hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
自己細胞機能変換・賦活化による新しい末期重症心不全治療法に関する研究

本研究の目的は分子生物学的手法、遺伝子工学的手法を駆使し、現在の内科的治療および外科的治療の限界を越えた重症心不全に対して、心臓手術時の心停止下ならびに補助循環装置装着下において心筋修復因子、心筋収縮力増強因子、心筋細胞障害抑制因子、心筋賦活化因子を導入することによって心機能を回復正常化しうる新しい外科的心不全治療を確立することである。すでに我々は小動物(ラット)においてin vivioで心臓全体に遺伝子導入を行い、機能的蛋白であるHSP70の遺伝子導入を行い、導入後のランゲンドルフ灌流装置にて、常温虚血前後の心機能を測定し、導入群が虚血耐性があることを報告した。(Suzuki-k,Sawa Y etal.J-Clin-Invest.1997;99:1645-50)。さらに、ラット心筋細胞初代培養系においてHSP70の遺伝子導入を行い、導入後、低酸素-再酸素化刺激によるcell deathをpreventする効果を確認した。これらの基礎実験に基づきbeta2 adrenergic receptor geneをより強力な発現ベクターに組み換え導入遺伝子をconstructを作成した。まず、正常心に同constructをを遺伝子導入しランゲンドルフ灌流装置にてbeta2 adrenergic agonistに対する経時的、容量依存的な反応を確認した。同遺伝子の発現を免疫組織染色にて確認し、さらにbeta adrenergic receptorの細胞膜におけるdensityをligand binding assayにて測定し、過剰発現を確認した(Kawahira Y,Sawa Y J Thorac Cardiovasc Surg 1999;118:446-451)。さらに心不全モデルにおいてbeta adrenergic receptorの細胞膜におけるdensityが低下していることを確認した後、上記遺伝子導入を行い、その遺伝子が過剰発現し、agonistに対する反応性が回復することを確認した(Kawahira Y,Sawa Y Circulation 1998;98:ll262-268)。さらに我々は肝細胞増殖因子(HGF)が心筋細胞は傷害時にc-Metと発現するとともに、HGFの遺伝子導入により心筋細胞は虚血耐性、oxidant stressに対する耐性を獲得した(Ueda H,SawaYAnn Thorac Surg 1999;67:1726-1731)。以上より、新たなる遺伝子治療方法の導入により心筋虚血などの傷害に対する心筋細胞保護作用を介して、不全心の防止、再生に関与する可能性が示唆された。本研究では分子生物学的手法、細胞工学的手法を駆使し、現在の内科的治療及び外科的治療の限界を超えた重症心不全に対して、心筋修復因子、心筋収縮力増強因子、心筋細胞障害抑制因子、心筋賦活化因子を導入することによって心機能を回復正常化させることを試み、さらに一歩進めて、患者の線維芽細胞から健常な心筋細胞を誘導増殖させることにより心筋片を作製し、これを用いた拒絶反応のない部分心筋移植あるいは心筋片を用いたラッピングによる心収縮力の増強をはかり、末期重症心不全に対する全く新しい治療方法を開発することを目的とする。

すでに、小動物(ラット)においてin vivoで心臓全体に遺伝子導入を行い、その発現を確認した(Sawa-Y;et al.JThorac Cardiovasc Surg 1997;113:512-8)。更に機能的蛋白であるHeaatshock protein 70の遺伝子導入を行い、導入後のLangendorff潅流装置にて常温虚血前後の心機能を測定解析し、導入群がcontrol群に比べて、虚血剛性を有していることを報告した(Suzuki-K;Sawa-Y,et al.J-Clin-Invest.1997;99:1645-50)。上記in vivoで遺伝子導入を行った同様のvector、HVJ liposomeを用いて、ラット心筋細胞初代培養系においてin vitro遺伝子導入を行った。HSP70遺伝子導入により、その発現を確認し、低酸素-再酸素化刺激によるcell deathをpreventする効果を確認、学会報告した(1996AHA scientific session)。今回、これらの基礎実験にもとずきbeta2 adrenergic receptor geneをより強力な発現vectorに組換え、導入遺伝子constructを作成した。まず正常心に同constructをHVJ liposome法により、心臓全体にin vivo遺伝子導入を行い、Langendorff潅流装置を用いて、beta adrenergic agonistに対する経時的、用量依存的な反応を確認した。同遺伝子の発現を免疫組織染色にて確認し、さらにbetaadrenergic receptorの細胞膜におけるdensityをligand binding asssayにて測定し、過剰発現を確認した(現在投稿中)。小動物において不全心モデルを作成した。同modelにてbeta adrenergic receptorの細胞膜におけるdensityが低下していることを確認した後、上記遺伝子のin vivo導入を行い、その遺伝子の過剰発現を確認すると共に、agonistに対する反応性が回復することを確認した(現在投稿中)。本研究の目的は分子生物学的手法、遺伝子工学的手法を駆使し、現在の内科的治療および外科的治療の限界を超えた重症心不全に対して、心臓手術時の心停止下ならびに補助循環装置装着下において心筋修復因子、心筋収縮力増強因子、心筋細胞障害抑制因子、心筋賦活化因子を導入することによって心機能を回復正常化しうる新しい外科的心不全治療を確立することである。すでに我々は小動物(ラット)においてin vivioで心臓全体に遺伝子導入を行い、機能的蛋白であるHSP70の遺伝子導入を行い、導入後のランゲンドルフ潅流装置にて、常温虚血前後の心機能を測定し、導入群が虚血耐性があることを報告した。(Suzuki-k,Sawa Y et
胸腺外分化T細胞の生理的リガンドの探索と感染防御における病因論的役割の解析

腸管上皮細胞の側底面には腸管上皮細胞間リンパ球(IELs)とよばれるCD3T細胞が上皮細胞6個に1個の割合で存在するが、その多くは胸腺外分化のT細胞である.これらCD8αα+sIELsの発達分化を制御する生理的リガンド分子は今なお不明のままである.最近ヒトγδIELsはストレスによって誘導されるMICAを認識すること,またNK細胞とγδT細胞に発現するNKG2D分子がMICAレセプターであることが明らかにされた.さらにRae-1とH60がマウスNK細胞のNKG2Dリガンドとして機能している可能性が示された.本研究ではCD8αα+sIELsの胸腺外分化の分子機構を明らかにする目的で腸管上皮細胞でのNKG2Dリガンドを含む生理的リガンドの同定を試みる.また生理的リガンドの発現を制御する外的要因についても検討を加える。マウス小腸上皮細胞に発現するNKG2Dリガンドの探索:マウスNKG2Dの細胞外ドメインよりなるビオチン化NKG2Dテトラマーを作製し、フローサイトメトリー(FACS)法ならびに免疫組織化学的方法により,NKG2Dリガンドの探索を試みた.その結果,マウス小腸遠位部および大腸近位部粘膜絨毛の陰窩部上皮細胞層に限局してNKG2Dテトラマーと反応するリガンドが局在することが示された.またRac-1 βanti-senseRNAプローブを用いてIn situ hybridization法にてその局在を検討したところ,やはりマウス小腸遠位部ならびに大腸近位部粘膜絨毛の陰窩部上皮に限局してRae-1 βmRNAが発現していることが明らかになり,NKG2Dテトラマーを用いた場合とたいへん酷似した結果が得られた.以上の所見より胸腺外分化CD8αα+IELの機能分化を促す生理的なリガンドのひとつとしてRae-1βを代表とするストレス誘導性のNKG2Dリガンド分子が関与していることが強く示唆された.さらにこのRae-1βのヒトホモローグであるMICA分子をT3b promoterを用いて腸管局所に発現させた遺伝子導入(Tg)マウスを作製したところ,CD4/CD8αα両分子を発現した胸腺外分化IELのpositive selectionが著しく亢進することを見い出した.この所見からもRae-1 βをはじめとする環境ストレス誘導性MHC class Ib分子がIELの発達分化を制御することが支持された.腸管上皮細胞の側底面には腸管上皮細胞間リンパ球(IELs)とよばれるCD3T細胞が上皮細胞6個に1個の割合で存在するが、その多くは胸腺外分化のT細胞である.これらCD8αα+sIELsの発達分化を制御する生理的リガンド分子は今なお不明のままである.最近ヒトγδIELsはストレスによって誘導されるMICAを認識すること,またNK細胞とγδT細胞に発現するNKG2D分子がMICAレセプターであることが明らかにされた.さらにRae-1とH60がマウスNK細胞のNKG2Dリガンドとして機能している可能性が示された.本研究ではCD8αα+sIELsの胸腺外分化の分子機構を明らかにする目的で腸管上皮細胞でのNKG2Dリガンドを含む生理的リガンドの同定を試みる.また生理的リガンドの発現を制御する外的要因についても検討を加える。マウス小腸上皮細胞に発現するNKG2Dリガンドの探索:マウスNKG2Dの細胞外ドメインよりなるビオチン化NKG2Dテトラマーを作製し、フローサイトメトリー(FACS)法ならびに免疫組織化学的方法により,NKG2Dリガンドの探索を試みた.その結果,マウス小腸遠位部および大腸近位部粘膜絨毛の陰窩部上皮細胞層に限局してNKG2Dテトラマーと反応するリガンドが局在することが示された.またRac-1 βanti-senseRNAプローブを用いてIn situ hybridization法にてその局在を検討したところ,やはりマウス小腸遠位部ならびに大腸近位部粘膜絨毛の陰窩部上皮に限局してRae-1 βmRNAが発現していることが明らかになり,NKG2Dテトラマーを用いた場合とたいへん酷似した結果が得られた.以上の所見より胸腺外分化CD8αα+IELの機能分化を促す生理的なリガンドのひとつとしてRae-1βを代表とするストレス誘導性のNKG2Dリガンド分子が関与していることが強く示唆された.さらにこのRae-1βのヒトホモローグであるMICA分子をT3b promoterを用いて腸管局所に発現させた遺伝子導入(Tg)マウスを作製したところ,CD4/CD8αα両分子を発現した胸腺外分化IELのpositive selectionが著しく亢進することを見い出した.この所見からもRae-1 βをはじめとする環境ストレス誘導性MHC class Ib分子がIELの発達分化を制御することが支持された.
癌間質と去勢抵抗性前立腺癌；スプライシングバリアント制御による新規治療戦略の開発

分子標的薬の開発と臨床応用が進み、血管細胞や免疫細胞を含めた癌微小環境が注目されている。われわれは、前立腺の発生増殖および発癌における上皮間質相互作用機構の研究をしており、癌関連線維芽細胞(cancer-associated fibroblasts;CAFs)に着目し、増殖因子・サイトカインや細胞外マトリックスなどの液性因子を介した腫瘍細胞と間質細胞の相互作用が、去勢抵抗性の獲得に重要な役割を持つことを報告してきた。三重大学倫理委員会承認のもと、前立腺癌患者の前立腺生検組織から前立腺線維芽細胞の初代培養を行った。残余前立腺組織を5 mm3に細切し、1×PBSで洗浄、0.05%Trypsin-EDTAで酵素消化を行った後、間質細胞基本培地(SCBM)にて培養した。それら前立腺癌関連線維芽細胞の産生する増殖因子、サイトカインをReal-time PCR法、ELISA法を用いて性状解析を行った。つぎに、in vitroでアンドロゲン感受性前立腺癌細胞(LNCaP)と前立腺線維芽細胞とを共培養し、AR,PSA,ARV1,ARV7,ARV567esのmRNA発現を解析した。前立腺線維芽細胞には、市販されている正常前立腺線維芽細胞(PrSC)と初代培養で得られた前立腺癌関連線維芽細胞を使用した。得られた結果は、前立腺癌関連線維芽細胞によりARV7の発現が上昇する可能性が示唆された。今後は、今回ARV7の発現の差を生じた前立腺癌関連線維芽細胞でのin vivo実験を行う予定である。当初の計画通り、初代培養で得られた前立腺癌関連線維芽細胞と前立腺癌細胞との共培養によりARV7の発現が上昇する可能性が示唆された。次年度は、初年度に得られた前立腺癌関連線維芽細胞と前立腺癌細胞との動物移植モデルを用いて、ARV7の発現誘導因子を検索する。
細胞間コミュニケーションを介した組織成長制御システムの遺伝的基盤

近年、組織中の細胞がその周辺細胞の増殖を"細胞非自律的"に制御する機構が器官形成や再生、さらにはがんの発生・進行過程において重要な役割を果たすことが分かってきた。しかしながら、このような細胞間コミュニケーションを介した組織レベルでの増殖制御機構を制御する分子機構はいまだほとんど不明である。本研究では、ショウジョウバエ上皮をモデル系として用い、このような細胞間コミュニケーションを介した組織レベルでの増殖制御機構を成立させる分子基盤の解明を目指す。前年度までに、Rasの活性化とミトコンドリアの機能障害を同時に起こした細胞(Ras/mito^<-/->細胞)が増殖因子Upd (IL-6ホモログ)を発現・分泌することで周辺細胞の増殖を充進させることを明らかにしてきた(Ohsawa et al., Nature, 2012)。興味深いことに、Ras/mito^<-/->細胞は、Updを大量に産生するにもかかわらず、自身は増殖しない。そこで本年度はRas/mito^<-/->細胞が非増殖性の表現型を示すメカニズムとその意義にアドレスすることにした。その結果、Ras^<V12>/mito^<-/->細胞がほ乳類で観察される細胞老化の表現型を呈し、細胞周期のG1期に停止していることが分かった。さらに本研究では、この細胞周期の停止がRasシグナルと協調することでUpdの発現を誘発し、これにより周辺細胞の細胞非自律的増殖を亢進させることを明らかにした(^*Nakamura, ^*Ohsawa and Igaki ;投稿準備中(^*equally contributed))。上皮組織における細胞非自律的増殖を引き起こす現象として「細胞老化」を同定するとともに、そのメカニズムの詳細を明らかにすることに成功した。本研究により明らかとなった分子機構が個体発生で活性化される時期・場所を同定することで、細胞間コミュニケーションを介した組織成長制御の理解に迫る。平成24年度は、細胞非自律的な増殖を引き起こす遺伝子群を遺伝学的スクリーニングにより網羅的に探索した。具体的には、ショウジョウバエ成虫原基の上皮組織においてがん遺伝子Rasを活性化した細胞群を誘導し、これらの変異細胞に対してさらなる突然変異を導入することで、変異細胞自身ではなくその周囲の正常細胞の増殖が誘発する突然変異体(nag, non-autonomous growth)を単離・同定した。その結果、興味深いことに単離された多数のnag変異体がミトコンドリァ呼吸鎖複合体に関わる一連の遺伝子群をコードしていることが明らかとなった。このことは、Rasシグナルの活性化とミトコンドリァの機能障害が協調することで、Rasの本来の増殖シグナルが細胞非自律的な増殖シグナルへと変換されることを意味している。そこで我々は、このようなミトコンドリア機能障害を介した増殖シグナル変換機構を遺伝学的に解析した。その結果、Rasシグナルとミトコンドリアの機能障害が協調すると(1)酸化ストレスが引き起こされてJNKシグナルが活性化すること、さらに(2)このJNKシグナルがRasシグナルと協調することでがん抑制経路Hippo経路が不活化されて分泌性因子UpdやWgが発現・分泌し、これにより周囲細胞の過剰な増殖が誘発されることが明らかとなった。上記遺伝学的スクリーニングが予想以上のスピードで進行し、細胞非自律的増殖を引き起こす一連のnag異体を単離することに成功した。

さらに、ミトコンドリアの機能障害がRasの活性化が同時に起こることで細胞非自律的な増殖が誘導されることとその分子メカニズムの一端を明らかにすることに成功した。上皮組織における細胞非自律的増殖を引き起こす現象として「細胞老化」を同定するとともに、そのメカニズムの詳細を明らかにすることに成功した。細胞非自律的増殖を制御する遺伝子群をターゲットとした第2の遺伝学的スクリーニングを展開することで、ミトコンドリア機能障害とRasの活性化により引き起こされる細胞非自律的増殖の分子基盤を明らかにする。また、ミトコンドリア呼吸鎖複合体以外をコードする他の,変異体についても同時に解析を進める。これらの解析から得られた結果を統合して細胞間コミュニケーション機構を介した組織成長制御機構の理解を目指す。本研究により明らかとなった分子機構が個体発生で活性化される時期・場所を同定することで、細胞間コミュニケーションを介した組織成長制御の理解に迫る。
トポロジカルポンピング現象の冷却原子を用いた新展開

1983年に、サウレスは一次元格子上の電子気体系においてポテンシャルを周期的に断熱変化させたとき、一周期後の電荷の移動量が量子化され、それがトポロジカル不変量であることを最初に見出した。我々は二つの波長を重ね合わせた光超格子系の制御性の高さを最大限に駆使して、そのパラメーターを断熱的に変化させることで、世界で初めてサウレスのトポロジカルチャージポンピングを実現することに成功した。本研究では、これをさらに発展させ、トポロジカル量子物質の物理に新たな展開をもたらすことを研究の目的とした。より具体的には、冷却イッテルビウム原子を対象とした。これにより、その豊富な同位体を利用することが可能になる。さらに、原子間相互作用や不純物やランダムポテンシャルに対する、トポロジカルポンピングの堅牢性を明らかにすることを目的として設定した。本年度の研究実績として、上記の研究目的に向けて、概ね順調に研究を進めることができ、具体的には、以下のような成果を得ることができた。まず、1)ライス・メーレモデルの光格子の周期と異なる周期の光格子を強度を制御して加えることによって準周期ポテンシャルによる乱れポテンシャルを制御された状態で導入したうえでトポロジカルチャージポンピングを行い、堅牢性を再確認することに成功した。2)それと同時に、この振る舞いと数値計算と比較して、実験結果との定量的一致を得ることに成功した。特に、エネルギーギャップの考察から、観測された振る舞いが、乱れポテンシャルによって誘起されたトポロジカル相転移である可能性を強く示唆することが明らかになった。29年度が最終年度であるため、記入しない。これにより、その豊富な内部自由度を利用することが可能になる。特に、電子軌道状態を実効的なスピン自由度とみなした“スピン"ポンピングを実現することを目指して研究を開始した。まず、スピンポンピングを実現するための、具体的な光超格子の配置を確定し、そのための準備をすすめた。さらに、原子間相互作用が異なる同位体に対して同様のトポロジカルチャージポンピングを行い、堅牢性を確認した。さらに、乱れポテンシャルを導入したうえでトポロジカルチャージポンピングを行い、堅牢性を確認した。上記に記載の通り、概ね順調に研究を進めることができた。具体的には、まず、スピンポンピングを実現するための、具体的な光超格子の配置を確定し、そのための準備をすすめた。イッテルビウム原子を用いることにより、その豊富な内部自由度を有効に活用できるという可能性を追求した結果、電子基底状態1S0をスピンダウン、準安定電子励起状態3P2をスピンアップ、とするアイデアを着想し、そのための、具体的な光超格子の配置を考案した。これまで実験で用いた171Yb原子は、ほとんど相互作用のない系とみなすことができ、理想的なトポロジカルチャージポンピングを実現できた。イッテルビウム原子には、このほかに、斥力相互作用する別のフェルミ同位体173Ybがあり、さらに、171Ybと173Ybの間には引力相互作用が働く。これらの同位体についても同様に、超低温の原子集団を容易して、トポロジカルチャージポンピングを行い、堅牢性を確認した。798nmの波長の光格子を、現有の光超格子に45度傾けて導入することで、この波長がもともとの光超格子の格子定数に対して非整数となっているため、準周期ポテンシャルとして働き、有限系であるため、実質的な乱れポテンシャルとして機能する。この乱れポテンシャルの大きさを変えながら、同様にトポロジカルチャージポンピングを行い、長い格子定数をもった光格子のポテンシャルの深さ以下の場合に、堅牢性を確認した。

これにより、その豊富な同位体を利用することが可能になる。さらに、原子間相互作用や不純物やランダムポテンシャルに対する、トポロジカルポンピングの堅牢性を明らかにすることを目的として設定した。本年度の研究実績として、上記の研究目的に向けて、概ね順調に研究を進めることができ、具体的には、以下のような成果を得ることができた。まず、1)ライス・メーレモデルの光格子の周期と異なる周期の光格子を強度を制御して加えることによって準周期ポテンシャルによる乱れポテンシャルを制御された状態で導入したうえでトポロジカルチャージポンピングを行い、堅牢性を再確認することに成功した。2)それと同時に、この振る舞いと数値計算と比較して、実験結果との定量的一致を得ることに成功した。特に、エネルギーギャップの考察から、観測された振る舞いが、乱れポテンシャルによって誘起されたトポロジカル相転移である可能性を強く示唆することが明らかになった。これまでに我々が実現した、光超格子を動的に制御することによる、トポロジカルチャージポンピングの研究をさらに発展させる。ほとんど相互作用しないフェルミ同位体171Ybのフェルミ縮退原子気体、および、斥力相互作用するフェルミ同位体173Ybのフェルミ縮退原子気体、および引力相互作用する同位体のペアである、171Ybと173Ybの混合フェルミ縮退原子気体を、それぞれ生成し、そこに光超格子ポテンシャルを印加し、周期的かつ断熱的に変化させ、チャージポンピングを誘起する。この時、観測されたチャージポンピングの堅牢性を様々な観点から確認する。まず、上記のように準備した系の比較実験により、粒子間相互作用に対する堅牢性をこれまでより定量的に評価する。特に、斥力相互作用する系において、光超格子ポテンシャルの深さよりも相互作用の方が常に大きくなるような配置でチャージポンピングを行い、イオンニック相への相転移の影響を確認する。このとき、チャージポンピングが大きく抑制されることが期待される。また、ランダムポテンシャルに対する依存性を明らかにする。トポロジカルポンピングが、この摂動に対してどの程度ロバストであるかを実験的に定量的に明らかにし、理論的に考察を進める。さらに、実効的に導入したスピン自由度に対して、トポロジカルスピンポンピングを実現することを目指す。特に、スピンダウンとスピンアップに対して、スピン依存性があるポテンシャルを構成する必要がある。我々は、これを、752nmの波長の光格子を現有のシステムに加えることによって実現できることを見出し、この波長の光源を実際に準備して、実際にこれまで光格子の影響を原子を用いて確認することができた。これをさらに進める。29年度が最終年度であるため、記入しない。
低速陽電子パルス・レーザー複合照射による高分子内自由体積の研究

ポジトロニウムと物質との相互作用を、短パルス陽電子ビームとレーザーを用いて調べることを主目的とし、これまで高密度短パルス陽電子ビームの生成と高計数率を有する短パルス陽電子ビームの生成を2台の電子線形加速器を用いてそれぞれ行ってきた。一方、レーザーとの同期については同期実験用パルス発生器を作り、短パルス陽電子ビームが得られれば、実験できる状態にある。高密度短パルス陽電子ビームを生成する目的は、物質中でのポジトロニウムを極短パルスレーザー(≦50fs)を用いて励起し、脱励起に伴う光のエネルギーを測定することで、物質中のポジトロニウムの状態を知ることである。現有のLバンド電子ライナック(最大エネルギー38MeV,パルス幅20ps)を利用した装置の設計・製作・実験を行った。この結果、陽電子ビーム像については陽電子生成部から同時に来る電子の影響で、明瞭に観測できなかったが、エネルギースペクトル測定から目的とする陽電子量はパルスあたり約2500個、また時間幅は約20ns(半値幅)であることがわかった。これらは計算結果と比較すると著しく悪く、これは陽電子ビーム像が確認できなかったことが最大の原因だと考えられる。Sバンド電子ライナックを用いた、通常の陽電子パルスビームを用いた実験では、物質を構成する分子をレーザーを用いて選択的に励起することで、ポジトロニウムが特定分子と選択的に消滅していくかどうかなど、陽電子の消滅過程を調べることができ、興味深い。この目的に対して装置の改良を行った結果、時間幅約370psの陽電子パルスビームを得ることができた。このような目的には試料として構造の揃っている高分子膜や誘導体などがよいため、これらについて、まず陽電子寿命測定など、消滅γ線計測を行っており、今後レーザーとの複合利用を行う予定である。本年度の目標は短パルス陽電子ビームの生成、及びレーザーとの同期システムの構築であった。このうち同期システムについては、陽電子ビームとレーザーとの同期を取るためには、パルス化させるためのチョッパーにレーザーを同期させ、且つこれらの時間差を任意に設定する必要があるため、新たにトリガジェネレーターを購入した。レーザーについてはチタンサファイアレーザーを用いる予定であったが、手軽に操作できる半導体レーザーを用いてシステムの構築を行った。このレーザーのパルス幅は50ps以下と時間幅では問題がないが、発振波長は可視光域であるため、ポジトロニウムを直接励起することはできない。しかし、物質を励起することは可能であり、これによりポジトロニウムと物質との相互作用を陽電子寿命測定法などを用いて調べることはできる。一方、短パルス陽電子ビームの生成も行った。陽電子ビームの短パルス化に先立ち、陽電子ビームの蓄積には成功したが、短パルス化された陽電子ビームのパルス幅は約1nsであった。これまではまだ実際の利用に対しては不十分であるため、装置の改良を試みた。改良の指針を得るために、パルス化過程の数値計算を行い、実験結果と比較した結果,ほぼ実験結果を反映していることを確かめた。そこで、よりパルス幅の小さいビームを得るために、最適な印加電圧や電極配置を数値計算を行うことにより求めた。また実際の印加電圧波形の歪等も調べた。その結果、更に時間分解能を向上させるには電極系でのインピーダンス整合の調整、印加電圧を上げることが必要であることがわかった。これに基づき装置の改良を行っているところである。本研究では陽電子密度の高いパルスビームの生成を行い物質に入射し、生成されるポジトロニウムを極短パルスレーザー(≦50fs)を用いて励起し、脱励起に伴う光のエネルギーを測定することで、物質中のポジトロニウムの状態を知る手がかりとすることが主目的である。

このためには高密度陽電子パルスビームの生成が重要課題となる。これまでの検討結果から、阪大・産研・放射線実験所で稼動しているLバンドライナックのシングルモード(エネルギー27MeV,パルス幅20ps)を利用することが適当と判断し、本年度は数値計算により生成される陽電子パルスビームの陽電子量、パルス幅を評価した。この結果約200psの範囲内に75000個程度の陽電子を得ることが可能であるという結果を得た。これを踏まえ実際の装置設計を行った。レーザーについては既存のチタンサファイアレーザーが稼動しており、同期回路系はすでに前年度購入しており、装置の製作が終わり次第実験を行う予定である。一方、通常の陽電子パルスビームを用いた同期実験においても、物質を構成する分子をレーザー(この場合装置上の制約があるため半導体レーザーを想定している)を用いて選択的に励起することで、陽電子の消滅過程を調べることができ、興味深い結果が得られるものと考えられる。このための装置開発も行っている。本年度はRFアンプの変更や伝送系の整備を行い、時間幅約550psの陽電子パルスビーを得ることができた。しかし、このパルス幅ではまだ不十分であり、またバックグラウンドが高いという問題もあるため、この原因究明を行い現在装置の改良を試みているところである。ポジトロニウムと物質との相互作用を調べることを主目的とし、これまで高密度短パルス陽電子ビームの生成と高計数率を有する短パルス陽電子ビームの生成を2台の電子線形加速器を用いてそれぞれ行ってきた。一方、レーザーとの同期については同期システムを作り、短パルス陽電子ビームが得られれば、実験できる状態にある。高密度短パルス陽電子ビームを生成する目的は、物質中でのポジトロニウムを極短パルスレーザー(≦50fs)を用いて励起し、脱励起に伴う光のエネルギーを測定することで、物質中のポジトロニウムの状態を知ることである。本年度は、前年度行った現有のLバンド電子ライナック(エネルギー27MeV,パルス幅20ps,90nC)を利用した装置設計を基に、装置の製作・実験を行った。実験はMCPでの像の確認とBaF2シンチレーターを用いたエネルギースペクトル測定及び、511keVγ線の光電ピークの時間分布測定を試みた。このうち、エネルギースペクトル測定では消滅γ線の光電ピークの測定でき、陽電子ビームが輸送されていることはわかったが、陽電子ビーム像については陽電子生成部から同時に来る電子の影響で、明瞭に観測できなかった。また、時間分布測定によるは陽電子ビームのパルス幅の計測は現在行っているところである。Sバンド電子ライナックを用いた、通常の陽電子パルスビームを用いた実験では、物質を構成する分子をレーザーを用いて選択的に励起することで、ポジトロニウムが特定分子と選択的に消滅していくかどうかなど、陽電子の消滅過程を調べることができ、興味深い。この目的に対して本年度は、前年度に引き続き装置の改良を行った結果、時間幅約370psの陽電子パルスビーを得ることができた。このような目的には試料として構造の揃っている高分子膜や誘導体などがよいため、これらについて、まず陽電子寿命測定など、消滅γ線計測を行った。
Comprehensive analysis and biomarker identification of osteoarthritis

このプロジェクトの目的は、軟骨と軟骨下骨の両方における変形性関節症の疾患の進行中にメチル化の変化を同定することでした。メチル化プロファイリングは、軟骨下骨と軟骨の両方からの96データポイントの合計12人の患者で行いました。私たちは、メチル化pattersは、これら2つの組織で異なっていたことがわかりました。データは、軟骨下骨におけるメチル化の変化は、軟骨の前に起こることを示唆しました。遺伝子発現の複雑な調節を示す遺伝子発現の変化をもたらしていないすべてのメチル化の変化。我々はまた、そのような強く疾患の後期段階中の修理の再生を指示するホメオボックス遺伝子などの多くの転写因子を同定します。
失行患者は何ができて何ができないのか？―損傷機能についての運動計算論的アプローチ

本研究では,脳損傷患者における運動障害メカニズムの解明を目指して,運動の定量的な計測およびそれに基づいた理論的示唆を得ることを目的とした。この研究に関して,大きく分けて2つの成果を得た。まず,自発的に生じる身体を用いた書字運動行為は,筋感覚的なフィードバックではなく,視覚フィードバックを作り出すことためにであることを示唆した。ふたつめは,運動を学習する上では,速度と精度のふたつのトレードオフは存在せず,それぞれが独立なパラメーターとして制御される可能性を示した。これらの知見は,失行患者や失書患者に対するリハビリテーションを考える際に理論的に大きな意義があると考えられる。本研究では,失書患者の書字運動を解析し,健常者との定量的な比較を行うことを目的とした。また,それらの実験データに基づいて,躍度最小モデルに基づいた経由点を算出することを目的とした。実験としては,矢状面における道具使用課題を使用した。これは,実験参加者がハンマーを使用する動作を,道具・対象なしで模倣する条件,道具あり・対象なしで使用する条件,道具・対象ありで使用する条件の3条件で,その運動軌道および運動に関わる筋活動を比較するものであった。現在,この課題に関して,光学式モーショントラッカーおよびワイヤレス筋電図計を用いて健常者および高齢健常者(平均年齢躍80歳)を対象に予備的なデータを取得した段階である。3次元軌道に関する解析の結果,対象の有無が,道具そのものの有無よりも道具使用運動に大きく影響を与える可能性が示された。この結果を,さらに筋電図を用いた解析および躍度最小モデルを用いた経由点推定に基づいて詳細に解析する予定である。また,模倣課題において,視覚的な認知がうまくいかない場合には,健常者であっても脳損傷患者に観察されるような特異的な腕の動きを見せることが明らかになった。この結果は非常に驚くべき結果であり,さらなる検討を深める必要がある。さらに,28年度以降の研究の基礎的検討として,健常者および健常高齢者における運動学習を,内部モデルの観点から検討を行っている。脳損傷患者に対する測定を実施できていない点で計画に遅れが生じている。ただし,高齢健常者における新たな知見に対する検討を優先して行っている。本研究では,脳損傷患者および健常者の書字運動を解析し,定量的な比較を行うことを目的とした。実験では,5日間の新規な文字に対する書字運動学習を,トレードオフの観点から検討した。実験には,WACOMタブレットを用い,そのペン先の動きを計測した。運動学習の指標として,ペン先の軌道とお手本軌道との誤差,起動のばらつき,接線方向の速度における局所最小点の数を算出した。さらに,学習をしない条件における成績を基にして,トレードオフの観点から新たな指標を作成した。実験条件として,できるだけ早く正確に運動を目指して学習を進める群と,毎回同じ運動時間のもと,できるだけ正確に運動をおこなう群を用意し,その学習効率を比較した。実験の結果,2つの学習条件間で,異なる学習のプロセスがみられた。共通点としては,局所最小点の3次元的位置は学習に従ってある場所へ収束していく傾向が見られたことである。軌道のばらつきや正確さは,運動時間を決めている条件のみで低下し,できるだけ早く運動をおこなう条件では,低下が見られなかった。運動を早くおこなう条件では,運動時間が短くなり,その結果,局所最低点の数も減少した。これは,運動がなめらかになっていったことを意味する。このような研究は,訓練を繰り返していれば,速さも正確さも付いてくる,という考え方は間違いであることを示している。この知見は,脳損傷患者におけるリハビリテーションを効率的に進めるために大きな意味を持つ。すなわち,運動を速くおこなう訓練をおこなうことでは,正確さは身につかない。そのため,正確さが要求されるタスクにおいては,同じ速度で運動をおこなう訓練を繰り返すべきであることが示唆される。現在は,高齢者を対象として,失行症得点と基礎的な運動の特性の相関を調べる研究を重点的に進めている。脳損傷患者の参加者を多く取れる見込みが現状ではないため,少数例報告に切り替えて発表をおこなっていく。このような対策は,当初の研究計画に含まれているため,研究実施にかんする遅れや問題はない。本研究では,失書患者における書字運動障害メカニズムの解明を目指して,書字運動の定量的な計測およびそれに基づいた理論的示唆を得ることを目的とした。この研究に関して,研究機関中に大きく分けて2つの成果を得た。ひとつめは,書字運動における視覚的なフィードバックの役割である(Itaguchi, Fukuzawa et al. 2015, PLoSONE; Itaguchi, Fukuzawa et al. 2017, PLoS ONE)。すなわち,私たちが繰り返して書くことによって学ぶ書字行動であるが,その運動的な記憶よりも,視覚的な情報の方が文字を形作る上では重要であることが示唆された。この発見は,失書患者における書字運動障害は,“運動記憶"の喪失というよりは,視覚的な記憶の喪失と捉えるほうが理にかなっていることを意味し,従来理論に対して大きな疑問を投げかける意義があった。同様の結果は,書き間違いの研究からも示唆された(Yamada, Fukuzawa et al. 2017, Proceedings of AAID)。高齢者および失語患者における研究成果は現在投稿準備中である。

ふたつめは,書字運動を学習する上では,運動の速度と精度のふたつのトレードオフは存在せず,それぞれが独立なパラメーターとして制御される可能性である。そのため,従来理論で考えられていたようなトレードオフは,運動制御そのものの特性ではなく,アテンションの問題に帰す可能性がある。この可能性は,失書患者に対するリハビリテーションを考える際には理論的に大きな意義がある。本研究では,脳損傷患者における運動障害メカニズムの解明を目指して,運動の定量的な計測およびそれに基づいた理論的示唆を得ることを目的とした。この研究に関して,大きく分けて2つの成果を得た。まず,自発的に生じる身体を用いた書字運動行為は,筋感覚的なフィードバックではなく,視覚フィードバックを作り出すことためにであることを示唆した。ふたつめは,運動を学習する上では,速度と精度のふたつのトレードオフは存在せず,それぞれが独立なパラメーターとして制御される可能性を示した。これらの知見は,失行患者や失書患者に対するリハビリテーションを考える際に理論的に大きな意義があると考えられる。現在,躍度最小モデルに基づく経由点推定プログラムを作成中であり,このプログラム完成後,当該年度データの再解析をおこなう。また,当該年度においてリハビリプログラムと運動学習の基礎的な関係についての理論的検討をおこなったため,28,29年度の今後の計画をスムーズに行えると考える。そのため,大きな研究計画はない。躍度最小モデルに基づく経由点推定プログラムを完成させた。このプログラムを用いて,研究中のデータの再解析をおこなう。また,本年度において運動学習における拘束条件が果たす役割について,十分な知見が得られたため,これを基に脳損傷患者および高齢者に対する検討を進めていく。脳損傷患者に対する研究は少数例報告としてまとめる。健常高齢者を対象とした研究は,まとまったサンプル数が得られる見込みがたったため,少数例報告ではなく,統計的な解析に基づいた集団報告とする。認知神経心理学旅費に関して,年度末の決算に間に合わないものがあったため,繰越が生じた。さらに,年度末の研究打ち合わせに関して不確定な要素があったことも,繰越が生じた原因となった。これらはどちらも,研究遂行には影響がない。実験の被験者謝礼,および論文の英語校閲に関する予算について,年度末の決算に間に合わないものがあったため,繰越が生じた。一部は,既に旅費として計上されているため,使用計画には影響はない。残りの予算は,用品(測定機器)購入にの一部に充てる計画を既に立てている。予定通り,被験者謝礼および論文の英語校閲に使用する。
7世紀東アジアにおける阿弥陀如来像の研究

本研究では、7世紀中国・韓国・日本の阿弥陀造像を主な対象とした、広いフィールドを規定している。阿弥陀浄土教が大成された同時期中国の造像活動や図像的特徴などに注目しながら、その韓国、日本に与えた影響を跡付けることを目的とした。研究課題としたことは、一つは7世紀に流布した特徴的な図像である「阿弥陀仏五十菩薩像」の造像背景あるいは来源を探ることである。これについては、前年度までの調査実績も合わせて、日韓中の関連作例を広く調査できた。合わせて、中国南北朝末期初唐にいたる北朝地域の仏教活動に注目し、いわゆる末法思想の興起や、それに伴う様々な造像活動を調査した。同時代には、『無量寿経』や『観無量寿仏経』などに依拠した図像の作例があり、それらについては先論があるものの、初唐盛唐期に完成を見る阿弥陀浄土教美術のバリエーションからしてみれば、未だ解明されない部分は多い。今回対象とした「阿弥陀仏五十菩薩像」の図像も、作例の比較検討を通じて、そうした北斉唐へと展開する造像流行の中で生み出された可能性が考えられ、浄土教美術発展の一場面を解明しえたと考えている。いま一つの課題は、阿弥陀浄土の図像に顕著である蓮華のモチーフの広がりを探ることで、観覧者が受ける浄土イメージの実態を探ることであった。蓮華のモチーフ、また同根の蓮華の茎を縦横に伸ばして繁茂させる表現は、元はインド美術に見られる生命の表現であった。こうした表現は南北朝以降の中国で徐々に表れており、中国では特にこれが浄土教美術において欠かせない要素となったことは明らかである。関連する作例が多岐にわたるため、成果の構築が難しい課題であったが、関連作例の文献資料などから、成果の発表を期している最中である。これらは一方では往生のイメージ、あるいは仏法の揺るぎない連続性の象徴として認識されたと思われる。研究代表者は、主に7世紀の中国、韓国、日本における阿弥陀如来の造像を研究対象としている。21年度は、当該補助金の交付を受け、主に中国の重要作例について機会を設けて実見調査し、併せて研究遂行上必要となる書籍の収集や機材の購入を行った。交付時提出の計画書の通り、21年度には中国河南省洛陽市龍門石窟の調査に及んだ。仏教美術の宝庫として著名な同石窟には、研究代表者が主題とする7世紀後半の仏教美術作例が多数残され、なかには阿弥陀如来の作例が数多く認められる。石窟という空間構造上、その各壁の構成や詳細な図様は、出版されている書籍の図版では十分な理解が難しく、是非とも実地での調査が必要であった。調査の結果、阿弥陀仏五十菩薩像などの典型的な図像が、同時期にも関わらずいくつかのバリエーションを伴って展開する様相を確認できた。これについては、今後研究成果としてまとめる予定である。洛陽は一地域ではあるが唐代にはいわば副都であり、都長安に程近い当地の図像展開を知ることは大変有意義であった。当該補助金による支出とは直接関係ないものの、研究代表者は同年度、中国四川省における実地調査も行った。いわゆる関中である洛陽地域と、その南部に位置する四川地域の作例を比較することは、当代の阿弥陀如来造像のあり方を知るには不可欠である。龍門石窟に比肩しうる四川地域の豊富な実作例については、今後も調査を進めたい。これらの調査によって収集した資料をもとに、研究成果を提出する予定である。現在出版予定の原稿を除けば、本年度に提出した成果としては、論文「山景をそなえた阿弥陀仏五十菩薩像について」(『密教図像』第28号、2009年12月)がある。7世紀の作例や経典の記述を例示しながち、山景と阿弥陀浄土の関係を論じた文章で、研究テーマの一部として執筆したものである。

こうした表現は南北朝以降の中国で徐々に表れており、中国では特にこれが浄土教美術において欠かせない要素となったことは明らかである。関連する作例が多岐にわたるため、成果の構築が難しい課題であったが、関連作例の文献資料などから、成果の発表を期している最中である。これらは一方では往生のイメージ、あるいは仏法の揺るぎない連続性の象徴として認識されたと思われる。
機械学習を用いた軌道予防保全システムの構築と評価

鉄道において軌道とは,列車荷重を支持・案内し,列車を円滑に走行させるための重要な要素である.鉄道を安全かつ快適に走行させるためには,軌道の維持管理および予防保全が重要であり,高頻度で監視する事が望ましい.軌道不整の検測に専用検測車を用いる鉄道事業者は多いが,費用や人員の理由により,十分な検査を行えない地方鉄道事業者も多い.そのため,軌道状態を安価で常時診断ができる軌道状態診断システムが開発されている.本システムはセンサ類,GPSなどで構成された車体動揺計測装置と軌道状態を診断する診断ソフトで構成され,営業車体の動揺を自動で計測する.測定データは携帯電話回線によりサーバーに転送され,解析ソフトにより軌道状態に関する評価値を算出することで診断を行う.本研究では,軌道不整に関する異常の検出および種別の自動化を目的として,機械学習を導入することで車体動揺から軌道状態を自動的に診断する自動診断アルゴリズムを構築した.さらに鉄道走行シミュレーションを用いて,構築したアルゴリズムの検証を行った.さらに,実際の地方鉄道路線に適用して軌道状態の診断可能性を検討した.SIMPACKを用いた鉄道走行シミュレーションにより,軌道不整の進展が車体動揺に及ぼす結果を解析し,特徴量を抽出することで,機械学習を用いた自動診断アルゴリズムを構築した.構築した自動診断アルゴリズムを用いて,シミュレーションにより生成した車体動揺から軌道異常検出を行なった.さらに,実際の地方鉄道の軌道状態の診断可能性を検討した.その結果,自動診断アルゴリズムによって,実測の車体動揺から高低不整,通り不整,水準不整について,異常を自動的に検出できることを示した.1.自動診断アルゴリズムによって,実測の車体動揺から高低不整,通り不整,水準不整について,異常を自動的に検出できることを示した.2.国内および海外での学会において成果を発表し,高い評価を得ている.本年度は,さらに多くのデータを用いて診断システムの有効性を検証する.また,異常の程度について評価するアルゴリズムの構築を行い,提案手法による診断結果と実際の軌道状態との照合を行い,有効性の評価とアルゴリズムの改良を行う予定である.鉄道において軌道とは,列車荷重を支持・案内し,列車を円滑に走行させるための重要な要素である.鉄道を安全かつ快適に走行させるためには,軌道の維持管理及び予防保全が必要不可欠であり,高頻度で監視する事が望ましい.特に軌道に生じる数ミリの上下左右の曲がりを軌道不整といい,これは車両の乗り心地と安全性に密接に関係する.大半の鉄道事業者は専用検測車を用いて軌道不整の検測を行っているが,地方鉄道の現状はこのような軌道検査に掛かる費用や人員などの理由により,十分な検査を行えない事業者も多い.そのため,センサ類,GPSなどで構成された小型プローブ診断装置を用いることで,軌道状態を安価で常時診断ができるシステムが開発されている。現在のシステムは評価値の算出を手作業で行う必要があり,自動収集した大量のデータに対応ために,軌道状態の診断・予測の自動化が必要となる.本研究では,軌道不整の検出および軌道不整の種別の特定を自動化するために,機械学習を導入し,車体動揺から軌道状態を自動的に診断するアルゴリズムを構築する.さらに構築したアルゴリズムを用いて,シミュレーションによる検証を行う.さらに,実際の地方鉄道の軌道状態の診断可能性を検討する.本年度においては,SIMPACKを用いた鉄道走行シミュレーションにより,軌道不整の進展が車体動揺に及ぼす結果を解析し,特徴量を抽出することで,機械学習による軌道状態診断アルゴリズムを構築した.構築したアルゴリズムを用いて,シミュレーションにより生成した車両動揺から軌道異常検出を行なった.さらに,実際の地方鉄道の軌道状態の診断可能性を検討したその結果,構築したアルゴリズムによって,実測の車両動揺から高低不整,通り不整,水準不整について,異常を自動的に検出できることを示した.SIMPACKを用いた鉄道走行シミュレーションにより,軌道不整の進展が車体動揺に及ぼす結果を解析し,特徴量を抽出することで,機械学習による軌道状態診断アルゴリズムを構築した.構築したアルゴリズムを用いて,シミュレーションにより生成した車両動揺から軌道異常検出を行なった.さらに,実際の地方鉄道の軌道状態の診断可能性を検討したその結果,構築したアルゴリズムによって,実測の車両動揺から高低不整,通り不整,水準不整について,異常を自動的に検出できることを示した.これらの内容から,概ね順調に進展していると判断できる.鉄道において軌道とは,列車荷重を支持・案内し,列車を円滑に走行させるための重要な要素である.鉄道を安全かつ快適に走行させるためには,軌道の維持管理および予防保全が重要であり,高頻度で監視する事が望ましい.軌道不整の検測に専用検測車を用いる鉄道事業者は多いが,費用や人員の理由により,十分な検査を行えない地方鉄道事業者も多い.そのため,軌道状態を安価で常時診断ができる軌道状態診断システムが開発されている.本システムはセンサ類,GPSなどで構成された車体動揺計測装置と軌道状態を診断する診断ソフトで構成され,営業車体の動揺を自動で計測する.測定データは携帯電話回線によりサーバーに転送され,解析ソフトにより軌道状態に関する評価値を算出することで診断を行う.本研究では,軌道不整に関する異常の検出および種別の自動化を目的として,機械学習を導入することで車体動揺から軌道状態を自動的に診断する自動診断アルゴリズムを構築した.さらに鉄道走行シミュレーションを用いて,構築したアルゴリズムの検証を行った.さらに,実際の地方鉄道路線に適用して軌道状態の診断可能性を検討した.

SIMPACKを用いた鉄道走行シミュレーションにより,軌道不整の進展が車体動揺に及ぼす結果を解析し,特徴量を抽出することで,機械学習を用いた自動診断アルゴリズムを構築した.構築した自動診断アルゴリズムを用いて,シミュレーションにより生成した車体動揺から軌道異常検出を行なった.さらに,実際の地方鉄道の軌道状態の診断可能性を検討した.その結果,自動診断アルゴリズムによって,実測の車体動揺から高低不整,通り不整,水準不整について,異常を自動的に検出できることを示した.1.自動診断アルゴリズムによって,実測の車体動揺から高低不整,通り不整,水準不整について,異常を自動的に検出できることを示した.2.国内および海外での学会において成果を発表し,高い評価を得ている.下記を今後の推進方策と考えている1)より検出精度の高い,機械学習アルゴリズムの開発2)地方鉄道の現場において実際に発生している,軌道異常と検出結果の突き合わせ.3)地方鉄道保守担当者へのフィードバックと継続的なモニタリングの実施本年度は,さらに多くのデータを用いて診断システムの有効性を検証する.また,異常の程度について評価するアルゴリズムの構築を行い,提案手法による診断結果と実際の軌道状態との照合を行い,有効性の評価とアルゴリズムの改良を行う予定である.次年度使用額が生じた理由:1.山形鉄道での現地調査が,鉄道事業者の都合により平成30年度に延期されたため.2.上記の影響により,解析結果とレール状態の紐付け作業を平成30年度に実施することになったため.使用計画:1.現地調査用旅費,2.解析作業用人件費,謝金実測データから推定した軌道状態を,現場で確認することを鉄道事業者(山形鉄道,銚子電鉄)の協力を得て実施する予定であったが,鉄道事業者の社内事情により,2019年度に実施することになった.山形鉄道,銚子電鉄における実地調査については,2019年度に実施し,検証を行う予定である.
誘導結合プラズマの周波数制御の二次元モデル解析

2個ないし3個のコイルに僅かに周波数の異なる電流を与えることにより誘導結合型プラズマリアクターを制御し、プラズマプロセスの大面積化を図る方法について、その可能性を計算機シミュレーションにより検討した。その結果、本研究で提案する制御方法は原理的に実行可能であることが示された。本シミュレーションでは、複数の周波数の相互作用により生じるうなりモードとラスタモードの違いが認識された。うなりモードはパルス的で、2つのコイルのみを用いて異なる周波数の電流を通じた場合に生じる。一方のラスタモードは、3つ以上のコイルを用いた場合に生じ、不安定なモードが発生しうる。周波数や電流値などの変数空間から安定な運転条件を求めるためのモードダイアグラムを算定し、その成果を業績欄の論文として公表した。本論文および学会等における討論の結果、米国内のグループにより本制御法の実験的な検証を試みるにいたっている。