hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
思考・推論への順逆モデルアプローチ

分担者の提案した段階的正則化により思考・推論の順逆モデルの構築が可能であることを、簡単なデータを用いて実験的に確認する。まず認知心理学における概念形成で用いられるBrunerのデータを用いる。これは対象の個数、枠の数、形、色という4個の属性を持つ数個の図に対し、ある概念の正事例か負事例のいずれかが与えられている。ここでは連言的概念と選言的概念の2種類を用いた。なお正事例か負事例かという二つのクラスへの分類なので、強化学習と教師付き学習が実は等価である。いずれの概念例でも段階的正則化により、当初は粗い近似的規制を、次に正しい規則を発見することができた。次にUCIの機械学習用データベースにあるレンズのデータを用いた。これは年齢、近視/遠視、乱視の有無、涙腺異常の有無の4属性データに基づき、ハードコンタクトレンズ、ソフトコンタクトレンズ、コンタクトレンズが不適という3クラスへの分類を行う24個のデータからなる。ただ単なる強化学習のみでは規則を見つけることは不可能なので、ここでも途中から正則化を導入する。この場合は問題が複雑なので、誤差のある程度小さくなるまで通常の強化学習を300回繰り返し計算を行い、その後90回の繰り返し計算で、3個の近似的規則が求まった。これで24データ中21個が説明可能である。次により小さな正則化パラメータを用いて150回の繰り返し計算により、正しい9個の規則が求まった。複雑な課題では順逆モデルを各々求めるための繰り返し計算回数も多いが、それほど複雑な課題でなければ数十回程度の繰り返し計算で済む。これにより、思考・推論などの高次処理を順逆モデルの枠組みでモデル化することの可能性が示唆された。
方言の文法体系変化の総合的研究

これまで、西日本諸方言に比べて研究が少ないという理由から、主に、東北諸方言について、アスペクト・テンス・ムードを中心に記述的研究を行ってきた。本年度は、最終年度ということで、記述した諸方言の体系の比較対照により、理論的に体系変化の方向性を考えた。一般に、<継続>を表すアスペクト形式は有情物の存在を表す動詞が文法化したものだが、昨年度まで、主に調査してきた青森県津軽方言等では、<過去>を明示する場合、アスペクト形式は「書イデアッタ」、存在動詞(有情)は「イデアッタ」で、両者が対応しない。一方、本年度、調査した岩手県遠野方言等では、アスペクト形式が「書イデイデアッタ」に当たる形である。東北諸方言の体系は、この二タイプに大別され、存在動詞の史的変遷に伴い、前者から後者へ変化したと考えられる。もともと、存在動詞は、主語の有情・非情に関わらず「ある」だったが、「ゐる」(□「立つ」)の「タリ」の形や、後には「イタ」が、<結果>として存在を表すようになった。標準語では、この「イタ」がいち早く「イル」と交替したが、東北諸方言では、これが残り続け、<一時的存在>(時間的限定性あり)の場合、<過去>を明示するには、依然、「アッタ」を用いる必要があった。津軽方言では、アスペクト形式は、この段階に対応した「書イデアッタ」が用いられるが、存在動詞は、「イデアッタ」が成立して「いる」に統一され、先に安定している。遠野方言では、それを追う形で、「イデアッタ」に対応する「書イデイデアッタ」に当たる形が成立し、アスペクト形式も「いる」系に揃えられて安定したが、その結果、「書イデアッタ」(>「書イダッタ」)は<継続性>を失い、<完成性>を表すようになった。このような出自により、「書イダッタ」は、もともと<現在パーフェクト>を表した「書イダ」とは異なり、その意味を表さない。以上について、『日本語文法』、言語学会大会での発表を考えている。
北インドにおける胆嚢がん多発要因の疫学的解明と早期発見のための特異蛋白の有用性

平成30年度の計画は、胆嚢がん患者の癌組織中から抽出したDNAを用いてTP53とK-ras遺伝子変異の解析を行うこと、及び先の研究で得られた8種類の特異蛋白の検証を行うことであった。平成30年度にインド胆嚢がん患者100例の凍結胆嚢組織標本と10例のパラフィン包埋胆嚢組織標本を入手し、DNA抽出後、Exon 58のTP53遺伝子変異解析とCodon 12、13、16のK-ras遺伝子変異解析を行った。ほとんどの凍結胆嚢組織標本からのDNA抽出は困難で、抽出されたDNAを用いた増幅もうまくいかなかった。この要因として、組織の凍結融解のために室温保存した間に自己融解がおこったことが考えられた。パラフィン包埋組織標本から抽出したDNAを解析した結果、TP53遺伝子変異は10例中4例(40%)に認められ、変異率はこれまでの報告と同程度であった。変異の内訳は、Transition型が3例、Transversion型が1例であった。今後、パラフィン包埋組織標本を用いた検討が必要であると考えられた。一方、K-ras遺伝子変異は検討した10例の標本には認められなかった。先の研究でチリ胆嚢がん患者のがん組織中から特異的に検出された8種類の蛋白がインド胆嚢がん患者の血清中から検出されるかどうかを検討したが、何れの蛋白も検出されなかった。この要因として、検出感度が問題であったのか、チリとインドでは異なる蛋白質が関与しているのかを明らかにすることはできなかった。今後、標的タンパク質を絞って、さらに最適化した抽出・精製方法を確立することが必要である。3年間の研究により、北インドにおける胆嚢がん発症に腸チフス、パラチフス感染が関与している可能性が示唆された。遺伝要因では、TP53 rs1042522遺伝子多型のGG型を有する人はCC型に比べ2.8倍高いリスクを有することを明らかにした。平成28年度の計画は、インド研究者との研究打ち合わせ後、症例ー対照研究のための質問書の配布と回収、DNA抽出のための血液試料採取、発がん要因解明のための遺伝子変異解析、インド産赤唐辛子中のカビ毒分析であった。平成28年10月にインドを訪問し、インド研究者と打ち合わせを行った。その時までに採取できた質問書、DNA抽出のための血液試料は20例程度であった。TP53とK-ras遺伝子変異解析のためのホルマリン固定パラフィン包埋組織標本も数例入手でき、帰国後に解析を始めた。しかし、当初目標とした試料数(がん患者50100例、胆石症患者50100例)には到達できなかったので、その後も引き続き採取の継続を依頼した。赤唐辛子中のカビ毒分析は、インドの胆嚢がん多発地域(北部)で8試料、中等度発地域(中部)で5試料、低発地域(南部)で8試料の計21試料を入手し、試料中のアフラトキシン類とオクラトキシンA濃度をHPLC法により測定した。アフラトキシンB1濃度は、北部12.0±11.9 μg/kg、南部10.8±10.3 μg/kg、中部2.5±2.3μg/kgの順に高かった。総アフラトキシン濃度は、北部13.1±12.6 μg/kg、南部11.6±10.8 μg/kg、中部2.9±2.4 μg/kgの順に高かった。さらに、オクラトキシンA濃度は、中部134.2±267.2 μg/kg、南部29.0±24.1 μg/kg、北部20.4±20.4 μg/kgの順に高かった。しかし、北部。中部、南部間の値にはいずれの項目にも有意差は認められなかった。インドでは赤唐辛子中のマイコトキシン濃度と胆嚢がん発症との地域相関は認められなかった。今後、ヒトを対象として血清アフラトキシンB1濃度と胆嚢がん発症との関係を明らかにする必要がある。平成28年度の予定は、インド研究者との研究打ち合わせ後、症例-対照研究のための質問書の配布、回収とDNA抽出のための血液試料の採取を行う。さらに、発がん要因解明のための遺伝子変異解析と赤唐辛子中のカビ毒分析を行うことであった。インド研究者との打ち合わせは、本研究課題が採択された後メールにて適宜行い、平成28年10月にインド訪問時に試料採取方法などの最終確認を行った。予定していた質問書の配布・回収や試料採取も開始できた。さらに、発がん要因解明のためのホルマリン固定パラフィン包埋組織標本も入手できた。しかし、平成28年10月までの約6か月間で、目標としていた数の質問書、血液、及び組織標本の採取は不可能であった。しかし、これらの質問書、試料の採取はその後も引き続き継続を依頼しており、平成29年度9月のインド訪問時までには目標数の質問書、試料を受け取れることになっている。平成28年度中に完結できた研究はインド産赤唐辛子中のアフラトキシン類とオクラトキシンAのカビ毒分析であった。赤唐辛子中のカビ毒濃度と胆嚢がん発症頻度(多発、中等度発、低発)との関りを調べた地域相関研究の成果は学術論文としてまとめて投稿し、年度内に受理、出版された(Ikoma T, et al. Asian Pacific Journal of Cancer Prevention, 2016, 17, 3499-3503)。

以上の結果から、本研究課題の進捗状況はおおむね順調に進展していると判断した。平成29年度の計画は、インドで収集した質問書と血清試料を日本に持ち込み、質問書データのコンピュータ入力と遺伝子多型の分析を行うことであった。9月にサンジャイ・ガンジー医科学大学院を訪問し、胆嚢がん患者100例と胆石症患者100例から収集した質問書とDNAを受取り、日本に搬入した。質問書のデータをコンピュータ入力し、多重ロジスティック解析を行った。胆嚢がん発症リスクを有意に上昇させる要因として、年齢、教育歴、経済状況、黄疸、発熱、体重減少有り、便通1回/日以下、レタスの摂取頻度、飲料水(水道水や井戸水)、使用燃料(薪)、非菜食主義者、女性では月経開始期、妊娠回数、臨月の出産数などであった。現在、各項目の妥当性評価をインド研究者と共同で行っている。遺伝子多型の解析は、TaqMan SNP Genotyping AssayによりCYP1A1 rs4646903、CYP1A1 rs1048943、TP53 rs7042522を、Allele specific PCR法によりGSTM1とGSTT1多型の各遺伝子型の頻度を調べた。TP53 rs7042522多型のホモ変異型(CC型)の頻度は胆嚢がん患者群で27.1%(26/96)、胆石症患者群で12.9%(12/93)であった。ホモ変異型の存在は、インドにおける胆嚢がん発症に有意に関係していた(年齢調整したオッズ比、2.6;95%信頼区間、1.16.2、P値、0.03)。その他の遺伝子多型、CYP1A1、GSTM1、GSTT1の変異型と胆嚢がん発症リスクには関連は認められなかった。我々の結果はTP53 rs7042522多型のCC型はインドにおける胆嚢がんのリスク要因となりうる可能性を示唆している。Apolipoprotein BとCETP遺伝子多型の解析も終了し、30年度中には統計解析結果が得られる予定である。平成29年度終了の時点で、予定していた結果が得られていない項目は、遺伝子変異解析と特異蛋白の有用性評価のみである。平成30年度の計画は、胆嚢がん患者の癌組織中から抽出したDNAを用いてTP53とK-ras遺伝子変異の解析を行うこと、及び先の研究で得られた8種類の特異蛋白の検証を行うことであった。平成30年度にインド胆嚢がん患者100例の凍結胆嚢組織標本と10例のパラフィン包埋胆嚢組織標本を入手し、DNA抽出後、Exon 58のTP53遺伝子変異解析とCodon 12、13、16のK-ras遺伝子変異解析を行った。ほとんどの凍結胆嚢組織標本からのDNA抽出は困難で、抽出されたDNAを用いた増幅もうまくいかなかった。この要因として、組織の凍結融解のために室温保存した間に自己融解がおこったことが考えられた。パラフィン包埋組織標本から抽出したDNAを解析した結果、TP53遺伝子変異は10例中4例(40%)に認められ、変異率はこれまでの報告と同程度であった。変異の内訳は、Transition型が3例、Transversion型が1例であった。今後、パラフィン包埋組織標本を用いた検討が必要であると考えられた。一方、K-ras遺伝子変異は検討した10例の標本には認められなかった。先の研究でチリ胆嚢がん患者のがん組織中から特異的に検出された8種類の蛋白がインド胆嚢がん患者の血清中から検出されるかどうかを検討したが、何れの蛋白も検出されなかった。この要因として、検出感度が問題であったのか、チリとインドでは異なる蛋白質が関与しているのかを明らかにすることはできなかった。
分泌型miRNAの測定による新規な動脈硬化発症・進展評価法の開発

申請者らは、miRNAが動脈硬化症発症のマーカーとなり得るかどうか検討するため、臨床血液サンプルより単離したmiRNAをマイクロアレイを用いて解析することで、動脈硬化発症の初期段階に特異的な分泌型miRNAの候補を得た。本研究では、ヒト臍帯静脈内皮細胞HUVECを用い、種々のサイトカイン類を用いて炎症状態を惹起することで、候補miRNAの発現を検討した。さらに、定量PCR法によるmiRNAの検出方法について、miRNA抽出法や反応条件の検討を行った。現在我々は、これらの得られたmiRNA候補のスクリーニングおよび機能解析を進めている。近年、細胞外に放出される分泌型microRNA (miRNA)が新たなバイオマーカー候補として期待されている。申請者はmiRNAが動脈硬化症発症のマーカーとなり得る可能性に着目して検討を行い、古典的な心血管危険因子(高血圧、脂質異常症、糖尿病、喫煙)を有する無症候かつ無治療の患者の血液において特異的に発現が変動するmiRNAの存在を見いだした。本申請課題では、分泌型miRNAの測定による新規な動脈硬化発症・進展診断法の開発を行う。計画している具体的な項目は、(1)動脈硬化の発症に特異的な分泌型miRNAの機能解析、(2)動脈硬化発症に特異的な分泌型miRNA検出条件の確立、(3)臨床検体におけるmiRNA発現と血管内皮障害の相関の検討、の3つである。本研究ではまず、得られた分泌型miRNAをノザンブロッティングやリアルタイムPCR法によりスクリーニングすることで絞り込み、偽陽性の除外を目指した。さらに、培養細胞や動脈硬化モデルマウスを用い、得られたmiRNAの標的遺伝子の同定や動脈硬化好発部位における血管内皮機能への影響等を検討することで、動脈硬化発症に特異的なmiRNAの機能解明を目指した。申請者はmiRNAが動脈硬化症発症のマーカーとなり得る可能性に着目して検討を行い、古典的な心血管危険因子(高血圧、脂質異常症、糖尿病、喫煙)を有する、無症候かつ無治療の患者の血液において特異的に発現が変動するmiRNAの存在を見いだした。計画している具体的な項目は、(1)動脈硬化の発症に特異的な分泌型miRNAの機能解析、(2)分泌型miRNA検出条件の確立、(3)臨床検体におけるmiRNA発現と血管内皮障害の相関の検討、の3つである。本研究ではまず、得られた分泌型miRNAをノザンブロッティングやリアルタイムPCR法によりスクリーニングすることで絞り込み、偽陽性を除外した。さらに、培養細胞や動脈硬化モデルマウスを用い、得られたmiRNAの標的遺伝子の同定や、動脈硬化好発部位における血管内皮機能への影響等を検討することで、動脈硬化発症に特異的なmiRNAの機能解明を目指した。申請者らはこれまでに、名古屋市立大学病院心臓・腎高血圧内科の外来を受診した、古典的な心血管危険因子(高血圧、脂質異常症、糖尿病、喫煙)を有する無症候かつ無治療の患者を対象に採血およびmiRNAの抽出を行い、マイクロアレイにより分泌型miRNAの発現を検討することで、特異的な発現変動を示すmiRNA群を得た。本年度はさらに培養細胞を用いて機能解析を進め、臨床検体における結果との相関を検討した。これまでに申請者らは、miRNAが動脈硬化発症のマーカーとなり得る可能性に着目し、動脈硬化モデルマウスの組織に特異的な発現を示すmiRNAをマイクロアレイ法により探索した。その結果、両群間で2倍以上発現が変化するmiRNA群を得た。また、申請者らはこれまでに、名古屋市立大学病院心臓・腎高血圧内科の外来を受診した、古典的な心血管危険因子(高血圧、脂質異常症、糖尿病、喫煙)を有する無症候かつ無治療の患者における分泌型miRNAの発現を検討し、特定のmiRNAの発現が有意に変動することを見い出した。本申請課題では、動脈硬化発症初期に特異的なバイオマーカーとなる分泌型miRNAに着目し、動脈硬化の早期発見法の確立ならびに患者個々の症状にあわせたオーダーメイド医療への応用を目指して解析を行った。

本年度は、名古屋市立大学病院心臓・腎高血圧内科の外来を受診した、古典的な心血管危険因子(高血圧、脂質異常症、糖尿病、喫煙)を有する無症候かつ無治療の患者(重篤な肝疾患や腎障害、コントロール不良の糖尿病、内分泌疾患、悪性腫瘍の合併者は除外する)を対照に採血およびmiRNAの抽出を行い、マイクロアレイによりmiRNA発現の変動を検討することで、特異的な発現変動を示すmiRNA群を得た。本研究では、臨床検体を用いて解析を行ったため、効率的に研究を進展させることができた。来年度は、引き続き同定したmiRNA分子の機能解析を進めるとともに、新規な動脈硬化診断法の実現に向け、臨床検体を用いた解析を行う。本申請課題で同定したmiRNA分子種を糖尿病や心血管疾患の既往歴を有する患者の血液より検出し、血管内皮機能との関連を検討することで新規な動脈硬化症の診断法としての可能性を探る。名古屋市立大学病院心臓・腎高血圧内科の外来を受診した2070歳の古典的な心血管危険因子(高血圧、脂質異常症、糖尿病、喫煙)を有する無症候かつ無治療の患者(重篤な肝疾患や腎障害、コントロール不良の糖尿病、内分泌疾患、悪性腫瘍の合併者は除外する)50名を対照にする。同意を得た患者より採血およびmiRNAの検出、ならびに血流依存性血管拡張反応検査(FMD)を行い、本研究で同定したmiRNAの発現量と血管内皮障害との相関を検討し、新規な動脈硬化症の診断法としての可能性を探る。本申請課題による新規動脈硬化評価法が優れた結果を示す場合は、血液からRNA抽出無しで直接miRNAを検出可能なReady-to-useの診断キットの開発・実用化を目指す。分子生物学平成27年度以降は、引き続き同定したmiRNA分子の機能解析を進めるとともに、新規な動脈硬化診断法の実現に向け、臨床検体を用いた解析を行う。リアルタイムPCR法でより微量の血液から効率よく分泌型miRNAを検出できるよう、miRNA抽出法および反応条件を検討する。現在ヒトからは血液0.5 mlあたり2-5 μg、また、マウスからは血液0.5 mlあたり30-50 μgのtotal RNAを得ることが出来る。miRNAはtotal RNAサンプル全体にわずか0.01%程度しか存在せず、検出には数ngのmiRNAを要するため、より微量の血液を測定するには検出感度の向上が必要である。本研究では、miRNAの抽出・精製法およびリアルタイムPCR法による反応条件を改良することで、最終的に全血100 μl以下から効率よくmiRNAの検出を可能にする。エクソソームの回収方法としては、超遠心、抗体結合磁気ビーズ、クロマトグラム等を利用した回収方法が知られている。しかしながら、各方法で回収されるエクソソームには偏りがあり、標準化された回収法が存在しないため、計画通りに進まない場合は別の回収方法を試みる。本年度は計画通り研究を遂行したが、研究費の節約を心がけたため、若干の余剰金が生じた。本申請課題では、計画通り研究を遂行した。研究費の節約を心がけたため、若干の余剰金が生じた。
チューブ状無機膜リアクターを用いたマイクロウェーブ化学反応

「膜界面」は物質間の隔離、成分の選択的透過や化学平衡の制御、さらには触媒作用などの機能を有する。膜界面を管状に形成した"チューブ状無機膜リアクター"は、耐薬性が高く、高温・高圧にも供することができるうえ、集積化や小型化が容易であり連続操作に向いているなどの特徴を有する。一方化学反応場にマイクロウェーブを照射することで、反応中間体への選択加熱などにより、反応時間の短縮や選択率の向上などが見いだされている。本研究では、マイクロウェーブを利用し、"チューブ状無機膜リアクター"に最適な、選択・均一加熱方法・条件を見いだし、システム設計の容易な反応装置の構築を目指す。本年度は、以下の項目に関して実験・検討を行い、下記の成果を得ることができた。(1).チューブ状反応器の製作と加熱特性の取得平成15年度に設計・製作したキャビティを有する化学反応実験装置(特許出願)を用いて、多孔質アルミナチューブ(長さ200mm-外径φ6mm厚さ2mm)の均一加熱条件の検討を行った。その結果、パラジウムナノ粒子を無電界メッキにより均一に担持した場合に、±10°C以下の温度均一性を達成できた。このときのパラジウム膜厚をSEM・EDXにより分析を行ったところ、ナノ粒子の担持形態(膜厚、密度)が温度均一性に影響をあたえることがわかった。(2).太径チューブ対応チューブ型反応装置の試作多様なチューブ支持体形状に対応するため、外径10mmのチューブ型化学反応装置の試作を行った。化学産業では、エネルギー消費ならびに環境負荷の大幅低減を果たす革新的プロセスの提案・実現が緊急の課題となっている。「膜界面」は物質間の隔離、成分の選択的透過や化学平衡の制御、さらには触媒作用などの機能を有するので、これらの機能の組合せ・集積により、上記革新的プロセスの実現が期待できる。"チューブ状無機膜リアクター"は、耐薬性が高く、高温・高圧にも供することができるうえ、集積化や小型化が容易であり、触媒を担持することで様々は反応に利用されている。しかし現状では昇温・加熱には電気炉等を用い、系全体を加熱するため、エネルギー効率が悪く、小型化のメリットが生かせないなどの問題点がある。本研究では、昇温・加熱方法として、マイクロウェーブを利用し、"チューブ状無機膜リアクター"に最適な、選択・均一加熱方法・条件を見いだし、システム設計の容易な反応装置の構築を目指す。本年度は、以下の項目に関して実験・検討を行い,成果を得ることができた。(1).電磁界シミュレーションによるチューブ状反応器の均一マイクロ波照射法の開発チューブ表面にTEM00モードの電磁界が形成される共振空洞(キャビティ)の設計をおこない、チューブ表面上の触媒層のみを均一に加熱できる条件を導出した。(特許出願)(2).チューブ状反応器の製作と加熱特性の取得シミュレーションで得られたキャビティを有する化学反応実験装置の製作を行った。製作した装置により、多孔質アルミナチューブ(長さ200mm-外形φ10mm厚2mm)表面中央部に長さ80mmのパラジウムを形成した貴金属触媒の選択・均一加熱を行った。その結果500°C/minの急速昇温かつ、±10°C以下の温度均一性を得ることができた。(3).マイクロウェーブを用いた、チューブ状無機膜からの活性酸素生成法の開発触媒として活性酸素を含む12CaO・7Al_2O_3を用い、内部の活性酸素の気相放出を試みた。(特許出願)「膜界面」は物質間の隔離、成分の選択的透過や化学平衡の制御、さらには触媒作用などの機能を有する。
小児病棟におけるきょうだい支援に関する研究

今日、子どもの入院は患児本人だけでなく、きょうだいの心身の成長発達にも影響を及ぼすことが明らかにされ、支援の重要性が認識されている。しかし、入院している子どものきょうだいに対する具体的な支援には至っていない現状である。そこで本研究は、きょうだい、家族及び医療者に対して質問紙調査及び長期入院患児の家族数例に面接調査を行い、地方の小児病棟におけるきょうだい支援に関する実態を把握する。その結果をもとに、きょうだい支援に対するモデルケースを数例定めて、きょうだいや家族のニーズにあわせた支援方策を実施し、その有効性について評価することを目的とする。本研究は3ヶ年にわたり、今年度は一昨年実施した調査をもとに、きょうだい支援に対するモデルケースへの支援を行った。大学看護研究倫理委員会に提出し、承認を受けた上で、きょうだいを支援するボランティアバンクを立ち上げ、自宅に残されたきょうだいに対して、孤独感が癒されるよう、学生ボランティアを導入して日々の遊びや学習への支援を行った。2か月の関わりであったが、きょうだいは学生と触れあう中で、自分の思いを表出するようになり、家族が不在でも笑顔で遊びや学習をして待っていることができるようになった。また、家族の意向を聞いてプログラムを立て、夏休みと冬休みにきょうだいが入院中またはきょうだいの入院経験がある子どもを対象にレクリエーションインストラクターの講師を招いて、きょうだいの会を実施した。最初は仲間の輪に入っていけないきょうだいが見られたが、学生が1対1で関わることで、思い切り身体を使って遊んで、楽しむことができていた。ボランティアで関わった学生にとっても、きょうだいについて考える機会となり、実際に子どもに触れる貴重な経験となっていた。その結果をもとに、きょうだい支援に対するモデルケースを数例定めて、きょうだいが家族とのつながりが保てるよう、きょうだいや家族のニーズにあわせた支援方策を実施し、その有効性について評価することを目的とする。本研究は3ヶ年にわたり、本年度は大学看護研究倫理委員会に提出し、承認を受けた上で、質問紙調査を行った。調査対象は、小児病棟に入院している患児以外にも子どものいる両親とその9歳以上のきょうだい、小児病棟で働いている看護師である。調査内容は、付き添いや面会状況、きょうだいの世話、きょうだいへの説明状況、きょうだいの変化や困っていること、望んでいる支援内容等である。量的なデータは十分得られていないが、乳幼児の母親は24時間付き添いをしており、父や祖父母がきょうだいの世話をしていたが、約半数は父親のみが世話をしていた。母親はきょうだいのほとんどに入院による何らかの変化を感じており、サポートを必要としていた。一方、8割以上の看護師は、入院する患児のきょうだいを意識しており、きょうだいのための時間がもてるよう配慮していたが、実際に看護援助を行ったことがあると答えた看護師は3割であった。今後は、今年度の結果を踏まえて、面接調査ときょうだい支援の具体的支援を行っていく予定である。
癌幹細胞を標的とするT細胞受容体様抗体迅速単離法の開発とその応用

本研究では、独自開発の抗原特異的な抗体産生細胞取得技術と抗体産生単一細胞由来抗体迅速単離システムを応用することで、がん幹細胞を標的とするTCR様抗体迅速単離法の開発を行った。がんの根治療法を開発するためには、がん細胞とがん幹細胞の両者で選択的発現を示す抗原を認識するTCR様抗体の取得が強く求められる。そこで本研究では既知のがん抗原の中から、がん幹細胞でも発現が認められる抗原を選択し、MHCクラスI分子と抗原ペプチドの複合体(pMHC)を認識する抗体の取得を行った。その結果、pMHCに対する高い親和性と高い特異性を示す、TCR様抗体を複数取得することに成功した。がん幹細胞で発現する抗原由来のペプチドがMHCクラスI上に提示された複合体(pMHC)を抗原として実験動物に免疫し、得られたリンパ球の中から蛍光標識抗原陽性の抗原特異的形質細胞画分をセルソーターによって単一細胞として分取した。独自開発の単一細胞由来cDNA自動合成装置を用いて、得られた単一細胞から5'RACE法用のcDNAを合成した。このcDNAを鋳型に重鎖ならびに軽鎖可変領域の増幅を行った後、独自開発の標的配列選択的結合PCR(TS-jPCR)法を適用することで、それぞれの抗体可変領域の上流にプロモーター配列、下流に抗体定常領域とポリA付加シグナルを有する直鎖上DNA分子を合成した。得られた直鎖状DNA断片をトランスフェクション試薬と混合し、Expi293細胞に遺伝子導入を行った。培養3日目に上清を回収し、がん抗原由来のペプチドが乗ったMHCクラスI (HLA-A24)分子を陽性抗原とし、がん抗原とは無関係なペプチドが乗ったMHCクラスI (HLA-A24)分子を陰性抗原としたELISA法を行い、発現させた各抗体の中から求める特異性を示す抗体を選別した。次に、空のHLA-A02分子とHLA-A24分子を発現するT2-HLA-A2401細胞を用いて、外から種々の抗原ペプチドを加えることによって細胞表面で抗原ペプチドとMHC分子との複合体を人工的に再構成させ、得られた抗体のこれら抗原分子に対する反応性と特異性を評価した。その結果、目的の抗原ペプチドとHLA-A24分子の複合体に対して良好な選択性を示す抗体クローンを取得した。実験計画書に記載したのとほぼ同様の成果が得られているため。従来のがん治療用抗体は細胞表面で発現する抗原分子を標的としてきた。しかし、がん細胞に選択的な発現を示す細胞表面分子の種類は限られていることから、標的抗原の枯渇が生じ、新しい治療用抗体開発の大きな障害となっている。これに対して、細胞内タンパク質由来の抗原ペプチドとクラスI MHC分子の複合体を認識するTCR様抗体は、細胞内で発現する様々な抗原分子を標的にできる点で大きな優位性を持つ。しかし、従来法によるTCR様抗体の取得成功率は極めて低く、治療薬開発用のTCR様抗体を確実に取得するための、高い実用性を示す手法開発が強く求められていた。そこで本研究では既知のがん抗原の中から、がん幹細胞でも発現が認められる抗原を選択し、MHCクラスI分子と抗原ペプチド複合体(pMHC)を認識する抗体の取得を行った。これらの抗体は、がん細胞ならびに、がん幹細胞を標的とする治療用抗体の開発シーズとしての利用が期待されると共に、本研究によって開発された抗体取得技術技術は、がん幹細胞を標的とするTCR様抗体の取得に大いに役立つと考えられる。得られた抗体の特異性と親和性をより詳細に評価するとともに、標的抗原由来ペプチドとHLAの複合体を発現する細胞に対する細胞障害活性の有無について解析を進めることで、創薬シーズ抗体としての可能性を見極めたい。分子遺伝学次年度にがん幹細胞からの遺伝子発現プロファイルの解析を計画しており、多数のDNAマイクロアレイを使用する必要がでてきたため、本年度は経費の節約を行った。DNAマイクロアレイの解析には1検体あたり10万円程度の経費が必要で、次年度は本年度節約した100万円程度をこの経費にあてる予定である。
癌免疫療法の薬剤選択法の開発

腎細胞癌や表在性膀胱腫瘍の治療に免疫療法(前者はIFN-αまたはOK-432,後者はBCG膀胱内注入)を行い、治療前および治療経過中の担癌患者末梢血リンパ球のNK活性およびNK抵抗性腫瘍細胞に対する細胞障害活性(BRMキラー活性)を測定した。その結果延べ64人の腎細胞癌患者のうち、予後の悪いステージIII,IVのprogressive群でも高いNK活性を有しており、一方、BRMキラー活性は非常に活性が低下しており、NK活性は癌の進行度と一致せず、BRMキラー活性が良く一致することが示された。したがって、メラノーマやサルコーマでの諸家の報告と異なり、腎細胞癌患者ではNK抵抗性腫瘍に対するBRMキラー活性が患者免疫能の良いモニタリング法となり得ると考えられた。BCG膀注の場合、平均24.9ヵ月経過観察して22.2%に再発を見たのみであったが、その経過過程での免疫能の推移は現在検討中である。一方、免疫療法の経過中に結局腫瘍の転移と増大によって癌死する症例では、BRM投与にも拘らずBRMによって末梢に誘導されていたBRMキラー活性が、例外なく低下していた。さらにこのような患者の末梢血リンパ球in vitroで同種ないし他種のBRMと培養してもBRMに反応しなくなる"BRM不応化"の現象が見出された。このBRMに不応化した担癌末期患者末梢血リンパ球は外与のヒト型レコンビナントIL-2によって活性化された。この現象は、IL-2以外のBRMに不応化した癌患者には他種BRMをさらに投与し続けるよりも、IL-2投与ないし、LAK細胞またはTキラー細胞とIL-2の併用投与を行う方が良いということを示していると考えられた。α-インターフェロン、γ-インターフェロン、ピシバニール、LC9018,クレスチン等の癌免疫賦活剤が単独でヒトNK細胞膜のリン脂質のメチル化をtriggerする事を見出した。これはBiological Response Modifierの新しい作用機序である。(論文投稿予定)次にマウス及びヒトNK活性の単糖類による阻害(Stutmann現象)機構を解析したところ、25mMないし50mMといった高濃度のローマンノース、20KE/ml,2KE/mlの高濃度のピシバニールは、それぞれ順にマウスNK活性を60%、ヒトNK活性を100%、ヒトNK活性を2040%阻害した。この時、NK細胞と標的腫瘍のbindingは変わらず、NK細胞膜のリン脂質のメチル化反応でアッセイされるTriggering現象のみ阻害されていた。一方、NK細胞が標的腫瘍細胞を障害する時、NK細胞と標的腫瘍細胞の両者の間には、結合(binding)とTriggeringの双方のプロセスが起こる必要がある事を我々は見出し発表している。(Cellular Imnunology;press)この両者がNKの標的認識の特異性を決定しているのであるから、マウス及びヒトNK活性の高濃度の糖あるいはBRMによる阻害はTriggeringの阻害によると考えられた。(Proc.of the New York A cad.science;inpress本研究途上でBCG及びインターフェロンα投与患者末梢血リンパ球に18時間頃より活性の出現する新しいタイプのキラー細胞の存在を示唆する結果を得た。62年度はNK活性、NK Triggering活性及びこの新しいタイプのキラー活性を用いて癌免疫賦活剤の至適濃度を各患者個人レベルで解析したい。担癌患者にBRMを投与したり,担癌患者末梢血リンパ球をBRMと共にin vitroで培養したりすると,NK抵抗性の自己腫瘍を含む各種の腫瘍細胞を障害するBRMキラー(BRMK)とでも呼べる細胞障害活性が末梢血リンパ球に出現した.我々は今年度は主としてこの活性に注目し,腎癌と表在性膀胱癌の免疫療法を行った.腎癌症例は現在迄に24症例,表在性膀胱腫瘍症例は12症例である.腎癌患者については診断が確定したら先ず(1)NK活性(2)NK抵抗性のACHN又はRaji癌細胞に対するBRMK活性を測定した.その結果,腎癌患者は(A)高NK,低BRMKタイプと(B)低NK,低BRMKタイプに分れた.先づ数例の腎癌症例をフォローした結果,末梢血NK活性は担癌状態を反映せず,BRMK活性が良く担癌状態と相関することがわかった為,in vitroでのBRMK誘導能をIFNα及びOK432の各薬剤濃度で24時間培養し,アッセイし,これをBRMK Induction Assayとした. (A)(B)両群の癌患者に対しこのInduction Assayを行い選択されたBRMを現在投与中である.これ迄の投与結果を中間報告すると,IFNαについては,現行投与量の3MЦ/ml6MЦ/mlでの末梢血中濃度200Ц/mlでは充分にBRMKを誘導出来ず,その10100倍の血中濃度が至適のようである.従って,全身大量投与又は局所での大量投与を考慮する余地があると考えられた.また,患者によってはIFNαよりもOK432の方が強くBRMKを誘導する例もあり,個体差が認められた.表在性膀胱腫瘍患者については,BCG膀胱内注入を行ったところ,末梢血にNK抵抗性腫瘍に対するBRMK活性が出現した. (Urological Research〔accepted〕)そして,このエフェクターはNKタイプの前駆細胞がBCGによって活性化され,NKタイプで,より広い標的認識を行うキラー細胞となることが明らかになった.

腎細胞癌や表在性膀胱腫瘍の治療に免疫療法(前者はIFN-αまたはOK-432,後者はBCG膀胱内注入)を行い、治療前および治療経過中の担癌患者末梢血リンパ球のNK活性およびNK抵抗性腫瘍細胞に対する細胞障害活性(BRMキラー活性)を測定した。その結果延べ64人の腎細胞癌患者のうち、予後の悪いステージIII,IVのprogressive群でも高いNK活性を有しており、一方、BRMキラー活性は非常に活性が低下しており、NK活性は癌の進行度と一致せず、BRMキラー活性が良く一致することが示された。したがって、メラノーマやサルコーマでの諸家の報告と異なり、腎細胞癌患者ではNK抵抗性腫瘍に対するBRMキラー活性が患者免疫能の良いモニタリング法となり得ると考えられた。BCG膀注の場合、平均24.9ヵ月経過観察して22.2%に再発を見たのみであったが、その経過過程での免疫能の推移は現在検討中である。一方、免疫療法の経過中に結局腫瘍の転移と増大によって癌死する症例では、BRM投与にも拘らずBRMによって末梢に誘導されていたBRMキラー活性が、例外なく低下していた。さらにこのような患者の末梢血リンパ球in vitroで同種ないし他種のBRMと培養してもBRMに反応しなくなる"BRM不応化"の現象が見出された。このBRMに不応化した担癌末期患者末梢血リンパ球は外与のヒト型レコンビナントIL-2によって活性化された。この現象は、IL-2以外のBRMに不応化した癌患者には他種BRMをさらに投与し続けるよりも、IL-2投与ないし、LAK細胞またはTキラー細胞とIL-2の併用投与を行う方が良いということを示していると考えられた。
沖縄県における緑内障疫学調査(久米島スタディー)

研究の目的:久米島町における緑内障を中心とする眼疾患の有病率、病態、失明原因を明らかにし、最適な診断法、治療法、さらにその予防法を確立する。研究実施計画と経過:平成17年5月平成18年9月に、沖縄県久米島町で緑内障を中心とする眼疾患の有病率、失明原因を明らかにするために眼科検診を兼ねた疫学調査を行った。参加率は40歳以上の島民4632名中3762名で、受診率は81.2%であった。参加者は眼疾患の有無を確認する1次検査と診断確定のための2次検査を行った。また最新の眼科検査機器による眼のバイオメトリーを行い、眼疾患との関係を調査した。結果:まず翼状片有病率については31%と、国際的にも突出した数値であることを明らかにした。その危険因子として、屋外労働者、男性、加齢などの因子を報告した。住民の10%を対象として超音波生顕微鏡検査を行い、約2割の住民の前房隅角の形状が閉塞隅角眼であることを報告した。失明原因としては網膜色素変性症の頻度が高く、また緑内障による失明者も同様に高頻度であった。特に閉塞隅角緑内障による失明は特徴的であった。一方、失明頻度は先進諸国における数値とほぼ同程度であり、離島における医療水準の高さが示された。角膜内皮の疫学調査として初めて、角膜内皮計測を参加全主民に行い、正常者の角膜内皮についての計測結果を報告した。まとめ:沖縄県久米島町における緑内障を中心とした眼疾患の疫学調査を行い、緑内障有病率、病型別有病率、失明原因についての結果を報告した。沖縄県は治癒可能な閉塞隅角緑内障の有病率が本土の3倍以上と高く、その予防、治療について積極的に住民の啓発、啓蒙に努める必要がある。平成17年5月より琉球大学視覚機能制御学分野を中心に久米島町での緑内障疫学調査を兼ねた眼科検診を開始した。検診は週末土、日の毎週行い、これまで計約40回行っている。久米島町の40歳以上の今回の検診の対象人口は4759名で、受診者は3月現在3500名で受診率は73.5%となっている。また無作為抽出された10%対象者の受診者数は355名で746%となっている。受診率は80%を目標としており現在期間の延長を町役場と交渉している。これまでの結果からおおよそではあるが、1.翼状片の有病率は20%超であること。2.閉塞隅角緑内障は予備軍を含め20%超であり、特に60歳代の女性に有病率が高い事が判明したこと。3.屈折率は多治見スタディーに較べ約+1.0ヂオプター遠視寄りであることが判明した。今回、緑内障学会で認定された緑内障専門医による眼底写真の最終判定、視野の最終判定など全緑内障の有病率、されに緑内障の病型別頻度等の検討項目や白内障、糖尿病網膜症など視力低下や失明につながる眼疾患の頻度、有病率の解明などについてのデーターを集積、解析を始める予定となっている。沖縄を代表する中規模の離島である久米島町での今回の調査結果が今後、離島における失明予防や眼科医療に役立つように期待している。

平成17年5月より琉球大学医学部視覚機能制御学分野を中心に日本緑内障学会後援で久米島町での緑内障疫学調査を行った。一次検診は平成18年7月末で、二次検診は同9月末で終了した。最終確定受診率は81.2%となり国際的な評価の対象とされる80%を越える事ができた。また二次検診受診率は94%であり、多くの町民の参加を得ることができた。この受診率は20002001年に多治見市で行われた一回目の大規模な緑内障疫学調査である、いわゆる多治見スタデーの受診率78.1%を約3%上回るものであった。現在、4大学(東京大学、新潟大学、岐阜大学、琉球大学で構成)で構成されるデータ解析委員会で緑内障有病率、翼状片有病率、眼底疾患の有病率、失明原因の解析などを含めたデータめ解析を行っている。まず第1報として翼状片の有病率と発症に関する危険因子に関して本年2007年の日本眼科学会で教室の城間が代表して報告を予定している。2006年の日本緑内障学会で澤口が閉塞隅角緑内障の危険因子についてまず解剖学的な検討についてシンポジウムで講演を行った。緑内障有病率、病型別有病率、特に沖縄県に多い閉塞隅角緑内障の有病率とその危険因子についての詳細な解析が同時に進行中であり、今後国内外の多くの学会でその成果を公表する予定である。平成17年5月より平成18年9月までの期間において、沖縄県を代表する有人離島の久米島町で緑内障疫学調査を兼ねた眼科検診を行った。40歳以上の全住民を対象とし、最終確定人口は4632人であった。その内、受診者は3762人で受診率は81.2%であった。これは本邦における大規模緑内障疫学調査の多治見スタディの78.1%を超える高受診率であった。これまで報告した結果から1.翼状片有病率は約31%であり、国際的にも極めて高有病率であることが判明した。2.開放隅角緑内障有病率は3.64%(n=137人)であり、その内眼圧が21mmHgを超える原発開放隅角緑内障は0.72%(n=27人)であり、21mmHg以下の正常眼圧緑内障有病率は2.92%(n=110人)であった。3.閉塞隅角緑内障有病率は2.74%(n=103人)であり、4.それ以外の続発緑内障(病型判定不能を含む)有病率は0.72%(n=27人)であった。全緑内障の有病率は7.1%であり、多治見スタディーの5%を上回る高有病率であった。多治見スタディーでは眼圧値が21mmHg以下の正常眼圧緑内障の有病率が3.6%と非常に高頻度であり、国際的にも日本における緑内障の病型の特徴が注目された結果であった。久米島スタディーではこの正常眼圧緑内障の有病率は多治見スタディーにおけるそれより若干低くなっているものの、依然として国際的には非常に高い値であった。さらに閉塞隅角緑内障の有病率を比較した場合、多治見スタディーの0.6%、さらにこれまでに国際的に報告された有病率を大きく上回り、最も閉塞隅角緑内障の有病率が高いことが知られているイヌイットと同程度であった。沖縄県では閉塞隅角緑内障有病率が極めて高く、沖縄県あるいはその離島における失明予防や眼科医療を考える上で極めて重要な調査となった。
衝撃波を用いた分子量分析と質量シフト法の開発

顕微鏡下にパルスレーザーを用いて衝撃波を発生させ、水溶液中の高分子を移動させることによる分子量測定を検討した。多糖類、タンパクの移動距離はそれぞれ異なる分子量依存性を示し、分子会合による水溶液中の分子量増加に対応した移動距離が観測された。また、タンパクに対して低分子の界面活性剤を会合させると質量増加が起こるにもかかわらず、移動距離の減少が観測された。これは、タンパクの分子鎖が界面活性剤との会合により伸びた形状になるためであると考えられる。以上の結果から、分子量だけではなく、水溶液中でのこれらの高分子の形状が衝撃波との相互作用の移動距離を支配する因子であると結論された。平成25年度は、重要な生体高分子のひとつである多糖類の分子量測定について検討を行った。分子量40-270 kDaのデキストランについて、種々のアミノ基を持つ蛍光色素を用いた還元的アミノ化反応による蛍光ラベル化を行い、8-アミノナフタレン-1,3,6-トリスルホン酸が我々の実験系における最適なラベル化試薬であることを見出した。この試薬を用いてラベル化を施したデキストランについて、内径200マイクロメーターのキャピラリー中で水溶液中でレーザーによって発生させた衝撃波を作用させると、90-230マイクロメーターの分子の移動が観測され、分子量と移動距離の間に線形の相関が見られた。同様の実験を60-210 kDaのキトサンについても行うと、試料を分散・溶解させる水溶液の液性を酸性とした場合に、デキストランでの分子量ー移動距離の相関に対応した移動距離を示した。また、大きな移動距離を示すキトサンの2量体、3量体などの会合体と思われるシグナルが観測され、溶液が中性の場合には移動が観測されなかったことから、キトサンの凝集体となっていることが示唆され、糖鎖間の相互作用た。さらに、これらの移動距離の分子量依存性は、これまで得られているタンパクのものとは大きく異なり、核酸オリゴマーの場合とも異なっていた。この結果は、分子形状がタンパク、多糖類、核酸オリゴマーの順に球状からコイル、直線状となっていることに由来おり、衝撃波による分子の移動に対する分子形状の影響があることを意味しているものと考えている。平成24年度は主に、衝撃波によるナノメートルサイズの分子、微粒子の移動距離を精度良く測定するため、衝撃波発生のための光学系の改良および高感度CCDカメラの導入を行った。具体的には、衝撃波発生のためのレーザー波長の検討、レーザー導入光学系の検討によるレーザーのモード改良を行い、レーザー強度を衝撃波発生確率の測定から衝撃波発生のしきい値の測定を行い、タンパクの移動距離を各レーザー波長、レーザー強度等の条件で測定し装置の最適化を図った。高感度カメラの評価として、低バックグラウンド信号とバックイルミネート型CCDの高い感度によりラベル化タンパクの蛍光スポットの観測が容易になり、試料量をおよそ10分の1としても観測可能であることを確認した。質量シフト法の開発に関する実験としてタンパク質の二量体の分解により、二量体と単量体で移動距離が変化することを見出した。市販アルブミン(単量体分子量約4万3千)では、保存中の酸化的なS-S結合の生成により二量体が主な成分であるが、還元処理により移動距離がおよそ2分の1を示す単量体のみが観測された。同様な結果がいくつかのタンパクで観測された。一方、質量タグとして用いるため、種々のサイズをもつCdSeナノ粒子を合成した。さらにZnS殻をもつCdSe粒子を合成し、それらの表面に有機リンカーを導入する実験も行ったが、タンパクの結合には至っていない。水溶液中のウシ血清アルブミン(BSA)などのタンパク(分子量:42-173 kDa)について、界面活性剤であるドデシル硫酸ナトリウム(SDS)存在下に衝撃波による移動を試みたところ、移動距離は直線的にタンパクの分子量に依存して増加したが、同一タンパクでもSDS濃度の増加に伴って移動距離は減少し、SDSの臨界ミセル濃度以上で大きな移動距離の減少が観測された。これは、タンパク分子鎖とSDSとの会合したミセルを形成するためであると考えられるが、タンパクとSDSとの会合体ではタンパクの分子鎖が直線状に伸びた形状になることが報告されていることから、会合による分子量増加(>15 kDa、タンパク分子依存)による移動距離よりも形状変化による分子の断面積の減少による衝撃波との相互作用の減少が、移動距離を減少させるものと結論した。このことは、前年度に行った多糖類における移動距離の分子量依存性の結果と一致し、さらに以前に行った核酸オリゴマーの移動距離の分子量依存性の結果とも矛盾せず、タンパクのような3次元構造を取る高分子と多糖類や核酸のような1次元構造に近い高分子とでは、移動距離から分子形状の違いが判ることを示唆している。

その他の成果として、ポリエチレングリコール鎖の水溶液中の会合現象を強く示唆する信号を得た。これは、疎水結合のみの相互作用により分子鎖が会合するものと考えられ、期間終了後にも引き続き検討を行う。以上の結果は、衝撃波により分子量測定を行うためには類似の高分子を用いた相対的測定が必要であるが、溶液系中での二量体などの検出やタンパクの変性などの生体高分子の形状変化の検出には有効であることを示している。今後、さらに移動距離の制度良い測定方法の開発により、簡便な分子量測定法となると考えている。光化学平成25年度中盤は、研究室の耐震移転および使用装置の故障があり、研究遂行が不能となり、研究期間の延長をすることとなった。本研究を遂行するにあたり、レーザー装置の出力ジッターや光学系の調整、衝撃波発生時の液体の発泡等の不安定要素が確率論的に発生するため、これらの要素の発生確率が小さくなる実験条件を探索し、実験者の技術的な習熟度に依存する部分を排除する装置とすることにかなりの時間を要した。また、高感度CCDカメラのモデルチェンジがあったため、納品が年度末に近い時期となったことも研究の遅れをもたらした。これらの理由により、本研究で24年度に当初予定していた、試料を用いた測定実験が25年度にずれ込んで行われることになった。平成26年度は、アルブミン等のタンパクと他の分子量10-100 kDa程度の分子との結合体を調製し、移動距離を検討することを計画している。さらに、これまでに得られた成果をまとめて報告することを計画している。また、現在、試料導入をコラーゲンゲルを用いて行っているが、衝撃波作用前の拡散のため試料スポットが大きく、移動距離の精度が高くないが、試料スポットを小さくして移動距離の精度を上げる方法も合わせて検討する。25年度には当初24年度に予定していたタンパク等の試料を用いた測定実験を中心に行い、質量シフト法の概念を確立する成果を上げて行くことを計画している。また、実験計画が遅れたため、試料の測定を中心にした質量シフト法の開発と高感度CCDを用いたキャラクタリゼーション法の開発の2系統の装置を組み、実験を進めることを計画している。年度中盤の研究室耐震移転のため、年度の初期より実験設備の解体・梱包を行う必要があり、研究を中断した。また、移転後の装置の復旧が装置の故障と重なり、大幅に時期が遅れたため、研究の再開時期が年度終了前となったため、試料購入等の予算の執行額が小さくなった。平成26年度は、試料分子、ラベル化剤、溶媒、光学部品などの消耗品の購入費用として補助金を使用する。24年度に計画していた装置開発について、購入予定の高感度CCDカメラを中心に対物レンズ等の光学部品も併せて購入しており、装置に関する支出はほぼ終了しているが、25年度には高輝度の発光ダイオードと導入用レンズを購入して蛍光による計測効率を上げることを計画している。25年度には試料を用いた実験を中心に研究を進めるため、タンパク等の試料、クロスリンク試薬、蛍光ラベル化剤等の購入に研究費を使用する。
放射反作用を取り入れた光-物質結合系の協奏的ダイナミクス

本研究では,光と電子系が互いにフィードバックを受けながら時間発展する「協奏的な光-物質ダイナミクス」を記述する実用的な理論・計算方法の確立を目指した研究を行っている.研究の初年度である平成30年度は,まずこの光物質相互作用を記述する理論枠組みである「マックスウェル-シュレディンガー連立方程式」の波数空間での詳細な分析を行った.電磁場の時間発展を記述するマックスウェル方程式と電子系の時間発展を記述するシュレディンガー方程式は,分極電流密度を介して相互に繋がっており,この相互作用の鍵となる分極電流密度において,光子成分に対応する横波成分の抽出を行った.一般に連続の方程式から導かれる実空間の分極電流は縦波・横波の両成分を複雑な形で内包しており,そこからクーロン自己相互作用に対応する縦波成分を消去する必要がある.ベクトル場の縦波/横波を規定する発散/回転の条件は波数空間では局所的となることを利用して,分極電流密度をフーリエ変換によって波数空間で表現し,波数ベクトルとの直交条件から縦波成分と横波成分の分離を行った.具体例として,ナノスケールのポテンシャル井戸に拘束された電子が擬共鳴条件の単色光によって励起された系を考え,シンプレクティック積分法に基づく量子波束計算を行った.得られた時間依存波動関数から横波成分および縦波成分の電流密度をそれぞれ求め,両者の大きさの見積を行った.また長軸方向および短軸方向の閉じ込めポテンシャルの強度を変化させることによって,系の次元性に対する分極電流密度の縦成分と横成分の割合の依存性を調べた.その結果,系の次元性が低下するに伴い,横波成分の割合が大きく増加することが見いだされた.本研究で目的とする「互いにフィードバックを受けながら時間発展する光-電子結合系」を記述する実用的な計算方法の確立においては,電磁場を記述するマックスウェル方程式と電子系を記述するシュレディンガー方程式とを繋ぐ分極電流密度の取り扱いが鍵となる.光によって電子波束が周期的な加速度運動をすると分極電流が発生し,一般にこの分極電流は縦波成分と横波成分の両方を内包している.一方,励起された電子が自身の周囲に形成した電磁場が入射電磁場と干渉し,再度電子に作用する所謂「自己相互作用」を正確に記述するためには,分極電流から自己クーロン相互作用に対応する縦波成分を消去する必要がある.本研究では,分極電流密度は波数空間においては局所性を持つことに着目し,時々刻々計算される分極電流密度を高速フーリエ変換を用いて波数空間表現し,波数ベクトルとの直交関係から縦波成分/横波成分の分離に成功した.このため,本研究は概ね順調に進んでいると考えられる.H30年度に予定通り分極電流密度の導出および計算方法の確立を行ったことを受けて,H31年度以降は,開発した分極電流密度を用いてマックスウェル方程式とシュレディンガー方程式を連立し,電磁場と電子系の双方的な時間発展を可能にする計算コードの開発を行う.電磁場と電子系が結合したシステムにおいては,電子系の効果はマックスウェル方程式のソース項に分極電流密度として現れ,電磁場の効果はシュレディンガー方程式にベクトルポテンシャルとして現れる.従来の理論モデルにおいては,両方程式を結ぶこれらの分極電流密度およびベクトルポテンシャルは先見的に定義された時間変化をすると仮定し,それによって両方程式の解を独立に求めてきた.一方本来,励起した電子が放射を行うと,放出した光子が持つエネルギーおよび運動量を電子系は失い,所謂「放射反作用」を受ける.海外研究協力者と研究打ち合わせを行い,全系のエネルギー・運動量保存則を満たす形で計算システムの開発を行い,具体的な系に対して両者の保存則の確認テスト計算を行う.研究成果は随時国際会議で発表し,その成果を問うことによって,放射反作用を取り入れた新規な理論・計算方法を確立する.本研究では,光と電子系が互いにフィードバックを受けながら時間発展する「協奏的な光-物質ダイナミクス」を記述する実用的な理論・計算方法の確立を目指した研究を行っている.研究の初年度である平成30年度は,まずこの光物質相互作用を記述する理論枠組みである「マックスウェル-シュレディンガー連立方程式」の波数空間での詳細な分析を行った.電磁場の時間発展を記述するマックスウェル方程式と電子系の時間発展を記述するシュレディンガー方程式は,分極電流密度を介して相互に繋がっており,この相互作用の鍵となる分極電流密度において,光子成分に対応する横波成分の抽出を行った.一般に連続の方程式から導かれる実空間の分極電流は縦波・横波の両成分を複雑な形で内包しており,そこからクーロン自己相互作用に対応する縦波成分を消去する必要がある.ベクトル場の縦波/横波を規定する発散/回転の条件は波数空間では局所的となることを利用して,分極電流密度をフーリエ変換によって波数空間で表現し,波数ベクトルとの直交条件から縦波成分と横波成分の分離を行った.具体例として,ナノスケールのポテンシャル井戸に拘束された電子が擬共鳴条件の単色光によって励起された系を考え,シンプレクティック積分法に基づく量子波束計算を行った.得られた時間依存波動関数から横波成分および縦波成分の電流密度をそれぞれ求め,両者の大きさの見積を行った.また長軸方向および短軸方向の閉じ込めポテンシャルの強度を変化させることによって,系の次元性に対する分極電流密度の縦成分と横成分の割合の依存性を調べた.その結果,系の次元性が低下するに伴い,横波成分の割合が大きく増加することが見いだされた.