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神経傷害性疼痛における生理活性脂質の役割の解明

強力な白血球活性化作用を持つロイコトリエンB4(LTB4)とその受容体BLT1の急性痛への関与について、BLT1遺伝子欠損マウスを用いて研究を行った。ホルマリン足底注入による急性痛モデルでの疼痛行動は、BLT1遺伝子欠損マウスで有意に減弱していた。脊髄での痛覚感作に関わる急性活性化因子CREBの活性化がBLT1欠損マウスで減弱し、またホルマリン注入局所の炎症所見が低下していた。さらにBLT1拮抗薬投与にても疼痛行動の減弱が認められた。急性痛病態形成においてLTB4-BLT1シグナルが局所の炎症反応とそれに続く脊髄での痛覚感作両方に関与している可能性と、BLT1拮抗薬の有効性が示唆された。生体内で様々な刺激により瞬時に産生される生理活性脂質の中でも、強力な白血球活性化作用を持つロイコトリエンB4(LTB4)とその高親和性受容体BLT1が、急性痛に対してどのように関与しているのか、BLT1遺伝子欠損マウスとその野生型マウスを用いて研究を進めた。平成23年度に行ったホルマリン及びカプサイシン足底注入による急性痛モデルでの行動解析では、野生型と比較してBLT1遺伝子欠損マウスにて有意に疼痛行動が減弱していることがわかった。2つの急性痛モデルで、脊髄内反応分子にどのような変化があり、BLT1遺伝子欠損と野生型でどのような違いがあるかについて、免疫染色により解析した。ホルマリン足底注入60分後及びカプサイシン足底注入20分後の脊髄後角にて、急性期反応分子であるpCREB(リン酸化cAMP応答配列結合タンパク)陽性シグナルが増加していた。このpCREB陽性シグナルは野生型と比較しBLT1遺伝子欠損マウスにて有意に減弱しており、LTB4-BLT1シグナルが脊髄において急性期反応分子に影響していることがわかった。これらの結果は平成24年8月に国際学会(14th World Congress on PAIN)にて発表した。さらにBLT1受容体拮抗薬の急性痛に対する効果について、野生型マウスを用いて検討した。BLT1受容体拮抗薬ONO4057を腹腔内投与し、15分後にホルマリン足底注入を行ったところ、生食投与群と比較して有意に疼痛行動が減弱していた。また、腹腔内投与のみならず、足底注入、足底塗布という投与経路でも疼痛行動は有意に減弱した。この効果はカプサイシン足底注入モデルでも認められ、BLT1拮抗薬の急性痛における有効性が示唆された。生体内で様々な刺激により瞬時に産生される生理活性脂質の中でも、強力な白血球活性化作用を持つロイコトリエンB4(LTB4)の高親和性受容体BLT1が、急性痛に対してどのように関与しているのか、BLT1遺伝子欠損マウスとその野生型マウスを用いて研究を行った。ホルマリン及びカプサイシン足底注入による急性痛モデルでの行動解析では、野生型と比較してBLT1遺伝子欠損マウスにて有意に疼痛行動が減弱していることがわかった。2つの急性痛モデルで、脊髄内反応分子にどのような変化があり、BLT1遺伝子欠損が影響しているのかについて、免疫染色により解析した。ホルマリン足底注入後、及びカプサイシン足底注入後の脊髄後角にて、痛覚感作に関わる急性期反応分子pCREB(リン酸化cAMP応答配列結合タンパク)陽性シグナルが増加していた。このpCREB陽性シグナルは野生型と比較してBLT1遺伝子欠損マウスにて有意に減弱しており、LTB4-BLT1シグナルが脊髄において痛覚感作に影響していることが分かった。次に炎症局所での反応の違いを検討した。ホルマリン足底注入後の足底の容量変化、血管透過性について調べたところ、足底の容量変化は野生型と比較してBLT1遺伝子欠損マウスにて有意に少なく、血管透過性変化についても、野生型では有意に血管透過性の亢進が認められたがBLT1遺伝子欠損マウスでは有意な透過性亢進ではなかった。さらにBLT1受容体拮抗薬の効果について検討した。BLT1受容体拮抗薬の足底投与、腹腔内投与、脊髄腔内投与とも、ホルマリン足底注入後の疼痛行動に有意な減弱が認められた。BLT1拮抗薬投与により、ホルマリン足底注入後の脊髄pCREB陽性細胞の増加が抑制されていた。これらの結果より、急性痛病態形成においてLTB4-BLT1シグナルが局所での炎症反応とそれに続く脊髄神経での痛覚感作の両方に関与している可能性と、BLT1拮抗薬の急性痛における有効性が示唆された。

生体内で刺激により瞬時に産生される生理活性脂質の中でも強力な白血球活性化作用を持つロイコトリエンB4(LTB4)とその高親和性受容体BLT1が、急性痛に対してどのように関与しているのか、BLT1遺伝子欠損マウスとその野生型マウスを用いて研究を進めた。ホルマリン及びカプサイシン足底注入による急性痛モデルでの行動解析により、BLT1遺伝子欠損マウスは野生型と比較して有意に疼痛行動が減弱していたことから、急性痛での脊髄内反応分子にどのような変化があるかを免疫染色により解析した。ホルマリン注入15分及び60分後に麻酔下にパラホルムアルデヒドによる灌流固定を行い、脊髄を取り出し、凍結切片を作成した。急性期反応分子として、cFos、pCAMK(リン酸化カルシウムカルモジュリンキナーゼ)、pCREB(リン酸化cAMP応答配列結合タンパク)についてそれぞれの特異的抗体を用いて、免疫染色を行った。cFos pCAMKpCREBともに、ホルマリン足底注入後の脊髄後角にて陽性シグナルが増加していた。中でも、pCREB陽性シグナルは野生型と比較しBLT1遺伝子欠損マウス脊髄にて増強作用が減弱していた。カプサイシン足底注入にても同様に、腰部脊髄後角におけるpCREB陽性シグナルの増加作用が、野生型と比較しBLT1遺伝子欠損マウスにて減弱しており、LTB4-BLT1シグナルが脊髄において急性期反応分子に影響していることがわかった。急性痛モデルにおける足底、及び脊髄、後根神経節におけるロイコトリエンB4やその他の生理活性脂質の同定と定量についての解析が、網羅的解析が可能である最新の質量分析施設の学内での移動により稼働が遅れており、未施行である。実験室周囲で大規模建設工事が始まり、他の拮抗薬や、ロイコトリエン類産生酵素阻害薬を用いた行動実験、髄腔内投与後の行動実験が、騒音のために実行できていない。急性痛における脊髄の免疫学的解析は進行しているが、損傷部位及び脊髄における脂質メデイエーターの同定と定量についての解析が、網羅的解析が可能である最新の質量分析施設が混んでいるため未施行である。ホルマリン足底注入、カプサイシン足底注入により、TRPA1,TRPV1という感覚神経特異的に発現する受容体が活性化されることが知られており、LTB4がこれらの受容体を直接活性化もしくはLTB4-BLT1シグナルにより活性化する可能性が示唆される。このことから、BLT1遺伝子欠損がTRPA1及びTRPV1受容体発現に影響しているかどうか解析する。急性痛モデルでの局所及び脊髄におけるLTB4の定量を進める。防音室設置を申請し、適切な環境下で他の拮抗薬やロイコトリエン類産生酵素阻害薬の疼痛行動への効果を解析する。神経因性疼痛モデルを作成し、BLT1遺伝子欠損が疼痛行動を減弱させるかどうか、解析する。損傷部位、脊髄神経におけるLTB4の定量をすすめ、さらに他の脂質メデイエーターについても急性痛及び神経因性疼痛について同定と定量を質量分析により進める。LTB4による白血球活性化にともない増加するサイトカインについても、様々な病態形成に関与していることがわかっている。痛覚過敏状態の病態形成についてもLTB4-BLT1シグナルと各種サイトカインの動態が関わっているかについて、RT-PCRやELISAを用いて解析を進める。これまでの成果を国内外の学会にて発表し、論文投稿する。主として、受容体拮抗薬、免疫染色、RT-PCRのための試薬購入と、スライドグラス等の消耗品の購入に使用する。
生年月日不明の伝統社会における成長研究の妥当性の検討

人類の適応や進化を研究する場合、成体の比較だけではなく、成長過程を明らかにすることは重要である。ところが、成長研究は、既に近代化を経験した欧米や日本社会に限定され、人類の変異の研究に欠かせない伝統社会についてはほとんど行なわれていない。伝統社会の成長研究を困難にしている大きな要因の1つは、生年月日が不明で、人々の年齢がはっきりしないことである。生年月日不明の集団に対する成長研究の方法として、これまで試みてきたのは、村人全員の出生順位から年齢を推定して成長曲線を推定したり、一定間隔(通常は1年間)で2回の測定を行なって、ロジスチック式による成長曲線の推定を行なうなどである。ところが、これらの方法で推定された成長曲線がどの程度信頼できるのかは、まだ十分には検討されていない。成長曲線推定の妥当性や、対象者数の違いによる推定成長曲線の信頼度の変化を検討するためには、既に報告されている年齢の明らかな縦断的成長データを利用して、モンカルロ法により対象者数を様々に変化させて、コンピュータ・シミュレーションを行う必要がある。そこで、既に報告されている(身長などの)測定データの中から、シミュレーションに適した(対象者数が多く、測定の信頼性が高く、年齢の明らかな)縦断的成長データがあるかどうかを調べた。日本人の成長データには適したものはなったが、アメリカ人とイギリス人では成長研究の中に利用できるものを見出した。平成4年度科学研究費補助金は第2次分の交付であったため、コンピュータ入力の開始は遅れたが、作業は順調に進んでおり、既にアメリカ人の成長データの入力は終了した。今後、残りの成長データ入力を完了させた後、まず身長のシミュレーションを試みる予定である。
健康食品と既存の医薬品併用による骨代謝改善の可能性

卵巣摘出骨粗鬆症モデルラットを用い、卵巣摘出手術前、もしくは後に機能性食品を与え大腿骨を採取しμCT撮影、組織標本作製、腓骨を採取し3転曲げ試験による破断強度試験を行った。OVX手術により手術群ではSham群と比較して大腿骨遠心端海綿骨の減少は4週から顕著になり、8週では約50%の減少を認めた。OVXによりローヤルゼリー及び黒酢摂取群のRatではCtrl群と比較して術後4週以降に骨塩量とクロスリンク形成量の増加が観察された。更にローヤルゼリー及び黒酢手術前摂取群ではコントロール群と比較して骨量の骨量への影響、破断強度への影響は見られなかった。生後4週齢ラットに対して上顎第1、2臼歯を抜歯し、4週後に両側の卵巣を摘出して卵巣摘出ラット(骨粗鬆症モデル)を作製した。同時にsham手術を施したコントロールラットも同期間飼育した。卵巣摘出20週間後にローヤルゼリー、黒酢、クミンを適正量混入した飼料を4週間与えて飼育した。実験群、sham群共に大腿骨を摘出し、通法に従って脱灰組織標本を作製し、光学顕微鏡下に観察し、骨構造と骨吸収、骨形成に関して適宜免疫染色を用いて比較した。同時にコラーゲンの成熟度を検索する目的でピクロシリウスレッド染色を行い、骨形成関連タンパク(アルカリフォスファターゼ、オステオカルシン等)、骨吸収関連タンパク(RANK、OPG等)に対する免疫染色を用いて、これらタンパクの骨関連細胞における発現変化を検索した。その結果、ローヤルゼリー、黒酢を与えた実験群では、骨塩量とクロスリンクの量が増加していた。クミンに関しては明確な結果が得られておらず、検討中である。本年度は健康食品(ローヤルゼリー及び黒酢アミノ酸成分)による骨粗鬆症予防効果を検証するために、より臨床的な使用法を踏まえ、食品を投与した後に骨粗鬆症を発症させる骨粗鬆症予防モデル動物を用いて実験を行った。4週齢雌性SDラット(各群16匹)にローヤルゼリー(1.0%、0.5%)、黒酢アミノ酸成分(0.5%、0.25%)を含有する飼料、またはコントロール飼料にて8週間飼育した後、深麻酔下(8%抱水クロラール)にて両側卵巣摘出術(OVX)を行った。OVXを行った時点を0週とし、0、2、4、8週後にラットを安楽死させ、大腿骨におけるmicro-CT解析、組織標本の作製を行い、腓骨では3点曲げ試験による破断強度の測定を行った。OVXによる大腿骨遠心端海綿骨の減少は4週から顕著となり、8週では約50%の減少を認めた。しかしながらローヤルゼリーまたは黒酢アミノ酸成分含有飼料による骨量への影響は認められなかった。さらに3点曲げ試験の結果においてもローヤルゼリーまたは黒酢アミノ酸成分による破断強度への影響は認められなかった。これまでの研究成果においてOVX後にローヤルゼリーを投与した実験条件では骨基質中有のコラーゲンクロスリンクに影響が見られていたことから、今後は骨基質中の生化学的解析、ならびに骨芽細胞初代細胞を用いた細胞培養系における解析を進めていく予定である。本研究は健康食品による骨粗鬆症予防効の検証を目的としている。健康食品の、より臨床的な使用方法を踏まえ、健康食品を経口投与した後に骨粗鬆症を発症させる骨粗鬆症予防モデル動物を用いて実験を行った。4週齢雌性SDラット(各群16匹)にローヤルゼリー(1.0%、0.5%)、黒酢アミノ酸成分(0.5%、0.25%)を含有する飼料、またはコントロール飼料にて8週間飼育した後、深麻酔下(8%包水クロラール)にて両側卵巣摘出術(OVX)を行った。OVXを行った時点を0週とし、0,2,4,8週後にラットを安楽死させ、大腿骨におけるmicro-CT解析、組織標本の作製を行い、腓骨では3点曲げ試験による破断強度の測定を行った。OVXによる大腿骨遠心端海綿骨の減少は4週から顕著になり、8週では約50%の減少を認めた。しかしながらローヤルゼリーまたは黒酢アミノ酸成分による骨量への影響は認められなかった。更に3点曲げ試験の結果においてもローヤルゼリーまたは黒酢アミノ酸成分による破断強度への影響は認められなかった。本来、本年度には、骨形成関連のサイトカインと健康食品との相互作用を、動物実験により検索する予定であったが、動物実験施設の細菌感染により一時期使用ができず、動物実験が滞っていたため、進捗が思わしくない。しかしながら、現在は復旧しているので、生化学的な実験や、他の健康食品に対する解析に関しても実験を継続中である卵巣摘出骨粗鬆症モデルラットを用い、卵巣摘出手術前、もしくは後に機能性食品を与え大腿骨を採取しμCT撮影、組織標本作製、腓骨を採取し3転曲げ試験による破断強度試験を行った。

骨粗鬆症予防モデル動物における組織学的解析および破断強度試験は順調に進んでいるが、生化学的解析および細胞培養系の実験については実験を継続中である。歯学今後はこれまでに得られた動物実験の結果をより詳細に検討するために、培養細胞系を用いて、ローヤルゼリーや黒酢アミノ酸成分が骨芽細胞初代細胞に及ぼす影響を遺伝子発現解析等の手法により解析する。卵巣摘出ラットの骨代謝、骨基質中のコラーゲンに与える健康食品の影響に関する検索は、in vivoにおいて概ね順調に結果が出ているが、同ラットより細胞を採取して行う予定のin vitro実験に関しては、未だ結果が出ておらず、実験を継続中である。予算に計上している細胞培養系の実験を本格的には開始しておらず、解析に必要な試薬の一部しか購入していないためと思われる。今後はin vitroの実験を行うと共に、ローヤルゼリー、黒酢、CoQ10、クミンなどの経口摂取が移植骨の代謝に与える影響検索を行う。具体的には、骨移植モデルにおける骨組織変化および骨組織関連タンパクの発現を検索する。また、これらの経口摂取と医薬品の同時投与が骨組織変化に与える影響を、BP製剤との同時投与やHDACIとの同時投与によって検索するH27年度の予算に合わせて細胞培養系に必要な試薬の購入を行い、より積極的に研究の遂行を行なう予定である。in vivoの実験は順調に推移しており、当初計画に比較して使用したラットの数が少なかったこと、およびin vitroの実験が若干遅延しており、使用する薬品、抗体等の経費が少なかったことによると思われる。平成26年度より、継続的かつ積極的に実験を行い、余剰経費は主にラットや抗体や薬品類の代金として使用する予定である。
融合と分裂によるミトコンドリアネットワーク制御の分子機構の解析

2重膜構造のオルガネラ、ミトコンドリアは内部に自身のDNAを持っており、核ゲノム及びミトコンドリアゲノムの両方にコードされたミトコンドリア蛋白質が正しく輸送され複合体を形成してその機能を発揮することができる。ミトコンドリアは細胞内の他のオルガネラ系とは独立に増殖しており、さらに融合・分裂を含むダイナミックな形態変化がその細胞機能制御に重要な機能を持っていることが明らかになりつつある。しかし哺乳動物細胞のミトコンドリア融合・分裂に機能する分子の機能詳細の多くはまだ明らかになっていない。ミトコンドリア分裂に機能するダイナミン様GTPase、Drp1は、細胞質からミトコンドリア分裂点に局在化しミトコンドリア分裂を促進すると考えられる。我々は、Drp1を欠損した細胞を構築したところ、ミトコンドリア及び細胞機能には目立った変化は見られないにも関わらず、Drp1欠損マウスは胎生致死となったことから、ミトコンドリアの分裂は哺乳動物の発生に必須に機能を持つことが明らかになった。一方、ミトコンドリア分裂に機能する外膜蛋白質、Fis1の機能詳細を理解する目的で、我々はFis1と結合する分子を同定し、その機能解析を進めた。新規Fis1結合蛋白質は、Fis1に依存してミトコンドリアに局在化した。また、RNAiによりミトコンドリアの形態に大きな変化が観察された。これらのことから、Fis1は新規複合体を形成し、ミトコンドリア形態制御に機能していることが明らかになった。ミトコンドリアは2重膜構造により形成された、細菌の共生を起源とするオルガネラである。ミトコンドリアの蛋白質は核ゲノム及びミトコンドリアゲノムの両方にコードされており、それらが正しく輸送され複合体を形成してはじめて機能を発揮することができる。また近年ミトコンドリアの融合・分裂を含むダイナミックな形態制御が細胞機能制御に重要な機能を持っていることが明らかになりつつある。しかしミトコンドリア融合・分裂に機能する分子の機能詳細は、特に哺乳動物細胞においてまだ充分な解析がなされていない。ミトコンドリア分裂に機能するダイナミン様GTPase、Drp1は細胞質に局在しているが、ミトコンドリア分裂点に局在化してミトコンドリア分裂を促進する。一方、ミトコンドリア外膜の内在性膜蛋白質であるFis1もミトコンドリア分裂に機能することが知られていたが、その働きはほとんど解析されていなかった。本申請者らはFis1と結合する分子として新たなミトコンドリア形態制御因子を同定した。この蛋白質は膜結合ドメインを持っておらず、外来的な発現により細胞質に分散したパターンを示すことから、通常は主に細胞質に局在すると考えられる。しかしFis1と同時に発現することによりミトコンドリアと一致した分布を示すようになった。さらに、この蛋白質の発現をRNAiにより抑制すると、ミトコンドリアの形態に大きな変化が観察された。これらの結果から、Fis1はこれまでに知られていなかった新規ミトコンドリア形態制御因子のミトコンドリアへの局在化に機能していることが明らかになった。現在これらの分子の機能詳細についてさらなる解析を行っている。
心臓作動薬と心筋Na-Ca交換機構の関係

しかし、NCX電流が逆転電位をはさんで両方向に流れる条件では、両方向を同様に抑制した(IC_<50>1μM)。これは、NCXが膜外側でNaとCaを結合する構造が異なると考えると説明がつく。(2)新しい心筋保護薬JTV-519のモルモット心室筋の膜電流に対する作用をホールセルクランプ法で調べた。JTV-519はNCX電流に影響せず、Na、Ca、I_<KI>電流を抑制した。Na電流抑制作用は電位と頻度依存症で、リドカインよりキニジンに似ていた。IC_<50>値は保持電位-90mVで2μM,-60mVで1.2μMで、キニジンやリドカインより低濃度だった。活動電位のプラトー相を短くした。(3)抗不整脈薬のアミオダロンもモルモット心室筋のNCX電流を抑制することを見出した。(IC_<50>3μM)。細胞内液にトリプシンを入れると抑制しないので、アミオダロンは細胞内に作用してNCXを抑制すると考えられる。(4)抗糖尿病薬であるtroglitazone(Tro)はモルモット心室筋のL型Ca電流を抑制した。Troは-80より、-50mVから活性化したCa電流を強く抑制した。IC_<50>値は-50mVで0.8μM,-80mVで10μM以上だった。Troは他のCa拮抗薬と似た性質を持つと考えられる。私はこれまでの研究で、KBとDCBがモルモット心室筋組胞のNa-Ca交換電流を方向依存性に抑制することを見出した。即ちKBは、外向きNa-Ca交換電流を内向き電流より良く抑え、逆にDCBは、内向き交換電流を外向き電流より良く抑えた。更にKB-R7943は細胞外Caと競合拮抗することを明らかにした。しかしこの結果は、交換電流を一方向のみ流れる条件で記録した時である。そこで今度は、交換電流が両方向流れる様にし、2つの薬がどう効くかを調べた。Na-Ca交換電流が-60mVで逆転するように細胞内外のNaとCa濃度を設定し、10mVから-120mVまでのランプ波をかけ、10mVと-120mVでそれぞれ外向き、内向き交換電流の大きさを、薬の在る時と無い時で測った。すると、薬による抑制は両方向で同じ度合いを示した。この結果は、薬には方向依存性があるが、交換輸送体からの解離が遅い為両方向を同程度抑制するのかも知れない。そこで、同じイオン条件で、両方向用ランプ波形の半分ずつ(-60mVから+60mVまで脱分極して-60mVに戻る、又は、-60mVから-120mVに過分極し-60mVに戻る)をかけ片方向の電流を記録しながら薬の作用を調べた。すると、この条件でも両方向と同じ割合の抑制効果が見られた。つまり、薬の抑制は輸送体の働く方向には関係がない。最初の実験で、一方向の交換電流に対する作用を見る時、外向き電流では細胞外Ca濃度を0から1mMへ、内向き電流では細胞外Naを0から140mMに上昇させた。薬はCa又はNaが0mMの時から作用させた。それに対し両方向モードでは、薬は1mMCa,140mM Na存在下で投与している。これらのことから、薬は競合的にCaまたはNaの結合部位に作用するため、上記のような方向性が表れたと考えられる。(1)新しい心筋保護薬JTV-519のモルモット心室筋細胞の膜電流に対する作用をホールセルクランプ法で調べた。JTV-519はNa-Ca交換電流には影響しなかったが、Na電流、Ca電流、内向き整流性K電流(I_<K1>)を抑制した。Na電流抑制作用は電位依存性および頻度依存性であった。

頻度依存性の程度は、リドカインより遅く、キニジンに似ていた。IC_<50>値は保持電位-90mVで2μM,-60mVで1.2μMで、キニジンやリドカインよりはるかに低い濃度やあった。Ca電流、内向き整流性K電流(I_<K1>)も抑制した。また活動電位のプラトー相を短くした。この論文はJpn.J.Pharmacol.にもうすぐ掲載される。(4) Butane dionemonoxime (BDM)がモルモット心室筋のNa-Ca交換電流を抑制することを見出した。IC_<50>値は2.4mMであった。この薬物は抗有機リン化合物なので、同様の作用を持つpralidoxime(2-PAM)も試したところ、これも交換電流を抑制した。そこで、BDMと2-PAMがNa-Ca交換担体のリン酸化部位に結合し、燐酸を取り去ることにより交換電流を抑制するのではないかと考えている。(論文準備中)(5)クラスIII抗木整脈薬のアミオダロンもモルモット心室筋のNa-Ca交換電流を抑制することを見出した。IC_<50>値は約3μMであった。細胞内液にトリプシンを入れておくと、この抑制作用はみられなくなった。したがってアミオダロンは細胞内の部位に作用して交換電流を抑制すると考えられる。(論文準備中)
高エネルギー放射線用固体画像検出器

当初はポジトロンCTの検出器としての必要条件を実験的に調査し、現在実用化されたCdSeとCdSとのヘテロ接合を用いたX線用イメージセンサーを基本としてCdSをCdSeに置き換えたときのヘテロ接合の作製方法を実験的に確かめた。MOCVD法を用いた薄膜作製を行い、基盤に垂直な一軸配向性多結晶ヘテロ接合膜を得た。ジメチルカドミウムとセレン化水素、もしくはジエチルテルルを原料としたCVDにより300°C程度の基板温度で良質の一軸配向多結晶膜が得られ、良好な光電特性を持つことが確かめられた。また、このようにして作製されたCdSe/CdTeヘテロ接合は熱処理により特性改善されることも確認された。TFT回路設計においては、上記ヘテロ接合による光電変換部と走差回路とが一体となった一次元のリニアー素子の設計を行った。ガラス基板上にクロムまたはタンタルゲート電極のパタ-ニングをしボトムゲートを形成した。次に絶縁層としてスパッタリングにより窒化シリコンまたは酸化シリコンを形成、タンタルゲートの場合はタンタルの酸化層を形成した。その上にTFTのドレイン及びソースをクロムによって形成し、その後上記MOCVD法でCdSeを成長した。II-VI族化合物半導体への不純物添加の方法として、エキシマレーザード-ピングを考案し、この研究で、ZnSeに対してNaの添加で5x10^<19>cm^<-3>のホール濃度を実現した。CdTeに対して之を適用して高濃度の不純物添加の出来ることを確認し、ホモ接合を作製しp-i-n型の検出器の研究も行った。この研究で暗電流の少ない、高いバイアス電圧の下で動作出来るデバイスを作ることができるようになった。さらに、このレーザード-ピング法を用いると、II-VI族半導体において、部分的に不純物添加を行うことが出来、画像素子として集積化された検出器を製作するのに、有効な技術であることも分かった。今後,これらの基礎技術を生かし、II-VI族半導体の画像集積化デバイスの開発に繋げる予定である。本年度の研究は大別すると、1.ポジトロンCT用または硬X線用CT用の検出器として必要条件を満足する設計、2.固体感光層のCdTeとCdSeのヘテロ接合とTFT回路との融合の原理的動作の確認及び製作プロセスの確立、3.TFTスイッチ回路構成の設計及び作製プロセスの確立である。

ガラス基板上にクロムまたはタンタルゲート電極のパタ-ニングをしボトムゲートを形成した。次に絶縁層としてスパッタリングにより窒化シリコンまたは酸化シリコンを形成、タンタルゲートの場合はタンタルの酸化層を形成した。その上にTFTのドレイン及びソースをクロムによって形成し、その後上記MOCVD法でCdSeを成長した。CdSe/CdTeヘテロ接合X線受光層と組み合わせた評価は次年度行う。当初はポジトロンCTの検出器としての必要条件を実験的に調査し、現在実用化されたCdSeとCdSとのヘテロ接合を用いたX線用イメージセンサーを基本としてCdSをCdSeに置き換えたときのヘテロ接合の作製方法を実験的に確かめた。MOCVD法を用いた薄膜作製を行い、基盤に垂直な-軸配向性多結晶ヘテロ接合膜を得た。ジメチルカドミウムとセレン化水素、もしくはジエチルテルルを原料としたCVDにより300°C程度の基板温度で良質の-軸配向多結晶膜が得られ、良好な光電特性を持つことが確かめられた。また、このようにして作製されたCdSe/CdTeヘテロ接合は熱処理により特性改善されることも確認された。TFT回路設計においては、上記ヘテロ接合による光電変換部と走差回路とが一体となった一次元のリニアー素子の設計を行った。II-VI族化合物半導体への不純物添加の方法として、エキシマレーザード-ピングを考案し、この研究で、ZnSeに対してNaの添加で5×10^<19>cm^<-3>のホール濃度を実現した。CdTeに対して之を適用して高濃度の不純物添加の出来ることを確認し、ホモ接合を作製しp-i-n型の検出器の研究も行った。この研究で暗電流の少ない、高いバイアス電圧の下で動作出来るデバイスを作ることができるようになった。さらに、このレーザード-ピング法を用いると、II-VI族半導体において、部分的に不純物添加を行うことが出来、画像素子として集積化された検出器を製作するのに、有効な技術であることも分かった。今後、これらの基礎技術を生かし、II-VI族半導体の画像集積化デバイスの開発に繋げる予定である。
聴覚と平衡覚を担う内耳感覚上皮の形成とその配置の分子機構の解明

哺乳類の内耳は進化が生み出した最も精巧な感覚器である。聴覚及び前庭覚を担う有毛細胞には機能と形態が異なる4種が存在し、蝸牛に1ヶ所、前庭には5ヶ所の計6ヶ所に分布する。しかしながら、蝸牛・前庭の特異的部位で有毛細胞分化の鍵遺伝子Six1が活性化される仕組み、また、4種の有毛細胞の多様性が生じる仕組みは不明である。本研究は、『蝸牛のコルチ器と前庭の感覚上皮の形成とその配置の分子機構』の解明を最終目的として、Six1エンハンサーの同定とその活性化機構の解明を目指す。本研究は、内耳有毛細胞の分化制御の理解に貢献する。また、有毛細胞の分化誘導と再生への道を拓き、難聴の病態解明と治療法開発に役立つ。
セルラーゼレスミュータントを用いたパルプ製造および木材糖化

前年度において,種々の白色腐朽菌のセルロース分解力およびリグニン分解力を測定した.その結果当研究室のキンイロアナタケ株がセルロース分解力を持たず,リグニン分解力を有し,木材中のリグニンとヘミセルロースを選択的に分解することがわかった.またこの菌の最適pHおよび温度は45および2830°Cであった.今年度はこの最適発育条件で,大規模な腐朽実験(1kgの木材片を2.5lの培地上で腐朽させた. )を行い,腐朽木材の分析を行った.3ケ月間腐朽させても,ブナ材の平均重量減少率は5%に満たず,スギ材はほとんど腐朽されなかった.この結果は木材の分解(特にリグニン)にはグルコース等の単純な糖類が必要であることおよびこの白色腐朽菌は針葉樹を分解できないことを示している.それ故にこのセルラーゼレスミュータント,セルラーゼおよび酵母を連続的に木材に作用させて,木材中のセルロースをグルコースやアルコールに交換することは経済的になりたたないことが判明した.培地中にグルコース等の単純な糖類が存在するうちは,この菌は木材中のリグニンを選択的に分解するが,腐朽が進み単純糖類もなくなると木材中のセルロースも分解されるようになった.また腐朽の初期程,木材分解速度は大きく,腐朽の進行と共に木材分解速度は小さくなった.この菌を用いてリグニン含量の異なる腐朽ブナ材を調製し,これを微分細した後,トリコデルマ由来のセルラーゼを作用させて,糖化率を測定したところ,リグニン含量と糖化率は反比例した.木材中のリグニンが約半分分解除去した木粉では,セルラーゼにより材中の多糖の70%が単糖に分解された.当研究室所有のPholiota adiposa(ヌメリスギタケ)がリグニンは分解するがセルロースは分解しないことを確かめるために、リグニン中に最も多く存在する結合様式アリールグリセロールーβ-アリールエーテル結合および1,2-ジアリールプロパン結合をそれぞれ有する2種のリグニンモデル化合物およびセルロース(口紙)を基質として、この菌を培養した。用いた2種のリグニンモデル化合物は分解代謝されたが、ロ紙は4ケ月間培養しても、ほとんど分解されなかった。この結果より当研究室のヌナリスギタケ株は、リグニン分解酵素(リグニナーゼ)は分泌するが、木材中のセルロースを分解する酵素(セルラーゼ)は分泌しない変異株(セルラーゼレスミュータント)であり、この菌で木材を腐朽すれば、木材中のセルロースは分解されることなく、リグニンが分解除去され、セルロース含量が大きく、リグニン含量の小さい腐朽木材が得られるものと予想する。この菌の生育に対する最適pHおよび温度を測定したところ、最適pHは4.05.0、最適温度は2832°Cであった。木材の形と大きさが、この菌による木材の腐朽に与える影響および実際にこの菌が木材中のリグニン,ヘミセルロースおよびセルロースをどのような割合で分解,代謝するのかを明らかにするために、現在多量のブナおよびスギの木材チップ(約1×30×50【mm^3】、50mm長が繊維軸方向)と木粉(製材工場で産出したオガクズ)を基質として、菌を培養している。前年度において,種々の白色腐朽菌のセルロース分解力およびリグニン分解力を測定した.その結果当研究室のキンイロアナタケ株がセルロース分解力を持たず,リグニン分解力を有し,木材中のリグニンとヘミセルロースを選択的に分解することがわかった.またこの菌の最適pHおよび温度は45および2830°Cであった.今年度はこの最適発育条件で,大規模な腐朽実験(1kgの木材片を2.5lの培地上で腐朽させた. )を行い,腐朽木材の分析を行った.3ケ月間腐朽させても,ブナ材の平均重量減少率は5%に満たず,スギ材はほとんど腐朽されなかった.この結果は木材の分解(特にリグニン)にはグルコース等の単純な糖類が必要であることおよびこの白色腐朽菌は針葉樹を分解できないことを示している.それ故にこのセルラーゼレスミュータント,セルラーゼおよび酵母を連続的に木材に作用させて,木材中のセルロースをグルコースやアルコールに交換することは経済的になりたたないことが判明した.培地中にグルコース等の単純な糖類が存在するうちは,この菌は木材中のリグニンを選択的に分解するが,腐朽が進み単純糖類もなくなると木材中のセルロースも分解されるようになった.また腐朽の初期程,木材分解速度は大きく,腐朽の進行と共に木材分解速度は小さくなった.この菌を用いてリグニン含量の異なる腐朽ブナ材を調製し,これを微分細した後,トリコデルマ由来のセルラーゼを作用させて,糖化率を測定したところ,リグニン含量と糖化率は反比例した.木材中のリグニンが約半分分解除去した木粉では,セルラーゼにより材中の多糖の70%が単糖に分解された.
インドネシア熱帯泥炭火災からの大気汚染物質曝露による健康インパクトの包括的評価

泥炭火災に伴うヘイズによる健康影響評価のための疫学調査を行うにあたり、パランカラヤ大学医学部を訪問して病院関係者との会合を行い、パランカラヤ大学医学部の研究グループから得られるパランカラヤ市内にある診療所の受診者数情報やヘイズに関する疫学データの提供についての依頼を行うとともに倫理審査についての検討を行った。さらにテレビ会議システムによりパランカラヤ大学のNina氏等との現地研究者との打ち合わせを複数回行い、現地での調査場所や調査許可申請手続等を進めた。ナラティブアプローチにより、これまでの泥炭地火災によるヘイズ発生時の個人の経験や曝露を防ぐための個人の行動の聞き取り調査を開始した。現地に設置するPM捕集用のハイボリュームサンプラーを用意してPM2.5成分分析の準備を行った。さらに、現地に設置するPM濃度計等の測器の発注及び組み立てを行い、使用できるようにセッティングを行った。研究代表者がパランカラヤBMKG測候所に過去に設置したPM計濃度、一酸化炭素計、二酸化炭素計等の測器のデータ収集を行うとともに、測候所移転のために2019年2月に装置を撤去した。なお2019年6月に移転地に測器を再設定の予定である。疫学調査で必要な調査票の作成を用い、日々の呼吸器症状を測定するために必要なピークフローメータの準備と現地語での使用説明書の作成を行った。2019年7月にパランカラヤ大医学部で疫学データを用いた統計処理セミナーを日本側の主催で実施することを決定した。現地の医療機関を訪問し疫学データの使用に関する打ち合わせを行っている。測器の設置場所やPMのサンプリング場所について若干検討の余地がある。中カリマンタンのパランカラヤを中心とした各村10か所にPM2.5計等の測器を設置し、10村の社会影響データを収集する。具体的には小中学校における学童の出欠データを取得し、測器データとの相関関係を検討する。さらに衛星データを用いるとこで地表面におけるPM濃度を推定できないかを検討するとともに、スマトラ島でのHazeとの比較検討を行っていく。次年度において予定より複数回多く現地調査をする必要があるので2018年度分の予算を2019年度予算に繰り越した。
食道横紋筋運動を制御する中枢性および末梢性機構の解明

本研究の目的は、ほ乳類の食道横紋筋運動における中枢および末梢における制御機構の全貌を解明することである。ほ乳類の食道筋層は、小腸や大腸と異なり、一部または全長にわたって横紋筋で構成されている。食道横紋筋は「=骨格筋」とみなされている。実際、運動制御に関わる因子は骨格筋と共通している。一方、食道は摂取した食物を胃まで運搬する役割を持つことから、食道横紋筋も小腸や大腸の平滑筋と同様に蠕動運動を担っている。蠕動運動は、筋の収縮のみならず、適切な弛緩も必要とすることから、「収縮」とともに「弛緩(収縮の抑制)」する制御機構の解明は重要である。食道以外の消化管(胃、小腸、大腸)では、中枢性制御に加えて、内在神経系やカハール介在細胞などによる末梢性(局所)制御が発達している。そこで本研究では、(1)中枢性制御機構の解明のため、中枢を含む丸ごと動物を用いたin vivo実験系を用いた実験を行う。また、(2)末梢での制御を解明するため、摘出標本によるin vitro試験を実施する。平成30年度の実績として、(1)に相当するものとして、食道横紋筋運動の制御に関与する中枢レベルの新規因子の解明のため、新たなin vivo実験系を確立した。この実験系は、ウレタンで麻酔したラットの食道内腔に液体を満たし、食道運動を制御する迷走神経を電気刺激するというものである。この実験系の確立により、中枢性制御と末梢性制御の相互作用の解析が可能となった。一方、(2)として、ラットから食道を摘出して、in vitroで食道運動を記録し、食道筋の収縮反応を解析した。昨年度までに明らかにしたプリン作動系シグナルについて、関与する受容体と制御機構のより詳細な解析を行った。その結果、P2Y受容体の関与が示唆された。また、食道横紋筋運動の制御に関わるカリウムチャネルのサブタイプを同定した。平成30度は、前年度の研究成果を踏まえて、以下のような実験を行ない、一定の成果を得た。(1)食道横紋筋運動の制御因子の解明のための新たなin vivo実験系の確立:ウレタンで麻酔したラットの食道内腔に液体を満たし、圧トランスデューサーに接続した。食道運動を制御する迷走神経を電気刺激し、食道横紋筋を収縮させた。食道内圧の変化を指標にして、in vivoで食道横紋筋運動を評価するという実験系を確立した。(2)食道横紋筋運動の制御に関与するプリン作動系機構の解明:ラットから食道を摘出して、オルガンバスにセットし、in vitroで食道運動を記録した。迷走神経あるいは横紋筋そのものを電気刺激することによって生じる食道横紋筋の収縮反応を解析した。また、電気刺激あるいは薬物投与により平滑筋の運動についても解析を行なった。これらの反応が生理活性物質やそれらの受容体の阻害薬を投与して、関与する受容体と制御機構のより詳細な解析を行った。これらの実験により、ATPを伝達物質とするプリン作動性シグナルが食道運動に関与していることを明らかにした。さらに、そこにはP2Y受容体が関与していることが示唆された。(3)食道横紋筋運動の制御におけるカリウムチャネルの解明:(2)と同様に、in vitro実験系を用いて実験を行なった。カリウムチャネルには多様なサブタイプが存在する。それらの開口薬や閉鎖薬を投与して、食道横紋筋運動がどのように変化するかを調べた。その結果、食道横紋筋運動に関わるカリウムチャネルのサブタイプを同定した。これらの成果は、食道横紋筋運動における中枢および末梢における制御機構の全貌を解明する上で重要な知見といえる。平成31年度は、前年度の成果を踏まえて、さらに食道横紋筋運動の制御に関与する中枢および末梢性の制御因子を明らかにすることを目指す。(1)中枢レベルの因子の検索は、中枢を含む丸ごと動物を用いたin vivo実験系を使用する。また、末梢レベルに関する試験は、中枢の影響を除外して行う必要があるため、摘出標本を用いたin vitro実験系で実施する。(2)新たに確立したin vivo実験系を用いて、これまで明らかにしてきた中枢性制御因子と末梢性の因子との相互作用について解析を行う。(3)これまで生理学的あるいは薬理学的に明らかにしてきた、食道横紋筋運動に関与する中枢性および末梢性制御因子について、分子レベルでの解析を行う。免疫染色やin situ Hybridizationといった組織学的手法や、ウエスタンブロッティングやRT-PCRといった生化学・分子生物学的手法により、解析を行う。(4)最終年度にあたるため、研究成果のまとめを実施し、論文や学会発表により、研究成果の社会への還元を積極的に行う。ほ乳類の食道筋層は、小腸や大腸と異なり、横紋筋で構成されている。実際、運動制御に関わる因子は骨格筋と共通である。

蠕動運動は、筋の収縮のみならず、適切な弛緩も必要とすることから、「収縮」とともに「弛緩(収縮の抑制)」する制御機構の解明は重要である。食道以外の消化管(胃、小腸、大腸)では、中枢性制御に加えて、内在神経系やカハール介在細胞などによる末梢性(局所)制御が発達している。そこで本研究では、(1)中枢性制御機構の解明のため、中枢を含む丸ごと動物を用いたin vivo実験系を用いた実験を行う。また、(2)末梢における制御を解明するため、摘出標本を用いたin vitro試験を実施する。平成29年度の実績として、まず、(1)に相当するものとして、食道横紋筋運動の制御に関与する中枢レベルの新規因子の解明を行った。ウレタンで麻酔したラットの食道内腔にバルーンを設置し、バルーンの移動速度や移動距離、バルーン内圧の変化を指標にして、in vivoで食道蠕動運動を評価した。実験系の確立とともに、中枢性制御に一酸化窒素が関与することを明らかにした。一方、(2)として、ラットから食道を摘出して、in vitroで食道運動を記録し、食道筋の収縮反応を解析した。これまで未知であったプリン作動系シグナルとカリウムチャネルを介するシグナルが食道運動に関与する可能性を示唆する結果が得られた。これらの成果は、食道横紋筋運動における中枢および末梢における制御機構の全貌を解明する上で重要な知見といえる。平成29度は、食道横紋筋運動の制御に関与する中枢および末梢レベルの新規因子を明らかにすることを目指して実験を行なった。(1)食道横紋筋運動の制御に関与する中枢レベルの新規因子の解明:ウレタンで麻酔したラットの食道内腔にバルーンを設置し、バルーンの移動速度や移動距離、バルーン内圧の変化を指標にして、in vivoで食道蠕動運動を評価した。生理活性物質やそれらの受容体阻害薬を投与し、食道蠕動運動がどのように変化するか検討した。その結果、中枢性制御に一酸化窒素が関与することを明らかにした。(2)食道横紋筋運動の制御に関与する末梢レベルの新規因子の解明:ラットから食道を摘出して、オルガンバスにセットし、in vitroで食道運動を記録した。迷走神経あるいは横紋筋そのものを電気刺激することによって生じる食道横紋筋の収縮反応を解析した。また、電気刺激あるいは薬物投与により平滑筋の運動についても解析を行なった。これらの反応が生理活性物質やそれらの受容体阻害薬の投与により、どのように変化するのかを調べた。これらの実験により、食道横紋筋運動を制御する因子としてカリウムチャネルの関与が明らかとなった。また、平滑筋運動に対してプリン作動生シグナルが関与する可能性が示唆された。本研究の目的は、ほ乳類の食道横紋筋運動における中枢および末梢における制御機構の全貌を解明することである。ほ乳類の食道筋層は、小腸や大腸と異なり、一部または全長にわたって横紋筋で構成されている。食道横紋筋は「=骨格筋」とみなされている。実際、運動制御に関わる因子は骨格筋と共通している。一方、食道は摂取した食物を胃まで運搬する役割を持つことから、食道横紋筋も小腸や大腸の平滑筋と同様に蠕動運動を担っている。
チロシンホスファターゼによるB細胞活性他・不活性の制御機構

(1)CD45により制御されるシグナル伝達経路の解析:B細胞抗原レセプター(BCR)を介するシグナルにより、細胞増殖の抑制、アポトーシスが誘導される。成熟B細胞株BAL-17からCD45陰性クローンを樹立して、CD45の役割を解析した。その結果、CD45は抗IgM抗体刺激によるチロシンリン酸化、カルシウムイオンの動員には軽度にしか関与していないこと、また増殖抑制誘導には不可欠であるが、アポトーシス誘導にはほとんど関与していないことが明らかになった。(2)CD45によるLynキナーゼの選択的制御:未熟B細胞株WEHI-231から樹立したCD45陰性クローンでは、チロシンリン酸化が構成的に亢進している。このクローンを用いて、CD45のB細胞における基質の同定を試みた。BCR複合体に結合するsrc型PTK(Lyn、Lck、Blk)、およびSykファミリーPTKのSykについて、チロシンリン酸化と酵素活性をCD45陰性クローンと親株で比較検討した結果、Lynのチロシンリン酸化とキナーゼ活性だけがCD45によりネガティブに制御されていることが明らかになった。このことから、CD45の作用の選択性と、Lynの脱リン酸化による酵素活性の抑制機構の存在する可能性が示唆された。(3)B細胞シグナル伝達におけるPEPの役割:BCR刺激後、PEPホスファターゼがmRNA、蛋白レベルで発現増強することが明らかになった。抗PEPペプチド抗体を用いたウエスタン解析により、特に核内PEPの発現が選択的に上昇していた。さらに、PKCを消費した後にはBCR刺激による発現誘導はみられなかったことから、PEPの核内での発現はPKCに依存していることが示唆された。また、LPS刺激ではPEPの誘導は見られなかった。したがって、PEPがBCRを介して最終的に増殖抑制、アポトーシスに至るシグナル伝達を核内で制御している可能性が考えられる。
ルータ間の協調によるレイヤ7フィルタリングの実現

本研究の目的は,組織内ネットワークを構成するルータにおいて,レイヤ7(アプリケーション層)のレベルでフィルタリングをおこなうことにより,インターネットサーバに対する攻撃を確実に防ぐ手法を開発することである.ルータにおいてフィルタリングをおこなうことにより,管理者が組織内のサーバなどを一括して保護できるほか,組織内部のサーバ間でのフィルタリングを行うことにより,内部感染の拡大を防ぐことができる.また,レイヤ7のレベルでフィルタリングをおこなうことにより,プロトコル解析部のバグを利用した攻撃を確実に防ぐことができる.本研究では,まず複数のルータにおいて分散・協調してフィルタリングをおこなう枠組みを提案・開発した.本方式ではHTTPを例として用いてレイヤ7でのフィルタリングをおこない,稼働中のWebサーバに対する保護を実現した.また,ルータ間で情報を連携することで新たな攻撃を速やかに検知し,動的にフィルタリングのルールを更新することで,感染を最小限に食い止めることが可能になり,内部感染拡大に効果があることを確認した.また,稼働中のサーバに対して確実に保護を行うために,従来のようにポート単位で通信を禁止するのではなく,レイヤ7においてプロトコルで定められた規約に則ったメッセージかどうかを判断し,規約に反するメッセージを削除することで不正アクセスを確実に防止する手法を開発した.HTTPやSMTP, POPなどレイヤ7のプロトコルに対して,オートマトンを用いて規約に準拠しているかどうかを検証し,プロトコル解析部のバグを利用した不正アクセスを確実に防止することが可能になった.今後の課題として,分散フィルタリングの枠組みとレイヤ7でのプロトコル検証の仕組みを統合して,相互補完による機能強化や負荷分散による処理性能の向上の実現があげられる.本研究では,LANを構成するルータにおいてレイヤ7(アプリケーション層)のレベルでフィルタリングを行なうことにより,インターネットにサービスを提供しているサーバプログラムに対する攻撃を確実に防ぐ手法を開発することを目的としている.また,ルータ間で攻撃に関する情報などを連携することにより,攻撃を自動的に検知して組織内部への感染拡大を最小限に抑えることを目指している.平成16年度は,(1)アプリケーション層のプロトコルを解析して,高速かつ安全にフィルタリングをおこなうための機構の開発,(2)レイヤ7のフィルタリングをルータ上でおこなう機構の開発,(3)プロトコルの異常を検出することで感染したサーバを速やかに検出し,攻撃パターンなどの情報をルータ間で情報を共有することにより,同じ攻撃で他のサーバが感染しないようにする機構の開発,などをおこなった.(1)のフィルタリング機構では,オートマトンを利用してアプリケーション層でフィルタリングを効率よくおこなう仕組みを開発し,論文発表をおこなった.(2)では,カーネルレベルでパケットの再構築をおこない,効率よくフィルタをおこなう仕組みを実装中である.(3)では,Webサーバが出すエラー情報を収集することにより,攻撃を素早く検出して,内部拡散を防止する機構を開発した.また,既存のソフトウェアの脆弱性に関する調査をおこなった結果,POPプロトコルでは,プロトコルで定義された長さよりも長い文字列を送ることによってバッファをオーバーフローさせる攻撃が70%以上を占めていることがわかった.この結果から,各サーバプログラムが許容するバッファのサイズを推定した値をルータ間で共有することで,サーバに対するバッファオーバーフロー攻撃の多くを低いオーバーヘッドでフィルタリングできると考えられる.現在この機構の実装を行っている段階である.本研究の目的は,組織内ネットワークを構成するルータにおいて,レイヤ7(アプリケーション層)のレベルでフィルタリングをおこなうことにより,インターネットサーバに対する攻撃を確実に防ぐ手法を開発することである.ルータにおいてフィルタリングをおこなうことにより,管理者が組織内のサーバなどを一括して保護できるほか,組織内部のサーバ間でのフィルタリングを行うことにより,内部感染の拡大を防ぐことができる.また,レイヤ7のレベルでフィルタリングをおこなうことにより,プロトコル解析部のバグを利用した攻撃を確実に防ぐことができる.本研究では,まず複数のルータにおいて分散・協調してフィルタリングをおこなう枠組みを提案・開発した.本方式ではHTTPを例として用いてレイヤ7でのフィルタリングをおこない,稼働中のWebサーバに対する保護を実現した.また,ルータ間で情報を連携することで新たな攻撃を速やかに検知し,動的にフィルタリングのルールを更新することで,感染を最小限に食い止めることが可能になり,内部感染拡大に効果があることを確認した.また,稼働中のサーバに対して確実に保護を行うために,従来のようにポート単位で通信を禁止するのではなく,レイヤ7においてプロトコルで定められた規約に則ったメッセージかどうかを判断し,規約に反するメッセージを削除することで不正アクセスを確実に防止する手法を開発した.HTTPやSMTP, POPなどレイヤ7のプロトコルに対して,オートマトンを用いて規約に準拠しているかどうかを検証し,プロトコル解析部のバグを利用した不正アクセスを確実に防止することが可能になった.今後の課題として,分散フィルタリングの枠組みとレイヤ7でのプロトコル検証の仕組みを統合して,相互補完による機能強化や負荷分散による処理性能の向上の実現があげられる.
弱重力レンズ効果の高精度解析法の開発とそれを用いた宇宙の暗黒成分の探査

申請書で述べた宇宙論的弱重力レンズ効果を用いた宇宙論パラメータへの制限はデータが足らないため実現できなかったが、遠方巨大銀河団の質量を弱重力レンズ効果を用いて測定することで、現在の標準的宇宙論モデルを検証することに成功した。銀河団は宇宙の中で最大の自己重力束縛系であり、宇宙論モデルに非常に敏感である。よって、一つの遠方巨大銀河団存在が、現在の宇宙論モデルと矛盾するかどうか検証することができる。本研究ではAtacama Cosmology Telescopeによってスニヤエフ・ゼルドビッチ効果を通して発見された赤方偏移0.81にある遠方巨大銀河団ACT-CLJ0022-0036を、すばる望遠鏡主焦点カメラSuprime-Camを用いてフォローアップ観測を行い、弱重力レンズ効果の解析によってその質量を求めた。弱重力レンズ効果は、ダークマターなどの質量によって時空が歪むことにより、銀河像が歪んで見える効果であり、銀河団の場合にはダークマターを含む銀河団の質量により、その背景にある銀河像が歪んで観測される。データの一次処理にはすばる望遠鏡次期主焦点カメラHyper Suprime-Camのために開発しているソフトウェア群(HSCパイプライン)を用いた。背景銀河の選択には5バンド撮像による測光的赤方偏移推定法を用いた。銀河像の歪みを引き出すための銀河の形状測定には、一昨年度から開発している直交関数系を用いて銀河像を数学的に正確に表現する方法を用いた。その結果、重力レンズ信号を3.6の信号雑音比で検出し、質量を推定することができた。この質量は現在の宇宙論モデルと矛盾しないことがわかった。また、この結果は遠方の銀河団においても弱重力レンズ効果を用いて質量を推定することが可能であることを示したという点で意義深いものである。本研究では、宇宙論的弱重力レンズ効果宇宙を用いて暗黒成分(ダークマター・ダークエネルギー)の性質、及びそれに関連する宇宙論パラメータに新しい制限を付けることが目的である。このためには今までにない高精度弱重力レンズ効果解析法を開発し、測定の系統誤差を押さえ込む必要がある。弱重力レンズ効果は遠方銀河の歪みとして観測される。この系統誤差の要因はCCDのピクセルの特性やノイズ、大気揺らぎ、測定機器の位置決め誤差などにより発生する、重力レンズ効果以外の2次的ノイズ(像の広がり、歪み)である。本年度は2次的ノイズを補正する高精度弱重力レンズ効果の解析法の開発を行った。星は、銀河よりも近傍にあるため弱重力レンズ効果を受けないため、ほぼ点源かつ完全な円として観測されるはずであるが、望遠鏡を通して見たときには2次的ノイズにより広がり、歪んでいる。逆に、星の形状を精密に測定し、元の星の形状に戻す逆変換を求めて、それを銀河に適用すれば2次的ノイズを補正することが可能である。本研究では、この2次的ノイズを従来よりも数学的により精密に定量化した。これを用いて弱重力レンズ効果を測定するアルゴリズムを計算機上に実装した。銀河像に弱重力レンズ効果と2次的ノイズを付加したシミュレーションデータを作成し、これに新しく開発した解析手法を適用して得られたシグナルと真の値を比較することにより、測定精度・計算速度などの測定手法の改善を行っている。また、本研究は国内外の研究者の議論を活発に行いつつ進めてきた。次年度以降はこの測定手法の改善を続けるとともに、実際のデータを用いた解析も行う予定である。本研究の目的は、弱重力レンズ効果を用いて宇宙の暗黒成分(ダークマター・ダークエネルギー)をはじめとする宇宙論パラーメータに制限を付けることである。このためには従来よりも高精度な弱重力レンズ効果測定法を開発し、測定の系統誤差を抑え込む必要がある。弱重力レンズは遠方銀河の歪みとして観測されるが、実際に観測される銀河は大気揺らぎや望遠鏡の光学系、測定機器の特性により広がり、歪む。これをPoint Spread Function(PSF)という。PSFを正確に補正することが、系統誤差を減らす鍵となる。PSFの形状測定には星の画像が使われる。なぜなら、星は点源と見なすことができ、PSFそのものを再現していると考えられるからである。本年度は、PSFの形状測定の誤差がどのように弱重力レンズ信号に伝播するかを調べた。その上で、所望の測定精度を実現するためにはどのようなPSFの測定法や観測手法を取ればよいかということを調べた。また、天文学の解析では複数の画像を重ね合わせてから解析することが一般的だが、このときに各画像の異なる形状のPSFが重ね合わされ、PSFの形状が複雑になり、その測定が難しくなると考えられる。そこで複数の画像を重ね合わせることなく、同時に解析する手法を実装し、その有効性を検証した。来年度はこれらの結果を有効に用いながら、実際のデータを解析し、宇宙論パラーメータに制限を付けることを目指す。