hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
金ナノロッドの光機能を利用したドラッグデリバリーシステム

21年度にドラッグデリバリーシステムにおける金ナノロッドとオリゴヌクレオチド(NF-κB decoy)の複合体作製及びその評価に着手した。具体的にはポリスチレン、ポリアリルアミン、ポリビニルピロリドンおよびシランカップリング剤を用いて複合体の調製を行った。こうして研究計画調書通りシリカ層中にオリゴヌクレオチドを含むカプセル化金ナノロッド(Cap-Rod)の作製を行った。22年度に細胞取り込みとNF-κB decoyのコントロールドリリースを評価するため、NF-κB結合部位配列を持つプラスミドDNAを細胞内に導入し、発現阻害の評価系を構築した。その後、コロイド粒子を生体内に取り込み治療を行うドラッグデリバリーシステムが中性子線捕捉療法においても有効であることが明らかとなったため、金ナノロッドのベースのコロイド粒子作製のノウハウを用いて中性子線捕捉療法に使用可能なナノ粒子の作製を行った。具体的にはガドリニウムがフラーレンに内包されたガドリニウム内包フラーレンGd@C82をポリアミン-PEGブロック共重合体で水中に分散安定化させ、複合ナノ粒子を作製した。中性子線の照射実験は東海村の原子炉JRR-4を用いて行った。その結果、マウス結腸癌細胞を用いた中性子線照射実験により、複合体粒子存在下における細胞の殺傷が見られ、中性子線を用いた新しい治療法として提案できる有力な結果を得ることができた。これは研究課題の目的であるドラッグデリバリーシステムを用いた癌細胞への治療と合致するものである。本研究の成果は「Science and Technology of Advanced Materials」へ投稿中(平成23年3月1日投稿、Revised)である。本研究では光刺激応答性のDDSの構築を目指すことを目的としている。藥剤モデルとして生理活性を有するオリゴヌクレオチドであるNF-κB decoyを用いる。NF-κBは二つタンパク質から成り、通常は複合化している制御因子I-κBが外部刺激を受けて脱離することで活性化し、炎症や接着分子の生成を引き起こす。NF-κBデコイはNF-κB結合配列の核酸と競争的に結合する働きをもっており、炎症の抑制や接着分子による治療後血管の再狭窄を抑止することができる。本年度は研究計画に基づき金ナノロッドの周囲にオリゴヌクレオチドが封入されたシリカ層を有するシリカカプセルナノ型ロッド(Cap-Rod)の作製を行った。ポリマー3種(ポリスチレン、ポリアリルアミン、ポリビニルピロリドン)を表面に交互積層させた金ナノロッドを作成し、シランカップリング剤を用いて表面にシリカ層を形成させた。表面をアミン化し、2本鎖オリゴヌクレオチド(FITCラベル化)を修飾前後、さらにシリカ層で保護した。外層にはポリエチレングリコールを化学的に修飾し、分散安定性を付与した。作製した複合体を除去後、溶液中に含まれるフリーのオリゴヌクレオチドが著しく減少したことから、オリゴヌクレオチドが封入されたCap-Rodの作製に成功したと確認された。以上が本年度の研究の実施状況である。初年度に進める研究計画に近い進行状況であり、予定通りであると言える。2年目は計画通り、Cap-Rodの細胞内への自発的な移行及び光刺激によるNF-κBデコイのタンパク生成阻害に至るまでの一連の流れの確立を目指す。細胞膜透過性のあるペプチド等を用いて、複合体を効率良く細胞内に導入するための手法を模索する。
情報更新時の一貫性を考慮したピアツーピアネットワークにおけるコンテンツ最適配置

ネットワーク上の共有コンテンツが頻繁に最新のものに更新される状況を前提とし,コンテンツの更新の際にも、レプリカを含むすべての共有情報の一貫性を維持する機能をこれまでの情報共有システムに付加するための基本的な手法を提案した.これにより,ユーザは最小限のコストで情報共有をしながら,同時にコンテンツの取得先によりバージョンが異なる不都合から解放される.また,提案手法の有効性を計算機シミュレーションにより検証した.ネットワーク上の共有コンテンツが頻繁に最新のものに更新される状況を前提とし,コンテンツの更新の際にも、レプリカを含むすべての共有情報の一貫性を維持する機能をこれまでの情報共有システムに付加するための基本的な手法を提案した.これにより,ユーザは最小限のコストで情報共有をしながら,同時にコンテンツの取得先によりバージョンが異なる不都合から解放される.また,提案手法の有効性を計算機シミュレーションにより検証した.インターネットに代表される大規模ネットワークでは,多種多様の情報の交換が活発に行われており,流通する情報量は年々増加している.これらの情報の大部分を占めるのはピアツーピア(以下P2P)と呼ばれるネットワークシステムの形態を用いたもので,ユーザ間での情報共有を円滑に行らことを可能としている.P2Pでは,共有コンテンツの取得に要するコストを削減する目的で,その複製(レプリカ)を複数個,ネットワーク内に配置するが,その配置位置や数を工夫することにより,情報共有のコストを削減できる.しかし,これまでの申請者の研究では,共有情報の更新については十分に考慮されていなかった.そこで本研究では上記の研究に,共有コンテンツが最新のものに更新される際にも,レプリカを含むすべての共有情報の一貫性を維持する機能を付加する手法を確立する.これにより,ユーザは最小限のコストで情報共有を行いながら,同時にコンテンツの取得先によりバージョンが異なるような不都合から解放される.今年度は,最初のステップとして,効率的な更新伝播を考慮したコンテンツ配置手法の検討を行った.この研究段階では,これまでに申請者らが検討してきた,ハイブリッド型P2Pネットワーク上でコンテンツの効率的な配置および共有を行う手法を基礎に置き,その上でコンテンツに更新があった場合に,そのレプリカに更新情報を送信することで一貫性を保ち,コンテンツの更新頻度,および他のピアから参照される頻度(人気度)を考慮しながら,コンテンツの更新と参照が常に最も小さいコストで行えるような位置にあるピアに各コンテンツおよびそのレプリカを動的に配置し続けてゆく手法を考案した.また,計算機シミュレーションにより,その有効性を確認した.インターネットに代表される大規模ネットワークでは,多種多様の情報の交換が活発に行われており,流通する情報量は年々増加している.これらの大部分を占めるもののひとつは,ピアツーピア(これ以降P2Pと記す)と呼ばれるネットワークシステムにより送受信される情報であり,このシステムはユーザ間での情報共有を円滑に行うことを可能としている.P2Pでは,共有コンテンツの取得に要するコストを削減する目的で,その複製(レプリカ)を複数個,ネットワーク内に配置することがよく行われるが,その配置位置や数を工夫することにより,共有情報のコストを削減できる.しかしこれまでの,申請者らを含む多くの研究者により行われてきた研究では,ネットワーク上での共有情報に更新が発生することで,ユーザが取得するコンテンツに必ずしも一貫性を持たせることができないという問題が顕在化していたにも拘わらず,それについては十分に検討されてこなかった.そこで,本研究では,共有コンテンツが頻繁に最新のものに更新される状況を前提とし,コンテンツの更新の際にも,レプリカを含むすべての共有情報の一貫性を維持する機能をこれまでの情報共有システムに付加するための手法を確立することを目的とする.これにより,ユーザは最小限のコストで情報共有をしながら,同時にコンテンツの取得先によリバージョンが異なるような不都合から解放される.今年度は,コンテンツが部分的に更新される状況への対応を検討しており,コンテンツを小単位に分割して別々のピアに格納することで,各ピアのストレージに収まりやすく,ダウンロードの際の各ピアおよびネットワークへの負荷を分散する効果を持たせた手法を提案した.また,更新を差分として制御して,バージョンとして多段階に管理できるためのアイデアも加えている.提案手法の効果は計算機シミュレーションにより評価しており,現在まで継続中である.インターネットに代表される大規模ネットワークでは,多種多様の情報の交換が活発に行われており,流通する情報量は年々増加している.これらの大部分を占めるもののひとつは,ピアツーピア(これ以降P2Pと記す)と呼ばれるネットワークシステムにより送受信される情報であり,このシステムはユーザ間での情報共有を円滑に行うことを可能としている.P2Pでは,共有コンテンツの取得に要するコストを削減する目的で,その複製(レプリカ)を複数個,ネットワーク内に配置することがよく行われるが,その配置位置や数を工夫することにより,共有情報のコストを削減できる.しかしこれまでの,申請者らを含む多くの研究者により行われてきた研究では,ネットワーク上での共有情報に更新が発生することで,ユーザが取得するコンテンツに必ずしも一貫性を持たせることができないという問題が顕在化していたにも拘わらず,それについては十分に検討されてこなかった.

そこで,本研究では,共有コンテンツが頻繁に最新のものに更新される状況を前提とし,コンテンツの更新の際にも,レプリカを含むすべての共有情報の一貫性を維持する機能をこれまでの情報共有システムに付加するための基本的な手法を提案した.これにより,ユーザは最小限のコストで情報共有をしながら,同時にコンテンツの取得先によりバージョンが異なるような不都合から解放される.さらに,コンテンツが部分的に更新される状況への対応を検討し,コンテンツを小単位に分割して別々のピアに格納することで,各ピアのストレージに収まりやすく,ダウンロードの際の各ピアおよびネットワークへの負荷を分散する効果を持たせた手法を提案した.また,更新を差分として制御して,バージョンとして多段階に管理できるためのアイデアも加えている.研究計画として示した内容をほぼ遂行している.23年度の提案方式の計算機シミュレーションによる評価はまだ完全には終了していないが,次年度の計画に予め示してあるように,24年度の前半までに完了すれば予定通りである.24年度が最終年度であるため、記入しない。現在のところ,研究は順調に遂行されており,大きな問題は生じていない.今後は,23年度の提案方式に関する計算機シミュレーションを用いた評価を終了させ,さらにその改良を図る.特にシステムのスケーラビリティの確保が重要な問題であり,それを実現する手法を検討する.24年度が最終年度であるため、記入しない。
化学的原理に基づくマイクロポンプ・バルブの研究

17年度までの研究で、エレクトロウェッテイングや電極反応に伴って発生するガスバブルにより駆動するポンプ・バルブについて検討を進めてきたが、18年度はこれらをさらに高度なデバイスに発展させたり、より詳細な検討を行った。エレクトロウエッティングに基づくパルプで送液を制御する場合、バルブ以外のところは親水性にして、毛細管現象で送液するのが効率的である。この点をより深く検討するため、ガラスとPDMSから構成される流路および金電極バルブ上での溶液の動きを調べた。そめ結果溶液め運動がWashburnの式でよく説明できるごとが確認され、この式に基づぐことにより、効率的に制御できるバルブを設計できることが示された。バブル型ポンプの応用として、複数の溶液注入用ポンプを流路横に並べ、順次涼路に溶液を導入して複数の溶液プラグを作り、メインポンプで反応槽に送って順次反応させ、検出するマイクロシステムを作製・評価した。これにより抗原・抗体反応の検出が行えることを示した。電気化学的3電極系を変則的に利用したマイクロpHスタットを作製し、評価した。これは一種のプロトンポンプとして機能する。反応槽内のpHを一定に維持できるだけでなく、洗れた電荷量を測定することにより、滴定を行うこともできる。これを用い、例えばpH2程度の条件下でも消化酵素の活性測定が行えることを示した。また、これを集積化して、チップ上でpH制御をした上でアミノ酸の電気化学発光検出を行うことのできるマイクロセステムも構築した。化学的原理に基づくマイクロポンプ・バルブの研究を行った。本研究では、表面張力および電極反応に伴って発生するガスにより駆動するポンプ・バルブを作製し、評価を行った。送液のための駆動力を発生させるために、エレクトロウェッティングに着目した。電極とPDMSの突起構造の間に溶液を閉じ込め、電極の電位を変えることにより、その濡れ性を変化させ、複雑な流路ネットワーク中でも、バルブなしで、自由に送液方向を制御できた。また、この原理はバルブを形成するのにも用いることができ、溶液の混合や排出にも利用することができた。これにより、複数溶液を逐次反応槽に導入する機構などを実現した。表面の親水性、疎水性は表面の微細な3次元構造によっても大きく変わる。そこで、PDMSで形成した微小な突起状構造アレイ上に金電極を形成し、エレクトロウェッティングの様子の変化を調べた。その結果、微細構造を変えることにより、濡れ性の変化を増大できることが確認された。この結果は次年度の研究に生かしてゆく。また、まだ研究途中であるが、毛細管現象を利用し、流路構造で流速を固定するマイクロポンプも作製・評価中である。ガスの生成・消滅を利用するシステムでは、白金黒電極上で水素を発生・消滅させ、ダイヤフラムの変位に変える。インスリン投与システムをこの原理をもとに試作し、ラットを用いて評価を行った。また、ポンプ、バルブを集積化したシステムを作製し、Y字型流路で順次溶液を送液・混合できることを示した。上記のポンプ・バルブは微小化学分析システムの重要な構成要素として機能しうる。応用例として、アンモニア、尿素、クレアチニン、アミノ酸、タンパク質などの濃度を測定する微小システムも作製・評価を行った。
フラキノシン類の一般的な化学合成経路の開拓と新規抗腫瘍化合物の創製への展開

フラキノシン類は放線菌の代謝産物として見出された殺細胞性の抗生物質である。その合成にあたっては、三連続不斉中心の立体選択的構築、多置換芳香族骨格の位置選択的構築、さらに立体障害のある芳香族、脂肪族部分の結合等の問題がある。9年度の研究では、通常は1,2-アニオノトロピーにおいて転位能力が低いアルキンが、ジコバルトヘキサカルボニル錯体化されると高い転位能を獲得するという新事実を見出し、これを基盤方法論として、フラキノシンDの初の不斉全合成に成功した。すなわち、Sharplessの不斉エポキシ化反応によって得られる光学活性なエポキシアルコールを出発物質として、上記のアルキン-コバルト錯体の特性を利用した還元的な1,2転位反応によって、プロパルギル位に4級不斉中心を持つホモプロパルギルアルコール誘導体をその絶対立体配置を制御して合成した。さらに、これをアルデヒドへと酸化し、その立体選択的メチレン化反応により、高い立体選択性で三連続の不斉中心の制御に成功した。得られたエポキシドを鍵中間体として、フラキノシンDの不斉全合成を達成した。10年度の研究では、個々の合成反応に改善を加え、フラキノシンD以外のフラキノシン類縁体、すなわち、フラキノシンA、フラキノシンB、フラキノシンHの合成を目指し検討した。その結果、上記のエポキシドを共通の合成中間体とし、全ての類縁体を合成できる一般性の高い合成経路を開発することができた。11年度の研究では、各化合物を活性評価のために十分に供給するため、合成法の洗練化を行った。また、実際に各化合物の活性実験を行った。さらには、優れた活性を持つ非天然類縁体の創製に向けて、その設計の指針を得るべく、種々の合成中間体の活性試験を行い、天然物に匹敵する優れた活性を持つ化合物を見出すことに成功した。フラキノシン類は放線菌の代謝物産として見出された殺細胞性の抗生物質である。その合成にあたっては、三連続不斉中心の立体選択的構築、多置換芳香族骨格の位置選択的構築、さらに立体的障害のある芳香族、脂肪族部分の結合等の問題がある。先に我々は、これらの問題に一応の解決法を見出し、(±)-フラキノシンDの全合成を報告した。本年度の研究では、フラキノシン類の光学活性体の合成、ならびに各種誘導体の合成を可能ならしめる一般的合成経路の開発を目指し検討を加えた。すなわち、先のラセミ体の全合成で得られた知見を基礎とし、フラキノシン類の不斉全合成に必要となるアセチレンアルコール中間体の不斉合成を検討した。その結果、Sharpless不斉エポキシ化反応によって得られる光学活性なエポキシアルコールを出発物質とし、アルキン-コバルト錯体の特性を用いた還元的1,2転位を利用して、上記アセチレンアルコールをエナンチオ、ジアステレオ選択的に合成した。次にこの化合物と六置換ヨードベンゼンを結合させた後、環化によるフラノナフタレン骨格の構築を行った。さらに中間体のアルデヒドに対するメチレン化反応において高い選択性で三連続不斉中心を構築する反応系を見出し、その立体選択性の起源に関し興味ある知見を得た。こうして得られた立体配置の定まったエポキシドに対して側鎖部に対応する四炭素の導入を行いフラキノシンDの不斉全合成を達成した。なお、最終段階のキノンへの酸化では、あらかじめC(9)位の水酸基を遊離しておくことにより、オルトキノンを副生することなく、目的のパラキノンのみを選択的に得ることができることを見出した。

今後、これらの知見を活かし、他の類縁体ならびに非天然類縁体の合成を検討し随時その活性評価を行う予定である。フラキノシン類は放線菌の代謝産物として見出された殺細胞性の抗生物質である。その合成にあたっては、三連続不斉中心の立体選択的構築、多置換芳香族骨格の位置選択的構築、さらに立体障害のある芳香族、脂肪族部分の結合等の問題がある。9年度のまでの研究で、これらの問題のそれぞれに解決法を見出し、フラキノシンDの初の不斉全合成を達成している。本年度の研究では、個々の合成手法にさらに改善を加え、フラキノシンD以外のフラキノシン類縁体さらにはその誘導体の合成を可能にする一般的合成経路の確立を目指し検討した。その結果、フラキノシンDと、それは側鎖部分の酸化度や幾何学配置の異なる類縁体、すなわち、フラキノシンA、フラキノシンB、フラキノシンHを一つの共通の合成中間体を経由して合成できる応用性の高い経路を開発することに成功した。これは、先に我々が開発したアルキン-コバルト錯体の還元的1、2転位反応を鍵反応として、先ず、ナフトフラン骨格と側鎖のC(10)位、C(11)位までを含むエポキシ化合物を合成し、これを共通中間体とし、それぞれの類縁体によって異なる側鎖の末端部分に相当するビニル金属反応剤を付加させて合成を完了するというものである。各ビニル金属反応剤の立体選択的合成法とエポキシドに対する付加反応を詳細に検討し、効果的な方法を開発した。今後は、非天然誘導体の合成を行い、その活性評価を通じて、優れた活性を持つ化合物の創製を目指す。フラキノシン類は放線菌の二次代謝産物として見出された刹細胞性の抗生物質である。その合成にあたっては、三連続不斉中心の立体選択的構築、多置換芳香族骨格の位置選択的構築、さらに立体障害のある芳香族、脂肪族部分の結合等が問題となる。10年度までの研究で、これらの問題に一応の解決法を見出し、フラキノシンD、フラキノシンA、フラキノシンB、さらにはフラキノシン類のなかで最も優れた活性を持つと報告されているフラキノシンHの天然型光学活性体の全合成を達成することができた。本年度の研究では、各化合物を活性評価のために十分に供給するため、合成法の洗練化を行った。また、実際に各化合物の活性試験を行った。さらには、優れた活性を持つ非天然類縁体の創製に向けて、その設計の指針を得るべく、種々の合成中間体の活性試験を行い、天然物に匹敵する優れた活性を持つ化合物を見出すことに成功した。
昆虫脳を模倣する制限付きカーネルマシンの開発と最大電力点追従装置への応用

昆虫脳のように微小な神経回路であっても高度な学習能力が実現されている。この事実を元に、微小な機械学習手法を開発した。本手法は、重要な知識だけを取捨選択して制限容量以内に保存する能力を持つ。これを組み込み用マイクロコンピュータに組み込み、太陽電池の発電効率を高めるマイクロコンバータを製作した。太陽電池は電流源であり、その両端電圧を適切な値にセットしなければ発電能力を十分に発揮できない。この両端電圧は気温、日射強度によって決まるものであるが、個々の太陽電池パネル毎によっても微妙に異なっている。そこでこれを発電中に学習し、日射強度の急激な変動があった際にその両端電圧を予測して高速制御する。H25年度はH24に引き続き組み込み機器向けの学習法すなわち、微小の人工脳(人工昆虫脳)のアルゴリズム開発を継承して行った。またマイクロコンバータの性能評価とその問題点克服法を開発しJournal投稿を行った。人工昆虫脳のアルゴリズム開発では(1)Operating SystemにおけるページングアルゴリズムであるLeast Recently UsedおよびLeast Frequently Usedを組み合わせたLRFU法を従来法に組み合わせ、環境変化に対処できるアルゴリズムを開発した。現在これについては国際会議での発表を目指して準備中である。(2)新しいサンプルをそれまでに学習したデータの分布に応じて、既存のカーネル空間に射影する割合を最適設定するアルゴリズムを開発してIJCNN2013に発表した。人工昆虫脳を組み込んだ太陽電池用マイクロコンバータに関しては、(1)複数のマイクロコンバータが直列接続された場合、一部の太陽電池パネルの出力が変化するだけで、全体が不安定になり最大電力点への収束が遅くなるという問題が生じていた。これを解決するために、出力電流を一定にして一部の出力の変化が他のコンバータに影響を与えないようにする方式を採用した。この方式によって当初の目標である高速制御が達成できることを電子負荷装置を用いた予備実験で確認した。(2)軽量化したLGRNNアルゴリズム:LGRNNLightを開発して採用した。このアルゴリズムはカーネルの上限個数をBと置くとO(B^2)で計算可能である。また、カーネルのハイパーパラメータを最適化する能力も持つ。ここまでの成果(学習アルゴリズムLGRNNLightとこれを利用したマイクロコンバータ)をまとめて、Journalへの投稿を行い、Acceptされた。本研究では組み込み機器向けの微小の人工脳(人工昆虫脳)のアルゴリズムを開発し、それを太陽電池用の高速応答するコンバータを作成することを目的とする。H24年度は、微小の人工脳(人工昆虫脳)のアルゴリズム開発を行った。人工昆虫脳では、記憶容量が上限に達すると、古い記憶の一部を忘却して新しいスペースを作り、そこに新しい知識を取りこむ工夫をする。主となる課題は、「どの記憶をどの程度忘却するかを最適に決める」方法にある。基本理論は2011年に発表したLimited General Regression Neural Network(LGRNN)とし、この理論を環境変化(事前分布の変化)に影響されないように拡張した、Importance Weighted Projection Method(重要度重み付き射影法)を開発した。これは過去に与えられたサンプルの分布を勘案した関数空間上の距離尺度を定義することによって、LGRNNに用意されている複数の学習戦略それぞれの適用後の効果を関数空間上で正確に予測できる特徴がある。これにより新しい知識の取り込み割合と過去の記憶の忘却率を最適化した。これは本来、General Regression Neural Network上で実現する理論として開発したが、海外での類似研究との差異と優位性を明確に示すため、まずはこれを他研究と同様のKernel Perceptronに適用しその有効性を示した。すなわち既存手法よりも少ないカーネル数で誤差を大きく下げることを確認した。この成果は2013年度の国際会議IJCNN2013に採択され、発表することが決まっている。また、Least Recently Used (LRU)法を利用して各サンプルの重要度重みを求める手法も開発した。一方、後の実験の土台となる太陽電池一体型MPPTコンバータに関する特許申請を行った。昆虫脳のように微小脳でありながら高度な学習能力を実現する手法を考案し応用する研究を行った。昆虫の感覚器は人間のものに比べてレンジと解像度が限られていることが知られている。微小脳でも十分に機能する理由は彼らの生活に必要十分な知覚情報が少数次元数で表現され、少ないリソースで情報処理できるためと予想されるが、これだけではその学習能力を説明するには不十分である。すなわち、どのようにして限られた容量以内で新しい記憶を獲得し続けるのかに関心がある。生きるために、必要な事柄だけを取捨選択して記憶する工夫が行われているとしか考えられない。そこで一般回帰ニューラルネットワークを使った容量制限下での学習法を提案した。この手法は新しい知識を1つの動径基底関数と関連するパラメータで記憶する。

容量制限下ではこの基底関数の数に上限がある。この数が上限に達すると、今後最も不要とみなされる基底関数を取り除いて(積極的忘却)、新しい基底関数と入れ替える。ここで重要なことは過去の記憶の積極的忘却と新しい知識の獲得とのバランスを保つことである。そのため、「今後最も不要となる記憶がどれなのか?」をカーネル法と呼ばれる理論を用いて評価することで、その記憶の置き換えによって今後生ずる損失を見積もる手法を開発した。これを用いて「重みつき射影法」を開発し、他手法を凌駕することを示した。またOSのページ置き換えアルゴリズムLRFUの導入を行うと環境変化に強くなることも示した。ここで開発した学習アルゴリズムを木探索法使って高速化する手法を開発し、太陽電池の発電効率を高めるコンバータに組み込んだ。具体的には日射強度、太陽電池表面温度と太陽電池が最も高い発電電力を生み出す出力電圧(最大電力点)との関係を学習し、日射強度の急変に対して試行錯誤的な最大電力点の探索をせずに電源回路を高速制御する。また電源回路のモデル制御への応用も試みた。知能情報当初の計画にあったDual Coreマイコンによる高速実行を目指していたが、計画されていたチップが近い将来廃盤になるとの情報を得たこと、および価格が高価になってしまうことを勘案して、シングルコアのRx63シリーズに切り替えた。現在このためにプログラムを移植する段階にあるが、従来使用していたコマンドを新規チップ用に書き換える際に、その代替コマンドの探索と調査、検証を踏まえる必要から、相当な時間を必要としている。また、当初、新しくIJCNN2013で発表した学習アルゴリズムをLGRNNに適用する計画であった。しかし線形学習器であるKernel Perceptronをもとにして構築した理論であるため、非線形学習器であるLGRNNに適用するの時間を要している。つまり近似的に適用する手法を開発する必要があり、これまでに主に2通りの方法を考案するも、実用上、いずれも一長一短を抱えている。海外の研究者による類似研究が見つかり、これらとの研究との比較から、既に2011年に開発していたLimited General Regression(LGRNN)の抜本的改良が必要と判断した。そのため、カーネル法を使って、関数空間上で学習サンプル分布を勘案した距離尺度を新たに開発し、これを利用した重み付き射影学習アルゴリズムとして構築し直した。これにほぼ1年を要したため、当初の計画にあった不要次元の除去については現在研究途上にある。H8-3069用に書かれたプログラムを、Rx63用に書き換える方向で作業しているが、これを早期に完了させる。
ナビエ・ストークス方程式を差分計算する論理回路の設計

本研究では、高効率かつ省エネルギーの数値流体力学(CFD)計算を実現するために、二次元ナビエ・ストークス(NS)方程式をフラクショナルステップ法に基づき差分計算する論理回路を設計し、これを論理回路の再構成が可能なFPGA (Field-Programmable Gate Array)デバイス上に実装した。合わせて、計算速度や消費電力を計測して従来の手法に比べて、数十倍の効率向上に成功した。本研究では、高効率かつ省エネルギーの数値流体力学(CFD)計算を実現するために、ナビエ・ストークス(NS)方程式を差分計算する論理回路を設計し、これを論理回路の再構成が可能なFPGA (Field-Programmable Gate Array)デバイス上に実装してCFD専用計算機を開発することを目的としている。平成21年度では、以下の通り研究を実施した。FPGAデバイスを搭載したPCI-Expressボードを導入し、PCに接続することにより、論理回路の設計・実装環境の整備を行った。これにより、ハードウェア記述言語(HDL)により書かれた論理回路をコンパイルし、FPGAに書き込んで動作をさせることが可能となった。次に、積和演算を効率よく実行することが可能なプログラマブル演算回路を設計し、FPGA上に実装した。IEEE754準拠の単精度演算が可能な回路を設計したところ、133MHz動作が可能で0.26GFlop/sのピーク性能を持つことが明らかとなった。1つのFPGA上には少なくとも128個の演算回路が実装可能とみられることから、FPGAあたり33GFlop/sのピーク演算性能を持つと見積もられた。また、積和演算の繰り返しによりナビエストークス方程式を解くアルゴリズムについて検討を行い、FPGA上の演算回路を適切に動作させるためのプログラムを設計すると同時に、複数の演算回路を相互接続するネットワークについて概念設計を行った。本研究では、高効率かつ省エネルギーの数値流体力学(CFD)計算を実現するために、ナビエ・ストークス(NS)方程式を差分計算する論理回路を設計し、これを論理回路の再構成が可能なFPGA(Field-Programmable Gate Array)デバイス上に実装してCFD専用計算機を開発することを目的としている。本年度では、以下の通り研究を実施した。1)並列積和計算アルゴリズムの改良SMAC法によるNS方程式の数値解法に対し、red-black SOR法を適用して効率良く圧力に関する方程式を解くための積和演算式を導き出した。これにより、設計した積和計算回路を用いて並列にNS方程式を解くことが可能となった。2)FPGAによる回路試作及び動作確認環境の整備試作に用いる高性能FPGAデバイスは、大規模な回路試作が可能となる多数のロジックエレメント、整数演算ユニット(DSP)、ブロックRAM、クロック管理用PLL回路、高速I/Oユニットを備えている。NS回路では多数の浮動小数点演算を行う必要があることから、これらのハードウェア資源を効率良く用いて高速な浮動小数点演算回路を構成するための検討と試作設計を行った。また、ホストPCに接続されたFPGAボード上の回路を制御しデータを読み書きするためのデバイスドライバや基本ソフトウェアの構築と動作確認を行った。3)積和演算式の高速計算回路の設計と実装前年度に設計を行った積和演算基本回路に基づき、計算要素(PE)の詳細設計とFPGAへの実装を行った。高速積和演算を実現するには並列演算と並列メモリリード・ライトが不可欠であるため、PEを2次元に多数並べたアレイ構造を持つNS回路を提案した。その後、PEの詳細設計、試作実装、および性能評価を行った。また、PEを複数並べた大規模アレイの設計を開始した。1.計算要素(PE)の二次元大規模アレイの設計と実装シストリック計算メモリアレイ(SCMA)に基づくNxM規模のアレイを設計してFPGA上に実装した。実際にIEEE75単精度浮動小数点演算が可能であることを確認した。2.二次元大規模アレイのスケーラビリティの検討計算性能に対するスケーラビリティを確保することを目的に、複数FPGA上で容易にシステムを構築可能としながらも高い実効性能を実現するためのFPGA間の時分割通信機構、局所同期・大域非同期機構を提案し、試作によりこれらの有効性を実証した。3.FPGAにより試作した二次元アレイNS回路の性能評価フラクショナルステップ法に基づく2次元非圧縮流体を計算できる回路を実装してベンチマークを実行し、アレイを増大させた場合でも、9割近い演算器稼働率を維持したまま効率良く計算性能を向上可能であることを示した。4.スケーラブルストリーミングアレイ(SSA)に基づく二次元熱伝導計算回路の設計と実装データをローカルメモリに留めずに外部メモリから読み出したデータをアレイに絶えず流し続けるストリーム計算を実行するSSAに基づく回路を設計した。具体的にヤコビ法に基づく二次元熱伝導計算が実行できる複FPGAシステム試作して計算した結果、正しい計算が実行できることが示された。
ユーザ指向の探索アルゴリズムライブラリの構築

探索問題の仕様に相当するプログラムにわずかな記述を追加するだけで,枝刈りを行う実行効率のよい探索プログラムの開発を可能にする,ユーザ指向の探索アルゴリズムライブラリを構築した.従来研究におけるライブラリ構築の基礎となっていた遅延データ構造Improving Sequenceを拡張することにより,従来は実装の難しかったアルゴリズムについても,ユーザ指向のライブラリ関数として実装できることを実証した.探索問題の仕様に相当するプログラムにわずかな記述を追加するだけで,枝刈りを行う実行効率のよい探索プログラムの開発を可能にする,ユーザ指向の探索アルゴリズムライブラリを構築した.従来研究におけるライブラリ構築の基礎となっていた遅延データ構造Improving Sequenceを拡張することにより,従来は実装の難しかったアルゴリズムについても,ユーザ指向のライブラリ関数として実装できることを実証した.本研究では,探索アルゴリズムに基づく実行効率のよい探索プログラムの開発を,探索問題の仕様(に相当するプログラム)にわずかな記述を追加するだけで可能にするような,「ユーザ指向」の探索アルゴリズムライブラリの構築を目指している.従来のライブラリの多くが,ライブラリを利用できるような形にプログラムを書き下すことを利用者に強制するのに対し,提案するユーザ指向ライブラリは,そのような強制を利用者に課さないという利点を持つ.本年度は,第一段階として,主に,探索アルゴリズムの実装の蓄積,および,実装作業の効率化に取り組み,以下のような成果を得た.・制約充足問題の解探索アルゴリズムについて,ユーザ指向ライブラリ上での実装を進めた.ただし,組み合わせ最適化問題を主たる対象としていた従来のユーザ指向ライブラリの枠組みを崩すことなく,いかに両者を包括するか,という問題点があることも分かった.・本研究の基礎をなすデータ構造Improving Sequenceによる利点を享受するためには,Improving Sequenceそれ自体を効率的に実装することも重要である.本研究では,Improving Sequenceを言語のプリミティブとする言語処理系の実装についても研究を進め有用な知見を得た.本研究では,探索問題の仕様に相当するプログラムにわずかな記述を追加するだけで,探索アルゴリズムに基づく実行効率のよい探索プログラムを開発可能にする,「ユーザ指向」の探索アルゴリズムライブラリの構築を目指してきた.従来のライブラリの多くが,ライブラリを利用できるような形にプログラムを書き下すことを利用者に強制するのに対し,我々のユーザ指向ライブラリは,そのような強制を利用者に課さないという特長を持つ.平成20年度に得られた成果は次の通りである,まず,ライブラリ構築の基礎である,遅延データ構造lmproving Sequenceを拡張し,不要な計算を生ずることなく,データ構造の終端を確認できるようにした.次に,この拡張が以下の3つの特長をもつことを明らかにした.1つ目の特長は,ライブラリの実装に関する記述性の向上である。従来のlmproving Sequenceに基づく実装においては,データ構造の終端を実行効率よく確認するには,技巧的な記述が必要であった.一方,この拡張に基づけば,ごく自然な記述で,終端を実行効率よく確認できる.実際,この拡張によって反復深化アルゴリズムを,従来よりも簡潔に実装できることを確かめた.2つ目は適用範囲の拡充である.従来のImproving Sequenceでは難しかった,LDS(Limited Discrepancy Search)の実行効率のよい実装が,この拡張に基づけば可能であることを,実際に実装して確かめた.また,このLDSの実装を用いてJob Shop Scheduling問題を解き,ライブラリの適用範囲の拡充を確かめた.3つ目はライブラリの利用に関する記述性の保持である.上述の2つの特長を享受しつつも,従来と同様の柔軟な利用が可能な,ユーザ指向ライブラリを構築することができた.
明治政府の外交政策と美術－１９１０年日英博覧会を中心に

3年目の本年は、申請時に提出した研究計画に沿って以下のような調査研究と成果発表を行った。1.資料調査:1910年日英博覧会に関わった人物の資料調査(1)石橋和訓:7月24日、島根県出雲市佐田町、石橋和訓ご遺族宅での自筆書簡等の調査;(2)桑原羊次郎:11月21日、島根大学附属図書館桑原文庫の資料を調査、撮影。(3)国家を表象する女神像についての図像収集、古代神話に関する資料収集と分析、2.博士論文の執筆3.学会誌『美術史』と『近代画説』への投稿4.研究会への参加:桑原羊次郎、相見香雨研究会、4月25日、7月8日、8月1日、11月28日、12月12日、2月20日5.展覧会の開催:「松江が生んだ美術史家・相見香雨ー九州大学文学部所蔵『自筆調査録』展」7月11日ー31日、島根大学附属図書館:作品選定、展示作業;8月18ー19日、九州大学文系合同図書室への相見香雨自筆調査録一式返却作業本年は特に、研究課題である1910年日英博覧会に「地域美術史」という視点からアプローチすることができた。国家的イベントである日英博に島根県という限られたエリアから3人もの美術関係者(画家の石橋和訓、美術史家の相見香雨、桑原羊次郎)が関わっていたことについて調査し、成果の一部を展覧会の中で公開できたことは大変意義深かった。昨今の美術史研究で注目されている「地縁」の問題は博覧会研究にも新しい地平を拓くと考えられる。地方を研究拠点にしていたことをメリットとして活用できたので、研究環境についても新しい可能性を見いだせたのではないかと思う。また国家を表象する女神像の研究にあたっては日本古代史研究者と緊密に連携し、近代史と古代史の結節点を作ることができた。今後の研究の進展が大いに期待できるので、引き続きこの課題については追究していきたい。28年度が最終年度であるため、記入しない。1.文献・資料収集:日英博覧会時に発行された図録・美術図書のうち特に希少価値の高い『特別保護建造物及国宝帖』(1910年、審美書院)、比較対象として『稿本日本帝国美術略史』(1900年、農商務省)を入手し「官製日本美術史形成の過程」について検討。2.国内調査:2014年6月9日11日:東京、国立国会図書館、ブリヂストン美術館/2014年11月14日15日:札幌、北海道大学附属図書館北方資料室、アイヌ先住民研究センター/2014年11月5日:京都、京都国立博物館。4.島根県立美術館での資料調査と撮影(計31回)2014年9/22,9/30,10/6,10/7,10/14,10/20,10/21,10/28,11/4,11/10,11/17,11/18,11/25,12/2,12/9,12/15,12/16(計17回)、2015年1/19,1/26,1/27,2/2,2/3,2/17,2/23,2/24,3/2,3/3,3/9,3/10,3/17,3/23(計14回):日英博開催当時ロンドンに在住していた洋画家石橋和訓の書簡、資料類は島根県立美術館に一括して寄託されているが未公刊・未整理の状態であるため、9月から週2回を資料撮影に充てた。全3500点(98箱)のうち約9割が終了(15,000カット)5.「桑原羊次郎・相見香雨研究会」への参加と発表:2014年11月11日「桑原羊次郎自筆履歴書(島根大学図書館所蔵)に関する報告」(於:島根県立美術館)1文献・資料収集:岡倉天心、内務省、国宝・重文に関する資料を購入。さらに重要資料として日英博覧会の賞状を入手、描かれた「国家を表象する女神像」の図像学的な分析のため高精細スキャナーでの画像のデジタル化を実施。2海外調査旅行:2015年9月11日17日:フランス、パリ;フランス国立図書館ミッテラン館・リシリュー館にて資料調査。日英博覧会がフランスの雑誌・新聞にどのように取り上げられたか、フランスの芸術家、美術批評家、コレクター、学芸員がどのような批評を寄せたかを調査。3国内調査:(1)島根県立美術館での資料調査と撮影2015年4月13、14、20、21日(4日間)前年度からの継続で、島根県立美術館に寄託されている石橋和訓の書簡・資料を撮影。全98箱、資料点数3,690点+リスト外1箱、撮影カット数15,537カットの調査終了。(2)島根大学図書館での資料調査と撮影2016年1月4、15、18、19、2月18日、3月14、17、22日(8日間)九州大学より借用中の相見香雨自筆調査録の調査と撮影。(3)斎宮歴史博物館での調査2016年2月27日28日

三重県多気郡明和町の斎宮歴史博物館において「斎王」と伊勢神宮に関する調査。伊勢神宮に天皇の代理として遣わされた祭主としての「斎王」の起源のひとつとして記紀神話上の「ヤマトヒメ」があるとされる。本調査においては、この「ヤマトヒメ」と、日英博覧会において創出された「日本」を象徴する女神像との関連性を解明する手がかりを得た。以上の調査研究を通し、本年は日英博覧会と内務省の関係、国家神道の形成と日本イメージの生成、特に日本を象徴する女神像の創出が1910年当時に行われていたことについて、資料収集と分析が進展した。1.『特別保護建造物及国宝帖』に関する調査の進展:岡倉天心の著作との関連性を調査した結果、岡倉の構想した日本美術史の骨格となる時代区分が提示されていることが明らかとなった。また、英文と和文の比較により、岡倉の漢文を機軸にした思考方法と英文との関連性が示唆され、『国宝帖』の分析から派生して、岡倉独自の英文の読解という新たな研究課題への発展がみられた。2.フランスでの日英博覧会の評価に関する調査の進展:これまでイギリス国内の論評のみが引用されてきたが、フランスでどのように受け止められたかは明らかでなかった。本研究では同年の主要な新聞を網羅的に調査し、一般紙ではほとんど取り上げられなかったこと、美術愛好家向けの限定的な出版物での紹介にとどまっていることから、日英博のフランス側の観衆は日本美術愛好家に偏っていたことが明らかとなった。3.日英博覧会における内務省の役割を解明:美術史学会全国大会での口頭発表の質疑から、同博覧会における各省庁の役割に着目し調査したところ、特に内務省が国宝出品に大きく関与していたことが分かった。さらに内務省と明治期の美術行政に関する研究という今後の展望ができた。4.日英博覧会で創作された日本の女神像の図像的源泉の解明:調査の過程で、「ヤマトメ」図像の源泉に関して過去に発表した論文の誤りに気づくとともに、その論文を発表した後に日本古代史の領域で進展していた研究を参照することで、新たな仮説を立てるに至った。以上のように、科研費による本研究がなければ到達しなかった新たな問題意識や、研究発表への反響から新たな課題を発見するなど、助成を受けたことによる予想以上の研究の深化があった。3年目の本年は、申請時に提出した研究計画に沿って以下のような調査研究と成果発表を行った。1.資料調査:1910年日英博覧会に関わった人物の資料調査(1)石橋和訓:7月24日、島根県出雲市佐田町、石橋和訓ご遺族宅での自筆書簡等の調査;(2)桑原羊次郎:11月21日、島根大学附属図書館桑原文庫の資料を調査、撮影。(3)国家を表象する女神像についての図像収集、古代神話に関する資料収集と分析、2.博士論文の執筆3.学会誌『美術史』と『近代画説』への投稿4.研究会への参加:桑原羊次郎、相見香雨研究会、4月25日、7月8日、8月1日、11月28日、12月12日、2月20日5.展覧会の開催:「松江が生んだ美術史家・相見香雨ー九州大学文学部所蔵『自筆調査録』展」7月11日ー31日、島根大学附属図書館:作品選定、展示作業;8月18ー19日、九州大学文系合同図書室への相見香雨自筆調査録一式返却作業本年は特に、研究課題である1910年日英博覧会に「地域美術史」という視点からアプローチすることができた。国家的イベントである日英博に島根県という限られたエリアから3人もの美術関係者(画家の石橋和訓、美術史家の相見香雨、桑原羊次郎)が関わっていたことについて調査し、成果の一部を展覧会の中で公開できたことは大変意義深かった。昨今の美術史研究で注目されている「地縁」の問題は博覧会研究にも新しい地平を拓くと考えられる。地方を研究拠点にしていたことをメリットとして活用できたので、研究環境についても新しい可能性を見いだせたのではないかと思う。また国家を表象する女神像の研究にあたっては日本古代史研究者と緊密に連携し、近代史と古代史の結節点を作ることができた。
高温領域におけるアクチノイド水素化物の熱拡散率測定

ジーベルト水素吸収装置を用いて、温度および水素ガス圧力を調整することにより水素濃度の異なるウラン-トリウム-ジルコニウム水素化物(UTh_4Zr_<10>H_x:x=1827)を作製した。これらの試料は、約1μmの粒径のUおよびZrH_x相がThZr_2H_xの母相に分散された3相から成る複合体であることがSEM観察よりわかった。前年度に作製したサファイア窓の試料ホルダーおよびレーザーフラッシュ法熱定数測定装置を用いて、UTh_4Zr_<10>H_xの熱拡散率を測定した。UTh_4Zr_<10>H_x中の水素の解離温度は10分間の等時加熱実験より573K773Kであったが、UTh_4Zr_<10>H_xの熱拡散率を773K940Kの高温領域まで測定することを可能とした。UTh_4Zr_<10>H_xの熱拡散率は673K以下の温度範囲では水素濃度の増加と共に増加したが、673K以上の温度範囲では水素濃度の増加と共に減少した。Uの熱拡散率は940Kまではほぼ一定であり、ZrH_xの熱拡散率は温度の増加と共に減少することがわかっているので、複合体の熱拡散率は各相の熱拡散率の和として表されると仮定すると、ThZr_2H_xの熱拡散率は温度の増加と共に増加すると評価した。とのことから、低温領域ではZrH_xの熱拡散率、高温領域ではThZr_2H_xの熱拡散率が大きく寄与すると考えられる。この熱拡散率の実験値を温度および水素濃度を関数とした評価式で表した。この評価式にこれまで報告されている密度および比熱を考慮して熱伝導度を求めた。熱伝導度は690Kを境界温度とし、熱拡散率と同様な温度および水素濃度依存性を示した。この熱伝導度に対する電子伝導の寄与について調べるため、直流4端子法により室温から600Kにおける電気抵抗率を測定し電気伝導度を求めた。熱伝導度、電気伝導度およびWiedemann-Franz則から、x=20以下のUTh_4Zr_<10>H_xの熱伝導度は低温では電子による熱伝導が支配的であるが、高温ではフォトン伝導の寄与が大きくなることがわかった。高温領域におけるアクチノイド水素化物の熱拡散率を測定するため、水素化物試料を封じ込めるための試料ホルダーを作製した。試料からの水素の加熱再放出を防ぐため、耐熱性のヘリコフレックスシール(ガスケット)およびアロンセラミックスを用いて試料を密閉した。また、レーザーフラッシュ法熱定数測定装置を用いた熱拡散率測定において、2.6keVのレーザー光および温度上昇に伴い発生する赤外線の透過に影響を与えないようにするため、サファイアを試料ホルダーの窓に選定した。その窓の寸法は直径20mm、厚さ1mmであった。まず初めに、ジルコニウム水素化物の解離温度は約700K付近であるが、この高温熱拡散率測定用試料ホルダーを用いることにより、室温から800Kまでの温度範囲におけるジルコニウム水素化物(ZrH_<1.88>)の熱拡散率を測定することを可能にした。ZrH_<1.88>の熱拡散率は温度の増加と共に減少した。600800Kにおける熱拡散率の減衰率は、室温600Kにおける熱拡散率の減衰率よりも低いことがわかった。さらに、より解離圧の低いZrH_<1.91>の熱拡散率を室温から750Kの温度範囲まで測定することができた。ZrH_<1.91>の熱拡散率はZrH_<1.88>の熱拡散率よりも高く、その差は600800Kの高温領域においてほぼ一定であることがわかった。また、測定した熱拡散率に密度および比熱を考慮して熱伝導度を求めた。熱伝導度の水素濃度および温度依存性についても同じ傾向が見られた。これらの事実について調べるため、直流4端子法により室温から600Kにおける電気抵抗率を測定し、電気伝導度を求めた。熱伝導度、電気伝導度およびWiedemann-Franz則から、高温領域におけるジルコニウム水素化物の熱伝導は、電子伝導が支配的であることを示した。また、高温における熱伝導度の濃度依存性は、格子欠陥による電子散乱に依存することが考えられた。来年度は測定不可能であった800900Kにおけるアクチノイド水素化物の熱拡散率について調べる予定である。

UTh_4Zr_<10>H_xの熱拡散率は673K以下の温度範囲では水素濃度の増加と共に増加したが、673K以上の温度範囲では水素濃度の増加と共に減少した。Uの熱拡散率は940Kまではほぼ一定であり、ZrH_xの熱拡散率は温度の増加と共に減少することがわかっているので、複合体の熱拡散率は各相の熱拡散率の和として表されると仮定すると、ThZr_2H_xの熱拡散率は温度の増加と共に増加すると評価した。とのことから、低温領域ではZrH_xの熱拡散率、高温領域ではThZr_2H_xの熱拡散率が大きく寄与すると考えられる。この熱拡散率の実験値を温度および水素濃度を関数とした評価式で表した。この評価式にこれまで報告されている密度および比熱を考慮して熱伝導度を求めた。熱伝導度は690Kを境界温度とし、熱拡散率と同様な温度および水素濃度依存性を示した。この熱伝導度に対する電子伝導の寄与について調べるため、直流4端子法により室温から600Kにおける電気抵抗率を測定し電気伝導度を求めた。熱伝導度、電気伝導度およびWiedemann-Franz則から、x=20以下のUTh_4Zr_<10>H_xの熱伝導度は低温では電子による熱伝導が支配的であるが、高温ではフォトン伝導の寄与が大きくなることがわかった。
退行しない黄体の作出に向けた分子生理学的研究

妊娠を成立させることは、種の保存戦略で最も基本的な事象である。哺乳動物では、妊娠成立に黄体が分泌するプロジェステロンが必須である。本研究は、黄体形成および黄体退行の分子機構を解明することで、受胎率向上への技術開発の展望を得ようとする企画である。本研究の結果から、黄体退行因子PGF_<2α>は処置後5分以内で黄体退行開始スイッチを入れ、黄体退行仲介因子群を発現させることが判明し、これら黄体退行仲介因子群を人為的に抑制することで、黄体退行現象を遅らせることが可能になった。本研究では、ウシ黄体の退行現象について「3次元退行カスケードの解明を基盤として、上位の黄体退行仲介因子の複合的抑制による退行しない黄体を作出する」ことを目指し、黄体退行局所調節メカニズムの概念の進展と受胎率向上への新しい技術開発の展望を得ようとするものである。平成19年度(初年度)は、以下の2つの項目について検討した。1)退行中の黄体組織におけるタンパク・遺伝子発現に関する3次元の変動データベース構築本項目のために30頭の雌ウシの卵巣割去予定であったが、諸般の酪農事情から実験牛の入手が大幅に遅れ、卵巣採取が終了したのが年度終わりとなった。早速、試料の網羅的な解析に入っている。これまでに、3種のPGFレセプターがPGF投与後5-15分で既に減少し始めていることが分かった。この時間帯は、PGF投与で誘導される黄体周辺部の局所血流の増加より10分程度早く、投与したPGFが黄体内のレセプターに結合して血流増加が起きることを示唆している。加えて、P産生系の促進制御因子であるStAR,LRHが15分で既に急激に減少していたことから、PGFは従来考えられていたよりも早い時期に、黄体細胞でのP分泌を直接抑制し始めることが考えられた。今後の網羅的な解析によって、相当量の新しいデータベースが得られることが期待される。2)主要な黄体退行仲介因子の1つと考えられるET-1の合成を促進する酵素であるECE-1の抑制剤を黄体内に投与し、PGF投与による退行過程で、P分泌の減少には影響しなかったが、黄体組織への血流供給の減少と組織の萎縮が対照群に比べて大きく遅れた。このことから、ET-1を抑制することで、黄体退行の組織の萎縮を大幅に抑えられる可能性を掴んだ。本実験の黄体試料について、他の関連する因子群の動態の詳細な解析を進めている。本研究は、「3次元退行カスケードの解明を基盤として、上位の黄体退行仲介因子の複合的抑制による退行しない黄体を作出する」ことを目指し、黄体退行局所調節メカニズムの概念の進展と受胎率向上への新しい技術開発の展望を得ようとする。実験1 :退行中の黄体組織におけるタンパク・遺伝子発現に関する3次元変動データベースの構築モデル:中期黄体を持つウシ(発情周期Day8-12)にPGF投与により黄体退行を誘導し、0, 5, 15, 30, 120, 720分後に黄体組織を採取した。実験2 :「初期黄体vs中期黄体」モデルを用いたPGFの血管新生関連因子群への影響モデル: Day4(初期)とDay 10-12(中期)の黄体を持つウシにPGFまたは生食を投与後1hに黄体組織を採取した。また、初期及び中期黄体から黄体細胞・血管内皮細胞を単離培養し、PGFを添加した。結果:黄体期初期のウシにPGFを投与すると黄体内の血管新生関連因子群(血管内皮増殖因子(VEGF)やVasohibin(血管新生抑制因子))の遺伝子発現が刺激されたが、黄体期中期では反対に抑制されることを見いだした。さらに、初期黄体から単離した黄体細胞・血管内皮細胞ではPGFがVEGF及びVasohibin遺伝子発現を刺激した。したがって、PGFは初期黄体では血管新生を刺激し、中期黄体では血管新生・血管維持を抑制すること可能性が高いこと、すなわち黄体時期で異なる血管制御機構を有する可能性が示された.本研究は、「3次元退行カスケードの解明を基盤として、上位の黄体退行仲介因子の複合的抑制による退行しない黄体を作出する」ことを目指し、黄体退行局所調節メカニズムの概念の進展と受胎率向上への新しい技術開発の展望を得ようとする。【実験1】「初期黄体vs中期黄体」モデルを用いたPGF_<2α>反応性の差異の検証:Day 4(初期)とDay10-12(中期)の黄体を持つウシにPGF_<2α>または生食を投与後1hに黄体組織を採取した。【結果】黄体期初期のウシにPGF_<2α>を投与すると黄体機能促進

関連因子であるVEGF、FGF2やIGF-IIの遺伝子発現が刺激されたが、黄体期中期では反対に抑制されることを見いだした。また、PGF_<2α>は黄体期初期では退行促進因子の遺伝子発現を抑制したが、黄体期中期では、それらは急激に刺激された。つまり、PGF_<2α>は初期黄体では血管新生を刺激し、中期黄体ではそれらを抑制すると共に黄体退行因子を刺激することが示された。【実験2】退行中の黄体組織中の免疫細胞および免疫細胞誘導因子の解析:中期黄体を持つウシにPGF_<2α>を投与し、0,5,15,30,120,720分後に黄体組織を採取した。また、牛の血液から顆粒球を単離採取し、細胞遊走アッセイを行った。【結果】好中球遊走を刺激するCXCL1およびCXCL8、好酸球遊走を刺激するCCL5およびマクロファージを誘引するTNFのmRNA発現は、PGF_<2α>投与後15分で増加し高い値を維持した。好中球・好酸球・マクロファージの黄体内細胞数は、PGF_<2α>投与後5分ですでに増加した。顆粒球の細胞遊走アッセイにおいて、CXCL8を遊走ケモカインとして検証したところ、濃度依存的に加え、顆粒球の好酸球ではなく好中球を特異的に遊走した。結論として、黄体退行因子PGF_<2α>は投与5分ですでに黄体組織への免疫細胞動員を刺激することが明らかとなった。