグナル伝達経路を同定するためのスクリーニング系を構築した。更に、見出した遺伝子変化を実際の患者検体において検証するために、平成29年度は116症例の肺癌患者の生検検体および手術切除検体を用いた三次元初代培養を行い、総計229症例の初代培養細胞を保存した。これらの症例のEML4-ALK転座の有無の解析を進めた。ゼノグラフトモデル作成のため、NOD-SCIDマウスを用いてこれら初代培養細胞の移植を開始した。in vivoスクリーニングである、正常組織由来の不死化細胞の転座誘導および全ゲノムシークエンスによるゲノム一次構造異常の解析を進めた。また、計画にあげていた治療法開発のための化合物スクリーニング系を構築した。同様に計画にあげていた肺癌臨床検体の初代培養細胞を用いたゼノグラフトモデルの作成を進めた。以上より概ね順調に進展していると考える。肺癌におけるALKの活性化は主に染色体逆位により引き起こされる。ALK阻害薬による治療は、これまでALK自身や他のチロシンキナーゼ分子の二次的変化によるシグナル再活性化に基づく耐性獲得により長期の予後改善は得られていない。本研究では、染色体逆位の生成機序とされるクロモスリプシスに着目し、染色体崩壊後のゲノム再構成による発現制御異常を同定し、新しいALK肺癌治療法の開発を目的とする。平成29年度は、正常組織由来の不死化細胞に対し、過酸化水素または放射線照射によるストレス処理を行い、ALKの発現誘導株のスクリーニングを進めた。その結果、親株と比較してALKの高発現する株が複数取得された。そのため、これらのクローニングを進めた。また、ゲノム一次構造決定のため、次世代シークエンサーを用いて全ゲノム解析を進めた。一方、ALK転座肺癌の標準的な治療法であるチロシンキナーゼ阻害剤は、1年で耐性が獲得されてしまう。ALK転座肺癌における側副路を標的とした治療法開発のため、現在市販されているさまざまな分子経路の阻害剤から、標的分子がはっきりとしていて、バイオプローブとして有用な低分子化合物と既存の制がん剤から構成される約360種類の化合物ライブラリーを導入した。更に、見出した遺伝子変化を実際の患者検体において検証するために、平成30年度は132症例の肺癌患者の生検検体および手術切除検体を用いた三次元初代培養を行い、総計361症例の初代培養細胞を保存した。平成29年度以降も、これまでと同様に研究計画に挙げた項目につき平行して効率よく推進する予定である。平成30年度も、研究計画に沿って解析を進める。正常組織由来の不死化細胞の転座誘導株を用い、全ゲノムシークエンスによるゲノム一次構造異常の解析、治療法開発のための化合物スクリーニング、肺癌臨床検体の初代培養細胞を用いたゼノグラフトモデルを作成し治療実験を進め、それらの成果をまとめる予定である。