hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ヘルペスウイルスを用いた痛みの遺伝子治療の有用性と開発応用

疼痛モデルのラットに対して、標的タンパクの遺伝子を導入するためのウイルスベクターを左足底部に投与し、動物行動解析にて疼痛閾値を算出し、ウイルスベクター投与によって鎮痛効果が得られることを確認した。また、その鎮痛メカニズムを調べ、脊髄における炎症性サイトカインの抑制が関与すること、脊髄ミトコンドリアでの活性酸素産生関連因子が関与することを確認した。加えて、左足底部に拮抗薬を投与することで、ウイルスベクターによる鎮痛効果が減弱し、疼痛閾値が再び低下することを確認することで、ウイルスベクターの鎮痛効果は中枢神経系に加えて末梢神経系でも関与することを示した。以上の研究成果の中間報告を海外麻酔学会にて報告し、その後も研究を継続して進めている。定期的に研究に関するカンファレンスを行い、研究協力者との間で意見交換を行い、国内外の他大学研究者より適宜、助言を得ることで、研究を効率よく進めることができている。今のところは当初の研究計画で考えていた成果をおおむね得ることが出来ており、今後も一連の研究成果が得られれば、本年度中に英文誌へ論文投稿という形で研究成果を発表することを目指している。今後は、これまでの研究で得られた知見をもとに、さらに研究をすすめていき、鎮痛メカニズムを明らかにする。将来的には、それらの知見をもとに、臨床治験を行い、安全性と有用性を得たのち、難治性疼痛の治療の選択肢の一つとして実臨床の場でウイルスベクターによる遺伝子導入が応用されることを最終的な目標としている。疼痛モデル作成、ウイルスベクターベクターによる疼痛治療の実施、動物行動解析による鎮痛効果の確認、鎮痛メカニズムの解明といった一連の研究は現在進行形で継続して行っており、それによって一定の成果を得られている。ウイルスベクターによる鎮痛効果の確認や、その鎮痛メカニズムの解明だけでなく、十分な鎮痛効果が得られる期間、遺伝子組み換え生物による治療の安全性なども慎重に検討し、実臨床の場で応用されることを目標に取り組んでいく方針である。また、今後も学内の研究部門や、他大学研究機関と連携し、研究を進めていく予定である。理由;購入物品が安価に押さえられたため次年度使用額が生じた。使用計画;実験の遂行状況に合わせて必要な物品・試薬を購入する予定である。
作用素部分・環の有限離散構造

II、型因子環の部分因子環の構造についてはJones index,principal greph,wnnechon等を用いて色々調べられている。しかし1つのII、型因子環に含まれる多くの部分因子環達相互の位置関係についてはほとんど調べられてこなかった。本研究では,ここに焦点をあて,2こ以上の互いに包合関係をもつとは限らない部分因子環達の間の関係を束論的な立場から調べてみた。部分因子環の理論は体論におけるがロア理論との類似がある。そこではガロア拡大の中間体のつくる束とがロア群の部分群のつくる束が反同型になっている。特にこのことに注目してII、型因子環Mとその部分因子環NCMに対して,NとMの間にある中間部分因子環全体Lat(NCM)を考える、もしN'〓=CならばこのLat(NCM)はK_1VK_2=(K_1VK_2)",K_1〓K_2=K_1〓K_2という2つの演算で束になる。ここで得た最高の面白い結果はここに有限離散構造がちゃんとひそんでいたということである。もっと正確に述べると,部分因子環NCMがN'〓M=Cという条件とJones index (M:N)が有限であるという条件を仮定するならば,中間部分因子環のつくる束Lat(NCM)は有限束になる。特にJones index (M:N)=4となるhyper fi〓teな場合には中間因子環の形を完全に決定した。またIII型因子環の時についても中間因子環の束の構造を調べ,m〓dular自己同型をとってII型にした場合と比較した。またAut(M,N)の部分群による接合積で束構造が変化する例も構成した。
日本・スウェーデンの社会福祉争訟の比較法研究

わが国では、介護保険制度の施行後、サービス利用中の事故を巡る争訟が増加している。裁判例からは、要介護状態にある利用者の心身の状況に応じて適切な介護を行い、事故から利用者の安全を守るために適切な対応を取る義務を、サービス提供者は負うといえる。そして、その義務の内容は、家庭内介護において家族が行う注意・監視の程度よりも高く、介護に従事する専門職に一般に期待される水準となっている。他方、スウェーデンにおける社会サービス法を巡る争訟は、サービスの提供責任を負うコミューン(自治体)の決定をめぐる紛争、社会サービス受給権の発生要件を巡る紛争、社会サービスの水準の紛争に分類することができる。同国では2009年に社会サービスにおける選択自由制が導入されており、今後、選択自由制の下でのサービスの水準の維持が新たな論点となると予想される。本研究は、社会福祉サービスを利用する過程で生じる様々な不服・トラブルが、どのように解決されているか、そしてどのように解決されるべきかを追求するものである。スウェーデンの社会サービス利用関係に関する知識を土台として、実際に生じる争訟例を収集・分析し、スウェーデンにおいてどのような争訟が社会サービスを巡って起こるか、どのような解決方法が取られているか、そしてその問題点は何かを探る。さらに、日本における社会福祉サービス争訟の例を収集・分析し、わが国の現行制度下でどのような争訟が起こるか、現在どのような解決方法が取られているか、そしてどのような問題点を抱えているかを明らかにする。最終的には、日本とスウェーデンの法制度・争訟例の比較検討を通じて、より良い争訟解決制度を提案することを目指す。平成20年度は、(1)国内の社会サービス争訟例の収集および分析、ならびに(2)スウェーデンの社会サービスにかかる行政裁判制度に関する調査を行った。(1)については、当初計画していた国保連での資料収集の予定を変更し、公刊裁判例の収集・分析を行った。介護保険法施行後、介護事故を巡る裁判例を中心に社会サービスにかかる判例が増えており、既に公刊されている裁判例のみでもかなりの件数があることが判明したためである。措置方式の下での紛争については、最高裁判所第一小法廷平成19年1月25日判決の詳細な検討を行い、その成果を発表済みである(下記の11.研究発表を参照)。また、契約方式の下での裁判例についての研究成果は、季刊社会保障研究45巻1号(2009年6月発行)に掲載される予定である。(2)については、2009年2月にスウェーデン・ルンド市にて現地調査を行い、日本の措置法式に近い形式で社会サービスを提供が行われているスウェーデンにおいても、近年、民営化の促進および利用者の選択権の保障が重視されており、この点に関する新たな法律も制定されるとの情報を得た。また、これに伴い、今後、社会サービスの利用関係がより複雑化することか見込まれ、新たな紛争に対応する紛争解決の方法はスウェーデンの法学者の間でも議論となっていることも判明した。以上の研究成果は、わが国の社会サービスを巡る紛争を総合的に分析・整理するものとして先行業績にはない新規性を有し、今後の社会サービス争訟の解決万法を考える上でも重要性を有する。また、スウェーデンの社会サービスに関する法的研究がいまだわが国では乏しい状況下にあって、本研究は、高福祉国として注目されるスウェーデンの社会サービスの現状と課題をわが国に伝える点でも、重要な意義を有する。平成21年度は、前年度に引き続き、(1)国内の社会サービス争訟例の収集および分析、ならびに(2)スウェーデンの社会サービスにかかる新しい法律の制定・施行に関する調査を行った。(1)については、前年度に引き続き、公刊裁判例の収集・分析を行った.介護保険法および障害者自立支援法の下での契約方式によるサービスの提供に伴い生じる法律問題について、介護保険契約・自立支援契約の特徴、サービス提供過程で生じる紛争の特徴、サービス解約をめぐる問題を総合的に検討した成果は季刊社会保障研究45巻1号(2009年6月発行)に発表した。また、個々の裁判例の分析・検討の成果も、随時、判例標尺として雑誌に掲載している。(2)については、2009年2月にスウェーデン・ルンド市にて現地調査を行い、2009年から施行された「社会サービスにおける選択の自由に関する法律」の施行後の状況について聞き取りを行った。その結果、社会サービスにおけるプロバイダーの選択自由制を導入した後も、多くの高齢者が選択をせずにいること、高齢者とプロバイダーの問に契約が発生するという概念は芽生えていないことなど、日本と比較して非常に興味深い事象が明らかとなった。

以上の研究成果は、日本の社会サービスを巡る紛争を総合的に分析・整理するものとして先行業績にはない新規性を有し、今後の社会サービス争訟の解決方法を考える上でも重要性を有する。また、本研究は、高福祉国として注目されるスウェーデンの社会サービスの現状と課題をわが国に伝える点でも、重要な意義を有する。平成22年度には、スウェーデンの新法に対する現地での評価を中心に、研究を継続する予定である。平成22年度は、前年度に引き続き、1.国内の社会サービス争訟例の収集および分析、2.スウェーデンの「社会サービスにおける選択の自由に関する法律」の制定施行に関する調査を行った。1.については、前年度に引き続き、公刊裁判例の収集・分析を行った。裁判例の分析・検討の結果は、随時、判例評釈として発表している。2.については、交付申請書での計画通り、2010年9月にスウェーデン・マルメ市ヒリエ区社会福祉課において「社会サービスにおける選択の自由に関する法律」の施行前後での社会サービスの利用状況の変化について聞き取り調査をしたほか、ルンド大学法学部および社会学部の研究者らとの意見交換を行った。前年度にルンド市にて行った調査結果とは対照的に、マルメ市では社会サービスにおける選択自由制を導入しておらず、従前と同様にコミューンによるサービスの割り当てが行われているということが判明した。また、研究者らからは、選択自由制は大都市向けの施策にすぎず、スウェーデンの国土の大部分を占める小規模コミューンには不向きであるといった、否定的な評価がなされていることも明らかになった。平成23年度は、前年度に継続して、1.国内の社会サービス利用を巡る争訟例の収集・分析、2.スウェーデンの社会サービス利用を巡る争訟例の収集・分析に関する調査研究を行った。1.については、公刊裁判例を中心に国内の紛争事例を収集・分析してきた。具体的には、自身が所属する各地の研究会において自分自身で判例研究を報告し、参加者からの意見を募るほか、他の研究者による報告から情報収集を行うために各地の研究会に積極的に参加を行ってきた。成果は随時、判例評釈等の形により発表している(後掲13雑誌論文1件目)。2.については、今年度はマルメ市に設置されている地方行政裁判所を訪問し、社会サービスを巡る争訟の動向についてヒアリングを行ったほか、同裁判所で出された判決について資料を収集した。また、ルンド大学法学部を訪問し、同図書室において立法資料、最高行政裁判所の判決について収集を行った。同学部の研究者らとも面談し、LOV施行による社会サービス利用関係の変化および社会サービスに係る判例の動向についての意見交換を行った。これらの調査研究により得られた成果の一部は、現在、公表の作業を進めている(後掲13雑誌論文2・3件目)。
EBM(根拠に基づく医学)の産業保健施策への応用

【目的および現状】EBMにおけるEvidenceの1つとして費用効果分析に代表される医療経済学的分析の結果が有用であることは認知されている。本研究は3ヵ年計画によって産業保健施策の効果を、医療経済学的知見を目標に、健康効用値増分の側面、労働安全衛生法に定める施策パフォーマンスの達成度などの角度から測定評価、プログラム施行法の有効性および効率的性に関するEvidence(根拠)を求める。総括的報告は現在投稿中である。【対象及び方法】昨年度および一昨年度の結果、健康効用値を目的変数とした重回帰分析の場合、産業保健費用と、勤務形態、職種などは有意に影響する要素であることを報告した。今年度は昨年度の調査研究結果の取りまとめとしてTHP(Total Health Promotion)活動を実行している企業において10年間の経年的な健康事象の変化が加齢変化を押えることができるのか、あるいはTHPの浸透度が健康事象に差を生じるのかどうかの観点から実証的に調査結果の評価を行った。調査対象企業は昨年度報告したので省略するが、10年間毎年健診を受けている群6287名を対象に解析、費用便益分析においては結果(Outcome)のみの比較を詳細に行った。Outcomeは、1人あたり年間医療費(通院および入院)、年間受療日数、拡張期血圧、収縮期血圧、脂質系、肝機能系、末消血系指標、5歳年齢階級別コホートを作成して健康事象の変化を検討。事業所規模を従業員数にて5群に分けて、THP活動浸透度の指標として小規模事業所とした。【結果および考察】調査対象職種は事務系2割、製造現場作業系8割であった。THP開始時平均年齢は38.6±8.4歳、経年的医療費の低減がみられる。年齢階級別にみると、高齢者群での検査値が対照群に比し良好で、医療費・年間受診日数が少ない。従来の健康活動実施期間中は有所見者数、医療費ともに増加しつづけているがTHP開始3年後に正常者は減少傾向になる。THP開始3年後から所見ありの増加傾向に抑制がかかる。本知見は産業保健施策が健康事象に及ぼすPositiveな効果を記述的に示せたと考えられる。【目的】産業保健施策の効果を、医療経済的側面、QOLの側面、健康効用値増加など様々な角度から評価することにより、どのようにプログラムを行えば効率的であるかを判断できるEvidence(根拠)を求める。【対象及び方法】先行研究である産業保健施策の医療経済学的評価へのアプローチの際フィールド調査で得られた企業の産業保健施策の体制と費用のデータに加え、QOL(Quality of Life)や健康効用値などを評価の基準とする手法を用いる。これらを元に産業保健施策(プログラム)に対する評価のスタンダードを費用効果分析、費用便益分析、費用効用分析をもとに示す。今年度は都内に本社を持つ2つの大企業を対象に自己回答式質問票(HUI3;Health Utilities Index3)により、健康効用値の測定を行った。更に産業保健にかける両社の費用を調査した。【結果および考察】調査対象企業はそれぞれ金融系と運輸系従業員であり、職種特性は自己裁量権や交代制勤務形態、給与形態に関して異なる。従業員1人当たり年間産業保健費用も差がある。

A社従業員1552名(38.8±12.3歳)、B社従業員1296名(42.5±9.4歳)を対象にQOLに影響を与えると思われる個人属性因子(性別、年収、職域人間関係、罹患している慢性疾患数)を調整して、HUI3多属性健康効用値を被説明変数とした線形回帰分析の結果、両社で健康効用値に差が見られた。労働衛生や産業保健プログラムを医療施策と考えた場合、それが労働者の健康増進もたらすことは充分思料される事であるが、一体企業便益(Benefit)増進にどれほど寄与するのか、あるいは投下費用(Cost)に対する投資効果がどれだけあるのかなど客観的分析結果に関する実証研究は乏しく、その手法さえ確立されていないのが現状である。これは産業保健活動が企業にとっての余力範囲で行なう福利厚生のひとつで採算部門と捉えられず、法準拠型の達成度が評価基準に代替されてきたことによるものだろう。本研究では更に費用と産業保健施策体制との相関を調べ、より実証的なEvidence(根拠)を示すことを来年度以降の研究計画に加味している。[目的]産業保健施策の効果を、医療経済的側面、QOLの側面、健康効用値増加など様々な角度から評価することにより、どのようにブログラムを行えば効率的であるかを判断できるEvidence(根拠)を求める。[対照及び方法]昨年度は都内に本社を持つ2つの大企業を対象に自己回答式質問票(HU13:Health Utilities Index3)により、健康効用値の測定を行い更に産業保健にかける両社の費用を調査した。産業保健費用や職種、勤務形態などを説明変数にして健康効用値を目的変数とした重回帰分析の結果、産業保健費用と、勤務形態、職種などは有意に影響する要素であることが示された。今年度はTHP(Total Health Promotion)活動を実行している企業において10年間の経年的な健康事象の変化が加齢変化を押えることができるのか、あるいはTHPの浸透度が健康事象に差を生じるのかどうかの実証研究を中心とする調査を行った。調査対象企業は製造業を中心とする企業の54事業所勤務の10万人の健診データを用いた。このうち10年間、毎年健診を受けている群が6287名あり、これらを対象に解析を行った。このケースでは経済分折においてTHPにかける1人当たりの費用は均一であるため、費用便益分析においては結果(Outcome)のみの比較でいいと考えられた。Outcomeは、1人あたり年間医療費(通院および入院)、年間受療日数、拡張期血圧、収縮期血圧、脂質系、肝機能系、末消血系指標である。5歳年齢階級別コホートを作成して健康事象の変化を検討した。事業所規模を、100人未満、100人以上200人未満、200人以上300人未満、300人以上400人未満、400人以上の5群に分けて、規模の小さい事業所ほどTHPの浸透度が高いと考えられるため、THP活動浸透度の指標とした。[結果および考察]調査対象企業は製造業種で事業所によって業務内容は異なるが事務系2割、製造現場作業系8割であった。THP開始時平均年齢は38.6±8.4歳であった。結果は以下のとおりであった。経年的医療費の低減がみられる。
へき地小規模校における教材・教具支援を図るためのシステムの研究

本研究は、へき地小規模小学校における理科授業を、大学・高等学校・教育委員会及び教育センターを主体とした支援チームによる学習支援システムの開発を主眼に置く。その上で、へき地小規模小学校において学習支援システムを積極的に取り入れることで効果的に児童の問題解決能力を育成できることを検証するものである。
アニオンを認識する鋳型樹脂の合成

分子認識能を持つ鋳型樹脂の合成を界面鋳型重合法により合成し、樹脂の吸着能について研究した。鋳型重合は乳化重合法により行った。鋳型分子にアニオン化学種であるフェロシアン化物イオン及びフェリシアン化物イオンを用いた。また界面活性剤としてオレイルアミンを、重合架橋材にジビニルベンゼンを用い、樹脂を合成した。その後、アルカリ溶液を用いて鋳型分子を取り除いた。鋳型効果を評価するために、参照樹脂として、鋳型分子を加えず同様の合成条件で樹脂を合成した。樹脂合成条件として、オレイルアミンとジビニルベンゼンの量比、水と有機相の量比の合成条件を調べたところ、界面活性剤は乳化材として働くと同時に鋳型分子と水素結合による相互作用物として働くため、鋳型分子に対して10倍量が必要であること。また、安定な乳化が得られるためには水の量はジビニルベンゼンに比べて10倍以上必要であることわかった。合成した樹脂を評価するために、鋳型分子であるフェロシアン化物イオン及びフェリシアン化物イオンを用いて樹脂への吸着を行った。吸着はイオン強度を一定にして、溶液のpHを変化させて行った。樹脂への吸着量はpHに依存し、フェロシアン化物イオンはpH6以下から吸着した。フェロシアン化物イオン鋳型樹脂への吸着量は参照樹脂の吸着量に比べて2倍多い結果が現れた。即ち、界面鋳型重合により鋳型分子を吸着しやすい構造になったことを意味している。また、合成した樹脂の大きさをSEMを用いて観測したところ、直径0.05-1.0μmの球状粒子であった。しかし、フェリシアン化物鋳型樹脂では吸着量の増加は見られなかった。このことから、界面鋳型重合法により樹脂表面にフェロシアン化物イオンをより多く吸着する樹脂を合成することができた。
免疫反応におけるブラウン運動を指標としたHACCP対応型微生物検出法の確立

本研究の目的は,水産分野におけるHACCPを念頭において,免疫反応のブラウン運動を指標とした高感度かつ迅速な新しい微生物検出法を開発することである.まず,本法を実際の水産食品の菌数測定に適用することを念頭において,超音波振動エネルギーを用いた菌体脱離法を確立するために,フローサイトメトリー(FCM)による評価を行った.その結果,各種水産食品(練り製品,魚介類)に付着している菌体を,約5分の超音波照射時間で95%以上脱離できることがわかった.またフルオレッセインイソチオシアネートで標識した抗-大腸菌ポリクロナール抗体を用いて,練り製品中の大腸菌の特異的検出をFCMで試みたところ,1時間程度でその検出が可能であることがわかった.次にブラウン運動を指標とした細菌の特異的検出法の確立を検討した.すなわち,食品衛生上重要な危害因子となるサルモネラ属菌と,これに対する抗体ラテックスビーズを免疫反応させることにより,この際生じるブラウン運動の変化をサブミクロン粒度分布計で測定し,それらの粒度分布を解析した.免疫反応後,菌体とビーズの凝集体のブラウン運動は小さくなり,これにより予想される菌体の全長よりも大きな値が得られた.これは抗原抗体反応により複数の菌体が抗体とともに凝集し,その結果粒子の全長が大きくなったためと考えられた.一方,大腸菌を対照試料とした場合,上記のような変化は認められなかった.したがって本法を用いることにより硝化細菌を特異的に検出できることがわかった.なお,一検体当たりのブラウン運動解析所要時間は約6分であり,抗原抗体反応等の前処理を加えても2時間程度で菌体検出を行うことが可能であった.以上,本研究で得られた知見はサルモネラ属菌ばかりでなく,抗体の種類を変えることにより,他の食中毒菌にも応用できる可能性があり,今後のHACCPに大いに貢献できるものと考えられる.本研究の目的は,水産分野におけるHACCPを念頭において,免疫反応のブラウン運動を指標とした高感度かつ迅速な新しい微生物検出法を開発することである.まず,本法を実際の水産食品の菌数測定に適用することを念頭において,超音波振動エネルギーを用いた菌体脱離法を確立するために,フローサイトメトリー(FCM)による評価を行った.その結果,各種水産食品(練り製品,魚介類)に付着している菌体を,約5分の超音波照射時間で95%以上脱離できることがわかった.またフルオレッセインイソチオシアネートで標識した抗-大腸菌ポリクロナール抗体を用いて,練り製品中の大腸菌の特異的検出をFCMで試みたところ,1時間程度でその検出が可能であることがわかった.次にブラウン運動を指標とした細菌の特異的検出法の確立を検討した.すなわち,食品衛生上重要な危害因子となるサルモネラ属菌と,これに対する抗体ラテックスビーズを免疫反応させることにより,この際生じるブラウン運動の変化をサブミクロン粒度分布計で測定し,それらの粒度分布を解析した.免疫反応後,菌体とビーズの凝集体のブラウン運動は小さくなり,これにより予想される菌体の全長よりも大きな値が得られた.これは抗原抗体反応により複数の菌体が抗体とともに凝集し,その結果粒子の全長が大きくなったためと考えられた.一方,大腸菌を対照試料とした場合,上記のような変化は認められなかった.したがって本法を用いることにより硝化細菌を特異的に検出できることがわかった.なお,一検体当たりのブラウン運動解析所要時間は約6分であり,抗原抗体反応等の前処理を加えても2時間程度で菌体検出を行うことが可能であった.以上,本研究で得られた知見はサルモネラ属菌ばかりでなく,抗体の種類を変えることにより,他の食中毒菌にも応用できる可能性があり,今後のHACCPに大いに貢献できるものと考えられる.本研究の目的は,水産分野におけるHACCP(Hazard Analysis Critical Control Point)を念頭において,免疫反応のブラウン運動を指標とした高感度かつ迅速な新しい微生物検出法を開発することである.本年度は,1)超音波振動エネルギーを用いた菌体脱離法,2)蛍光プローブPropidium iodide(PI)を用いた細菌と細菌以外の食品由来微粒子との識別,3)フローサイトメトリー(FCM)のカウント機能を利用した細菌の菌数測定,4)ポリクロナール抗体を用いた水産食品中の大腸菌群の検出を試みた.まず超音波による水産食品(練り製品,魚介類)からの菌体脱離を試みたところ,ほとんどの試料において,約5分間の照射で付着している菌体を95%以上脱離できることがわかった.次に菌体粒子と食品由来の微粒子との識別をFCM及びPIを用いて試みたところ,両者の識別が可能であることがわかった.また,大腸菌が付着した練り製品の貯蔵下における菌数測定では,10^510^8cells/gの範囲で測定が可能であり,一検体の測定所要時間はわずか15分程度であった.さらにフルオレッセインイソチオシアネートで標識した抗-大腸菌ポリクロナール抗体を用いて,練り製品中の大腸菌の特異的検出を試みたところ,1時間程度でその検出が可能であることがわかった.以上本研究では,FCMと抗-大腸菌ポリクロナール抗体及び各種蛍光プローブを組み合わせることによって,細菌の迅速検出が可能であることが明らかとなった.

今後は,サブミクロン粒度分布計などの検出器を応用して,より高感度な測定法に改良してゆきたい.本研究の目的は,水産分野におけるHACCP(Hazard Analysis Critical ControI Point)を念頭において,免疫反応のブラウン運動を指標とした高感度かつ迅速な新しい微生物検出法を開発することである.昨年度は,検出操作のための試料の前処理法を検討した.本年度はこれに引き続き,1)各種魚介類における菌体脱離法の確立およびフローサイトメトリー(FCM)による菌数測定,2)ブラウン運動を指標とした硝化細菌の特異的検出を試みた.まず,マアジ,スルメイカ,アサリ,マダコなどの魚介類試料に付着している微生物を脱落させるため,超音波振動エネルギーによる菌体脱離を試みた.その結果,約9分の超音波処理でほとんどの菌体を脱離できることがわかった.またこの方法を用いて,魚肉貯蔵下における微生物菌数をFCMで測定したところ,10^5-10^9cells/gの範囲での測定が可能であった次に,ラテックス粒子に固定化された抗-硝化細菌抗体を用いて,硝化細菌をモデルとしてその特異的検出を試みた.すなわち,硝化細菌と抗体ビーズを反応させ,この際生じるブラウン運動の変化をサブ.ミクロン粒度分布計で測定し,それらの粒度分布を解析した.その結果,予想される菌体の全長よりも大きな値が得られた.これは抗原抗体反応により複数の菌体が抗体とともに凝集し,その結果粒子の全長が大きくなったためと考えられた.一方,大腸菌を対照試料とした場合,上記のような変化は認められなかった.したがって本法を用いることにより硝化細菌を特異的に検出できることが示唆された.なお,一検体当たりのブラウン運動解析所要時間は約6分であり.抗原抗体反応等の前処理を加えても2時間程度で菌体検出を行うことが可能であった.次年度では,サルモネラ属菌の検出に本法を応用し,その迅速検出法の確立を検討する予定である.本研究の目的は,水産分野におけるHACCP(Hazard Analysis Critical Control Point)を念頭において,免疫反応のブラウン運動を指標とした高感度かつ迅速な新しい微生物検出法を開発することである.昨年度は,フローサイトメトリーによる各種魚介類の菌数測定を試みるとともに,硝化細菌の免疫反応におけるブラウン運動の変化にづいて基礎的知見を得ることができた.本年度はこれに引き続き,ブラウン運動を指標とした硝化細菌およびサルモネラ属菌の特異的検出法の確立を試みた.まず,ラテックス粒子に固定化された抗-硝化細菌抗体を用いて,硝化細菌をモデルとしてその特異的検出を試みた.すなわち,硝化細菌と抗体ビーズを反応させ,この際生じるブラウン運動の変化をサブミクロン粒度分布計で測定し,それらの粒度分布を解析した.免疫反応後,菌体とビーズの凝集体のブラウン運動は小さくなり,これにより予想される菌体の全長よりも大きな値が得られた.これは抗原抗体反応により複数の菌体が抗体とともに凝集し,その結果粒子の全長が大きくなったためと考えられた.次に,同様の方法でラテックス粒子に固定化された抗-サルモネラ属菌抗体を用いて,サルモネラ属菌の特異的検出を試みた.その結果,硝化細菌と同様に免疫反応後は凝集体の大きさが増加した.一方,大腸菌を対照試料とした場合,上記のような変化は認められなかった.したがって本法を用いることにより硝化細菌およびサルモネラ属菌を特異的に検出できることがわかった.なお,一検体当たりのブラウン運動解析所要時間は約6分であり.抗原抗体反応等の前処理を加えても2時間程度で菌体検出を行うことが可能であった.
非線形問題に対する有限要素法とその誤差解析の研究

平成17年度から18年度にかけて以下の研究を行い、成果を挙げてきた。1.ダム問題と呼ばれる自由境界問題に対する反復スキームの収束について、その理論的枠組みを明らかにした。自由境界問題の解の存在証明では、レベルセット法と呼ばれるアプローチが理論的に優位だが、工学の現場では「試行自由境界法」などと呼ばれるより直感的なアプローチが取られえることが多い。しかし、この方法を数学的に厳密に解析することは難しく、これまでほとんど結果がなかった。この研究では、幾何学の極小曲面の手法を使うことにより、反復スキームの収束証明の枠組みを構築することに成功した(論文[1])。2.ダム問題に対するよりよい反復スキームを設計するためには、自由境界をごくわずか変動させたときに、領域内の流れの速度ポテンシャルがどのように変わるかを定量的に把握する必要がある。このような、境界の摂動に関する変分をHadamard変分というが、最近速度ポテンシャルの第一変分を計算することに成功し、プレプリントにまとめた。3.有界な区間上の2点境界値問題に対する区分2次の有限要素法の誤差解析を、「山本の原理」と呼ばれる手法を使って非常に精密に行うことに成功した。既存の結果が、たとえば係数関数が不連続な場合にも成り立つことを示すことができた(論文[2])。4.行列の固有値と固有ベクトルを求める古典的Jacobi法の収束について、簡単な証明を見つけプレプリントにまとめた。今年度は、ダム問題と呼ばれる自由境界問題に対する反復解法の収束についての解析を行った。ダム問題は、楕円型の自由境界問題の基本的なもので、多くの教科書で取り扱われ、解の存在一意性はかなり一般的な場合に証明されている。しかし、それに対する最も直感的な数値解法である反復解法(試行自由境界法などと呼ばれている)に対する数学的な解析は驚くほど未整備で、これまで厳密な結果はほとんどなかった。次の論文で、2次元のダム問題でダムの形状が比較的単純な場合は、等角写像を用いて問題は単位円B上の変分問題として再定式化されることを指摘した。さらに、その変分問題の任意の極小化列(汎関数の値を徐々に極小値に近づけていくような領域の列)から一様収束する部分列を取り出せる事を示した。この際、Plateau問題の理論で使われる補題(Courant-Lesbesgueの補題)を使用した。同様な手法で、ダム問題の反復解法において「離散化した汎関数の最小値をとるような近似領域をうまく構成できるならば」、離散の精度をあげるにつれてその近似領域は真の領域に一様収束することを示した。いままで、近似領域の列の真の領域への収束は証明されていなかったので、これは少なくとも理論的には大きな前進であるといえる。もちろん問題はこれですべて解決されたわけではない。離散化された汎関数の最小値をとるような近似領域へ収束するようなうまい反復を定義するという大きな問題が残っている。この問題の解決には、領域の摂動による汎関数の変分(このような領域に依存した量に対する領域の摂動による変分をHadamard変分という)を計算する必要がある。現在、論文[2]で定義された領域汎関数のHadamard変分を計算しつつある。(2006年3月20日現在、第一変分は計算できた。今は第二変分を計算している。)平成18年度は、ダム問題といわれる自由境界問題に対して努力を集中した。そのために、混合型の境界条件を与えた楕円型境界値問題で境界を摂動した場合に、境界値問題とそのDirichlet積分がどのように変動するかを調べた。そして、その第一変分を計算することに成功した。それを以下の論文にまとめた:現在、上記論文を学術雑誌に投稿中である。この成果を受けて、その後楕円型境界値問題の解とそのDirichlet積分の境界の摂動に関する第二変分を計算すべく努力を重ねた。その結果、ラプラシアンについての境界値問題におけるGreen関数の境界の摂動に関する古典的なHadamardの変分公式に対する簡明な証明を発見した。

現在、その結果をダム問題の場合に適応すべく考察を進めている。これとは別に、正方行列の固有値と固有ベクトルを計算するための古典的Jacobi法の収束について、非常に簡単な証明を発見した。それを、にまとめ、現在学術雑誌に投稿中である。
高速回転・高出力運転が可能な順突極永久磁石型ベアリングレスモータの開発

永久磁石型ベアリングレスモータ(PM型BelM)の研究・開発が国内外で盛んに行われており、さまざまな回転子構造を持つPM型BelMが提案されている。しかし、従来から提案されているPM型BelMは、軸支持力を有効に発生できないという問題があった。そこで、研究代表者は、新たに提案している正の突極性を持つ順突極永久磁石型ベアリングレスモータ(順突極PM型BelM)の試作機とそのドライブシステムを実際に製作し,従来型に比べて優れた特性を備えていることを明らかにすると同時に,高速回転・高出力運転を実現した。そこで、研究代表者は、正の突極性を持つ順突極永久磁石型ベアリングレスモータ(順突極PM型BelM)を提案している。本モータは、軸支持磁束の磁路上に永久磁石を配置しないことによって、軸支持力を有効に発生できる。上記以外にも、提案する順突極PM型BelMは、従来型の様々な問題点を解決できる構造となっている。現在までに、有限要素法非線形磁界解析を用いた磁場解析により、本モータは上記の特長を持ち、有効であることを示した。さらに、従来型と解析結果を比較することで、従来型に比べ良好なトルク・軸支持力特性を備えていることを明らかにした。しかし、実機による確認は未だされていない。そこで、本年度は、製作した順突極PM型BelMの試作機を組み込んだ負荷試験装置を用いて、順突極PM型BelMのトルク・軸支持力特性を測定し、下記の特長を持つことを実機においても実証した。(1)軸支持磁束が磁気抵抗の大きい永久磁石を貫かない回転子構造により、軸支持力を有効に発生できる。(2)トルク磁束の磁路上に永久磁石を配置することで、トルク磁束による磁気飽和を低減し、トルク電流の増加による軸支持力の低下を引き起こさない。(3)正の励磁電流を流すことによって、トルクと軸支持力を共に向上させることができ、電流位相制御を積極的に活用できる。(4)従来型の永久磁石型ベアリングレスモータと比べて、良好なトルク・軸支持力特性を持つ。なお、これらの研究を通じて得た研究成果を学会などで報告した。そして,有限要素法非線形磁界解析を用いて従来型と比較検討した結果、従来型に比べ良好なトルク・軸支持力特性を備えていることも明らかとなった。そこで、昨年度までに,発明した正の突極性を持つ順突極永久磁石型ベアリングレスモータの試作機を実際に製作し、トルク・軸支持力特性を測定することで、上記の特長を実機においても実証した。本年度は,前年度に明らかにした試作機のトルク・軸支持力特性に基づいて、高速回転・高出力運転に対応可能な電動機速度制御系と軸支持制御系の2つからなるコントロールシステムを構築した。さらに、デジタルコントローラに同期するインバータドライブも製作し、高速回転・高出力運転時における安定な軸支持運転を実現することで,実用に十分耐えうる高性能ドライブシステムを開発した。
社会的ネットワーク指標の妥当性・信頼性についての実証的研究

社会科学において理論的・実証的に重要な社会的ネットワークは、測定方法がまちまちであり、このため先行研究の知見が一致しないことがある。そこで様々な指標の信頼性・妥当性について調査研究を行った。特に、桐生市、吹田市、世田谷区、府中市といった都市度が異なる地域調査データを用いて、社会的資源と密接であるポジション・ジェネレータについて、調査地域に依存しない妥当で信頼できる指標測定について明らかにした。本研究の目的は、社会的ネットワークの指標として様々な形で用いられている、ポジション・ジェネレータ、リソース・ジェネレータ、ネーム・ジェネレータなどについて検討を行う共に、実際に調査データを収集し分析を行うことである。まず、ポジション・ジェネレータについて、群馬県桐生市、大阪府吹田市、東京都世田谷区といった都市度が異なる三つの地域調査データを用いて比較分析を行った。検証的因子分析を行ったところ、いずれの地域においても配置不変が確認された。指標間の相関構造の類似性が確認出来たことから、調査項目はいずれの地域においても同様の概念を測定していると考えられる。他方、都市度・社会階層と、社会的ネットワークとの関連の大きさについては、先行研究でさまざまなファインディングスが得られており、興味深い。考えられる理由として、例えば、用いるデータの違い(全国調査での都市度比較か、地域調査による地域間比較か)、学歴・職業・年収などの社会階層の測定の仕方の違い、社会的ネットワークの測定法のさまざまな違いなどがあり、これらについて考察を行った。また、社会階層、社会的ネットワーク、生活の質の間の関連について、上記地域調査データを用いて地域間比較分析を行い、都市度に伴って社会階層の効果が異なることを確認した。これらについてはThe Social Capital Foundation 2008 Conference、日本大学社会学会などその他で発表を行った。結果は3地点の比較に限られているため、調査データを増やすと共に、全国調査データを用いての比較分析を進めている。様々な社会的ネットワークの指標のうち、地位ジェネレータ、資源ジェネレータなどについて、群馬県桐生市、大阪府吹田市、東京都世田谷区といった都市度の異なる地域データを比較し、検討を行った。社会的ネットワークの規定因については、地位ジェネレータによって測定されたネットワークに対して、都市度が高いほど、年齢や学歴の効果が強くなる傾向が見られた。また、生活満足や階層帰属などによって表される生活の質に対して、社会的ネットワークが一定の効果を有していた。都市度・社会階層と、社会的ネットワークとの関連の大きさについては、都市社会学の文脈では都市度の効果が強めに分析結果に表れ、階層論の文脈では社会階層変数の効果が強めに分析結果に表れるという興味深い傾向があるが、この点についても地域調査データと全国調査データを用いて分析を行った。複数の地域調査データを集めての比較分析と、全国調査データをサンプリング地点の人口規模などによって都市度へ分ける比較分析とでは、都市度として用いられる変数の中身が異なるため、都市度の効果の強さについては、慎重に解釈すべきであることが示唆された。都市度に関連する形でネットワークへの諸変数の効果の大きさが変わる点や、ネットワークへの都市度の効果の大小が調査枠組みによって異なる傾向については、より様々な都市度の地域データを含める形で慎重に分析を行う必要がある。そこで東京都府中市において実施した無作為抽出郵送調査(n=716)を新たに加え、都市度、人口分布、職業分布、特徴が異なる地域調査についての比較分析ができるようにデータ整備を進めている。
高齢者にも認知可能な火災報知アラームについての研究

消防設備安全センターの「音声警報のあり方連絡会」が既に警報用シグナルの作成条件として下記の6条件を提示しており、これに基づいて女声による予報、男声による警報音が作成され、実際に一部の高齢者施設では火災を報知する音声として使用されている。【警報用シグナルの作成条件】(1)注意喚起を引く感じであること。(2)音のとおりが良いこと。(3)適度に緊張する感じであること。(4)あまり不安な音としてせき立てないこと。(5)耳障りな音でないこと。(6)ありふれた音でないこと。これらの条件を考慮し、これに高齢在館者に避難の呼びかけを行う「音」を組み合わせて音-音声-音を聞かせて、その認識の良否を直接面談によって5段階方式で評価した。また、呼びかけの「音」についても30種の中から予備的な評価で選別し、火災など異常状態を報知するにふさわしいものを選び、上記の音声との組み合わせを行った。多くの施設ではナースの音声は女声であるため、異常事態になったても親しみのもてる、耳に馴染んだ女声で呼びかけを行ってもらいたいという評価があると同時に、異常時であるとの重大さを認知するには普段とは異なる男声が望ましいとも評価も同様にあり、いずれも報知内容が明確で火災場所がイメージしやすい伝え方で伝達する事が肝要である。異常時を知らせる音質としては、火災のイメージと結びつきやすいサイレンなどの認知が高いが、これは今まで受けた訓練や日常的・経験的な「すり込み」に依るためである。火災を知らせる音(あるいは音声)は、すり込みになっている事が決定的要因である。このため「音(報知音)」を小中学の頃から消防訓練とともに聞かせ、強固な「すり込み」を行って高齢化した場合においてもこれが生かせるようにしておく必要があることが判った。火災時の自力避難は(1)適切な感知、(2)確実に在館者(居住者)に伝えるの両者が必要である。本研究は、この(2)に関する研究であり、高齢者だけに対象を絞り込むことは、(1)普遍性に問題が生じる事、(2)適切な準備無しに高齢者に大きな音圧での試聴実験は行えないので、今年度は主として、文献調査と音種の収集を行った。(1)睡眠中の人が目覚めるには火災警報の音圧として約3mのところで少なくとも85dB(2)静かな環境で通常の聴覚を持つ大学生年代の者を目覚めさせるには耳元で55dB程度(3)寝室に空調機を作動させ機械音がある場合は、少なくとも70dB程度が必要(4)静かな環境で通常の聴覚を持つ大学生年代の者を目覚めさせるには耳元で70dB程度必要という結果もあり、上記(2)とはずれがある。(5)住宅内の壁やドアなどによる音響レベルの低下、家具による吸収は周波数の増加と共に増大するので、火災警報音は低い周波数500Hz以下にする事が妥当となる。しかし人は20005000Hzの領域が敏感なので、低周波数は警報としては使いがたい。確実に人を目覚めさせる音圧として必要なレベルは確立されておらず、また最適音域も不明である。音圧レベルが確立されても、警報機と人の位置関係は一概に決められず、建物の壁・ドアなどで警報音がどのように減衰するかを調査し、モデル化が必要である。火災時の避難行動の促し(あるいは伝達)は、通常時には聞く機会が少なく異常時と理解しやすい音種である必要がある。通常の聴覚を持つ大学生(男女)に試聴させたところ、救急車あるいは消防車のサイレン音が最も緊急性を感じ、火災時の避難に結びつく事が判った。

消防設備安全センターの「音声警報のあり方連絡会」が既に警報用シグナルの作成条件として下記の6条件を提示しており、これに基づいて女声による予報、男声による警報音が作成され、実際に一部の高齢者施設では火災を報知する音声として使用されている。【警報用シグナルの作成条件】(1)注意喚起を引く感じであること。(2)音のとおりが良いこと。(3)適度に緊張する感じであること。(4)あまり不安な音としてせき立てないこと。(5)耳障りな音でないこと。(6)ありふれた音でないこと。これらの条件を考慮し、これに高齢在館者に非難の呼びかけを行う「音」を組み合わせて音-音を聞かせて、その認識の良否を直接面談によって5段階方式で評価した。また、呼びかけの「音」についても30種類の中から予備的な評価で選別し、火災など異常状態を報知するにふさわしいものを選び、上記の音声との組み合わせを行った。多くの施設ではナースの音声は女声であるため、異常事態になっても親しみのもてる、耳に馴染んだ女声で呼びかけを行ってもらいたいという評価があると同時に、異常時であるとの重大さを認知するには普段とは異なる男声が望ましいとの評価も同様にあり、いずれも報知内容が明確で火災場所がイメージしやすい伝え方で伝達する事が肝要である。異常時を知らせる音質としては、火災のイメージと結びつきやすいサイレンなどの認知が高いが、これは今まで受けた訓練や日常的・経験的な「すり込み」に依るためである。火災を知らせる音(あるいは音声)は、すり込みになっている事が決定的要因である。このため「音(報知音)」を小中学の頃から消防訓練とともに聞かせ、強固な「すり込み」を行って高齢化した場合においてもこれが生かせるようにしておく必要があることが判った。
超音波照射に起因する生体内温度障害を避けるための精密測定法と数値解析法の開発

放射圧を利用する弾性映像法のような新しい超音波診断法は従来法より強い音響エネルギーを使用するため、音響照射により発生する組織内の温度上昇に関する安全性を確認することは重要である。筆者らは、擬似血液循環システムを持つ模擬生体ファントム内の3次元精密温度分布推定プログラムについて研究した。MPIによる並列計算とGPUを用いる3D FDTD-HCE法を開発した。90mm角の含有物を有する寒天ファントムを製作した。ファントムの熱的・音響学的数値は軟部組織の値とほぼ同じである。中心部の温度上昇を観測する赤外線計測器を作った。3D数値計算と実測値はよく一致し、本法の有用性を示した。(A)生体内の温度上昇を3次元で精密に予測するプログラムの開発昨年度まで最高でも1MHzであったシミュレーション用超音波の周波数を2MHzまで高め、現実に使用されているHIFU用超音波振動子の3次元温度上昇シミューションを可能にした。さらに、実際のHIFU振動子(2MHz)を使用した超音波照射実験における温度分布と、周波数2MHzのシミュレーション推定結果が良く一致することを確認した。現在のところシミュレーションのための周波数は、診断用超音波装置でよく使用されている5MHzまでは届いていないが、HIFUにおける温度分布の推定だけでなく、ファントム内部の温度を計測するために設置する計測用熱電対の影響等を予測することができ、実用的な範囲に入っていることを確認した。また、これらのシミュレーションのために、GPUを4ユニット使った高速高精度並列演算プログラムの開発を行った。(B)ファントム内の接触・非接触温度計測法の開発恒温水槽内でファントムに超音波を照射する実験装置を開発し、超音波照射後手早く空中でファントム内の温度を計測する非接触計測法の開発を行った。その結果、外気温の変動の影響や赤外線サーモグラフィーを用いた計測開始の影響等を推定でき、これらの影響を補償するための外挿法に対する知見を得た。これらの研究成果により、ファントム内の最高温度・温度分布推定の精度を高めることができ、温度上昇推定シミュレーションの実用性を高めた。さらに、平成2324年度に得られた結果を取りまとめ、国内学会並びに国際学会で研究発表した。1. 3次元高精密温度分布予測プログラムの改良を行った。推定温度の精度を高めるため、MPIを使った並列計算による3次元精密温度上昇計算プログラムを開発した。この際、高速な浮動小数点計算を得意とするグラフィック用CPUのGPUを用いることを考え、MPI並列計算とGPU使用による高速温度分布推定プログラムを開発した。この結果、臨床で用いられる2MHz程度の超音波による温度上昇分布を、実用時間内で3次元的に推定できるようになった。また、4MHzまでの超音波周波数では、1cmx1cmx1cm程度の微少範囲の温度推定が可能である。さらに、各種条件における寒天ファントム(90mmx90mmx90mm)を用いた超音波照射による温度上昇実験時の実測値と、シミュレーション結果を比較したところ、両者はよく一致した。2.血流を流した時のファントム内温度分布の計測と温度分布シミュレーションを行った。生体中の血液環流による冷却効果は、生体内温度上昇に大きな影響を与えることが知られている。そこで、実際の超音波診断・治療への応用を考え、血流を流した状態に相当するファントムを開発し、超音波照射時の温度上昇への制御効果を計測した。従来から使用している寒天ファントムに内径約8mmのビニールチューブを設置し、血液に模した純水を最大500ml/分の速さで流し、血液による超音波照射時の温度上昇への制御効果を計測した。さらに、実際の物理的・音響学的パラメーターを測定し、前述の3次元高精密温度分布予測プログラムにより、シミュレーションを行った。実測値は予測値とよく一致した。これらの結果について、平成26年度の学会で発表予定である。1.生体内の温度上昇を3次元で精密に予測するプログラムの開発超音波照射によって生ずる温度上昇を推定するために、FDTD法と熱拡散式を組み合わせたFDTD-HCE法を使用して、超音波照射エネルギーに起因する媒質内の温度上昇をシミュレーションする。従来からの経験によると、計算機推定値と実測値の差異の大きな原因として、「推定は2次元計算に対し、実測は3次元計測」が関係していると考えた。そこで、推定温度の精度を高めるため、MPIを使った並列計算による3次元精密温度上昇計算プログラムを、この一年間にわたり開発してきた。この研究に関し○MPIによるデータ転送方式を使用する計算機システムの構築を行った。すなわち、3次元計算では計算量が格段に増えるため、多数のPCを並列計算させて計算時間を短縮する必要がある。さらに、1台のPCで扱えるメモリー容量等の制限をなくすためにも並列計算方式のプログラム開発が必要である。

○グラフィック用のCPUであるGPU(浮動小数点計算が得意)を用いた高速プログラムの開発を行った。2.ファントム内の接触・非接触温度計測法の開発我々は、生体内温度を正確に計測する手段として、熱電対を非測定部位に挿入する方法を利用してきた。本研究においても、実測温度の基準値としてその値を採用するために、マイクロサーマルセンサーを用いた温度計測も行った。この際、付属するケーブル等の熱容量が計測誤差を生むので、0.3mm径の極細心線を用いるシステムを開発した。さらに、赤外線温度計測器を使用する「非接触生体内温度計測」のための計測法の開発研究を行った。すなわち2分割できる寒天ファントムを製作し、中心部(中央分割面)での温度上昇を、分割面を開放することで計測した。この計測法とマイクロサーマルセンサーによる計測値を比較検証することで、より正確な温度測定を行った。(A)生体内の温度上昇を3次元で精密に予測するプログラムの開発推定温度の精度を高めるため、グラフィック用のCPUを複数ユニット使った並列計算機による3次元精密温度上昇計算プログラムを、この一年間にわたり開発してきた。特に新しい計算用コアのGPU(浮動小数点計算が得意)を複数ユニット用いて並列計算する高速プログラムの開発を行った。この結果、1MHz程度の超音波による温度上昇に関しては、実用時間内で計算できるようになった。しかし、プログラム言語、あるいはメモリー量や時間制限のために、今のところ、これ以上の周波数では、実用的な時間内にシミュレーションが終了しない。そこで、プログラムの最適化等を行っている。(B)ファントム内の接触・非接触温度計測法の開発赤外線温度計測機を使用する「非接触生体内温度計測」のための計測法の開発揮発を行った。この際、計測時間や外気温の変動等が予想よりも大きく影響することが分かった、そこで、超音波照射時と計測時の移行時間の短縮や、計測環境における環境の安定化に対する改良を行っている。(A)生体内の温度上昇を3次元で精密に予測するプログラムの開発推定温度の精度を高めるため、MPIを使った並列計算による3次元精密温度上昇計算プログラムを、この一年間にわたり開発してきた。さらにグラフィック用のCPUであるGPU(浮動小数点計算が得意)を用いて並列計算する高速プログラムの開発を行った。(A)
天然変性タンパク質ｐ５３の一分子構造・構造揺らぎ解析法の開発

がん抑制蛋白質p53の基質認識機構を明らかにするため、p53がDNA上のターゲット配列を探索する運動の観測を行った。まず、p53を作製する実験系の最適化を行った。大腸菌を用いて、GSTと融合させたp53を発現させ、GSTカラムを利用しp53を精製した。この蛋白質は凝集しやすいことが知られており、活性のあるサンプルを得ることは難しいとされている。凝集しにくい変異体の作製、培養や精製の条件や方法の検討、複数のDNA結合や会合体解析を行い、4量体で活性のあるサンプルを得る方法を確立した。次に、p53は、DNAから離れることなくターゲット配列を滑るように探索できる。全反射蛍光顕微鏡を作製し、蛍光色素修飾したp53単分子のスライディング運動を直接観測した。その結果、p53はDNA上でスライディング運動の速さを変えながらターゲット配列を探索することが明らかとなった。これは、p53の構造変化に伴い、p53とDNAの結合様式が変わることで、スライディング時のDNAへの結合の強さが変化するためであると考えられる。上記の方法では、引き伸ばされた直線状DNA上でのp53の探索運動しか観測することはできない。一方、細胞内ではDNAは核内で“収縮"しているため、引き伸ばされたDNA上とは異なる探索運動が行われている可能性がある。そこで、フロー圧を制御し、収縮したDNA上の蛋白質の位置を追跡する方法を開発した。この方法を用いて、収縮したDNA上でp53の探索過程を観測したところ、スライディング運動の他に、DNAのある部位から別の部位へジャンプする現象が観測された。p53は生体内でDNA上に存在するヒストンや他のDNA結合蛋白質などの障害物をジャンプすることで回避していると考えられる。25年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、一分子レベルでがん抑制因子p53の多様な構造とそのダイナミクスを観測することにより、天然変性タンパク質の特性の理解とその基質認識機構の解明を目的とする。まず、p53の一分子構造解析を行った。原子間力顕微鏡を使用し、p53を金基板とマイカ基板に固定化し、約40個のp53の構造をナノメートルの分解能で決定した。p53の会合状態を調べるために、基板上にある粒子の体積と最大の高さを計測した結果、基板上のp53には、機能活性のある4量体の他に、多数の会合状態をとることが明らかとなった。4量体の構造に着目すると、マイカ基板上では観測された構造は変性領域が収縮した構造であったのに対して、金基板上ではDNA結合ドメインが区別できるほど変性領域が伸びた構造も観測された。この結果は、金基板上のp53の構造がより溶液中の構造に近いと考えられるため、天然変性タンパク質の構造解析には金基板を使用することが重要であることを示唆する。原子間力顕微鏡を使用し、p53のDNA結合ドメインを分離できる精度で構造を決定したのは本研究が初めてである。次に、p53のDNA走査機構を解明するために、自作の蛍光顕微鏡を用いて、p53のDNA走査機構を調べた。フローセル内にDNAを引き伸ばした状態で固定し、蛍光色素を修飾したp53のDNA上での動きを観測した。DNA上でのp53の位置を追跡した結果、複数の走査モードがあることが明らかとなった。特に、速い走査モードはp53の走査範囲を広げることで、効率的な走査を可能にしていると考えられる。

多少の計画の変更はあるが、p53の「一分子構造解析」と「一分子機能解析」を進め、新しい知見を得ることに成功しているため。平成24年度と同様に、p53の「一分子構造解析」と「一分子機能解析」を進める。特に、特異的なDNA配列と非特異的なDNA配列と相互作用しているp53の構造や機能解析を行う。具体的には、原子間力顕微鏡を用いて、DNA走査時のp53の構造解析を行う。さらに、蛍光顕微鏡を用いて、特異的な、または、非特異的なDNA上を走査するp53の動きを追跡し、p53の機能を明らかにする。2つの知見を組み合わせ、天然変性タンパク質の特性の理解を進め、その基質認識機構を提案する。25年度が最終年度であるため、記入しない。