hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
歯根嚢胞の増大と根管処置後の縮少に関するアラキドン酸代謝の影響

歯根嚢胞における周囲の骨吸収を促進する因子の1つであるプロスタグランジンについて、種々な病期における変動を検索することにより、臨床的に認められる根管処置による歯根嚢胞の縮少とアラキドン酸代謝との関係を解明することを目的とした。対象症例としては、臨床的に歯根嚢胞と診断されたもので、保存可能な歯に対しては規格サイズ法による根管充填を行った後、それぞれ一定期間を置いて摘出術を施行し、一方、保存不能な歯は摘出術時に抜歯し摘出された嚢胞を実験材料として用いた。なお、対照としては各々の症例の健康歯肉を用いた。そして摘出術施行後、初代培養を施行し、^3Hーアラキドン酸によるラベルを行った後、アラキドン酸代謝物を分離・定性し、その放射活性を測定した。その結果としては、根管処置施行症例において、根管充填から嚢胞摘出までの期期が短い症例は、対照歯肉に比べてアラキドン酸代謝産物は高値を示し、一方その期間が長い症例は低値を示す傾向が認められた。その他の根管処置未施行症例において、その臨床症状に応じて、アラキドン酸代謝産物は一定していなかった。以上のことより、適切な根管処置は嚢胞壁におけるアラキドン酸代謝に対し、抑制的に働く傾向があることが示唆された。今後、さらに種々な病期における症例にも検索を加えることにより、根尖病巣に対する歯内療法学的対応の正当性を評価したいと考える。歯根嚢胞における周囲の骨吸収を促進する因子としては、破骨細胞活性化因子、コラゲナ-ゼ、プロスタグランジン等があるといわれているが、その作用機序に関しては不明な点が多い、従って本研究では、ヒト歯根嚢胞症例を用いて上皮系細胞の初代培養を施行し、ラジオアイソト-プを用いて、そのアラキドン酸代謝産物(PGE_2、PGF_2α)の定性、定量を行う。そして同時に、それぞれの症例の健全歯肉においても同様の検索を行い、対照として比較検討して歯根嚢胞増大時の周囲骨吸収におけるアラキドン酸代謝産物の役割の一端を解明することを目的とする。さらに、臨床的に歯内療法処置(根管充填)により歯根嚢胞の縮少を見ることが、一般的に知られているため歯根嚢胞を有する歯牙に対し根管処置を行い、その後のアラキドン酸系代謝物の変化と歯根嚢胞の縮少との関係を解明する。以上のことを検索すべく、本年度は、平成元年度の研究計画であるヒト健全歯肉の上皮系細胞の初代培養を確立することが出来た。また、得られた上皮系培養細胞に、^3H-アラキドン酸によるラベリングを行いその培養液中に放出されたアラキドン酸代謝産物を薄層クロマトグラフィ-にて分離、定量することが可能であった。さらには、分離、定性されたアラキドン酸代謝物(PGE_2、PGF_2α)について、液体シンチレ-タ-によるラジオアクティビティ-を測定することが可能であった。歯根嚢胞における周囲の骨吸収を促進する因子としては、破骨細胞活性化因子、コラゲナ-ゼ、プロスタグランジンなどがあるといわれている。しかし、その作用機序ならびに病期における各因子の変動に関しては、不明なところが多く、特に根管処置との関係については、ほとんど解明されていないのが現状である。そして特に、臨床的に認められる歯内療法処置(根管充填)による歯根嚢胞の縮少とアラキドン酸代謝との関係を解明する。以上の目的について、前年度に確立した方法を用いて、本年度は、歯牙の保存不能の症例と、保存可能にて根管処置された症例について、その歯根嚢胞の襄胞壁の初代培養ならびに、そのアラキドン酸代謝を検索することが可能であった。その結果としては、根管処置施行症例の検索において、根管充填から摘出までの期間の短い症例は、対照歯内に比べて、アラキドン酸代謝物は高値を示し、一方、その期間の長い症例においては、低値を示した。また、抜歯症例において、臨床症状の存在したものは、対照歯肉に比べ、高値を示し、臨床症状のなかったものでは、差異は認められなかった。

つまり、適切な根管処置は嚢胞壁におけるアラキドン酸代謝に対し、抑制的に働く傾向が認められた。そこで、来年度は、症例数を増やし、この傾向をさらに確認していきたいと考える。歯根嚢胞における周囲の骨吸収を促進する因子としては.被骨細胞活性化因子、コラゲナ-ゼ,プロスタグランジンなどがあるといわれている。しかし、その作用機序ならびに病期における各因子の変寿に関しては、不明なところが多く,特に根管処置との関係については、ほとんど解明されていないのが現状である。そして特に、臨床的に認められる歯内療法処置(根管充填)による歯根嚢胞の縮少とアラキドン酸代謝との関係を解明することを目的とする。以上の目的について,本年度は歯牙保存可能にて根管処置された症例のうち、特に根管充填から摘出術施行までの期間の長い症例を中心に検索した。そして平成2年度の症例の検索結果を加味し、検討を加えた。その結果としては.根管処置施行症例の検索において,根管充填から摘出までの期間の短い症例は,対照歯肉に比べて、アラキドン酸代謝物は.高値を示し,一方、その期間の長い症例においては.低値を示した。また,抜歯症例において、臨床症状の存在したものは、対照に比べ高値を示し,臨床症状のなかったものでは,差異は認められなかった。このように平成2年度と同様の傾向が認められた。つまり,適切な根管処置は嚢胞壁におけるアラキドン酸代謝に対し.抑制的に作用する可能性が示唆された。しかしながら症例数が少ないため、今後症例数を増やし、この傾向をさらに確認していきたいと考える。
腸管GVHDにおけるTLRシグナルの役割とHGFによる抑制効果の検討

(目的)Toll like receptor(TLR)は病原微生物を認識してサイトカイン産生などの免疫応答により生体を病原微生物から護る監視を行っている。しかしTLRからの過剰なシグナルはサイトカイン過剰産生などにより組織障害をもたらす可能性がある。GVHDによる腸管障害によるTLRの関与を明らかにするため、腸管におけるTLRの発現やTLR4欠損マウスによるGVHDを用いて解析した。(方法)9Gy照射ホストマウスにドナー骨髄細胞と脾細胞を移入しGVHDを誘導した。GVHDは生存率、病理組織学的解析、組織におけるサイトカイン遺伝子の発現にて解析した。腸管におけるTLRの発現は免疫染色およびフローサイトメトリーを用いて解析した。(結果)1)GVHD誘導により腸管のTLR4の発現が増強した。2)CD11c+樹状細胞のTLR4の発現はLPS刺激により増強された。また、FK506により減弱し、FTYやHGFにより増強した。3)TLR4欠損マウスをホストとしてGVHDを誘導するとコントロールGVHDマウスに比べ腸管GVHDが重篤で死亡率が高かった。4)TLR4欠損マウスをドナーとしてGVHDを誘導するとコントロールGVHDマウスに比べ死亡率が低下した。(考察)造血幹細胞移植においてホストTLR4は腸管GVHDの制御に、ドナーTLR4はGVHD誘導に重要な働きをしていることが明らかになった。また、HGFやFTYはホストの腸管の樹状細胞のTLR4の発現を増強しGVHDを制御できる可能性が示唆された(目的)Toll like receptor(TLR)は病原微生物を認識しサイトカイン産生などの免疫応答により生体を病原微生物から護る監視を行っている。GVHDによる腸管障害におけるTLRの関与について明らかにするため、腸管におけるTLRの発現やTLR4欠損マウスを用いたGVHDを用いて解析した。(方法)9Gy照射ホストマウスにドナー由来骨髄細胞と脾細胞を移入しGVHDを誘導した。GVHDは生存率、病理組織学的解析、組織におけるサイトカインmRNAの発現にて解析した。腸管におけるTLRの発現は免疫染色にて解析した。(結果)1)GVHD誘導により腸管TLR4の発現は増強した。2)TLR4欠損マウスをホストとしてGVHDを誘導すると、コントロールマウスに比べ腸管GVHDが重篤で致死率が高かった。3)TLR欠損マウスはコントロールマウスに比べ腸管のIFN-γ,TNF-αmRNAの発現が強かったが、肝臓・脾臓においてはこれらの発現はコントロールマウスの方が強かった。4)TLR4欠損マウスをドナーとしてGVHDを誘導するとGVHDによる致死率はコントロールマウスに比べ低かった。(考察)造血幹細胞移植においてはホストのTLRは腸管GVHDの制御に重要な働きをしていることが明らかになった。一方ドナー由来のTLRはGVHD誘導に重要な働きをしていることも明らかになった。また、HGFやFTYはホストの腸管の樹状細胞のTLR4の発現を増強しGVHDを制御できる可能性が示唆された
ゲノム編集技術を応用した特定ゲノム部位に対するDNAメチル化導入手法の確立

DNAメチル化は転写制御を通じて個体発生や疾患の発症などに重要な役割を果たしており、DNAメチル化の人為的制御は基礎研究・応用研究において重要な技術基盤となる。本研究はゲノム編集技術を応用した配列特異的DNAメチル化の導入技術を開発するものであり、マウスのペリセントロメアを標的としたDNAメチル化導入について検討を行った。DNAメチル化は転写制御を担うゲノム修飾であり、細胞の発生・分化のみならず、癌化など様々な疾患にも関与している。ゲノム上の特定の位置に対するDNAメチル化の人為的操作が可能となれば、基礎面・応用面で大きな価値が存在するが、確立された手法は存在しないのが現状である。そこで、本研究はゲノム編集技術を応用した「エピゲノム編集」の技術開発を行い、DNAメチル化導入に焦点を置いた実験手法の確立を目指す。ゲノム編集で用いられるDNA認識モジュールとDNAメチル化酵素モジュールを融合させた人工酵素によって1セントロメア・サブテロメア2レトロトランスポゾン3シングルコピー遺伝子の3種類について配列特異的なDNAメチル化導入方法の確立を目指す。まず本年は実験系の構築とペリセントロメア領域へのDNAメチル化導入について検討を行った。ペリセントロメアDNAが低メチル化状態を示すマウス卵子をモデル細胞として、マウスペリセントロメア(Major satellite)を認識するTALEのC末端側にDNAメチル化酵素(SssI)を配置した人工タンパク質(TALMaj-SssI)を構築し、卵子内で発現させた。DNAメチル化検出プローブ、セントロメア検出プローブによる細胞核内イメージングおよびバイサルファイトシーケンスの結果から、ペリセントロメア優先的にDNAメチル化の強制導入を行うことができたという実験確証を得た。同様にCRSPR/Cas9の系を応用し、dCas9-SssIとMajor satelliteに設計したガイドRNAを発現させた場合においてもペリセントロメア優先的なDNAメチル化導入が認められた。しかし、標的配列以外の非特異的領域へのDNAメチル化導入もTALEよりも多く認められたため、dCas9を用いる系ではより厳密な制御が必要であることが示唆された。DNAメチル化導入に用いる人工酵素の発現系構築に費やす時間が多くなったが、まずはペリセントロメアへのDNAメチル化導入について実験を行い、DNAメチル化の強制導入が可能であるとの実験確証を得ることができた。そこで、本研究はゲノム編集技術を応用した「エピゲノム編集」の技術開発を行い、DNAメチル化導入に焦点を置いた実験手法の確立を目指すことを目的とした。これまでマウスペリセントロメアのMajor satelliteに対して結合するTALEN (TALMaj)と細菌由来のCpGメチル化酵素SssIとの融合遺伝子(TALMaj-SssI)を細胞内で発現させることによってマウス卵子およびマウスES細胞内において標的配列に対してDNAメチル化導入が可能なことを示した。同様の結果が不活性型Cas9(dCas9)とSssIとの融合タンパク質(dCas9-SssI)をガイドRNAと一緒に細胞内で発現させることによっても得られたが、オフターゲット効果をTALENおよびCRISPRで比較した場合、融合遺伝子にSssIを用いた本システムではCRISPRよりもTALENの方が高い特異性を有するという結果が得られた。更に着床前初期胚発生において、分裂期の染色体異常をペリセントロメアへのDNAメチル化導入胚とDNAメチル化非導入胚で比較したところ、両者に統計学的な差は認められなかった。以上から、ペリセントロメアDNAのメチル化は着床前初期胚のキネトコア機能に影響しない可能性が示唆された。ペリセントロメアへのDNAメチル化導入については雑誌論文への投稿を行い、現在リビジョン中である。今後は開発した手法を応用し、ペリセントロメアのDNAメチル化がどのような細胞生物学的機能に寄与するのか検討を行う。SssI自身は非常に強力なDNAメチル化活性を有するために、本酵素を安定的に発現する細胞株を樹立することが難しい。オフターゲット少なく効率的に標的へのDNAメチル化導入行うためには使用する細胞と発現プロモーターとの組み合わせによる酵素の至適発現量の検討や、酵素活性を弱めるようなSssIのアミノ酸変異体の使用が有効だと考えられる。現在まで発現プロモーターの検討およびSssIのアミノ酸変異体を用いた改良版のTALMaj-SssIの開発を行っている。本研究は配列特異的にDNAメチル化を導入するエピゲノム編集技術の開発を行うものであり、これまでTALEおよびCRISPRで用いられるDNA認識モジュールとバクテリア由来のCpGメチル化酵素との融合タンパク質によってマウスペリセントロメアに対するDNAメチル化導入が可能であることを示した。本年は更に、ペリセントロメアおよびセントロメアのDNAメチル化機能を解析するために、グローバルにDNAが脱メチル化状態となっているDNAメチル化酵素欠失ES細胞(Dnmt TKO ES)を用い、セントロメアまたはペリセントロメアに対してDNAメチル化導入を行い、それぞれの染色体領域に導入したDNAメチル化がどのような細胞機能に影響するか解析した。ペリセントロメアを認識するTALE(TALMaj)または、セントロメアを認識するTALE(TALMin)と細菌由来CpGメチルトランスフェラーゼSssIとの融合タンパク質

TALMaj-SssI、TALMin-SssIを作製し、ドキシサイクリン添加によってこれらが発現誘導可能なDnmt TKO ES細胞を得た。この細胞を用い、TALMaj-SssI、TALMin-SssIをそれぞれ発現させたところ、DNAメチル化プローブであるmCherry-MBD-NLSのペリセントロメア、セントロメア特徴的なシグナルの集積を認めた。また、DNAメチル化誘導を行った細胞の増殖能の比較を行った結果、TALMaj-SssI、TALMin-SssIともにドキシサイクリン濃度に依存した増殖阻害作用が認められ、ペリンセントロメアおよびセントロメアのDNAメチル化はDnmtTKO ES細胞において、細胞増殖機能に影響する可能性が示唆された。DNAメチル化は転写制御を通じて個体発生や疾患の発症などに重要な役割を果たしており、DNAメチル化の人為的制御は基礎研究・応用研究において重要な技術基盤となる。本研究はゲノム編集技術を応用した配列特異的DNAメチル化の導入技術を開発するものであり、マウスのペリセントロメアを標的としたDNAメチル化導入について検討を行った。標的配列へのDNAメチル化導入についてはCRISPRよりもTALEを用いた方が特異性が高くなるという結果を得たが、人工酵素の発現量の調節やガイドRNAの設計、人工酵素とgRNAの発現比調節など細かい条件設定は改善する余地が残っている。次年度の課題に挙げているレトロトランスポゾンおよびシングルコピー遺伝子へのDNAメチル化導入を行う際にこの課題について検討を行う。CRISPRの実験系においてはDNAメチル化酵素の活性制御を行うためのアミノ酸変異体を用いることや、酵素の2分割法などを試みるべく、実験系の改善についても検討を行う。開発した酵素(TALMaj-SssI)をDNAメチル化酵素欠損マウスES細胞(Dnmt TKO ES細胞)に導入し、ペリセントロメアのみDNAメチル化が亢進している細胞の作製を現在行っている。今後は作製した細胞とDnmt TKO ES細胞との比較解析を通じてペリセントロメアのDNAメチル化機能について検討を行っていく。分子細胞生物学DNAメチル化操作した細胞の詳細な生化学的な解析を行う事が出来なかったためめ、このための予算が次年度使用額となった。DNAメチル化導入手法については、「実験手法の開発」という内容で論文を投稿中である。査読が終了して追加実験を求められた段階で年度をまたいだ実験スケジュールとなることが判明した。追加実験の予算確保のため、次年度使用額が発生した。DNAメチル化操作した細胞における細胞特性の変化の解析に当該予算を充足する。クロマチン免疫沈降で使用する抗体や試薬の購入、論文掲載費用およびDNAメチル化編集を行った細胞の遺伝子発現解析に予算を充てる予定である。
RFパルス連鎖を用いた心臓の新しい超高速MRI撮影法の開発

多数のRFパルスを連鎖的に用いるBurst Imaging法は、新しい超高速MRI撮像法として注目されているが、信号/雑音比が著しく低いため臨床的な実用化には至っていない。本研究では、その実用化を目的として、信号/雑音比の低さに関する実験的検討を行い、信号強度が増強するよう改良を図った。本法では、信号の発生にあたるプロトンスピンの励起効率が著しく低いことが低信号となる主因であるとされ、励起に用いるRFパルスに位相変調を加えて励起効率を高め、信号/雑音比を改善する手法が既に報告されている。これを心臓の撮影に適用してみたところ、心筋からの信号は測定感度以下であり、この手法のみでは不十分であることが明らかとなった。MRIの信号強度は、その発生だけでなく信号収集までの磁化の緩和現象による減衰に大きな影響を受けることに注目し、T1、T2緩和時間が心筋の特性に近い模型を作成して、条件を変化させながら撮影実験を繰り返した。その結果、本撮影法ではT2緩和による信号の減衰が大きく関与し、心筋ではT2緩和時間が0.1秒程度と短いために信号が微弱となることが判明した。本法による心臓の撮影には実効的な信号収集までの時間(エコー時間)を短縮することによってT2緩和の影響をできるだけ除くことが有効と予想されたため、本法にhalf-Fourier法と呼ばれる手法を導入し、実効エコー時間を53msecから16msecに短縮した撮影法を人体の心臓に適用したところ、心筋からの信号を得ることができた。本法を用いて人体の心臓の撮影に成功したが、撮影時間が68msecと著しく高速の撮影法であるにも関わらず、撮影対象の動きに対して感受性が高く、心筋の壁運動が比較的緩徐な拡張期の撮影には適用できるが、それ以外の心時相の撮影は困難で、本法を用いて心臓を撮影する場合には注意を要することが明らかとなった。
多発性硬化症の病態発生と血液-脳-髄液関門の障害について

多発性硬化症(MS)の脳脊髄液(髄液)のIgG濃度の増加はよく知られている.しかしIgAやIgM濃度については,その定量に高感度測定法が必要なためこれまで報告は極めて少なく,注目されていない.一方近年CTにてMSの血液-脳-髄液関門(BBFB)の障害が示唆されるにおよんで, MSにおける髄液中のIgGの由来や病態発生の理解に影響を生じてきた. MSの髄液IgSを定量して対照群と比較し,また各種指標との関係よりBBFBの状態を知ることを目的とした.正常対照群18名(男13,女5. 1455歳,平均32歳). Poserらの診断基準を満し,更にMRIにて頭蓋内に特徴的病巣を認めたMS7名(男1,女6. 2967歳,平均41歳).罹病期間は19年,平均5.9年. Kurtzkeの障害度(EDSS)は3.58.0平均6.0.血液と髄液の細胞数,総蛋白量(TP),アルブミン(A16), IgS(螢光抗体固相法)などを定量し比較した.1.正常髄液の平均値(SD)はTP28.6(7.4)mg/dl;IgG,23.9(7.8)μg/ml;IgA,1.86(0.82)μg/ml;IgM,202(95)ng/ml. MSでは, 39.0(14.8);54.3(20.2);3.95(2.96);956(811)であり,いずれも有意に増加していた.A16や細胞数も上昇していた.2.血液IgGとIgA値については両群間に差はないが,血液IgMはMSで高い傾向があった.3.MSでは髄液Alb値とIgAあるいはIgM濃度との間に正の相関が明らかであった.しかしIgGとの間には認められなかった.4.罹病期間の長いほどEDSSは有意に高く,髄液IgG値は高い傾向が認められた.しかし髄液IgAやIgM濃度と罹病期間やEDSSとの間に明らかな関係は認めなかった.これらの結果より,髄液IgG値の増加の機序は, IgAあるいはIgM濃度のそれとは異なると考えられた.すなわち後二者ではBBFB障害による影響が推察されたが,前者は他に別の因子も関与することが示唆された.
設計変数・条件に多様な不確かさを含むロバスト最適化問題のための高速近似解法の開発

設計変数・条件に存在する多種多様な不確かさに対する目的関数の統計量を精度良く算出するために、昨年度までに開発されたモジュール(設計空間の次元縮約、Krigingモデルの非定常定式化、Krigingモデルの動的更新)を統合した。さらに、元の高次元空間でサンプルされた計算条件を次元縮約された低次元空間に射影するために、偏相関係数に基づく変換式を開発し実装した結果、目的関数の統計量評価を低次元空間で実施できるようになった。以上の手法を本研究で提案するロバスト最適化問題のための高速近似解法として確立し、これを実設計問題に適用して本手法の有効性を実証した。大気圏に再突入する高速飛翔体(カプセル)の軌道解析において、様々な初期条件(速度、高度、姿勢など)について不確かさを考慮し、それらが地上到達時の位置や速度に与える確率的影響を近似的に評価した。不確かさの多次元性および物理現象の非線形性により、地上到達時の位置や速度は複雑に変化する。従来の手法(Krigingモデルの単独利用)は地上到達速度の確率的挙動を近似できなかった一方、本研究で開発した新手法は現実的な計算コストの範囲内(Monte Carlo法のコストの50分の1)で近似することに成功した。この結果から、本開発手法は、カプセルが安全に帰還する確率を定量的に評価するのに十分な精度を有しており、過去の飛翔実績が限られている宇宙工学分野における安全性評価のために役立つことが実証された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本課題の初年度にあたり,新規の並列計算機を購入し,さらに過去に導入済みの並列計算機のメモリを増強することで,手法検証のための小規模なロバスト最適化から,実問題応用のための大規模なロバスト最適化を包括的に取り扱うことのできる専用の計算機システムを構築し,システムの動作確認を実施した.次に,不確かさを含む設計変数・条件とそれに対応する目的関数からなる多次元の設計空間を縮約するモジュールを構築した.教師なし学習のためのニューラルネットワークの一種である自己組織化マップを用いて,多次元の設計空間を2次元平面上に並べられた各ニューロンに射影する.この時,似通ったデータが互いに近くのニューロンに射影される.その結果,元の複雑な設計空間は2次元平面上でより単純な部分空間として射影される.これらの所望の機能が最大限発揮されるように,構築されたモジュールの主要部である入力データの学習プロセスの構成を検討するともに,プロセスを制御する各種パラメータを適宜調整した.そして,テストデータに対して本モジュールを適用し,結果の整合性と動作の安定性を確認した.さらに,出力データの可視化機能も本モジュールに追加で実装し,市販の可視化ソフトウェアでの読み込み・表示を確認した.次年度に実施予定の,近似関数の非定常定式化モジュールの構築については,本年度に出版された最新の関連文献を調査した上で,本課題申請時点に提案した定式化を再度見直し,別の定式化案を検討した.過去に導入済みの並列計算機のメモリを増強することで,計算環境の整備作業を簡略化できたため.昨年度から構築を開始した,不確かさを含む設計変数・条件とそれに対応する目的関数からなる多次元の設計空間の構造を縮約するモジュールについて,今年度は更なる改良に取り組んだ.次元縮約を可能とする教師なし学習ニューラルネットワーク「自己組織化マップ」を,あらかじめ用意された学習データを基に作成した後,任意の入力データについて自己組織化マップから出力される解の推定精度を検証した.検証の結果,入力データを元の多次元空間から自己組織化マップ上で扱う低次元空間の座標へ変換する方法の重要性が確認されたため,その変換方法について詳細に検討した.その結果,可能な限り変換誤差を生じない方法を編み出し,その有効性をテスト問題で確認した.さらに今年度は新たに,Krigingモデルを非定常に定式化するモジュールの構築に取り組んだ.設計空間全体に1つの共通の定式化を施する従来の方法(定常的定式化)に比べて,設計空間の場所場所で定式化を変える方法(非定常定式化)の方が不連続な傾向と滑らかな傾向が混在する複雑な目的関数をより効果的に近似できるようになる.今年度は,従来の定常定式化モジュールを拡張する形で,非定常定式化モジュールの基本部分を構築した.また,様々なバリエーションの定式化をプログラム化し,これらを本モジュールに実装しオプションとして選択できるようにした.本モジュールをテスト問題に適用し,動作確認その有効性の検証を行った.過去に導入・増強済みの並列計算機を有効活用できているため.また,大学院生1名に研究補助をお願いしているため.昨年度から構築を開始した、Krigingモデルの非定常定式化モジュールについて、今年度は具体的な定式化を検討した。非定常性を制御する相関関数を、既存の異なるいくつかの相関関数の重み付け和として定義し、交差検定誤差に基づきその重みの値を自動調整するKrigingモデルを新たに提案した。この手法を異なる分布特性を持つ様々なテスト関数の近似に適用した結果、従来の単一相関関数に基づくKrigingモデルに比べて、近似精度の向上を実現できた。また今年度は、Krigingモデル上で設計変数・条件の不確かさに対する目的関数の統計量を精度良く算出するために、必要な数値計算データを動的に追加しKrigingモデルを更新するモジュールの構築に取り組んだ。

一昨年度に構築した、設計空間の次元縮約及び分類モジュールとの併用を考慮して、次に追加すべき数値計算ケースを特定するための指標を、Krigingモデルの情報と非線形次元縮約モデル(自己組織化マップ)の情報の両方に基づき定式化し、検討した。さらに、目的関数の統計量を算出する際に生成されるモンテカルロサンプル点を元の高次元空間から低次元空間に変換する方法を改良し、次元縮約によって引き起こされる情報欠損を最小限に抑えられる方法を新たに提案した。この手法を次元数の異なる様々なテスト問題に適用した結果、従来の追加指標に比べて、目的関数の統計量を精度良く算出するのに必要とされる数値計算ケース数を削減することができた。過去に導入・増強済みの並列計算機を有効活用できているため。また、大学院生1名に研究補助を依頼しているため。設計変数・条件に存在する多種多様な不確かさに対する目的関数の統計量を精度良く算出するために、昨年度までに開発されたモジュール(設計空間の次元縮約、Krigingモデルの非定常定式化、Krigingモデルの動的更新)を統合した。さらに、元の高次元空間でサンプルされた計算条件を次元縮約された低次元空間に射影するために、偏相関係数に基づく変換式を開発し実装した結果、目的関数の統計量評価を低次元空間で実施できるようになった。以上の手法を本研究で提案するロバスト最適化問題のための高速近似解法として確立し、これを実設計問題に適用して本手法の有効性を実証した。大気圏に再突入する高速飛翔体(カプセル)の軌道解析において、様々な初期条件(速度、高度、姿勢など)について不確かさを考慮し、それらが地上到達時の位置や速度に与える確率的影響を近似的に評価した。不確かさの多次元性および物理現象の非線形性により、地上到達時の位置や速度は複雑に変化する。従来の手法(Krigingモデルの単独利用)は地上到達速度の確率的挙動を近似できなかった一方、本研究で開発した新手法は現実的な計算コストの範囲内(Monte Carlo法のコストの50分の1)で近似することに成功した。この結果から、本開発手法は、カプセルが安全に帰還する確率を定量的に評価するのに十分な精度を有しており、過去の飛翔実績が限られている宇宙工学分野における安全性評価のために役立つことが実証された。設計空間の縮約モジュールと併用する,近似関数の非定常定式化モジュールを構築する.単純な部分空間の組み合わせとして表現された設計空間に対して,部分空間ごとに近似関数を個別に定式化することで,不連続な傾向と滑らかな傾向が混在する複雑な目的関数をより効果的に近似する.今年度から構築を開始した,Krigingモデルの非定常定式化モジュールについて,膨大な定式化パラメータを効率よく決定できるアルゴリズムを検討し,それを本モジュールに実装する.また来年度は新たに,本モジュールによって構築されたKrigingモデル上で,設計変数・条件の不確かさに対する目的関数の統計量を精度良く算出するために,必要な数値計算データを動的に追加しKrigingモデルを更新するモジュールを構築する.
腎障害進展におけるコラゲナーゼとゲラチナーゼの役割の検討と治療への応用

マトリックスメタロプロテアーゼ(MMP)ファミリーに属するコラゲナーゼやゲラチナーゼは基底膜の障害、細胞遊走の促進等、様々な役割を担っているが、個々のMMPの病態生理学的意義について未だ不明な点が多い。本研究では実験的巣状糸球体硬化症・ネフローゼ症候群モデルにおけるMMP-9とMMP-13の影響を、各々MMP-9とMMP-13欠損マウスを用いて検討することを目的とした。アドリアマイシン(ADM20mg/kgiv)を投与すると野生型マウスでは著明な蛋白尿と巣状糸球体硬化を主体とした組織学的変化を認めた。MMP-9とMMP-13欠損マウスではこれらの変化は有意に抑制された(ADM投与後8週で野生型5.71±1.40,MMP-9欠損2.13±0.94mg/mgCr、p<0.05)、野生型5.71±1.40,MMP-13欠損2.13±0.94mg/mgCr、p<0.05)。また糸球体のIV型コラーゲン染色もアドリアマイシン投与マウスでは増加していたが、MMP-9とMMP-13欠損マウスではその増加も同様に抑制された。MMP-9とMMP-13欠損マウスではWTマウスに比して、アドリアマイシン投与後の蛋白尿・腎障害の発生が抑制される傾向を認めたことより、これらのMMPが実験的糸球体硬化症の発症・進展を促進させる作用を有する可能性が示唆された。【目的】マトリックスメタロプロテアーゼ(MMP)ファミリーに属するコラゲナーゼやゲラチナーゼは細胞外基質蛋白の分解を司る酵素であるが、増殖因子の活性化、遊走の促進等、他の多彩の役割を担っており、その病態生理学的意義については未だ不明な点が多い。本研究では実験的巣状糸球体硬化症・ネフローゼ症候群モデルにおけるMMP抑制の影響を検討することを目的とした。【方法と結果】雄性FVB/Nマウスを4群に分け、アドリアマイシン(20mg/kg iv)を投与した。第1群と第3群は無投薬とし、第2群と第4群はMMP抑制薬であるdoxycycline hyclateを投与した。血圧と尿中アルブミン排泄量を経時的に測定し、第1・2群は投与4週後、第3・4群は投与8週後に屠殺し、血液検査(BUN、Cr)ならびに腎臓の病理学的変化を検討した。アドリアマイシン投与2週間後には既に高度のアルブミン尿の出現が見られ、4週間後には巣状糸球体硬化と腎機能障害を認めた。非特異的MMP抑制薬であるdoxycycline hyclateを投与した群では2週間の時点で既に蛋白尿の悪化を認め、4週後・8週後は糸球体硬化の悪化を認めた。BUN・Crも有意に増加していた(Cr (8 weeks) : Control 0.08±0.01, Doxy 0.12±0.01mg/dl, P<0.01)。【結論】MMP抑制は糸球体硬化症に伴うネフローゼ・糸球体硬化・腎機能低下を悪化させる可能性が示唆された。マトリックスメタロプロテアーゼ(MMP)ファミリーに属するコラゲナーゼやゲラチナーゼはは基底膜の障害、細胞遊走の促進等、様々な役割を担っているが、個々のMMPの病態生理学的意義について未だ不明な点が多い。本研究では実験的巣状糸球体硬化症・ネフローゼ症候群モデルにおけるMMP-9の影響を、MMP-9欠損(MMP-9 KO)マウスを用いて検討することを目的とした。雄性FVB/Nマウスを4群に分け、アドリアマイシン(ADM 20mg/kg iv)を投与した。第1群と第3群は野生型(WT)マウス、第2群と第4群はMMP-9 KOマウスを用いた。

第1・2群は投与4週後、第3・4群は投与8週後に屠殺し、血液検査(BUN、Cr)ならびに腎臓の病理学的変化を検討した。ADM投与2週間後からアルブミン尿と巣状糸球体硬化を認めた。MMP-9 KOマウスでは4週間の時点でアルブミン尿の有意な改善を認め(WT 5.71±1.40,MMP-9 KO 2.13±0.94mg/mg Cr、p<0.05)、糸球体硬化指数でも同様な傾向を認めた。ADM投与8週間後のCrもMMP-9 KOで低下傾向を示した(WT 0.17±0.01,NMP-9 KO 0.13±0.01mg/dl)。以上の結果より、MMP-9欠損マウスではWTマウスに比して、アドリアマイシン投与後の蛋白尿・腎障害の発生が抑制される傾向を認めたことより、MMP-9が実験的糸球体硬化症の発症・進展を促進させる作用を有する可能性が示唆された。メタロプロテアーゼ1(MMP-1)を所有しない翻歯類ではMMP-13が主たるコラゲナーゼであることが知られているが、腎障害におけるMMP-13の役割は殆ど明らかにされていない。今回、我々が初めて作成したMMP-13欠損(MMP-13KO)マウスを用いて、巣状糸球体硬化症におけるMMP-13の役割を検討することを目的とした。MMP-13KOおよび野生型(WT)(n=60)を8群に分け、アドリアマイシン(ADM20mg/kg iv)を投与し、ネフローゼ症候群を伴う巣状糸球体硬化症を惹起した。第1-4群は投与4週後、第5-8群は投与8週後に屠殺し、アルブミン尿ならびに糸球体硬化スコア、IV型コラーゲンの発現を比較検討した。MMP-13KOマウスでは投与4週後・8週後のいずれのの時点でもアルブミン尿の有意な抑制を認めた(ADM投与後8週でWT 5.71±1.40,MMP-13 KO 2.13±0.94 mg/mg Cr、p<0.05)。また糸球体硬化指数もMMP-13KOマウスで明らかな改善を認め(ADM投与後8週でWT 0.17±0.01,MMP-9KO 0.13±0.01、p<0.05)、IV型コラーゲン発現でも同様な現象を認めた。以上より、MMP-13欠損マウスではWTマウスに比して、アドリアマイシン投与後の蛋白尿・腎障害の双方が抑制されたことより、MMP-13が巣状糸球体硬化症の発症・進展において重要な役割を果たす可能性が示唆された。
共起クラスタマイニング法の確立とその環境貢献

本研究では,事象間の相互作用推定を目的として,観測される事象系列データから,事象間で共起するクラスタペアを抽出する新規マイニングアルゴリズムを考案した.まず,人工データにより,提案法は2段階法と比較して,精度良く共起パターンを抽出できることを確認した.次に,本手法を燃料電池の損傷パターン分析に適用し,損傷に起因する弾性波事象の系列データから,構成部材間の力学的相互作用が抽出できることを確認した.最後に,提案法を地震の発生パターン分析に適用し,2011年東日本大震災後の震源リストデータから,アスペリティ間の相互作用を示唆する結果が得られた.本年度は,昨年度考案した共起クラスタマイニングアルゴリズムを地震の震源リストデータに適用し,地震間の相互作用抽出に関して詳しく分析を行った.その結果,一部の抽出パターンは,地震学の文献とも一致が見られ妥当と思われる地震発生パターンが確認された.その一方で,プレート境界付近の離れた地域間の相互作用など興味深いパターンも抽出された.提案法の地震データへの応用に関して,本年度は地球惑星科学連合大会にて研究発表を行い,有益な示唆を頂いた.さらに,事象間の共起性の抽出に関して,事象発生の前後関係や時間間隔をモデル化して,共起パターンとして抽出するためのアルゴリズムの改良について検討した.具体的には,互いに関係する事象同士の発生間隔もポアソン分布に従うと仮定し,ベイズ推定により事後確率を推定すると共に,そのモデル尤度を共起度合いとする.そして,従前の共起クラスタマイニング同様に,候補共起クラスタから共起度合いが高く,かつクラスタ密度が高いクラスタ対を共起パターンとして抽出する方法である.本研究では,事象間の相互作用推定を目的として,観測される事象系列データから,事象間で共起するクラスタペアを抽出する新規マイニングアルゴリズムを考案した.まず,人工データにより,提案法は2段階法と比較して,精度良く共起パターンを抽出できることを確認した.次に,本手法を燃料電池の損傷パターン分析に適用し,損傷に起因する弾性波事象の系列データから,構成部材間の力学的相互作用が抽出できることを確認した.最後に,提案法を地震の発生パターン分析に適用し,2011年東日本大震災後の震源リストデータから,アスペリティ間の相互作用を示唆する結果が得られた.本研究は,数値で観測される事象系列から頻出して共起するクラスタのペアを抽出するアルゴリズムの確立,ならびに環境貢献の問題を中心とした複数の実問題への応用を行うものである.本年度までに,従来のデータ空間上のクラスタリングに系列の頻出パターン抽出の考えを導入した共起クラスタマイニングアルゴリズムの基本部分を考案した.提案法は,探索空間の削減のため,階層型クラスタリングにより取得したクラスタリング過程上で,系列上で共起するクラスタのペアを探索し候補パターンを列挙する.そして,包含関係にあるパターンを除去することで,共起パターンを抽出する.人工データを用いて定量評価を行った結果,提案法は従来のクラスタリングを行った後に頻出パターン抽出を適用する2段階法と比較して,精度良く共起するクラスタのペアが抽出可能なことを確認した.そして,2種類の実データに適用した.ひとつめの燃料電池の損傷データから部材間の力学関係の推定では,燃料電池専門家の評価において妥当な結果と,未知であるが検討の価値がある結果が得られた.ふたつめは震源リストデータへの初期的な適用も行い,地域間で連動する地震の相互作用の推定を行った.本年度は,共起クラスタマイニングの地震データ解析への応用を進めた.2011年の震災後の余震活動に地殻の力学関係が現れていると考え,2011年から2012年の2年間分の日本周辺の震源データを対象に地震間の共起性の解析を行った.その結果,三陸沖を中心として地理的に離れているものの,共起性が抽出された地域など興味深い共起パターンが複数得られた.さらに,共起パターン群に共通するクラスタをネットワーク化することにより,影響度の高い地域を特定した.それら高影響度地域は,震災前後ですべり量の大きい領域とも一致していること,また海溝型地震においてアスペリティ間相互作用の存在が示唆されていることから,本提案法の海溝型地震に対する一定の有用性を確認した.本結果については,人工知能学会論文誌に採録された.本提案法により,大量の震源データから帰納的にアスペリティ間の相互作用を抽出・逆推定している可能性が示唆された.地震のメカニズム解明に向けて,データ科学から新たな視点を与えるものと期待している.今後,日本周辺の地震のみならず,世界の大地震後のデータへの適用や,余震活動の周期性の解析などを行い,より確度を高める必要がある.また,共起クラスタマイニングとその燃料電池損傷データ解析および地震データ解析への応用の一連の研究は,人工知能学会誌の特集号「データ中心科学」の記事として掲載された.データマイニング研究は概ね順調に進んでいる.本年度は,提案アルゴリズムの地震応用に関して,東日本大震災後の地震間の相互作用抽出について詳しく分析を行った.2012年の震源リストデータを追加すると共に,1997年以降の日本全土の震源リストも追加しデータを充実させた.地震応用に関して,現在論文を投稿中である.また,共起クラスタマイニングに事象の前後関係や時間間隔を追加する改良にも着手している.本年度までに,共起クラスタマイニングアルゴリズムの基本部分を考案し,人工データを用いて基本性能を確認した.そして,燃料電池の損傷観測(Acoustic Emission)データに適用し,燃料電池の構成部材間の力学相互作用の推定に応用した.

その成果は人工知能学会論文誌に採録され,そして2012年6月にはデータマイニング分野の主要国際会議のひとつであるPKADDにて発表した.また,2012年6月に発表した人工知能学会全国大会では全国大会優秀賞(口頭発表部門)に選ばれた.そして本年度の後半からは,提案法の震源リストデータへの適用を開始した.2012年11月に人工知能学会研究会にて発表した研究会論文は,研究会優秀賞に選ばれた.以上のように,研究計画は概ね順調に進んでいると考えられる.次年度は,本年度の検討結果を踏まえ,事象間の前後関係や時間間隔をモデル化し,共起クラスタマイニングアルゴリズムを改良する.本改良アルゴリズムを計算機上に実装し,人工データで特性を確認すると共に,燃料電池の損傷試験データや震源リストデータに適用して,従来法では不可能であった損傷や地震の前後関係や時間間隔を含む相互作用の共起パターン抽出を行う.年度内には間に合わないかもしれないが,著名な国際会議や主要国際ジャーナルへ投稿する.これまで応用課題の中で共起クラスタマイニングを提案と適用する形で論文をまとめてきた.来年度は,まず共起クラスタマイニングを主題として,研究成果をジャーナル論文にまとめることで,提案法の学術的な波及効果を高める.そして,地震データへの適用に関して,1年間のみのデータであったため長期のデータを用いて結果の信頼性を高めると共に,地震学の専門家の協力の下,抽出結果の深い解析を行い妥当性の検討や,新たな知見に結び付くきっかけを見出す.地震データ分析に関しても,国際会議での発表およびジャーナル化を目指す.また,3つめの応用先として,医療データへの適用を検討していく.本年度は,地震応用に関して査読あり主要国際会議への投稿,ならびに提案共起クラスタマイニング法とその応用に関して論文誌に投稿し,そのための海外旅費や掲載料を予定していた.研究は概ね順調に進んだものの,論文は残念ながら一度不採録となったため,その分に関する本年度の支出はなくなった.追加実験を行ったり論文を推敲したりして,論文は再投稿中であるため,海外旅費および論文掲載料は,次年度支出予定である.人工知能学会全国大会および地球惑星科学連合大会にて研究発表を行うための旅費および参加費を支出する.共起クラスタマイニング法に関して,前年度までの研究成果をジャーナル論文としてまとめて投稿する.採録された際には掲載料を支出する.さらに,国際ワークショップでの発表および動向調査のため旅費および参加費を支出する予定である.
コラボレーションが可能な遠隔動画像診断支援システムの構築

パソコン(PC)とISDN回線を用いた遠隔動画像コラボレーションシステムを構築し、その画質、コラボレーションに対する有用性を検討した。動画像は画像容量が大きいので、遠隔コラボレーションを行うには工夫を要する。PC上で収録処理した医用動画像データをISDNを通して予め相手先PC伝送しておき、各PC上の動画像はソフトウェアプログラム(DxMM)によって制御し、巨大な動画像データが回線の中をいちいち往来しないようにして、smoothな同期再生を可能とした。PCはKAYAC(MPU ; Intel P3-933MHz, RAM;768MB, HD 18GB×2,S-VHS端子)2台で、OSはWindows NT4.0、動画像取り込みソフトウェアにDx Video-Acqを使用した。S-VHSビデオテープ内の心臓超音波動画像、冠動脈造影動画像を30 frames/sec、40%圧縮でAD変換し、各PC上のデータについてスムーズな動画像再生の同期を行い、双方向性の任意な再生・停止や画像上への矢印によるpointing表示を行った。動画像のファイル容量は20秒間の取り込みで白黒画像で10.8MB、24bit color画像で12.7MBであった。PCへの伝送時間は13-14分を要した。PC上で冠動脈造影動画像を再生し、患者情報を知らされない4人の検者が別々に冠動脈狭窄度について読影を行った。いずれの症例においても、中等度狭窄・高度狭窄ともに判定結果の高い一致性を認めた。このように動画像診断に対して十分満足のいくものであった。テレビ会議システムで会話を交えながら、動画像を相互に繰り返して再生検討することは、治療方針を決定するのに役立った。超音波については僧帽弁閉鎖不全症例で左室壁運動とカラードップラーによる逆流の判定を行い、一致した読影結果を得た。以上より、医用動画像の遠隔コラボレーションはISDN1回線でも可能であると考えられた。遠隔動画像診断支援システムを3台導入した。そのうち2台は名古屋大学医学部附属病院医療情報部に、残りの1つは岐阜市のK医院に設置した。パソコンシステムはPentium IIIプロセッサー773MHzであり、1台にはパソコン本体のメモリー容量を768MB、他の2台が480MBとした。OSはOffice2000Professionalで、遠隔医療診断ソフトはDxMMを用いた。ビデオより心臓超音波画像を再生し、DxVideoAcqを用いてパソコンシステムへの取りこみを行った。動画像はなるべく長い時間のデータを取りこめる方がコラボレーションをしやすいので、パソコンに何分間のデータが入力できるかを調べたところ、動画像の取りこみ時間は3分間であった。これをコンピュータ上で動画像として再生できるのは1分間であり、この再生能力は、OSの能力に依存することがわかった。このシステムを用いて取りこんだ心臓超音波画像を、ISDN1回線を用いて医局間で再生し、コラボレーションしたところ良好に遠隔コラボレーションが可能であった。冠動脈造影についても1分間のデータの再生入力が可能で冠動脈造影のコラボレーションは可能であった。本実験ではクオリティ・ファクタを40にして行ったが今後クオリティ・ファクタを変化させて画質、入力容量、コラボレーションの質などを検討する予定である。LANを用いた実験についてはシステム全体を調整中である。導入した3台の遠隔動画像診断支援システムを使用して冠動脈造影と心臓超音波カラードップラー画像についてコラボレーション実験を行った。3台の1つは岐阜市のK医院に設置した。

パソコン(PC)システムはPentiumIIIプロセッサー773MHzであり、パソコン本体のメモリー容量は1台が768MB、他の2台が480MBで、OSはOffice2000 Professional、遠隔医療診断ソフトはDxMMを用いた。ビデオデッキより冠動脈造影および心臓超音波画像を再生し、Dx Video Acqを用いてパソコンシステムへの取りこみを行った。30frame/sec、40%圧縮、20秒間の取り込みで動画像ファイル容量は白黒画像で10.8MB、24bit color画像で12.7MBであった。ISDNを介した伝送時間は13から14分であり、それは画像容量と比例した。一方LANによる伝送ではそれぞれ11秒、62秒と短かかった。PC上で冠動脈造影動画像を再生し、まったく患者情報を知らされない4人の検者が別々に冠動脈狭窄度について読影を施行したところ、きわめて高い所見の一致率が得られた。画像から判断される治療方針についても4人の一致を認めた。超音波心臓図では僧帽弁閉鎖不全症例について左室壁運動とカラードップラーによる逆流の判定を行った、一致した読影結果が得られ、冠動脈造影と同様に診断に対して十分な画質が得られるものと考えた。本研究の結果より動画像は30frame/sec、40%圧縮、20秒間のデータファイルにして送受信すれば、コラボレーションも画像診断も十分可能であり、また伝送に要する時間も耐えられるものと思われた。パソコン(PC)とISDN回線を用いた遠隔動画像コラボレーションシステムでは予めコラボレーションを行う相手に動画像を送信しておき、かつそれをソフトプログラム(DxMM)によって同期をとるので、共有する動画像の画像容量は出来るだけ小さいほうがよい。このために冠動脈画像については左冠動脈および右冠動脈のそれぞれについて通常の撮像位置である右第一斜位、左第一斜位の2方向の画像を動画像取り込みソフトウェアに(Dx Video-Acq)を使用してAD変換した。AD変換の条件は30 frames/sec、40%圧縮とした。症例数は28例、症例ごとに平均4方向の動画像ファイルを作成した。1個のファイルの画像容量は平均は2.8MB、1症例あたり4方向のため、11.2MBとなった。これを相手のPCの送信するには平均760sec、12.7minかかった。この時間はコラボレーションのために待機するのに耐えられる時間であった。ただ受信者の待ち時間に対するいらいら感を少なくするには夜間などに予め送っておくとよい。5名の読影者に所見を読んでもらったが、中等度狭窄・高度狭窄ともに判定結果の高い一致性を認めた。このように動画像診断に対しては十分満足のいくものであった。このシステムの特徴であるテレビ会議システムを活用し、動画像を相互に繰り返して再生検討することが出来ることは、診断の確定と治療方針を決定に役立つと考えられた。本研究ではISDN1回線で行った医用動画像の遠隔コラボレーションであったが、今後高速広帯域バックボーンネットワークの普及によりさらに快適な遠隔動画像コラボレーションが可能になると考えられた。
高分子一本鎖のナノサイエンス

高分子一本鎖を釣り上げる。1986年の原子間力顕微鏡発明によってそのようなことが可能になり、高分子科学の基礎中の基礎を研究できるようになった。本研究では、従来行ってきた「ナノフィッシング」と研究代表者自身が名付けた手法による高分子一本鎖のエントロピー弾性(ゴム弾性の源泉)に関する研究のみならず、粘性(はちみつのようなねばねばの源泉)についても議論できるようにするべく、装置を改良しつつ研究を推進した。従来、この分野は理論先行の学問であったが、数多ある理論に対して実験的確証を与えられるようになった。それが本研究の最大の成果であると考えている。高分子一本鎖のナノフィッシングを実現するための最も簡単な方法であり、世界的にも広く採用されている方法は、基板と探針に対する高分子鎖の非特異的な物理吸着を利用するものである。しかしながらこの方法は問題点が多く、得られた結果を高分子鎖がもつべき物理量と相関させることに困難を伴う。そこで本研究では末端にチオールを導入した高分子を合成し、基板と探針として金を採用して、末端のみが固定端となるような良く定義された実験を行うという方針を取った。本年度購入した超高真空金蒸着装置は以上の目的に叶うもので、この装置によって作成した金基板によって良好な結果を得ることができた。それらの成果は英文4報、日本語2報の論文中に記載してある。特に高分子鎖の持続長の温度依存性を一本鎖レベルで確認できたことは重要な成果である。従来は光散乱などの結果を用いた、あくまでも平均としての数値であったが、それを一本一本の高分子鎖で調べることができたのである。また「高周波数帯でも周波数掃引を可能にする新しい方式のナノレオロジーAFM」によるナノフィッシングの実現は、本研究の主要な目的のひとつであったが、周波数掃引技術はやはりAFMとはなじみが悪く、共振点での機械共振による粘性情報取得のみに留まった。ただしこの結果は非常に興味深いもので、一本鎖に対して得られた粘性情報の温度依存性、溶媒依存性が巨視的な方法で測定された固有粘度と呼ばれる量と相関のあるものであることが分かったのである。また熱雑音スペクトルの中から高分子一本鎖の情報が引き出すという新規手法を実現すべく、高速ADボードと解析ソフトを導入し予備的実験を行った(今年度購入予定であった高感度スペクトルアナライザは予算の都合で購入を断念したが、その代わりとして導入した)。そして低伸長領域と高伸長領域ではスペクトルに違いがありそうだということまで解明した。現在その結果から高分子のどのような情報が引き出しうるかについて検討を進めている。そこで本研究では末端にチオールを導入した高分子を合成し、基板と探針として金を採用して、末端のみが固定端となるような良く定義された実験を行うという方針を取っている。昨年度の最後に熱雑音スペクトルの中から高分子一本鎖の情報が引き出すという新規手法を実現すべく、高速ADボードと解析ソフトを導入し予備的実験を行ったが、本年度もその研究を引き続き推進した。低伸長領域と高伸長領域ではスペクトルに違いがあり、この結果は最終的には各々の状態におかれた高分子鎖の見かけ上のバネ定数と粘性係数という形で表現できることが判明し、従来行ってきた強制振動による粘弾性情報検出の結果と比較することができた。以上の内容については日本語の論文2報に記載している。また同内容で国際会議の招待講演1回、国内会議・セミナーでの招待講演6回を行った。上記の予備的な実験の結果、熱雑音スペクトルによる方法が有効であることが確認できたので昨年度購入予定であった高感度スペクトルアナライザを今年度に購入した。現在、この装置を組み込んだ新しい測定系を構築中で、来年度早々にも実験を再開できる見込みである。なお末端チオール化高分子の新規合成に関しては精密重合の専門の先生と議論を繰り返し、ようやく実現可能な系を発見することができた。既に実現しているポリスチレン以外の系で実験を行うことにもようやく着手できそうである。

昨年度中に熱雑音スペクトルの中から高分子一本鎖の情報が引き出すという新規手法を実現すべく、高速ADボードと解析ソフトを導入し予備的実験を行ったが、本年度もその研究を引き続き推進した。低伸長領域と高伸長領域ではスペクトルに違いがあり、この結果は最終的には各々の状態におかれた高分子鎖の見かけ上のバネ定数と粘性係数という形で表現できることが判明し、従来行ってきた強制振動による粘弾性情報検出の結果と比較することができた。上記の予備的な実験の結果、熱雑音スペクトルによる方法が有効であることが確認できたので昨年度購入した高感度スペクトルアナライザで新しい測定系を構築中である。FM検出方式の採用でさらに動的な情報を取得するための系も構築に着手した。なお末端チオール化高分子の新規合成に関しては精密重合の専門の先生と議論を繰り返し、ようやく実現可能な系を発見し、合成に成功した。既に実現しているポリスチレン以外の系で実験を開始することができた。