hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
第二言語としての日本語の物語文における発達の普遍的・個別的特徴に関する研究

本研究は、第二言語(日本語)の創造的発話(物語文)に見られる言語発達の普遍的特徴、及び、個別的特徴を明らかにすることを目的とする。そのためには、第二言語の創造的発話産出に関わる心理言語的要因を分析し、中間言語がどのような心的メカニズムにより産出(アウトプット)されるかを解明する必要がある。中心課題は、創造的発話産出に関わる心理言語的要因として、1母語の関与(正の転移/負の転移)、2目標言語の関与(文法規則の過剰般化/過剰規則化等)、3言語産出のストラテジー(簡略化/回避等)、4個人特性に関わる要因、5複合要因(化石化/産出の安定度/言語変異/誤用)の解明である。そして、学習者が言語産出により、どのように中間言語の6仮説の形成、検証、認証、修正、棄却を行い、第二言語能力を発達させていくかを検証する。今年度は、第二言語産出のメカニズムを研究するために、日本人学生(日本語を母語とする者)から、日本語の物語文と英語の物語文の言語資料(書いたもの)を収集した。物語文の収集の方法は、これまでの研究で用いた文字のない絵本を用いて、まず日本語で物語文を書いてもらい、次にその内容を英文で表現する作業を行った。その後、日本語で表現した物語を英文(英語)で表現する際に難しいと感じた点等についてレポートを書いてもらった。このレポートを分析することにより、第二言語の産出の過程において、母語の影響や目標言語の影響、日本語と英語の表現やレトリック等の違いを話者がどのように捉えているかを知る手がかりが得られると考えている。現段階では、学生が実際に書いた日本語の物語文と英文の物語文のデータベース化、レポートの分析を進めている。今年度収集したデータの分析が完了しなかったため。今後は、これまで作成した子どもと大人の第一言語、第二言語資料の分析を進めると同時に、今年度新たに収集した言語資料の分析を進める。また、結果を論文にまとめ、学会発表や出版をする予定である。今年度予定していた海外での国際学会での発表を次年度以降にしたため、海外出張の旅費等の経費に差額が生じた。次年度は、国際学会での発表を計画しているので、この予算をそちらに充当する予定である。
トーラス型非中性プラズマトラップの平衡と閉じ込め特性に関する実験的研究

昨年度までに引き続き,内部導体型・トロイダル磁気面配位系であるProto-RT (Prototype-Ring Trap)装置において,内部自己電場を持つプラズマの実験研究を行った.トロイダル純電子プラズマを使用した実験においては,閉じ込め時間のより定量的な計測を目的として,鏡像電荷の積分によるプラズマ電荷計測系を導入し,トーラス系における電子プラズマの閉じ込め時間の背景圧力や磁場強度に対する詳細なスケーリングの測定を行った.これにより,トロイダル磁気面配位が非中性プラズマに対して良好な閉じ込め性能を示し,閉じ込め時間は中性粒子との衝突による古典拡散に到達する事が明らかになった.また,静電揺動の多点計測により,波動伝播方向等の諸特性の計測を行った.Dipole磁場に対してトロイダル磁場を追加する事により,電場磁場双方に対して垂直方向に伝播する等のdiocotron modeの特性が確認された.13.56MHz RFによる水素プラズマを用いた実験では,誘導結合型アンテナによるプラズマ生成を行う事により,従来の容量結合型アンテナの使用時と比較して,装置内部のより広い範囲に3kV/m程度の径方向電場を生成した.対応するE×Bドリフト速度は10^5m/s程度であり,イオン音速を超えるトロイダルプラズマ流が形成されたものと考えられる.また,電極によるバイアスと合わせてプラズマ中への電子入射の効果に関しても空間電位等の計測実験を行った.これらの研究を通して,トロイダル磁気面配位における内部電場構造を持つプラズマの特性に関して基礎的な理解が得られたものと考えられる.なお,プラズマの平衡に対する流れの動圧の効果を実験的に明らかにする事を目標として,プラズマ密度の向上とAlfven速度の低下を実現する為の磁場強度上昇試験を開始しており,現在までに磁場コイルの通電試験と2.45GHz RFの発振試験を完了した.本年度は,トーラス型内部導体型装置Proto-RTにおいてトロイダル純電子プラズマの基礎特性の計測を行い,また,外部電場を使用したトーラス電子プラズマの制御を行い,電位分布構造や閉じ込め時間といった特性の改善が得られた.補助金は,主として実験用の器材や書籍等の購入代金,また学会における成果発表のための旅費として使用した.計測装置として,複数のemissive Langmuirプローブを製作して多段アレイ化し,またプラズマに非接触で静電揺動の測定が可能なwallプローブを製作して使用した.計測結果により,電子プラズマがトーラス非中性プラズマに特徴的な装置内部にシフトする電位分布構造を取り,本来の電子軌道から拡散して,内部導体を取り巻く閉じ込め領域内に広く分布している事が明らかになった.こうしたプラズマの中空状の電位分布を解消し,E×Bドリフトによる対向するシヤー流を抑制するよう磁場配位と制御電極電位の最適化を行った結果,トーラス電子プラズマの長時間閉じ込めが可能になった.Wall probeを用いた静電揺動の計測によれば,電位制御時にKelvin-Helmholtz (diocotron)不安定性に対応する周波数帯の揺動振幅が,十分の一程度まで抑制され,また0.3秒程度の閉じ込め時間が得られた.この閉じ込め時間は,電子-中性粒子の衝突輸送による拡散時間に達しており,磁気面及び電位分布制御を使用したトーラス配位が安定な平衡配位を形成している事を示している.本年度の実験研究を通して,プラズマの平衡の理解や反物質を含む多様な荷電粒子の閉じ込めを目指す上で必要な,磁気面を持つトーラス型磁場配位中での非中性(純電子)プラズマについて基本的な特性・制御方法が明らかになったと考えられる.流れを持つプラズマの平衡状態の検証を目指す上での基礎的な実験研究を,昨年度に引き続き純電子プラズマを用いて,また今年度より新たに13.56MHz RFにより生成された中性プラズマを使用して行った.トーラス型内部導体装置Proto-RTにおいては,生成された電子プラズマの等電位面が磁気面と一致するよう電位構造の最適化を行う事により,トロイダル電子プラズマの良好な閉じ込め性能(プラズマの寿命は,電子と中性粒子との衝突により決定される)が実現されている.本年度は,非中性プラズマに特徴的なdiocotron不安定性を対象として,トロイダル磁気面配位における電子プラズマの静電揺動の計測を行った.鏡像電荷の計測を行う事により,閉じ込め粒子数等のプラズマパラメータに関して定量的なデータを得ると共に,dipole磁場に対してトロイダル磁場を印加した際,磁気シヤーの効果で電子入射中のプラズマの揺動が抑制され,安定な閉じ込めが得られる様子を実験的に確認した.水素プラズマを用いた実験では,内部導体上に配置したリング状の電極に負電位を印加する事により,内部の広い領域に電場と流れ場を持つプラズマを生成した.静電プローブにより計測されたプラズマ空間電位のポロイダル断面における二次元分布と磁気面配位との比較によれば,プラズマ中の径方向電場の大きさは3kV/m程度得られたトロイダル流速はイオン音速度程度である.現在の13.56MHz RF実験では,電源容量等の技術的な制約からプラズマは低密度(10^<15>m^<-3>程度)に留まっており,流れがプラズマの平衡状態に与える影響の評価には至って居ないが,本実験を通して,内部導体系におけるプラズマの外部電場に対する応答についての基本的な理解が得られたと考えられる.今年度中において得られたRFパワーや水素ガス圧力に関するスケーリングを基にして,現在中性プラズマ中への外部からの電子入射による非中性化実験を開始している.昨年度までに引き続き,内部導体型・トロイダル磁気面配位系であるProto-RT (Prototype-Ring Trap)装置において,内部自己電場を持つプラズマの実験研究を行った.

トロイダル純電子プラズマを使用した実験においては,閉じ込め時間のより定量的な計測を目的として,鏡像電荷の積分によるプラズマ電荷計測系を導入し,トーラス系における電子プラズマの閉じ込め時間の背景圧力や磁場強度に対する詳細なスケーリングの測定を行った.これにより,トロイダル磁気面配位が非中性プラズマに対して良好な閉じ込め性能を示し,閉じ込め時間は中性粒子との衝突による古典拡散に到達する事が明らかになった.また,静電揺動の多点計測により,波動伝播方向等の諸特性の計測を行った.Dipole磁場に対してトロイダル磁場を追加する事により,電場磁場双方に対して垂直方向に伝播する等のdiocotron modeの特性が確認された.13.56MHz RFによる水素プラズマを用いた実験では,誘導結合型アンテナによるプラズマ生成を行う事により,従来の容量結合型アンテナの使用時と比較して,装置内部のより広い範囲に3kV/m程度の径方向電場を生成した.対応するE×Bドリフト速度は10^5m/s程度であり,イオン音速を超えるトロイダルプラズマ流が形成されたものと考えられる.また,電極によるバイアスと合わせてプラズマ中への電子入射の効果に関しても空間電位等の計測実験を行った.これらの研究を通して,トロイダル磁気面配位における内部電場構造を持つプラズマの特性に関して基礎的な理解が得られたものと考えられる.なお,プラズマの平衡に対する流れの動圧の効果を実験的に明らかにする事を目標として,プラズマ密度の向上とAlfven速度の低下を実現する為の磁場強度上昇試験を開始しており,現在までに磁場コイルの通電試験と2.45GHz RFの発振試験を完了した.
LECラットにおける肝炎・肝ガン発症機構の生物無機化学的解明

遺伝的に肝炎・肝ガンを自然発症するLECラットの肝臓に異常誘導合成される銅-メタロチオネイン(Cu-MT)について研究し、次の成果を得た。1)Cu-MTの分子構造を明らかにすることを目的として、Cu-MTの精製を試みたが、単量体と多量体が存在し完全精製は現在もなお進行中である。しかし、部分精製した試料についてアミノ酸分析を行ない、N末端から16個目のアミノ酸配列を決定することができた。現在、アフィニティクロマトグラフ法を用いて検討している。2)部分精製したCu-MTと、肝細胞中に存在する活性酸素種の一つである過酸化水素(H_2O_2)との反応を、電子スピン共鳴法(ESR)およびゲルクロマトグラフ法で検討し、ヒドロキシルラジカル(・OH)が産生されていること、およびタンパク質は低分子化していることを見出した。反応は次のように推定した。MT+・OH→低分子量タンパク質産生された・OHが肝炎・肝ガン発症の原因の一つになるのではないかと推定した。3)LECラットの肝炎発症の抑制・防止は、キレート剤あるいは金属置換などの方法が考えられる。本研究では後者の方法をとり、LECラットに亜鉛錯体を食餌と共に6ヶ月間与えた。現在データを解析している。4)ヒト肝細胞ガンおよびその周縁部において、銅をはじめとする微量金属およびCu-MTについて検討し、Cu-MTが肝ガン進行の過程で誘導合成されていることを見出した。LEC(Long-Evans Cinnanon)ラットは、遺伝的に黄疸-急性肝炎-慢性肝炎-肝硬変を経て肝癌を自然発症するため、ヒト肝疾患のモデル動物として注目されている。LECラットによる肝疾患発症の機構を明らかにすることを目的として研究を開始した。これまでに、肝臓における銅の異常蓄積にもとずいて銅-メタロチオネイン(CU-MT)が、健常ラットに比べて約50以上も誘導されていることを見いだした。そこで、本研究において、(1)誘導されたCu-MTを大量に単離精製し、アミノ酸の一次配列構造を明らかにする、(2)Cu-MTの物理化学的性質を詳細に検討する、そして(3)Cu-MTが体内の活性酸素、とくに過酸化水素(H_2O_2と反応して、肝炎や肝癌発症の引き金となるフリージカルを産生するかどうか、の以上3項目について検討することとした。(1)については、Cu-MTの精製は、他のメタロチオネインと異なり極めて困難であることが分かった。かなり精製したタンパクを用いてアミノ酸配列を検討したところ、N末端から17番目までのアミノ酸配列を決定することができた。しかし、これまで用いてきた精製法には限界があるため、来年度は抗体を用いたアフィニティークロマトグラム法を取り入れて精製法を検討する予定である。(2)については、来年度精製したCu-MTを用いて検討する。(3)に関しては、(1)で精製したCu-MTと細胞内に存在するH_2O_2とを反応させ、ESR(電子スピン共鳴)-スピントラップ法により検討したところ、径時的にヒドロキシルラジカル(・OH)が銅濃度に依存して産生されていることを明らかにした。健常ラットから得たCu-MTとH_2O_2との反応では、・OHの産生は極めて低いものであった。この結果を基礎にして、in vivo系において活性酸素・フリーラジカルの検出を試みている。遺伝的に肝炎・肝ガンを自然発症するLECラットの肝臓に異常誘導される銅-メタロチオネインについて、平成7年度は次の諸点について研究をした。1.LECラット肝銅-メタロチオネインの分子構造を明らかにすることを目的として、銅-メタロチオネインの精製を試みた。この銅-メタロチオネインは、多量体が存在するためか、あるいは精製過程で単量体が多量体へ変化するためか電気泳動的には単量体の存在割合は少ないことが明らかとなった。

このため精製はきわめて困難と考えられたので、抗体を用いるアフィニティークロマトグラフ法及び、還元剤共存下でタンパク質の精製を進めることにし、現在進行中である。2.部分精製した銅-メタロチオネインと、肝細胞中に存在する活性酸素種の一つである過酸化水素との反応を、電子スピン共鳴法及び、ゲルクロマトグラフ法で検討したところ、ヒドロキシラジカル(-OH)が産生されていること及び、タンパク質は低分子化していることを見出した。この-OH産生が肝炎・肝ガン発症の原因の一つではないかと推定した。さらに、LECラット肝細胞の銅-メタロチオネインは細胞核中にも存在するため、銅-メタロチオネインと過酸化水素を含む系とDNAとの相互作用を検討したところ、DNAが切断されることを見出した。3.LECラットの肝炎発症の抑制は、キレート剤の投与あるいは金属置換などの方法が考えられるが、本研究では後者の方法を用いることにした。LECラットに亜鉛錯体を食餌と共に6ケ月間与え実験を行い、現在データを解析している。平成67年の研究により、LECラットの肝炎・肝ガン発症には、食餌中の銅が基本的な要因であることを明らかにすることが出来た。
干ばつのD-D, D-A特性に関する水文気象学的研究

干ばつや渇水をはじめ各種用水の合理的運用には、降水量の長期予測が必要であるが、現在、予測のための物理モデルはもとより、確率モデルも十分確立されていない。本研究では、少雨の出現の仕方を統計的に考慮し、過去の降水系列から少雨出現の特徴を見いだし、少雨の確率的予測法を検討した。わが国の降水量の変動特性を知るため、各地における降水量の度数分布を解析し、地域による違いを検討した。この結果、干ばつや渇水が発生しやすい地域は分散が大きく、少雨側に最頻値を持つbimodeの分布型を示し、一般に用いられている平均値は信頼性に欠けることを指摘した。次に、過去における干ばつ発生時の少雨の程度や少雨期間に関する共通した特徴を見出すため、任意の月から任意期間の降水量を統計量とし、この期間降水量の出現特性を検討した。この結果、少雨の程度と期間の長さとの間には、定量的関係があり、少雨の非超過確率は、期間に対して、指数的に減少するというDepth-Duration関係が成り立つことを明らかにした。この統計的特徴を用いて少雨の確率予測モデルを作成し、異常渇水例によって十分予測できることを検証した。一方、少雨量とそれが及ぶ面積との関係を求めるため、全国の降水資料を使い少雨の空間的広がりを検討した。この結果、少雨量は面積に対して指数関数で示されるDepyh-Area関係があることを示すとともに、この指数パラメタが少雨になり易さの気象指数となることを示した。我が国の主要気象管所約65点について過去数10年間(最低30年間)の連続月降水量データを収集し、整理が終った地点については逐次解析(生起確率・度数分布表)等の処理を進めている。一方、国内データと同様、海外の主要観測点(約90点)についても資料を収集,統計処理等を進めている。干ばつ及び渇水の発現は、特定の月についてのみならず、一定の期間の降水量が少なく、過去数ヵ月(46ヵ月)間といった長期間にわたる降水量が平均値の5070%で推移していることに着眼すべきことが判った。他方、このような少雨が1年以上にわたって発現する地域は、海外における砂漠化に向かう可能性が指摘できる。現在、存在している砂漠周辺地域周辺に特にその傾向が強いことが明らかになりつゝある。干ばつ・渇水に関する降水量(水文気象学)に着目した発現のメカニズムや水管理・運用上の問題点が指摘できた。本研究では、少雨の出現の仕方を統計的に考察し、過去の降水系列から少雨出現の特徴を見いだし、少雨の確率的予測法を検討した。この結果、少雨量は面積に対して指数関数で示されるDepyh-Area関係があることを示すとともに、この指数パラメタが少雨になり易さの気候指数となることを示した。
剛性偏心した木造戸建住宅の制振部材による揺れ振動制御および地震応答評価法

木造住宅は建築計画的な理由により偏った壁配置になることが避けられず、地震時に捩れ振動が生じることが多い。そのような建物に対しパッシブ制振技術を適用する場合、建物全体としてダンパーや耐震要素の適確な配置により剛性と粘性のバランスを保つことが肝要である。また、木質架構の非線形性、各構面で剛性と粘性のバランスが異なる非比例型減衰、地震力の適度な配分を妨げる非剛床の三つの課題を対象とした。一つ目の非線形性、および二つ目の非比例型減衰に対しては、定常理論に基づく新しい理論を構築することで対処した。これは、並進と捩れをともなう非比例減衰の2自由度系を、定常理論により1自由度系に縮約する手法に基づき、振動解析においてRitz法と呼ばれる古典的な手法を応用したものである。また、多質点系の並進応答に対する既往の等価線形化手法を、縮約1自由度系に適用することで、木質構造のような強い非線形構造かつ非比例型減衰構造の地震最大応答を、応答スペクトルにより予測する手法を提案した。三つ目の非剛床に対しては、昨年度に提案した1×1スパンの非剛床構造の数理モデルを、2×2スパンに拡張することで対処した。既往の研究では水平構面(床)全体が平行四辺形にせん断変形すると仮定し、そのせん断剛性をパラメータとして解析を行うことが多い。しかし、提案した数理モデルによれば、せん断剛性だけでなく曲げ剛性も重要であることが明らかとなり、その影響をケーススタディにより示した。また、木造住宅の水平構面を設計する際に、どの程度のせん断剛性が必要か、すなわち剛床仮定の適用限界を決定する判別式を提案した。さらに、一般的な規模の木造住宅は2から4スパン程度の耐力壁線があるが、ここで提案した数理モデルが近似的に3スパン以上のモデルに対しても適用できることが示唆され、本理論を広範な木造住宅に対して適用できることを示した。以上の成果により、制振壁により木造住宅を制振設計する際に必要な解析法・設計法を提示することができた。昨年度に行った木質制振架構の捩れ応答実験の結果を精査し、3種の学会発表で具体的な制振建物の設計法の提案を行った。まず、木質架構のような非線形構造物の大変形域におけるモード形状や最大応答を簡易に予測するために、等価な線形構造への置換法を提案した。この手法により、代表者らが既に提案した線形理論に基づく最大振れ応答予測法への展開の可能性が示唆され、制振ダンパーによる捩れ応答設計法の発展の足掛かりとした。また、制振ダンパーによって付加される剛性と粘性という異なる要素の、応答制御における効果をそれぞれ明らかにした。すなわち、剛性が小さく、変形が大きくなる構面の局所的な応答を抑えるためには剛性の付加が最も効果的であり、建物の全体応答を抑えるためには、系の1次モード形に対して歪エネルギーの寄与が大きい構面に粘性を付加することが効果的であることを実験結果より示した。上記の設計思想は、多層構造物の制振設計法に一部取り入れられていたが、剛性偏心した構造物の捩れ応答に拡張したことは、他には見られない研究である。また、現存する木造戸建住宅の捩れ応答制御を実現するために必要な制振壁の開発・性能検証の実験を行った。日本の家屋は、とりわけ南面に開口部を多く確保する必要がある。このような建築的要求を持たすために方杖型の制振壁を設計した。速度依存型のダンパーを用いる場合には、個別の動的載荷実験により性能を検証するほかに設計手法が存在しなかったが、本研究では、比較的容易な静的裁荷実験をダンパー無しの架構に対して行うだけで、制振壁の動的な履歴特性を評価する既提案手法の精度を改善し、その適用性を飛躍的に向上させた。さらに、静的裁荷実験すら行わず、架構部材や接合金物の特性のみを参照するだけで、平易な評価式により履歴特性を評価する手法を新たに確立した。本研究は、現在査読付き論文集への投稿準備中である。一般的に建築構造物の設計では剛床仮定、すなわち面内せん断力に対して変形が生じない剛な水平構面であることを前提としている。我が国に限らず、世界各国の耐震設計法は、この剛床仮定なくして成立しないといっても過言ではない。今年度の研究成果はこの難解かつ重要なテーマに対し、明快な解を与えるものである。剛強なコンクリートスラブを有する鉄骨構造・鉄筋コンクリート構造とは異なり、木質構造の水平構面(屋根面や床面を指す)は、鉛直構面(壁を指す)と同程度の剛性・耐力であるため、とりわけ剛床仮定が成立しがたいと言われてきた。ゆえに、木造軸組構法住宅の設計では、水平構面の許容耐力が必要耐力を上回ることを要求し、鉛直構面よりも先行して破壊が生じないように配慮がなされている。しかし、水平構面の重要性はそれだけではなく、水平構面の面内変形を極力抑えることで、建物の全ての水平抵抗要素が一体になって水平力に抵抗できる状態を作り出すことにもある。このことは、地震時に建物が水平面内で複雑な挙動を示す捩れ振動の防止という観点からも必要不可欠であるが、捩れ振動と水平構面の面内剛性との関係は、現在に至るまで理論的に説明がなされてなく、試行錯誤的な数値計算による定性的な説明しかなされていない。

そこで本研究では、水平構面が平行四辺形にせん断変形しながら捩れ振動する1層の構造モデルを考慮し、その自由度を縮約して運動方程式を導出した。また、その過程で発生したパラメータと、固有値解析から得られる動的特性との関係を詳細に分析し、剛床仮定が概ね成立するための判別式を提案した。これにより、剛床仮定の適用範囲が明らかとなり、さらには剛床仮定が成立しない構造物の耐震性評価まで可能となった。また、本研究課題のようにパッシブ制振部材によって地震応答を制御する場合、ダンパーに変形を集中させることが肝要であるため、上述の成果は極めて有効である。木造住宅は建築計画的な理由により偏った壁配置になることが避けられず、地震時に捩れ振動が生じることが多い。そのような建物に対しパッシブ制振技術を適用する場合、建物全体としてダンパーや耐震要素の適確な配置により剛性と粘性のバランスを保つことが肝要である。また、木質架構の非線形性、各構面で剛性と粘性のバランスが異なる非比例型減衰、地震力の適度な配分を妨げる非剛床の三つの課題を対象とした。一つ目の非線形性、および二つ目の非比例型減衰に対しては、定常理論に基づく新しい理論を構築することで対処した。これは、並進と捩れをともなう非比例減衰の2自由度系を、定常理論により1自由度系に縮約する手法に基づき、振動解析においてRitz法と呼ばれる古典的な手法を応用したものである。また、多質点系の並進応答に対する既往の等価線形化手法を、縮約1自由度系に適用することで、木質構造のような強い非線形構造かつ非比例型減衰構造の地震最大応答を、応答スペクトルにより予測する手法を提案した。三つ目の非剛床に対しては、昨年度に提案した1×1スパンの非剛床構造の数理モデルを、2×2スパンに拡張することで対処した。既往の研究では水平構面(床)全体が平行四辺形にせん断変形すると仮定し、そのせん断剛性をパラメータとして解析を行うことが多い。しかし、提案した数理モデルによれば、せん断剛性だけでなく曲げ剛性も重要であることが明らかとなり、その影響をケーススタディにより示した。また、木造住宅の水平構面を設計する際に、どの程度のせん断剛性が必要か、すなわち剛床仮定の適用限界を決定する判別式を提案した。さらに、一般的な規模の木造住宅は2から4スパン程度の耐力壁線があるが、ここで提案した数理モデルが近似的に3スパン以上のモデルに対しても適用できることが示唆され、本理論を広範な木造住宅に対して適用できることを示した。以上の成果により、制振壁により木造住宅を制振設計する際に必要な解析法・設計法を提示することができた。
ベッド-車椅子移乗介助動作認識と動作学習支援システムへの応用

ベッドー車椅子間の移動介助は腰への負荷がかかりやすい.そこで腰痛の原因となる動作の回避を促す自己学習支援システムの構築を目指す.あらかじめ熟達者の介助動作を収集しておき,ユーザにベッドー車椅子間の移乗介助動作を実際に行ってもらい,モーションキャプチャを行う.さらにキャプチャしたデータから動作時の関節の各角度を特徴量として抽出し,ベッド-車椅子移乗介助動作を学習しようとするユーザの動作の時系列変化を熟達者のデータと比較する.そして熟達者とユーザの実際の動作を撮影した映像を同期して同時表示させ,熟達者との差異を具体的に提示することにより,自分の動作の修正を容易にするようなシステムの構築を目指す.1Kinectからの深度情報とRGB情報による対象となる人物領域の抽出介助者が被介助者から離れた状態での介助者本人の単独での人物領域はKinectの元からある機能を用いて実現できる。この結果を随時追跡することで、介助者が被介助者に接触した後も介助者の服装の色ヒストグラムに基づいた領域分割を行うことにより、介助動作のほぼ全過程で介助者単独の人物領域抽出が可能となった。ただ、カメラから見て介助者が被介助者に隠れてしまう場合、人物領域が複数に分割するため、全過程の数パーセントの範囲で介助者だけの領域を完全には取り出せていない。今後、他の手法を組み合わせることで解決する予定であるが、数パーセントの範囲なので、以降の手順に対して影響は非常に少ない。2学習者の骨格線情報および関節位置の取得領域からの骨格線の抽出に有効であるKasvand法および他の数種類の手法を試みたが、結果的にはKasvand法が最も適した骨格線を抽出した。この結果を用いて骨格線の時系列の追跡を行い、骨格線上に規定した介助者の関節位置(腰、ひざ、足首)の時系列変化を抽出した。3関節位置の時間的変化に基づく移乗介助動作の4ステップへの分割(1)ベッド上の被介助者をベッドの中央から端に寄せる(2)被介助者の上半身を起こし端座位にする(3)被介助者を車椅子へ移乗(4)車椅子上で被介助者の姿勢を整える、の4ステップへ分割する手法について検討し、2で得られる被介助者の関節位置の時系列的変化だけでは、熟達者と初心者では動きがかなり異なることから一般化しにくいため困難であった。そこで、上記4ステップの分割点における熟達者と初心者の映像の類似性を深度情報の分布の類似性として定義することにより、前後10数フレーム以内の精度での分割手法を確立した。1Kinectからの深度情報とRGB情報による対象となる人物領域の抽出および2学習者の骨格線情報および関節位置の取得平成25年度で実現した手法では、介護者と被介護者の領域を完全には分割できていなかったため、取得した介護者の骨格線情報の精度があまり高くなく、そのためその時系列変化にかなり雑音が乗ってしまっていた。そこで、平成26年度はKinectを複数台異なる位置に設置して、異なる方向から介護者と被介護者を撮影し、複数の深度情報を合成することにより、その精度の向上を実現した。3関節位置の時間的変化に基づく移乗介助動作の4ステップへの分割上記12の精度向上に伴い、(1)ベッド上の臥床者(被介助者)をベッドの中央から端に寄せる、(2)介助者の上半身を起こし、端座位にする、(3)車椅子へ移乗する、(4)車椅子上で姿勢を整える、の4ステップへの分割についても精度が向上した。4移乗介助動作の熟達者と学習者の映像の同時表示(各ステップごと)上記3の精度向上に伴い、4についても3の結果および画像特徴の比較結果をさらに考慮することにより、実験データ(熟達者および初心者による模擬実験でのデータ)については実用上問題ない程度の同時表示が行える精度を実現した。1Kinectからの深度情報とRGB情報による対象となる人物領域の抽出,および2学習者の骨格線情報および関節位置の取得平成26年度で複数のKinectによる精度向上を実現したが,平成27年度ではソフトウェアの改良により,若干ではあるが精度をさらに向上させた.3関節位置の時間的変化に基づく移乗介助動作の4ステップへの分割12で得られる人物の3次元情報を基に,人物の姿勢を3次元周波数領域で記述することにより,その特徴量を基にして,熟達者と学習者の姿勢がどの程度似ているかを記述し,その類似度合いの時系列的変化を観察することにより,(1)ベッド上の臥床者(被介助者)をベッドの中央から端へ寄せる(2)被介助者の上半身を起こし,端座位にする(3)車椅子へ移乗する(4)車椅子上での姿勢を整える,の4ステップへの分割精度を一段と向上させた.4移乗介助動作の,熟達者と学習者の映像の同時表示3で分割した各ステップごとに,3で得られた周波数特徴量を用いて,熟達者と学習者の動作の類似度を精度良く取得することができるようになり,その結果同じ動作をしている状況を同期して同時表示可能となった.これは各ステップ内の非常に細かな動作の時間的変化に追随可能であり,実験により同時表示された映像の同期度合いの精度を昨年度に比較して一段と向上させること示した.既提出および既に承認済の1年間の補助事業

期間延長の申請書にも記した通り,熟達者と学習者の介助動作を撮影した映像の同期調整アルゴリズムの開発に予想以上の時間がかかったため,本システムを用いた実地実験を行うことが平成27年度内に行うことができなかったため,システムの実際的な評価が完了していないため.12人物領域の抽出および骨格線情報や関節位置の取得は前年度より若干の精度向上を達成した.その結果,以降の処理の精度向上に効果があった.3人物の姿勢を3次元周波数領域で記述することにより,その特徴量を基にして,熟達者と学習者の姿勢を周波数空間内で距離を求めることにより,類似度を設定し,(1)ベッド上の被介助者をベッドの中央から端へ寄せる(2)被介助者の上半身を起こし,端座位にする(3)車椅子へ移乗する(4)車椅子上での姿勢を整える,の4つのステップへの分割処理において,(上記12の精度向上に伴い)若干の精度が向上し,実用上はほぼ問題ない程度の精度を達成した.4システム的に3の精度がほぼ問題ない程度まで向上したため,熟達者の映像(手作業で4つのパートに分割済み)とほぼ並行して学習者の動作を4ステップごとに同時に表示することを実現した.その結果,学習者が自分の動作と熟達者の動作を映像上で比較することが容易になり,最終的に目的としていた自己学習システムの実現へ前進した.5各ステップにおける学習者の姿勢の問題点を3の特徴量を基にテキスト化して,4の映像表示中にテキストを表示することにより,学習者が自分の姿勢の問題点をより明確に認識できるシステムの構築はほぼ目標に到達したが,システム化するまでには至っていない.ベッドー車椅子間の移動介助は腰への負荷がかかりやすい.そこで腰痛の原因となる動作の回避を促す自己学習支援システムの構築を目指す.あらかじめ熟達者の介助動作を収集しておき,ユーザにベッドー車椅子間の移乗介助動作を実際に行ってもらい,モーションキャプチャを行う.さらにキャプチャしたデータから動作時の関節の各角度を特徴量として抽出し,ベッド-車椅子移乗介助動作を学習しようとするユーザの動作の時系列変化を熟達者のデータと比較する.そして熟達者とユーザの実際の動作を撮影した映像を同期して同時表示させ,熟達者との差異を具体的に提示することにより,自分の動作の修正を容易にするようなシステムの構築を目指す.交付申請書および平成25年度実施状況報告書で示した研究実施計画1から3の精度向上および4の手法確立については上記のとおりほぼ目的が達成されているが、計画5についてはまだほとんど着手できておらず、全体としてやや遅れている。平成28年度内に最終目標である5学習者の動作のテキスト記述,および6システムの実地実験を完了するために,さらに1から4の精度を向上させたうえで,システム全体のシームレスな動作環境を構築する必要がある.そのため,最新版のKinectのソフトウェア開発をさらに推し進め,実地実験では誰でもが簡単に操作可能な完成度のシステムを構築していく.動画像処理最終年度である平成27年度で最終目標まで達成するためには、1から4のさらなる精度向上とともに、5の「学習者の動作のテキスト記述」への挑戦が不可欠である。5の実現のためには、2の関節位置の時系列変化だけでは正確な推定が困難であるため、さらにより多くの特徴を深度情報および映像情報から取得する必要がある。実験に用いるKinect自体を最新型に置き換え抽出できる情報の精度を高めるため、実験環境を更新し、さらに多くの実験データを収集して、アルゴリズムの開発へ取り組んでいく。また6「システムの実地実験」を実現するために、誰でも簡単に動作可能なシステム実装が必要であり、その準備を行っていく。交付申請書で示した平成25年度の研究実施計画
ガンマナイフにより悪性脳腫瘍治療の実験モデルに関する研究

Wister系統ラット(SPE)照射時7週齢、雄を(照射時体重178グラム)の前頭葉の皮質下4mmの深さに直径0.5mmの金属球を埋め込み、これをアイソセンタとして治療計画を行い100Gyを照射し、1週間後に屠殺に供して、脳組織切片を作成して光学顕微鏡で病理変化を観察した。H-E染色では照射野辺縁部で空砲変性が認められ、クリューバー・バレラ染色では髄鞘の淡明化が明らかであり、脱髄が生じていることが示唆された。こうした脳組織の病理変化は計画された高線量域に極めてよく一致しており、ガンマナイフ照射の精度が実証された。この結果からステレオタクティックにC6グリオーマ細胞を移植して20Gyを照射し、2ヵ月後に同様の病理学的変化を観察した。移植にあたっては針を皮質下に留置してマ-キングを行い、それを位置的参照点とした。今回の実験では移植成功例数が限られていたので、全脳照射との併用は行わず、ガンマナイフ単独でグリオーマ組織の病理学的変化を観察した。照射野中心部では凝固壊死が認められ、血管壁は肥厚し、リンパ球やマクロファージの浸潤も認められた。凝固壊死の周辺部では反応性アストロサイトーシスおよび残存した腫瘍細胞が認められた。また、正常脳と同様に脱髄を示す所見が得られたほか、空砲変性も認められた。これらの結果から、以下の結論を導き得た。1)ガンマナイフの精度は機械的には0.3mmと極めて優れるとされてきたが、この点が病理学的変化と治療計画上の線量分布との一致によって直接確認された。2)グリオーマの治療においてはガンマナイフは腫瘍の中心部には著しい効果を示すが、周辺には腫瘍細胞の残存が見られるため、単独での治療では限界がある。通常の分割照射との補完的併用が必要である。
走査型プローブ顕微鏡による心筋細胞レベルの粘弾性測定法の開発

実験動物から心筋細胞を採取して心筋細胞の粘弾性を測定する方法を開発した。ペントバルビタール麻酔ラット摘出心の冠動脈を大動脈から逆行性にコラゲナーゼを含む潅流液で潅流して心筋細胞を分離採集した。採取した心筋細胞をラミニン処理ディッシュ内に入れ、37°C、5%CO_2のCO_2インキュベータで4時間培養することで心筋細胞を付着固定することができた。走査型プローブ顕微鏡を改造し、外部制御により圧電素子を用いて精度よく探針を自在に上下できる回路を自作した。また制御信号を出力し圧電素子の動きと板ばねの曲がりを高速にデータ取得できるシステムを開発した。正弦波状の微小振動を加えることにより、板ばねも同相に振動し、潅流液の粘性の影響はほぼ無視可能であった。しかし電気刺激により細胞を収縮させて心周期内での細胞弾性の変化を測定したが有意の変化が観測できなかった。一方で浸透圧付加により細胞弾性は増加することから、現在の探針では、心筋細胞のごく小さな局所の特性を測定している可能性がある。細胞弾性変化の測定のためには探針形状の大幅な変更が必要であることが明らかとなった。また心筋が無負荷に近い状態でディッシュに付着していることも収縮による弾性の増加を測定困難にしている可能性がある。生検材料からの細胞分離の試みでは、表面からのコラゲナーゼの拡散のみでは十分な細胞数が得られない一方、プロテアーゼの添加で細胞は得られるものの電気刺激なしに収縮してすぐに死滅するもののみであった。超音波振動によるコラゲナーゼの浸潤も試みたが、細胞数が得られなかった。本年度は実験動物から心筋細胞を採取して心筋細胞の粘弾性を測定する方法を開発した。しかしながら、電気刺激により細胞を収縮させても板ばね変位の振幅が有意には変化せず収縮による弾性(エラスタンス)の増加が捉えられなかった。強心剤の投与でも大きな変化はなかった。原因のひとつとして機械特性を測定しているのが心筋細胞のあまりにも局所に限定している可能性がある。そのため、今後は細胞のもっと広い範囲を押し込む方法を考案する。生検材料に対するコラゲナーゼ潅流法に代わる新しい細胞分離法の開発に着手した。表面からのコラゲナーゼの拡散のみでは十分な細胞数が得られなかった。また種々のプロテアーゼの添加も試みたがいまだ十分な細胞数が得られていない。前年度に続き、実験動物から心筋細胞を採取して心筋細胞の粘弾性を測定する方法の開発を継続した。ラット心筋を逆行性にコラゲナーゼ含有潅流液で潅流して心筋細胞を分離採集した。

採取した心筋細胞をラミニン処理ディッシュに付着固定し、外部制御により圧電素子を用いて精度よく探針を自在に上下できる回路を付加して改造した走査型プローブ顕微鏡を用い、心筋細胞に正弦波状の微小振動を加えた。板ばねが同相に振動することから、発生する力も同相であり、潅流液の粘性の影響はほぼ無視できると考えられた。しかし電気刺激により細胞を収縮させて心周期内での細胞弾性の変化を測定したが有意の変化が観測できなかった。一方で浸透圧付加により細胞弾性は増加することから、現在の探針では、心筋細胞のごく小さな局所の特性を測定している可能性がある。本年度はこれをさらに検討したが、現在の探針形状では心筋の表面のみの特性を反映すること、収縮タンパク弾性のためには探針形状の大幅な変更が必要であることが明らかとなった。生検材料からの細胞分離の試みでは、表面からのコラゲナーゼの拡散のみでは十分な細胞数が得られない一方、プロテアーゼの添加で細胞は得られるものの電気刺激なしに収縮してすぐに死滅するもののみであった。超音波振動によるコラゲナーゼの浸潤も試みたが、細胞数が得られなかった。
エックス線1分子計測によるイオンチャネル準安定状態の観測

本研究課題は、X線1分子計測法において溶液pHを観測中にジャンプさせ、イオンチャネルの構造変化の遷移過程を連続的に計測することであった。昨年度から今年度初めまでヨーロッパ放射光施設(ESRF,フランス)に滞在して実験系の構築・確認・データの蓄積に取り組んだ。レーザー光を用いて観測中に溶液pHを7から4へとジャンプさせる実験系の構築に成功した。現地の研究者である、Stetten, V.D., Royant,A.両博士と協力してレーザー光の照射輝度と照射時間、pHの変化量に関する基礎データを蓄積し、照射条件を決定した。またGuerin, L.博士と協力してX線照射位置とレーザー光の照射位置を重ね合わせ、X線照射とレーザー光照射、カメラのスタートのトリガーインタープレイシステムを構築し、観測中にpHを任意のタイミングでジャンプさせることが可能になった。これらのシステムと研究代表者が導入した高速観測システムの連携により、閉状態から開状態への状態遷移過程を連続的に5000フレーム/秒の速度で観測することに成功した。また、自動計測システムの導入も行い、効率的にデータを蓄積することが可能になった。帰国後、データ解析プログラムを研究代表者自身が開発し、画像データから輝点座標の時系列データを抽出し軌跡を追跡することに成功した。多量の画像データの初期データ解析を終え、結果をアメリカ生物物理学会で発表した。発表はインパクトの高い発表として口頭発表課題に選出された。エックス線1分子計測法によりイオンチャネルの準安定状態を捉える計測システムを確立するため、European Synchrotron Radiation Facility (ESRF)に滞在して効率的に研究を遂行した。レーザー光利用による時間分解測定に経験の豊富なM.Wulff, L.Guerin, A.Royant博士の協力を得て、計測システムの構築に取り組んだ。従来のエックス線1分子計測法は平衡状態での観測であったため、観測される観測プローブ(金ナノ粒子)からの回折点の運動と閉状態、開状態といったイオンチャネルの構造との対応をつけることが困難であった。この問題を克服するため、光分解反応により溶液条件を急速に変化させることができるCaged化合物を利用した計測システムを構築した。現在観測対象としているKcsAチャネルは中性pHでは閉状態にとどまっている。中性pH条件で観測を開始し、観測中にトリガー光を照射することによって酸性pHヘジャンプさせてチャネルの構造変化を開始する。このシステムを用いて閉状態から開状態への遷移過程を連続的に高速度で動画計測することに成功した(観測速度1-5kHz)。また、エックス線1分子計測法は分子の揺らぎ運動の観測が可能なほど観測感度が高い(0.1度程度)。観測データの蓄積と詳細な解析によって、今後イオンチャネルの機能(構造変化)と分子揺らぎの関係についての知見が得ることが期待できる。
I-VII族化合物のヘテロ成長とその物性の研究

本研究の成果は次の3点に要約される.(1)銅ハライドのヘテロエピタキシ-と表面物性銅ハライドCuX(Ib-VII化合物)は正四面体配位結合の閃亜鉛鉱型結晶群に属し,IV,III-V,II-VI族化合物系列の末端に位置する.したがって,CuXは共有性とイオン性を合わせ持つ物質である.本研究ではCuCl,CuBr,CuIをGaAs,Siの様々な両方位の基板上への成長を試み,その成長の特徴を明らかにした.表面構造はGaAs,Siと同様に面方位依存性を持つが,ダングリングボンドの活性度はGaAs,Siよりも弱いことを見いだした.(2) NaCl(111)極性面の成長岩塩型結晶の(111)面は正負いずれかのイオンのみが並ぶ極性面で,特異な表面物性を示すことが予想されている.現在までそのような表面は金属表面の酸化により数層の薄膜状態でしか得られていない.本研究ではNaCl/CuCl/CuBr/GaAs(111)という複雑なヘテロ構造を作製することにより,NaCl(111)の平坦面を得ることに成功した.その表面には膜厚に関わらず半原子層ほどの銅原子が存在するが,これは[111]方向に積層する双極子による巨視的な電場を打ち消すためと考えられる.この結果は,触媒や低次元物理においてより興味深い特性を示すと期待される酸化物の極性面作製へ手がかりを与えるものである.(3)その場観察によるアルカリハライドヘテロ界面の評価アルカリハライドの他のアルカリハライド上へのヘテロ成長の様式は我々の以前の結果から3種に分類されることが知られている.これらは反射高速電子線回折(RHEED)により得られたものだが,今回薄膜成長真空糟と真空紫外光学測定装置を組み合わせた新しい分析装置を作製して,成長した薄膜を真空を破らずにその場観察した.その結果,膜厚1nm程度の超薄膜の測定も可能になり,アルカリハライドヘテロ界面の励起子吸収ピークのエネルギー変化から,界面における格子歪みの大きさを見積もることができた.この値はRHEEDから求めた値とも良い一致を示している.本研究の成果は次の3点に要約される.(1)銅ハライドのヘテロエピタキシ-と表面物性銅ハライドCuX(Ib-VII化合物)は正四面体配位結合の閃亜鉛鉱型結晶群に属し,IV,III-V,II-VI族化合物系列の末端に位置する.したがって,CuXは共有性とイオン性を合わせ持つ物質である.本研究ではCuCl,CuBr,CuIをGaAs,Siの様々な両方位の基板上への成長を試み,その成長の特徴を明らかにした.表面構造はGaAs,Siと同様に面方位依存性を持つが,ダングリングボンドの活性度はGaAs,Siよりも弱いことを見いだした.(2) NaCl(111)極性面の成長岩塩型結晶の(111)面は正負いずれかのイオンのみが並ぶ極性面で,特異な表面物性を示すことが予想されている.現在までそのような表面は金属表面の酸化により数層の薄膜状態でしか得られていない.本研究ではNaCl/CuCl/CuBr/GaAs(111)という複雑なヘテロ構造を作製することにより,NaCl(111)の平坦面を得ることに成功した.その表面には膜厚に関わらず半原子層ほどの銅原子が存在するが,これは[111]方向に積層する双極子による巨視的な電場を打ち消すためと考えられる.この結果は,触媒や低次元物理においてより興味深い特性を示すと期待される酸化物の極性面作製へ手がかりを与えるものである.(3)その場観察によるアルカリハライドヘテロ界面の評価アルカリハライドの他のアルカリハライド上へのヘテロ成長の様式は我々の以前の結果から3種に分類されることが知られている.これらは反射高速電子線回折(RHEED)により得られたものだが,今回薄膜成長真空糟と真空紫外光学測定装置を組み合わせた新しい分析装置を作製して,成長した薄膜を真空を破らずにその場観察した.その結果,膜厚1nm程度の超薄膜の測定も可能になり,アルカリハライドヘテロ界面の励起子吸収ピークのエネルギー変化から,界面における格子歪みの大きさを見積もることができた.この値はRHEEDから求めた値とも良い一致を示している.MBE装置に直結する真空紫外分光システムを平成7年度分の助成を受けて製作し、現在、超高真空装置との接続、調整をおこなっている。一方、既存の装置を利用しておこなっている銅ハライドエピタキシャル膜表面の原子構造、電子構造の解明には大きな進展が見られた。ガリウム砒素(111)基板に成長した銅ハライドは、基板の極性を反映してGa面上には銅ハライドのCu面が、またAs面上には銅ハライドのハロゲン原子面が現われることを、表面敏感オージェ電子分光、低速電子線エネルギー損失分光により明らかにした。また反射高速電子線回折による表面構造の観察から、銅ハライドのCu面は2x2超構造が、ハロゲン原子面は1x1構造になることを見いだした。(111)Cu面の2x2超構造は従来GaAs(111)Ga面に見いだされているvacancy bickling model、すなわち2x2のユニットセル内の4つの金属原子のうち一つが抜ける、により良く説明される。このことはイオン性が大きな銅ハライド表面においても、ダングリングボンドの概念が成り立つことを示していると考えられる。

15EA02:さらにアルカリハライド(111)極性面の成長に関しては現在までに大きな手がかりが得られている。従来ガリウム砒素の(111)基板上に、格子整合性の良い塩化ナトリウムを成長させると安定な(100)面を表したファセットが多数表面に形成され、目的とする(111)面は現われなかった。しかしながら、アルカリハライド(111)面の上にまず銅ハライドを成長させ、その上に塩化ナトリウムを成長させると、回折像で見る限りかなり平坦な(111)面が成長することが明らかになった。また、その表面のエネルギー損失スペクトルは通常の(111)面とは異なり金属的な兆候を現している。現在、その確認および補助実験をおこなっている。昨年度の経費で作製したMBE装置に直結する真空紫外分光システムをたちあげ、アルカリハライド超薄膜の光学特性の測定を開発した。従来のエピタキシャル成長の研究で層状成長し、界面での混晶が少ないことを確認したKI/KCl系について、種々の膜厚のKI層をKCl基板の上に作成し、直結する真空紫外分光システムに搬送してその励起子のエネルギーの膜厚依存性を詳細に検討した。その結果、励起子の重心運動の閉じ込めによるブルーシフトが明らかに存在し、そのシフト量の膜厚依存性は単純な井戸型ポテンシャルから求められる表式により記述されることがわかった。また励起子の重心運動の有効質量は、従来報告されているホール質量、伝導帯の電子質量と比較的よい一致を示している。現在、界面混晶が起きやすいと考えられているKBr/KCl系や、島状成長をしているKBr/LiF系についての測定を進めており、アルカリハライド超薄膜の励起子のサイズ効果について統一的モデルを考察中である。一方、アルカリハライド(111)極性面の成長に関しては、昨年度発見した「GaAsの(111)基板上にまず銅ハライドを成長させ、その上にNaClを成長させると、回析像で見る限りかなり平坦なNaCl(111)面が成長すること」の起源を明らかにするため、従来の手法に加えて、紫外光電子スペクトルや二次電子スペクトルの測定をおこなった。その結果、銅ハライドから解離したCu原子がサーファクタント的な役目をして成長進行と共に常にNaCl(111)表面に微量存在し、エネルギー的に不安定な(111)を安定化させていることを明らかにした。
癌抗原遺伝子導入樹状細胞を用いた癌ワクチン療法

今回我々は、腫瘍抽出mRNAを導入した樹状細胞ワクチンの効果を検討した。さらに腫瘍細胞と樹状細胞の融合細胞ワクチンについても検討を行った。以下概要を年度別に記す。平成16年度1.腫瘍抗原遺伝子導入樹状細胞の抗腫瘍効果に対する基礎的検討:樹状細胞への導入効率の優れたダメージの少ない遺伝子導入法として、リポソームに遺伝子を封入しこれをElectroporationで樹状細胞内に取り込ませる方法を開発した。次にマウスを用いてヒトCEA遺伝子導入MC38腫瘍細胞mRNA導入樹状細胞の、転移予防効果をペプチドパルスDCと比較検討し、肺転移数が有意に減少することを確認した。2.融合細胞ワクチンの基礎的検討として、IL-12およびIL-18遺伝子導入融合細胞ワクチンの抗腫瘍効果を検討した。まず樹状細胞と腫瘍の融合細胞作製法を改良した。マウス肝転移モデルにおける、IL-12およびIL-18遺伝子導入融合細胞ワクチンの抗腫瘍効果を検討した。その結果、融合細胞ワクチン投与により、IFN-r産生、MHC class I拘束性CD8陽性CTLの誘導が確認され、さらに肝転移予防効果および治療効果が証明された。平成17年度1.腫瘍抗原遺伝子導入ヒト樹状細胞のCTL誘導能に関する検討ヒト末梢血単核球から誘導した樹状細胞に、腫瘍組織(MKN45)から抽出したmRNAを導入したところ、in vitroでCTLの誘導が確認された。2.癌細胞と樹状細胞との融合細胞ワクチンを用いた癌免疫療法倫理委員会の承認のもと、癌細胞と樹状細胞を融合させた細胞融合ワクチンの第I相臨床試験を標準的治療法が無効な進行再発消化器癌13例を対象に施行した。その結果いずれも重篤な副作用は認められず、治療効果はPR1例、SD5例、PD7例であった。近年、未知の腫瘍抗原を含めた複数の腫瘍抗原に対する抗腫瘍効果を期待した癌ワクチン療法として、腫瘍細胞そのものを腫瘍抗原とみなし、樹状細胞に感作する試みが行われている。今回我々は、バイオプシーのような少ない腫瘍サンプルからのワクチン療法の試みとして、腫瘍抽出mRNAを樹状細胞に導入する癌ワクチン療法の開発を目指し、まずその基礎的検討を行った。(1)樹状細胞への遺伝子導入法の確立従来から使用されているエレクトロポレーション法では,導入効率が約10%と低く,細胞へのダメージも大きかった。今回我々は,安定したスクエアパルスを発生できる新しい機器を導入した。これにより、遺伝子導入効率は30%以上に改善され、細胞へのダメージも激減した。(2)樹状細胞への複数の癌遺伝子導入の試みWT1,NY-ESO-1,Her2,CEA等の複数のmRNAを樹状細胞に導入し、細胞内での遺伝子および蛋白の発現を検討した。その結果、複数の遺伝子および蛋白の発現を確認できた。(3)マウスを用いたmRNA導入樹状細胞の抗腫瘍効果の検討腫瘍細胞から抽出したマーカー遺伝子(WT1,NY-ESO-1,Her2,CEA)を含む全mRNAを樹状細胞に導入し、腫瘍特異免疫の誘導を検討した。その結果、導入遺伝子特異的CTLおよび腫瘍細胞特異的CTLの誘導能が検出され、抗腫瘍免疫の誘導が確認された。腫瘍細胞そのものを免疫源とした癌ワクチン療法は、未知の腫瘍抗原を含む、複数の腫瘍抗原に対する癌免疫療法が可能である。さらに腫瘍細胞から抽出したmRNAを樹状細胞に導入する癌抗原遺伝子導入ワクチン療法は、mRNAが増幅できることから、バイオプシーのような少ないサンプルからでも癌ワクチン療法が可能である。これまで我々は、効率の良い樹状細胞への遺伝子導入法および、複数遺伝子の導入法について検討をおこなってきた。

今回は、これらの手法を用いて、マウス消化器癌肺転移モデルにおける、癌抗原遺伝子導入樹状細胞ワクチンの転移予防効果と治療効果を検討した。その結果、腫瘍細胞から抽出した遺伝子導入樹状細胞ワクチンを投与したマウスの抗腫瘍効果(CTL, IFN-r)は、コントロール群であるLacZ遺伝子導入群に比べて有意に上昇した。さらに、腫瘍移植前に遺伝子導入ワクチンを投与した予防効果において、ワクチン投与群は対照群に比べて、有意に肺転移数が減少した。また、腫瘍移植後ワクチン投与した治療効果の検討において、ワクチン投与群は対照群に比べて有意に肺転移数が減少し、明らかな治療効果を認めた。さらに、ヒト末梢血由来樹状細胞に腫瘍関連遺伝子を本手法で導入し、in vitroでCTL誘導能を検討したところ、遺伝子導入樹状細胞は抗原提示能を示し、明らかにCTLを誘導した。以上の結果から、腫瘍細胞から抽出したmRNAを遺伝子導入した樹状細胞は、新たな癌ワクチン療法として有用である可能性が示唆された。