hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
術前画像のマルチパラメトリック解析による尿管癌手術リスク診断法の樹立と低侵襲治療

同様の技術を使用し、膀胱癌、尿管癌の手術前症例に対し得られたmonoenergy imagingの画像データを収集した。またそれらの症例に撮像された3.0テスラMRIの画像データを合わせて収集した。現在病理標本と画像データとの比較を行い、尿路の癌の検出力や深達度診断能を、後方視的に解析している。デュアルソースCTの撮影プロトコルと、monoenergy imagingの再構成法につき確立した。また、3.0テスラMRIの撮像法の確立と尿路癌の病理標本も収集できており、複数の画像データで評価するマルチパラメトリック解析の確立をする準備ができている。デュアルソースCTと3.0テスラMRIの画像により確立したマルチパラメトリック解析による診断能を、尿路癌の手術方針(膀胱鏡、尿管鏡による切除か、膀胱尿管腎摘出術か)の決定にどれだけ寄与できるかについて検討を行う。旅費が予定より安く抑えることができたため。
地域一般住民を対象とした歯周病と動脈硬化性病変との関連の解明

脳心血管障害の発症基盤となる動脈硬化性病変は、その背景に遠隔部位の慢性感染症の存在が指摘されている。本研究では、口腔の慢性感染症である歯周病と動脈硬化性病変との関連を、55歳以上の地域一般住民を対象とした医科・歯科総合検診に基づき、包括的に検討した。その結果、歯周病の進行部位の口腔内における拡がりと、全身の動脈硬化の指標であるbaPWVが、年齢や性別、既往症などの影響を除外しても有意に関連することが明らかになった。本研究は動脈硬化性疾患と遠隔部位の慢性感染症の一つである歯周病との関連を検討する目的としている。平成19年度は10月3月の計6回、岩手県花巻市大迫において実施された住民検診において、140名を対象にデータを得ている。同検診においてパノラマX線撮影を含む歯科学検査(口腔内診査および、口腔状態や食生活に関する聞き取り調査)を行い、歯周病の病態を評価する包括的データを得た。また、併せて実施された医科学検査結果より、動脈硬化性病変の評価指標となるデータを得ている。本年度調査対象者のうち、検診で得られたデータの処理(画像の読み取り、数値化)が完了した52名に、昨年度の同検診の受診者110名分のデータを加え、口腔内に認められる歯周病の進行程度と、動脈硬化性疾患の指標との関連を解析中である。とりわけこのような住民検診の場にパノラマX線写真撮影を導入した例は過去になく、本研究の新奇性が高い。そこで今回は、パノラマX線写真から読み取れる歯槽骨吸収量を、すべての現在歯について数値化し分析に用いている。単相関では、歯槽骨吸収量および、歯周ポケット深さ、アタッチメントロスのような歯周病の進行を表す指標が軽度の者に比して、重度の者ほど動脈硬化症の指標も重度を示す傾向が認められている。しかし現段階では、年齢や性別、家庭血圧、他の全身疾患の有無、喫煙歴等による多変量解析では明確な関連は示されていない。平成19年度受診者のうち、データ処理途中である88名を早急に分析に加え、さらに平成20年度に実施予定の同検診において対象者を増やすことで、本研究の目的を達成できるよう、より詳細な分析と検討を加えていく所存である。本研究は、口腔の慢性疾患である歯周病と脳心血管障害の発症基盤である動脈硬化性病変上との関連を、地域一般住民において詳細に検討することを目的に、高血圧・循環器疾患に関して世界的実績を挙げている「大迫研究」を基盤に実施した。近年、動脈硬化性病変と遠隔部位の慢性感染症との関連が注目されており、中でも歯周病はその罹患率の高さから、数多く取り上げられている。本研究では、頸動脈エコーおよびbaPW-V(上腕-足首間脈派伝播速度)により局所・全身双方の動脈硬化の評価を、また口腔内診査(歯周ポケット深さ(PD)、アタッチメントロス(AL))およびパノラマX線写真(歯槽骨喪失量(BL))による歯周病の評価を行った。歯周病が動脈硬化の発症に関与する背景に、全身の炎症反応の存在が考えられることから、炎症性マーカーについても検討した。本研究は地域一般住民を対象とした疫学調査においてパノラマX線撮影を導入した初の報告である。本研究により、baPWVと口腔内における歯周病の拡がり(PD5mm以上部位の範囲,AL4mm以上部位の範囲, BL歯根長の1/4以上部位の範囲)との間に、年齢・性別・高血圧・糖尿病・高脂血症・BMI・喫煙歴の交絡因子で補正後にも有意な関連を認めた。同様に炎症性マーカーとPDの拡がりとの間にも有意な関連が認められた。これらの知見は、全身の動脈硬化の進行に対して歯周病の重症度が独立したリスクファクターであることを示すものである。また現在の歯周組織の炎症程度(PDの拡がり)が炎症性マーカーの値に関連することは、歯周病と動脈硬化との関連の背景に、全身の炎症反応の存在を示唆するものである。
少量学習データに対応可能な機械学習の基盤構築

少量学習データに対応可能な学習アルゴリズムの実証と最適化・一般化を行っていく。具体的には、研究代表者が専門分野としている画像・映像を対象に下記の研究などを行っていく。(1)転移学習と弱教師あり学習の組み合わせによるドメイン適応、(2)学習曲線に注目した弱教師あり学習、(3) Few-Shot学習におけるData Augmentation、(4)マルチモーダルを活用したZero-Shot学習、(5)上記課題の一般化およびオープンソース化。
孤立性肺腫瘍のマーカーレス検出および追跡アルゴリズムに関する研究

前年度の成果にて、ディジタル再構成画像(DRR)から計算した特徴量を用い、kV-X線透視画像上の腫瘍検出ができる場合と困難な場合とがあることが確認された。検出が容易である条件として、kV-X線画像上での腫瘍が他の構造物に重なりにくいことや、周辺の画像も考慮した上で腫瘍本体の視認性が良いことが挙げられ、それらの条件を満たす状況の探索法を研究した。腫瘍や正常臓器など各構造の位置情報を含むDICOM-RT Structure SetをCTに正しく重ねることで、CT上で各構造が占有する領域を知ることができる。このDICOM-RTの情報を利用すると、DRR各画素値を計算する際に、どの構造がどれだけ寄与しているかを計算できる。これをもとに1腫瘍本体の寄与割合が高くなる状況、および2腫瘍とのコントラストが高くなる状況、という2点の状況をそれぞれ探索することとした。その結果、1腫瘍がX線吸収値の高い他の構造(椎体など)と重なりにくく、腫瘍の寄与割合が6070%以上となる場合では、特徴量を用いた腫瘍検出に概ね成功することが確認され、好条件と考えられた。一方2については、腫瘍部と周囲との画素値の差が大きい場合には腫瘍検出に成功しやすく好条件と思われたが、特徴量計算を行う範囲の取り方(広さ)によって腫瘍部と周囲の画素量が変動するため、一定の閾値を得ることは困難と考えられた。特徴量計算する範囲との関係性を検討する必要があると思われた。本年度中に多量のDRR画像作成および網羅的探索を行い、1、2をもとに検出の成否を評価することで、最適撮影角度の探索の実現可能性を検討する予定であった。しかしながら本年度途中より、研究代表者が留学のため所属研究機関を長期間離れることが決定した。所属研究機関での研究継続が困難となったため、本研究事業の廃止手続きを行った。透視画像上の孤立性肺腫瘍の検出に必要となる、ディジタル再構成画像(DRR)の構築に着手した。実験用データとして、放射線治療計画装置上で仮想の腫瘍構造体を含むCTボリュームデータを作成し、DICOM-RTデータおよびDICOM-CTデータとして出力した。続いて、それらのDICOMデータを読み込み、さらに任意の方向・距離にX線源を置いた場合に、X線束がCTボリュームデータ内を減衰しつつ通過し、DRR画像を作成できるようにシミュレーションプログラムを開発した。各ボクセル内を通過する距離の算出はSiddonらの方法(RL Siddon, Med Phys 1985)を参考とした。商用の放射線治療計画装置が作成するDRRと比較して、肉眼的には画質上の問題がないDRRが作成できることを確認した。さらに、放射線治療装置に搭載されているkV-X線の線源、フラットパネルディテクター(FPD)、治療台らの座標系を入力することで、実際の治療中に撮影される透視画像を模したDRRを作成できるよう、プログラムに改良を加えた。先行研究にて用いていた匿名化された過去の実臨床症例の治療中透視画像およびCTボリュームデータを元に、実際にDRR作成を行った。DRR上の腫瘍をマニュアルで指定し、そこから算出した特徴量をもとに透視画像上での腫瘍検出を試みたところ、腫瘍視認性のよい角度などの条件を整えてやれば、ある程度の腫瘍検出ができることが確かめられた。一方で、視認性の悪い角度や、腫瘍ボリューム自体が小さい場合では、周囲解剖構造よりも低い特徴量となるために、腫瘍検出が困難であることが確認された。平成26年度中は開発途中段階であり、定量的評価および学会発表などは未達成となった。

研究計画に記載したように、CTボリュームデータを用いDRR構築を行うシミュレーションプログラムを作成することができた。肉眼的には充分な画質のDRRを作成することができ、匿名化された臨床症例の透視画像である程度の腫瘍検出ができることも確認できたため、研究計画に記載していたような画質補正方法の検討は現時点では省くこととした。視認性の悪い角度では検出精度が著しく低下することが示唆され、次年度(27年度)の研究計画に記載したような撮影角度などの探索が必要であると思われた。最適角度の探索法については確立されたものはないが、本研究ではDRR作成プログラムを改変することにより、X線束の減弱に関する、腫瘍と腫瘍以外の正常構造との各々の影響を計算することが可能となる。自作プログラムであるため改変も容易であり、26年度中にDICOM-RTデータの読み込みおよび腫瘍ボクセル内の通過距離や線減弱係数の取得をおこなうプログラム作成までほぼ完成しており、この点については当初の研究計画よりも順調に進展していると考えられる。最適撮影角度の探索について方法の確立および実施可能性を判断する。X線束の減弱に関する腫瘍および正常構造の寄与度合いが視認性に重要であるならば、寄与度を定量的に評価する方法や、視認性を向上させる基準・閾値を探索する。また、視認性だけでなく腫瘍の特徴量が低値である場合は、周囲の正常解剖構造と腫瘍位置との相関解析をすすめていき、より多くの場合に透視画像上での腫瘍検出および腫瘍追跡ができるよう、研究開発をすすめていく。多量のDRR画像作成や網羅的探索などの計算量の多い作業が含まれるため、並列演算処理を導入したり、演算能力の高いコンピュータの購入したりするなどの対応を行う。研究計画時には平成26年度中に演算性能の高いタワー型PCを購入し、プログラム開発および演算に用いる予定であった。しかしながら計算アルゴリズムの工夫等により通常のPCにても許容範囲の処理速度が得られたため、タワー型PCの購入を延期することとし、物品等購入費が余ることとなった。また旅費に関しても情報収集や調査のために当初予定していた学会への参加を見合わせたため、残余が生じることとなった。学会不参加については他の業務等を優先する必要があったためであるが、研究開発の進捗に対しては問題無いと判断している。平成26年中にはタワー型PCの購入を見合わせたが、平成27年度には当初予想していたとおり、多量の演算が発生する研究内容が避けられないと考えられるため、並列演算機能を有する高性能タワー型PCの購入を予定する。情報収集に関する学会等も可能な限り当初の研究計画通りに参加できるよう努力することとする。
高機能性ポーラス炭素の創成とエネルギー貯蔵への応用に関する研究

本研究では、ポーラス配位高分子を鋳型・前駆体として用いて、炭化処理により階層型ミクロ・メソ孔構造を有し、エネルギー貯蔵・変換において高い性能を有するポーラス炭素材料を開発した。配位高分子ナノ粒子の集合体を前駆体として用いて炭化処理により階層型ミクロ・メソポーラス炭素材料を合成し、これを担体として用いて、パラジウムナノ粒子触媒を合成し、メタノールの電極酸化反応に高い触媒活性と電気化学安定性を実現した。配位高分子のナノ細孔に窒素(N)源及び鉄(Fe)源を導入し、高温加熱処理により原子レベルでFe及びNがドープされた階層型多孔質炭素材料を形成し、酸素還元反応(ORR)に高い触媒活性を示した。エネルギー貯蔵・変換過程においては、イオン等の物質の貯蔵と輸送(移動)にはそれぞれ最適な空間(サイズ、構造、機能)を必要とするが、それぞれに適した空間を兼ね備えた材料の合成は困難であった。本研究では、この問題を解決するため、ミクロ孔とメソ孔を併せ持つ機能空間を有するポーラス炭素材料の創出と高効率エネルギー貯蔵への応用を目的とする。本研究では、ミクロ孔とメソ孔を併せ持つポーラス配位高分子(MOF)に、当グループで開発した「配位高分子からポーラス炭素への空間転写技術」を応用することにより、ミクロ・メソポーラス炭素材料を合成した。ミクロ孔を有する配位高分子ZIF-8のナノ粒子の集合体は、配位高分子の固有のミクロ孔に加え、ナノ粒子間の空隙によって、メソ孔を形成し、ミクロ孔とメソ孔の両方をもつ階層的空間を形成する。アルゴン雰囲気下で炭化処理を行うことにより、貯蔵に適したミクロ孔と輸送に適したメソ孔を合わせ持ち、構造と機能が精密に制御された階層型ミクロ・メソポーラス炭素材料を合成した。このミクロ・メソポーラス炭素材料を電極材料として用いるスーパーキャパシターは、高い電流密度においてきわめて高い容量を示す。また、このミクロ・メソポーラス炭素材料を担体として用いて、パラジウムナノ粒子触媒を合成し、メタノール燃料電池の電極触媒として用いることにより、高い触媒活性と電気化学安定性を実現した。1000 °Cにおける炭化で得られたポーラス炭素材料は高い比表面積(1105 m2 g-1)と細孔容積(0.95 cm3 g-1)を持つ。この炭素材料を担体としてもつパラジウムナノ粒子触媒は、一般的に用いられている市販の炭素材料XC-72Rを担体としてもつパラジウムナノ粒子触媒と比べ、メタノール電気酸化反応において5倍も高い触媒活性を示すことを明らかにした。エネルギー貯蔵・変換過程においては、イオン等の貯蔵と移動にはそれぞれ最適な空間(サイズ、構造、機能)を必要とするが、それぞれに適した空間を兼ね備えた材料の合成は困難であった。本研究では、この問題を解決するため、構造と機能を精密制御されたポーラス炭素材料の創出と高効率エネルギー貯蔵への応用を目的とする。金属塩と架橋配位子から配位高分子を合成する際に、配位高分子の特定方向の成長を抑制するために、非架橋配位子を加えたことによって、棒状の配位高分子を合成できた。この棒状の配位高分子を、不活性気体中で高温で処理すると、棒状の形状が保持されたカーボンナノロッドが形成された。さらに、カーボンナノロッドをアルカリ水溶液中で超音波処理を行った後、不活性気体中で高温での熱処理による活性化を行うと、カーボンナノロッド中で棒状に積層したグラフェンが解きほぐされて、グラフェンナノリボンが生成された。透過型電子顕微鏡や原子間力顕微鏡などを用いた観察の結果、棒状のカーボンナノロッドや、26層のグラフェンからなるグラフェンナノリボンが高い収率で形成されていることが確認された。今回開発した合成法により、高収率、簡便にカーボンナノロッドやグラフェンナノリボンを合成でき、また、通常の化学反応や熱処理以外の複雑な工程を必要とせず、大きなスケールでの生産が可能となる。また、今回開発したカーボンナノロッドとグラフェンナノリボンは、キャパシターの電極材料として優れた充放電特性を有し、高効率なエネルギー貯蔵材料としての可能性を示した。本年度は、研究計画に沿って、配位高分子を前駆体として用いて、構造と機能を精密に制御された炭素材料を合成し、キャパシターの電極材料として優れた充放電特性を有し、高効率なエネルギー貯蔵材料としての可能性を示した。研究計画通り順調に進展している。本研究では、構造と機能を精密制御された多孔質炭素材料の創出と高効率エネルギー貯蔵・変換への応用を目的とする。二溶媒法を用いて、配位高分子MIL-101-NH2のナノ細孔に窒素(N)源としてdicyandiamideを、鉄(Fe)源としてFeCl3を導入した。不活性雰囲気下において高温で加熱処理を行い、原子レベルでFe及びNがドープされたミクロ孔、メソ孔とマクロ孔を持つ階層型多孔質炭素材料を形成した。本階層型多孔質炭素材料では、厚さ約10 nmの炭素シートが相互連結することによって、平均孔径が50 ±20 nmのマクロ孔が形成され、さらに、メソ孔やミクロ孔も形成されていることが分かった。高分解能電子顕微鏡による元素分布分析により、Fe原子は均一に分布されていることが分かった。XANESやEXAFS解析によって、FeNx化学種の存在が明らかになった。本炭素材料は燃料電池や金属・空気電池のカソード反応として重要な酸素還元反応(ORR)に高い触媒活性を有し、アルカリ性環境では白金(Pt)触媒よりも高い触媒性能を示した。

詳細な解析の結果、ドープされた窒素原子(N)やFeNx化学種が主な活性サイトであることが明らかになった。階層型多孔質炭素材料に存在するマクロ孔やメソ孔は電解質のバファー貯蓄域の役割を果たすことによって電解質の拡散距離を短縮し、さらにメソ孔やミクロ孔の表面に原子レベルで均一に分布された高活性な触媒種に酸素(O2)は容易に接近・相互作用できるため、本材料は高い酸素還元触媒活性を有した。形成された炭素材料は高いグラファイト化度と電気伝導性を有し、ORR反応に必要な高い電子輸送性能を提供した。今回開発された貴金属を含まない高活性な酸素還元触媒は、燃料電池や金属・空気電池などのエネルギー変換・貯蔵デバイスの電極材料として高い可能性を示した。本研究では、ポーラス配位高分子を鋳型・前駆体として用いて、炭化処理により階層型ミクロ・メソ孔構造を有し、エネルギー貯蔵・変換において高い性能を有するポーラス炭素材料を開発した。配位高分子ナノ粒子の集合体を前駆体として用いて炭化処理により階層型ミクロ・メソポーラス炭素材料を合成し、これを担体として用いて、パラジウムナノ粒子触媒を合成し、メタノールの電極酸化反応に高い触媒活性と電気化学安定性を実現した。配位高分子のナノ細孔に窒素(N)源及び鉄(Fe)源を導入し、高温加熱処理により原子レベルでFe及びNがドープされた階層型多孔質炭素材料を形成し、酸素還元反応(ORR)に高い触媒活性を示した。本年度は、研究計画に沿って実験・研究を行った結果、ミクロ孔を有する配位高分子ZIF-8のナノ粒子の集合体を前駆体として用いて炭化処理を行うことにより、ミクロ孔とメソ孔をもつポーラス炭素材料を合成し、キャパシターの電極材料やメタノール燃料電池の電極触媒の担体として高い性能を有することを明らかにした。研究計画通り順調に進展している。次年度も、研究計画に沿って実験・研究を行い、「配位高分子からポーラス炭素への空間転写技術」を応用することにより、炭素材料を合成し、構造と特性の精密制御を行うとともに、キャパシターや二次電池等の電極材料としての特性評価を行い、エネルギー貯蔵効率の向上を図る。研究計画を変更することなく、当初計画に沿った実験・研究を実施する予定である。28年度が最終年度であるため、記入しない。材料次年度も、研究計画に沿って実験・研究を行い、ミクロ・メソポーラス配位高分子(MOF)に「配位高分子からポーラス炭素への空間転写技術」を応用することにより、ミクロ・メソポーラス炭素材料を合成し、高効率エネルギー貯蔵・変換材料開発を行う予定である。所属機関の運営費交付金を用いて、本研究の必要経費の一部をカバーしたため、学術研究助成基金助成金が次年度に繰り越すことができた。所属機関の運営交付金を用いて、本研究の必要経費の一部をカバーしたため、学術研究助成基金助成金が次年度に繰り越すことができた。次年度に繰り越した学術研究助成基金助成金を翌年度分として請求した研究費と合わせて、本研究を一層推進する予定である。翌年度分として請求した研究費だけでは博士研究員の雇用が困難であったが、繰り越した学術研究助成基金助成金を翌年度分として請求した研究費と合わせることにより、博士研究員を雇用し、本研究を加速させる予定である。
異なる高次運動領野が非運動性認知機能に果たす特異的役割

研究代表者らはこれまでに、高次運動皮質であるブロードマン6野の認知機能に果たす役割が、大脳半球間隙に存在する内側運動前野(前補足運動野)と、大脳半球外側面に存在する外側運動前野(前背外側運動前野)とで異なることを見いだした。本研究においては、超高磁場磁気共鳴機能画像と経頭蓋低頻度連続磁気刺激とを組み合わせ、前補足運動野と前背外側運動前野に一過性の機能的「仮想傷害」を発生させ、非運動性の逐次的直列処理と空間的並列処理とにおける行動変化を対比検出することにより、前補足運動野と前背外側運動前野とがそれぞれに果たす特異的役割を明らかにすることを目的とする。平成15年度においては、超高磁場磁気共鳴機能画像で被験者毎に心内表象操作課題による活性化部位を同定した上で、機能画像と実空間を光学的ナビゲーションシステムによって対応づける方法論を整備・確立した。この手法を用いて、0.9Hzの低頻度連続刺激を前補足運動野ならびに外側運動前野に与え、その前後に生じる心内表象操作課題の成績変化を検討したところ、前補足運動野刺激直後には文字列表象を操作する課題に選択的に反応時間の延長が認められたのに対して、外側運動前野刺激直後には空間表象を操作する課題に選択的に反応時間の延長が認められた。このことは、前補足運動野と外側運動前野が運動制御に於いて異なる役割を果たすのと同じように、認知機能においても役割分担をおこなっており、内側はより内発的な表象の操作、外側はより外界の刺激誘導性の表象の操作にかかわることが機能的有意性のもとに証明するものである。
セラミックナノコンポジットの界面構造制御による新機能付与

セラミックスマトリックスとしてのAl_2O_3粉末に金属源としてWO_3、NiO、あるいはMoO_3粉末を添加して混合粉末を得た。また、Al_2O_3/Ni系ではAl_2O_3粒末にNi(NO_3)_26H_2Oエタノール溶液を加えて混合した複合粒末も調製した(溶液法)。これらを還元/ホットプレス焼結をうことにより種々のナノ複合材料の作製の成功し、以下の知見を得た。(1)ナノレベルの金属相がAl_2O_3マトリックスの粒内及び粒界に存在した粒内/粒界ナノ複合組織を有することがわかった。Al_2O_3/Wナノ複合材料ではマトリックス粒内に分散したWは平均粉径約40nmと非常に微細であった。溶液法で調製した複合粒末から作製したAl_2O_3/Ni複合材料でも微細なNiがほぼ粒界に析出した微細組織となった。(2)高分解能TEM観察により、Al_2O_3/W,Mo系ナノ複合材料ではセラミックス/金属界面には反応相などはなく、両者は直接結合していることが明らかになった。(3)ナノレベルでの微細組織と界面制御により、機械的性質は大幅に改善され、特に破壊強度はAl_2O_3単相の2倍以上の1.1GPaにも達した。硬度、弾性率といった物理的性質も金属相の添加量に対し、従来材料とは異なる非線形的な変化を示した。(4)機械的特性の改善は、ナノレベルの金属超微粒子が分散したことによるマトリックスの微細化と、熱膨張係数差に起因する残留応力の影響であることが示された。(5)更に、Al_2O_3/Niナノ複合材料では、従来にはない特異な磁化挙動が確認された。以上の研究により、セラミックス系材料をナノ複合化して界面等を原始レベルまで制御することにより、高強度・高靭性材料が実現されることが明らかとなった。本ナノ複合材料では機械的特性の改善がのみならず、最終的には機械的特性と機能性を合わせもった機能性構造材料の実現が期待される。
水産動物からのノリ細胞壁構築多糖の分解酵素の精製及びこれらの性質に関する研究

海藻を食べているアワビの消化管には各種の海藻多糖を分解しうる酵素が検出された。前年度の研究において、これらの酵素の中でとくに強い活性を示すβ-マンナナ-ゼをアワビの消化管から分離・精製して、その性質を明らかにした。すなわち、アワビのβ-マンナナ-ゼは、多くの海藻の骨格多糖であるβ-1、4-マンナンを加水分解して26糖を生成するが、単糖(マンノ-ス)にまでは加水分解しないことを明らかにした。このことから、同様にアワビの消化管中に検出されるβ-マンノシダ-ゼが、β-マンナナ-ゼの作用によりβ-1、4-マンナンから生成したオリゴ糖をマンノ-スにまで加水分解する役割を果たしているのではないかと考え、本年度は、この点を明らかにすることを目的とした。アワビ内臓のアセトン乾燥粉末から酵素を抽出し、硫酸アンモニウム塩析、Sephacryl S-2f00ゲル濾過、DEAE-Sephadex A-50クロマトグラフィ-、CM-Sephadex C-50クロマトグラフィ-およびHydroxyapatiteクロマトグラフィ-によりβ-マンノシダ-ゼを分離・精製した。精製したβ-マンノシダ-ゼ標品は、ポリアクリルアミドゲル電気泳動において均一であり、β-マンナナ-ゼや他のグリコシダ-ゼの活性はまったく検出されなかった。本酵素の最適pHは4、5付近にあり、本酵素はpH46の範囲において5°Cで2日間安定であった。緑藻ミルから分離したβ-1、4-マンナンから、部分加水分解およびSephadex G-25(superfine)ゲル濾過により調整したオリゴ糖(27糖)を基質に用いて、精製β-マンノシダ-ゼのこれらオリゴ糖に対する作用性を調べた。本酵素は、いずれのオリゴ糖にも作用してマンノ-スを生成したが、とくに2糖および3糖を速やかに加水分解した。オリゴ糖の重合度が高くなるにつれて、本酵素によるオリゴ糖の加水分解速度が著しく低下する傾向を示した。1.スサビノリから3種の細胞壁構築多糖を分離した:スサビノリを繰り返し85%エタノール中で煮沸して、藻体から可溶成分をほぼ完全に抽出除去した。得られた藻体(残渣)を繰り返し純水中で煮沸して、熱水抽出画分と残渣に分けた。前者から、エタノール分別沈澱により粗製ポルフィランを得、これをダウエックス50-X2(H^+)処理およびバイオゲルP-30ゲルろ過で精製した。残渣から、10%NaOHで可溶化後エタノール分別沈澱により、キシランとマンナンを得た。これらの多糖はいずれも、水に不溶であったが、超音波処理により可溶化することができた。ダウエックス50-X2(H^+)処理およびバイオゲルP-10ゲルろ過により精製した。スサビノリ細胞壁多糖は、ポルフィラン、マンナンおよびキシランから成り、これらの含量比はほぼ20:2:1であることが判明した。セルロースは認められなかった。2.アワビ内臓からスサビノリマンナン分解酵素を精製し、その性質を明らかにした:海藻を摂食しているアワビの内臓から抽出した粗酵素液中に、スサビノリマンナン(β-1,4-マンナン)を分解しうる酵素が比較的多量に存在することを見いだした。粗酵素液からこの酵素を、硫安分画、DEAEセファセルタロマトグラフィー、SP-セファデックスクロマトグラフィーおよびウルトロゲルA_cA34ゲルろ過により精製した。本酵素の分子量は25,000、最適pHは6、pH安定性はpH68でほぼ安定であった。本酵素によるスサビノリマンナンの分解産物は、主に26糖であった。3.今後の研究計画:(1)スサビノリから分離した3種の多糖の構成糖を詳細に検討し、さらにこれらの構造を主にNMRで研究する。(2)アワビ内臓からのマンナン分解酵素の基質特異性などを研究する。

本酵素の最適pHは4、5付近にあり、本酵素はpH46の範囲において5°Cで2日間安定であった。緑藻ミルから分離したβ-1、4-マンナンから、部分加水分解およびSephadex G-25(superfine)ゲル濾過により調整したオリゴ糖(27糖)を基質に用いて、精製β-マンノシダ-ゼのこれらオリゴ糖に対する作用性を調べた。本酵素は、いずれのオリゴ糖にも作用してマンノ-スを生成したが、とくに2糖および3糖を速やかに加水分解した。オリゴ糖の重合度が高くなるにつれて、本酵素によるオリゴ糖の加水分解速度が著しく低下する傾向を示した。
自閉スペクトラム症のある夫と結婚した妻に対する地域住民のパブリックイメージ

本研究の目的は、自閉スペクトラム症(以下ASD)のある夫と結婚した妻への地域住民のパブリックイメージと社会的態度について量的に実証し、ASDのある人と周囲で親密な関係性を築く人々が共生しやすい地域生活を実現するための示唆を得ることである。国内に居住する20歳69歳の男女1000名を対象とし、ASDのある夫と結婚した妻へのパブリックイメージと社会的態度を解明することを通じて、共生しやすい地域生活の障壁となる課題を提起する。
生体の機能調節に関わる天然糖質とペプチドの構造および合成化学的研究

生体機能の調節に関わる天然の生物活性複合糖質およびペプチドを対象に、その活性の化学的本体と作用機構の解明を目指して、細菌細胞由来の新しい免疫増強活性複合糖質の構造解析と合成、硫酸化多糖ならびにリン酸化ペプチドの合成を中心に研究を行った。グラム陰性細菌特有の生物活性複合糖質リポ多糖の合成研究とならんで、グラム陽性菌に属する連鎖球菌のリポタイコ酸画分から、新しく開発した抽出法によってサイトカイン誘導活性を有する新複合糖質を分離した。これに先だって行ったリポタイコ酸の推定構造の合成と合わせて、活性成分の構造研究を進めた。ミコバクテリア菌体の含水フェノール抽出画分からもリポタイコ酸と同様に活性を有する分子量の大きい複合糖質を分離し、その構造解析を行った。複合糖質の合成上、最も重要な課題の一つであるグリコシド結合形成法の研究を進め、チオグリコシドをドナーとする優れた方法を開発した。また、二官能性標識剤を合成して、微量の糖鎖を蛍光標識して精製した後、マトリックスに結合させてネオグリココンジュゲートを調製する方法を示し、生物活性糖質の機能研究に新しい可能性を開いた。硫酸化多糖ヘパリンの血小板結合ドメインを明らかにするために、以前に推定した二糖単位を合成し、それが期待通りの多糖と血小板との結合に重要な役割を担っていることを明かにした。リン酸化ペプチド合成のためのホスホセリン含有ペプチドについて保護基と縮合法の検討を行った結果、Boc法およびFmoc法のいずれによっても純度の高いペプチドを得ることのできる固相合成にも適用可能な方法を見出し、種々のアミノ酸を含むリン酸化ペプチドの合成を可能にした。生体機能の調節に関わる様々な複合糖質やペプチドなどの天然有機化合物を対象にして、その機能を担う化学的本体とその作用の機構を解明することを目指し、本年度は免疫増強活性などの多彩な作用を示す細菌表層複合糖質とリン酸化ペプチドについて、構造ならびに合成研究を行った。まずリポ多糖の活性部位・リピドAについて、種々の鎖長の光学活性ヒドロキシ酸の調製法とそれを含むリピドAの簡便な合成法を完成させて、分子の立体構造と生物活性に対する脂肪酸部の役割を明らかにする道をひらいた。さらにグラム陽性菌のリポタイコ酸画分に報告されているサイトカイン誘導活性の本体を追及した。すなわち、連鎖球菌の菌体から含水フェノールで抽出される活性画分を疎水クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィーなどを組み合わせて分画した結果、大部分を占める活性のない成分を除去して、強い活性を示す数種の画分を得ることに成功した。予備的な組成分析ならびに構造解析の結果から、これらの画分は従来リポタイコ酸に推定されていたものとは異なる構造を有すると推定されるので、その精密な構造研究を次年度以降に行う予定である。ミコバクテリアから得られる両親媒性物質についても同様に精製を進め、ほぼ単一な成分を分離することができた。購入したガスクロマトグラフ質量分析計とNMR解析システムはこれらの過程で脂肪酸や糖成分の分析ならびに構造解析に極めて有効に利用できた。一方、蛋白質の機能調節に重要な役割を果たしているリン酸化についての研究を進めるために、その基礎となるリン酸化ペプチドの化学合成を進めた。その結果、液層法における有効なリン酸保護法を確立して、さらに固層合成に適用可能な改良を行うことができた。生体機能を調節に関わる天然の生物活性複合糖質およびペプチドを対象に、その活性の化学的本体と作用機構の解明を目指して研究を続け、昨年度につづいて細菌細胞由来の新しい免疫増強活性複合糖質の精製と構造解析ならびにリン酸化ペプチドの合成を中心に研究を行った。グラム陽性菌に属する

連鎖球菌類のリポタイコ酸画分については、新たに大量培養によって菌体を得て、昨年度に検討した抽出法によってサイトカイン誘導活性を有する成分の分離を行った。これらの活性成分について順次組成分析と構造の解析を進めた。ミコバクテリア菌体の含水フェノール抽出画分から上記のリポタイコ酸と同様の活性を有する分子量の大きい複合糖質を分離した。これはアラビノース、マンノースから成る多糖を主な構成要素として、そのほかに少量のイノシトール、脂肪酸およびリン酸などを含み、分子量に広がりをもっているので、部分分解によって活性を保持した構造単位を得ることを試みた。興味あることに、分子量にそれほど変化を伴わない脱アシル化などによって活性が消失する反面、酵素限定分解によって活性を残した小分子量の生成物を得ることができたので、その構造解析を進める予定である。リン酸化ペプチドの合成研究は昨年に引き続いてホスホセリン含有ペプチドについて保護基と縮合法の検討を行った。その結果、リン酸エステル部分の保護基の数と種類が生成物の収率や純度に大きく影響することを見出して、Boc法だけなく、Fmoc法によっても純度の高いペプチドを得ることに成功した。この方法は固相合成法に適用できるので、これによって合成条件の選択の幅ができ、種々のアミノ酸を含むリン酸化ペプチドの合成が容易に行えるようになった。生体機能の調節に関わる天然の生物活性複合糖質およびペプチドを対象に、その活性の化学的本体と作用機構の解明を目指して研究を続け、昨年度につづいて細菌細胞由来の新しい免疫増強活性複合糖質の精製と構造解析、硫酸化多糖ヘパリンの血小板結合ドメインならびにリン酸化ペプチドの合成を中心に研究を行った。グラム陽性菌に属する連鎖球菌Enterococcus hiraeの菌体から得られるリポタイコ酸画分について昨年度以来続けてきたサイトカイン誘導活性成分の分離をさらに発展させ、大量の菌体から活性成分を迅速に抽出、精製する改良法を確立した。その結果、ムラミルペプチド、リポ多糖に続く第三の細菌由来の生物活性複合糖質を再現性よく得ることができた。活性成分の構造を、大部分を占める不活性成分と比較しながら解析することによって、従来のリポタイコ酸の推定構造はやはり生物活性を欠く成分の構造を表すものであること、活性成分にはラムノースまたはマンノースが含まれることが新たに明かになった。化学反応とスペクトルの組み合わせによって糖脂質構造を明かにし、それ以外の成分の結合位置の解析を進めている。硫酸化多糖ヘパリンの血小板結合ドメインを明かにするために、以前に推定した二糖単位を合成し、これが推定通りこの多糖と血小板との結合に重要な役割を担っていることを明かにした。Boc法ならびにFmoc法によって固相合成に適用できるリン酸化ペプチドの合成法を開発し、種々のアミノ酸を含むリン酸化ペプチドの合成が行えることを示した。
M2マクロファージを用いた移植後慢性GVHDに対する新規細胞治療法の開発

造血細胞移植後の予後を左右する慢性GVHDの治療法はいまだ確立されていない。我々は以前に慢性GVHDでは主に抗炎症性単球がIL-10を産生し、障害された標的臓器の修復に関与していることを証明した。マクロファージには炎症型M1タイプと抗炎症型のM2タイプが存在する。このM2マクロファージを用いてGVHDの新規治療法の開発を行った。マウス骨髄細胞よりGM-CSFおよびM-CSFのサイトカインで培養することでそれぞれM1およびM2の2種類のマクロファージの誘導を行った。マウスGVHDモデルにおいてM2マクロファージは致死的GVHDを抑制し、生存率向上させた。今後の臨床応用が期待される。本研究においては3年間で、慢性GVHDのマウスモデルを作成して、生着細胞の動態を調べることで慢性GVHDの病態解明をする。また、抗炎症性マクロファージを誘導することで慢性GVHDの細胞療法を行うものである。平成26年度の実績状況としては1)BALB/cマウスに準致死量の放射線550cGyを照射し、MHC一致でマイナー抗原不一致のDBA/2の脾臓細胞を移植することで約3週間後に慢性GVHDを発症するモデルの作成に成功した。放射線照射量のタイトレーションの実験を踏まえ、クリーン状態の環境を作ることで確立し、3回の同様な確認実験を繰り返すことで、安定した移植システムを作った。2)フローサイトメーターを用いて、CD14、Gr-1抗体により単球を2つの分画に分け、CCR2、CXCR1のケモカインレセプターの表出の解析条件を作成した。脾細胞を単核球に分離し、4カラーの標識抗体を組合せることで単球の表面抗原や細胞内サイトカインの解析システムを確立した。更に3)脾細胞培養下でMーCSFとGMーCSFの造血因子を使い、それぞれ、炎症性マクロファージと抗炎症性マクロファージの誘導を行い成功した。これらの実験的手法の確立は当初の計画にあるものであり、研究を遂行する上で順調な経過と考えられる。今後、細胞の解析および移植実験を重ねることで、データの集積をすすめている。慢性GVHDの新しい治療法の開発のために本研究を行っているが、これまで以下のことを行ってきた。1)慢性GVHDマウスモデルの作成した。準致死量の放射線550cGyを照射したBALB/cマウスにMHC一致でマイナー抗原不一致ドナーであるDBA/2マウスの脾細胞を移植することで慢性GVHDが2,3週で発症するモデルを確立した。2)炎症性単球(M1)及び抗炎症性単球(M2)の2つのタイプの単球の細胞分画の解析法をフローサイトメーターを使って確立した。抗体はCD3,CD4,CD8,B220,DX1により各細胞分画を調べるとともに、単球/マクロファージのフェノタイプ同定にはGr1,CCR2,CXCR1を、機能的解析にはIL-10,IFN-γ, CCL2,CCL5,CCL18を使用して解析する。3)M-CSF及びG-CSGの造血因子を使い、in vitroにおいてそれぞれM1、M2マクロファージの誘導をおこなった。4)標的臓器である皮膚、腸管、肝臓の組織を免疫組織学的方法を使い、慢性GVHDの評価法を確立した。1次抗体としてはGr1,CCR2,CXCR1,CCL5,CCL18,IL-10等により浸潤細胞の性状の同定を行うとともに、細胞外マトリックスとしてFibronectinを染色して浸潤細胞との関わりを検証する。5)マウスの末梢血を使って、Type 1サイトカンであるIFN-γ、Type 2であるIL-4、IL-13、調節性タイプであるIL-10、IL-22、Th17タイプであるIL-17のそれぞれの産生細胞を測定することを確立した。以上の5計画がなされ、概ね当初の計画通り進んでいる。上記と関連して論文1編と分担著書を執筆した。本研究計画は8つの計画部分からなっているが、このうち5つの計画手法の確立をおこなったことから、概ね当初の計画通り進んでいる考えられる。また、業績として1論文、1著書を執筆したことからも裏付けられる。造血細胞移植後の予後を左右する上で重要とされるGVHDの治療は重症な場合、いまだ確立された方法はない。本研究ではELISPOT法(Enzyme-linked immunospot assay)という手法を用い、GVHDの発症予測および診断において造血細胞移植の臨床に応用を行ってきた。従来、慢性GVHDの中心的働きをする細胞はT細胞やB細胞と考えられていたが、新たに単球が重要な役割を担っていることがELISPOT法を使い証明することができた。慢性GVHDでは主に抗炎症性単球がIL-10を産生し、障害された標的臓器の修復に関与していることがわかった。またマクロファージにはM1型(炎症性)とM2型(調節性)が存在し、それぞれを支配している転写因子としてIRF-5およびIRF-4が報告されている。これらの知見を元に、M2マクロファージを用いたGVHDの新規治療法の開発を行った。マウス骨髄細胞よりGM-CSFおよびG-CSFのサイトカインで培養することによりそれぞれM1およびM2の2種類のマクロファージの誘導が可能であった。これら2種類の誘導されたマクロファージを用いて、作成したGVHDモデルにおいて細胞治療の効果を検証し、標的臓器の免疫学的評価行った。

結果として、M2マクロファージは致死的GVHDを抑制し、生存率の向上につなげることが可能であった。一方、M1マクロファージはGVHDを悪化させる要因となった。GVHDのきたしたマウスの組織では腸管、肝臓、皮膚のHE染色標本において明らかにGVHD所見を呈しており、死亡原因がGVHDであることを裏付けた。また、これらの病態には転写因子であるIRF-4の発現が重要であることが証明された。造血細胞移植後の予後を左右する慢性GVHDの治療法はいまだ確立されていない。我々は以前に慢性GVHDでは主に抗炎症性単球がIL-10を産生し、障害された標的臓器の修復に関与していることを証明した。マクロファージには炎症型M1タイプと抗炎症型のM2タイプが存在する。このM2マクロファージを用いてGVHDの新規治療法の開発を行った。マウス骨髄細胞よりGM-CSFおよびM-CSFのサイトカインで培養することでそれぞれM1およびM2の2種類のマクロファージの誘導を行った。マウスGVHDモデルにおいてM2マクロファージは致死的GVHDを抑制し、生存率向上させた。今後の臨床応用が期待される。平成26年度の研究実施計画であった1)BALB/cマウスに準致死量の放射線550cGyを照射し、MHC一致でマイナー抗原不一致のDBA/2の脾臓細胞を移植する慢性GVHDを発症するモデルを確立した。2)フローサイトメーターを用いて、CD14、Gr-1抗体を使い、炎症性マクロファージと抗炎症性マクロファージの2つのサブタイプの解析を可能なシステムを構築した。3)In vitroで脾細胞培養下でMーCSFとGMーCSFの造血因子を使い、それぞれ、炎症性マクロファージと抗炎症性マクロファージの誘導を可能とした。以上予定の3項目の遂行が出来ており、概ね順調に進展していると考えられる。これらの手法を用いて今後はマウスの慢性GVHDの移植モデルを使って2つのM1/M2マクロファージの誘導された細胞をGVHD抑制の治療効果を判定する実験に移っていく。慢性GVHDの評価法として、1)GVHDスコア2)2つの単球の分画解析3)2つの単球の転写因子の評価4)標的臓器の組織免疫染色の4つで行っていく予定であるが、1)、2)、4)に関しては上述したように確立しており、今後データの集積が可能である。それらを遂行すると同時に3)の手法を今後確立する予定である。移植したマウスの脾細胞よりRNAを抽出し、SDS-PAGEを使って、Immunoblot法にて炎症性および抗炎症性マクロファージのそれぞれの転写因子であるIRF-4およびIRF-5の同定を行うものである。造血細胞移植平成27年度以降の研究計画として先に述べた3つの実験を更に遂行を重ねることで、データの集積を進める。また、移植後のGVHDの標的臓器である皮膚、腸管、肝臓の組織を採取し、免疫組織化学解析を行うとともに移植後の脾細胞から単核球を分離してサイトカイン産生細胞の測定をELISPOT法により解析を行う予定である。
脳血管周囲スカベンジャー細胞の脳内恒常性維持における機能解析

中枢神経系ではミクログリアが常在性マクロファージとして働き、老廃物や死細胞を除去していることが知られている。近年スカベンジャー受容体を有する血管周囲マクロファージという細胞が脳血管周囲腔に局在し、血管内老廃物の取り込みをしていることが報告された。本研究ではマウス脳血管周囲において蛍光ラベルデキストランで染色されるスカベンジャー細胞の同定及び機能解析を行い、神経ー血管ーグリアユニット(NVU: neuro-vascular unit)における役割を明らかにすることを目的としている。今年度はスカベンジャー細胞の蛍光デキストラン取り込みおよび動態について、二光子顕微鏡を用いてより詳細な解析を行った。またスカベンジャー細胞の脳内炎症における役割について調べるため、うつ病モデルマウス作成について条件検討を行った。スカベンジャー細胞は組織マクロファージマーカーであるCD163, CD206陽性であることから、脳における血管周囲マクロファージであることが示唆された。スカベンジャー細胞としての分子取り込みの性質を明らかにするために、血管内に分子量の異なる蛍光ラベルデキストランを投与し、二日後に二光子顕微鏡による脳血管周囲のイメージングを行った。その結果、スカベンジャー細胞によるデキストランの取り込みは、分子量のサイズには依存しておらず、脳血管関門を透過しないような大きな70-250kDaのものまで取り込んでいることが分かった。うつ病患者の血液では炎症性サイトカインレベルが上昇していることや、脳内でミクログリアが活性化していることがこれまでに示唆されている。またうつ病患者の脳脊髄液の研究から、脳血管関門の破綻が示唆されてきており、脳内炎症およびNVUの機能異常がうつ病発症に関わっていると考えられている。そこでうつ病発症時のスカベンジャー細胞の変化を明らかにするため、ストレス誘導性またはLPS誘発性うつ病モデルマウスの条件検討を行った。昨年度条件検討を行ったうつ病モデルマウスを用いて、スカベンジャー細胞動態の観察、脳血管関門透過性の変化とスカベンジャー細胞動態の関係について解析を行う。またクロドロン酸リポソーム投与によりスカベンジャー細胞を枯渇させた時のうつ行動への影響についても解析する予定である。今年度は二光子in vivo血管イメージングにてスカベンジャー細胞が血管内蛍光ラベルデキストランを回収する様子を観察し、免疫組織染色およびマクロファージ殺傷薬の投与により、蛍光色素を含む細胞の同定を行った。二光子顕微鏡による脳血管イメージングを行った後に、組織マクロファージマーカーであるCD206, CD163、その他各細胞マーカー抗体を用いて免疫染色を行い、血管内色素を貪食しているスカベンジャー細胞は血管周囲マクロファージであることが示唆された。さらにマクロファージ殺傷作用を持つクロドロン酸リポソームの大槽投与によって、同細胞の減少が見られたことからも、脳血管周囲に存在するマクロファージであると確認できたため。今年度は蛍光デキストランでラベルされるスカベンジャー細胞(脳血管周囲マクロファージ)について、1)どのようなメカニズムで血管内分子の取り込みをしているのか?2)神経ー血管ーグリアユニットを構成する他細胞との相互作用について明らかにする。

またクロドロン酸リポソーム投与によりスカベンジャー細胞を枯渇させた時のうつ行動への影響についても解析する予定である。他の実験計画で使用した動物を使いまわすことで、予定より経費を削減できた。またイメージング後の固定組織における蛍光色素保存性の問題があり条件検討が必要だったため、学会発表を見送った。そのため次年度使用額が生じた。今年度学会発表参加費及び光学機器等購入のため使用予定である。またストレス誘導性うつ病モデルの条件検討によって、うつ行動にはマウス系統差があることが分かり、予定していた蛍光ラベルマクロファージトランスジェニックマウスについて購入を見送ったため、次年度使用額が生じた。今年度、光学機器等購入に使用予定である。
転位ダイナミクスと塑性モデルの数学解析

前年度に引き続き、結晶構造内の格子欠陥である転位(転位線,dislocation)の密度分布およびダイナミクスに関する数学的研究を行った。これまでの研究をさらに発展させ、minimising movementの手法を用いて、壁のある状況下およびより一般の相互作用ポテンシャルのもとでの、精密な螺旋転位の密度分布の漸近形を得ることに成功した。また、より現実に近い状況として、壁のある状況下での刃状転位の集積の様子を数学的に精密に調べた。それらの成果の一部については、2編の学術研究論文および1編の国際会議のProceedingsとして発表したほか、国際会議CoMFoS17などで成果発表を行った。また大学院生との共同研究で、より一般の多数の粒子系を対象に、相互作用ポテンシャルと外力ポテンシャルで記述された有界領域に閉じ込められた複数の粒子の挙動を数学的に調べた。得られた支配方程式は不連続な常微分方程式系で記述されるシステムにもかかわらず、ある一般化された弱い意味での解が一意的に存在することを証明した。これはよく知られた常微分方程式の理論である古典解の存在定理(コーシー・ペアノの定理)や一意存在定理(ピカール・リンデレフの定理)が適用できない例であり、それらのある種の一般化になっているという意味で興味深い問題である。さらにその応用として、非凸な領域を含むいくつかの領域形状と外力ポテンシャル下で様々な数値計算例を構成し、それらについて考察を行った。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の計画の基礎として、van Meurs氏のこれまでの研究成果を再検証するところから始め、重要な数学的枠組みと考えられるWasserstein距離やAmbrosio等による距離空間上の勾配流理論などについて基礎文献の調査を行った。また、非平衡状態での転位の密度分布の挙動の予測を立て数学解析に役立てるため、数値シミュレーションのための準備を行った。また、日本数学会をはじめ、金沢大学、九州大学、愛媛大学、北海道大学、龍谷大学での研究会で積極的に研究発表を行い、数学や物理・工学の研究者とのディスカッションを積極的に行い様々な研究上の知見を得た。具体的な研究成果としては、研究期間が短くまだまとまった形になってはいないが、転位数Nが無限大に近づくときの、転位密度の収束の精密な評価に関する研究が進み、近いうちにまとめられる見込みである。そのような転位密度の収束に関する評価はこれまで得られておらず、本分野における新しい方向性を開くものと考えられる。当初の研究計画に従って順調に研究が進んでいる。また、外国人特別研究員のvan Meurs氏も日本の主要な大学で講演を行い、日本の応用数学・解析学の研究コミュニティーにすばやくとけ込んで研究環境も整えることができている。前年度に引き続き,結晶構造内の格子欠陥である転位(転位線,dislocation)の密度分布およびダイナミクスに関する数学的研究を行った.これまでの研究実績に基づき,平成28年度は次のような数学的成果を得た.1.壁のある状況下での転位線の密度分布は,スケーリングの方法に応じてに多種多様な挙動を持つことを数学的に示した.また,そのいくつかについて,変分法を用いたアプローチで,転位密度の精密な挙動を解析することに成功した.成果の一部を研究論文として発表したほか,いくつかの国際会議で講演を行った.2.転位線の密度分布の極限がある第1種フレッドホルム型積分方程式の解で表されることを示し,その解析を行った.第1種フレッドホルム型積分方程式は典型的な非適切問題として知られ,解析が困難な場合が多いが,本研究では関数解析的アプローチと,厳密解の表示を用いて,解の正則性についての結果を得ることに成功した.3.アレン・カーン型のエネルギーと弾性エネルギーを組み合わせるアイデアを用いて,転位線のダイナミクスを記述するフェーズフィールドモデルを提案した.本モデルは,転位芯とピーチケーラー力を自然に取り込み,勾配系としてエネルギー散逸構造を有するもので,これまでのモデルにあった多くの問題点を解決している.また簡略化した場合において,その数値計算を行い,定性的に自然な転位の振る舞いが観察されることを示した.成果の一部は研究論文として発表した.変分法的アプローチを用いて,転位密度の挙動に関する新たな数学的評価が多く得られており,そのいくつかは論文として発表済みまたは論文準備中である.また,転位ダイナミクスを記述する数理モデルの提案とそのシミュレーションも行っており,研究方向が拡大されている.前年度に引き続き、結晶構造内の格子欠陥である転位(転位線,dislocation)の密度分布およびダイナミクスに関する数学的研究を行った。

これはよく知られた常微分方程式の理論である古典解の存在定理(コーシー・ペアノの定理)や一意存在定理(ピカール・リンデレフの定理)が適用できない例であり、それらのある種の一般化になっているという意味で興味深い問題である。さらにその応用として、非凸な領域を含むいくつかの領域形状と外力ポテンシャル下で様々な数値計算例を構成し、それらについて考察を行った。現在得られつつある研究成果をまとめあげることにまずは集中し、なるべく早く研究論文を書き上げることを目指す。また、数値計算を併用しつつより一般的な粒子法に拡張を行い、将来的な塑性変形モデルへの応用を意識し、転位の集団挙動と塑性との関係の数学的な解明に関して研究を推進する。金沢大学などでセミナーや研究集会を開催し、国内外の数学や物理・工学の研究者とのディスカッションを積極的に行い研究に役立てるほか、得られた成果は論文として投稿し、国内外での学会・研究集会での発表を行う。これまでに得られた結果を,数学的に丁寧に証明のチェックを行い,論文の形でまとめて発表するとともに,国際研究集会などに積極的に参加し研究発表を行う.また,本研究中で転位密度の挙動に関連して浮上した新たな研究方向として,第1種Fredholm型積分方程式の解析や,転位線のダイナミクスを記述するフェーズフィールドモデルの解析にも取り組む.29年度が最終年度であるため、記入しない。29年度が最終年度であるため、記入しない。