hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Abel多様体の周辺

代数曲線の周期積分を与える超幾何関数をモジュラー対応の観点から調べた。Gaussは算術幾何平均が楕円積分と一致する事を見抜き、解析学の新分野が開拓されるだろうと予言した。それから200年以上経っが、算術幾何平均と楕円積分の関係の高次元への拡張という問題はあまり考察されていない。この問題に対しに、千葉大学の志賀弘典氏と共に、周期積分がAppellの超幾何微分方程式F1を1満たすような代数曲線のモジュライについて深い研究を行ってきた。Picard曲線については既に満足すべき結果が得られたので、.今年度はAppellのF1(1/2,1/4,1/4,1)が満たす関数等式の証明、3変数算術幾何平均の収束を証明を試みた。具体的には北海道大学の松本圭司氏によって研究されたテータ関数の零点とモジュラー群による不変性を調べる事により、算術幾何平均の構成を行い、F1(1/2,1/4,1/4,1)の関数等式の証明は微分方程式の解の一意性に帰着させる事により成功した。これを成し遂げる為に、微分作用素の複雑な計算や多変数テータ関数の特殊値の計算が避けて通れず、Mathematica、Macaulay2等の数式処理ソフトを活用した。研究成果は志賀弘典氏との共著論文二まとめ、現在査読付雑誌に投稿準備中である。また去年度得られたPicard曲線に関係した高次元算術幾何平均についての結果を以下の講演で発表した。「算術幾何平均と楕円積分の関係のある拡張について」日本数学会秋季総合分科会(大阪市立大学)「算術幾何平均と超幾何関数」整数論セミナー(首都大学東京)算術幾何平均楕と楕円積分の関係の高次元化(他変数化)を目指し、Picard曲線の周期積分と保形関数の研究を行った。周期τの楕円曲線の分岐点はtheta関数により次のように記述できる:そしてtheta関数は次の関数等式を満たす:従って、算術幾何平均は楕円曲線の2-isogenyに付随するtheta関数の公式と考えられる。Picard曲線は、複素超球上の点(u, v)をパラメータとしてと表される。ここでθ_k(u, v)は、Siegelのtheta関数を用いて具体的に表示される、複素超球上の保形関数である。このPicard保形関数達が満たす、あるisogeny公式を決定した。この公式は算術幾何平均の多変数化と考えることができる。実際、公式の一つはであり、これは3変数の算術平均の形になっている。変数(Picard曲線の周期)の((√3)u,3v)は、Picard曲線のJacobi多様体が持つ自己準同型に関係したisogenyによるものであり、Picard曲線の代数的対応の具体的記述にも役立つと思われる。古典的な算術幾何平均は楕円積分Gaussの超幾何関数により表現されるが、このPicard曲線を用いた算術幾何平均はAppellの2変数超幾何関数F_1により記述されると思われる。前年度に引き続き、志賀弘典氏(千葉大学)と算術幾何平均楕と楕円積分の関係の高次元化(他変数化)を目指し、Picard曲線の周期積分と保形関数の研究を行った。Picardモジュラー関数のisogeny公式を基にして、算術幾何平均の3変数類似とAppellの超幾何関数F_1(1/3,1/3,1/3,1)の関係式を発見した。Picard曲線は、複素超球上の点(u,v)をパラメータとしてと表される。ここでθ_k(u,v)は、Siegelのテータ関数を用いて具体的に表示される、複素超球上の保形関数である。関数はθ_k(u,v)(k=0,1,2)の多項式として表すことができ、その多項式を用いた反復代入操作の極限はF_1(1/3,1/3,1/3,1)と一致する。この事実はBorwein等によって発見されたcubicAGMの一般化になっており、超幾何関数F_1(1/3,1/3,1/3,1)の3次の変数変換の公式を導くことができる。超幾何関数の2次の変数変換の公式は多種発見されているが、3次の場合は珍しく、他変数では具体例がなかったため興味深い結果となっている。この研究結果について以下の講演を行った。・多変数関数論サマーセミナー新潟県(湯沢グランドホテル)「ある3項算術幾何平均とAppellの超幾何関数」・Padova大学(伊)数学教室でのセミナー代数曲線の周期積分を与える超幾何関数をモジュラー対応の観点から調べた。

具体的には北海道大学の松本圭司氏によって研究されたテータ関数の零点とモジュラー群による不変性を調べる事により、算術幾何平均の構成を行い、F1(1/2,1/4,1/4,1)の関数等式の証明は微分方程式の解の一意性に帰着させる事により成功した。これを成し遂げる為に、微分作用素の複雑な計算や多変数テータ関数の特殊値の計算が避けて通れず、Mathematica、Macaulay2等の数式処理ソフトを活用した。研究成果は志賀弘典氏との共著論文二まとめ、現在査読付雑誌に投稿準備中である。また去年度得られたPicard曲線に関係した高次元算術幾何平均についての結果を以下の講演で発表した。「算術幾何平均と楕円積分の関係のある拡張について」日本数学会秋季総合分科会(大阪市立大学)「算術幾何平均と超幾何関数」整数論セミナー(首都大学東京)
核酸医薬品の細胞内取り込み/細胞内動態に関する分子基盤の解明

近年、アンチセンスやsiRNAに代表される核酸医薬品の開発が進展しており、治療法のない遺伝性疾患や難治性疾患に対する次世代医薬品として注目を集めている。現状では、アンチセンス医薬を中心に8品目の核酸医薬品が上市されているが、その潜在的な課題として細胞内への送達効率が低い点が指摘されている。この課題に対して、オリゴ核酸を構成する核酸の化学修飾、オリゴ核酸の末端の修飾(脂質、糖などの付加)、送達キャリアの活用など、膜あるいは膜タンパク質との親和性を高める試みが行われているが、実用化の観点から更なる技術革新が望まれている。我々はこれまでGFP mRNAを効率よく分解するGapmer型アンチセンスを核酸医薬品のモデルとして、その細胞内取り込み/細胞内動態に関与する遺伝子を「GFP発現細胞に対してGFP RNAを分解するアンチセンスを添加し、GFP蛍光をモニターするバイオアッセイ系」により探索してきた。本研究ではこの系を用いて、引き続き全ヒト遺伝子を対象としたRNAiスクリーニングならびに候補遺伝子の絞り込みを行う。さらに、候補遺伝子の遺伝子破壊細胞株の作製ならびにその性状解析を行う。本年度は上述のヒト全遺伝子を対象とした網羅的RNAiスクリーニングを行い、1本鎖オリゴ核酸の細胞内取り込みならびに細胞内動態に関与する候補分子を網羅的に探索した。その結果から抽出されたヒット遺伝子の中から、細胞内取り込みに関与する可能性のある遺伝子を選定し、そのうち3種の遺伝子破壊株を作製した。遺伝子破壊株に対して、RNA分解型アンチセンスを導入試薬を用いないFree uptake法により作用させたところ、全ての遺伝子破壊株において標的RNAの分解活性の減弱が確認された。本年度は上述の通り、ヒト全遺伝子を対象とした網羅的RNAiスクリーニングを行い、1本鎖オリゴ核酸の細胞内取り込みならびに細胞内動態に関与する候補分子を網羅的に探索し、選定した3種の候補遺伝子の遺伝子破壊株の作製に成功している。作製した遺伝子破壊細胞株にRNA分解型アンチセンスを導入試薬を用いないFree uptake法により作用させたところ、全ての遺伝子破壊株において標的RNAの分解活性の減弱が確認された。この結果より、いずれの遺伝子もアンチセンスが細胞内に取り込まれてRNA分解活性を示すまでの何らかの過程に関与していることが示された。さらに、鎖長の異なったアンチセンスを用いた場合の挙動についての検討も行っており、当初の計画以上に順調に進展していると考えられる。今後は、当該遺伝子の作用点及び基質特異性の特定を行う。当該分子がアンチセンスの細胞内取り込みや細胞内輸送におけるどのステップで機能をするかを明らかにする。具体的には、1)リポフェクトアミン、エレクトロポレーション等で導入したアンチセンスが機能するか、2)スプライシング制御型アンチセンスなど他の作用機序のアンチセンスが機能するか、3)1本鎖のアンチセンスのみならず、2本鎖の核酸医薬品(siRNA)が機能するか、等を解析する。また、当該分子を過剰発現させることにより、Gapmer型アンチセンスの作用を増強するかについても検討する。これにより、核酸医薬品の細胞内送達の律速となるKey moleculeを同定する。

当該分子がアンチセンスの細胞内取り込みや細胞内輸送におけるどのステップで機能をするかを明らかにする。具体的には、1)リポフェクトアミン、エレクトロポレーション等で導入したアンチセンスが機能するか、2)スプライシング制御型アンチセンスなど他の作用機序のアンチセンスが機能するか、3)1本鎖のアンチセンスのみならず、2本鎖の核酸医薬品(siRNA)が機能するか、等を解析する。また、当該分子を過剰発現させることにより、Gapmer型アンチセンスの作用を増強するかについても検討する。これにより、核酸医薬品の細胞内送達の律速となるKey moleculeを同定する。本年度の計画していた検証事項は、予定していた研究費の最小限の範囲内で実施可能であったことから、次年度使用額が生じた。繰り越し分も含めた次年度使用額については、2019年度に実施する「1本鎖オリゴ核酸の細胞内取り込みならびに細胞内動態に関与する候補遺伝子の作用点及び基質特異性の特定」において実施する「異なった導入方法でのアンチセンスの機能検証」等の試薬類等に使用する。
陣痛発来・前期破水の解明-早産におけるサイトカイン・HSPの関与について

早産・前期破水例では羊水穿刺により得られた羊水のインターロイキン1β(IL1β),腫瘍壊死因子(TNFα),インターロイキン6(IL6),インターロイキン8(IL8)濃度は子宮収縮抑制困難例では有意に上昇しており、絨毛羊膜炎、臍帯炎の病理所見重症度に相関が認められ、子宮内感染の指標として有益であると思われた。IL1β,TNFαに拮抗する羊水中IL1レセプターアンタゴニスト(IL1ra)、可溶性TNFレセプター濃度(sTNF RI、sTNF RII)を測定すると最低でもIL1raは3,717pg/ml、sTNF R1は1,120pg/ml、sTNF RIIは2,054pg/mlと高濃度存在し、IL1、TNF濃度、子宮収縮の強弱、絨毛羊膜炎、臍帯炎の病理所見重症度の各群で有意差を認めず、羊水自体の防御因子として働いている可能性があるが、今後のレセプターの生理的作用の解明とともに検討が必要である。またサイトカイン抑制作用のあるインターロイキン10(IL10)の羊水中濃度は、破水例は未破水例に比べ高濃度の傾向にあり(198.8【.+-。】61.0 vs 77.6【.+-。】22.1,pg/ml M±SE)、破水の有無には関係なく出生時臍帯血中IgMまたはCRP高値で胎内感染が示唆された例は、非感染例に比べ有意に高濃度を示した(234.5【.+-。】49.6 vs 77.7【.+-。】24.0pg/ml M【.+-。】SE,p<0.02)。このことから羊水中(胎児)への炎症の波及によりIL10産生が誘導される可能性があり、子宮内感染のマーカーへの応用に期待される。実際の臨床では、母体の炎症マーカーを指標としており、胎児への炎症の波及を判断するのは困難である。そこで羊水中グルコースを測定し検討した。出生時臍帯血中IgMまたはCRP高値で胎児感染が疑われた例は非感染例に比べ有意にグルコース濃度が低く(15.3【.+-。】15.8 vs 39.9【.+-。】19.5,mg/dl M【.+-。】SD p<0.0001)胎児感染の指標となり得ると思われた。羊水細胞沈査からHSP70,HSP90のmRNAを検出すると、絨毛羊膜炎、臍帯炎の病理所見重症例、子宮収縮抑制困難例で強く発現しており、早産・前期破水と強く関連する事が示唆された。

羊水細胞沈査からHSP70,HSP90のmRNAを検出すると、絨毛羊膜炎、臍帯炎の病理所見重症例、子宮収縮抑制困難例で強く発現しており、早産・前期破水と強く関連する事が示唆された。
血管局所でオステオプロテオグリン制御系を標的とした既存石灰化血管の治療法の探求

血管の石灰化、血管平滑筋へのカルシウム沈着のメカニズムは次第にあきらかになりつつあるが、一旦石灰化した病変から石灰化部位を除去するような治療法はないのが現状である。本研究では、血管内皮細胞、血管平滑筋細胞などの培養細胞を用いて、その細胞外マトリックスに注目してカルシウム存在下での石灰化の機序を解明することを目標に研究をすすめた。この実験により、石灰化の形態学的な変化を血管関連培養細胞中でとらえることが非常に困難であることが分かり、培養系での実験系の確立は不成功に終わった。動物実験での石灰化も、非常に長期に高コレステロール食を投与し、高脂血症の環境下で飼育することで、動脈硬化巣の深部から平滑筋層にかけて一部の骨化と石灰化の像が認められた。あまりに長期(1年半以上)の時間が必要であり、その詳細な解析を行う時間は今回の研究期間では困難であった。今回の研究成果を活かし、石灰化治療の候補遺伝子/候補蛋白を同定し、ひいては石灰化の除去治療につなげるための研究は継続していきたい。本年度の研究は、血管内皮細胞、血管平滑筋細胞などの培養細胞を用いて、その細胞外マトリックスに注目してカルシウム存在かでの骨形成に類似した形質転換を起こし、形態学的に観察するのと同時に様々な遺伝子発現と蛋白発現がどのような制御をうけているのかを検討することを目標に研究をすすめた。この実験により、いくつかの候補遺伝子の発現と蛋白発現に一部の変化がとらえられたが、形態学的な変化のをとらえることが非常に困難であり、この系の問題点などが明らかになってきた。されに、条件を変えながら、実験遂行が用意な実験系の確立をめざして研究をすすめている。細胞条件を変えた培養細胞の蛋白を二次元電気泳動にて展開し、出現するスポットの違いを検討して、その差異が認められるタンパクスポットを抽出し、質量分析にて解析する計画もすすめている。質量分析自体は平成20年度に設立される当神戸大学医学部の質量分析センターでの解析をすすめるべく、二次元電気泳動での実験をすすめている。これらの研究結果により、血管の石灰化に関連する遺伝子候補、蛋白候補がいくつか同定されることが期待され、これらのターゲットの一部を治療の候補遺伝子/候補蛋白として石灰化の予防、ひいては石灰化の除去治療につなばられる可能性がある。本年度の研究は昨年度に引き続き、血管内皮細胞、血管平滑筋細胞などの培養細胞を用いて、その細胞外マトリックスに注目してカルシウム存在下での骨形成に類似した形質転換を起こし、形態学的に観察するのと同時に様々な遺伝子発現と蛋白発現がどのような制御をうけているのかを検討することを目標にすすめた。形態学的な変化をin vitroで再現することが非常に困難であり、この系の問題点を再検討した。さらに、条件を変えながら、実験遂行が容易な実験系の確立をめざして研究をすすめたが、in vitroの実験系では困難と判断せざるを得なかった。そこで、やはり新たにマウスモデルを用いての動脈硬化石灰化のモデルの作成を試み、長期間の高コレステロール食の投与が必要ではあるが、一部に石灰化が認められるモデルは確立できた。質量分析を用いた実験にすすめるつもりであったが、細胞では困難であったため、上記の生体モデルにて、その血管のサンプルを準備している。これらの研究結果により、血管の石灰化に関連する遺伝子候補、蛋白候補がいくつか同定されることが期待され、これらのターゲットの一部を治療の候補遺伝子/候補蛋白として石灰化の予防、ひいては石灰化の除去治療につなげていきたい。今後も、一旦石灰化の進行した動脈硬化の治療(次世代の動脈硬化治療)を目指して研究を進めていく。
新しいステロイド・Xenobiotics代謝調節機構の解明

新たな核内レセプターPregnane X Receptor(PXR)は,リガンドとして複数のステロイドホルモンProgesterone, Dexamethasone, Pregnenolonの他に薬剤などのxenobioticsが知られxenobiotics受容体の一つと考えられている.この受容体の標的遺伝子としては様々な薬剤や内因性のステロイドホルモンを代謝する酵素(CYP3A)が報告されており,PXRを介した新たなステロイドやxenobioticsの代謝調節機構の存在が示唆されている.我々は,本研究において以下の研究結果を得た.まずPXRはそのtarget geneとしてステロイド代謝に重要な役割を持っているCYP3Aの発現を制御しており,高ステロイドホルモン状態である妊娠後期の母体血清中のプロゲステロン濃度でPXRを介した転写が誘導され,妊娠後期にかけて母体肝臓でのPXRの発現が増加したことからPXR-CYP3A系が高ステロイドホルモン状態である妊娠中のステロイドホルモン調節機構の一役を担っていると考えられた.言い換えれば妊娠中の内因性ステロイドホルモン過剰状態から母児を守る防御機構の役割を担っている可能性を示唆している.次にいくつかのEDCがPXRを介した転写を誘導することからEDCの作用機序の一つとして従来知られているエストロゲンレセプターなどの核内受容体に結合する直接的作用の他にPXRを介してステロイド代謝に影響する間接的作用の可能性を示している.またこの転写制御も他の核内受容体と同じようにcoactivator、が関与していると考えられた.さらにPXRは他の核内受容体同様にProteasomeによりturnoverは制御されていると考えられ,EDCはPXR-SUG1結合を誘導せず,PXR蛋白分解を阻害したことから,EDCはPXRのupregulationを介して内分泌機能へ影響を及ぼしている可能性が示唆された.新たな核内レセプターPregnane X Receptor(PXR)は,リガンドとして複数のステロイドホルモンProgesterone, Dexamethasone, Pregnenolonの他に薬剤などのxenobioticsが知られxenobiotics受容体の一つと考えられている.この受容体の標的遺伝子としては様々な薬剤や内因性のステロイドホルモンを代謝する酵素(CYP3A)が報告されており,PXRを介した新たなステロイドやxenobioticsの代謝調節機構の存在が示唆されている.我々は,本研究において以下の研究結果を得た.まずPXRはそのtarget geneとしてステロイド代謝に重要な役割を持っているCYP3Aの発現を制御しており,高ステロイドホルモン状態である妊娠後期の母体血清中のプロゲステロン濃度でPXRを介した転写が誘導され,妊娠後期にかけて母体肝臓でのPXRの発現が増加したことからPXR-CYP3A系が高ステロイドホルモン状態である妊娠中のステロイドホルモン調節機構の一役を担っていると考えられた.言い換えれば妊娠中の内因性ステロイドホルモン過剰状態から母児を守る防御機構の役割を担っている可能性を示唆している.次にいくつかのEDCがPXRを介した転写を誘導することからEDCの作用機序の一つとして従来知られているエストロゲンレセプターなどの核内受容体に結合する直接的作用の他にPXRを介してステロイド代謝に影響する間接的作用の可能性を示している.またこの転写制御も他の核内受容体と同じようにcoactivator、が関与していると考えられた.さらにPXRは他の核内受容体同様にProteasomeによりturnoverは制御されていると考えられ,EDCはPXR-SUG1結合を誘導せず,PXR蛋白分解を阻害したことから,EDCはPXRのupregulationを介して内分泌機能へ影響を及ぼしている可能性が示唆された.新たな核内レセプターPregnane X Receptor(PXR)は,リガンドとして複数のステロイドホルモンProgesterone, Dexamethasone, Pregnenolonの他に薬剤などのxenobioticsが知られxenobiotics受容体の一つと考えられている.この受容体の標的遺伝子としては様々な薬剤や内因性のステロイドホルモンを代謝する酵素(CYP3A)が報告されており,PXRを介した新たなステロイドやxenobioticsの代謝調節機構の存在が示唆されている.本年度は,PXRの組織特異性と高ステロイドホルモン状態である妊娠中のPXR及びtarget geneであるcytochrome P450の発現について検討した.RT-PCR法にて各組織における発現を検討すると、肝、腸管の他に卵巣、子宮、胎盤でも発現を認めた.PXR発現ベクターとリポーターベクターを培養細胞に発現させ,転写活性を測定し、核内レセプターの転写調節に重要なcoactivatorとPXRの結合をtwo-hybrid systemで検討したところ、比較的高濃度のリガンドの存在下でPXRを介した転写活性を誘導し、coactivator蛋白と結合した.この濃度は高ステロイドホルモン状態である妊娠後期の母体血清中のプロゲステロン濃度にほぼ匹敵していた.次に妊娠中のPXR及びCYP3A1の発現の変化を検討したところ母体血清中のステロイドホルモンが増加する妊娠後期にかけて母体肝臓での発現は次第に増加し,産後急速に非妊娠時のレベルまで戻った.PXR-CYP3A系が高ステロイドホルモン状態である妊娠中のステロイドホルモン調節機構の一役を担っている可能性が示唆された.核内受容体の多くは蛋白分解酵素Proteasomeを介して分解されていると考えられている。我々は,以前より内分泌撹乱物質(EDC)の作用機序としてERなどの核内受容体を介した直接的作用の他に,Pregnane X Receptor(PXR)を介してステロイド代謝酵素の発現に影響を与える間接的作用の可能性を報告してきた.

その中で,PXRがligandであるProgesterone(P)の存在下で蛋白分解酵素Proteasomeの構成因子であるsuppressor for gal1(SUG1)と結合することを示してきた.今年度は,EDCのProteasomeを介したPregnane X Receptorturnoverに及ぼす影響を検討した.まずyeast two-hybrid法にてPXRを介した転写を誘導する様々なligandの存在下でのSUG1とPXRの結合能を諦べたところ,Pの存在下でPXRはSUG1と濃度依存性に結合したが、EDCは影響を与えなかった.次にPXR発現細胞であるHEC-1を用いてProteasome Inhibltorを投与しPXR蛋白発現の変化を検討したとろ,Proteasome InhibitorによりPXR蛋白分解は阻害された.cycloheximideにより蛋白合成を阻害し様々なligand存在下でPXR turnoverへの影響を検討したところ,PXR-SUG1結合を誘導しないEDCの存在下ではPXR turnoverは抑制された.更にlipofection法にてPXR及びSUG1発現vectorとreporter vectoをCOS-7 cellに発現し,ステロイドやEDCを投与し転写活性を測定したところ,SUG1はPXRを介した転写誘導を抑制したが,この効果はEDC投与時には認められなかった.以上よりPXRも他の核内受容体同様にProteasomeによりturnoverは制御されていると考えられた.EDCは,PXR-SUG1結合を誘導せず,PXR蛋白分解を阻害したことから,EDCはPXRのupregulationを介して内分泌機能へ影響を及ぼしている可能性が示唆された.
「フォレスター」の育成において大学はどう貢献すべきか

「森林・林業再生プラン」(農林水産省策定)において、森林・林業の再生を担う人材(=日本型フォレスター)の育成が喫緊の課題とされ、全国各地で実践的研修が行われている。本研究では、フォレスターなどの人材育成において、大学がどのように貢献していくべきかを明らかにすることを目的とした。調査研究は、文献・資料の調査・整理並びに先進事例である2大学の関係者及び行政機関関係者への聞き取り調査によって行った。成果として次の点が明らかになった。国は、平成25年度からのフォレスター制度の開始を前に、初期のフォレスターとして森林・林業の再生を担うこととなる准フォレスターの研修を精力的に実施してきた。しかし、短期間での人材育成に伴う課題もみえてきている。一方、森林・林業技術者の育成に大学独自に取り組んでいる事例から学ぶ点は多い。鹿児島大学では、平成19年度に、社会人大学院(修士課程)と林業生産専門技術者養成プログラムを開講した。前者は森林の経営管理の代理人の育成であり、後者は経営感覚を有する素材生産事業の管理者の養成である。大学教員と演習林の技術系職員が連携を図り、地元自治体及び地域の森林・林業関係者の協力のもと、実績(それぞれの修了者数:10名、108名)を残してきている。また、愛媛大学でも、大学院に修士課程と特別課程を設け、平成23年度から森林管理技術者養成の事業を開始した。実習を重視し、長期インターンシップも行うなどの工夫により、即戦力の養成を目指し、5年間で修士課程20名、特別課程80名の修了者を目標としている。両大学とも、修了者と大学との間にできた関わりを今後の実務に相互に活かせることが大きな成果の一つである、と分析している。取り上げた事例は、フォレスター制度との連携事業ではない。しかし、今後の森林・林業を支える人材の育成という点で切り離せない取組であり、いずれもすでに行政機関との強力な連携の上に成り立っている。これらから、今後のフォレスターの育成において、研究教育機関が行政機関と連携することの有効性が改めて示唆された。大学が社会人をも具体的対象として、科学的な面に加え、実務的かつ実践的な技術を提供できる機能を有することが、人材育成に貢献するうえで早急に求められる条件であると考えられる。
臓器のモデリングと臓器モデルを規範とした穿刺支援ロボットの制御方法に関する研究

in vitro環境における穿刺実験を行ない,切断が生じる際の針に作用する力を測定した.測定結果より,針の変位に対して針の力が非線形的な上昇を示し,その後,針に作用する力針が肝臓内部にささる現象(切断)が穿刺を行なった際に生じることを確認した.次に,穿刺速度を0.5[mm]-8.0[mm]の間で変化させて実験を行い,切断が生じる際の針に作用するカ(切断力),及び,切断が生じる際の針の変位(切断変位)の速度依存性を測定した.切断変位と切断力の平均値を見ると,切断力に速度依存性はなく,ほぼ一定の値を示している.一方,切断変位の平均値を見ると,穿刺速度が大きくなるに従って,切断変位が小さくなることが確認された.この結果は,針近傍の応力が一定になった際に切断が生じることを示唆していると考えられる.また,実験結果にばらつきが表れることより,切断が生じる条件を確定的に表すのではなく,確率的に表すことが必要性であることが示唆された.実験結果に表れるばらつきを解析することで,切断が生じる確率分布を,ガンマ関数を用いた確率密度関数にてモデル化した.従来,シミュレーション上において,切断が生じる条件を設定することが困難であった.これらの成果により,「針先端に作用する力によって切断が生じるか決定する」「切断が生じる力を確率的な分布により表す」ことで,穿刺シミュレーションの切断条件を規定することが可能であることが示唆された.これらの成果は,穿刺のみならず様々な手技の臓器の切断条件に適用可能であると考えられる.in vitro環境における穿刺実験を行ない,切断が生じる際の針に作用する力を測定した.測定結果より,針の変位に対して針の力が非線形的な上昇を示し,その後,針に作用する力針が肝臓内部にささる現象(切断)が穿刺を行なった際に生じることを確認した.次に,穿刺速度を0.5[mm]-8.0[mm]の間で変化させて実験を行い,切断が生じる際の針に作用するカ(切断力),及び,切断が生じる際の針の変位(切断変位)の速度依存性を測定した.切断変位と切断力の平均値を見ると,切断力に速度依存性はなく,ほぼ一定の値を示している.一方,切断変位の平均値を見ると,穿刺速度が大きくなるに従って,切断変位が小さくなることが確認された.この結果は,針近傍の応力が一定になった際に切断が生じることを示唆していると考えられる.また,実験結果にばらつきが表れることより,切断が生じる条件を確定的に表すのではなく,確率的に表すことが必要性であることが示唆された.実験結果に表れるばらつきを解析することで,切断が生じる確率分布を,ガンマ関数を用いた確率密度関数にてモデル化した.従来,シミュレーション上において,切断が生じる条件を設定することが困難であった.これらの成果により,「針先端に作用する力によって切断が生じるか決定する」「切断が生じる力を確率的な分布により表す」ことで,穿刺シミュレーションの切断条件を規定することが可能であることが示唆された.これらの成果は,穿刺のみならず様々な手技の臓器の切断条件に適用可能であると考えられる.
光ファイバー中のファラデー回転を利用した定常磁場計測器の開発

磁場閉じ込め方式による核融合炉において課題となっているプラズマ電流および磁場の長時間計測器として、ファラデー効果に着目したヘテロダイン偏光計の開発を行った。ファラデー回転角が透過する光の波長の二乗にほぼ反比例するため、短波長が偏光計測に有利であること、ガンマ線・中性子照射に起因する光ファイバの透過率の劣化が800nm以下が大きいことと、光学部品の豊富さを勘案して、850nmの半導体レーザを光源とした。縦横ともに単一モードの半導体レーザーを光源とし、光アイソレータを導入することにより位相計測の安定度が大幅に向上した。周波数シフタ部をセンサ部から離すために偏波面保持ファイバを用いても、ファイバへの直交偏光のカップリングを最適化すると位相計測の安定性が劣化しないことが確かめられた。周波数偏移光ヘテロダイン方式によるビート信号のデジタル処理にcomplex demodulationを用い、さらに数値フィルターを通すことにより、最大で位相分解能を0.01度まで高められることが明らかになった。このため、核融合装置のプラズマ電流計測センサーには、光弾性率が極めて小さい鉛ガラスファイバーを用いなくても、低複屈折石英ガラスファイバーで感度が十分である。テレビウムを限界まで含有させた常磁性ガラスと反磁性を示すセレン化亜鉛を局所磁場計測センサー候補とし、それらのベルデ定数と温度特性の評価を行った。常磁性ガラスの温度特性はキュリーの法則によく一致し、ベルデ定数が絶対温度に反比例するので、磁場計測の際には温度による較正が必要である。一方、セレン化亜鉛は、2550°Cの温度変化に対してベルデ定数の変化は観測されなかった。25°Cでの常磁性ガラスのベルデ定数は、セレン化亜鉛の約1.4と評価されたので、磁場分解能の点では常磁性ガラスの方が若干優れている。長さ40mmのセレン化亜鉛をセンサーとし応答時間1msと10msとした場合、それぞれ磁場分解能約5Gと約2Gの計測が可能であることを明らかにした。磁場閉じ込め方式による核融合炉において課題となっているプラズマ電流及び磁場の長時間計測器として、光ファイバ中のファラデー効果に着目した偏光計の開発を始めた。本偏光計は非常にコンパクトであり、電磁ノイズが大きい核融合装置での計測に適している。電力の分野で光電流変成器としてほぼ実用化の段階に達しているクロス・ニコル法を含む偏光計測方式を比較検討した結果、核融合炉の準定常電流・磁場計測用には、周波数偏移ヘテロダイン方式が最も優れていることが分かった。この方式を試験するために、音響光学素子と1/2波長板を用いて異なる周波数に偏移させた直交直線偏光を、1/4波長板で反対向きに回転する円偏光に変換して光ファイバに通し、ファラデー回転をビ-ト信号の位相変化として検出するための光学機材を整備した。また、デジタル位相検出を行うために、既存のVXIデータ収集装置に高速サンプルのデジタイザを付加し、12ビットでの高速データ収集を可能にした。ファラデー回転角が透過する光の波長の二乗にほぼ反比例するため、短波長が偏光計測に有利であるが、ガンマ線・中性子照射に起因する光ファイバの透過率の劣化が、800nm以下の波長域でかなり大きくなる。光電流変成器用のシングル・モード光ファイバとしては、光弾性率が極めて小さい鉛ガラス・ファイバや低複屈折石英ガラス・ファイバが、光通信でよく使われる波長(850,1300,1550nm)用に開発されている。

ファイバのベルデ定数から、開発目標のファラデー回転角の計測分解能0.1度に対応する磁場分解能を見積もった結果も考慮して、850nm用の鉛ガラス・ファイバを使用し、半導体レーザを光源とした実験を開始した。磁場閉じ込め方式による核融合炉において課題となっているプラズマ電流および磁場の長時間計測器として、光ファイバ中のファラデー効果に着目した偏光計の開発を行っている。本偏光計は非常にコンパクトであり、電磁ノイズが大きい核融合装置での計測に適している。周波数偏移ヘテロダイン方式を採用し、音響光学素子と1/2波長板を用いて異なる周波数に偏移させた直交直線偏光を、1/4波長板で反対向きに回転する円偏光に変換して、ファラデー回転をビート信号の位相変化として検出することを試験した。横モードのみ単一化した普通の半導体レーザを光源に用いると、半導体レーザの駆動電流および温度を一定に保っても、戻り光の影響で位相測定に不安定性が観測された。戻り光を低減させて比較的安定な状態では、0.5秒以上の時間分解能で0.1度以下の位相分解能が得られる見通しを得た。さらに位相計測を安定化させるためには、縦・横ともに単一モード化した半導体レーザを使う必要があることが明らかになった。ファラデー回転角が透過する光の波長の二乗にほぼ反比例するため、短波長が偏光計測に有利であること、ガンマ線・中性子照射に起因する光ファイバの透過率の劣化が850nm以下が大きいことと光学部品の豊富さを考慮して、850nmの半導体レーザを光源としている。プラズマ電流計測用には低複屈折石英ガラスで十分であるが、感度が約6倍となるファイバ光弾性率が極めて小さい鉛ガラスファイバを用いて電流計測の試験を行った。磁場センサーとしては、テルビウムを限界まで含有させた長さ40mmの常磁性ガラスを使用すると、位相分解能0.1度に対応する磁場分解能が約2ガウスになることを確認した。磁場閉じ込め方式による核融合炉において課題となっているプラズマ電流および磁場の長時間計測器として、光ファイバ中のファラデー効果に着目した偏光計の開発を行った。周波数偏移ヘテロダイン方式磁場計測器において、縦横ともに単一モードの半導体レーザーを光源とし、光アイソレータを導入することにより位相計測の安定度が大幅に向上した。位相の標準偏差は、ロックインアンプの時定数10ミリ秒で0.06度、時定数1秒で0.02度である。ビート信号のデジタル処理にcomplex demodulationを用い、さらに数値フィルターを通すことにより、最大で位相分解能を0.01度まで高められることが分かった。テルビウムを限界まで含有させた常磁性ガラスと、反磁性を示すセレン化亜鉛を局所磁場計測素子の候補とし、それらのベルデ定数と温度特性の評価を行った。常磁性ガラスの温度特性はキュリーの法則によく一致し、ベルデ定数が絶対温度に反比例することを確かめた。そのため、室温付近での温度変化1度に対してベルデ定数が0.4%程変化するので、磁場計測の際には温度による較正が必要である。一方、セレン化亜鉛は、2550°Cの温度変化に対してベルデ定数の変化は観測されなかった。25°Cでの常磁性ガラスのベルデ定数は、セレン化亜鉛の約1.4と評価されたので、磁場分解能の点では常磁性ガラスの方が若干優れている。
極東ロシア沿海地域における鉱物資源の賦存状況に関する研究

3カ年にわたって、シホテアリン地域の北部南部における変成堆積岩類、花開岩質岩石およびこれらに密接に関係した鉱床および鉱徴地の調査を行った。これらの地域はその資源ポテンシャルの高さから、これまでにも当該国などの研究者によって多くの研究がなされているが、現今では殆ど返り見られなくなった旧来の方法や理念に基づいたもので、得られたデータは現代の研究には殆ど使用できないものであった。今回の調査においては、現場においても岩石の帯磁率などが新しい方法によって調査され、採取された試料に対しても化学組成や鉱物中の包有物などについての有用な解析データが得られた。この結果、この地域における従来の地質区分や関連する鉱床の形成過程を考え直す必要が生じるなどの成果があがり、新しい考え方と最新のデータに基づいた考察とが可能となってきた。すでに、岩石の生成年代、金鉱床や銀鉱床などにおける鉱化作用の様子などが明らかにされている。最終年度には、行った調査試料の一部の入手が遅れるなどのトラブルもあったが、調査全体については限られた時間と劣悪な状況の中で極めてうまく進んだといえる。これまでに得られたデータは、もとより十分なものではないが、両国において急速に個々のデータが蓄積されつつある。これら成果の一部については、1998年6月に開催される資源地質学会において公表し、順次論文として投稿する予定である。ロシア極東の沿海地域、すなわちシホテアリン山塊およびこれに隣接するトランスバイカル地域の一部には、後期中生代の花崗岩類に伴って、錫・タングステン・蛍石・ホウ素など多数の鉱床が分布している.今年度は、延べ5名の研究者を派遣し、現地の研究分担者とともに、これらの地域に産する花崗岩質岩石およびいくつかの金属非金属鉱床の概査(一部精査)を実施した.また、当該国より研究分担者1名を招聘して、今後の研究の進め方について討議した.花崗岩については、産状調査、岩相調査、帯磁率測定、放射能測定などを行い、室内実験のための試料を採取した.この結果、同一に分類されていた岩石にかなり顕著な岩相変化を伴うこと、これまで年代測定に用いられていた試料の一部が著しい風化を受けたものであること、帯磁率の測定結果から花崗岩の成因や鉱床との関係について従来の見解を検討し直さなければならないことなどが判明した.室内の作業は現在進行中で、薄片、研磨片などの顕微鏡観察用試料を作成し、粉砕分離した試料について年代測定を行っている.鉱床からの試料は、薄片、研磨片、両面研磨片を作成し、それぞれ、鉱石の組織や鉱物の化学組成、流体包有物の検討などを行っている.この結果、たとえば、北部の金の鉱床については、金粒子が黄鉄鉱の内部に累帯構造をなしてまた石英の粒界中に生じていること、共存する方鉛鉱がReを含むなど、特徴的な性質が明らかになりつつある.また、観察および測定に足りる流体包有物が多く発見された.今後、それぞれの試料についてデータを集積し、沿海地域の鉱床の特徴および地域的特性を明らかにしていく予定である.そして、これらの結果を対岸の日本列島における鉱床の特徴と比較することにより、環日本海地域の鉱物資源分布の全体像を把握するつもりである.シホテアリン北部のアニュイ川およびゴビリ川に分布する花崗岩および変成岩について調査した.その結果,多くの地点で,泥質岩からチュートに至るシークエンスと,玄武岩質岩石の分布をみることができた.これは,この地域が付加体として生成したことを強く暗示するものである.また,花崗岩について比較的良好な帯磁率測定を行うことができた.現在,採取した試料の薄片観察,年代測定,包有物の解析などを行っている.この地域で数十年前に採掘された実績を持つベリリウム鉱床の調査を行ったが,アプローチが長くグライゼンおよび小規模の緑柱石・電気石・石英脈を見つけたにすぎない.

この地域一帯には,抽出石英脈や小規模なペグマタイトが生じており,これらと鉱化作用との関連について室内実験を続けている.シホテアリン南西部,ウラジオストック市西方の古生界の花崗岩および変成岩を調査した.この地域にも顕著な鉱化作用はないが,シホテアリンから日本列島にわたる全体の地質環境を知る上で,重要な箇所である.また,ナホトカ市東方の花崗岩体とこれに成因的に関係して生じたKrivaya Litovka金鉱床およびKrinichnaya銀鉱床について調査を行った.前者は花崗岩中に数十条の含金石英脈の集合体が胚胎するもので,微細な自然金を見つけることができた.採取した試料中には常温で液体二酸化炭素を含む流体包有物が豊富に認められ,特異な環境で生成したことを物語っている.この鉱床の下流域で椀掛けをした結果,微細な漂砂金を採取することができた.現在,これらの金粒について,電子顕微鏡による観察およびEPMAによる化学組成分析を行っている.後者は花崗岩中に発達した含銀錫石英脈である.主要金属鉱物であるカンフィールド鉱の化学組成分析と石英中の流体包有物の解析を行っている.平成9年度前半には、シホテアリン地域中北部Anyui川およびGobili川流域の変成堆積岩類および花崗岩質岩石の地質調査を行なった.この地域には顕著な鉱化作用は認められないが,それだけに熱水変質をあまり被っていない堆積岩や変成岩が存在しており,鉱化作用前の地質現象が明らかになることが期待される.しかしながら,地表に露出してからの時間が長いため,花崗岩類については風化が著しく進んでおり,生成年代を測定できるような試料の産出は限られている.現場では,花崗岩の帯磁率を測定したが,いずれも極めて低い値を示し,多くはイルメナイト系列の花崗岩に属することが明らかとなった.平成9年度後半には,シホテアリン地域南部,とくにウラジオストク南部の諸島,ナホトカ東方の海岸線などにおける花崗岩の産状および性質,ウラジオストク北西方の蛍石鉱床を調査した.ウラジオストク南部の花崗岩は赤色を帯びた長石を伴い,マグネタイト系列(イルメナイト系列)の花崗岩が多いことが明らかになった.一方,ナホトカ東方の海岸線には外来岩片や捕獲岩を含むことが多く,イルメナイト系列(マグネタイト系列)の花崗岩質岩石が多いことがわかった.これら,岩石の造岩鉱物の化学組成,とくに弗素・塩素REEについて分析した結果,これらの花崗岩間に分化の過程を示すと考えられる変化が存在することが示唆される.また,蛍石鉱床では,現場での観察の結果,石灰岩の交代作用およびスカルン化作用によって生成したことが強く暗示される.この鉱床に産する硫化鉱物や流体包有物の性質について,室内研究を続行中である.
大規模データアプリケーションに適したメモリシステムの研究

本研究ではプロセッサ内のメモリを従来のキャッシュとして使用するのみでなく,再構成により大規模データに対処するための入出力バッファとして使用する方式,およびDRAM構造を利用した連続データアクセスを可能とするメモリコントローラの構成法を提案し,それらの協調動作により実現される高速大規模データアクセス機構を評価する.本年度は提案する再構成キャッシュ方式をデータベース処理に適用した場合の性能評価に関して国際ワークショップInternational Workshop on Innovative Architecture for Future Generation High-Performance Processors and Systemsのポストプロシーディングに投稿し,採録された.また、本提案手法とデータベース処理における評価をまとめたものを日本データベース学会Letters(DBSJ)に投稿し、採録された。16年度は主にデータベース処理を対象とした評価を行い、さらに前年度までに設計した基本機能に加え、高速フィルタリングを可能とするモジュールの回路設計および回路シミュレーションによる論理検証および性能評価を行った.VHDL言語による回路記述は本学で既に設置されているワークステーションを使用して行った.記述した回路に対してシミュレーション,論理合成,ターゲットデバイスへの配置・配線を行うために,Xilinx社のシミュレーション,論理合成,配置・配線の統合ツールであるISE Foundationを購入(一年間ライセンス)して使用した.また、メモリコントローラからPCIデバイスを制御する回路の開発のために、PCIのIPコアであるUO-DI-PCI-ALを購入して使用した。本研究ではプロセッサ内のメモリを従来のキャッシュとして使用するのみでなく,再構成により大規模データに対処するための入出力バッファとして使用する方式,およびDRAM構造を利用した連続データアクセスを可能とするメモリコントローラの構成法を提案し,それらの協調動作により実現される高速大規模データアクセス機構を評価する.本年度はバッファとして機能する再構成可能キャッシュの設計およびDRAMの高機能アクセスを実現するメモリコントローラの設計をハードウェア記述言語(VHDL)によって行った.また,提案する再構成キャッシュ方式に関して国際ワークショップInternational Workshop on Innovative Architecture for Future Generation High-Performance Processors and Systemsのポストプロシーディングに投稿し,採録された.15年度は主に回路設計および回路シミュレーションによる論理検証を行った.VHDL言語による回路記述は本学で既に設置されているワークステーションを使用して行った.記述した回路に対してシミュレーション,論理合成,ターゲットデバイスへの配置・配線を行うために,Xilinx社のシミュレーション,論理合成,配置・配線の統合ツールであるISE Foundationを購入して使用した.さらに,最終的に評価する際に使用するFPGA搭載評価用プリント基板は,本研究の評価を可能とする仕様を満たす必要があり,受注生産により製造期間を要し,最終年度に速やかに評価に取りかかるために本年度に設計した.本研究ではプロセッサ内のメモリを従来のキャッシュとして使用するのみでなく,再構成により大規模データに対処するための入出力バッファとして使用する方式,およびDRAM構造を利用した連続データアクセスを可能とするメモリコントローラの構成法を提案し,それらの協調動作により実現される高速大規模データアクセス機構を評価する.本年度は提案する再構成キャッシュ方式をデータベース処理に適用した場合の性能評価に関して国際ワークショップInternational Workshop on Innovative Architecture for Future Generation High-Performance Processors and Systemsのポストプロシーディングに投稿し,採録された.また、本提案手法とデータベース処理における評価をまとめたものを日本データベース学会Letters(DBSJ)に投稿し、採録された。
歯肉溝における歯周病原性細菌の微量検出ならびにその存否と病態の関連について(歯周治療後の再定着について)

1、歯肉溝中の歯周病原性細菌の高感度検出法の碓立成人性歯周炎と最も関連性の高い歯周病原性細菌であると考えられているPorphyromonas gingivalis(P.g.)に着目し、高感度検出法の確立を試みた。下記で用いるPCRプライマーおよびP.g.特異的プローブは日本大学松戸歯学部生化学教室の安孫子教授より供与を受けた。(1)P.g.381株培養菌体を蒸留水にて10^6菌体/mlに調製した細菌懸濁液および、そのl0倍連続希釈液を作成し、各々よりDNAを抽出した後、Polymerase Chain Reaction(PCR)にて、P.g.特異的なDNA領域を増幅した。この増幅の特異性は、非放射性ラベルを施したP.g.特異的プローブを用いたサザンブロッティングにより確認した。(2)(1)で増幅したPCR産物をスロットブロットした後、上記プローブを用いて検出した結果、発色度が検体中のP.g.菌体数依存的に増加することが確認された。また、本検出系では検体中の1l0菌体のP.g.が検出可能であった。すなわち、本検出系は、非常に高感度であるのみならず、ある程度の定量性が認められた。(3)Prevotella intermediaを蒸留水にて10^6菌体/mlの濃度で懸濁した細菌懸濁液で、P.g.381株菌体を(1)と同様に調整しP.g.の検出を行ったが、結果に変化はなかった。さらに、従来より本教室で使用している間接蛍光抗体法と感度の比較を行ったところ、今回開発した検出系は、l0^3倍高感度であることがわかった。2、臨床サンプルへの応用(1)種々の臨床所見を有する歯周ポケットより歯肉縁下プラークを採取し、サンプル中のP.g.の検出を行った。臨床的サンプルにおいても本検出法は間接蛍光抗体法よりはるかに高感度にP.g.が検出可能であった。(2)現在本検出系を用いて歯周処置後7週までのP.g.の動態を検討中である。今後さらに、長期間の観察を行いP.g.の術後再定着について検討する予定である。間発した検出法は高感度であり、臨床応用が可能であることがわかった。この検出法を利用すれば、さらに詳細に歯周病と歯周病原性細菌の関連性が検討できると考えられる。
正常および老人性骨粗鬆症組織の力学的ストレス受容機構

申請者は、これまでの実験で、長管骨に局所的なメカニカルストレスを加えることによって、骨梁表面の骨芽細胞および骨に内在する骨細胞でオステオポンチンmRNAの発現が顕著に増加することを見い出した.そこで、今回、メカニカルストレスの負荷重量とオステオポンチンmRNA発現との関係を検討した。実験には、生後15週齢の雄ラットを用いた。申請者が独自に開発した自動制御式のメカニカルストレス発生装置を用い、麻酔下において、ラットの右側下肢膝部(大腿骨遠位部および脛骨近位部)に最小加重0.5kgから最大加重5kgサイン波負荷を3Hzの加重頻度で10分間負荷した。その24時間後、剖検により、脛骨を摘出し、パラホルムアルデヒドによる固定後、脛骨近位部から厚さ数マイクロメーターの薄切標本を作成し、分子生物学的手法(in situ hybridization法)を行った.用いた遺伝子プローブは、オステオカルシン、オステオポンチン、オステオネクチンなどの骨組織マトリックス蛋白質で、組織内の局在と共に遺伝子発現細胞の同定およびその定量解析を行った.その結果、メカニカルストレスに対する骨芽細胞と骨細胞のオステオポンチンmRNAの発現は、負荷重量依存的に増加することが観察された。また、負荷重量3kgでは、オステオポンチンmRNAの発現は、骨芽細胞ではなく、骨細胞のみに見い出された.このようにメカニカルストレスに対する骨芽細胞および骨細胞の応答の閾値が異なる可能性が示唆された.正常ラットを用いて、メカ二カルストレスの効果とそのメカニズムについて検討した。申請者が独自に開発した自動制御式のメカニカルストレス発生装置を用い、麻酔下において、ラットの右側下肢膝部(大腿骨遠位部および脛骨近位部)に最小加重0.5kgから最大加重5kgのサイン波負荷を3Hzの加重頻度で10分間負荷した。その24時間後、剖検により、脛骨を摘出し、パラホルムアルデヒドによる固定後、脛骨近位部から厚さ数マイクロメーターの薄切標本を作成し、分子生物学的手法(in situ hybridization法)を行った。用いた遺伝子プローブは、オステオカルシン、オステオポンチン、オステオネクチンなどの骨組織マトリックス蛋白質で、組織内の局在と共に遺伝子発現細胞の同定およびその定量解析を行った。その結果、メカニカルストレスを負荷した脛骨の骨梁表面でオステオポンチンを発現している骨芽細胞の有意な増加が観察された。また、極めて興味深いことに、メカニカルストレス受容細胞として注目を集めている骨細胞でも顕著なオステオポンチンの発現がみられた。以上のように、正常骨では、骨芽細胞および骨細胞がメカニカルストレスに対する応答としてオステオポンチンを発現することが明らかになった。また、負荷重量3kgでは、オステオポンチンmRNAの発現は、骨芽細胞ではなく、骨細胞のみに見い出された.このようにメカニカルストレスに対する骨芽細胞および骨細胞の応答の閾値が異なる可能性が示唆された.