hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
IL-6遺伝子組み込みアデノウイルスベクターを用いた間質性肺炎モデル動物の作製

間質性肺炎症への増殖因子の関与を検討するため、Reverse-transcription polymerase chain reactionによって特発性間質性肺炎(IIP)患者や塵肺患者の気管支肺胞細胞中の増殖因子mRNA発現を検討し、その結果、IIP、珪肺、石綿肺を問わずTGF-βmRNAの発現増加を認めたことをすでに報告してきた。今年度は、間質性肺炎の発病学との関連をin vivoで解明するため、増殖因子、サイトカイン遺伝子を経気道的にラット肺へin vivo遺伝子導入を行い、その病理学的変化を検討した。膜融合型iposome(HVJ-liposome)法によるヒトTGF-β遺伝子導入では、胞融の線維芽細胞の増殖、コラーゲンの沈着が光顕、電顕、免疫組織学的検討で証明された。同様にPDGF-B遺伝子導入肺では、TGF-β導入肺に比較し炎症細胞浸潤が著明であったが、線維芽細胞増生は著しくなかった。非増殖型アデノウイルスベクターによるIL-6およびその受容体(IL-6R)遺伝子導入では、対照ベクターやIL-6,IL-6Rの単独導入では病理学的変化は惹起されなかったが、IL-6,IL-6R共に導入した肺では著明なリンパ球の浸潤を伴う胞融炎がみられ、肺胞腔内には多数のマクロファージの浸出が認められた。一方好中球や好酸球の浸潤はあまり認められず、線維芽細胞の増殖や膠原線維の沈着は認めなかった。以上の結果は導入遺伝子に依存して組織学的に異なる間質性肺炎像が惹起された。TGF-βあるいはPDGF-Bは著しい炎症細胞浸潤なしに膠原線維沈着を誘導した。対照的にIL-6は胞融炎を惹起したが、膠原線維の沈着を誘導しなかった。以上の結果は間質性肺炎の組織型によって異なるサイトカインがその発症に関与することを示唆した。
アンモニウム含有量による花崗岩への堆積岩の寄与の割合と変成岩の変成度の程度の解明

この科学研究費による成果は以下の様である.1)花崗岩中の黒雲母のアンモニウム含有量は花崗岩マグマが堆積岩と関与した場合高くなる.特にSタイプ花崗岩で高い.その結果,アンモニウムは花崗岩マグマが堆積岩と反応したかどうかの有効な指標となりうる.2)系統的に変成度が上昇する岩石のアンモニウム含有量は累進変成作用が進むにつれ系統的に減少し,変成作用の過程でアンモニウムが逸脱することが明らかとなった.3)飛騨帯の花崗岩で花崗岩から変成岩へ連続的に移り変わる所ではアンモニウムが著しく濃集する.この現象は変成岩から逸脱したアンモニウムが流体物に濃集し,それが花崗岩へと添加されたことを示している.4)山陰,山陽,領家帯でアンモニウム含有量は顕著な差異があることが判明した.5)南極など高度変成岩(グラニュライト)では変成作用に伴ってアンモニウムが減少する.この科学研究費による成果は以下の様である.1)花崗岩中の黒雲母のアンモニウム含有量は花崗岩マグマが堆積岩と関与した場合高くなる.特にSタイプ花崗岩で高い.その結果,アンモニウムは花崗岩マグマが堆積岩と反応したかどうかの有効な指標となりうる.2)系統的に変成度が上昇する岩石のアンモニウム含有量は累進変成作用が進むにつれ系統的に減少し,変成作用の過程でアンモニウムが逸脱することが明らかとなった.3)飛騨帯の花崗岩で花崗岩から変成岩へ連続的に移り変わる所ではアンモニウムが著しく濃集する.この現象は変成岩から逸脱したアンモニウムが流体物に濃集し,それが花崗岩へと添加されたことを示している.4)山陰,山陽,領家帯でアンモニウム含有量は顕著な差異があることが判明した.5)南極など高度変成岩(グラニュライト)では変成作用に伴ってアンモニウムが減少する.花嵐岩の黒雲母中のアンモニウム含有量は堆積岩と反応した花嵐岩でより高い傾向があるので、アンモニウム含有量は花嵐岩マグマが堆積岩と関与したかどうかの有効な指標であると考えられる。そこで飛騨帯の灰色花嵐岩、領家帯の古期花嵐岩および日高帯の変成岩類、南極の花嵐岩、変成岩のアンモニウム含有量を分析した。また、アンモニウムと他の元素との関係をみるために島根大学の蛍光X線を用いて、主要および微量元素の分析を行なった。その結果、飛騨帯の灰色花嵐岩のように、堆積岩の花嵐岩化作用で形成されたものはきわめて高いアンモニウム含有量をもつこと、ミグマタイトも同じ理由で高いアンモニウム含有量をもつに至ったと考えられる。また、領家帯の変成岩は高いアンモニウム含有量を有するが、より変成度の高い飛騨帯や南極のものでは低いアンモニウム含有量を有し、変成温度の上昇が黒雲母中のアンモニウムを逸散させることが判明した。また、日高帯の非変成帯の堆積岩から低変成度の岩石をへて、高度変成のグラニュライトと系統的に変成度が上昇するサンプルのアンモニウム含有量を測定した。その結果、大きくは変成度が上昇するにつれアンモニウム含有量が減少し、アンモニウム含有量が変成度の目安として使用できるめどがついた。さらに、アンモニウムはKやRbと正の相関をきたし、Kを置換して黒雲母やK-長石中に入る可能性が明かとなり、今後、さらに微量元素との関係について検討する必要があることが判明した。1.日高帯の非変成帯の堆積岩から低変成度の岩石をへて,高度変成のグラニュライトと系統的に変成度が上昇するサンプルのアンモニウムの含有量を測定し,変成温度とアンモニウム逸散との関係を検討した.その結果,累進変成作用が進むにつれ,岩石に含まれる黒雲母中のアンモニウムは系統的に減少すること,特に,グラニュライト変成作作用で急激に減少することが明かとなった.このことから,アンモニウム含有量が変成度の指標となることが明かとなった.2.領家帯の古期花崗岩や飛騨帯の灰色花崗岩など堆積岩を同化し,岩崗岩から変成岩へ連続的に移り変わる所において,アンモニウムは著しく濃集することが明かとなった.この現象は変成岩から逸脱したアンモニウムが流体物に濃集し,それが花崗岩へと添加されたことを示している.3.山陰・山陽帯・領家帯の花崗岩の黒雲母のアンモニウム含有量を測定し,これら各帯でアンモニウム含有量に差異があることが判明した.領家帯では古期花崗岩と新期花崗岩の間でアンモニウム含有量に差はほとんどなく,変成岩との反応は軽微であることが明かとなった.1.花崗岩の黒雲母中のアンモニウム含有量は、堆積岩と反応した花崗岩でより高い傾向があるので、アンモニウムは花崗岩マグマが堆積岩と関与したかどうかの有効な指標である。そこで、以下の結果を得たニュージーランドの非変成帯の高度変成のグラニュライトと系統的に変成度が上昇する岩石のアンモニウムの含有量を測定し、変成温度とアンモニウム逸散との関係を検討した。その結果、累進変成作用が進むにつれ、岩石に含まれる黒雲母のアンモニウムは系統的に減少すること、特に、グラニュライト変成作用で急激に減少することが明らかになった。

2.飛騨帯の灰色花崗岩など堆積岩が同化し、花崗岩から変成岩へ連続的に移り変わる所において、アンモニウムは著しく濃集することが明かとなった。この現象は変成岩から逸脱したアンモニウムが流動的に濃集し、それが花崗岩へと添加されたことを示している。3.山陽帯や領家帯の花崗岩の黒雲母のアンモニウム含有量を測定し、これら各帯でアンモニウム含有量に差異があることが判明した。領家帯では古期花崗岩と新期花崗岩の間でアンモニウム含有量に差はほとんどなく、変成岩との反応は軽微であることが明かとなった。4.南極など高度変成の岩石では、変成作用にともなってアンモニウムが減少することが明かとなった。
社会文化理論に基づく算数・数学科授業過程の実証的研究

本研究は,小学校での算数教育の最終段階である第6学年から中学校での数学教育の最初の段階である第1学年にかけての,授業における教室文化と子どもの数学的知識の構成過程の発展・変数学的知識の構成過程発展・変容の様子を,ウィゴッキー派の社会文化理論を視座として分析することを課題とした。平成10年度は,石川県金沢市の公立中学校1年の1クラスを研究対象とし,そこで営まれる数学の研対象として設定し,1年間にわたり参与観察を行った。この参与観察の過程でえられた授業データから、このクラスで社会的に構成されている数学的実践(問題の構成,解法の手だての計画,解法の構成,結果の検討など)の特徴を,「参加」と「談話」の形態という対人的相互行為の概念を分析視点として検討した。一連の分析を通して、当該の授業において特徴的な「参加」と「談話」の形態と生徒の認知活動との相互依存性について暫定的な仮説を設定するとともに,以後の授業で吟味しながら,修正を行い,より妥当性のある命題に洗練した。こうした研究成果の一端は,日本数学教育学会において公表された。本研究は,小学校での算数教育の最終段階である第6学年から中学校での数学教育の最初の段階である第1学年にかけての,授業における教室文化と子どもの数学的知識の構成過程の発展・変数学的知識の構成過程の発展・変容の様子を,ヴィゴツキ-派の社会文化理論を視座として分析することを課題とした。平成9年度は,石川県金沢市の公立公立小学校6年の1クラスを研究対象とし,そこで営まれる算数の授業を研対象として設定し,1年間にわたり参与観察を行った。この参与観察の過程でえられた授業データから,このクラスで社会的に構成されている算数的実践(問題の構成,解法の手だての計画,解法の構成,結果の検討など)の特徴を,「参加」と「談話」の形態という対人的相互行為の概念を分析視点として検討した。一連の分析を通して,当該の授業において特徴的な「参加」と「談話」の形態と児童の認知活動との相互依存性についての暫定的な仮説を設定するともに,以後の授業で吟味しながら,修正を行い,より妥当性のある命題に洗練した。こうした研究成果の一端は,日本数学教育学会ならびに,著書において公表された。
可溶性TNFレセプターによる敗血症の病態解明と治療

過大な侵襲である食道癌手術で抗炎症作用を有する可溶性TNFレセプターの生体防御反応および合併症発生えの関与について検討した。術後、可溶性TNFレセプター(sTNF-R55、sTNF-R75)は手術直後から術前の約2倍に上昇し、以後高値を持続した。レセプターの上昇はインターロイキン-6と有意に相関を示したが、TNF-αやインターロイキン-8とは相関が認められなかった。可溶性TNFレセプターは好中球エラスターゼとも相関を示した。しかし、エラスターゼは術後高値を持続したのに対し、マトリツクスメタロプロテイナーゼ-9(MMP-9)は、術直後のみ上昇し以後低下した。細胞表面のレセプターは、蛋白分解酵素(proteinases)により遊離されることが報告され、術後の可溶性TNFレセプターの上昇はインターロイキン-6により誘導さわるプロテアーゼに制御されることが示された。さらに、敗血症症例では、TNF-α,可溶性TNFレセプターともに非合併症症例に比べ有意に高値を示した。しかし、可溶性TNFレセプター/TNF-α比は、非合併症症例の約800に比べ敗血症症例で150と有意に低下した。TNF-αの作用を中和するためには約300倍以上の濃度の可溶性レセプターを必要とすると報告され、可溶性TNFレセプター蛋白の投与は敗血症の予防ばかりでなく治療に有用であると考えられた。以上の結果は侵襲に対する生体防御反応および合併症發症の機序の解明、さらにその治療を可能にする。主に好中球により産生されるプロテアーゼは抗炎症作用を持つ接着分子の可溶化ばかりでなく、接着分子を介して血管外に遊走し直接細胞障害に働くことから、今後好中球の括性化と接着分子発現の機序の解明とその制御が望まれる。過大な侵襲である食道癌術後、末梢血中の好中球は術前の約3倍に上昇するのに対し,リンパ球は約30%に低下した。本研究で、リンパ球とくにT細胞の減少はTNFやインターロイキン-6などのサイトカインにより誘導されるアポトーシスよることを解明した。術後第1病日から第3病日の血清中に検出されるDNAは電気泳動でアポトーシスの指標である約200ベースペアのラダーを示した。このDNAはT細胞に特異的なT細胞レセプター由来であることをPCR法で確認した。さらに、可溶性TNFレセプター(p55、p75)は手術直後から術前の約2倍に上昇し、以後高値を持続した。レセプターの上昇はインターロイキン-6と有意に相関を示したが、TNFやインターロイキン-8とは相関が認められなかった。TNFレセプターは好中球エラスターゼとも相関した。これらの結果は、種々のレセプターは、細胞表面から蛋白分解酵素(proteases)により切離されることから、術後のTNFレセプターの上昇はインターロイキン-6により誘導されるプロテアーゼによると推測される。現在、その酵素の同定と機序について検討中である。さらに、敗血症患者では、これらTNF,可溶性TNFレセプターともに非合併症患者に比べ有意に高値を示した。しかし、TNFレセプター/TNF比は敗血症例で有意に低下した。TNFの作用を中和するためには約300倍以上の濃度のレセプターを必要とすることが報告され、TNFレセプターの投与は敗血症の予防ばかりでなく治療に有用であると考えられる。

過大な侵襲である食道癌手術で抗炎症作用を有する可溶性TNFレセプターの生体防御反応および合併症発生えの関与について検討した。術後、可溶性TNFレセプター(sTNF-R55、sTNF-R75)は手術直後から術前の約2倍に上昇し、以後高値を持続した。レセプターの上昇はインターロイキン-6と有意に相関を示したが、TNF-αやインターロイキン-8とは相関が認められなかった。可溶性TNFレセプターは好中球エラスターゼとも相関を示した。しかし、マトリックスメタロプロテイナーゼ-9(MMP-9)は、術直後のみ上昇し以後低下した。細胞表面のレセプターは、蛋白分解酵素(proteinases)により遊離されることが報告され、術後の可溶性TNFレセプターの上昇はインターロイキン-6により誘導されるプロテアーゼに制御されることが示された。以上の結果は、術後の生体防御反応の解明に重要な情報を与える。さらに、敗血症症例では、TNF-α,可溶性TNFレセプターともに非合併症症例に比べ有意に高値を示した。しかし、可溶性TNFレセプター/TNF-α比は、非合併症症例の約800に比べ敗血症症例で150と有意に低下した。TNF-αの作用を中和するためには約300倍以上の濃度の可溶性レセプターを必要とすると報告され、可溶性TNFレセプター蛋白の投与は敗血症の予防ばかりでなく治療に有用であると考えられた。さらに、主に、好中球により産生されるプロテアーゼは抗炎症作用を持つ接着分子の可溶化ばかりでなく、直接細胞障害に働くことから、今後その括性化の機序の解明が望まれる。
有機半導体のp型・n型極性と末端分子構造の相関

本研究では、末端分子構造のわずかな違いにより、発現する極性が変化することが見出された。有機半導体は、p型、n型、両極性のそれぞれの特性が末端構造に関係する事を示唆するもので、電極に依存しない極性変化を示す。本研究を通して、末端分子構造のわずかな違いにより、発現する極性が変化することが見出された。平成24年度は、合成された化合物の分子軌道計算によるエネルギー準位計算とトランジスタ特性を比較した。その結果、最低非占有分子軌道(LUMO)と最高占有分子軌道(HOMO)の差と極性には関連はなかった。すなわち、分子構造とトランジスタ基板との相互作用、分子自体の構造的特徴によって、その変化が惹起されている。n型極性を示した材料は、そのLUMOレベルが、電界効果トランジスタに使用した金電極の仕事関数との間に約2eVの差があるにもかかわらず、電荷がLUMOへ注入されたという事を示す。これは末端基と電極の界面近傍において、末端基に導入したフッ素原子が電荷注入過程に影響したものではないかと推測される。フッ素原子は同様に本研究において合成された他の分子にも存在するが、中央との結合部分がベンゼンであるため、分子のねじれとLUMOエネルギーの局在化がその効果を抑制しているのではないかと思われる。n型を発現した分子は、末端基の酸素原子、中央部分との平面性を高めるチオフェンを介した結合によって、分子全体のキノイド構造への変化が生じ、n型特性発現に繋がったと考えられる。この結果は、末端に導入した元素、分子の平面性が半導体自体の極性を決定しているように思われ、逆言えば、正孔と電子は分子に注入される際、障壁の小さいものが優先され、それは分子の末端構造とその先の構造に影響されると考えられる。本研究では、有機半導体材料の化学構造と半導体極性に関する相関について研究するものである。具体的には有機化合物の末端構造、最低非占有分子軌道の準位とバルク状態での半導体特性の相関を明らかにしようとするものである。平成23年度は、末端構造の異なる新規化合物の合成に成功した。末端構造として、インドール誘導体をもとにπ共役を拡張させたイソインディゴ誘導体を選択した。イソインディゴ誘導体は二次元π共役平面を有し、半導体としての電荷輸送に寄与するπ平面間の重なり構造の構築に寄与するとともに、共鳴構造の点から末端にカルボニル気を含むことによるキノイド構造の形成が優位となる。特にキノイド構造の形成は、半導体の極性を決定する重要な要素であると本研究では仮定しており、その存在は重要である。一方で、対象となる末端構造にカルボニル基を持たない類似化合物についても合成している。これら末端構造を中心構造となるベンゾジチオフェン誘導体とカップリングさせることにより、新規な低分子化合物の合成に成功した。得られた化合物の紫外可視吸収測定から、これら化合物は可視域の吸収が広いことが示された。特にイソインディゴ誘導体を末端に有する化合物は250 nm 750 nm付近までの可視全域に吸収が見られ、有機太陽電池材料としても適した性能を有している。理論化学計算の結果からは、これら化合物の最低非占有分子軌道はわずかな違いしかなく、トランジスタ素子における電極からの電荷注入において優位差は無いと考えられる。この条件下でそれぞれの化合物が異なる極性を示すことを確認するため、現在これら新規化合物の有機半導体特性評価を進行中である。末端構造の異なるいくつかの新規低分子有機半導体材料を合成し、基礎物性、デバイス作製・評価について検討している。分子軌道計算の結果からも本研究の目的である末端構造とエネルギー準位の差に関する条件を満たしたもので、有機半導体の本質に迫る結果が期待される。また、当初予定していた可視域における吸収よりも長波長まで吸収する材料が得られたことは、本研究を基にトランジスタだけでなく有機太陽電池への展開を早めるものである。有機トランジスタの性能としては、現時点で材料の純度が不十分であることから、今後向上することが期待される。p型・n型を効率よく切り替える末端構造を決定し、本研究を始めるにあたって得られた基礎的な実験結果やそれらを基にして考えられた仮定から、その機構について考察する。具体的には、平成24年度では末端構造を固定し、中心構造をそれに対し最適化する。中心構造は、縮環系でありながら溶液塗布を可能とする溶解性を確保する構造を模索する。目標は有機トランジスタにおいてp型・n型共に10-2 cm2 V-1 s-1台以上とする。この検討によりほぼ同じ化学構造でありながら、p型・n型の各極性を示す一対の溶液塗布可能な有機トランジスタ材料が創製され、新概念の確立に至る。設備備品としては、有機合成用設備、高額な分析機器、電気測定装置は所属研究室および研究所所有のものが使用できるので平成24年度の備品計上は無し。消耗品費としては、電気特性評価用ホルダーは新規材料を用いたデバイスの測定用サンプルホルダーおよび試薬、基板、ガラス器具は有機合成用およびデバイス作製関連用として計上する。研究論文の掲載に伴う別刷り費と校正費を計上する。
骨軟部腫瘍への免疫遺伝子を搭載した増殖型ウイルスの開発

癌に対する遺伝子治療において、がん特異的増殖型アデノウイルス(CRA)の開発が期待されている。我々は多因子制御によりがんを特異的に治療可能な次世代ウイルスベクター(m-CRA)のプラットフォーム作製技術を独自開発し、その第一弾医薬のSurvivin反応性m-CRA(Surv.m-CRA)について、現在First-in-humanの医師主導治験を実施しており、ヒトにおける安全性と治療効果について検討を行っている。本研究では、本Surv.m-CRAにサイトカイン遺伝子などの免疫活性化因子を搭載し、原発巣のみならず、転移癌をも治療可能な新規免疫ウイルス治療薬を開発することを目的とする。平成28年度は、免疫活性化遺伝子搭載Surv.m-CRAベクターの構築を行う一方で、in vivoにおける有効性、安全性を精密に評価可能なハムスター担癌モデルを構築した。平成29年度は、前年度に構築した各種免疫活性化遺伝子搭載Surv.m-CRAベクターについて、in vitroにおける機能検証とハムスター担癌モデルを用いた治療実験を行った。1)各種免疫活性化遺伝子搭載Surv.m-CRAベクターを感染させたハムスター由来がん細胞株及び正常細胞株において、各種免疫活性化遺伝子のプロモーター活性依存的かつ高レベルでのタンパク質発現をELISA法により確認した。2)各種免疫活性化遺伝子搭載Surv.m-CRAベクターがin vitroにおける細胞増殖へ及ぼす影響を検討したところ、癌細胞特異的な細胞傷害効果が観察された。3)前年度に構築したハムスター担癌モデルを用い、各種免疫活性化遺伝子搭載Surv.m-CRAのがん治療実験を開始した。平成29年度は、当初の予定通り、前年度に構築した各種免疫活性化遺伝子搭載Surv.m-CRAベクターについて、in vitroにおける機能検証と治療動物モデルの構築を行った。今後は、種々の免疫活性化遺伝子搭載Surv.m-CRAについて、ハムスター担癌モデルにおける、免疫活性化遺伝子のin vivo発現レベル、腫瘍抑制効果、生存延長効果などを評価し、治療効果と安全性を詳細に検討する。また、(免疫)組織学的解析により、腫瘍局所への免疫細胞の浸潤レベル等の検討を行うことで、癌免疫の活性化への影響とそのメカニズムについて明らかにする。癌に対する遺伝子治療において、癌特異的増殖型アデノウイルス(CRA)の開発が期待されており、我々は多因子制御により癌を特異的に治療可能な、m-CRAという次世代ウイルスベクターを開発した。特にその第一弾として開発したSurvivin反応性m-CRA(Surv.m-CRA)は、ほぼ全癌種で高発現しているSurvivin遺伝子のプロモーターを用いており、ウイルス増殖とウイルスタンパク質によるアポトーシスが癌細胞特異的に誘導される。これまでの基礎研究及び非臨床試験等の実績を基盤とし、現在First-in-humanの医師主導治験を実施中である。骨軟部腫瘍は、特に転移性癌での高い致死性と相まって患者予後が不良である一方、外科手術以外の有効な治療法がなく、革新的な治療法の開発が切望されている。そこで本研究では、本Surv.m-CRAにサイトカイン遺伝子などの免疫活性化因子を搭載し、原発巣のみならず、転移巣をも治療可能な新規免疫ウイルス治療薬を開発する。1)免疫活性化を誘導する候補遺伝子の絞り込みを行い、マウス、ヒト、ハムスター由来のそれぞれのcDNAのクローニングを行った。2)免疫活性化遺伝子のin vitroにおける至適発現レベルを実現するプロモーター候補の絞り込みを行い、ハムスター由来細胞におけるプロモーター活性を検討した。3)ハムスター由来がん細胞をハムスターに移植した同種移植担癌モデルを構築し、腫瘍増大能、転移能、生存への影響などの基礎データを収集した。平成28年度は、免疫活性化遺伝子搭載Surv.m-CRAベクターの構築を行った。まず、免疫活性化を誘導する候補遺伝子の絞り込みを行い、マウス、ヒト、ハムスター由来のそれぞれのcDNAのクローニングを行った。次に、免疫活性化遺伝子のin vitroにおける至適発現レベルを実現するプロモーター候補の絞り込みを行い、ハムスター由来細胞におけるプロモーター活性を検討した。加えて、ハムスター由来がん細胞をハムスターに移植した同種移植担癌モデルを構築し、腫瘍増大能、転移能、生存への影響などの基礎データを収集した。

平成28年度は、免疫活性化遺伝子搭載Surv.m-CRAベクターの構築を行う一方で、in vivoにおける有効性、安全性を精密に評価可能なハムスター担癌モデルを構築した。平成29年度は、前年度に構築した各種免疫活性化遺伝子搭載Surv.m-CRAベクターについて、in vitroにおける機能検証とハムスター担癌モデルを用いた治療実験を行った。1)各種免疫活性化遺伝子搭載Surv.m-CRAベクターを感染させたハムスター由来がん細胞株及び正常細胞株において、各種免疫活性化遺伝子のプロモーター活性依存的かつ高レベルでのタンパク質発現をELISA法により確認した。2)各種免疫活性化遺伝子搭載Surv.m-CRAベクターがin vitroにおける細胞増殖へ及ぼす影響を検討したところ、癌細胞特異的な細胞傷害効果が観察された。3)前年度に構築したハムスター担癌モデルを用い、各種免疫活性化遺伝子搭載Surv.m-CRAのがん治療実験を開始した。平成29年度は、当初の予定通り、前年度に構築した各種免疫活性化遺伝子搭載Surv.m-CRAベクターについて、in vitroにおける機能検証と治療動物モデルの構築を行った。構築した種々の免疫活性化遺伝子搭載Surv.m-CRAについて、in vitroにおける免疫活性化遺伝子の発現レベル、細胞傷害効果を明らかにする。さらに、ハムスター担癌モデルにおける、腫瘍抑制効果、生存曲線解析、全身性免疫の誘導能などを評価し、より治療効果と安全性の高いプロモーターと免疫活性化遺伝子の組み合わせを検討する。今後は、種々の免疫活性化遺伝子搭載Surv.m-CRAについて、ハムスター担癌モデルにおける、免疫活性化遺伝子のin vivo発現レベル、腫瘍抑制効果、生存延長効果などを評価し、治療効果と安全性を詳細に検討する。また、(免疫)組織学的解析により、腫瘍局所への免疫細胞の浸潤レベル等の検討を行うことで、癌免疫の活性化への影響とそのメカニズムについて明らかにする。研究計画は基本的におおよそ順調に進んでいるが、候補遺伝子及び候補プロモーターをより幅広く検討することが重要と考えたため、その結果、実験実施時期を移行し来年度での使用予定に変更したものや、試薬・消耗品の一部変更により誤差が生じたため。
自動車応用をめざした新しい展伸マグネシウム合金の開発

既存の展伸合金であるAZ31を基本に、Ca, Ag, Zrを添加し、それを溶体化処理後、時効硬化特性を評価した。その結果、Mg-Zn-Ag-Ca-Zr合金で顕著な時効硬化が得られることを見出した。この試作合金を長岡技術大学の鎌土教授と共同で大型押し出し材を作製し、その引っ張り特性を調べたところ、引っ張り強度320MPa,伸び20%という展伸合金としてすぐれた特性をしめすことがわかった(メンディスチャミニ、大石敬一郎、宝野和博、川村善明、鎌土重晴:Mg基合金、特願2007-124879、出願日:平成19年5月9日)。この新展伸合金の時効硬化性を説明するために、微細組織を電子顕微鏡(TEM)ならびに3次元アトムプローブを用いて原子レベルで解析し、強化のメカニズムと微量元素添加の役割を解明し、その知見にもとづいてさらに高強度を実現できる時効硬化性マグネシウム合金の開発に取り組んだ。今後、本年度検討した合金元素以外も微量添加元素として検討する。熱処理は直接時効、2段時効、歪み時効などを検討し、強度・伸びのバランスと展伸材として適合できる加工性を検討する。マグネシウムの比重はアルミニウムの60%であり、構造材料として利用出来る可能性のある金属としては最も軽く、次世代の軽量金属材料として自動車・航空機などの構造体への応用が期待されている。ところがマグネシウムは六方稠密充填構造を持つので、加工性に劣り、従来の合金は殆どが鋳造材として使われてきている。本研究ではマグネシウム合金の応用範囲を拡大するために時効硬化現象により強化可能な展伸合金開発の可能性を検討するため、工業用展伸マグネシウム合金として多用されているMg-Zn合金(AZ31)をベースとして、それにCa, Sn, Sb, Agなど様々な合金元素を添加し、それを溶体化処理後、時効硬化特性を評価した。試作合金の時効硬化性を測定したのち、その微細組織を電子顕微鏡(TEM)で解析し、時効硬化特性の向上が析出物が微細・高密度に分散したためであることが分かった。現在、3次元アトムプローブを用いて原子レベルで添加元素の挙動を解析し、微量元素添加が時効析出組織を微細化する役割を解明しようとしているする。それと同時に、時効硬化特性が有望であったMg-Zn-Ag-Ca-Zr合金については長岡技術科学大学と共同で、大型押し出し材の試作と引っ張り試験を行い、強度・伸びを評価し、時効析出型展伸材料としての実用性を検討している。熱処理は直接時効、2段時効、歪み時効などを検討し、強度・伸びのバランスと展伸材として適合できる加工性を検討している。
インド洋世界から日本までのアルメニア商人の活動(16世紀から現在まで)

アルメニア人は1498年のバスコダ・ガマの渡来以前にインドに定住しており、ポルトガル人がインドに来た時には、同じキリスト教徒として色々な協力をしている。フランシス・ザビエルもアルメニア人宣教師とコンタクトしている事が歴史資料から明らかにされている。16世紀・17世紀のイスラム教のムガール帝国でも、アルメニア人は優遇されていて(特にアクバール帝統治期)、アクバール帝の妃の一人はアルメニア女性であった。また、17世紀のムガール帝国では、外来のヨーロッパ人にアルメニアの女性を妻として提供する習慣が残っており、イギリス東インド会社を1612年に設立したウィリアム・ホーキンズはアルメニア女性を妻としていた。インドにおけるアルメニア人の居住区は17世紀以降発展し、1666年にはマドラスに、1690年にはカルカッタに勢力を伸ばした。1688年にはイギリス東インド会社とアルメニア人コミュニティの間に協定が結ばれて、アルメニア商人はイギリス東インド会社の活動地域では優遇された。また、アルメニア商人は1612年からビルマにも活動領域を伸ばし、17世紀・18世紀を通じて、ビルマとマドラスとの間の貿易に従事した。さらに、1770年から1824年まで、ジャワ、スマトラ、モロッカ諸島の香料貿易にアルメニア商人が関与したという資料も存在する。他方、アルメニア商人のコミュニティは、16世紀から18世紀にかけてヨーロッパ各地に広がっており、印刷所ができた年代を指標にとると、ヴェニス(1512年)、パリ(1633年)、アムステルダム(1658年)、ロンドン(1736年)という具合になっている。本年度は、ウメッシュ・パワンカール氏はゴアのザビエル研究所とも連絡をとり、ニューデリーの書店にも協力していただき、インドにおけるアルメニア商人の活動に関する資料を収集している。また、加藤栄一教授は、平戸や出島に来航したオランダ人の従僕として一緒にやってきたペルシア人風(アラブ風)の人々について、彼らがアルメニア商人ではなかったかの洗い出しをしているが、まだ確定してはいない。坪井は、英語やフランス語で書かれたアルメニア人の歴史や社会・文化についての関連書物・資料を包括的に収集すると同時に、香料貿易に関するインドネシア及びマレー半島(シンガポール、マレーシア)でのアルメニア商人を追っている。このように、現在資料や現地調査をふまえ研究が進行中であり、アルメニア商人に関心をもつ研究者とのネットワークも広がりつつある。確定的な証拠なまだ見いだしていないが、平成11年度、12年度も調査研究を続行したい。
rh-BMP・インテリジェントゲル複合体を用いるインプラント用骨増生法の開発

ラビット頭頂骨の骨欠損モデルを用いゼラチン・rh-BMP-2複合体のrh-BMP-2の至適量を明らかにした。ハイブリッド犬の下顎インプラント周囲の骨欠損モデルに複合体を移植した。観察期間後に組織ブロックを採取し標本を作製し、組織学的に観察した。骨欠損内部に再生された骨組織が観察され、rh-BMP-2量が大きくなるに連れて骨面積率は大きくなった。本年度は、ゼラチンとrh-BMP2を組み合わせたドラッグデリバリーシステム骨増生への応用するために、骨形成に必要なrecombinant-human bone_morphogenetic protein 2 (rh-BMP-2)の至適量を明らかにすることを目的とし以下のとおり実施した。1.ニュージーランドホワイトラビット5羽の頭蓋に骨直径3mm、深さ3mmの骨欠損を5mm間隔で4個形成し、試作した異なるrh-BMP-2量(0、2、4、8 μg)を含浸させたゼラチン(縦5mm、横3mm、厚2mm、含水率95%等電点(IEP)5.0)を用いたrh-BMP-2・ゼラチン複合体を作製した。各動物で複合体の埋入位置が同じにならないようランダムに配置し填入、3週間後、動物を屠殺して骨組織ブロックを採取した.通法に従い脱灰薄切標本を作製し、H-E染色を施して光学顕微鏡を用いて組織学的に観察するとともに、組織形態計測(増生骨面積率)を行い、皮質骨欠損内における新生骨の割合を算出した。それにより、h-BMP-2・ゼラチン複合体を用いたドラッグデリバリーシステムにおける骨形成に必要なrh-BMP-2の至適量を明らかにした。2.本年度の結果を元に23年度はインプラント埋入時のスクリュー露出を想定した骨欠損をハイブリッド成犬下顎骨に作製、同材料を填入してインプラント周囲の骨増生を組織学的、組織形態計測学的観察し、有用性を明らかにする予定である。本年度は前年度明らかにしたrh-BMP-2の至適量を含有したゼラチン・rh-脳P-2複合体を創製しインプラント周囲の骨増生法を確立する目的で以下のとおり実施した。ハイブリッド犬の下顎両側小臼歯および第一大臼歯を抜歯し3カ月の治癒期間を設けて無歯顎部を準備する。両側無歯顎部に縦5mm、横3mmの骨欠損をそれぞれ2カ所形成し、頬側にスクリューが4本露出するようインプラントを埋入した。前年度明らかにしたrh-BMP-2の至適量を参考にして準備していた各複合体でスクリューを被覆した。埋入から12週後に動物を屠殺し、インプラントを含む骨組織ブロックを採取した。超薄切非脱灰研磨標本を作製、組織学的に観察した。さらに、組織形態計測学的観察(増生骨面積率)も行い、rh-BMP-2・ゼラチン複合体のインプラント周囲の骨増生能を客観的に評価した。作製した超薄切非脱灰研磨標本の組織学的観察では移植したゼラチン・rh-BMP-2複合体およびインプラント周囲に明らかな炎症症状は認められず、骨欠損内部に再生された骨組織が観察された。組織形態計測学的観察ではrh-BMP-2量が犬きくなるに連れて増生骨面積率は大きくなった。以上の結果から、顎骨に応用するrh-BMP-2の至適量を持つrh-BMP-2・ゼラチン複合体は生体親和性があり、これを用いることにより安全で確実な新しいインプラント用骨増生法が確立出来たと考えられる。
クロスリンクハイブリッド磁性粒子による高性能電磁波吸収体の開発

本研究では、アモルファスFe-B粒子に着目し、クロスリンク処理などの表面処理法、高充填化、高電気抵抗化の観点から、そのポリマー複合体を作製して電磁波吸収特性を調べた。その結果を以下に示す。1)直接還元法によりアモルファスFe-B粒子(AFBS)が得られ、混合またはクロスリンク処理などにより作製したポリマー複合体は、従来材より高い比透磁率、ノイズ抑制特性、電磁波吸収特性を示す。2)さらに微細なAFBSナノ粒子、NiZnフェライトナノ粒子と混合させることによって磁性粒子の充填率が増加し、さらに高特性が得られる。3)AFBS粒子の磁性酸化物コート法として、フェライトめっきに可能性がある。1.目的:近年,GHz帯域での電磁波障害が社会問題となり,この周波数帯域で機能できる電磁波吸収体が望まれている。しかし高周波域になると渦電流が発生して透磁率などの磁気特性が劣化するため電磁波吸収材料には,高い電気抵抗が必要とされている。本研究では化学的方法により比透磁率の高い強磁性アモルファスサブマイクロ粒子を作製し,さらにその表面を物理的なたはクロスリンク結合などの化学的方法によってNiZnフェライトナノ粒子でコートさせたヘテロ組織を有するハイブリッド粒子を用いて高周波域で機能する電磁波吸収体を目指す。本年度は,強磁性アモルファスFe-Bサブマイクロ粒子(AFBS)とNiZnフェライトナノ粒子(NZFN)が安定して作製できる条件を確立することを目的とした。2.実験方法:直接還元法によりAFBS粒子,強制加水分解法でNZFN粒子を作製した。得られた粉末の磁気特性をVSMで測定した。また,高周波特性の測定にはネットワークアナライザーを用いた。さらに相の同定ならびに構造解析にはXRD,組織の観察にはSEMならびにTEMを用いた。3.結果と考察:(1)直接還元法により作製したAFBS粒子の飽和質量磁化は153.3A・m^2・kg^<-1>であった。(2)AFBS粒子はXRDパターンよりアモルファス構造を有すること,SEM観察より平均粒径が0.3μmであることがわかった。(3)AFBS粒子は従来電磁波吸収体で使われているα-Feよりも高い透磁率μ_iを示した。(4)強制加水分解法によって作製したNZFN粒子の飽和質量磁化は64.9A・m^2・kg^<-1>であった。(5)NZFN粒子は,XRDパターンよりスピネル構造を有すること,TEM像より平均粒径16nmであることがわかった。(6)NZFN粒子は従来報告のあるFe_3O_4よりも高い透磁率μ_iを示した。(7)本年度で良好なサイズと磁気特性を示す粒子が作成でき,その作製方法も確立したといえる。目的:近年、GHz帯域での電磁波障害が社会問題となり、この周波数帯域で機能できる電磁波吸収体が望まれている。しかし高周波域になると渦電流が発生して透磁率などの磁気特性が劣化するため電磁波吸収材料には、高い電気抵抗が必要とされている。本研究では化学的方法により比透磁率の高い強磁性アモルファスサブマイクロ粒子を作製し、さらにその表面をNiZnフェライトナノ粒子でコートしたハイブリッド粒子を用いて高周波域で機能する電磁波吸収体を目指す。本年度は、強磁性アモルファスFe-Bサブマイクロ粒子(AFBS)にNiZnフェライトめっきすることで高い透磁率を有する複合体の作製を試みた。実験方法:直接還元法によりAFBS粒子を作製した。この粉末表面にスピネルフェライト膜を直接形成できるフェライトめっき法を行った。この複合粒子(AFC)をPVPと混合した後、圧粉、熱処理してトロイダル状に成形した。磁気特性の測定にはVSMとネットワークアナライザーを用いた。また組織観察にはXRD、SEM、TEMを用いた。結果と考察:(1)圧粉体における電気抵抗率がAFBSより一桁以上高いAFC粒子の作製に成功した。(2)AFCはAFBSより磁化が低く、ポリマー複合体の比透磁率も低くなった。(3)AFCを用いたポリマー複合体は、電磁ノイズ抑制体(NSS)、電磁波吸収体(IMMA)としての電磁波吸収特性が、昨年度実施したAFBSやAFBSとNZFNの混合粒子のポリマー複合体より低かったが、高い電気抵抗率を示した。(4)AFC粒子を高充填したポリマー複合体では、比透磁率の実測値とBraggeman則より期待される計算値との差Δμ'rがほぼ0となった。(5)AFCを利用により、粒子を高充填した際に生じる導通と渦電流損失に伴う比透磁率の低下を抑制することが可能であることを見出した。

しかし高周波域になると渦電流が発生して透磁率などの磁気特性が劣化するため電磁波吸収材料には,高い電気抵抗が必要とされている。本研究では化学的方法により比透磁率の高い強磁性アモルファスサブマイクロ粒子を作製し,さらにその表面をNiZnフェライトナノ粒子でコートしたハイブリッド粒子を用いて高周波域で機能する電磁波吸収体を目指す。本年度は,強磁性アモルファスFe-Bサブマイクロ粒子(AFBS)とNiZnフェライトナノ粒子(NZFN)を混合することで高い透磁率を有する複合体の作製を試みた。2.実験方法:直接還元法によりAFBS粒子,加水分解法でNZFN粒子を作製した。これらの粉末をPVP存在下の溶液中で混合した後,圧粉,熱処理してトロイダル状に成形した。磁気特性の測定にはVSMとネットワークアナライザーを用いた。また組織観察にはXRD,SEM,TEMを用いた。3.結果と考察:(1)NiZnフェライトを10mass%以下で混合すると透磁率は増加した。(2)15mass%以上では凝集が生じ複合体内で反磁場低減の効果が表れなかった。(3)結果的に5mass%の試料においてμr'=10なる高い比透磁率の実部が得られた。(4)この複合粉末の樹脂複合体において厚さ2.43.9mmの厚さとしたとき,反射損失RL<-20dBなる高い電磁波吸収特性が得られた。(5)特に厚さ3.0mmの時に0.9GHzでRL=-47dBの最小値を得た。(6)さらに周波数と厚さの積であらわされる薄型化の指標であるfd積は,既存の電磁波吸収体よりも小さい値を示した。(7)以上より,本研究で作製した複合粉末樹脂複合体は薄型電磁波吸収体として有効であると判断される。従来の報告における透磁率よりも高い特性をもつ強磁性アモルファスFe-Bサブマイクロ粒子が作成でき,NiZnフェライトのナノ粒子の特性も良好である。また,両粒子を作成する方法も確立できた。さらに数件の学術論文の執筆と以上より,当初の計画以上に進展していると判断される。25年度が最終年度であるため、記入しない。従来の報告における透磁率よりも高い特性をもつ強磁性アモルファスFe-Bサブマイクロ粒子が作製でき,NiZnフェライトのナノ粒子の特性も良好であった。また,両粒子を混合した複合粉末を用いて作製した樹脂複合体において,高い電磁波吸収特性も得られた。またその樹脂複合体の厚さも既存の電磁波吸収体より薄型となる可能性も示唆された。さらに数件の学術論文の執筆している。以上より,当初の計画以上に進展していると判断される。本年度で良好なサイズと磁気特性を示す粒子が作成でき,その作製方法も確立したといえるので,次年度はこれらの粒子を結合させ,強磁性酸化物コート強磁性アモルファス金属サブマイクロ粒子を作製して磁気特性,高周波特性,組織の関係を調べていく。現時点では,次年度に向けての支障はないと判断される。本年度で強磁性アモルファスFe-Bサブマイクロ
内皮細胞由来過分極因子による血管平滑筋細胞内カルシウム濃度の変化

本年度はモルモット大動脈からの一次培養細胞が安定して作製できるようになったので、細胞内Caイオン濃度測定および組織における張力測定実験にはこの組織を用いて行なうこととした。培養内皮細胞の作製については、ウシ胸部大動脈から採取した内皮細胞をビーズ上に増殖させた標本は安定して供給出来るようになったが、その生理活性物質産生能には変動があり、まだ改良すべき点があるように思われる。1.培養内皮細胞のEDHF産生能の検討:モルモット胸部大動脈を用いて以下の実験を行なった。1)大動脈輪状標本の張力測定:ブラジキニン(BK)で収縮させた筋にP物質を投与すると内皮依存性に弛緩したが、その振幅はニトロアルギニンでEDRFの産生を抑制しても僅かしか減少しなかったので、この血管平滑筋はEDHFによって弛緩すると推定した。2)培養内皮細胞のBK刺激で潅流液中に遊離される物質もまた弛緩作用を有し、その弛緩作用はニトロアルギニンやインドメタシンで抑制されなかったので、EDRFやプロスタサイクリン以外の弛緩物質の関与が考えられた。2.EDHFによる細胞内Caイオン濃度の変化:Fura-2を摂取させた大動脈1次培養細胞にBK刺激によって培養内皮細胞から遊離される物質を作用させると蛍光が減弱し、細胞内Caイオン濃度の減弱が推定された。このCa濃度減弱はEDRFやプロスタサイクリンの産生を抑制した内皮細胞からも遊離され、Kイオン濃度が高い溶液中では効果が低下し、また類似の作用はKチャネル開口薬でも誘発されたので、細胞膜の過分極がその原因ではないかと推定した。すなわちEDHFは細胞内Caイオン濃度を低下させ、筋を弛緩させると思われる。本年度の研究進展状況は次の様である;(1)血管平滑筋単離標本の作製:酵素処理による単離平滑筋標本の作製はおおむね出来る様になったが、酵素処理時間や温度等まだ解決すべき問題も残されている。(2)培養内皮細胞の作製:ウシ胸部大動脈から内皮細胞を採取し、継代培養しながら量産し、それらの細胞をビーズ上に増殖させ、実験に供している。作製した内皮細胞が薬物刺激に応答して内皮細胞由来過分極因子(EDHF)を産生するか否かを検討したところ、610代にわたって培養した内皮細胞標本にEDHF産生能が保持されていることがわかった(後述)。(3)培養内皮細胞のEDHF産生能の検討:内皮細胞を培養すると膜に在る化学受容器の多くが失われるといわれているので、我々の作製した培養細胞の平滑筋作用物質産生能についてブラジキニン(BK)について検討した。実験は、モルモット頚動脈の輪状標本において、BKを含む生理塩溶液を直接に、あるいは培養内皮細胞を潅流させた後に投与し、筋の収縮弛緩反応から推定した。その結果、培養細胞はBKを作用させるとEDRFを産生遊離させ、その作用はニトロアルギニンなどのEDRF産生抑制薬でも半分位にしか減弱されなかったので、BKは同時にEDHFも遊離すると考えた。(4)EDHFによる細胞内カルシウム濃度の変化:EDHFを遊離させるのにBKを用いたところ、単離平滑筋細胞が収縮し、カルシウムによる蛍光の観察に大きく影響することが判明した。そこでBKで収縮しない培養平滑筋細胞をもちいた研究を推進中である。本年度の研究結果は次の通りである;1.血管平滑筋単離標本の作製:モルモット大動脈からの一次培養細胞が安定して作製できるようになったので、細胞内Caイオン濃度測定および組織における張力測定実験にはこの組織を用いて行なうこととした。

2.培養内皮細胞の作製:ウシ胸部大動脈から採取した内皮細胞をビーズ上に増殖させた標本は安定して供給出来るようになったが、その生理活性物質産生能には変動があり、まだ改良すべき点があるように思われる。3.培養内皮細胞のEDHF産生能の検討:モルモット胸部大動脈を用いて以下の実験を行なった。1)大動脈輪状標本の張力測定:ブラジキニン(BK)で収縮させた筋にP物質を投与すると内皮依存性に弛緩したが、その振幅はニトロアルギニンでEDRFの産生を抑制しても僅かしか減少しなかったので、この血管平滑筋はEDHFによって弛緩すると推定した。2)培養内皮細胞のBK刺激で灌流液中に遊離される物質もまた弛緩作用を有し、その弛緩作用はニトロアルギニンやインドメタシンで抑制されなかったので、EDRFやプロスタサイクリン以外の弛緩物質の関与が考えられた。4.EDHFによる細胞内Caイオン濃度の変化:Fura-2を摂取させた大動脈1次培養細胞にBK刺激によって培養内皮細胞から遊離される物質を作用させると蛍光が減弱し、細胞内Caイオン濃度の減弱が推定された。このCa濃度減弱はEDRFやプロスタサイクリンの産生を抑制した内皮細胞からも遊離され、Kイオン濃度が高い溶液中では効果が低下し、また類似の作用はKチャネル開口薬でも誘発されたので、細胞膜の過分極がその原因ではないかと推定した。すなわちEDHFは細胞内Caイオン濃度を低下させ、筋を弛緩させると思われる。
高度なＧＰＵプログラミング手法の開拓

2006年にNVIDIA社が汎用計算向けのGPU環境としてCUDAを公開して以来、長い計算時間を要する多くの処理がGPUに移植され高速化を実現してきた。スーパーコンピュータを用いた大規模な計算ではGPU間のデータ転送速度が特に重要になる。中でも高速フーリエ変換は特にこのGPU間の転送量が多く、通信パターンも全対全と効率が低下しやすい。スーパーコンピュータTSUBAME2.0においてホストとデバイス間のPCI-Express転送やノード間のInfiniBandネットワーク通信を適切にスケジューリングする手法を提案し、多数のユーザのジョブ間で共有されるネットワーク網の性能を引き出すことに成功した。NVIDIA CUDAが登場して以来、これまで多くのアプリケーションがGPUによって高速化されてきた。その結果として現在GPUのメモリ容量の制約が一番大きな障害となっている。ホストメモリに大部分のデータを置き、適宜GPUにデータを転送する方法も可能ではあるが、PCI-Expressの帯域の限界による性能低下は避けられない。この対策として複数のGPUを使った計算が行われるようになってきた。特にGPUを搭載する計算ノードを多数、高速なInfiniBandネットワークで接続するGPUクラスタが注目されている。GPUクラスタを用いた計算対象として、特にGPU間でのデータ転送量が多い高速フーリエ変換(FFT)を用いた。FFTでは全GPU間での全対全通信が必要になるという最も難しいタイプである。Fat-TreeトポロジーのInfiniBandネットワークの場合、理論的な通信バンド幅はノード数に比例するため、FFTの計算性能もノード数に比例することが期待される。しかしながら実際に計測すると、特にTSUBAME2.0のような大規模なネットワークではノード数が増加するにつれて効率低下が見られることが多い。このような状況下でも安定した性能を出すために通信アルゴリズムの改良を行う。(1)小さいメッセージを効率よく転送するためにMPIライブラリではなくlow levelのIBverbsAPIを用い、(2)混雑に巻き込まれた場合の影響を低減させるために複数のRDMA転送を同時実行し、(3) 2系統あるInfiniBandネットワークを活用して、衝突が少なくなるように各相手ノードとの通信をそれぞれのネットワークに動的に振り分ける、という手法を用いる。その結果スケーラビリティは大きく向上し、256ノード使用時に最大4.8TFLOPSの性能を達成することができた。2006年にNVIDIA社が汎用計算向けのGPU環境としてCUDAを公開して以降、長い計算時間を要する多くの処理がGPUに移植され高速化を実現してきた。CUDAのプログラミング言語は既存のCやFortranを拡張したものであるが、多数のスレッドが同時に実行されユーザが定義したタスクを処理していくという固有のプログラミングモデルになっている。しかしながら言語は言語でしかなく、GPUのハードウェアを効果的に活用するためにはより踏み入ったプログラミング手法や最適化が必要となる。大規模計算の場合には必然的に複数のノードに搭載される複数GPUを利用することになる。GPUは通常PCI-ExpressによってホストのCPUやメモリと接続されており、ノード間通信に用いられるInfiniBandネットワークアダプタなどもPCI-Expressで接続されている。あるGPUから他のノードのGPUへデータ転送するためにはホストを中継する必要がある。中でも3D-RISMなどの計算では複数GPUを利用して大規模な高速フーリエ変換を行う必要があるが、東京工業大学のスーパーコンピュータTSUBAME2.0を用いた実験では256ノードで既に性能が伸びないという問題が発生していた。これを解決するために数々の最適化手法を提案した。まずノード内のPCI-Express通信をうまくスケジューリングを行い、そしてノード内の複数GPUからの通信をホストで一旦束ねることによって、メッセージサイズが小さくなり転送効率が低下することを防止した。また大規模ネットワークでは通信が安定しないリンクが存在したり、他のユーザのジョブと通信が干渉して性能低下を引き起こす場合がある。この問題を回避するために各ノード間の通信性能を監視し、複数のInfiniBandネットワークリンクへの振り分けを変更することで徐々に混雑緩和へ向かうような自動最適化機能を提案した。これにより256ノードでもスケールするようになり、最大4.5TFの性能を達成した。まずGPUを対象とした自動チューニング手法に着手した.GPUの場合,コードの実装によって性能が何倍にも変動することが多く,またGPU製品・アーキテクチャの世代交代も非常に速いため自動チューニング手法は重要な役割を占める. NVIDIAのCUDAで自動チューニングを行うためには動的にコードを生成し,ファイルに保存し, nvccでコンパイルし,モジュールとしてロードし,実行するという処理が通常であるが,これらの処理は全てCPU側で行われるため時間がかかる.中でもコンパイル時の最適化に要する時間が長い.そこでFFTの計算を対象にして,メモリ上に,より低レベルなCUDA PTX言語でコードを生成し,メモリ上でコンパイルすることで大幅な時間短縮を実現した.CUDA PTXは中間言語であり,ループ不変数の検出などの通常コンパイラが担当する最適化を自ら適用しておく必要があるが,一番難しいレジスタの最適化は行う必要がないため,対象とする計算内容を熟知してさえいれば容易にコード生成が可能である.

もう一つ重要となりつつある機能はGPU間のデータ転送である.大規模なアプリケーションになるとGPUのメモリ容量では不足するため,複数GPUを搭載するシステムや複数のノードを使用する必要がある.CUDAではバージョン4.0からPCI-Expressネットワークを介したGPU間の直接転送や, InfiniBand HCAとの協調動作などがサポートされ,複数GPU化の効率が向上した.しかしながら多数のGPUを搭載する場合にはPCI-Expressネットワークのトポロジーの制約が大きく,また複数ノードの場合にはホスト側の特にメモリバスへの負荷が大きく,その辺りがボトルネックになっている.計画に挙げた3項目のうち、自動チューニングとGPU間通信関連についてはほぼ予定通り達成された。残りの1つとしてNVIDIAのKepler世代GPUの新機能を使ったより柔軟なGPUプログラミング手法については残念ながら遅れている。Keplerから新機能が搭載されることは本研究の応募段階から知られていたが、NVIDIAの製品出荷スケジュールが予定より遅れたことが原因である。またKepler世代GPUは実際にはK10とK20の二つのシリーズに分かれており、前者は6月、後者は11月に発表された。これまでKeplerの新機能と呼ばれていた機能のほとんどは後者のK20から実装されていた。K20の製品入手にも時間がかかるため、平成24年度中に十分な研究成果を挙げることが困難と判断し、研究期間の延長を申請した。CUDA 4.0で複数GPU対応が強化されたため,それらの検証を計画に追加した.また本研究によりCUDAに関連する各種コード最適化技法も見出すことができた.一方,計画にあった中でメモリのポーリングによるGPUスレッド制御については海外のグループによって発表されたため計画から除外した.最終年度は前年度までに達成することができなかったK20を使った新機能に関連する研究を行う。より性能が高いGeForce Titanの利用も検討している。特に重要度の高い複数GPU関連を中心に実施する.ホスト側にボトルネックがある状況において自動チューニング的手法により最大の性能を引き出すことを目標とする.またNVIDIA社製の次世代Keplerコア搭載GPUの新機能について検証し,新たなGPU活用手法を模索する.前年度の未使用額を次年度の計画のために使用する。