hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
寄生植物による維管束情報ハイジャック機構の解明

寄生植物は穀物を含むさまざまな作物に寄生し、収穫量を大幅に減らす。特にアフリカや地中海沿岸での農業への被害は深刻であるが、寄生植物がどのように寄生するのかを理解することは、こうした被害への対策を講じるうえで重要なステップと考えられる。寄生植物は吸器と呼ばれる侵入器官を形成し、この器官を介して宿主組織に侵入、維管束を連結することで宿主との連絡を確立し、この連絡を介して水や栄養を宿主から奪う。これまでの研究で、宿主のリグニンが、寄生に非常に重要であることがわかってきた。このことから、寄生植物ストライガの宿主であるイネの感染時におけるリグニンのメタボローム解析を行った。ストライガ耐性品種では、ストライガ2感染すると多くのリグニン代謝物が特異的に蓄積することを見出した。最も明らかなのは、相互作用部位周辺での、リグニン、主にp-ヒドロキシフェニル(H)、グアイアシル(G)、およびシリンギル(S)芳香族単位からなるフェニルプロパノイドポリマーの沈着の増加であった。また、リグニン蓄積は、フェニルプロパノイド経路における酵素をコードする遺伝子の発現の誘導を伴った。さらに、リグニン組成を調節する遺伝子をノックダウンまたは過剰発現させることによって正常なリグニン組成を改変するとストライガ感染に対する感受性を増強した。これらの結果は、感染部位に沈着したリグニンの増強およびリグニンポリマーの構造的完全性の維持が、ストライガ耐性にとって極めて重要であることを証明している。ゲノム・トランスクリプトーム情報が確立した寄生植物コシオガマの実験系を用い、多くの遺伝子をクローニングできている。吸器形成時に発現が上昇すると確認されたSBT遺伝子群に関しては系統解析をおこない、プロモーターをクローンできた。これらのプロモーターとYFP等の発現マーカーを使って、時空間的発現パターンを明らかにできた。特にオーキシントランスポーターであるPINとLAXタンパク質と4つのSBT遺伝子については、コシオガマの感染器官である吸器に特異的に発現していることを突き止めた。また、本研究で構築したコシオガマの吸器で発現する遺伝子群の酵母1ハイブリッド法ライブラリーをもちいて、プロモーターに結合因子の同定が進んでいる。さらに、宿主由来の吸器形成誘導物質が細胞壁リグニン由来のキノンモノマーであることから、この因子の受容システムの解析が進んでいる。このことから、研究は概ね順調に推移していると判断する。吸器の形成に必要な遺伝子の同定と機能解析に関しては、ゲノム・局所的トランスクリプトームを駆使して単離した特異的遺伝子群の機能解析を継続して進める。吸器形成時に発現が上昇すると確認されたSBT遺伝子群に関しては、さらに解析を続け、そのプロモーターにSBT阻害タンパク質をコードする遺伝子を発現させるなどして、表現型解析をおこないその機能を明らかにする。吸器を介したシグナル伝達機構の解明に関しては、どのようにしてペプチド、植物ホルモン等の移動が寄生植物から宿主へ、あるいは宿主から寄生植物へ行われるかを探索するため、そのベクター候補となるエクソゾームをマーカー使って可視化し、その挙動を詳細に解析する。移動が明らかになった場合はそのエクソゾームを単離する実験系を構築する。オーキシン移動の極性に関しては、吸器での発現を確認したオーキシントランスポーターであるPINとLAXタンパク質の細胞内局在を明らかにすることで、オーキシンの役割を解析する。吸器を介した遺伝的情報の移動と記憶機構の解明に関しては、RNA-seq解析を細胞特異的におこない、上記のエクソゾーム含有RNAとの比較をおこなう。アフリカで猛威をふるうストライガに代表されるハマウツボ科の寄生植物の根は、宿主となる植物の根を認識すると、吸器と呼ばれる感染に必要な組織を形成する。本研究では、ハマウツボ科の寄生植物であるコシオガマの遺伝学システムをたちあげ、変異体スクリーニングから吸器毛をはやすことの出来ない変異体を複数得た。これらの変異体は、根毛も失っていたことから、吸器毛の形成は根毛の形成に必要な因子が制御していると考えられた。また、吸器毛を失った変異体では、感染できた吸器の数が減少することから、吸器毛が感染に重要であることが明らかになった。また、寄生植物は、長期にわたって種の状態で休眠するが、宿主となる植物が現れるとその根から放出されるストリゴラクトンという化合物を感じて発芽し、宿主植物に寄生する。さらに、ストリゴラクトンを認識するKAI2タンパク質をコードする遺伝子の数が、寄生植物のゲノム中で増えていることを発見し。また寄生植物のKAI2タンパク質をシロイヌナズナのkai2変異体に導入すると、ストリゴラクトンに反応して発芽する植物を作ることができたことから、寄生植物のKAI2遺伝子はストリゴラクトン受容体の機能を獲得したと考えられた。ストライガに感染されたイネにおいてトランスクリプトーム解析をおこない、ジャスモン酸およびサリチル酸に制御される防御遺伝子群の発現が感染時に誘導されていることが明らかになった。ジャスモン酸を生合成できなくなったイネの変異体ではストライガの感染が甚大となることから、ジャスモン酸系の防御遺伝子がストライガ抵抗性に重要であることが明らかになった。またイネの病害抵抗性の発現に重要なWRKY転写因子をコードする遺伝子に変異が入るとストライガへの抵抗性が低くなることから、WRKYがストライガに対する防御を制御していることが明らかになった。

ハマウツボ科の寄生植物であるコシオガマの遺伝学システムをたちあげ、変異体スクリーニングから変異体を複数得て、解析をすすめられたことは、これからの研究が大きな障害なく推進していけることを意味している。またストライガに関する研究では、発芽に重要なレセプターの単離、また宿主側の重要抵抗性因子を同定できたことで、研究は概ね順調に推移していると判断する。寄生植物は主要な穀物を含むさまざまな作物に寄生し、収穫量を大幅に減らす農業上の有害生物である。特にアフリカや地中海沿岸地域での農業への被害は深刻であるが、寄生植物がどのように宿主の生理機能や生長をコントロールしているのかを理解することは、こうした被害への対策を講じるうえで重要なステップと考えられる。寄生植物は吸器と呼ばれる侵入器官を新たに形成し、この器官を介して宿主組織に侵入、維管束を連結することで宿主との連絡を確立し、この連絡を介して水や栄養を宿主から奪う。本課題では、次世代シーケンサーを用いた網羅的な解析から、吸器発生初期に発現が変動する遺伝子を多数同定した。同定された遺伝子群の中に、オーキシン生合成の鍵酵素YUCCAをコードする「YUC3遺伝子」の解析を進めた。まず、YUC3の発現は吸器発生部位の表皮で特異的に上昇すること、そして、YUC3の発現の上昇に伴い、内生のオーキシン量が上昇することが分かった。また、YUC3の発現を減少させると、形成される吸器の数が減少すること、反対に、YUC3の発現を表皮で特異的に誘導すると、吸器様の構造を形成する様子が観察されことから、YUC3を介した吸器発生部位での局所的なオーキシンの生合成が、吸器発生において重要な過程であることが明らかになった。また、寄生植物が生合成したサイトカイニンが宿主植物へと移動し、宿主植物がそれを受容することで宿主の肥大化(ハイパートロフィー)が引き起こされることが明らかになった。このハイパートロフィーがより効率的な寄生に貢献していることがわかった。ハマウツボ科の寄生植物であるコシオガマの遺伝学システムを用いて、次世代シークエンサーによる解析をすすめられたことは、研究が大きな障害なく推進していることを意味している。また植物ホルモンであるオーキシンとサイトカイニンが寄生に非常に重要で有り、サイトカイニンに関しては、寄生植物から宿主植物に移動する化合物の機能が明らかになった最初の例となった。このことから、研究は概ね順調に推移していると判断する。寄生植物は穀物を含むさまざまな作物に寄生し、収穫量を大幅に減らす。特にアフリカや地中海沿岸での農業への被害は深刻であるが、寄生植物がどのように寄生するのかを理解することは、こうした被害への対策を講じるうえで重要なステップと考えられる。寄生植物は吸器と呼ばれる侵入器官を形成し、この器官を介して宿主組織に侵入、維管束を連結することで宿主との連絡を確立し、この連絡を介して水や栄養を宿主から奪う。吸器の発生に関わる遺伝子を探索するため、コシオガマをモデル寄生植物として確立し、吸器発生初期の遺伝子発現を網羅的に解析して、多数の発現変動遺伝子を同定した。ここで同定された遺伝子群の中に、植物ホルモンの一種であるオーキシンの関連遺伝子が多数見出されたことに着目し、オーキシン生合成の鍵酵素YUCをコードするYUC
ヒト膵臓組織を用いた糖尿病発症機序の解明に関する研究

膵部分切除術には膵頭十二指腸切除;PD、膵体尾部切除;DPがあり、PDおよびDP後の糖尿病の発症を検討した。約2年の経過中にPD4%、DP48%に糖尿病の発症を認めた。インスリン分泌はDPで低下を認めたが、PDでは保持されていた。インスリン分泌を刺激する腸管ホルモンであるGLP1の分泌はPDがDPより高かった。インスリン分泌細胞の脱分化(成熟細胞から未熟な細胞へ戻ること)の指標が高い患者で耐糖能が悪いことが判明した。手術前後の腸内細菌叢を比較したところ、PDの術前後で菌叢の顕著な変化を認め、無菌マウスへの移植実験で膵切除による腸内細菌叢の変化が糖尿病の発症に関与している可能性が示唆された。2016年3月末現在、約100例の症例登録が完了した。膵臓手術の術式別の耐糖能の推移も術前、術後、6か月後まで多くの症例で追跡が実施できている。膵頭十二指腸切除術(PD)18例、膵体尾部切除術(DP)17例において中間解析を実施した。PD例はDP例より高齢、男性の割合が高く、膵切除の原疾患として癌の割合が高い傾向を示した。ベースラインの糖・脂質代謝や肝・腎機能などには有意差は認めなかった。膵臓手術の術後の内因性インスリン分泌やインクレチン分泌の変化に術式別で大きな違いがあることを見出した。すなわち、術前、術後、術後6か月において75g経口ブドウ糖負荷試験を実施したところ、術後・術後6か月に耐糖能が悪化した症例の割合はPD群で有意に低かった。PD例においては、術後6か月で内因性インスリン分泌の回復が見られる症例が一定数認められた。また、75g経口ブドウ糖負荷試験における活性型GLP-1レベルはPD、DPいずれも術後に上昇を認めたが、PD群においてその上昇はより顕著であった。膵臓手術症例の内分泌予後の継時的変化を詳細に追跡した研究は現在までになく、非常に貴重なデータが蓄積しつつあると考えられる。さらに、膵組織学的解析も実施した。ブドウ糖負荷試験における正常型、境界型、糖尿病型の3群におけるβ細胞面積、β/α細胞面積比等に大きな違いがあることを明らかにした。今後、どのような膵組織所見が耐糖能変化の予測因子になりうるかを追跡調査する予定である。症例登録が約100例と順調に推移しており、また膵内分泌機能の追跡評価の体制も確立し、順調に内分泌予後の追跡を実施できている。2017年3月末現在、約130例の登録が完了した。膵臓手術の術識別(膵頭十二指腸切除;PD、膵体尾部切除;DP)の耐糖能の推移も術前、術後、6か月、12か月、24か月まで多数の症例で実施できた。115名が解析対象となり、非糖尿病86例の糖尿病発症率をPD、DPで比較したところ、1年累積発症率はPD5%、DP60%と顕著な違いを認めた。経口ブドウ糖負荷試験の追跡調査では、術後6か月時点において、DP群のグルコール曲線下面積(AUC)はPD群より有意に高く、インスリン分泌は有意に低かった。インスリン抵抗性の指標であるHOMA-IRは両群とも術直後に改善を認め、術後6か月で術前レベルに復した。活性型GLP1の負荷前値は群間で有意差を認めなかったが、負荷後のGLP-1上昇は2群間で大きく異なり、PD群のAUCはDP群より有意に高かった。膵臓組織所見(α細胞、β細胞面積、α/β面積比)を術前耐糖能別(正常型、境界型、糖尿病型)に比較検討したところ、耐糖能の悪化に伴いβ細胞面積が減少すること(正常型>境界型>糖尿病型)、またα/β細胞面積比が増加することを見出した。膵組織所見と糖尿病発症の関連を検討したところ、β細胞面積が糖尿病発症の有意な予測因子であった。術識別の耐糖能変化の違いを説明する機序として腸内環境の変化に注目し、腸内細菌叢の特徴、また血中および糞便中の短鎖脂肪酸、胆汁酸解析を計画し、徐々にデータを得ている。術識別に比較すると、術後の腸内細菌叢の変化に特徴的な違いが認められた。症例登録は順調に増加、また膵組織解析も順調に進行している。加えて、腸内細菌解析も開始できており、今後の進捗が期待される。2018年3月末現在、123例の登録が完了した。膵臓手術の術識別(膵頭十二指腸切除;PD、膵体尾部切除;DP)の耐糖能の推移は中央値で約2年間観察できた。115名が解析対象となり、非糖尿病86例の糖尿病発症率をPD、DPで比較したところ、2年累積発症率はPD4%、DP48%と顕著な違いを認めた。一方、GIP分泌については2群間で有意差を認めなかった。

膵臓組織所見(α細胞、β細胞面積、α/β面積比)を術前耐糖能別(正常型、境界型、糖尿病型)に比較検討したところ、耐糖能の悪化に伴いβ細胞面積が減少すること(正常型>境界型>糖尿病型)、またα/β細胞面積比が増加することを見出した。膵組織所見と糖尿病発症の関連を検討したところ、DP群においてはα細胞面積およびβ細胞面積が糖尿病発症の有意な予測因子であった。術識別の耐糖能変化の違いを説明する機序として腸内環境の変化に注目し、腸内細菌叢の特徴、また血中および糞便中の短鎖脂肪酸、胆汁酸解析を実施した。特定の菌叢が豊富な糞便を移植した無菌マウスでは、耐糖能の有意な悪化または改善が認められた。探索的に実施した肝臓組織学的解析では脂肪蓄積やマクロファージの浸潤には有意な変化は認めなった。膵部分切除術には膵頭十二指腸切除;PD、膵体尾部切除;DPがあり、PDおよびDP後の糖尿病の発症を検討した。約2年の経過中にPD4%、DP48%に糖尿病の発症を認めた。インスリン分泌はDPで低下を認めたが、PDでは保持されていた。インスリン分泌を刺激する腸管ホルモンであるGLP1の分泌はPDがDPより高かった。インスリン分泌細胞の脱分化(成熟細胞から未熟な細胞へ戻ること)の指標が高い患者で耐糖能が悪いことが判明した。手術前後の腸内細菌叢を比較したところ、PDの術前後で菌叢の顕著な変化を認め、無菌マウスへの移植実験で膵切除による腸内細菌叢の変化が糖尿病の発症に関与している可能性が示唆された。膵内分泌機能の推移と膵組織所見の関連についての組織学的解析を実施する予定である。術式別の腸管インクレチン分泌反応の違いにどのような病態が関連するかについて、種々の臨床的指標を用いて解析を実施する予定である。腸内環境の変化(腸内細菌叢の多様性や菌種の変化、短鎖脂肪酸、胆汁酸の血中、糞便中レベルの変化)を確認し、耐糖能やインスリン・インクレチン分泌に及ぼす影響を検証する。
赤血球系転写因子群とMaf関連蛋白質による赤血球分化の制御とその異常の解析

血球系転写活性化因子NF-E2は血球系特異的に発現するp45 NF-E2とより広範な細胞系列で発現する小Maf群因子(MafF,MafG,MafK)とのヘテロ二量体である。本研究は、NF-E2の血球分化調節とその異常である白血病化への関与を明らかにすることを目的とする。本年度はNF-E2サブユニットとその関連転写因子群の機能と機能機構の解析を行い、以下の成果を得た。1.MafKは他の因子と相互作用することにより積極的に転写を抑制する活性をも有すること、そしてこの活性は二量体組成に依存して抑圧されることを見い出した。2.昨年度の研究により発見したNF-E2関連転写因子ECHの解析を特に構造機能相関に重点をおいて進めた結果、この因子は非常に強い転写活性化ドメインを有すること、そしてその転写活性化能は他の因子との結合により負に制御されることが明らかになった。この相互作用の解析から、蛋白質間相互作用を司る新しいモチーフが発見された。3.MafKと会合する因子の検索を酵母中でのtwo hybrid systemを用いて行い、新しいbZip型転写因子遺伝子群を発見した。この遺伝子群は、MafKなど小Maf因子群の機能制御に重要な役割を担う可能性がある。
精密有機合成を指向した多点認識型アミン有機触媒の創製

申請者は、アミン有機触媒の適切な位置に酸性官能基を導入し、水素結合によって本来不安定な遷移状態を安定化することで、触媒制御によるアンチ選択的な反応の開発を行った。酸性官能基を持たない触媒を用いてアルデヒドのα,β-不飽和ケトンへの共役付加反応を行うと、従来の触媒と同様にシン体が主生成物として得られた。一方、ビアリール母骨格に酸性官能基を導入した触媒を用いて反応を行うと、アンチ選択的に反応が進行することを見出した。また申請者は、ピロリジン環の3位に不斉点を有するL-ヒドロキシプロリンを原料としてトリチルピロリジンの合成を行った。得られたトリチルピロリジンは2つの不斉点を持つため、ジアステレオマーとしてシリカゲルカラムで簡便に分割することが可能であった。さらに、アルデヒドの不斉ベンゾイロキシル化反応によって、合成したトリチルピロリジン誘導体の触媒活性を評価した結果、高い触媒効率と立体選択性を示した。申請者は、α-セレノケトンがZ-アリル基の等価体となることに着目し、アミン有機触媒によるアルデヒドのα-セレノエノンへの不斉共役付加反応の開発を行った。検討の結果、高い立体選択性で反応を促進する触媒を見出した。共役付加生成物のα-セレノケトン部位は、還元および脱離反応によって目的のZ-アリル基へと立体選択的に変換された。得られた生成物は、β位に不斉炭素を有するアルキル化剤としてさらなる変換反応へと適用された。申請者は、酸性官能基を導入した触媒を用いたアルデヒドのβ,γ-不飽和α-ケトエステルに対するアンチ選択的な共役付加反応を経た形式的ヘテロDielsーAlder反応を進行させることで、シス体のジヒドロピランを立体選択的に合成することに成功した。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
発展途上国における教育と保健を統合した新たな国際開発研究の展開

教育と保健は、国際開発の中心的課題であり、人びとの生活でこの二分野は密接に関連している。本研究では、これまで別々に行われていた両分野の研究を統合し、共同でフィールド調査を行い、結果の提示や考察を学際的に行った。インタビューに基づく家計調査により、どのような観点から教育と保健を人々が捉えているのか、個々の生活の中で教育と保健がどのような位置にあり、干渉しているのか、その理由や背景を解明した。この成果は、国際開発研究上の意義があることに加え、開発課題に対する実践的な面での価値もある。国連で合意した国際開発目標の中心は教育と保健の課題であり、この2分野は密接に関連している。したがって、教育と保健の各分野における研究には膨大な蓄積がある一方で、一部の計量的分析を除けば、2分野は融合することなく、個別に研究成果が並べられることが多い。これは現実の対象に合わせて調査研究の枠組みを新たに構築するのではなく、調査者があらかじめ決めた枠に現実を逆に当てはめようとするために起こることである。本研究では、教育と保健を統合した研究を目指し、それぞれの分野の専門性を有する研究者によりフィールドワークを合同で行い、研究成果を協働して紡ぎ出すことに特徴がある。これが実現できれば、途上国を対象とする国際開発研究において人間科学的な側面を一段と強化できる。前年度の予備調査の結果およびその分析をもとに、ケニアで初等教育の日常生活面での効果について、マサイ女性(中等学校へ進学していない)を対象とした本格調査を行った。調査の結果、(1)対等な夫婦関係の構築、(2)家族の衛生と健康の改善、(3)友人関係など社会的ネットワークの拡大、(4)公用語(英語・スワヒリ語)の習得、(5)計画力、ソフトスキルの獲得、(6)基礎的ビジネス、生活改善スキルの習得の効果が明らかになった。このような効果が現れる理由として、学校活動を通じた、エクスポージャー(exposure)とインタラクション(interaction)の2つがカギとしてある。また、南スーダンにおいて補完的調査を行った。これらの研究成果は、中間報告として、国際会議(UKFIET:英国国際教育訓練フォーラム)および国内学会(アフリカ教育研究フォーラム、日本アフリカ学会など)の学術大会の機会を活用し、他の研究者とも積極的に交流を図り、意見交換を行った。これは現実の対象に合わせて調査研究の枠組みを新たに構築するのではなく、調査者があらかじめ設定した枠組みに現実を逆に当てはめようとするために起こることである。本研究では、教育と保健を統合した研究を目指し、それぞれの分野の専門性を有する研究者によりフィールドワークを合同で行い、研究成果を協働して紡ぎだすことに特徴がある。平成24年度は、準備段階として、研究全体の方向性を関係者で共有し、教育と保健の両者を同時に対象とした研究論文のレビューを行った。その後、現地予備調査としてラオスを対象に澤村(教育)とデロスレイエス(保健)による合同調査を行い、研究計画の妥当性の確認、解決すべき研究上の課題を整理した。具体的には次の事項を行った。(1)研究目的・計画・方法の共有、研究上の課題・フィールドワーク技法の検討、(2)関連文献の整理とレビュー、(3)ラオス予備調査の実施、(4)調査結果の整理分析、結果の共有(5)研究計画全体の再検討、25年度調査方針の策定。本年度は総括段階(最終年度)にあたり、これまでの研究の成果を踏まえ、あらたな研究の視点として有望な事項について、ケニアでの補足調査に加え、イランのアフガニスタン難民による自主的運営校において調査を行った。研究成果の発表は、国内の学会、研究会(国際開発学会やアフリカ教育研究フォーラムなど)で行い、他の研究者との交流、意見交換を行った。

特に、国際学会としてアジア比較教育学会(6月、中国・杭州)の発表では、日本以上に中国研究者から高い関心を持たれた。また、国際ジャーナルへの論文投稿を準備中である。比較国際教育学フィールド調査および研究成果の発表をほぼ計画どおり効果的、効率的に行うことができた。ラオスでの予備調査を計画どおりに実施、調査結果の整理分析、および結果の分析を予定どおり行うことができた。とくに研究上の課題が明らかになったのは収穫であった。これらは、研究計画全体の見直しをする機会にもなった。最終年度の総括段階として、これまでの調査の成果を踏まえ、あらたな研究の視点として有望な事項について集中的に補足調査を行う。必要があれば、ケニアにおける補足調査に代え、ケニアの近隣国での調査も検討する。研究成果の発表は、予算の有効活用から国内の学界にとどめるが、論文発表は国際ジャーナルへの投稿を行う。引き続き教育と保健の研究者による共同フィールドワークを実施する。アジア・アフリカ地域間での比較研究の可能性を想定していたが、ケニアおよびその周辺国など、アフリカ地域内での比較研究も検討する。ケニアで予定していた調査が、現地共同研究者の都合等により延期になった。平成25年度に計画していた現地調査は、平成26年79月に実施する予定である。昨年度の予備調査の結果を踏まえ、ケニアにおいて本格調査を行う。その際、柔軟性のある研究枠組みを構築し、円滑にフィールドデータの収集および解釈ができるよう、現地共同研究者と密接な調整を行う。研究成果の中間報告として、国際開発学会(国内)、国際学会などの大会を活用し、他の研究者とも積極的に交流を図る。具体的には、次の活動を行う。(1)ケニアでの本格調査の実施、(2)公開シンポジウムの開催(アフリカ教育研究フォーラムの場を活用)、(3)学会における研究成果中間発表。
ヒト大腸癌浸潤・転移の予後を予測するバイオマーカーの病理学的検討

【研究結果および成果】1.大腸癌細胞株のRab35・fascinの発現およびその発現と遊走・浸潤能との関連ヒト大腸癌細胞株(LoVo,DLD-1)を用いて、Rab35遺伝子の過剰発現・ノックダウン操作を施した結果、fasctnはタンパク、遺伝子レベルで発現変化があり、その関連性を認めた。また、Rab35をノックダウンするとfascinの発現低下とともに、細胞遊走能・浸潤能が抑制された。2=遺伝子導入大腸癌細胞のヌードマウスへの細胞移植実験In vivo研究として、LoVo(Rab35siRNA導入大腸癌細胞)をヌードマウスに皮下移植し、コントロール群(vectorのみ移植)と遺伝子導入群の腫瘍形成能、転移動態を比較したが、統計学的解析では有意な差は認められなかった。3.ヒト大腸癌組織のRab35・fascinのタンパク・mRNA発現と転移の関連性についての病理学的解析当大学病理学講座の過去症例(64例)の生検標本を試料として免疫組織化学法によりRab35・fascinタンパクを検出した。Rab35の陽性率は非常に低く比較検討する事ができなかった。Fascinのタンパク発現を生検材料と手術後の大腸癌組織について免疫組織化学的に検討すると、生検組織にfascin陽性癌細胞が見られた症例では、摘出大腸癌組織に広範囲にfascin陽性癌細胞が見られ、癌病変周囲に浸潤像や転移像が認められた。In situ hybridization法によるfascin・rab35の遺伝子発現の比較はできなかったことから、固定法やプロトコールの改善が必要であり、今後の検討課題となった。これらの所見から、大腸生検組織の免疫組織化学的手法を用いたfascinタンパクの検出は、大腸癌の予後を推定するバイオマーカーになることが示唆された。
中赤外超強電場パルスによる量子トンネル過程に基づく新規電子相転移の実現

昨年度までに、物質を制御するための位相が固定された中赤外パルス(波長10ミクロン、電場振幅10 MV/cm)の発生に成功した。30年度は、これを励起光とし、可視極短パルスをプローブ光とした中赤外ポンプー可視サブサイクルプローブ分光測定系を構築した。更に、クライオスタット中で低温での測定ができるよう測定系の最適化を行なった。特に、中赤外パルスを二つに分け、位相をリアルタイムに計測できるよう検出系を工夫した。以上の結果、極めて安定な中赤外ポンプー可視サブサイクルプローブ測定系の構築に成功した。本測定系を用いて、有機分子性結晶TTF-CAにおいて、中赤外パルス励起による反射率変化を時間幅9fsの可視パルスを用いて測定した。本測定系における中赤外パルスは、電子ー分子内振動相互作用によって活性化されたCAの分子内振動に共鳴している。この中赤外光を照射すると、TTF分子の分子内遷移の反射率が大きく振動することが分かった。その振動周波数は、中赤外光によって励起したCA分子の分子内振動の周波数と一致した。このことは、CA分子の分子内振動が励起されることによって、隣接するTTF分子の価数が変調されることを意味している。これは、電子ー分子内振動相互作用によって生じる分子間の電子移動を実時間で検出したことになる。分子性固体における電子ー分子内振動相互作用自体は古くから知られている現象であり、光誘起相転移の過程においてもそれに起因するとされる高周波の振動が幾つかの実験で観測されていた。しかし、中赤外光励起によって特定のモードを共鳴励起しているという意味で、本研究では最も直接的に電子ー分子内振動相互作用による電子移動を観測したと言える。さらに、分子内遷移の反射率変化には、振動以外に長寿命の変化が生じていることがわかった。これは、イオン性相から中性相への相転移を示す重要な結果である。30年度の主たる成果は以下の通りである。(1)位相安定な中赤外パルスを励起光とし、可視極短パルスをプローブ光とした中赤外ポンプー可視サブサイクルプローブ分光測定系を構築し、低温測定が可能なシステムとして完成させた。(2)上記測定系を用い、有機分子性結晶TTF-CAにおいて中赤外パルス励起による反射率変化を時間幅9fsの可視極短パルスを用いて測定した。CA分子の分子内振動を共鳴励起することによって、電子ー分子内振動相互作用に起因する分子間電子移動をはじめて実時間観測することに成功した。(3)分子内振動を共鳴励起することによって、巨視的な電子相転移であるイオン性ー中性転移を引き起こすことに成功した。(2)において分子間電子移動を実時間観測することに成功した点、(3)において分子振動励起による電子相転移を見出した点は、当初の計画を上回る成果であるとともに、極めて重要な成果であると考えている。今後は、30年度に見出した分子内振動励起によるイオン性ー中性転移の機構を明らかにするために、中赤外パルスの周波数を変化させ、転移の挙動を調べる。まず、通常の時間幅が約100 fsのポンプープローブ分光測定系を用いて、相転移のダイナミクスの励起周波数依存性を調べる。この場合の中赤外のパルスは位相安定ではないためサブサイクル分光はできないが、励起パルスの周波数とプローブパルスの光子エネルギーを簡便に変化させることができるため、相転移の機構を解明するには有利である。反転対称性が破れているイオン性相では、分子間電荷移動と結合した分子内振動モードが赤外活性化するが、そのモードを共鳴励起した場合、および、非共鳴励起の場合の両者について、イオン性ー中性転移のダイナミクスを測定し、相転移の効率を評価する。また、応答の時間特性の電場依存性から、それぞれの相転移の機構を明らかにする。中性相では、中赤外に共鳴するモードが存在しないため、励起は常に非共鳴となる。非共鳴励起の場合は、イオン性ー中性転移、中性ーイオン性転移のいずれの場合も量子トンネル過程がきっかけとして相転移が生じる可能性がある。量子トンネル過程に起因するイオン性ー中性転移、および、中性ーイオン性転移の挙動を比較し、両者の機構の違いを考察する。この研究と並行して、中赤外領域の広い範囲で位相安定なパルスを発生させ、それを励起光に用いてサブサイクル分光が可能な光学系の構築を行う。中赤外パルスは、チタンサファイアレーザーによって2台のオプティカルパラメトリックアンプを励起し、非線形光学効果を用いてその出力の差周波をとることによって発生させる。位相の安定性が十分出ない場合は、2台のアンプの出力の光路にフィードバック機構を導入する。

本測定系における中赤外パルスは、電子ー分子内振動相互作用によって活性化されたCAの分子内振動に共鳴している。この中赤外光を照射すると、TTF分子の分子内遷移の反射率が大きく振動することが分かった。その振動周波数は、中赤外光によって励起したCA分子の分子内振動の周波数と一致した。このことは、CA分子の分子内振動が励起されることによって、隣接するTTF分子の価数が変調されることを意味している。これは、電子ー分子内振動相互作用によって生じる分子間の電子移動を実時間で検出したことになる。分子性固体における電子ー分子内振動相互作用自体は古くから知られている現象であり、光誘起相転移の過程においてもそれに起因するとされる高周波の振動が幾つかの実験で観測されていた。しかし、中赤外光励起によって特定のモードを共鳴励起しているという意味で、本研究では最も直接的に電子ー分子内振動相互作用による電子移動を観測したと言える。さらに、分子内遷移の反射率変化には、振動以外に長寿命の変化が生じていることがわかった。これは、イオン性相から中性相への相転移を示す重要な結果である。30年度の主たる成果は以下の通りである。(1)位相安定な中赤外パルスを励起光とし、可視極短パルスをプローブ光とした中赤外ポンプー可視サブサイクルプローブ分光測定系を構築し、低温測定が可能なシステムとして完成させた。(2)上記測定系を用い、有機分子性結晶TTF-CAにおいて中赤外パルス励起による反射率変化を時間幅9fsの可視極短パルスを用いて測定した。CA分子の分子内振動を共鳴励起することによって、電子ー分子内振動相互作用に起因する分子間電子移動をはじめて実時間観測することに成功した。(3)分子内振動を共鳴励起することによって、巨視的な電子相転移であるイオン性ー中性転移を引き起こすことに成功した。(2)において分子間電子移動を実時間観測することに成功した点、(3)において分子振動励起による電子相転移を見出した点は、当初の計画を上回る成果であるとともに、極めて重要な成果であると考えている。今後は、30年度に見出した分子内振動励起によるイオン性ー中性転移の機構を明らかにするために、中赤外パルスの周波数を変化させ、転移の挙動を調べる。まず、通常の時間幅が約100 fsのポンプープローブ分光測定系を用いて、相転移のダイナミクスの励起周波数依存性を調べる。この場合の中赤外のパルスは位相安定ではないためサブサイクル分光はできないが、励起パルスの周波数とプローブパルスの光子エネルギーを簡便に変化させることができるため、相転移の機構を解明するには有利である。反転対称性が破れているイオン性相では、分子間電荷移動と結合した分子内振動モードが赤外活性化するが、そのモードを共鳴励起した場合、および、非共鳴励起の場合の両者について、イオン性ー中性転移のダイナミクスを測定し、相転移の効率を評価する。また、応答の時間特性の電場依存性から、それぞれの相転移の機構を明らかにする。中性相では、中赤外に共鳴するモードが存在しないため、励起は常に非共鳴となる。非共鳴励起の場合は、イオン性ー中性転移、中性ーイオン性転移のいずれの場合も量子トンネル過程がきっかけとして相転移が生じる可能性がある。
現実の物質におけるエルゴ-ド・非エルゴ-ド的転移現象

スピングラスの位相空間における自由エネルギ-構造は、高温で単純な一谷構造のものが、低温では複雑な多谷構造をとる。谷間の障壁が着目する温度に比べて十分高いと、系は谷間を移動できなくなり、非エルゴ-ド的であると見なされる。このようなエルゴ-ド・非エルゴ-ド的転移現象はスピングラスの平均場理論によって初めて具体的に定式化された。現実の様々な物質で見られる類似の現象を理解するためには、出発点となる平均場模型に関する十分な理解が必要であると考え、数値的な取扱いが比較的容易な、ナイ-ブ平均場模型を詳しく解析し、以下の結果を得た。(1)この模型とSK模型とをつなげる一連の平均場模型群を提案し、それらが多数の準安定状態をもつこと、スピングラス相のマ-ジナル安定性などを明らかにした。(2)ナイ-ブ平均場模型について、有限サイズのサンプルにおける全ての準安定状態を探し尽す数値的解析から、準安定状態の位相空間における分布(準安定状態間の磁化の重なりの分布で指定される)が、レプリカ法から導びかれた普遍的に分布則に従うことを初めて具体的に検証した。この普遍的に分布則が有限な磁場中でも成立することも明らかにした。(3)ランダムな相互作用の平均値が大きく、リエントラント転移が出現する系について、この転移に伴う準安定状態の位相空間における分布の特徴を解析した。現実のスピングラスにより近い、短距離型相互作用のEA模型についてモンテカルロ法による空間相関のモ-ド解析を行い、対応する強磁性模型の転移温度より低温側でのグリフィス相の存在を示した。このことは系の緩和過程と密接な関係があり、エルゴ-ド・非エルゴ-ド的転移現象の動的側面を理解するために必要な情報を与えている。1.スビングラスSK模型の状態(TAP)方程式からオンサガ-場項を除いたものがナィ-ブ平均場方程式と呼ばれる。この方程式の多重解(準安定状態)の個数を具体的に評価し、また、スピングラス磁化率の解析から解のマ-ジナル安定性を示した。この結果は、ナィ-ブ平均場模型もSK模型と同様のスピングラス特性、特に、エルゴ-ド・非エルゴ-ド相転移を伴うこと、をもつことを意味する。ナィ-ブ平均場模型はSK模型に比べて数学的取扱いがかなり容易であることに着目して、SK模型で詳しい解析が十分できない有限温度における自由エネルギ-の多谷構造の解析を現在進めており、準安定状態の位相空間における統計力学的振舞い(状態間の重なりの確立分布数に関する非自己平均性など)が明らかにされつつある(平成2年日本物理学会春の分科会に発表予定)。数値解析では有限サイズの系を調べ、その熱力学的極限をとって相転移特性等を解析するが、有限系のデ-タそのものも、現実の物質におけるエルゴ-ド・非エルゴ-ド的転移現象を調べる上での情報として重要であると考えている。2.2次元イジングEA模型の有限温度(常磁性相)でのスピンの空間相関を調べる手だての一つとして、各温度における自由エネルギ-のヘシアン行列の固有モ-ドを解析した。特に、最低固有値モ-ドがT=0に向って非局在化していく過程を詳しく調べている。EA模型で強磁性相互作用を相対的に増やしていくと強磁性秩序が出現することになるが、そのような領域まで固有モ-ド解析を行うのがここでの興味であり、スピングラス・強磁性転移の機構を探る予定である。

このようなエルゴ-ド・非エルゴ-ド的転移現象はスピングラスの平均場理論によって初めて具体的に定式化された。現実の様々な物質で見られる類似の現象を理解するためには、出発点になる平均場模型に関する十分な理解が必要であると考え、数値的な取扱が比較的容易な、ナイ-ブ平均場模型を詳しく解析し、以下の結果を得た。(1)ランダムな相互作用Jijの平均値Joがゼロ、外部磁場hがゼロの場合について、有限サイズのサンプルの全ての準安定状態を数値的に求め、それらの位相空間における分布(準安定状態間の磁化の重なりの分布で指定されるもの)が熱力学的極限に外挿しても非自己平均的であり、サンプルに関する分布関数の確率分布が、レプリカ法から導びかれた普遍的な分布則に従うことを初めて明らかにした。(2)同様の解析をh≠0の場合について行い、この場合も磁化重なりの分布関数が普遍的な分布則に従うことを示した。(3)Jo≠0,特にリエントラント転移が出現する系について,この転移に伴う準安定状態の位相空間における特徴を明らかにした。現実のスピングラスにより近い、短距離相互作用型のEA模型についてモンテカルロ法による空間相関のモ-ド解析を行い、対応する強磁性模型の転移温度により低温側でのグリフィス相の存在を示した。このことは系の動的性質と密接な関係があり、エルゴ-ド・非エルゴ-ド的転移現象の動的側面を理解するために必要な情報を与えている。
口腔内アプローチによるによる新しい内視鏡下甲状腺切除術に関する研究

本研究では、吊り上げ式経口アプローチによる新しい内視鏡下甲状腺切除術式の開発・確立を目的とし、より安全・簡便に行えるよう新しい手術器機の開発を行った。開発した分解・着脱式鋼線筋鉤は最終型ができあがり特許出願を行った(意匠については特許登録された)。現在医療機器メーカーと製品化について相談中である。また、権威ある国際学会で口演発表に採用され、最終的に研究期間内に有名英文誌Surgical endoscopyに論文発表を行い、研究目標をすべて遂行することができた。現在は本術式の先進医療への登録申請を行っている。【研究の概要と目的】本研究の目的は、体表面に全く傷を残さない、吊り上げ式の経口アプローチによる内視鏡下甲状腺切除術の開発・術式の確立である。研究期間内に本術式をより安全に簡便に行えるように術式の発案・改良、新しい手術器機の開発を行った。【研究初年度H23年度】1分解・着脱式鋼線筋鉤(プロトタイプ)の開発:本術式に使用すべく、分解着脱式の皮膚穿刺型の鋼線筋鉤を発案・開発し、4回の試作を経てBrush upを行った。2本術式専用の内視鏡用カメラホルダーおよび専用吊り上げ器機の開発や内視鏡鉗子類を固定する専用器具を開発した。3臨床応用として8例の患者に本手術を適用し、feasibilityを確認。4H24年3月8日、本術式に関する演題がアメリカ内視鏡外科学会(SAGES)の口演発表に採用され報告した。5先進医療への登録にむけて準備を進めた。【最終平成24年度】1研究初年度に試作した着脱式鋼線筋鉤の最終型の特許出願を行った(特許申請番号:S2012-1129-N0、S2012-1229-N0、1467582号)(製品化に向けて企業との交渉も進行中)。2カメラホルダーの設計を行い、ほぼ完成した。また本術式用に開発したつり上げ機器や鉗子用固定器具も設計・試作した。3本術式について2012年6月のヨーロッパ内視鏡外科学会(EAES)の口演演題に採用され発表を行った。さらに本術式は内視鏡外科雑誌としては最も有名な英文誌Surgical Endoscopyにacceptされ、2013 4月号(27(4):1105-10)にすでに掲載された。【研究の総括】2年間の研究機関内で本研究の目的を達成することができた。研究最終年度には開発器具の特許出願、研究成果の国際学会発表、さらには有名英文誌に論文報告するという、当初の研究計画どおりの成果を得ることができた。本研究は、吊り上げ式の経口アプローチによる内視鏡下甲状腺切除術の開発・術式の確立である。本術式をより安全により簡便に行えるように改良することを目的とし、そのための新しい手術器機の開発を行う。(1)分解・着脱式鋼線筋鉤(プロトタイプ)のBrush up:本術式に使用すべく分解式の皮膚穿刺型の鋼線筋鉤を開発し、本年度中に4回の試作品のBrush upを行った。現在ほぼ最終型のプロトタイプができあがっている。なお、本筋鈎は特許出願を行っており、すでに医療機器メーカーと製品化について相談中である。本年度で最も成果のあった部分である。(2)内視鏡用カメラホルダーおよび専用吊り上げ器機の開発:内視鏡カメラホルダーを固定できる専用の吊り上げ器機の開発も行った。さらに内視鏡鉗子類を操作しやすいように固定する専用器具もプロトタイプを開発し、現在試用中である。これについては来年度も引き続きBrush upを行う。(3)国際学会での経過発表:H24年3月8日、本術式についてアメリカ内視鏡学会(SAGES)の口演発表に採用され報告を行った。(4)論文発表:H24年3月、本術式についての報告を英文誌Surgical endoscopyに投稿した。(5)先進医療への登録と症例数の蓄積:現在までに8例の手術を行い、feasibilityを確認できている。本術式の先進医療への登録申請を行っている。平成23年度は以下の(1)(4)手術器具についてプロトタイプの作製を計画した。さらに(5)(7)についても積極的に行うことを目標とした。(1)口腔内前頚部の皮下トンネルの内腔保持・組織保護のためのプロテクター開発。(2)口腔内操作の妨げにならないカメラホルダーの開発。(3)皮下の剥離が可能なカメラキャップの開発。(4)視野確保のための分解・着脱式筋鉤の開発・Brush up。(5)論文発表。(6)先進医療への登録と症例数の蓄積。(7)国際学会での経過発表。

(1)および(2)については開発が進行しており、Brush upを行っている段階である。(3)についても現在試作品を試用中である。(4)については予想以上の進展があり、特許出願・実際の製品化の話まで進んでいる状況である。本年度最も成果のあった部分である。(5)については内視鏡手術分野では最も権威のあるアメリカ内視鏡外科学会の口演発表に採択され、発表を行った。大きな成果である。(6)についてはもう少し症例の蓄積を進めたいところで、さらなる成果を得るべく努力したい。(7)についてはこれまでの症例について平成24年3月に英文雑誌に投稿を行っている。以上より、当初の計画に沿っておおむね順調に進展していると自己評価している。(1)平成23年度に試作したプロテクター、カメラホルダー、カメラキャップ、着脱式筋鉤のプロトタイプ器具のさらなるBrush up:平成23年度に試作・試用を行った各器具の微調整を行う。各々の試用で指摘された問題点を検討し、改良を行う。改良型の作製・試用を重ねることでさらなるBrush upを行い、各々の器具の最終型を確立する。(2)術式の最終型の確立と論文発表:上記器具を効果的に用いた本術式の最終型を確立し、症例を重ねて英文医学雑誌に発表する。手術時間についても、安全性を格段に高めながら従来のOpen手術と同等以上での施行を目標とする。(3)国際学会での発表:論文発表とともに国際学会での報告を行う。このような場で世界の内視鏡外科医に批評してもらう、あるいは意見を出してもらうことで本術式のさらなる改善点を見いだし、甲状腺手術の標準手術のひとつとしての地位を確立していく。新しい手術機器の開発には思った以上に資金が必要である。次年度の研究費はほとんどすべてプロトタイプの手術機器の開発に使用する。(専用カメラホルダー、専用つり上げ機器、専用剥離用カメラキャップ、口腔内プロテクターなど)
近似的代数計算を用いた代数方程式の数値解法の研究

本年度はまず、係数に有界な誤差をもつ1変数代数方程式に対し、係数の摂動によって取りうる実根の最大個数を、m重根をm個の根と数えた上で見積もるための実際的な方法について研究を行った。前年度までの研究で、多項式剰余列を繰り返し計算した「再帰的な多項式剰余列」に対し、通常の部分終結式と同様の性質をもつ「再帰的な部分終結式」を定義し、再帰的な部分終結式の係数を与えられた多項式の係数を要素とする行列式の定数倍で表せることを導いていた。そこで、与えられた多項式の再帰的な部分終結式において、係数を表す行列式の零判定を行う実際的な方法を見出し、それをもとに、与えられた方程式の係数の摂動に対応して実根の個数を実際的に見積もる方針の下で、算法の開発を試みた。再帰的な部分終結式の係数を表す行列式の零判定には行列の特異値分解を用いたが、多項式の次数が30次程度で、再帰的な多項式剰余列の再帰の深さが34程度になると、行列式の次数は10003000程度になる場合があった。そして、計算機を用いた特異値分解の数値計算には20分2時間弱程度の時間を要し、計算された特異値から得られる係数の摂動の許容度の見積りも微小で実用的ではなかった。今年度中は、実根の最大個数を見積もる実用的な算法の開発には至らなかった。今後は、特異値分解の算法の改善等により、計算効率と係数の許容度の改善が望まれる。次に、本年度の第2の研究として、1変数代数方程式の微小根の上界に関する定理を用いて、1つの近接根クラスタに含まれる近接根の計算の研究を行った。これは求める近接根の位置と多重度は既知とし、微小根の上界に関する定理を用いて近接根の存在領域を見積もった上で、変数変換によって近接根を拡大し、反復計算で近接根を求めるものである。これについては、実験を行った結果、実用的な精度と効率で近接根を計算できる可能性が高まった。今後は算法のさらなる向上を目指す。具体的には、反復式に現われる因子について、その導出時の計算効率を高めることと誤差評価を行い、実験を行って各種問題に対する本算法の効果を確かめる予定である。本年度は、係数に有界な誤差をもつ1変数代数方程式に対し、係数の摂動によって取りうる実根の最大個数を、m重根をm個の根と数えた上で見積もるための基礎研究を行った。1変数代数方程式の実根の個数を計算するには(拡張)Euclidの互除法で計算される多項式剰余列に基づくSturm法がよく用いられるが、一般的なSturm法はm重根を1個の根として数えるものであり、m重根をm個の根と数えるには、多項式剰余列を繰り返し計算した上でSturm法による実根の数え上げをする必要がある。そこで、本年度はまず、m重根をm個の根と数えるために多項式剰余列を繰り返し計算したものを「再帰的な多項式剰余列」として一般化を行った。次に、1変数代数方程式の実根の個数は、与方程式の係数の摂動により、変化する可能性がある(特に、与方程式が悪条件の場合や重根・近接根をもつ場合、実根の個数は著しく変化する場合がある)。この場合、再帰的な多項式剰余列の形も変化する可能性があるが、与方程式の係数の摂動から多項式剰余列の形の変化を直接見積もるのは困難である。そこで、本研究では、多項式の部分終結式に着目した。部分終結式は定数倍を除いて多項式剰余列の要素に等しく、その係数は与多項式の係数からなる行列式で表される。したがって、与方程式の係数の摂動に伴う多項式剰余列のゼロ判定の問題を、部分終結式の係数をなす行列式の要素の摂動に伴うゼロ判定の問題に帰着させることができる。本年度は、再帰的な多項式剰余列に対応する部分終結式を定義した。今後は、再帰的な多項式剰余列に対応する部分終結式において、係数を表す行列式のゼロ判定を行う実際的な方法を見出し、それをもとに、与方程式の係数の摂動に対応して実根の個数を実際的に見積もる予定である。

そして、計算機を用いた特異値分解の数値計算には20分2時間弱程度の時間を要し、計算された特異値から得られる係数の摂動の許容度の見積りも微小で実用的ではなかった。今年度中は、実根の最大個数を見積もる実用的な算法の開発には至らなかった。今後は、特異値分解の算法の改善等により、計算効率と係数の許容度の改善が望まれる。次に、本年度の第2の研究として、1変数代数方程式の微小根の上界に関する定理を用いて、1つの近接根クラスタに含まれる近接根の計算の研究を行った。これは求める近接根の位置と多重度は既知とし、微小根の上界に関する定理を用いて近接根の存在領域を見積もった上で、変数変換によって近接根を拡大し、反復計算で近接根を求めるものである。これについては、実験を行った結果、実用的な精度と効率で近接根を計算できる可能性が高まった。今後は算法のさらなる向上を目指す。具体的には、反復式に現われる因子について、その導出時の計算効率を高めることと誤差評価を行い、実験を行って各種問題に対する本算法の効果を確かめる予定である。
スケッチ図からの境界表現立体モデルの自動生成手法に関する研究

2次元の図面を解釈し、自動的に3次元立体を構成する手法について研究をしている。この手法によって、設計者が描いた2次元図面から、瞬時に3次元立体を構成して提示することにより、機械設計工程の効率化を実現する。また、建築設計や図形教育への応用についても研究を行っている。昨年度は、すでに行った比較的単純な多面体に対するアルゴリズムについての研究をベースとして、それを拡張し、より複雑な図形に対するロバストなアルゴリズムについて研究した。またプロトタイプソフトウェアを開発し評価を行った。特に本年度の成果としては、本研究が基礎としている前面幾何学(Frontal geometry)におけるラインラベリングについて、次数の高い頂点に対するextended vertexのラベル付け手法を開発した。また情報の不十分なスケッチの3次元的図形解釈を行う際には様々な仮定を用いるが、その中でも機械部品のような形では直交性が重要となる。これについて人間の認知の立場から検討し、直行性を解釈するカタログを作成した。さらに、より複雑な図形を入力するために、手書きスケッチから構造図形を抽出し、その構造図形を3次元化することによって、手書きスケッチ全体を3次元化する方法を実現した。さらに、機械部品に多く含まれる円筒状の図形(穴や円柱に対応)するスケッチを解釈する方法について基礎的な検討を行った。研究成果については、国際会議に投稿し、4件採択され、学会発表を行った。
インプラント界面成立機構の解明と機能的界面の維持に関する研究

骨芽細胞は粗造面を有する純チタンに接着しやすいが、線維芽細胞や上皮細胞は、骨芽細胞が接着しやすい粗造面では接着が劣ることが報告されている。このように、歯科インプラントの材料であるチタンに対して硬組織と軟組織の細胞が接着しやすい表面は異なっているため、本研究では種々の界面の成立機序を解明し、その知見に基づき、界面の維持安定と向上を目指すことを目的とした。その結果、チタン-骨界面の構成タンパクはオッセオインテグレーション成立の間経時的に変化していくこと、CaCl2溶液でチタンを水熱処理すると生体親和性が高まることやスタチン系脂質異常症治療薬による歯肉の創傷治癒促進効果が明らかになった。インプラント学において,骨芽細胞はある程度粗造な面に接着しやすいことが知られているが,線維芽細胞や上皮細胞は,粗造面では接着し難いことが報告されている.インプラントの長期維持のためには,このような界面形成機序を理解することが不可欠であり,その知見を踏まえてよりよい界面維持の方向性を模索するのが本研究の目的である.今年度は,インプラント材として用いられるチタンについて,細胞ーチタン界面の形成機序に関する検討および骨基質,結合組織,細菌とチタンの界面の形成機序と維持に関して検討をおこなった.その結果,骨基質ーチタン界面においては,厚さ数十ナノメートルの無構造層を介して骨とチタンが接していること,無構造層に接している骨は,界面形成当初は未熟なIII型コラーゲンを主成分とすること,経時的にI型コラーゲンの割合が増加してゆくことが明らかになった.歯肉とチタンの接着においては,インテグリンα3β4が重要な役割を果たしていることや,粗造面には上皮細胞,線維芽細胞が接着しにくいことなどを明らかにした.細菌とチタンの界面の形成機序に関しては,ボランティアの口腔内でチタン上にプラークを蓄積させるモデルを考案し,装置を試作しているところである.次に,インプラント表面の機能化による生体ーインプラント界面の維持向上に関する研究として,種々の処理を施したチタンが各種細胞の接着にどのような影響を及ぼすかに関して検討した.水熱処理は骨芽細胞や口腔上皮細胞の接着数や接着力に寄与することが分かり,特に塩化カルシウム水溶液で水熱処理を実施するとこれらが飛躍的に向上することが明らかとなった.特にラット口腔内にこの処理を施したインプラントを埋入した研究では,脱落リスクが低下するなど,硬組織,軟組織双方との接着に促進的な役割を果たす可能性が示唆された.これまでのインプラント研究より、骨を形成する骨芽細胞はある程度粗造な面を有する純チタンに接着しやすいことが報告されている一方、線維芽細胞や上皮細胞は、骨芽細胞が接着しやすい粗造面では接着が劣ることが報告されている。このように、インプラントに対して硬組織と軟組織の細胞が接着しやすい表面は異なっているため、表面構造を単純化することが困難である。本研究では種々の界面の成立機序を解明し、その知見に基づき、界面の維持安定と向上を目指すことを目的とした<細胞-チタン界面の形成機序に関する検討>細胞がチタンに接着するためには、細胞接着性を有するタンパク質がまずチタンに接着することで、チタン上に細胞が接着できるという仮説が成り立つが、このことについてはこれまで報告されていない。ここでは、上皮細胞、骨芽細胞が基質に接着する際に必要とする接着タンパクについて、接着にどのような役割を果たしているかについて検討したところ、ある種の骨基質タンパク質やラミニン-5がそれぞれ骨芽細胞、上皮細胞とチタンの接着に一定の役割を果たしている可能性が考えられた。<骨基質-チタン界面の形成機序と維持に関する検討>骨とインプラントの界面には無構造層が介在することが知られているが、この層の経時的変化に対する報告はない。そこで無構造層を含むインプラント界面近接部位の骨におけるタンパク質の超微細構造学的局在の経時的変化を観察したところ、インプラントーチタン界面の形成初期にはインプラントの最近部の骨にはI型コラーゲンがほとんど認められなかった。オステオカルシン等から構成される無構造層がインプラントと骨の間に介在し、この層は時間が経過しても変化しなかった。インプラント学において、骨芽細胞はある程度粗造な面に接着しやすいことが報告されている一方、線維芽細胞や上皮細胞は、粗造面では接着が劣ることが報告されている。このように、インプラントの構造体は骨から歯肉軟組織を貫通する連続体として生体内に留置されるが、硬組織と軟組織が接着しやすい表面は異なっているため、表面構造を単純化することが困難である。また、口腔内に露出している部位では表面に細菌が接着するが、この接着は「阻止すべき接着」であり、上記の界面とは正反対の機能が求められているといえる。本研究は種々の界面の成立機序を解明し、その知見に基づき、界面の維持安定と向上を目指して企画した。本年度の実績として:1.骨に対する作用が報告されている脂質異常症治療薬スタチンを徐放可能なマイクロカプセルを作製し、ラット上顎臼歯抜去後の抜歯窩近傍に単回注射したところ、骨、歯肉両方の治癒が促進されることが明らかになった。そこで上皮細胞、線維芽細胞の遺伝子発現解析を行ったところ、スタチン影響下では口腔軟組織細胞の活性を促進するいくつかの遺伝子を発現が向上することが明らかになった。スタチン含有マイクロカプセルをラット上顎骨に埋入したインプラント周囲に単回注射したところ、インプラント-周囲骨の接着率向上およびインプラント周囲歯肉の増殖が見られた。