hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
位置情報サービスの為の各種検索の高速化に関する研究

本研究では、位置情報サービス(LBS)において必要となる道路網距離に基づく各種検索を高速に実行し得るデータ構造とアルゴリズムを提案した。LBSでは、道路網上で2点間の距離を求める演算が重要であり、それを高速に求めることが必要になる。本研究では、この目的でSSMTA*アルゴリズムと、SMPV距離計算アルゴリズムの2種類を提案した。特にSMPV構造は従来方式に比して大幅に少ないデータ量でほぼ同量な処理時間を達成する。更に、それらを逆近接検索(RkNN検索)に適用し、大幅な処理時間の短縮を図った。加えて、長大な処理時間を要する旅行計画問題を実用的な処理時間で解くアルゴリズムを提案した。位置情報サービスで重要となる課題の内,本年度は(1)道路網上での2点間の距離を高速に算出する方式(SMPV)の提案,(2)道路網距離での旅行計画のための高速アルゴリズムの開発,(3)道路距離でのRkNN検索のための高速アルゴリズムの提案,を中心に研究を進めた.(1)の道路網距離での2点間の距離を,少ないデータ量の下で高速に算出する方式として,SMPV(simple materialized path view)方式を開発した.従来のMPV方式は膨大なデータ量を要していた.この問題を解決するため,道路網を多数のサブグラフに分割し,各サブグラフ内のみでの距離表を作成し,それを保持することによりデータ量を大幅に削減した.大域的な演算は最適優先探索を用いて行う.この方式は,従来の階層的なMPV(HMPV)方式と同等な時間での処理を達成している.このテーマに関しては,現在国際会議と原著論文を執筆中であり,6月中には投稿を完了する.(2)道路網距離での各種旅行計画を高速に実行するため,前年度までに2つの方式を提案した.本年度は,この課題に関して3つのアプローチでの研究を行った.(a)旅行計画アルゴリズムのMTNN(multi-type nearest neighbor)検索への適用,(b)検索により得られた最適路を無視して移動した際に,現在位置からの再探索の高速化,(c)POI密度によらず安定して高速化が達成できる方式の開発.これらの成果については,今年度中に国際会議や原著論文として公開する.(3)逆最近傍検索(RkNN)を道路網上での距離で行う際に,従来方式では膨大な処理時間を必要としていた.この問題に対応するため,(1)で述べたSMPV方式とIERの枠組みを適用して,POI密度によらず高速検索可能なアルゴリズムを実現した.本研究では、位置情報サービス(LBS)において必要となる道路網距離に基づく各種検索を高速に実行し得るデータ構造とアルゴリズムを提案した。当初予定した平成24年度の計画は,次の2点の達成であった.(1)IERの枠組みに依拠し検証にSSMTA*を用いた各種検索方式の高速化.(2)隣接リストの効率化・アクセスの高速化.まず,(1)について,次の各種検索方式について研究を行った.(a)kNN検索,(b)ANN検索,(c)旅行計画.(a)については,SSMTA*アルゴリズムを直接適用することにより,従来提案されている中で最も効率的と思われるLBCに対してkの値が大きい時大幅な速度向上を達成している.この研究成果は,電子情報通信学会論文誌に投稿し,採録が決定している.(b)のANN検索(集約的最近傍検索)については,SSMTA*アルゴリズムを適用した2種類の方式を提案し,従来方式に比して大幅な速度向上を達成した.これに関しては,準備研究段階で提案した方式の更なる速度向上が達成できている.この成果は,データベースに関する国際会議で発表した.(c)に関しては,当初通常の隣接リストに対してSSMTA*を適用する方式で高速化を試みた.しかし,研究を進める中で,IERの枠組みによる方式が大幅な速度向上を達成可能なことを発見できた.まず,ユークリッド距離での旅行計画路を求めるアルゴリズムを開発し,その道路網距離での検証方式を改良した.本研究では,ユークリッド距離と道路網距離共に,従来方式の100倍以上の高速化を達成した.この成果は国際会議で発表した.(2)に関しては,LBSに適した道路網距離のマテリアライズ化方式の検討を行った.その結果,道路網をブロック分割してその中を局所的に距離のマテリアライズ化を行っておき,最適優先探索で最短路を求める方式を構築した.この成果に関しては,H25年度に国際会議で発表する予定である.本年度は、道路網距離の簡易マテリアライズ化方式(SMPV: simple materialized path view)と、その構造を用いた逆最近接検索RkNN(Reverse k nearest neighbor)検索を高速に実行し得るアルゴリズムに関して研究した。SMPV方式は、道路網を多数のサブグラフに分割し、各サブグラフ内のノードを境界ノード(サブグラフ間で共有されるノード)と内部ノード(1つのサブグラフにのみ属すノード)に分類する。

その後、各サブグラフにおいて、境界ノード間の距離表(BBDT)と内部ノードと境界ノード間の距離表(IBDT)を作成する。任意の2点間の道路網距離は、これら2種類の距離表を参照しつつ最適優先探索で求める方式である。従来の階層的マテリアライズ化方式に比して距離表の為のデータ量が大幅に少なくなるとともに、2点間の距離が50km程度以下の場合、階層的マテリアライズ化法と同程度な処理時間で距離が求まるという性質を持っている。RkNN検索を道路網距離で実行するアルゴリズムとして、YiuらによりEagerアルゴリズムが提案されていた。その後の多くのRkNN検索アルゴリズムに関する方式提案はEagerアルゴリズムを基礎にしている。そこで、本研究でもEagerアルゴリズムを基礎とし、SMPV構造上で高速にRkNN検索を実行し得るアルゴリズムを提案した。RkNN検索には2種類が考えられている。1つは単色RkNNと呼ばれるものであり、検索点も検索対象も同じ1つのデータ集合に含まれる。他の1つは、2色RkNNと呼ばれるものであり、検索点やライバル点が含まれる集合(Q)と探索するデータ点が含まれる集合が異なる場合である。本研究では、この2つの場合にそれぞれ適用可能なアルゴリズムを提案した。詳細な比較実験を行い、特にデータ点の存在密度が低い場合、提案方式は従来方式に比して数桁高速であることを確認した。また、提案方式はデータ点の存在密度に依存せず処理時間がほぼ一定という性質も有している。時空間データベース交付申請書に記載の計画では,旅行計画問題の高速化と道路網距離のマテリアライズ化方式の確立を挙げた.これらの各課題に関して,十分に目的を果たす成果が得られた.これらの成果発表は,本年度の成果には間に合わなかったが,現在国際会議と原著論文への発表準備を進めている.当初計画では,最終年度に予定していた空間ジョイン系の演算の内,逆最近接問題(RkNN検索)の高速アルゴリズムを創案・実装した.従来アルゴリズムではPOIの分布が疎な場合に多大な処理時間を要していたが,本研究で検討・創案したアルゴリズムでは,POIの分布密度によらずほぼ一定の処理時間で検索することができる.研究計画を前倒しして実現できた.当初予定した研究計画は,「研究実績の概要」で述べた2点であったが,これらに対しては計画通りの研究成果を得ることができた.一方,次年度以降に計画していた(3)道路網距離のマテリアライズ化とIERの組み合わせによる検索方式の実現にも着手することができた.具体的には,LBSに適した道路網距離のマテリアライズ化として,道路網を多数のブロックに分割してそれぞれのブロック内を道路網距離のマテリアライズ化を行っておき,最適優先探索による最短路探索方式を創案し,それを実現した.LBSで必要となる半径50km程度の範囲を対象とした場合,2点間の道路網距離を従来のマテリアライズ化手法に比して遜色ない速度で求めることができ,かつマテリアライズ化されたデータ量を大幅に減少させることができた.この1部に関しては国際会議で採録が決定しており,H25年度に発表する予定である.
過酷事故時のデブリベッドでの崩壊熱除去性損失と圧力容器底部の熱的損傷に関する研究

本研究では、原子炉の炉心溶融事故による炉心構造物の溶融、固化により形成されるデブリベッド内に混在する燃料の崩壊熱除去性の損失により生じる固化物の再溶融を局所的に再現する実験、また崩壊熱除去損失が炉容器に及ぼす熱的損傷を模擬するための実験を行うために、デブリベッドを模擬した固体粒子層内での燃料模擬物の発熱による過渡挙動観察のための可視化実験装置の製作し、粒子層内の流動挙動の可視化データと粒子層内温度分布の過渡的挙動のデータを取得した。本研究は、過酷事故時の原子炉内で炉心溶融により溶融、固化したデブリが形成するデブリベッド内に混在する燃料の崩壊熱により冷却材が沸騰し、デブリの動的挙動を促し、ベッドの平坦化挙動を生じさせることを明らかにした研究の延長上にあり、さらに進展した過酷事象として、ベッド内の崩壊熱の熱除去性が損なわれ、燃料を含む固化物の再溶融が生じた場合を想定して実施した。これまでにベッド内の動的挙動を中心に定量的なデータと知見は得たが、崩壊熱除去性損失後のベッドでの再溶融挙動や炉容器底部構造の熱的損傷に進展した際のデータと知見を得るまでには至っていない。そこで、ベッド内での崩壊熱除去損失の事象を再現するために、デブリベッド内での燃料を含む固化物の再溶融を模擬する実験装置を製作し、ベッド内の過渡的挙動の画像データ、特に微視的領域での可視化データと多点温度計測による温度データ取得を行った。実験装置として、前・背面が内部を観察可能な幅400mm×高さ500mmの耐熱ガラス製、構造材をテフロン及びジュラコン製とする奥行き15mmの矩形水槽を製作し、デブリベッド内の燃料を模擬する金属粒子を加熱するシステムとして、水槽背面からの電磁誘導加熱及び金属粒子ベッドの直流電流加熱システムを構築した。計測システムとしては、高速度カメラによる流動挙動の画像計測と多数の熱電対による多点温度計測によりベッド内での挙動特性の定量データの取得を実施した。本研究で得られた成果は、これまでの原子炉過酷故事時の熱流動現象解明のための研究資源に新たなデータや知見を提供するものとなる。本研究は、過酷事故時の原子炉内で炉心溶融により溶融、固化したデブリが形成するデブリベッド内に混在する燃料の崩壊熱により冷却材が沸騰し、デブリの動的挙動を促し、ベッドの平坦化挙動を生じさせることを明らかにした研究の延長上にあり、さらに進展した過酷事象として、ベッド内の崩壊熱の熱除去性が損なわれ、燃料を含む固化物の再溶融が生じた場合を想定し、実施した。そこで、ベッド内での崩壊熱除去損失の事象を再現するために、デブリベッド内での燃料を含む固化物の再溶融を模擬する実験装置を製作し、ベッド内の過渡的挙動の画像データ、特に微視的領域での可視化データの取得を行った。実験装置として、前・背面が内部を観察可能な幅400mm×高さ500mmの耐熱ガラス製、構造材をテフロン及びジュラコン製とする奥行き15mmの矩形水槽を製作した。また、デブリベッド内の燃料を模擬する金属粒子を加熱するシステムとして、矩形水槽背面からの電磁誘導加熱システムを構築した。計測システムとして、ハイスピードカメラを用いた。測定結果については、ベッド内の金属粒子の加熱による沸騰挙動及びそれに伴うベッド内での流動挙動を観察することができた。従って、本研究成果は、これまでの原子炉過酷故事時の熱流動現象解明のための研究資源に新たなデータや知見を提供できるものと考える。本研究は、過酷事故時の原子炉内で炉心溶融により溶融、固化したデブリが形成するデブリベッド内に混在する燃料の崩壊熱により冷却材が沸騰し、デブリの動的挙動やベッドの冷却性が維持されている状態から、さらに進展した過酷事象として、ベッド内の崩壊熱の熱除去性が損なわれ、燃料を含む固化物の再溶融が生じた場合を想定し、実施した。本研究では、実験装置として、前・背面が内部を観察可能な幅400mm×高さ500mmの耐熱ガラス製、構造材を耐熱樹脂製とする奥行き15mmの矩形水槽を製作し、デブリベッド内の燃料を模擬する金属粒子を水槽背面からの電磁誘導加熱、または水槽内への直流電流印加による通電加熱とするシステムを構築した。計測システムとして、高速度カメラによる動的挙動の画像計測と多数の熱電対による多点温度計測による定量データ取得を実施した。研究期間最後である本年度では、前年度までの研究で問題の多数の熱電対による多点温度計測システムにおける加熱手法による温度データにノイズが加わる問題に取り組んだが、問題を完全に改善するには至らず、精度の高い温度データの取得のための課題が残った。

しかし、高速度カメラによる粒子ベッド内の微視的挙動の可視化データを中心とした定量データによる知見は得ることができた。また、粒子ベッド内でのデブリ(固相)、冷却材(液相)、冷却材蒸気(気相)による多相流熱流動と熱除去特性に関する機構論的モデルの構築については、各相間の相互作用に関する基本モデルについての構築を進めてきており、オープンソースコードであるOpenFOAMにおける流体、固体粒子の挙動、熱伝達に関する解析ソルバーを利用した粒子ベッドにおける固体粒子の挙動及び熱伝達機構を解析するための解析システムとして構築し、固体粒子間の熱伝導を中心とした解析が可能なところまでは完成し、高性能計算機上で運用するまでに至った。伝熱本年度研究については、前年度製作した実験装置を用いた電磁加熱及び直流電流加熱による本実験を実施し、高速度カメラを用いた画像データの取得及び画像解析ソフトウェアによる解析結果を得た。また、新しく導入した多数の熱電対による多点温度計測システムによる温度計測も実施したが、電磁加熱及び直流加熱による加熱手法では、熱電対を用いた温度計測において、温度信号にノイズが加わる問題を生じており、完全なデータ取得は未達成となった。次年度では、電磁加熱や直流電流加熱による加熱手法の改善と温度取得のための計測技術の改善により、精度の高い温度データの取得のための実験手法を確立する予定である。また、粒子ベッド内でのデブリ(固体)、冷却材(液体)、冷却材蒸気(気体)による多相流熱流動と熱除去特性に関する機構論的モデルの構築については、引き続き、過去の研究資料の収集と固体ー気体ー液体間の相互作用に関する基本モデルについての構築を進めており、解析システムとして運用するオープンソースコードであるOpenFOAMにおける流体、固体粒子に関する解析ソルバーの本研究課題への適用性の検証を実施している途中である。また、解析システムの運用するための高性能計算機を前倒しで導入し、運用を開始した段階である。本年度研究については、実験装置の製作及び電磁加熱による試験的実験まで達成することができた。しかし、電磁加熱による加熱手法の最適化と熱流束の不均一分布及び加熱量を補うために粒子ベッドへの直流電流加熱の手法を導入し、より均一で高い熱流束の条件下での試験を行うようにするなどの改善項目を見出した。また、ハイスピードカメラにより測定した画像データの処理に関しては、画像解析ソフトウェアの適用により概ね良好な解析結果を得たが、より鮮明な画像データを取得するための照明技術の改善が必要であり、課題と考える。さらに、粒子ベッド内でのデブリ(固体)、冷却材(液体)、冷却材蒸気(気体)による多相流熱流動挙動と熱除去特性に関する機構論的モデルの構築については、各相間の相互作用に関する過去の研究資料の収集を行い、固体ー液体間の相互作用に関する基本モデルについての構築を試み、解析システムの運用の準備として、ベースとなるオープンソースコードのOpenFOAMの導入と基本的性能の評価を終了しており、次年度も継続的に開発を行う。以上のように実験装置の製作と多相流熱流動挙動と熱除去特性に関する機構論的モデルの基本的モデルの構築及び基本解析ツールの準備には至ったが、実験システムの改善点、計測技術の精度向上の必要性、研究成果の外部発表に至らなかった点などがあるために上記の評価とした。次年度では、平成24年度及び25年度に購入した高速度ビデオによる撮影システム及び多点温度計測システムを用いての粒子ベッド内での多相流流動挙動の画像データの取得と粒子ベッドにおける温度データとを併用して両者間の関連性を検証する。
ILK-GSK3β経路を利用したハイリスク膀胱癌への新規分子標的治療の確立

本研究はIntegrin-linked kinase(ILK)の膀胱癌進展における役割を解明し、その治療標的としての可能性を探る目的で行われた。膀胱癌細胞株およびマウス化学発癌モデルにおいてILKは浸潤・進展に伴い発現上昇する傾向を示し、in vitroでは細胞遊走および浸潤に関連していた。その機序としてはGSK3β-Zeb1経路を介したE-Cadherinの発現低下や、MMP9の誘導が関与していると考えられた。また、膀胱癌の臨床検体の免疫染色ではILKは浸潤性膀胱癌において高発現していた。これらの結果から、ILKは上皮間葉移行を誘導し、浸潤性膀胱癌の進展に寄与すると考えられ、浸潤性膀胱癌の新規治療標的となる可能性が示唆された。1.膀胱癌細胞株を用いた蛋白レベル、mRNAレベルでのILK-GSK3β経路関連分子の発現の解析:膀胱癌細胞株および不死化正常膀胱細胞株を用いて、ILKの発現と、EMT関連遺伝子の相関について検討した。その結果、ILKの発現とE-Cadherinの発現、およびGSK3βのリン酸化の間に相関がみられた。他のEMT関連遺伝子としてN-Cadherin, Vimentin, Snail, Slug, MMP2, MMP9などについても検討を行ったが、明らかな相関は認められなかった。2.勝胱癌細胞株おけるILKの強制発現および発現抑制による表現型の解析:epithelial phenotypeを有する膀胱癌細胞株にILKをtransient transfectionで過剰発現させると、導入された細胞株の成長は変化なかったが、遊走能、浸潤能の有意な増強を認めた。また、これらの表現型の変化はE-Cadherinの発現低下を伴っていた。一方、mesenchymal phenotypeを有する膀胱癌細胞株におけるsiRNAを用いた発現抑制の系では、遊走能および浸潤能の低下を認めた。上記のin vitroでの成果は、ILKが膀胱癌におけるEMTに関与し、膀胱癌の浸潤に関わっている可能性を示しており、今後、これらの表現型につながる機序の解明、および、in vivoでの評価を行うことの動機づけとなる。i)膀胱癌細胞株およびマウス化学発癌モデルにおけるILKの発現解析膀胱癌細胞株におけるILKおよび、上皮間葉移行に関わる分子の発現を確認すると、E-Cadherinの発現が低下している間葉性の表現型を示すものでILKの発現が亢進している傾向が認められた。また、6-8週齢のC57BL/6マウスにN-Butyl-N-(4-hydroxybutyl)Nitrosamine (BBN)を経口投与し、上皮内癌(CIS)から浸潤性膀胱癌に至るまでの各段階におけるILKの発現を免疫染色法にて評価するとILKの発現はCIS,浸潤癌と進展するにつれ発現上昇していた。上皮性の表現型を示し、ILKを低発現する253J膀胱癌細胞株に恒常的活性型のILKを導入し、同様に、間葉性の表現型を示し、ILKを高発現する二つの膀胱癌細胞株、TCCsup,UMUC3においてILKをsiRNAでノックアウトし、表現型の変化を評価した。前者では細胞増殖は変化しなかったが、細胞浸遊走能および細胞浸潤能の亢進が認められ、後者では細胞遊走能、細胞浸潤能の低下が認められた。TCCsup細胞においてILKをノックダウンするとGSK3βのリン酸化が抑制され、E-Cadherinの上流であるZeb1およびE-Cadherinの発現が抑制された。UMUC3細胞においてはZeb1の発現抑制は見られなかったが、Snailの発現低下とMMP9の発現低下が確認された。iv)ヒト膀胱癌臨床検体におけるILKの発現の評価30症例の膀胱癌臨床検体を含むTissue Microarrayを用いてILKの免疫染色を行うと、ILKおよびMMP9の発現は膀胱癌の浸潤性と正の相関を示し、E-Cadherinは負の相関を示した。
数値演算処理による高分解能ESR分光分析法の開発とその応用に関する研究

溶液中のラジカル種のESRスペクトルからhfccや,核種および核数などのパラメータを,数値演算処理により直接抽出する解析法,つまり数値デカップリング解析法(NDA)の開発を行った.NDA法を用いることにより,従来はかなりの熟練を要したESRスペクトルの解析を,マイクロコンピュータで自動的に行うことができるようになった.しかも,核種に対する選択性hfccの分解能などの点で優れた特性を有し,解析の難しい複雑で低分解能であるスペクトルから正確なパラメータを計算で得ることができた.NDA法とMNPを用いたスピントラップーラジカルクロマトグラフ法とを併用して,ヨードニトロベンゼンの電気化学的還元過程に, P-ニトロフェニルラジカルが関与することを確認し,その機構を解明した.また,検出されたラジカルの一つは,スピンアダクトとP-ニトロフェニルラジカルが反応して生じた副次スピンアダクトであることが,その複雑なESRスペクトルを解析することにより判明した.さらに,アリールジアゾニウム塩を分解して生成するアリールラジカルをMNPで捕択する場合にも,副次スピンアダクトが生成することを確認し,それらの生成機構を詳細に検討した.一方,線巾よりも小さなhfccを観測するために,フーリエ変換を用いた線形の先鋭化(RE)処理をESRスペクトルに応用した.スチルベン及びトリアルキルアミンの溶液に,光照射した際に生成するラジカルをMNPで捕択すると,一個のβ-水素と一個の窒素による単純な6本の吸収線が得られた.しかし,トルエン中で, -60°Cにおいて得られたラジカルが, 1,2-ジフェニルエチルラジカルであることが判明し,その反応機構を解明することができた.従来, γ位のアリール水素核は, ESRでは観測不可能とされていたが,緩和時間の最適化とRE処理により,それが可能であることが明らかとなった.溶液中のラジカル種のESRスペクトルからhfccや,核種および核数などのパラメータを,数値演算処理により直接抽出する解析法,つまり数値デカップリング解析法(NDA)の開発を行った.NDA法を用いることにより,従来はかなりの熟練を要したESRスペクトルの解析を,マイクロコンピュータで自動的に行うことができるようになった.しかも,核種に対する選択性hfccの分解能などの点で優れた特性を有し,解析の難しい複雑で低分解能であるスペクトルから正確なパラメータを計算で得ることができた.NDA法とMNPを用いたスピントラップーラジカルクロマトグラフ法とを併用して,ヨードニトロベンゼンの電気化学的還元過程に, P-ニトロフェニルラジカルが関与することを確認し,その機構を解明した.また,検出されたラジカルの一つは,スピンアダクトとP-ニトロフェニルラジカルが反応して生じた副次スピンアダクトであることが,その複雑なESRスペクトルを解析することにより判明した.さらに,アリールジアゾニウム塩を分解して生成するアリールラジカルをMNPで捕択する場合にも,副次スピンアダクトが生成することを確認し,それらの生成機構を詳細に検討した.一方,線巾よりも小さなhfccを観測するために,フーリエ変換を用いた線形の先鋭化(RE)処理をESRスペクトルに応用した.スチルベン及びトリアルキルアミンの溶液に,光照射した際に生成するラジカルをMNPで捕択すると,一個のβ-水素と一個の窒素による単純な6本の吸収線が得られた.しかし,トルエン中で, -60°Cにおいて得られたラジカルが, 1,2-ジフェニルエチルラジカルであることが判明し,その反応機構を解明することができた.従来, γ位のアリール水素核は, ESRでは観測不可能とされていたが,緩和時間の最適化とRE処理により,それが可能であることが明らかとなった.
環境トレーサビリティ法を用いた新しい水質汚染評価手法の開発と実用に関する研究

大都市における水質汚染が世界中で大きな環境問題となっている.こうした問題の改善には,未だに開発が遅れている水質汚染の原因や汚染程度の評価手法の確立が急務となっている.本研究の目的は近年環境トレーサビリティ法として注目を浴びている安定同位体比をマルチに扱うことで,水質汚染原因を総合的に評価するための新しい手法を開発し,その有用性を実証することであった. 4年間の研究によりこのことを成し遂げた.大都市における水質汚染が世界中で大きな環境問題となっている。こうした問題の改善には、未だに開発が遅れている水質汚染の原因や汚染程度の評価手法の確立が急務となっている。このような背景から、本研究は水質汚染を評価するための新しい手法を開発し、その有用性を実証することを目的とする。本研究では世界の人口が集中するアジア大都市を対象とする。これまでの最先端研究で欠けていた『汚染の起源となる物質の特徴付け』を行い、かつ、新たな手法としてマルチ環境トレーサビリティ法を導入することで問題解決を図る。当初の計画通り、初年度(平成21年度)はまず比較試料として最も注目できる化学肥料および合成洗剤、またこれに加え工業用硫酸などを収集した。これまで得た科研費と地球研プロジェクト研究を通じて築き上げてきたアジア研究交流ネットワークを効果的に利用した。結果、研究対象の全てのアジア大都市でこの重要な比較試料の収集に成功した。整理された試料はただちに適切な処理を施し、既に各種同位体分析が完了している。比較試料の収集と同時に、各国の都市流域において水質調査およびサンプリングも精力的に実施した(関西、台北、バンコク、ジャカルタ(ただしジャカルタは昨年度末))。アジア大都市を網羅し、しかも各国比較という観点を有する水質研究は世界でもこれが始めての挑戦といえる。比較試料と水試料の同位体比較から、同位体環境トレーサビリティ法確立への手ごたえを感じている。大変貴重な試料なだけに新たな発見も多く、現段階で解明された結果は多くの論文・学会にて発表した。来年度にはさらに調査を拡大する。更にこれ以上の成果が見込まれるのは間違いないだろう。大都市における水質汚染が世界中で大きな環境問題となっている。昨年度(平成20年度)は比較試料として重要視している化学肥料および合成洗剤等の汚染原因物質の収集を完成させるとともに、降水、河川水、地下水等の水試料の収集も進めていた.今年度(平成21年度)は昨年度から続いている水試料の収集を続け、これをほぼ完成させた。水試料の収集にはこれまで得た科研費と地球研プロジェクト研究を通じて築き上げてきたアジア研究交流ネットワークを効果的に利用した。ネットワークによる効率化が実現され、あまり現地に足を運ばなくても分析に最適な水試料の収集が可能となった。結果、研究対象の全てのアジア大都市でこの重要な比較試料・水試料の収集が完成し、計画通り総合地球環境学研究所や高知大学コアセンターにおいてこれらの分析を行い、初期調査結果に基づいた研究成果を国際誌に発表するまでに至った。試料の収集・分析・解析と並行して、平成21年度は特にマルチ同位体トレーサー分析を推進する実験・分析環境の整備にあたった。熊本大学に移動したことにより、前年度在籍の秋田大学の時と研究環境が多少変わり、移動による不足環境を補うための研究設備の整備に時間と経費を費やした。科学研究補助金と大学のバックアップがあり、マルチ同位体トレーサー分析を推進する環境が当初計画していたものよりも充実したものとして完成した。これにより平成22年度は平成21年度と比べて、高速かつ高効率で試料処理ならびに分析の継続が可能となった。データが順調に蓄積されているので、来年度は予定通りマルチ同位体トレーサー法の実用化の実証を進めていきたいと考えている。

これまでの最先端研究で欠けていた『汚染の起源となる物質の特徴付け』を行い、かつ、新たな手法としてマルチ環境トレーサビリティ法を導入することで問題解決を図る。初年度(平成20年度)は比較試料として重要視している化学肥料および合成洗剤等の汚染原因物質の収集を完成させるとともに、降水、河川水、地下水等の水試料の収集も進めていた.昨年度(平成21年度)は水試料の収集をほぼ完成させた。本年度の目標は残りの試料を全て採取・分析をすべて終え、アジアの個々の地域についての研究成果を発信していくことであった。計画通り、本年度において台北、マニラの地下水に対して環境トレーサビリティ法(H_<H2O>,O_<H2O>,N_<NO3>,O_<NO3>,S_<SO4>,O_<SO4>,Sr)を適応し、その水質形成ならびに汚染実態・挙動を論じた論文を国際誌に掲載した。また、大阪、マニラ、ジャカルタに対し鉛同位体トレーサビリティ法を用いてそれぞれの流域汚染蓄積史を解読し、その結果を三本の国際誌に発表した。このほか、アジアにおける水環境問題を一般向けに発信するため、書籍や写真集にて本研究の成果を発表した。大都市における水質汚染が世界中で大きな環境問題となっている.こうした問題の改善には,未だに開発が遅れている水質汚染の原因や汚染程度の評価手法の確立が急務となっている.このような背景から,本研究は水質汚染を評価するための新しい手法を開発し,その有用性を実証することを目的とする.本研究では世界の人口が集中するアジア大都市を対象とする.これまでの最先端研究で欠けていた『汚染の起源となる物質の特徴付け』を行い,かつ,新たな手法としてマルチ環境トレーサビリティ法を導入することで問題解決を図る.初年度(平成20年度)は比較試料として重要視している化学肥料および合成洗剤等の汚染原因物質の収集を完成させるとともに,降水,河川水,地下水等の水試料の収集も進めていた.2年目(平成21年度)は水試料の収集をほぼ完成させた.そして昨年度は残りの試料に対し採取・分析をすべて終え,アジアの個々の地域についての研究成果を活発に発信した.最終年度に当たる今年度の計画は,各地域に対する成果発表を続けながら,アジア各国の現状をまとめ,かつ,本研究での経験を基にこれからの研究テーマを模索することであった.本年度はジャカルタ,バンコクの地下水に対して水質形成ならびに汚染実態・挙動を論じた論文を国際誌に掲載(ジャカルタ)・投稿(バンコク)した.また,アジア主要大都市の地下水汚染実態をコンパイルし,硝酸と砒素の汚染メカニズムを総合的に解明し,その全容に対する結果をレビュー論文として国際誌に発表した.今後に向けての活動も行った.具体的には,単に単一試料から各種同位体情報を抽出することに留まらず,各種同位体をどのように組み合わせれば水質変化メカニズムの解明に資する画期的な方法を生み出せるかを吟味し,その計画を新たな研究計画書としてまとめた.
皮膚・排泄ケア認定看護師の実践を反映した褥瘡ケア選択支援用モバイルデバイスの開発

本邦における褥瘡有病率は、療養場所別にみると、在宅において最も高く、褥瘡ケアに係る専門の研修を受けた皮膚・排泄ケア認定看護師が訪問看護師と共同して褥瘡ケアにあたることが、在宅患者訪問看護・指導料の対象となっている。しかし、患家までの移動に時間がかかるために、時間の確保が困難であることや効率が悪いといった問題点があり、ほとんど行われていないのが現状である。この問題を解決するため、本研究ではICTおよびAIを活用し、訪問看護師が皮膚・排泄ケア認定看護師に相談できるツールであること、訪問看護師の褥瘡のアセスメントを支援するツールであることの2つの機能を有するモバイルデバイスを開発し、その効果を検証する。
抗サイトカイン薬による子宮内膜症の新しい治療に関する基礎研究

子宮内膜症患者腹水中には高濃度のInterleukin-8(IL-8)とTumor necrosis factor α(TNFα)が存在すること,IL-8は内膜症由来の培養間質細胞の増殖を促進することを明らかにした.本研究では,抗サイトカイン薬の子宮内膜症に対する効果について内膜症細胞を用いて基礎的検討を行うとともにマウス子宮内膜症モデルを作成して検討した.TNFαには,IL-8産生と子宮内膜症間質細胞の増殖を促進する作用があり,その作用は抗TNFα抗体のみならず抗IL-8抗体あるいはIL-8アンチセンスの添加によっても中和された.したがって,TNFαはIL-8のオートクリン作用を介して子宮内膜症細胞の増殖を促すことが示された.次に,子宮内膜症細胞におけるTNFαによるIL-8産生誘導がNF-kBの活性化を介するか否かを検討した.子宮内膜症細胞にTNFαを添加すると,5分後にはI-kBのリン酸化が発現した.TNFα添加により活性化NF-kBが誘導されることをEMSAにて示した.NF-kB阻害剤であるTPCKを前投与するとTNFαによるIL-8産生誘導が抑制された.以上から,子宮内膜症細胞におけるTNFαによるIL-8産生はNF-kBを介する可能性が示された.したがって,TNFα,NF-kBそしてIL-8の経路を遮断することで子宮内膜症細胞の増殖を制御できる可能性が示された.ヒト子宮内膜組織片移植によるマウス子宮内膜症モデルを作成した.同意の得られた手術患者の摘出子宮から子宮内膜組織を分離し,ヌードマウスに移植した.子宮内膜組織の接着率は,マウスあたり14/16(94%)であり,移植片あたり28/96(29%)であった.組織学的検索によっても内膜組織片の接着が証明された.この動物モデルを用いて,抗TNFα抗体などの内膜症に対する効果について検討中である.子宮内膜症患者腹水中には高濃度のInterleukin-8(IL-8)とTumor necrosis factor α(TNFα)が存在すること,IL-8は内膜症由来の培養間質細胞の増殖を促進することを明らかにした.本研究では,抗サイトカイン薬の子宮内膜症に対する効果について内膜症細胞を用いて基礎的検討を行うとともにマウス子宮内膜症モデルを作成して検討した.TNFαには,IL-8産生と子宮内膜症間質細胞の増殖を促進する作用があり,その作用は抗TNFα抗体のみならず抗IL-8抗体あるいはIL-8アンチセンスの添加によっても中和された.したがって,TNFαはIL-8のオートクリン作用を介して子宮内膜症細胞の増殖を促すことが示された.次に,子宮内膜症細胞におけるTNFαによるIL-8産生誘導がNF-kBの活性化を介するか否かを検討した.子宮内膜症細胞にTNFαを添加すると,5分後にはI-kBのリン酸化が発現した.TNFα添加により活性化NF-kBが誘導されることをEMSAにて示した.NF-kB阻害剤であるTPCKを前投与するとTNFαによるIL-8産生誘導が抑制された.以上から,子宮内膜症細胞におけるTNFαによるIL-8産生はNF-kBを介する可能性が示された.したがって,TNFα,NF-kBそしてIL-8の経路を遮断することで子宮内膜症細胞の増殖を制御できる可能性が示された.ヒト子宮内膜組織片移植によるマウス子宮内膜症モデルを作成した.同意の得られた手術患者の摘出子宮から子宮内膜組織を分離し,ヌードマウスに移植した.子宮内膜組織の接着率は,マウスあたり14/16(94%)であり,移植片あたり28/96(29%)であった.組織学的検索によっても内膜組織片の接着が証明された.この動物モデルを用いて,抗TNFα抗体などの内膜症に対する効果について検討中である.子宮内膜症は生殖年齢女性のおよそ10%に発生し,疼痛と不妊を惹き起こしリプロダクティブヘルスを著しく損なう疾患として社会的にも問題となっている.私どもは,Interleikin-6(IL-6),IL-8,Tumor necrosis facgtor α(TNFα)等がサイトカインネットワークを形成し子宮内膜症の病態に関与することを初めて示唆した.本研究では,抗サイトカイン薬(抗TNFα抗体あるいは可溶性TNFα受容体)の子宮内膜症に対する効果についてマウス子宮内膜症モデルを作成して検討する.本年度は,ヒト子宮内膜組織片移植によるマウス子宮内旗症モデルを確立し,子宮筋腫患者から採取した増殖期および分泌期の内膜症組織片の生着率を比較検討した.同意の得られた婦人科手術患者の摘出子宮から子宮内膜組織を分離した.およそ20gに達したヌードマウスを用いて,麻酔下に腹部に小切開を加え1mm以下の小片に細切した内膜組織片を移植した.組織が生着したか否かを,術後2および7日に再開腹して調べた.生着した組織は一部凍結保存するとともにパラフィン切片を作成し,組織学的に検索した.子宮内膜組織の接着率は,マウスあたり14/16(94%)であり,移植片あたり28/96(29%)であった.組織学的検索によっても内膜組織片の接着が証明された.子宮内膜症は生殖年齢女性のおよそ10%に発生し,疼痛と不妊を惹き起こしリプロダクティブヘルスを著しく損なう疾患として社会的にも問題となっている.

私どもは,Interleikin-6(IL-6),IL-8,Tumor necrosis factor α(TNFα)等がサイトカインネットワークを形成し子宮内膜症の病態に関与することを初めて示唆した.本研究では,抗サイトカイン薬(抗TNFα抗体あるいは可溶性TNFα受容体)の子宮内膜症に対する効果についてマウス子宮内膜症モデルを作成して検討する.本年度は,サイトカイン作用の基礎メカニズムを検討し,TNFαによるIL-6およびIL-8誘導作用が,転写因子NF一κBを介することを明らかにするため,子宮内膜症由来細胞におけるTNFαによるリン酸化IκBおよびTPCKによりブロックされるかどうかを検討した.卵巣チョコレート嚢胞から分離培養した子宮内膜症間質細胞を実験に用いた.Western blottingによりリン酸化IκBの発現を検討した.TNFαの添加により,5分から20分でリン酸化IκB発現が誘導された.TNFαによるNF-κBの活性化をGelshift assayにより検討した.TNFαにより活性化NF-κBが検出され,抗p50およびP65抗体によりNF-κB蛋白複合体のsupershiftが観察された.NRκB阻害剤であるTPCKの添加により,TNFαによって産生誘導されるIL-6およびIL-8蛋白発現が抑えられた.子宮内膜症患者腹水中には高濃度のInterleukin-8(IL-8)とTumor necrosis factor α(TNFα)が存在すること,IL-8は内膜症由来の培養間質細胞の増殖を促進することを明らかにした.本研究では,抗サイトカイン薬の子宮内膜症に対する効果について内膜症細胞を用いて基礎的検討を行うとともにマウス子宮内膜症モデルを作成して検討した.TNFαには,IL-8産生と子宮内膜症間質細胞の増殖を促進する作用があり,その作用は抗TNFα抗体のみならず抗IL-8抗体あるいはIL-8アンチセンスの添加によっても中和された.したがって,TNFαはIL-8のオートクリン作用を介して子宮内膜症細胞の増殖を促すことが示された.次に,子宮内膜症細胞におけるTNFαによるIL-8産生誘導がNF-kBの活性化を介するか否かを検討した.子宮内膜症細胞にTNFαを添加すると,5分後にはI-kBのリン酸化が発現した.TNFα添加により活性化NF-kBが誘導されることをEMSAにて示した.NF-kB阻害剤であるTPCKを前投与するとTNFαによるIL-8産生誘導が抑制された.以上から,子宮内膜症細胞におけるTNFαによるIL-8産生はNF-kBを介する可能性が示された.したがって,TNFα,NF-kBそしてIL-8の経路を遮断することで子宮内膜症細胞の増殖を制御できる可能性が示された.ヒト子宮内膜組織片移植によるマウス子宮内膜症モデルを作成した.同意の得られた手術患者の摘出子宮から子宮内膜組織を分離し,ヌードマウスに移植した.子宮内膜組織の接着率は,マウスあたり14/16(94%)であり,移植片あたり28/96(29%)であった.組織学的検索によっても内膜組織片の接着が証明された.この動物モデルを用いて,抗TNFα抗体などの内膜症に対する効果について検討中である.
メタゲノム法によるアオコの消長に関与する細菌とファージの同定と季節変動解析

3年間通じて秋田県八郎湖のアオコ発生環境でほぼ月に1回、微生物の調査を行った。その結果、八郎湖においてアオコはMicrocystis属の細菌が、水温が高くなる7月後半から9月にかけて大量に増殖し、全細菌数の90%以上を占めることで発生することが確認された。一方、9月に水温が低下するとともに、Microcystis属菌は10%以下まで急激に減少する。この減少にはMicrocystis属菌に感染するファージが関与することを示唆する結果が得られた。アオコ発生のメカニズムを解明するために、アオコ発生環境における微生物叢及びウイルス(主に細菌のウイルスであるファージ)叢をメタゲノム手法により解析している。月に1回湖水をサンプリングし、細菌画分とウイルス画分に分画し、それぞれからDNAを抽出した。そのDNAを、ショートリードタイプの次世代シーケンサを使用してショットガンシーケンスを行った。それらの配列の解析から存在する細菌とファージ種の推定を行った。同時に配列数より、比存在量の推定も行った。我々は既に2年分のデータを収集している。これらのデータの解析より、以下のことが解明された。1)7ー8月のアオコ発生時において、アオコ中で優先するランソウはMicrocystis属菌で、特に6株の菌で、全体の90%以上を締めていた。2)このMicrocystis属菌の中にはMicrocystinという毒素を産生する能力がある菌が含まれている可能性があった。3)Microcystis属細菌は9月には急速に減少した。4)同じ環境に存在する可能性のあるファージはMicrocystis属菌に感染している可能性のあるものが検出された。5)このMicrocystis属菌に感染している可能性のあるファージは7月にはほとんど検出されないが、8月以降、少なくとも11月までは高い値を維持していた。以上の観察から、9月以降にMicrocystis属細菌が急速に減少するのはファージが関与していることが強く示唆された。アオコの発生とその消長のメカニズムを解明するために、アオコ発生環境における微生物叢及びウイルス叢をメタゲノム手法により解析している。月に1回湖水をサンプリングし、1万g遠心による微生物画分と限外濾過で濃縮したウイルス画分に分画し、それぞれからDNAを抽出した。そのDNAを、次世代シーケンサを使用してショットガンシーケンスを行った。我々は既に3年分のデータを収集している。これらのデータの解析より、昨年度の解析と同様の以下の結果が確認された。すなわち1)7ー8月のアオコ発生時において、アオコ中で優先するランソウはMicrocystis属菌であった。2)このMicrocystis属菌の中にはMicrocystinという毒素を産生する能力がある菌が含まれていた。3)Microcystis属細菌は9月には急速に減少し、本年度はさらにこの後Anabaena属菌の増殖が観察された。4)同じ環境に存在する可能性のあるファージはMicrocystis属菌に感染している可能性のあるものが本年度も検出された。以上の観察から、9月以降にMicrocystis属細菌が急速に減少するのはファージが関与していることが本年度のデータからも示唆された。一方、細菌画分のショットガンシーケンス解析で、ファージのほぼ全長の配列が回収された。このファージはMicrocystis aeruginosaに感染することが報告されているファージの配列と高い相同性を保持していることがわかり、調査環境中においてもMicrocystis属菌に感染するファージが存在することが強く示唆された。アオコ発生のメカニズムを解明するために、アオコ発生環境における微生物叢とファージ叢をメタゲノム手法により解析した。最終年度も4月から11月まで月に1回八郎湖の湖水のサンプリングを行い、細菌画分とウイルス画分に分画し、それぞれからDNAを抽出した。そのDNAをイルミナ社の次世代シーケンサであるMiSeqを使いショットガンシーケンスを行った。今年度は前2年度と比べて、8月に大量のアオコが発生し、今までのデータと比較して、以下の結果が得られた。1)細菌叢の解析においては、水温が24°Cを超えた7月からシアノバクテリア門の菌の割合が増加し、30%程度になった。2)その後シアノバクテリア門菌の割合はアオコが発生した8月は最も多く95%で9月は85%以上であったが、アオコが見られなくなった10月には10%程度と急激に減少した。3)シアノバクテリアの門内の割合ではMicrocystis属菌の割合が8月と9月とも90%以上であった。一方7月と10月は5%以下であった。以上からアオコの発生はMicrocystis属菌の大量増殖が原因であることが再確認された。この結果は前年度までの結果とほぼ同じであったが、Microcystis属菌の大量増殖とアオコの関係がよりはっきりした。4)ウイルス画分の研究では、全配列の97%以上はデータベースとの相同性がないunknownであった。

5)BLAST解析で相同性が認められた配列では、Microcystis属菌を宿主とするファージはMicrocystis属菌とはやや遅れて9月に最も多く検出され、菌の消長との関係が強く示唆された。6)unknown配列をアッセンブルしてゲノムを再構成したところ、100 kb以上の再構成ゲノム配列が複数得られた。7)9月のウイルス濃縮液を、培養したMicrocystis属菌に感染させたところ、ファージを回収することができた。3年間通じて秋田県八郎湖のアオコ発生環境でほぼ月に1回、微生物の調査を行った。その結果、八郎湖においてアオコはMicrocystis属の細菌が、水温が高くなる7月後半から9月にかけて大量に増殖し、全細菌数の90%以上を占めることで発生することが確認された。一方、9月に水温が低下するとともに、Microcystis属菌は10%以下まで急激に減少する。この減少にはMicrocystis属菌に感染するファージが関与することを示唆する結果が得られた。アオコ発生環境におけるメタゲノム解析に関しては予定通りサンプリングを行った。またこの際に例年通りアオコが発生し、その中の微生物叢解析が可能なサンプルを得られた。そのサンプルの解析において、当初の想定以上の成果をあげた。すなわち、アオコ構成細菌を詳細に解析し、アオコ主要細菌の動態が解明できたと考えている。一方、ファージに関する研究においては、アオコ発生環境に存在する可能性のあるファージの同定ができた。一方、ファージの分離に関しては現在成功していないが、まずはアオコに関与する細菌の分離を行い、その細菌について分離株を得ている。これらの細菌は増殖が遅く、ファージの分離にまでは至っていない。しかし細菌画分からファージのほぼ全長配列が回収され、存在ファージの同定ができた。環境微生物学メタゲノム解析に関しては3年間のデータを得ているが、再現性を確認するためにももう1年調査する必要がある。今後はこれらのサンプルから得られたデータの詳細解析を行う。ファージに関しては、現在1種のファージゲノムのドラフト配列が完成している。今後はさらに配列データから他のファージゲノムの再構成に取り組む。またその際に長い配列読みが必要になる可能性があり、新しい方法にも取り組む予定である。この結果環境ファージゲノムの完全長取得が飛躍的に増加する可能性があると考えている。一方、宿主を用いたファージの分離は現在成功していない。しかし宿主となる細菌の分離には成功しているので、まずは抗生物質によるファージの産生誘導実験を行う予定である。さらに環境から分離したウイルス画分をさらに濃縮をして分離細菌に感染させてその増殖を調べる実験を行う。
石川啄木「ローマ字日記」のローマ字表記法に関する調査研究

本研究においては、石川啄木「ローマ字日記」のローマ字表記自体を対象とする調査・研究を行い、以下のような成果が得られた。1石川啄木「ローマ字日記」の電子化テキスト作成従来の「ローマ字日記」研究においては、ローマ字表記自体が軽視されていたきらいがあり、活字本でのローマ字表記も原本への忠実さに欠ける点があった。本研究では、啄木自筆原本こそ閲覧できなかったものの、市立函館図書館所蔵のモノクロ・コピー版、ならびにその欠落部分については函館市文学館所蔵のカラー・コピー版、を直接参照することにより、原本に最も忠実と思われる電子化テキストを作成することができた。2「ローマ字日記」のローマ字表記の分析1で作成した電子化テキストを底本として、日記の1日ごとのローマ字使用の実態を明らかにする表を作成した。従来、日本式・ヘボン式の使用状況によりおおむね4期に分けられるとの指摘はあったが、それをさらに精査した。また、「ローマ字日記」中の「国音羅馬字法略解」の注にある「独立発音符号」が日記本文中に2例使用されていることを確認した。3啄木のローマ字表記のローマ字史上への位置付け「国音羅馬字法略解」には、上記の「独立発音符号」に加え、「拗音がすべての行で5段にわたって記される」という特徴がある。これを、主として国会図書館所蔵のローマ字関係資料と比較対照した結果、現時点では、前者には末松謙澄と丸山通一、後者には南部義籌の先例があることが判明している。2・3については、日本語学会2004年度秋季大会(於・熊本大学)において口頭発表を行い、現在学会誌『日本語の研究』へ投稿中である。本研究の目的は、石川啄木「ローマ字日記」におけるローマ字表記の実態を明らかにすること、ならびに「日記」中に挿入された「国音羅馬字法略解」、なかんずくその注に見られる「独立発音符号」が、啄木の独創によるものか否かを考察すること、である。この目的を達成するため、15年度は2つのことを行った。(1)函館における臨地調査「ローマ字日記」の啄木自筆原本は市立函館図書館が保管しているので、2度に渡り現地に赴いて調査を行った。まずは9月、モノクロのコピーを閲覧し、岩波文庫版の翻刻文と比較対照して相違箇所をチェックした。複写版には欠落部分があったので、研究上の必要による閲覧の依頼を文書で行ったところ、函館市文学館の所蔵するカラーコピーの閲覧を許されたので、12月、再び函館に赴き、欠落部分の調査と、前回調査の再チェックを行った。あわせて「独立発音符号」に関する本文の複写物使用に関する依頼も行った。(2)ローマ字史に関する文献収集「国音羅馬字法略解」および「独立発音符号」のローマ字史上での意義を考察するため、明治期以降のローマ字あるいは国字問題に関する文献の収集を行った。新本・古書での購入をはじめ、国立国会図書館へ赴いての閲覧および関係箇所の複写を行った。2「ローマ字日記」のローマ字表記の分析

1で作成した電子化テキストを底本として、日記の1日ごとのローマ字使用の実態を明らかにする表を作成した。従来、日本式・ヘボン式の使用状況によりおおむね4期に分けられるとの指摘はあったが、それをさらに精査した。また、「ローマ字日記」中の「国音羅馬字法略解」の注にある「独立発音符号」が日記本文中に2例使用されていることを確認した。3啄木のローマ字表記のローマ字史上への位置付け「国音羅馬字法略解」には、上記の『独立発音符号」に加え、「拗音がすべての行で5段にわたって記される」という特徴がある。これを、主として国会図書館所蔵のローマ字関係資料と比較対照した結果、現時点では、前者には末松謙澄と丸山通一、後者には南部義籌の先例があることが判明している。2・3については、16年秋季日本語学会(於・熊本大学)において口頭発表を行い、現在学会誌等への投稿を準備中である。