hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ライトフィールド投影を用いた質感制御

本研究では,平成23年度から平成24年度にかけて実施されたプロジェクタカメラ系を用いた質感制御に,ライトフィールド投影を導入することで,より高度な光投影による物体の質感制御について検討を行った.具体的には,全周囲での見かけの操作と再帰性反射面を用いた見かけのBRDF提示について研究した.全周囲での見かけの操作では,操作対象の周りを取り囲むように配置したプロジェクタカメラユニットで独立に見かけの操作を行うことで,物体の全周囲の見かけを操作する技術について研究した.この際,操作対象の同一領域に複数の投影が重畳する部分では,互いに制御が干渉し合う状況が発生するが,その挙動は明らかでなかった.そこで,まず,伝達関数モデルを用いたプロジェクタカメラ系理論解析とより詳細な状況の数値シミュレーションを行うことで,全周囲見かけの操作の安定性と制御性能の評価を行った.その後,複数の同軸プロジェクタカメラユニットを製作し,実機での検証を行った.さらに,鏡を用いた投影方法を提案し,操作対象の形状モデルや位置合わせなどの事前準備を必要としない,連続的な全周囲の見かけの操作を実現した.再帰性反射面を用いた見かけのBRDF提示では,再帰性反射加工を施した制御対象に複数のプロジェクタを用いたライトフィールド投影を行うことで,玉虫や光学ディスクような構造色を提示する手法を研究した.この研究では,まず,プロジェクタから再帰性反射面へ投影された光の反射モデルを考案した.また,目標とするBRDFを提示するために最適な各プロジェクタからの投影画像を算出する方法を提案した.その後,製作したライトフィールド投影装置と再帰性反射加工をした投影対象を用い,実機での提案手法の評価を行った.その結果,提案手法による投影画像の最適化は計測された画像を単純に投影する方法よりも精度の高いBRDF再現が可能であることを確認した.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は平成23年度から24年度にかけて行われたプロジェクタカメラ系を用いた質感制御を発展させ,ライトフィールドを採用することで物体の全周囲で視線に応じた異なる見かけを提示する質感制御を実現させることを目標としている.具体的には,全周囲の見かけを制御するためのプロジェクタカメラ系の配置とその協調制御方法を開発する.また,制御対象の同一領域に複数プロジェクタで重畳投影するライトフィールド投影と,再帰性反射塗料を表面に塗布した制御対象を用いることで,視線方向によって見かけが変化する反射特性を再現する.これらによって,金属やガラスだけでなく,真珠や玉虫,光学ディスクのような構造色を有する物体のように制御対象の見かけを変化させる質感制御を実現する.平成25年度は,まずプロジェクタとカメラに加え,ビームスプリッタおよび迷光吸収機構を一体化したプロジェクタカメラユニットを設計製作した.また,ベローズ形の暗幕シートによる明光処理方法を考案し,これによって装置の小型化を実現した.以前の研究で試作した装置では,プロジェクタとカメラユニットが一体化していなかったため,装置を机上に設置する必要があったが,新たに制作した装置は一体化しているだけでなく,小型であるため三脚による自由な配置が可能となった.さらに,平成25年度には再帰性反射を用いたライトフィールド投影による構造色物体の質感表現を実現するために,再帰性反射面を用いた映像提示に関する基礎検討を行った.具体的には.3台のプロジェクタを用いて異なる方向から映像を重ねて投影し,視方向によって映像が遷移する様子を確認した.また,ビームスプリッタを用いてプロジェクタの投影中心を通過する線上で反射強度を調べた.この結果,再帰性反射のBRDFは拡散反射による定数分と混合ガウスモデルによる再帰性反射項によってモデル化できることがわかった.本研究では,平成23年度から平成24年度にかけて実施されたプロジェクタカメラ系を用いた質感制御に,ライトフィールド投影を導入することで,より高度な光投影による物体の質感制御について検討を行った.具体的には,全周囲での見かけの操作と再帰性反射面を用いた見かけのBRDF提示について研究した.全周囲での見かけの操作では,操作対象の周りを取り囲むように配置したプロジェクタカメラユニットで独立に見かけの操作を行うことで,物体の全周囲の見かけを操作する技術について研究した.この際,操作対象の同一領域に複数の投影が重畳する部分では,互いに制御が干渉し合う状況が発生するが,その挙動は明らかでなかった.そこで,まず,伝達関数モデルを用いたプロジェクタカメラ系理論解析とより詳細な状況の数値シミュレーションを行うことで,全周囲見かけの操作の安定性と制御性能の評価を行った.その後,複数の同軸プロジェクタカメラユニットを製作し,実機での検証を行った.さらに,鏡を用いた投影方法を提案し,操作対象の形状モデルや位置合わせなどの事前準備を必要としない,連続的な全周囲の見かけの操作を実現した.再帰性反射面を用いた見かけのBRDF提示では,再帰性反射加工を施した制御対象に複数のプロジェクタを用いたライトフィールド投影を行うことで,玉虫や光学ディスクような構造色を提示する手法を研究した.この研究では,まず,プロジェクタから再帰性反射面へ投影された光の反射モデルを考案した.また,目標とするBRDFを提示するために最適な各プロジェクタからの投影画像を算出する方法を提案した.その後,製作したライトフィールド投影装置と再帰性反射加工をした投影対象を用い,実機での提案手法の評価を行った.その結果,提案手法による投影画像の最適化は計測された画像を単純に投影する方法よりも精度の高いBRDF

再現が可能であることを確認した.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題では,S1.複数の合焦点プロジェクタカメラ系により制御対象の全周囲に対して効率良く見かけの制御を適用するためのプロジェクタカメラ系の配置とその協調方法を明らかにする.S2.制御対象の同一領域に複数プロジェクタで重畳投影するライトフィールド投影と,再帰性反射塗料を表面に塗布した制御対象を用いることで,任意のBRDF(双方向反射率分布関数)もしくはBTDF(双方向透過率分布関数)を制御対象上に再現する方法を明らかにする.という,2点を研究期間内に明らかにすることを計画しており,平成25年度には,主にS1に関する内容として,A1.全周囲投影プロジェクタカメラ系の設計・製作,A2.プロジェクタカメラ系の協調制御方法の検討,A3.再帰性反射塗料の選定,A4. BRDF・BTDFの再現方法の検討の4点を行うことを計画していた.研究実績の項目で述べたように,今までにプロジェクタカメラユニットを試作しており,A1.については計画通り進展している.また,A2.については協調制御についてプロジェクタカメラ系の簡単なモデルを用いたシミュレーションにより検討を行っており,これらについては計画通り実施できている.A3.とA4.については再現方法については検討にとどまっているものの,再帰性反射シートを用いた実験より再帰性反射のBRDFモデルは確立しており,着実に進展している.以上の状況を総合的に判断すると,現状ではやや遅れているという評価が妥当であると思われる.先に述べたように,現在までの達成度はやや遅れているが,遅れが生じているのはBRDF・BTDFの再現方法の確立と検証についてである.そのため,現在は計画書で述べたとおり,この遅れを取り戻すべくライトフィールド投影によるBRDFの再現方法に関してProf. Oliver Bimberに助言を頂いている状況である.今後の研究では,この遅れを取り戻すと同時に,全周囲見かけの制御を完成させ,さらに真珠や玉虫,光学ディスクのような構造色を有する物体のように制御対象の見かけを変化させる質感制御を実現させるために,研究計画・方法に従って研究を進めて行く予定である.
大腸菌におけるリポ蛋白質の選別輸送と膜局在化の分子機構

大腸菌は、内膜または外膜のペリプラズム側にアンカーした90種以上のリボ蛋白質を持っている。+2位にAspを持つリポ蛋白質のみが内膜に局在する。外膜特異的リポ蛋白質は、Lolシステムの作用で内膜から遊離し外膜に運ばれる。LolAとLolBの結晶構造は極めてよく似ているが、LolAからLolBへリポ蛋白質が受け渡される反応は、エネルギーを要求せず、かつ一方向にのみ進行する。多数のLolA変異体を構築し、この過程を詳細に解析した結果、リポ蛋白質と疎水的結合をしていること、この結合はLolBと比較してLolAでは格段に弱いことを明らかにした。すなわち、結合の強さが方向を決定していることが明確になった。また、LolAのリポ蛋白質結合部位はそれを覆う蓋によって閉じられている。蓋の開閉に関与するアミノ酸残基や、結合部位を構成するアミノ酸残基に変異を導入し、LolAの機能には蓋の開閉が重要であることを示した。LolDには膜サブユニットと相互作用すると推測される領域がある。この領域に変異を導入した結果、膜サブユニットとの機能的な相互作用に欠陥を生じると、ATPase活性は正常でも、遊離活性が消失することを見いだした。大腸菌は、内膜または外膜のペリプラズム側にアンカーした90種以上のリポ蛋白質を持っている。+2位にAspを持つ内膜特異的リポ蛋白質が、どうして内膜にとどまるかは明らかでなかった。内膜特異的リポ蛋白質を外膜に運ぶ変異株を分離し、ABCトランスポーターLolCDE複合体のサブユニットLolCに変異があることを明らかにした。リポ蛋白質の+2位を化学修飾し、LolCDEと共にプロテオリポソームに再構成し、リポ蛋白質特異的分子シャペロンLolAとATPに依存した遊離反応を解析した。また、再構成に用いるリン脂質を化学修飾した。これらの解析によって、Aspは正電荷を持ったリン脂質であるホスファチジルエタノールアミン(PE)と静電的相互作用をし、N-末端の脂質修飾されたCysとPEが水素結合するため、強固な複合体が形成され、これがLolCDEによって遊離されない原因であることを明らかにした。ATPaseサブユニットLolDと膜サブユニットLolE、LolC間にはリポ蛋白質の遊離に重要な相互作用が推定されていたが、変異体の解析によって相互作用領域を明らかにした。LolAとリポ蛋白質受容体LolBは、よく似た疎水性キャビティーを持っているが、LolAの疎水性キャビティーには蓋があることを結晶構造によって明らかにした。さらに、蓋の開閉はリポ蛋白質の結合と蓋を持たないLolBへの受け渡しに重要であることを、LolA変異体の解析によって明らかにした。外膜に局在するリポ蛋白質LolBの外膜へのアンカーはLolBの機能に必須ではないこと、LolBの蛋白質部分には、脂質と相互作用しリポ蛋白質を膜に組み込む機能があることを明らかにした。LolCDE複合体が外膜特異的リポ蛋白質を認識して内膜から遊離する機構を詳細に解析し、リポ蛋白質とLolCDEの結合がATPの結合に先立つこと、ATPが結合するとLolCDEとリポ蛋白質の親和性が低下することを明らかにした。親和性の低下には、ATPの分解は必要でなく、結合エネルギーのみで低下することを明らかにした。LolCDEを脂質の種類を変えたプロテオリポソームに再構成し、選別に脂質が及ぼす影響を明らかにした。ATPaseサブユニットLolDの変異を抑制する膜サブユニットLolE、LolCの変異体を多数分離した。これらは、因子間の相互作用様式を解明するのに有用である。

リポ蛋白質特異的分子シャペロンであるLolAの変異体を多数構築し、リポ蛋白質の結合と、LolBへの受け渡しには、LolAに存在する疎水性キャビティーの蓋の開閉だけでなく、リポ蛋白質結合部位の疎水性度が決定的に重要であることを明らかにした。また、LolB変異体の解析により、LolAからリポ蛋白質を受け取れない変異体、外膜に組み込めない変異体など、これまでに解析されていないLolBが関与する反応の分子機構を詳細に解明するために有用な実験系が確立できた。さらに、外膜リポ蛋白質であるLolBの外膜へのアンカーは機能に必須ではないことを利用し、効率よく多数の変異体を分離できる実験系を確立した。大腸菌は、内膜または外膜のペリプラズム側にアンカーした90種以上のリポ蛋白質を持っている。+2位にAspを持つリポ蛋白質のみが内膜に局在する。外膜特異的リポ蛋白質は、Lolシステムの作用で内膜から遊離し外膜に運ばれる。LolCDE複合体は、30°Cで保温するとサブユニットに解離して活性を失うが、ATPやリン脂質を共存させておくと不活性化を防ぐことを見いだした。さらに、サブニットに解離した後でも、リン脂質を入れて保温すると活性を持った複合体が会合することを見いだした。このような発見に基づき、完全にサブユニットに分けたLolC、LolD、LolEから機能的なLolCDE複合体を再構成することに成功した。ABCトランスポーターでは過去に例の無い成果である。LolDには、ホモログ間で極めて高く保存された領域がある。この領域に変異を持つと、LolD単独では活性があってもLolCDE複合体とすると活性が著しく低下することを見いだした。この領域が、LolDと膜サブユニットとのコミュニケーションに重要であることを示す発見である。LolCDEに生じた変異により、Aspを+2位にもつ内膜特異的なリポ蛋白質を外膜にまで運ぶようになった変異株を分離した。LolD、LolC、LolEのどれかに一塩基置換した変異体が複数個分離された。一方、+2位をTrp、+3位をAsnにした人工的なリポ蛋白質も内膜に留まることが報告されている。この配列を持つリポ蛋白質を外膜に運ぶような変異体は得られなかった。+2位のAspとは別の機構で内膜に留まる働きをしていると考えられる。
mRNA輸送・翻訳制御粒子の形成・解体メカニズム

RNA granuleの形成・解体は、翻訳のOFF・ONとリンクする。本研究では、NFAR2-NF45複合体によるRNA granule形成・解体機構およびPRMT1による解体機構を解析した。NFAR2はRNA granuleの形成を促進したが、NFAR2にNF45が結合することによってその形成促進活性を抑制し、RNA granuleを解体させた。また、PRMT1はRNG105をメチル化し、RNG105のRNA granule形成促進活性を抑制することによってRNA granuleを解体させた。以上の結果から、RNA granuleの形成・解体を制御する新たな分子機構が明らかになった。RNA granuleは、mRNAの輸送、安定性、翻訳等を制御する高次複合体である。我々はこれまでに、線維芽培養細胞にNF110を発現させると、RNG105局在性RNA granuleの形成が促進されることを見出した。今年度は、培養細胞においてNF110をshRNAでノックダウンした結果、RNG105局在性RNA granuleの形成が抑制されることを見出した。また、RNA granuleはリン酸化酵素PKRの活性化によって形成が促進されることが知られている。そこでPKRとNF110の関連性について解析をおこなった。まず、poly(I:C)の細胞導入によってPKRを活性化した際に、NF110のRNA granule集積が増加することを見出した。次にNF110のPKRリン酸化サイトThr188およびThr315をリン酸化不能のAlaに置換したTA変異体、およびリン酸化を擬したAspに置換したTD変異体を作成し、細胞に導入した。その結果、TD変異体が著しくRNA granuleの形成を促進するのに対し、TA変異体はその効果がないことを明らかにした。さらに、NF110と結合するNF45の、NF110に対する効果を調べた。その結果、NF45がNF110によるRNA granule形成を阻害することを明らかにした。また、ピューロマイシン抗体染色により細胞内の全翻訳活性を測定した結果、NF110の発現によって翻訳活性は低下し、NF45の共発現によって翻訳低下はキャンセルされることを見出した。NF45のNF110に対する以上の阻害効果は、TD変異体に対しては効果が薄く、野生型に対しては高い阻害効果を示した。以上の結果から、NF110はRNA granule形成およびそれに伴う翻訳抑制の機能をもち、それはPKRによるリン酸化とNF45の結合によってそれぞれ正、負に制御されるというモデルが示された。今年度は、RNA granuleの形成・解体が、NFAR2/NF110及びNF45によって制御されるメカニズムを明らかにした。NFAR2はGQSYドメイン及びDZFドメインをもつ。このうちGQSYドメインは、他のRNA granule構成因子RNG105や積み荷mRNAと結合し、複合体を形成した。一方、DZFドメインはRNG105やmRNAとは結合しないが、RNA granule形成を正にも負にも制御した。DZFドメインは、RNA granule形成のマスター制御因子PKRによるリン酸化部位をもち、この部位がリン酸化されることによってNFAR2が核内から細胞質へ移行し、それに伴って細胞質でのRNA granule形成が促進された(正の制御)。これとは逆に、DZFドメインにNF45が直接結合すると、NFAR2が細胞質に局在してもRNA granule形成は抑制された(負の制御)。これらDZFドメインの正・負の制御の際に、GQSYドメインとRNG105やmRNAとの結合は影響を受けなかった。以上の結果から、NFAR2はGQSYドメイン及びDZFドメインの多価のドメインを用いてRNA granule構成因子のコネクターとして機能し、このうちDZFドメインの活性が正・負に制御されることによってRNA granuleの形成・解体が調節されるというメカニズムが示唆された。今年度はさらに、RNA granule形成・解体の機能的意義を検討した。細胞はストレス下でRNA granuleを形成し、細胞死を防御する。NF45過剰発現細胞ではストレス下においてもRNA granule形成が低下し、細胞死が増加した。この結果は、RNA granuleの形成制御が、ストレス防御に重要な役割を果たすことを示した。RNA granuleの形成・解体は翻訳の抑制・活性化とリンクしており、また、過剰な集合は神経変性疾患などの原因にもなる。このことから、RNA granuleの形成・解体の分子機構解明は近年の重要課題となっている。平成27年度は、アルギニンメチル化酵素PRMT1によるRNA granuleの形成・解体制御について解析を行った。PRMT1は、RG-richドメインのアルギニン残基をメチル化することが知られている。我々はまず、RNA granule形成因子RNG105のRG-richドメインがPRMT1と結合し、メチル化されることを明らかにした。さらに、培養細胞を用いた蛍光イメージングにより、RNG105-GFPによって形成されたRNA granuleが、PRMT1の共発現によって離散することを見出した。メチル化酵素活性が低下した改変型PRMT1は、RNG105をメチル化する活性が低下し、それに伴ってRNA granuleを離散させる活性も低下した。また、メチル化阻害剤Adoxで細胞を処理すると、経時的にRNG105-GFPのメチル化が低下し、それに伴ってRNA granule形成が増加した。以上の結果から、PRMT1によるRNG105のメチル化が、RNA granuleを離散させることが示唆された。

さらに、全mRNAの細胞内局在および全タンパク質の翻訳量の定量を行った。その結果、RNG105-GFPの発現によってRNA granuleに取り込まれて翻訳が抑制されていたmRNAが、PRMT1の共発現によって細胞質へ放出され、翻訳が活性化することを見出した。以上の結果をまとめると、PRMT1によるメチル化によってRNG105のRNA granule形成能が低下、RNA granuleは離散し、mRNAが放出されて翻訳が活性化するというモデルが考えられた。RNA granuleの形成・解体は、翻訳のOFF・ONとリンクする。本研究では、NFAR2-NF45複合体によるRNA granule形成・解体機構およびPRMT1による解体機構を解析した。NFAR2はRNA granuleの形成を促進したが、NFAR2にNF45が結合することによってその形成促進活性を抑制し、RNA granuleを解体させた。また、PRMT1はRNG105をメチル化し、RNG105のRNA granule形成促進活性を抑制することによってRNA granuleを解体させた。以上の結果から、RNA granuleの形成・解体を制御する新たな分子機構が明らかになった。今年度は、研究目的および計画のうち、1.NF45, NFAR2/NF110によるRNA granule形成・解体制御機構の解明、2.細胞におけるRNA granule形成・解体の機能的意義の2項目について解析を進め、新たな知見を得た。今年度および昨年度の成果を合わせてJ. Biol. Chem.に論文として発表した。以上の点から、本研究は当初の研究計画通り順調に進展していると考えられる。細胞生物学RNA granuleの形成・解体制御は、神経細胞ではシナプス調節を介した長期記憶や神経変性疾患に関与すると考えられる。今後、神経細胞でNFAR2/NF110やNF45を発現し、RNA granuleの形成を促進あるいは抑制した際に、どのような影響を及ぼすかについて解析を進める。また、RNA granuleの解体を促進する因子として、これまでにメチル化酵素PRMT1も同定している。研究目的および計画に従って、PRMT1によるRNA granule構成因子のメチル化がRNA granuleの形成・解体にどのような影響を及ぼすかについて解析を進める。shRNAを用いたノックダウンにより、NF110がRNA granule形成を促進することを明らかにした点、また、NF110のRNA granule形成促進活性がPKRによるリン酸化によって正に制御され、逆にNF45の結合によって負に制御されることを明らかにした点から、本研究は当初の研究計画の通り順調に進展している。
ヘテロカオスにおける間欠性と予測

本研究では流体乱流や気象力学などの高次元ダイナミクスにみられる間欠性(突発的現象)の発生メカニズムを力学系理論によって解明し、リザーバーコンピューティングを用いて間欠性予測を行う。研究代表者らは不安定次元の異なる状態がひとつのアトラクタに共存しているヘテロカオスに関する研究に取り組んできた。このヘテロカオス構造が複数のカオス状態を時間間欠的に行き来するダイナミクスの起源になっていることを明らかにすると共に状態間遷移の予測を行う。本研究は主として研究代表者がメリーランド大学に出向き、海外共同研究者であるJames A. Yorke教授らと共同研究を実施するものである。
小・中学校における書写字形の変遷と時系列把握

小学校では、学習指導要領に示されているとおり、「正しく整った文字を書く」学習を行っている。しかし、各教科書をよく見るとわずかなながら字形が違うものがあり、書き手(指導者・児童)によっても違いが見られる。しかし、その違いの理由は明確でない。本研究は、この課題を明らかにし、書写の歴史的な変遷をたどりながら、字形の体系化を図ろうとするものである。まず、現在使われている国語・書写の教科書から「ひらがな・カタカナ・漢字」の字形の一覧の作成を試みた。次に、明治・大正・昭和・平成期における教科書や書写資料などから抽出文字の比較を試みた。そして、現場の指導者のアンケート等を実施した。膨大な資料の中から字形の整理に時間がかかり、わずかな違いは見つかっているものの、大きな違いを見つけるにはいたっていない。また、教科書の多くは、字形を許容範囲内で扱っており、字形が一貫して同型の文字を用いている教科書もあった。また、予定していた、書家や教科書執筆者の思考・背景などの分析、書写指導の現場の様子についてもさらに多くのデータが必要であり、次年度研究へ持ち越した。学校現場では、教科書に依拠しつつ、独自の指導方法を工夫しているところもあった。書道には、基本字形を忠実に表現する方法と、内面的表現を重視する方法がある。さらに、地域で独自に編み出された指導方法もある。さらに研究を深めたい。
数理物理における代数解析的方法(表現論・組み合わせ論・複素解析を中心として)

数学を形作る第一の要素は数であり、その次ぎにくるのは函数である。函数は数に数を対応させるものである。もう一段上になって、函数に函数を対応させるものを作用素という。作用素は2つのものから第3のものを、順に続けることによって作り出すことができるが、順番を変えると結果が異なる。これを作用素の非可換性という。非可換な作用素がどのような等式によって統制されるかを研究するのが代数解析である。本研究では、磁石のような物理系を数学の言葉で作用素を用いてとらえ、その非可換性を研究することによって温度変化する磁化の強さのような函数を決定し、物理系を特徴づける数にまで迫ろうというものである。量子スピン系の相関関数の研究において以下に述べる進展があった。密度行列を積分を使わずに代数的に表示する問題において、非斉次遷移行列に対応する場合は、前年度までに結果が得られていた。斉次の場合に有効な表示式を求めることを課題として神保、竹山、Smirnov、Boosとの共同研究を行なった。非斉次の場合に用いられた有限サイズの遷移行列はテンソル積の一カ所が別扱いの櫛の歯が欠けた形のものであった。まずXXX模型の場合に$L$作用素が、直交射影となることを利用して書き直すことにより、密度行列を生成する作用素$\Omega$を、完全な形の有限遷移行列を使ってあらわし、それによって斉次密度行列の代数的な表示式を得ることができた。この表示式は$L$行列の補助空間として次元をパラメタとする空間の他に2個の2次元空間用いる。この部分を、修正することによってXXZおよびXYZ模型の場合にも、同様な表示式を書くことが出来た。一方、Virasoro代数の極小表現の単項基底の構成問題については、神保、竹山、B.Feigin, Mukhin, E.Feiginとの共同研究で以下に述べる進展があった。まず、$(2,1)$型の主要場を用いる場合については、$p'/p$の値が$2$を越える一般の場合に、作用素の3次関係式に由来する組合わせ論的条件を得ていたが、この結果を完成させ論文にまとめることができた。新しい展開としては、$(1,3)$型の主要場について、それから決まる極小表現の篩が、GKO構成で融合積を考えたときに得られる篩と一致することを示し、対応する組合わせ論的粒子構造を決定した。Smirnov, Boos,神保,竹山,三輪により量子スピン系の相関函数について以下に述べる進展があった.パラメタΔ=0の場合,Jordan-wigner変換によってフェルミオンを用いて,密度行列の表示式を書くことができた.パラメタが一般の場合も,グラスマン関係式を満たす消滅作用素を用いて表示できることが示され,このことから準局所的作用素の空間のフェルミオン的な基底の存在が示された.B.Feigin, E.Feigin, Mukhin,神保,三輪によりAn^<(1)>型アフィンリー代数の拡大主要表現について以下に述べる進展があった.主要表現はべき零代数の中の可換な部分代数によって巡回的に生成される表現であるが,拡大主要表現は,べき零代数全体で生成される.この表現の指標が満たす再帰的関係式を用いるとボゾン型の指標公式が得られることの予想がたてられた.竹村はホインの微分方程式に対するダルブー変換を用いて,固有値問題についての新しい結果を得た.中屋敷は平面代数曲線から構成されるシグマ関数のべき級数展開の係数を決定した.庵原はリー超代数のVerma加群の特異ベクトルの公式を証明した.神保と三輪はB.Feigin, E. Feigin, E. Mukhinとの共同研究で、リー環sl_3の幕零部分をアフィン化して得られる無限次元リー環の最高ウェイト表現の指標公式と量子戸田格子のHamiltonianの固有関数の関係を研究した。とくに、指標のボゾン型の公式を再起的関係式を使って確立し、その結果が量子群のWittackerベクトルによる解釈を持つことを示した。神保、三輪、竹山はH.Boos,F.Smirnovとの共同研究でXXZ模型に関連して現れるFermion作用素について研究した。OnsagerによるIsing模型の研究以来、自由femionを用いて解ける模型は知られているが,パラメタが一般の場合のXXZ模型についてはこれまでは、Fermionとの関係は知られていなかった。我々の研究では、準局所作要素に働く作用素として、Grassmann関係式を満たす作用素が現れることまでは確立していたが、今回の研究で、それらをfermionにまで拡大することが出来た。中屋敷は、KZ方程式の場合によく知られている、intertwinerの自由場表示からの解の積分表示の導出が、qKZ方程式の場合にも可能であることを示した。

KZ方程式の場合と比べると、量子群の表現の自由場表示から得られる積分表示は、積分変数の数も積分の項数も多いので、それを積分あるいは足し挙げて同じ状況にすることは困難であったが、2次元表現の場合に実行することが出来た。Smirnov,神保両氏との共同研究では、前年度に引き続きXXZ模型の研究を行った。${\rm End}(\mathbb C^2)$の無限テンソル積からなる、1次元格子において$-\infty$では$q^{\alpha\sigma^3}$、$\infty$では$1$という境界条件を考えたものを、準局所場と呼ぶ。真空期待値は準局所場の空間における汎函数である。準局所場の空間に作用するフェルミオンの生成作用素が定義出来て、局所保存量の随伴作用とともに、主要場から全体を生成している。真空期待値は、フェルミオンの2点函数によって全ての相関函数が行列式の形に表示出来るという性質を持つ。この性質を持つ汎函数の非常に広いクラスを見いだした。この中には極限として有限温度と$0$でない磁場のもとの分配函数も含まれる。Feigin、Feigin、Mukhin、神保との共同研究では、前年度に続いて、組み合わせ論におけるフェルミオン公式の研究を行った。粒子の間の相互作用がカルタン行列である場合には、表現論的な手法が使える。すなわち、Whittackerベクトルの内積が量子戸田方程式に依って特徴づけられることを示し、それ以外の様々な再帰的関係式を導いた。特に、フェルミオン公式と同等な関係式を導くことに依って、量子戸田方程式の解が、フェルミオン公式を持つことを示した。また、フェルミオン公式の消滅定理を示し、それからフェルミオン公式の準古典近似の展開公式が、有限で等式となるいくつもの場合を証明することができた。
軽金属上への超撥水・超撥油性表面の創製

本研究では,アルミニウムやチタンなどの軽金属表面にアノード酸化をいう簡便な手法により,表面形態を制御した多孔質酸化皮膜を形成し,超撥水・超撥油性表面を創製することを目的とした。超撥水および超撥油表面を創製するには,表面エネルギーが小さくなるように表面組成を制御するとともに,表面粗さを導入する必要がある。特に階層構造をもった多孔質表面が表面を超撥水化するのに必要となる。階層構造表面を形成するために,まず,斜入射マグネトロンスパッタ法(OAD)とアノード酸化法を組み合わせた。アルミニウム上にOADによりサブミクロンサイズのAl-Nb合金カラム構造を得,さらにアノード酸化によりナノボアを導入した。酸化物表面は親水性であるので,現在知られている物質で最も表面エネルギーを小さくできるCF_3基を末端に持つフルオロアルキルリン酸単分子層で表面をコーティングした。その結果,超撥水のみならず,超撥油性までも発現することができた。この研究を通して,超撥油性を達成するには,階層構造を精密に制御する必要があることがわかり,特にサブミクロンカラム間のギャップサイズの制御が重要であることを明らかにした。一方,アノード酸化のみにより,階層構造を形成する手法の開拓として,ニオブのアノード酸化を行った。高温のリン酸塩含有グリセリン溶液中におけるアノード酸化により,マイクロコーン上の表面形態をしたナノポーラス皮膜が得られる。このコーンサイズやナノ構造をアノード酸化電圧や電解液中の水分量で制御でき,サイズが大きく,コーンの先端角が小さいほど,水の接触角が大きくなることがわかった。その結果,175°という極めて大きな接触角を持つ超撥水表面を得ることができた。チタンの高温グリセリン溶液中における多孔質アノード酸化皮膜の形成条件について検討を行った結果,K_3PO_4を添加したアルカリ性の電解液で水分量を低減することで,多孔質皮膜の生成速度が格段に増大し,生成電圧5Vにおいて1時間のアノード酸化で12μmという厚い多孔質皮膜の形成に成功した。ただし,この酸化膜の表面は10nm程度のナノポアのみが存在し,マイクロポアが存在しないため,超撥水表面を形成することはできなかった。20Vでアノード酸化した場合,アノード酸化時に皮膜の結晶化が起こり,皮膜の生成効率が大きく低下したため,1時間後の膜厚は2.4μmとかなり小さくなった。一方,斜め堆積法でAl-Nb合金多孔質カラム膜を形成することに成功し,規則的な六角セル状凹凸構造をもつ基板を用いることで,サブミクロンサイズのプレート状Al-Nb合金多孔質膜を得た。この合金膜をさらにアノード酸化し,ナノポアを形成することでサブミクロン/ナノ階層ポア構造を形成した。このような階層ポア構造を形成することで蒸留水の接触角が160°を上回る超撥水表面が形成できた。超撥水表面は得られたものの,表面にフッ素化したアルキルシランをコーティングしても超撥油表面は得られなかった。このコーティングはシランカップリング溶液に試料を数日間浸漬することで行ったが,単分子膜形成が理想的に起こっているかどうかの検証の必要性が明らかとなった。
Dullardによる新規BMP/TGF-βシグナル抑制機構の発見と軟骨代謝制御

BMP/TGF-sシグナル抑制因子Dullardの、軟骨形成における役割を調べるために、四肢および胸骨特異的Dullardノックアウト(DullardcKO)マウスを作製した。DullardcKOマウスは、骨の石灰化不全を示した。Dullard欠損軟骨細胞では、BMPシグナルは正常だが、TGF-sシグナルが亢進していた。これらの結果は、Dullardは、軟骨細胞においてTGF-βシグナルを抑制する事により、内軟骨性骨化を制御する事を示唆する。本研究において、Prx1-Creシステムによって、四肢および胸骨の間葉系細胞において特異的にDullard遺伝子を欠損させたDullard (Prx1)マウスが、骨化遅延を示す事を報告する。Dullard-LacZノックインマウスの成長板において、X-gal陽性細胞は、静止軟骨細胞、増殖軟骨細胞に検出されたが、肥大軟骨には検出されなかった。Dullard (Prx1)マウスは、メンデルの法則に従って誕生したが、誕生時の体重は減少しており、70%が、おそらく哺乳障害のために1日以内に死亡し、残りの30%も2週間以上生存せず、生存したマウスは、歩行障害を示した。Dullard (Prx1)マウスは、四肢の長管骨および胸骨の長さの減少および骨化遅延を示した。一方、骨化遅延は、Osx-Creにより骨芽前駆細胞でDullardを欠損させたDullard (Osx)マウスでは認められなかった。胸骨の組織学的解析の結果、Dullard (Prx1)の胸骨は、肥大軟骨で占められていた。骨化遅延は、軟骨細胞におけるDullard遺伝子欠損によるBMPまたはTGF-betaシグナルの亢進に起因するのではないかと考え、未熟関節軟骨細胞(iMAC)を用いたレポーターアッセイを行った結果、Dullard (Prx1) iMACでは、BMPシグナルは亢進しておらず、TGF-betaシグナルが亢進していた。また、TGF-betaの標的遺伝子であるSnoN, Smad7の遺伝子発現も亢進していた。さらに、Dullard (Prx1) iMACは、TGF-beta処理に強く反応し、円形から繊維芽細胞様の細長い形態に変化した。これらの結果から、Dullardは、軟骨細胞においてTGF-βシグナルを抑制する事により、内軟骨性骨化を制御する事が示唆される。Prx1-Creにより、四肢および胸骨の間葉系細胞においてDullard遺伝子をコンディショナルにノックアウトしたマウスは、肥大軟骨細胞から骨への置換に異常があり、骨化遅延を示すことを見いだした。Dullardは、骨芽細胞及び軟骨細胞において、培養細胞を用いた過剰発現及びsiRNAによるノックダウンによって、BMPおよびTGF-βシグナルを阻害する因子である事を明らかにしている。そこで、Dullard (Prx1)変異マウスの骨格系の表現型が、Dullard欠損によってBMPシグナルが亢進される事に起因するかどうかを検討するために、BMP標的遺伝子の発現をin situ hybridizationおよび免疫組織化学的に調べることを試みた。新生マウスの成長板において、BMPシグナルの細胞内伝達因子であるSmad1のリン酸化を検出したが、野生型とDullard (Prx1)マウスの成長板で差は認められず、初代軟骨培養細胞(iMAC)を用いた解析でも、BMPシグナルの亢進を認めなかった。一方、iMACを用いた解析により、TGF-βシグナルが亢進している事が明らかとなった。TGF-βは、軟骨細胞に対して、肥大軟骨成熟化を抑制する事が知られているので、Dullard欠損による骨格形成の異常は、TGF-βシグナルが亢進することによるのではないかと推測される。すなわち、Dullardは、BMPではなく、TGF-βシグナルを抑制する事により、成長板の軟骨細胞の発生を制御する事が示唆された。Prx1-Creマウスにより、四肢および胸骨の間葉系細胞で、Dullardをノックアウトさせた変異マウスDullard (Prx1)の作製に成功した。形態学的及び組織学的解析により、Dullard (Prx1)マウスは、成長板の軟骨形成に異常が生じるために、骨化遅延が起きる事を明らかにした。BMPおよびTGF-βシグナルに関して、初代軟骨培養細胞を用いて、分子生物学的実験を行ったところ、Dullard欠損した軟骨細胞では、BMPシグナルは亢進しておらず、TGF-βシグナルが亢進する事を明らかにした。今後、Dullard (Prx1)変異マウスの軟骨表現型の詳細な解析を行う。また、間葉系の細胞のうち、どの細胞種において、Dullardは最も重要な役割を果たすのかを検証するために、骨芽細胞特異的、骨芽前駆細胞特異的、軟骨細胞特異的Creマウスを用いて、それぞれの細胞種においてDullardをノックアウトさせていく。軟骨細胞におけるDulladによるTGF-βシグナルの抑制機構を分子生物学的に明らかにする。

そのために、Dullardの結合タンパク質を質量分析計を用いて同定し、細胞内の膜構造における、Dullardによる新規TGF-βシグナルの制御機構を明らかにする。さらに、Dullardを骨格系の組織の様々な細胞種で欠損させる事により、それぞれの組織におけるDullardの役割を検討していく。Dullardの骨芽細胞、骨芽前駆細胞、軟骨細胞特異的マウスを作製するための費用。およびそれらのマウスの解析に要する組織学的形態学的解析費用。DullardによるTGF-βシグナル抑制機構を明らかにするための分子生物学的及び生化学的費用。Dullardの結合タンパク質を同定するための生化学的解析費用。Dullardに関する研究発表および報告を行うための費用。
母親の歯周病及び子の乳歯齲蝕のリスク要因解明に関する前向き母子コホート研究

平成19年度に出生コホート研究である「九州・沖縄母子保健研究」を開始し、1757名の妊婦がベースライン調査に参加した。出生時、4ヶ月時、1歳時、以後1年ごとの追跡調査を実施した。本コホート研究は追跡率が高く、質の高いエビデンスを多数創出できる。「九州・沖縄母子保健研究」のデータを活用した解析では、母親の妊娠中のビタミンD摂取は、3歳時の子のう蝕に予防的であった。また、カルシウムの摂取は歯周病に予防的であった。IL1 SNP rs16944のGA遺伝子型は、歯周病のリスクを減らした。今後、子のう蝕及び母親の歯周病進行のリスク要因、予防要因に関する解析を進めていく。齲蝕と歯周病は、日本人の歯牙喪失の主な原因であり、そのリスク要因及び予防要因を解明することは非常に意義深い。今回、エビデンスレベルの高い出生前開始前向きコホート研究である「九州・沖縄母子保健研究」のデータを用いて、乳歯齲蝕における胎児期及び出生後のリスク要因と母親の歯周病のリスク要因を解明する。九州・沖縄母子保健研究では、妊娠中のベースライン調査に1757名の妊婦が参加した。出生時、4ヶ月時、1,2,3、4歳時の追跡調査を終了した。4ヶ月時調査では、母親の歯周ポケット測定を実施し、母子の遺伝子解析試料も得た。唾液中のコチニン濃度測定のために、唾液検体も得た。2,3歳時追跡調査では、乳歯齲蝕の情報を得た。各追跡調査が終了次第、データベースを作成し、それ以前のデータとリンケージしている。平成25年度は5歳時調査を完了し、6歳時追跡調査を開始した。6歳時追跡調査では、質問調査票による情報収集に加え、同意の得られた参加者の口腔内観察を実施している。事務局担当者が日時を調整した上で、対象者の自宅を歯科衛生士が訪問し、母親の歯周ポケット測定、齲蝕、子の齲蝕に関するデータを得ている。平成26年度も、引き続き6歳時追跡調査を実施する。ベースライン調査及び4ヶ月時追跡調査時のデータを活用した解析では、能動喫煙は歯周病と統計学的に有意な正の関連を認めたが、受動喫煙とは関連無かった。また、唾液中のコチニン濃度は、歯周病有症率と正の関連を認めた。ビタミンD受容体遺伝子多型との関連の解析では、SNPrs731236のAA遺伝子型に比較してGG遺伝子型では、有意に歯周病のリスクが高まった。またSNPrs7975232と喫煙との間の生物学的交互作用を認めた。IL1遺伝子多型の解析では、SNPrs16944のGG遺伝子型に比較してGA遺伝子型では、有意に歯周病のリスクが減少した。齲蝕と歯周病は、日本人の歯牙喪失の主な原因である。乳歯齲蝕が多いと永久歯の齲蝕も多い傾向があるため、乳歯齲蝕のリスク要因を解明することは、永久歯の齲蝕予防の観点から、非常に意義深い。また、歯周病は年齢が高くなるにつれてその有症率も高くなるため、若年期における歯周病のリスク要因を明らかにすることは、中高齢期の歯周病の発症及び進行、更には歯牙喪失防止の観点から重要である。今回、エビデンスレベルの高い出生前開始前向きコホート研究である「九州・沖縄母子保健研究」のデータを活用し、乳歯齲蝕における胎児期及び出生後のリスク要因及び母親の歯周病のリスク要因を解明する。出生時、4ヶ月時、1、2、3、4、5歳時までの毎年の追跡調査を終了した。唾液中のコチニン濃度測定用の唾液検体も得た。2、3歳時追跡調査では、乳歯齲蝕の情報を得た。平成26年度末で6歳時調査を完了した。7月より、7歳時追跡調査を開始した。6歳時追跡調査では、質問調査票による情報収集に加え、同意の得られた参加者の口腔内観察を実施した。事務局担当者が日時を調整した上で、対象者の自宅を歯科衛生士が訪問し、母親の歯周ポケット測定、齲蝕、子の齲蝕に関するデータを収集した。ベースライン調査から3歳時追跡調査までのデータを活用した解析では、カルシウム摂取は歯周病有症率と統計学的に有意な負の関連を認めた。乳製品摂取とは関連が無かった。また、妊娠中の母親のビタミンD摂取は、子の3歳時の齲蝕リスクを下げたが、カルシウム摂取とは関連を認めなかった。

今回、エビデンスレベルの高い出生前開始前向きコホート研究である「九州・沖縄母子保健研究」のデータを活用し、乳歯齲蝕における胎児期及び出生後のリスク要因及び母親の歯周病のリスク要因を解明する。九州・沖縄母子保健研究では、妊娠中のベースライン調査に1757名の妊婦が参加した。出生時、4ヶ月時、15歳時の追跡調査を終了した。4ヶ月時調査では、母親の歯周ポケット測定を実施し、母子の遺伝子解析試料も得た。唾液中のコチニン濃度測定用の唾液検体も得た。2、3、6歳時追跡調査では、乳歯齲蝕の情報を得た。各追跡調査が終了次第、データベースを作成し、それ以前のデータとリンケージしている。平成27年度は7歳時追跡調査を実施した。7歳時追跡調査では、質問調査票により、家庭内喫煙状況、身体活動状況、行動的問題、歯科保健行動、感染症罹患状況、身長、体重、視力等の情報を得た。IL1遺伝子多型(rs1800587, rs1143634,rs16944)と歯周病との関連に関する解析では、SNPrs16944のGG遺伝子型に比較し、GA遺伝子型は歯周病のリスク低下と有意に関連していた。しかしながらSNPrs1800587、rs1146934とは関連を認めなかった。今後も引き続き、子のう蝕及び母親の歯周病のリスク要因、予防要因に関する解析を進めていく。平成19年度に出生コホート研究である「九州・沖縄母子保健研究」を開始し、1757名の妊婦がベースライン調査に参加した。出生時、4ヶ月時、1歳時、以後1年ごとの追跡調査を実施した。本コホート研究は追跡率が高く、質の高いエビデンスを多数創出できる。「九州・沖縄母子保健研究」のデータを活用した解析では、母親の妊娠中のビタミンD摂取は、3歳時の子のう蝕に予防的であった。また、カルシウムの摂取は歯周病に予防的であった。IL1 SNP rs16944のGA遺伝子型は、歯周病のリスクを減らした。今後、子のう蝕及び母親の歯周病進行のリスク要因、予防要因に関する解析を進めていく。当初の計画通りに、順調に進行しており、問題はない。医歯薬学引き続き、7歳時追跡調査を継続する。7月からは8歳時追跡調査を開始する。蓄積されたデータを順次解析し、論文を執筆する。日本人のエビデンスの蓄積に貢献する。当初の計画通り、順調に進行している。当初の計画通り研究は進行しているが、62359円の残金が発生した。今後も、引き続き6歳時追跡調査を継続し、確実にデータを収集する。また、蓄積されたデータを順次解析し、論文執筆する。エビデンスの蓄積に貢献する。27年度分と併せて、7歳時、8歳時追跡調査の実行、データ入力、データ解析、論文執筆に関わる経費として使用する。当初の計画通り研究は進行しているが、1081円の残金が出た。26年度分と併せて、6歳時追跡調査の遂行、データ解析・分析、論文執筆に関わる経費として使用する。
近赤外レーザによる物理的免疫アジュバントの確立：生体の新たな光感受機構の探求

現在のワクチンの多くは免疫アジュバント(免疫賦活剤)が混合されているが,その安全性や効果に問題が残されている.最近,我々は近赤外光照射がアジュバントとして機能することを明らかにしたが,その詳細なメカニズムは不明である.まず,培養した角化細胞に均一な強度プロファイルでレーザ光を照射する光学系を確立した.角化細胞に発現するCCL20のmRNAをqRT-PCR法にて発現量を解析した.また,活性酸素に着目し,ESR法にて活性酸素を定量する方法およびミトコンドリアの酸素消費量を定量する手法をそれぞれ確立した.今後,これらの定量解析から近赤外レーザ照射による免疫活性化メカニズムが明らかになると期待される.本研究はレーザ光照射の免疫活性作用に着目し,低出力近赤外レーザ光の皮膚また粘膜への短時間照射がワクチンに対する免疫アジュバントとして作用するという仮説を証明し,その作用機序を細胞ならびに分子レベルにて解明することを目的とした.まず,免疫機構を活性化するメカニズムに活性酸素種(ROS)が関与しているという仮説を立て,レーザ照射強度に依存したROSおよび関連するサイトカイン産生量の定量を試みた.表皮角化細胞であるHEKaを4群に分け,1064 nmのCWDPSSレーザを用いてそれぞれ0, 0.052, 0.26, 0.52 W/cm2としてレーザを30秒間照射した.まず樹状細胞を粘膜へと誘導するケモカインCCL20の産生量をRT-PCR法を用いて測定し,さらにROSを定量するためにスピントラッピング剤DMPO (5,5-Dimethyl-1-Pyrroline-N-Oxide)を培地に添加し,細胞内のROSを捕捉し,電子スピン共鳴法を用いてレーザ照射によって産生されたROSを解析した.CCL20の発現量はレーザ照射に依存して増大したが,レーザ照射強度0.52 W/cm2では低下を示したことから,サイトカインの誘導には最適な照射の条件が存在することが示唆された.申請者らはマウスを用いた感染実験で同現象を明らかにしているが,それをin vitroで再現したことを示す結果である.また,電子スピン共鳴法によって細胞内で産生されたROSを解析した結果,レーザ強度に依存したROSの増大が認められ,レーザ照射による免疫活性化機構にROSが関与することが強く示唆された.以上の結果から,レーザ照射によってヘムタンパクからガス分子が遊離し,ROSの産生を促進している可能性が考えられ,今後は細胞からミトコンドリアを分離し,ヘムタンパクとガス分子の関連に着目してメカニズムを解明していく.本研究はレーザ光照射の免疫活性作用に着目し,低出力レーザ光の皮膚または粘膜への短時間照射がワクチンに対する免疫アジュバントとして作用するという仮説を証明し,その作用機序を細胞ならびに分子レベルで解明することを目的とした.マウスを使ったインフルエンザ感染モデルの実験にて,この近赤外光は既存のワクチンアジュバントと同程度の感染防御免疫誘導効果があること,また臨床研究により同用量の近赤外光照射がヒト皮膚に対し安全であることを明らかにした.近赤外光のメラニンに対する吸収係数は緑色光に比し約10倍小さく,比較的皮膚色によらない効果が期待でき,皮膚への照射に適している波長を選択していることが臨床応用への強みであると考えられた.近赤外レーザ光が免疫反応を活性化する機序に関しては未だ不明な点が多いが,近赤外レーザ光照射が培養角化細胞での少量の活性酸素種の産生がシグナルの伝達を引き起こし,免疫刺激性のケモカインの産生を引き起こす事が示唆された.活性酸素の主なリソースはミトコンドリアであると仮説を立て,マウス肝臓組織からミトコンドリアのみを単離し,活性酸素指示薬L-012を添加しながらレーザ照射による活性酸素生成量を蛍光マイクロプレートリーダーにて解析したが,有意な変化は見られなかった.今後は感度の高い活性酸素指示薬の応用や,レーザ照射条件を最適化することで,生成する活性酸素量が免疫の活性化を評価する指標になることが考えられた.現在のワクチンの多くは免疫アジュバント(免疫賦活剤)が混合されているが,その安全性や効果に問題が残されている.最近,我々は近赤外光照射がアジュバントとして機能することを明らかにしたが,その詳細なメカニズムは不明である.まず,培養した角化細胞に均一な強度プロファイルでレーザ光を照射する光学系を確立した.角化細胞に発現するCCL20のmRNAをqRT-PCR法にて発現量を解析した.また,活性酸素に着目し,ESR法にて活性酸素を定量する方法およびミトコンドリアの酸素消費量を定量する手法をそれぞれ確立した.今後,これらの定量解析から近赤外レーザ照射による免疫活性化メカニズムが明らかになると期待される.申請者らが報告してきたマウスの感染実験において,レーザ照射に対して免疫が活性化する現象そのものは明らかにされてきたが,その詳細な分子機構については一切不明であった.本課題ではそのメカニズムを明らかにすべくヒト角化細胞を用いたin vitro実験を行い,仮説として活性酸素種(ROS)に着目し,レーザ照射に伴うROSの生成と,免疫機構に関係するサイトカインの産生を定量的に解析し,メカニズムの一端を明らかにすることを第一の課題とした.

まず,細胞へ照射するレーザの照射エネルギーを均一にするため,1064 nmのDPSSレーザ光をビームシェイパーによってビーム整形し,ガウシアンプロファイルからフラットビームに整形する光学系を構築した.ビームプロファイラを用いて均一な照射が可能であることを確認し,培養細胞へ照射した.メカニズムの検討においては電子スピン共鳴装置によるROSの定量と,RT-PCRによるサイトカインの発現解析を並行して行った.概要で記した通り,電子スピン共鳴法によって得られたスペクトルはレーザの強度に依存してROSが増大することを示し,また樹状細胞をリクルートするCCL20の発現量はレーザ照射に依存して増大した.これらの結果はマウス実験で生じた現象を細胞レベルで再現していることを意味し,これにより,光の物理的作用によって免疫が活性化するメカニズムの一端を明らかにしたと言える.次年度はここで得られた成果を発展させ,レーザ照射によって活性化されるサイトカインのターゲットを広げ,分子機構をより詳細に検討する.さらにROSの定量に関しても電子スピン共鳴法による測定においてS/Nを向上させることにより,より明確なROSの定量を試みる.以上から,光学系のセットアップから細胞照射の実証,分子レベルの解析まで進めることができたため,順調に進展していると判断する.生体医工学大きな課題として3点考えられる.1点は電子スピン共鳴装置を用いたROS計測の感度向上,2点目はCCL20以外のサイトカインがマウスの実験と同様に変化しているかを確認する必要があること,また3点目としては免疫活性化の効果が得られるレーザの最適な照射条件を決定する点である.まず,電子スピン共鳴装置によるROSの計測においては,細胞内にスピントラップ剤を導入して測定したが,細胞に対するROSの生成量が少ないため,S/Nが低い計測となった.これを改善するために,細胞からミトコンドリアを抽出し,高濃度で呼吸バッファーに懸濁し,それに対してレーザ照射およびトラップ剤を導入することで,S/Nの向上が期待できる.また,CCL20以外のサイトカインについては,CCL2,CCL17,Cyclooxygenase-2,Interleukin-1 alphaについて同様にPCR法を用いて発現量を定量する.3点目の課題については,これまでの実験では連続光を用いて免疫の活性化を検討しているが,レーザパワーやpulse duty比を変え,培地の温度上昇を抑えながら最大限免疫の活性化を誘発できる条件を明らかにしていく.
ＩＤＨ変異グリオーマへの、もう1つの分子標的治療：新開発代謝阻害剤の治療効果

星細胞腫や二次性膠芽腫の70%が、IDH1/2遺伝子の機能獲得型変異をもつ。変異型IDH特異的な阻害剤も開発され臨床試験が行われているが、早くもIDH遺伝子の再変異による獲得耐性が問題となっている。従い、IDH変異グリオーマにおいて、IDH阻害以外の標的シーズを開発するニーズは高い。一方、IDH変異グリオーマは、ある代謝干渉に対し、著しく脆弱であることが示唆されている。そこで、本研究では、培養系および前臨床モデルにて、上記代謝干渉の治療効果を検証する。