hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
アクチビンのシグナル伝達制御と器官形成

TGF-βファミリーに属するアクチビンは中胚葉誘導活性を有する細胞増殖因子である。細胞膜を境にして細胞の内側と外側で複雑に調節を受けているアクチビンシグナル伝達系が、各種器官形成過程においてどのように制御されているかを明らかにすることを目的とした。アクチビンの細胞内シグナル伝達因子の1つであるSmad3ノックアウトマウスに歯牙形成異常があることを見い出した。Smad3(-/-)マウスの下顎骨切歯のエナメルの厚さには変化はないが、下顎骨門歯のエナメル形成に顕著な異常が認められた。また、ミクロCT解析により、切歯、門歯ともにミネラル形成が顕著に低下していることが分かった。Smad3が歯牙形成において、エナメル形成、ミネラル化に関与することが示唆された。骨格筋形成の負の制御因子であるマイオスタチン(GDF8)の新規フォリスタチン様因子(FLRG)を用いて、筋肉量の調節機構の解明に取り組んでいる。FLRG抗体を用いてFLRGの血液中での存在様式を検討したところ、血液中のFLRGは主としてマイオスタチンと結合して存在していることが分かった。そこで、FLRGが骨格筋に特異的に発現するトランスジェニック(TG)マウスを作製し、そのin vivo系での作用を検討した。MLC(ミオシン軽鎖プロモーター)の下流にFLRG cDNAを組み込み、数系統のラインを取得した。いずれのTGマウスも上碗三頭筋などにおいて2倍程度の筋肉量の増加が見られた。さらに、フォリスタチン分子中に存在する3個のFSドメインの組み合わせや配列順序を変異させることにより、アクチビンへの親和性が低下し、マイオスタチンにより特異的に結合するフォリスタチン変異体蛋白分子の作製に成功した。ついで、FLRGの場合と同様に、本変異体の骨格筋特異的発現TGマウスを作出した。現在、その表現型を詳細に解析している。本研究は、アクチビンの各種アイソフォーム、I型及びII型受容体の組み合わせ、受容体細胞内領域との会合分子、アクチビン結合蛋白質分子などにより、アクチビンのシグナル伝達系が調節を受けている仕組みを分子レベルで理解することを目的とする。本年度得られた結果を要約する。(1)アクチビンII型受容体の細胞内領域と結合するPDZ蛋白質群ARIPのアクチビンシグナル伝達における役割を解析した。ARIP2がアクチビン刺激によるCa依存的なRal/RalBP1系の活性化に伴いII型受容体のエンドサイトーシスを促進することを明らかにした。また、ARIP2のスプライシングバリアントARIPzipはアクチビンII型受容体の細胞膜へのターゲッティングに関与する知見を得ている。アクチビンのB細胞アポトーシス誘導はDok-1(rasGAP結合蛋白質)を介することを明らかにした。Dok-1は各種アポトーシス関連因子、bcl-X、p21などの発現をアクチビン刺激依存的に調節している可能性を示した。(2)オーファン受容体として同定していたSer/Thrキナーゼ1型受容体ALK7の膵β細胞の分化における役割について検討を加えた。膵島β細胞MIN6にALK7あるいはALK4(アクチビンI型受容体)を過剰発現させ、各種アクチビンアイソフォームの反応性をCAGA-luxレポーターアッセイにより検討した。その結果、ALK7はアクチビンBの、ALK4はアクチビンAのI型受容体であることが判明した。さらに、アクチビンABはALK7及びALK4のいずれをもI型受容体として利用していることが分かった。(3)FLRGはフォリスタチンと類似したドメイン構造を有している。ヒトFLRGはアクチビン、BMP以外に、GDF8(myostatin)及びGDF11(BMP11)の作用も強く阻害することが判明した。
酵母のメタノール誘導性遺伝子発現に関わる転写因子の取得と情報伝達経路の解明

本研究はメタノール資化性酵母におけるメタノール誘導性遺伝子発現の分子機構を明らかにすることを目的としたものであり、本年度の研究成果は次の通りである。1.メタノール誘導性遺伝子発現に関わる転写因子の取得と機能解析Candidaboidiniiを宿主としたgene-tagging変異法により前年度までに取得したTRM1遺伝子についてその遺伝子破壊株の表現型や遺伝子産物(Trm1p)の生化学的性質を解析した。Trm1pはZn_2Cys_6型のDNA結合モチーフを持ち、転写因子であることが強く示唆された。TRM1遺伝子破壊株は、メタノール培地では全く生育できなかったが、それ以外の炭素源では野生株と同様に生育した。RM1遺伝子破壊株では、アルコールオキシダーゼ(AOD)遺伝子やジヒドロキシアセトンシンターゼ(DAS)遺伝子をはじめ複数のメタノール誘導性プロモーターの転写活性が著しく低下していた。また、TRM1遺伝子の発現はメタノール培地において誘導されること、さらにTrm1pが核に局在していることを明らかにした。以上の結果から、Trm1pがメタノール誘導性遺伝子発現の主要な転写因子である可能性が示唆された。2.メタノール誘導性遺伝子発現欠損株の取得前年度までのスクリーニングは、主にAODとDAS遺伝子の完全長プロモーターにレポーター遺伝子を連結した株を宿主として行ってきた。本年度はDAS及びギ酸デヒドロゲナーゼ(FDH)遺伝子プロモーターのcis-elementを複数個タンデムに連結した人工プロモーターの下流にレポーターを導入した株を作製し、メタノール誘導条件での転写活性に変化が見られた変異株を多数取得した。得られた変異株の変異遺伝子を決定したところ、グルコース脱抑制に関わる遺伝子や機能未知遺伝子などが得られた。メタノール資化性酵母Candida boidiniiのメタノール培養初期段階では、アルコールオキシダーゼ遺伝子(AOD1)の発現に先行してジヒドロキシアセトンシンターゼ遺伝子(DAS1)が強力に発現する。これはメタノール酸化により生じるホルムアルデヒドの細胞内レベルを最適化するための巧妙な遺伝子発現機構である。DAS1のAOD1に対する先行誘導の生理学的重要性を明らかにするため、それぞれのプロモーターとORFを組み換えた株を作製し、メタノール生育やホルムアルデヒド蓄積量に及ぼす影響を調べた。その結果、変異株ではホルムアルデヒドが蓄積し、メタノールに生育することができなかった。このことから、DAS1による強力なDASの発現とAODに対するDASの先行誘導が、メタノール生育に重要であることが明らかとなった。DAS1のプロモーターに見出されたメタノール応答領域に特異的に結合するタンパク質の精製を試みた。メタノール誘導菌体より各抽出液を調製し、アフィニティークロマトグラフィーなど種々の方法で当該タンパク質の精製を行ったが、単一タンパク質を精製するには至らなかった。今後も種々の条件を検討し、転写因子の精製を行う。gene-tagging法により、メタノール誘導性を失った変異株を多数取得した。変異原因遺伝子を解析し、これまでにいくつかのZRM遺伝子(Transcriptional Regulator of Methanol Induction)を取得した。その遺伝子破壊株の生育特性やメタノール誘導性を検証したところ、これらの遺伝子がメタノール生育に必須であり、かつメタノール誘導性遺伝子発現に関与していることが明らかとなった。
非線形最適制御における構造保存数値計算の利用とサンプル値制御への拡張

本年度は,研究の最初の年度として,非線形最適制御のための安定多様体の計算法について研究した.また,スパース制御の研究を開始した.成果は以下の通りである:1.安定多様体計算のための射撃法の改良;2.振子の振り上げ制御への応用;3.スパース制御の実現.「1.安定多様体計算のための射撃法の改良」では,安定多様体の計算を系統的に行うための方法である射撃法を改良し,数値的に安定にした.射撃法では,安定多様体上の初期点に摂動を加えたときの軌道の変化を求め,適切な軌道を与える初期点を逆算することを繰り返す.初期点の位置に注意をはらい,必要に応じて原点近傍に引き戻すことで,計算が安定に行える.「2.振子の振り上げ制御への応用」では,回転型倒立振子の振り上げ制御を題材とし,上記で改良した射撃法を適用することで適切な初期点を系統的に求めることができ,従来計算が困難であった振子を複数回振って振り上げる最適軌道を求めることを可能にした.「3.スパース制御の実現」では,省エネルギーを実現する制御法であるスパース制御に着目し,これをモデル予測制御方式で実現するべく,目的関数の適切な設定法について考えた.スパース制御の実現は,一定の時間区間で最適な入力を求め,それをそのまま入力するバッチ方式の制御においてのみ保障されていたが,時間がたつにつれてペナルティが増すような目的関数を使うことによって,モデル予測制御方式でもスパース制御が実現できる.安定多様体の計算法について成果が得られるとともに,具体的な制御系に対して有効性を確認することができた.新しくスパース制御に関する成果も得られ,研究は順調に進行している.今年度の成果をもとにしてさらに安定多様体法の研究を進める.射撃法を非線形最適サーボの設計に使えないか考えるとともに,その応用を考える.また,スパース制御の計算法を考える.本年度は,研究の最初の年度として,非線形最適制御のための安定多様体の計算法について研究した.また,スパース制御の研究を開始した.成果は以下の通りである:1.安定多様体計算のための射撃法の改良;2.振子の振り上げ制御への応用;3.スパース制御の実現.「1.安定多様体計算のための射撃法の改良」では,安定多様体の計算を系統的に行うための方法である射撃法を改良し,数値的に安定にした.射撃法では,安定多様体上の初期点に摂動を加えたときの軌道の変化を求め,適切な軌道を与える初期点を逆算することを繰り返す.初期点の位置に注意をはらい,必要に応じて原点近傍に引き戻すことで,計算が安定に行える.「2.振子の振り上げ制御への応用」では,回転型倒立振子の振り上げ制御を題材とし,上記で改良した射撃法を適用することで適切な初期点を系統的に求めることができ,従来計算が困難であった振子を複数回振って振り上げる最適軌道を求めることを可能にした.「3.スパース制御の実現」では,省エネルギーを実現する制御法であるスパース制御に着目し,これをモデル予測制御方式で実現するべく,目的関数の適切な設定法について考えた.スパース制御の実現は,一定の時間区間で最適な入力を求め,それをそのまま入力するバッチ方式の制御においてのみ保障されていたが,時間がたつにつれてペナルティが増すような目的関数を使うことによって,モデル予測制御方式でもスパース制御が実現できる.安定多様体の計算法について成果が得られるとともに,具体的な制御系に対して有効性を確認することができた.新しくスパース制御に関する成果も得られ,研究は順調に進行している.今年度の成果をもとにしてさらに安定多様体法の研究を進める.射撃法を非線形最適サーボの設計に使えないか考えるとともに,その応用を考える.また,スパース制御の計算法を考える.(理由)今年度の研究成果は学術雑誌にて発表すべきであると考える.その掲載料に相当する分を次年度に繰り越すことにした.これによって次年度の研究も変更なく実行することができる.(使用計画)次年度使用額は学術雑誌への論文掲載料に充当する.それ以外に計画に変更はない.
甲殻類の脳・神経ペプチドの探索と体内分布に関する研究

組織切片を用いたマトリックス支援レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析計(MADLI-TOF MS)分析では、細胞内分泌顆粒の内容物が選択的に観察される、そこで得られた分子量をデータベースに照合し構造未知の物質と判断された場合、以後観察された分子量を指標に単離・精製することで新規情報伝達物質を同定することが可能となった。更に、分子生物学的手法による前駆体構造の解析およびLC-MS(MS/MS)分析によるプロセッシング部位や翻訳後修飾の解析を組み合わせた一連の研究法を「Topological Mass Spectrometry Analysis」と名付け、タンパク質・ペプチド性情報伝達物質の新しい探索法として提唱した。更に、レーザーマイクロダイセクション装置によって各種細胞群を摘出しdirect MALDI-TOF MS分析することによって、神経ペプチドの局在をより詳細なmass spectrometric morphologyとして理解できるようになった。本研究では、アメリカザリガニの脳においてorcokinin関連ペプチド、crustacean-SIFamide、およびタキキニン関連ペプチドの同定、プロセッシング様式および局在を明らかにした。アメリカザリガニでは第一触角上の感覚子を含むolfactory receptor neuronが匂いを感じて、脳にあるolfactory lobeに直接情報を入力している。Ventral lateral cellsはその情報をaccessory lobeに受け渡すinter neuronとして知られている。Olfactory lobe cellsはそれら情報を受けて眼柄にある前大脳に出力を担う投射ニューロンであると考えられている。従って、ventral lateral cellsで産生されるdecapod tachykinin関連ペプチドは、accessory lobe内の情報処理を行う際にneuromodulatorとして働き、そしてolfactory lobe cellsで産生されるcrustacean-SIFamideは、眼柄内にある情報処理機構あるいは眼柄ホルモンの分泌調節に関与していると考えられる。また、Topological Mass Spectrometry Analysisは魚類、昆虫等の情報伝達物質の解析に応用し、多くの成果を挙げている。神経組織の凍結切片を試料として細胞内に存在する神経分泌顆粒の分子量プロファイルをマトリックス支援レーザー脱離イオン化時間飛行型質量分析計(MALDI-TOFMS)を用いて直接分析し、そこで得られた分子量を指標に神経ペプチドの探索をしていく方法論に基づき、アメリカザリガニの脳、accessory lobeから新規神経ペプチドを同定した。すなわち、accessory lobe切片のdirect MALDI-TOF MS分析において分子量1382を持つ分子イオンピークが強く観察された。この分子量を甲殻類由来ペプチドのデータベースに照らし合わせた結果、ヒットしてこなかったので新規ペプチドと判定した。次に、脳からの抽出物を2段階のHPLCに付し、分子量1382のペプチドを高度に純化した。この精製標品は、ペプチドシークエンサーおよびQ-Tof MSを用いたMS/MS分析結果から、カルボキシ末端にアミド構造を持つ12残基のペプチド(GYRKPPFNGSIFamide)であると決定した。このペプチドの抗特異抗体を調整し、免疫組織化学的手法により脳内の分布を調査したところ、olfactory lobe cellsと呼ばれる部位が染色された。また、マイクロダイセクションした細胞群を用いたdirect MALDI-TOF MS分析では分子量1382のペプチドのイオンピークが観察された。これらの結果はolfactory lobe cellsがGYRKPPFNGS IFamideの主な産生部位であることを示唆している。一方、アメリカザリガニのホルモンの作用機構を解明する目的で、Gタンパク質供役型受容体(GPCR)のクローニングを試みた。ザリガニの肝膵臓から372残基から成り7個の膜貫通ドメインをもつタンパク質の遺伝子がクローニングされた。このGPCR様タンパク質は肝膵臓にて強く発現し、脳や筋肉中での発現は弱いものと判明した。

マトリックス支援レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析計(MALDI-TOF MS)を用いた細胞内分泌顆粒の分子量プロファイルの直接分析(Topological mass spectrometry分析)において、試料調整にレーザーマイクロダイセクション法を併用することにより、アメリカザリガニの脳ペプチドの細胞レベルにおける局在と動態が詳細に調べられるようになった。即ち、厚さ40ミクロンメーターに調整した脳の凍結切片からレーザーマイクロダイセクションによって切り分けられたanterior medial cells、olfacory lobe cells、ventral laternal cells、posterior medial cellsをマトリックス溶液で固定後、MALDI-TOF MS分析した。これら細胞群からそれぞれ異なった分子量プロファイルが観察された。先の研究において、orcokininは13残基から成るペプチド(NFDEIDRSGFGFN)で、カルボキシ末端がアラニン、あるいはバリン残基に変異した分子も存在し、これらペプチドは共通の前駆体からプロセッシングを受けて成熟することが判明している。一方、今年度の研究においてanterior medial cellsから分子量1198のペプチドが観測され、Q-Tof質量分析計によるMS/MS分析の結果、NFDEIDRSGFamide構造であることが解明された。同時にNFDEIDRSGFG分子も同定された。このことは成熟ペプチドと思われていたorcokininが更にカルボキシペプチターゼ様プロセッシングを受け、カルボキシ末端がグリシン残基になった時、αアミド化酵素によってフェニールアラニンアミドへと変換されたものと考えられる。このようなプロセッシング機構は本研究において初めて証明されたものである。また、topological mass spectrometry分析は、魚類脳下垂体ホルモンおよびミツバチの脳内ペプチドの研究等に技術供与し大きな成果を収めている。
コンビナトリアルなタンパク質ライブラリーの作製と超高速マイクロスクリーニング

これまで酵素やタンパク質の機能解析や変換には、アミノ酸残基を1個1個換えていくランダム変異法や部位特異的変異法が使われてきたが、さらに高度な機能解析には、狙った1個のアミノ酸や数個のアミノ酸残基を同時に20種すべてに網羅的に組み合わせて変異させるコンビナトリアル(網羅的)変異法の適用が必須となってきた。しかし、この変異法を用いる場合、従来のタンパク質発現法では、変異タンパク質を純粋にとりだすためには細胞を破砕したり濃縮したり、さらに、種々のカラムクロマトグラフィー操作が必要となる。一方、DNA情報から発現したタンパク質を細胞などの表層にディスプレイ(提示)させた場合、タンパク質を精製せずに解析でき、きらに、ナノテクノロジーにより開発が行われている半導体微細加工技術を用いたマイクロチャンバーアレイによる超高速マイクロスクリーニング系の導入により、ディスプレイされた細胞を一つの支持体として、提示されたタンパク質のスクリーニングと機能解析ができ、タンパク質のアミノ酸配列分析を待たずに、一細胞PCR法などの併用により、導入されたDNAの配列から提示されたタンパク質のアミノ酸配列が決定できる。このような、DNA情報と機能タンパク質との解析のいわゆる距離を一気に短縮させるものと考えられる【細胞表層工学(Cell Surface Engineering)】による細胞表層ディスプレイの手法とマイクロチャンバーアレイによる超高速マイクロスクリーニング系の融合した系の開発を行ってきた結果、その融合系の確立に成功した。具体的には、狙ったモデルタンパク質、ここでは、酵素や抗体ならびに膜タンパク質の【細胞表層工学(Cell Surface Engineering)】技術によるいわゆるタンパク質ライブラリーの調製に成功した。次に、ナノテクノロジーを用いたマイクロチャンバーアレイによる超高速マイクロスクリーニング系への導入システムを構築する方法を完成し、今後のバイオテクノロジーの基盤技術化に貢献できるデータの収集に成功した。一方、DNA情報から発現したタンパク質を細胞などの表層にデイスプレイ(提示)させた場合、タンパク質を精製せずに解析でき、さらに、ナノテクノロジーにより開発が行われている半導体微細加工技術を用いたマイクロチャンバーアレイによる超高速マイクロスクリーニング系の導入により、ディスプレイされた細胞を一つの支持体として、提示されたタンパク質のスクリーニングと機能解析ができ、タンパク質のアミノ酸配列分析を待たずに、一細胞PCR法などの併用により、導入されたDNAの配列から示されたタンパク質のアミノ酸配列が決定できる。このような、DNA情報と機能タンパク質との解析のいわゆる距離を一気に短縮させるものと考えられる【細胞表層工学(Cell Surface Engineering)】による細胞表層デイスプレイの手法とマイクロチャンバーアレイによる超高速マイクロスクリーニング系の融合した系の開発を行ってきた。具体的には、今年度は、狙ったモデルタンパク質の【細胞表層工学(Cell Surface Engineering)】技術によるいわゆるタンパク質ライブラリーの調製に成功した。次に、ナノテクノロジーを用いたマイクロチャンバーアレイによる超高速マイクロスクリーニング系への導入システムを構築する方法を模索した。酵素やタンパク質の機能解析や変換には、アミノ酸残基を1個1個換えていくランダム変異法や部位特異的変異法が使われてきたが、さらに高度な機能解析には、狙った1個のアミノ酸や数個のアミノ酸残基を同時に20種すべてに網羅的に組み合わせて変異させるコンビナトリアル(網羅的)変異法の適用が必須となってきた。

しかし、この変異法を用いる場合、従来のタンパク質発現法では、変異タンパク質を純粋にとりだすためには細胞を破砕したり濃縮したり、さらに、種々のカラムクロマトグラフィー操作が必要となる。一方、DNA情報から発現したタンパク質を細胞などの表層にディスプレイ(提示)させた場合、タンパク質を精製せずに解析でき、さらに、ナノテクノロジにより開発が行われている半導体微細加工技術を用いたマイクロチャンバーアレイによる超高速マイクロスクリーニング系の導入により、ディスプレイされた細胞を一つの支持体として、提示されたタンパク質のスクリーニングと機能解析ができ、タンパク質のアミノ酸配列分析を待たずに、一細胞PCR法などの併用により、導入されたDNAの配列から提示されたタンパク質のアミノ酸配列が決定できる。このような、DNA情報と機能タンパク質との解析のいわゆる距離を一気に短縮させるものと考えられる【細胞表層工学(Cell Surfece Engineering)】による細胞表層ディスプレイの手法とマイクロチャンバーアレイによる超高速マイクロスクリーニング系の融合した系の開発を行い成功した。狙ったモデルタンパク質、ここでは、リパーゼやアミラーゼやレセプターの【細胞表層工学(Cell Surface Engineering)】技術によるいわゆるタンパク質ライブラリーの調製に成功し、これまでには得られなかった新しい活性をもったタンパク質の創製を行った。さらに、ナノテクノロジを用いたマイクロチャンバーアレイによる超高速マイクロスクリーニング系への導入システムを構築する方法を完成し、基盤的技術の開発に成功した。
大血管手術後の脊髄障害の発生機序と保護法の研究

本研究においてこれまでにラットの新鮮脳組織切片とポジトロン標識化合物を用いた新しい代謝機能解析法(dynamic positron autoradiography technique, dPAT)を開発して基礎評価を行ってきた。特に低酸素/低酸素無グルコース(虚血)負荷前後の脳切片への[18F]FDG取り込みを、経時的な2次元画像情報として得た。さらに虚血・低酸素を様々な時間負荷した場合の負荷後の[18F]FDG取り込み速度定数(=k値)の低下を指標に回復可能な持続時間の臨界点として設定し、それに対する虚血/低酸素負荷中または負荷後の興奮性アミノ酸受容体拮抗剤などの薬物投与、あるいは低温負荷をおこない、それらの神経保護効果を検討する。ラットとビーグル犬を用いて脊髄の切片を作成することに成功した。次に脳の切片を脊髄の切片に変更して同様の実験を行っている。脊髄と脳との違いを解明し、脳保護効果と脊髄保護効果に差があるのかどうかを検討する。またdPAT法はin vivoの虚血性脊髄障害全体を再現できるものではないが、灌流液の組織や温度を操作して条件設定を変化させることで、障害の特性を多因子的に分析する点に学術的な特色と独創性があり、複雑な脊髄の虚血性障害の発生機序の解明とその防御法などの開発につながる結果が得られた。またポジトロン・エミッション・トモグラフィ(PET)領域で確立されているPatlak-plotを、dPAT法に適用することで、脊髄切片内への[18F]FDG取り込み速度定数(=k値)を指標とした局所脊髄グルコース代謝率を経時的に定量解析し、低酸素/低酸素無グルコース(虚血)負荷後のk値が、負荷前と同じレベルに戻るかどうかで低酸素/再酸素化や虚血/虚血解除に伴う脊髄神経組織の障害、さらにはそのバイアビリテイや予後を評価した。興奮製アミノ酸受容体(NMDA/non-NMDA)拮抗剤やフリーラジカルスカベンジャーを、低酸素/低酸素無グルコース(虚血)負荷中または再酸素化/虚血解除直後に投与した場合の神経保護効果、あるいは低温(軽度低体温のモデルとして32°C、超低体温のモデルとして20°Cを設定)負荷時の神経保護効果を、低酸素/虚血負荷前後のk値の可逆性によって評価した。次に脳の切片を脊髄の切片に変更して同様の実験を継続する。
がんエクソソームの分泌におけるワールブルグ効果の役割の解明

がん細胞が分泌する「エクソソーム」は、がんの進行を促進する因子である。私は、この悪玉エクソソームの分泌に、がんの代謝で重要な「ワールブルグ効果」が関与することを発見した。そこで本研究では、ワールブルグ効果に着目し、がんの促進因子である悪玉エクソソームの分泌機構の解明とその制御法の開発を目的とする。
斜の衝撃波を伴う流れの高解像度シミュレ-ション

この研究の目的は、斜め衝撃波を鋭く捕獲することができる計算格子に依存しない効果的なStreamwise上流差分スキ-ムを提案し、すでに開発している二次元、三次元圧縮性流れのTVDーEuler・NS計算コ-ドに適用することである。さらに、遷音速および超音速のダクト流れや翼列流れの計算を行い、その解の精度を向上させることである。本年度行った研究業績の概要を以下にまとめた。1.二次元オイラ-方程式に対して、一つのStreamwise上流差分スキ-ムを提案した。これは、従来のTVD上流差分スキ-ムが各空間座標方向で独立に特性(物質輸送、音波)が定義されているのに対して、他の座標方向の特性も解くべき座標方向の計算に考慮することができるように、座標方向マッハ数の関数からなる一つの制御関数を導入したところに特徴がある。2.二次元非粘性超音速ダクト内流れを計算し、上記差分スキ-ムの有効性を従来のTVD差分スキ-ムと比較検討した。著者らがすでに提案している反変速度のオイラ-方程式を組み合わせて使用することにより、特に比較的粗い計算格子での改善性に優れていることが証明された。このことは、三次元に拡張する上で計算量の点から非常に意味を持つと思われる。3.本研究とは独立に開発してきたMUSCL型TVD差分スキ-ムの計算コ-ドにも、Streamwise上流差分スキ-ムを適用した。また、2.と同様の流れを計算し、両者差分スキ-ムのそれぞれの利点を取り入れることに成功している。この成果については、3rd Int.Conf.on Hyperbolic problemsーUppsalaですでに発表しており、また平成二年度衝撃波シンポジウムでも報告している。
微小癌細胞のNOGマウスによる生着モデルと抗癌剤感受性試験への手技の確立

癌患者の血液中に存在する循環癌細胞(CTC)を検出し、その動態および臨床的意義を明らかにし、NOGマウスによる検証とCTCからの生着モデルの作製を試みた。CellSearchシステムを用いて切除不能胃癌患者60%、切除不能食道癌患者27%、切除不能膵臓癌患者20%でCTCの検出および画像化に成功した。特に胃癌患者では腹膜播種患者のCTC陽性率が高いことからNOGマウスを用いて腹腔内投与した癌細胞が、早期に腹膜を経由し血中に移行することを確認した。癌治療の個別化を目的とした循環癌細胞(CTC)の自動診断法の確立とその動物実験(NOGマウス)モデルにおける培養、感受性試験を目的に研究を行った。CTCの分離および培養の手法として磁気ビーズ(Nanoferrofluid)の脱着に関する実験を行ったが、効率が不良であることが確認されたため、磁気ビーズで癌細胞回収を行った後に、そのままの状態での培養手法を確立した。これらをNOGマウスにより増殖確認を続行しており、内視鏡検査等で得られた生検検体での生着も併せて確認作業を行っている。これらの実験から洗浄腹水中での癌細胞回収およびRT-PCR法での診断法の確立に向けた試みも同時に行い、癌細胞回収のみならず術中迅速診断法へのRT-PCR法の応用手技について研究を行った。現段階で胆膵癌および胃癌における腹水細胞診とRT-PCR法での診断は同等以上の成績が得られてきており、客観的に評価できること35分で結果が得られることから鑑みて臨床応用の可能性を秘めるものと考えている。同時に従来より胃癌患者で採取してきたCTCの存在の有無において予後に影響を与えるかの確認調査を行ったが、手術による切除例および切除不能、再発胃癌のいずれにおいても有意差を持って予後に差があることが確認された。また、抗癌剤治療患者における治療前後でのCTC数の変化と画像評価との関係について検討をすすめているが、これにおいても関連性が確認されつつある。このことから、実際の臨床の現場における術後補助療法の選択、術前化学療法症例の選択、化学療法の効果判定に応用できる可能性が示唆されている。これらについても今後基礎的研究に基づいて証明する必要がある。癌治療の個別化を目的としてCellSearchシステムを用いた循環癌細胞(CTC)の検出を行い、胃癌において検出可能であることを確認し、CTC検出により胃癌切除症例の再発予測および予後予測が可能であることを確認した。また切除不能胃癌においてもCTCの有無により予後に有意差を持って差があることが確認され、抗癌剤による効果とCTCの増減に関連があることを確認した。これら再発および切除不能となる因子を解析すると、CTCの存在は腹膜播種と関連があることが予測された。NOGマウスにおいて腹腔内へ遊離した癌細胞が血中へ移行することの動物実験を行っている。途中経過ではあるが、実際の臨床の現場で行われている腹腔洗浄液による細胞診よりもRT-PCRによる評価、更にはCTCによる検出の方が優れていることが確認されている。生着モデルについては、内視鏡生検による臨床検体により生着し腫瘤形成をみることが確認されているが、増殖速度に相違があることから感受性試験には至っていない。増殖因子、血管新生因子等も含めた増殖速度の調節に関する追加試験が必要と考えており進行中である。CTCについては検出された癌細胞にけるHER2発現についての評価も行っており、分子標的治療薬における個別化治療への応用も期待される。発現強度および発現細胞量の客観的評価が可能となる可能性があり検討している。胃癌での臨床への応用の可能性が示唆される結果を得たことから、食道癌患者での検出評価も開始しており評価をすすめているところである。NOGマウスにおいて胃癌細胞株MKN45を用いて腹腔内へ遊離した癌細胞が血中へ移行することの動物実験を行った。これにより肉眼的腹膜播種形成よりも早期に腹腔内へ遊離した癌細胞は経腹膜的に血中へ移行していることが確認された。また、腹腔洗浄液による細胞診とCEAおよびCK19をプライマーとしたRT-PCRによる評価との比較を行ったが、、腹膜播種における感度はCTCによる検出の方が優れていることが確認されている。

併せてCTCについては、検出された癌細胞にけるHER2タンパク発現についての評価も行た。患者の生検検体におけるHER2発現とCTCでの発現には相違があることを確認し、切除不能胃癌患者の約25%に発現することが確認された。分子標的治療薬における個別化治療への応用も期待され、発現強度および発現細胞量の客観的評価も可能であることから、CTCにおけるHER2発現を指標としたトラスズマブの効果安全性に関する観察研究を開始した。CTCの評価は食道癌、膵臓癌でも開始しており、切除不能食道癌で27%、切除不能膵臓癌で20%の検出が認められた。これらの生物学的特性を明らかにすることにより、治療の個別化への応用が期待される。胃癌のCTCに関する結果については論文投稿中であり、その他の計画された研究についても概ね結果が得られて解析の状況にある。24年度が最終年度であるため、記入しない。現在までの推進と同様に臨床検体を順次得ることにより遂行できると考えている。
高ベータ磁気流体プラズマの流れが関与する2流体緩和構造形成の実験的検証

本研究では磁化同軸プラズマガンを用いた磁気ヘリシティ入射法により、プラズマ中に駆動される高速イオン流の特性について各種流速計測法(マッハプローブやイオンドップラー分光法等)を用いて調べながら、電子流体だけでなく、イオンの流れが強く関与する高ベータ磁気流体プラズマの自律的磁場構造形成について解明を行い、2磁気流体緩和物理について理解を深めた本研究では磁化同軸プラズマガンを用いた磁気ヘリシティ入射法により、プラズマ中に駆動される高速イオン流の特性について各種流速計測法(マッハプローブやイオンドップラー分光法等)を用いて調べながら、電子流体だけでなく、イオンの流れが強く関与する高ベータ磁気流体プラズマの自律的磁場構造形成について解明を行い、2磁気流体緩和物理について理解を深めた本研究は磁気ヘリシティ入射された高ベータ磁気流体プラズマの秩序磁場構造の自発的形成と内部に高速流を能動的に駆動することによってプラズマ流と電磁場との相互作用で起きる多彩なプラズマ非線形現象について解明し、さらにそれを制御しながら、2磁気流体緩和物理を基礎にプラズマ科学の研究を展開していくことを志向している。自律性の高い高ベータ磁気流体プラズマを活用し、プラズマガンによる超高速プラズマ流の入射と回転磁界によるMHD制御技術を駆使しながら、実験で発現する新たな磁場構造の形成やその過程で伴う磁気リコネクション等について2流体緩和平衡解析、計算機シミュレーションと並行して総括的に研究を行う。本年度の実験で得られた成果は以下の通りである。HIST装置において、イオン流速計測のためのイオンドップラー分光システムを新たに開発し、マッハプローブ計測と併用しながら、プラズマ流速の空間分布測定を行った。水素のスペクトル線を用いたドップラーシフト量の計測からは、中性粒子フローの速度は約4km/s程度であることがわかった。一方、酸素不純物イオンのシフト量からは20km/sのイオン流速が測定され、マッハプローブ計測値とよく一致した。中性粒子とイオンとの相互衝突によるエネルギー緩和が十分でないことが予想される。また、プラズマ流の方向はE×B方向と一致しており、プラズマ電流の方向とは逆になっていることが判明した。プラズマ電流の方向を逆転させると流れの方向も反転することも確認できた。2流体効果を検証するためには、プラズマ流速を増大させる必要があり、目下、プラズマ源である磁化同軸プラズマガンの運転の高パワー化のために電源の改良に着手している。近年、スフェロマック、球状トーラス(ST)や逆磁場ピンチプラズマ(RFP)など、自己組織化機能の強い高ベータ磁気流体プラズマのダイナミックな磁場構造形成は、太陽コロナの間欠的爆発的現象(フレアー)にみられる磁気リコネクション,粒子加速,衝撃波発生などと類似して、「高速の流れ」が支配する物理機構が内在していることが明らかにされてきている。そのため、現在、高ベータ磁気流体プラズマ研究は、一磁気流体モデルによる諸現象の理解ではなく、イオン流体と電子流体を分離して取り扱う2磁気流体モデルを取り入れた電磁流体理論に基づく解析が主流となりつつある。本研究では磁化同軸プラズマガンを用いた磁気ヘリシティ入射電流駆動法により、プラズマ中に高速イオン流を駆動しながら、電子流体ではなく、イオンの流れが強く関与する高ベータ磁気流体プラズマの自律的磁場構造形成について解明し、2磁気流体緩和物理について理解を深めることを目的としている。兵庫県立大学球状トーラス装置(HIST)で生成されるSTプラズマの時間発展はヘリシティ電流駆動過程と抵抗減衰過程に区別される。マッハプローブによるイオン流と磁場の3方向成分の空間分布計測結果から、以下の点について明らかにした。トーラスプラズマの中心導体付近のオープン磁束上のプラズマコラム領域内では、駆動過程で電子とイオンが同じトロイダル方向(電流と逆方向)に駆動され、減衰過程では、イオン流の方向のみが反転する。また、ダイナモプローブ(マッハプローブと磁気プローブの3軸複合プローブ)で計測したイオン流と磁場の揺動成分から算出したダイナモ電場は電流駆動に寄与している。さらに、電場と電位計測を行い、プラズマ電流と電場分布の時間発展とがよく相関していることがわかった。
銅合金の美術着色機構の解明と新着色法の開発

わが国の伝統金属工芸技術である煮色着色について、着色層の微細構造と着色機構の解明、煮色層の防食効果、新技術の開発の基礎研究を行った。銅合金の煮色着色層の基本構造はCu_2Oで、結晶とアモルファスの混合状態である。アモルファスになるのは、煮色液中から侵入したS、Clなどの不純物などが混入しているためである。Auを含む赤銅では、結晶とアモルファスCu_2O地中に5nm前後のAu微粒子が分散している。黄銅(Cu-30%Zn)ではZnの優先的な溶出がみられ、煮色層中には数%しか残留していない。四分一では、Cu固溶体中のCuが優先的に酸化して結晶およびアモルファスCu_2Oになり、Agは微粒子としてCu_2O中に分散する。Ag固溶体はそのまま残留しているが、極く一部はAg_2Sなどを形成する。着色は地のCu_2Oと微粒子の光吸収効果、地の反射などが復合効果である。電気化学的な検討では、煮色処理した試料の立上り電位が貴な向きにシフトする。シフト量は合金および試験溶液のpHによって異なるが、腐食に対する抵抗力が増大したことを示す。さらに、煮色層が高次の酸化を受けるときの電子の挙動が明らかになった。新技術開発の基礎研究では、赤銅の熱酸化法の検討を行い、同様の膜が生ずることを示した。これは今後の研究に役立つものと考えられる。また、煮色前の表面処理法についても検討し、伝統技術を代替する方法の目処がついた。伝統工芸で古くから利用されている銅合金の煮色着色の機構を解明するために、先ず、(1)着色溶液の溶質として利用する人工緑青の組成と結晶構造、(2)着色溶液の化学的性質、(3)着色溶液の組成と着色生成層の成長速度、(4)これらの温度依存性、などについて検討した。その結果、人工緑青はCu、Zn、Na、Clを主成分とし、CuとZnはほぼ7-3黄銅に相当する組成比であった。また、CaおよびNaは人工緑青を造る際の塩化物腐食剤として添加されているものと判明した。緑青成分はアモルファスに近い構造をもっており、溶液中には上記のうち、Caを除く元素が溶解する。人工緑青の飽和溶液のpHは約8のアルカリ性であった。着色液のもう一つの成分である坦礬は硫酸銅であり、酸性を示す。最も着色の良好な溶液のpHは56の間である。この範囲で緻密な亜酸化銅の層が生成する。これよりpHが低いと亜酸化銅結晶中に格子欠陥が生じ、色がくすむ。また、これよりpHが高いと未酸化の銅と亜酸化銅が混じ、亜酸化銅の層の剥離が生ずる。これは、溶液中の水素イオン濃度により、CuとOの結合が変化し、化学量論組成からのずれが生ずるためである。着色処理による亜酸化銅層の生成速度は銅板を溶液に浸漬した直後の数10secが最も高く、その後低下し、直線的に成長する。初期酸化は溶液中のOがCu中に拡散する律速、直線領域ではCuが亜酸化銅層表面に拡散する過程が律速しているものと考えられる。溶液を加熱すると熱活性化のために亜酸化銅層の成長速度は高くなる。亜酸化銅層中には溶液成分であるClも拡散侵入する。CuとClの化合物CuClなどは空気中のCO_2およびH_2OとCuが反応として腐食物である緑青を生成するときに触媒的な働きをするので、工芸品にとっては有害元素である。この他、黄銅、赤銅(Cu-5%Au合金)、四分一(Cu-25%Ag合金)などの煮色着色について、予備的な検討をおこなった。

平成12年度に続き、伝統工芸で利用されている煮色着色技術について、表面に形成された皮膜層のナノ構造解析および電気化学的側面からの評価を行い、新たな着色法探索の予備検討を行った。(1)皮膜の構造解析:真鍮(7-3黄銅)および赤銅(Cu-4%Au合金)の着色層について、色彩、皮膜構造を検討した。真鍮では着色中に成分元素であるZnが優先的に着色液中に溶解し、着色膜はCu-(23)%Zn合金の酸化膜で、基本構造はアモルファスと結晶のはCU_2Oであった。ZnがCu_2O中に数%含有されているため、Cu_2Oのバンドギャップが若干増大し、反射光はCU_2Oより短波長成分が増加している。着色はCU_2Oとマトリックスの真鍮の透過・反射効果によるものであった。赤銅では、皮膜の基本構造はアモルファスと結晶のCU_2Oであるが、これの地の中にナノスケールのAu粒子が分散した複合膜であった。粒子径は5060nmである。赤銅は黒紫色になるが、半導体のCU_2O中に分散したAu粒子が入射光を多重反射し、また吸収を繰り返し、その効果で黒紫色になることを明らかにした。(2)pH113までの溶液中で皮膜の電気化学的評価を行った。緩衝溶液中での電位-電流曲線は皮膜を形成された煮色着色試料で高電位側にシフトする。すなわち、皮膜の耐食性が増していることを明らかにした。また、煮色着色した試料を高温・高湿雰囲気中で耐食性評価したところ、反射率は着色しない試料では急激に低下するが着色した試料では全く変化がなかった。伝統的煮色着色法は着色とともに金属工芸品の耐食性向上を図っていることを明らかにした。Cu合金の煮色着色層の微細構造の解明と着色による防食効果について検討した。微細構造の解明では、共晶合金系のCu-Ag合金について検討した。防食効果については、Cu、固溶体のCu-Au合金およびCu-Zn合金について評価した。(1)Cu-Ag合金を煮色処理したものは四分一(しぶいち)と呼ばれるが、加工されたCu-Ag合金板は共晶成分であるα(Cu)固溶体とβ(Ag)固溶体が圧延方向に細長く伸ばされた構造をもち、焼鈍したものはこれらの界面が丸くなり明瞭になる。これらを煮色すると、濃く煮色された領域とほとんど煮色されない領域に分かれる。煮色された領域はα固溶体で煮色されない領域はβ固溶体である。断面の透過電子顕微鏡観察では、α固溶体はAgを微粒子として吐き出してCu_20となり、Agはそのまま残留した構造になっている。着色はCu_20の光吸収、Agの反射、地の合金の反射が重畳したものである。(2)煮色したのちのCu、Cu-Au合金およびCu-Zn合金を電気化学的に酸化還元して、その電位-電流曲線を求め、これらから防食の効果について検討した。用いた溶液はpHが014で、電位-電流曲線はpHによって変化するが、煮色層があると貴な向きにシフトし、腐食されにくくなっている。通常の環境であるpH58の間では、顕著な耐食性向上が{認められた。また、高温高湿試験(80°C・90%RH)でも、腐食による表面変化は認められなかった。このほか、新技術の開発として、熱酸化法を試み、同等の層が得られた。
医薬品適正使用のための基盤:薬物代謝酵素のポストトランスレーショナルな活性制御

薬物代謝酵素のポストトランスレーショナルな調節について検討を行った。その結果下記の成果を得た。1)ヒト肝臓の主要なP450であるCYP1A2、CYP2C9およびCYP3A4はin vitroでUGT2B7機能を調節するが、UGT活性調節メカニズムはP450分子種間で異なっている可能性がある。2)CYP3A4とUGT2B7がタンパク質-タンパク質相互作用することを、オーバーレイアッセイ、免疫沈降法および架橋反応により明らかにした。3)UGT2B7との相互作用に関与するCYP3A4側の領域(推定)が同定された。4)CYP3A4阻害剤ケトコナゾールは、非競合阻害を含む阻害形式でUGT2B7を直接阻害することを明らかにした。5)ラットの肝臓においてもP450とUGTの相互作用が生起しており、この相互作用は、動物種を超えて普遍的に観察される現象であることが示唆された。6)脂肪酸アシルCoAがUGTの内因性活性化因子であることを明らかにした。7)アデニン関連化合物がUGTの内因性調節因子である可能性を示した。第一相酵素P450と第二相酵素UGTには機能的なタンパク質-タンパク質相互作用があり、薬物代謝酵素複合体として広範な代謝に対応しているとする所期の仮説が支持された。また、UGTの内因性低分子調節因子を新たに明らかにした。これらは、医薬品適正使用の基盤として資するものである。ヒト肝臓のCYP3A4レベルとUGT2B7活性の関連についても、倫理委員会の承認およびインフォームドコンセントを得て、転移性肝臓癌患者の病巣部切除の際にセーフティーマージンとしてやむを得ず切除された正常ヒト肝臓組織の供与を受けて検討を行った。結果は仮説を一部支持したものの、現時点では十分なサンプル数が確保されておらず、データの解釈にあたっては、この点も考慮する必要があると考えられた。ヒトの主要なシトクロムP450(CYP)であるCYP1A2、CYP2C9およびCYP3A4について、UDP-グルクロン酸転移酵素(UGT)2B7発現COS細胞ミクロゾームへの添加実験を行った。界面活性剤非添加の系で、CYP1A2およびCYP2Cは、UGT2B7によるモルヒネ-3-グルクロニド生成を、P450量依存的に阻害した。この性質は、CYP3A4とは異なり、CYP3A4の場合には、界面活性剤を添加した場合にのみ、阻害が観察された。このように、P450分子種によってUGT2B7との相互作用における親和性や機搆が異なっていることが示唆された。ヒトUGTのバキュロウィルス発現系は現在検討中。正常ヒト肝のUGTとP450の発現レベル、活性および多型解析も現在検討中。医薬品適正使用のための基盤となる薬物代謝酵素のポストトランスレーショナルな活性制御を明らかにする目的で、新たに低分子化合物によるポストトランスレーショナルな活性制御について検討した。まず、アシルCoAが、UDP-グルクロン酸転移酵素(UGT)の内因性活性化因子であることを明らかにした。これは、アシルCoAがUGT阻害因子であるとした定説を覆すことになった。また、シトクロムP450(P450,CYP)とUGTの相互作用に、NADPH生成系がどのような影響を示すか検討したとき、UGT活性への強い阻害効果が現れた。

この阻害因子がNADP^+であることを見出し、さらに他のアデニン関連化合物もUGTの内因性抑制因子である可能性を見いだした。P450とUGTの相互作用について免疫沈降法で検討を行った結果、P450とUGTの複合体にUGT活性が存在することを明らかにした。また、UGTとの相互作用の強さが、P450分子種間で異なっており、CYP2CはUGTと相互作用するものの、その作用は弱いことが示唆された。
購買意思決定に及ぼす素材・部品ブランドの効果測定

本研究は産業財の購買におけるブランドが果たす役割について考察したものである。中でも産業財の買い手企業レベルで消費が完結しない部品や素材分野にフォーカスを当て、買い手と使い手が異なる産業財の分野では買い手企業だけではなく、産業財に対するエンドユーザーの知覚及び評価がブランド・エクィティの形成に有意な影響を及ぼすことを、事例分析による定性的研究ならびにアンケート調査による定量的分析から明らかにした。産業財ブランドに関する網羅的な文献レビューと、部品・素材分野におけるブランド化に成功した事例の発掘を試みた。その過程で、既存の産業財ブランド研究はB-to-Bのインタフェースのみに注目し、実証を重ねてきたために、B-to-Cを含むネットワーク効果がブランド形成に与える影響を見逃してきたことを指摘した。特にネットワーク効果が顕著に発揮されると思われる部品・素材分野では、当該素材・部品が成分として含まれる完成品のマーケティング・チャネル全体を視野に入れたモデルの構築が求められることを明らかにした。また、文献レビューとケース分析から明らかになった点を踏まえ、産業財関連展示会に2回参加し、産業財ブランドの形成に及ぼすネットワーク効果の測定を目的とするアンケート調査を実施し、データを収集した。一方、最終消費者の知覚が部品・素材のブランド形成に及ぼす影響を測定するための全段階として日本の3大学、韓国の3大学で学生を被験者としたパイロット調査を行い、またそのパイロット調査から浮き彫りになった調査設計を修正するためにアメリカの共同研究者と協議を行った。今年度は産業財展示会で収集したデータを分析し、産業財ブランド形成に与える「顧客の顧客」戦略の有効性を立証していく。また、B-to-Cに関しては、パイロット調査から出てきた問題点を補完し、調査設計を修正した後、日本・韓国・アメリカの3ヵ国で本調査を進める。特に探索財と最寄品の区別、国間の文化的相違を測定モデルに反映することを試みる。今年度は産業財(部品・素材)の買い手企業及び売り手企業から収集した定量的なデータを用いて、産業財のブランド・エクイティ形成における「顧客の顧客」戦略の有効性を実証した。この研究は産業財の中でも、買い手と使い手が異なる主体によって構成される素材や部品の分野で、直接の顧客企業だけではなく、「顧客の顧客」の認知が産業財のブランド・エクイティを形成する上で影響を及ぼすだろうという仮説を検証するのが目的であった。そのため2回の産業財関連の展示会から124社のデータを収集し分析を行った。分析の結果明らかになった点は次のように整理できる。第1に、素材や部品のような中間財においては、直接の買い手企業だけではなく、「顧客の顧客」が当該産業財をどのように評価するのかが、ブランド・ロイヤルティ(製品ロイヤルティと企業ロイヤルティ)の形成に影響を与えることが明らかになった。つまり、買い手企業は、あるブランドの素材や部品が自社製品に含まれていることを、自分の顧客が評価すればするほど、当該ブランドと売り手企業に対するロイヤルティを形成するのである。第2に、ただし、「顧客の顧客」による知覚が常に、またいかなる状況においても重要なわけではない。本研究では買い手企業の製品に占める部品や素材の重要度を媒介変数として、そのモデレータ効果を測定した。その結果、買い手企業にとって当該産業財の購買が重要であればあるほど、「顧客の顧客」による知覚がブランド・ロイヤルティの形成に与える影響は大きくなることがわかった。第3に、Riel et al(2005)ですでに実証されたように、産業財メーカーのマーケティング努力は買い手企業の知覚に影響を与えることを通じて、ブランド・エクイティの形成にポジティブな影響を及ぼすことが証明された。中でも、情報提供とサービスのレベルは、製品そのものよりは、企業ブランド・エクイティを向上させることを媒介にして、ロイヤルティ意図を高めることが確認された。産業財におけるブランド・エクイティを形成するメカニズムについては近年多様な角度からの分析が行われている。しかし、ほとんどの先行研究は消費財を中心として蓄積されてきたブランド研究に依拠し、産業財のブランド・エクイティを買い手の知覚をベースにして測定するというスタンスを採っている。この視点は産業財におけるブランド・エクイティの存在を実証レベルに落とし込む上で貴重な試みであり、貢献であったと言える。そのほかに本研究では、産業財の売り手企業からもデータの収集を終えており、それについては現在分析を進めている。
社会インフラを支援する開放型ユビキタスネットワーク

社会インフラを支援する開放型ユビキタスネットワークとして、実空間から広く情報を収集するセンサネットワークを実現するためには、安全で効率的なデータ配送の仕組みを確立しなければならない。本研究においては、安全、効率の2点からセンサネットワークのプロトコルを開発した。まず、セキュアグループ通信の方式として、HARを開発した。HARで想定するセンサネットワークは、ベースステーションとその他の複数の情報収集センサノードから成るものとする。HARでは、ベースステーションの公開鍵、秘密鍵、各センサノードの秘密鍵、グループ鍵を用いる。親ノードとして、ベースステーションは、一定間隔で、グループ鍵で暗号化された「子ノード探索要求」を発信し、正規のセンサノードは「子ノード探索応答」で応答する。既にグループに加わったセンサノードは、新たな親となり、センサデータ配送グループを形成していく。シミュレーションにより、信頼性のあるデータ配送グループを構築できることが明らかになった。次に、ルーティング機構として、実世界通信を指向して、地理上の位置と一対一対応のある階層化ルーティング手法SAMONを開発した。具体的には、階層化可変長のアドレスを割当てることとし、アドレス情報を辿るだけで暗示的なソースルーティングを実現した。さらに、協調的故障検出、位置に応じて物理領域と一対一対応したマルチキャスト機構であるAreacastを実現することができた。シミュレーションのみならず、街中を歩くモバイルユーザとの情報交換も含めた実証実験を行い、開放型ユビキタスネットワーク構築実現の基盤を構築することができた。今後は、さらに大規模なネットワークに展開していくときの技術課題を追求していく予定である。社会インフラを支援する開放型ユビキタスネットワークとして、実空間から広く情報を収集するセンサネットワークの管理機構と高効率・安全プロトコルを開発した。まず、管理機構としてSNAC (Sensor Networks Active Control)というフレームワークを確立した。SNACでは、センサノードのライフタイム管理を行うために、協調的故障検出、位置に応じて物理領域と一対一対応したマルチキャスト機構であるAreacastを開発した。Areacastでは、階層的に領域を管理しなければならないため、階層に応じた可変長アドレスを採用した。実際にSNACを実装し、ACM SenSysでデモ実演を行った。次に、高効率・安全プロトコルとしてHuaNaaというフレームワークを確立した。HuaNaaでは、センサネットワーク向けのセキュアなグループ通信プロトコールを提供する。我々の定義において、グループ通信とは少数の基地局(小型PC等)と多数のセンサノード間の通信を意味する。センサネットワークはモニタリングのために使用され、センサが監視したデータを基地局に送り、基地局がそのデータを処理し、センサに命令を送り込む。通信経路は基地局から一個のHELLOパケットを送出してセンサノードが自律的に木構造を作ることができる。消費電力を節約するために基地局と通信できる距離でノードを三つの種類に分け、全ての通信はブロードキャストとする。データの盗み聞きを防止するために暗号鍵を用いる。HuaNaaにおいては、公開鍵方式と共通鍵方式を使用するが、公開鍵の計算コストは高いため、ノードに行う計算には共通鍵方式を採用する。新しいノードが配置されても、通信の木構造が自律的に適応できることを、シミュレーションにより実証した。前年度平成16年度は、開放型センサネットワークにおいて、セキュアグループ通信を行う際の暗号化方式を具体的に設計し、シミュレーションにより検証した。また、実機を用いた実証に向けて、汎用的なセンサネットワークプラットフォームであるMICA MOTEにルーティング機構を実装した。