hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
生成型学習に基づく構造解析手法の確立とその医用画像処理理解への応用

本研究では,形状や濃度分布の変動が大きい人体臓器の認識において,そのばらつきを効率的に捉える生成型学習とその臓器・疾病認識手法の開発を行った.気管支および血管の木構造認識では,生成型学習に適した有効な特徴量を明らかにし,気管支および血管木構造の認識精度の向上が達成された.臓器の認識アルゴリズム開発では,ばらつきを表現したアトラスを生成型学習に基づいて構築し,腹部臓器の認識性能を向上できることを示した.胸部で重要なリンパ節検出では,リンパ節に特異的に反応するフィルタを新たに開発し,高精度にリンパ節を検出できることを示した.以上より,生成型学習が臓器・疾病認識に有効であることを示すことができた.3次元濃淡画像の生成型学習に基づく構造解析手法の確立とその医用画像処理理解への応用として,本年度は以下の研究を行った.1.気管支の分岐バリエーションの効率的記述法気管支の分岐バリエーションについて,昨年度の結果より分岐点位置と枝の長さのみではバリエーションを有効に記述するには不十分であることが示唆された.そこで,分岐の数を付加情報に加えることを検討した.2.血管の分岐バリエーションの記述法他の木構造として血管を対象として分岐バリエーションの記述法について検討した.肺血管は肺門部において動静脈の分離が非常に難しいため,腹部血管を対象とした.分岐位置,枝の長さに加えて,枝の太さ,親枝および子枝に対する方向,枝の湾曲率を検討した.3.血管の名称対応付け分岐バリエーションの記述を利用して,血管名称の対応付けアルゴリズムを開発した.機械学習により枝名と分岐バリエーションとの対応を学習し,入力画像の各血管枝に名称を付けた.CT像20例に対する実験の結果,再現率79.4%,適合率90.9%と良好な結果を得た.4.胸部リンパ節の認識胸部疾病の一つとして,リンパ節検出に取り組んだ.リンパ節は肺がんの進行度診断において不可欠の情報である.リンパ節のバリエーション記述として,リンパ節の存在確率を表すリンパ節存在マップ(アトラス)を構築した.リンパ節の画像特徴と併せて存在マップを利用した検出アルゴリズムを開発した.CT像21例に対する実験の結果,93.3%の精度でリンパ節を検出することができた.5.腹部臓器の認識肝臓や脾臓といった腹部の複数臓器を対象とした認識アルゴリズムを開発した.各臓器形状・濃度分布のばらつきをそのパターンごとに複数のアトラスで表現し,認識対象とする患者にもっとも近いパターンに該当するアトラスを選択することで認識精度が向上した.3次元濃淡画像の生成型学習に基づく構造解析手法の確立とその医用画像処理理解への応用として,本年度は以下の研究を行った.1.胸部リンパ節の認識胸部リンパ節の中でも特に重要な縦隔部(左右の肺に挟まれた,心臓や大血管が存在する部位)のリンパ節検出手法の開発に取り組んだ.縦隔部は血管等が密集した領域であるため,濃度値コントラストが低く,検出は容易ではない.そこで,前年度作成したリンパ節の存在確率を表わすリンパ節存在アトラスを利用して候補領域を絞り込むとともに,新たにリンパ節を良好に検出できるフィルタを開発した.リンパ節が類球状である点に着目し,Radial Structure Tensorフィルタに球状であることを考慮した新たな評価式を組み込むことで実現した.これにより食道や血管等の,これまでは誤って検出していた領域を大幅に低減することができた.CT像46例に対する実験の結果,正検出率91.3%(疑陽性検出6.5個/例)と高い精度でリンパ節を検出することができた.2.腹部臓器の認識昨年度の研究で,各臓器形状・濃度分布のばらつきをそのパターンごとに複数のアトラスで表現し,認識対象とする患者にもっとも近いパターンに該当するアトラスを選択することで認識精度が向上することを示したが,本年度はさらに複数アトラスの生成方法のブラッシュアップを施した.具体的には,画像全体に対してではなく,対象とする臓器ごとに類似度を測るために画像を分割(4分割16分割)して部分画像に対して複数のアトラスを構築した.認識においては部分画像アトラスの組み合わせで全体アトラスを表現し,各臓器を認識する.100例のCT像による実験の結果,肝臓・脾臓・腎臓で90%以上の認識率を,認識が難しい膵臓でも約70%の精度を得た.本研究では,形状や濃度分布の変動が大きい人体臓器の認識において,そのばらつきを効率的に捉える生成型学習とその臓器・疾病認識手法の開発を行った.気管支および血管の木構造認識では,生成型学習に適した有効な特徴量を明らかにし,気管支および血管木構造の認識精度の向上が達成された.臓器の認識アルゴリズム開発では,ばらつきを表現したアトラスを生成型学習に基づいて構築し,腹部臓器の認識性能を向上できることを示した.胸部で重要なリンパ節検出では,リンパ節に特異的に反応するフィルタを新たに開発し,高精度にリンパ節を検出できることを示した.以上より,生成型学習が臓器・疾病認識に有効であることを示すことができた.木構造物体として気管支を対象として,その分岐バリエーションのManifold Learningに基づく効率的記述法を検討し,複数モデルによる認識アルゴリズムを開発した.1.気管支の分岐バリエーションの効率的記述法気管支領域をそのまま固有空間に写像しただけでは,各枝の分岐パターンは類似しているため,分岐パターンの違いはManifoldに反映されない.そこで,分岐点位置と枝の長さの付加情報を加えることを検討した.実際のCT像に対する実験の結果,分岐位置の推定精度は約56%であり,付加情報なしの場合に比べて約9%向上した.しかし,まだ十分な精度とは言えず,より良い付加情報について検討する必要がある.

2.生成型学習に基づく認識アルゴリズムについて生成型学習で得られるモデルを利用した臓器・疾病認識アルゴリズムを検討した.複数の臓器モデルを用意し,腹部領域における臓器認識アルゴリズムを開発した.CT像100例に対する実験の結果,単一のアトラスに比べて認識精度が向上することを確認した.3.画像データ収集と気管支木構造正解データおよび肝がん正解データの作成名大医学部で撮影された画像データを収集した.収集したデータは,動脈相と静脈相のCT像を一組とした.胸部は新たに47例,腹部は116組を収集した.また,手法を評価するための正解データを作成した.木構造物体の分岐バリエーションとして,気管支に加えて血管についても検討を進めた.血管は気管支よりもバリエーションが多く,難易度は上がるが,枝の太さ,親枝および子枝に対する方向,枝の湾曲率など有効な特徴を明らかにし,血管の名称対応付けにおいて再現率約8割,適合率約9割と良好な結果を確認した.また,疾病の認識にも研究を進め,胸部リンパ節の存在マップというバリエーション記述法を組み合わせることで,リンパ節の検出精度を飛躍的に向上させることができた.臓器認識への応用においても,肝臓や脾臓といった腹部の複数臓器を対象として,各臓器形状・濃度分布のばらつきをそのパターンごとに複数のアトラスで表現し,認識対象とする患者にもっとも近いパターンに該当するアトラスを選択することで認識精度が向上した.気管支の分岐バリエーションの効率的記述法に関して,付加情報として分岐位置と枝の長さ情報を検討したが,大きな精度改善は達成できなかった.その原因として,分岐角度は特に個人差が大きく,それを十分に反映するmanifoldを作成できなかったことが挙げられる.また,現在のバリエーション記述法では,分岐の数の違いを陽にmanifoldに組み込むことができないことも一因だと考える.気管支,血管,リンパ節を対象とした生成型学習とその認識アルゴリズムについて,評価実験に基づいて総合的にまとめる.並行して,肺血管や肝がんへ対象を広げ,他の臓器・疾病に対しても本枠組みが有効に働くことを示す.これは肺結節等の異常陰影の良性,悪性の評価には関与する血管が動脈か静脈かが重要な手がかりとなるためである.認識手法の開発アプローチは24年度と同様である.気管支の分岐バリエーションの効率的記述法に関して,本年度は付加する情報として分岐位置と枝の長さという基本的な情報をまず検討したが,分岐の数を陽に扱えるmanifold learningの方法論を検討する予定である.生成型学習に基づく認識アルゴリズムに関して,本年度は3種類のモデルを追加して精度向上を確認した.今後はさらにモデルを追加して検討する予定である.
アルコールと内因性急死に関する法医学的研究(血管の反応性を中心として)

血管には拡張神経の存在も知られており,摘出血管壁に経壁的に電気刺激を与えると弛緩反応が生じる。しかしながら、この神経を介した弛緩反応に対するエタノールの影響はいまだ検討されたいない。拡張神経には一酸化窒素(NO)作動性神経とcapsaicinに感受性のある知覚神経がしられており,それぞれNOとcalcitonin gene relatedpeptide(CGRP)の遊離を介して弛緩する。ラットの上腸間膜動脈を用いて平成10年度は経壁的電気刺激と同様の作用をもつニコチンの作用に対するエタノールの効果を,また11年度は実際に摘出したラットの上腸間膜動脈に経壁的に電気刺激(amplitude,10V : pulse duration,1 msec : 1-2Hz,30s)を与え,拡張反応に対するエタノールの作用を検討した。その結果ラットの上腸間膜動脈において,血管を支配する神経の末端から遊離される拡張物質としてVIP,ATP,やsubstance Pは否定的でCGRPが主に関与していることがわかり,NOの関与は少なくないと考えられた。エタノールはニコチンと電気刺激による弛緩反応を抑制したが,外因的に投与したCGRPの弛緩反応を制御しなかったので,その抑制作用は平滑筋ではなくpresynapticなレベルにあると考えられる。今後は組織免疫学的手法を用いてNO作動性神経の存在の有無について検討する必要がある。しかしながら,この神経を介した弛緩反応に対するエタノールの影響はいまだ検討されていない。ニコチンは種々の血管において経壁的電気刺激と同様にneuro-transmitterを放出させる作用をもっている。平成10年度においてラットの上腸間膜動脈を用いてニコチンの弛緩反応に対するエタノールの影響を検討した。血管を支配する神経の末端から遊離される拡張物質としてVIP,ATP,calcitonine gene related polypeptide(CGRP)やsubstance Pなどが知られている。ethanolはニコチンによる弛緩反応を抑制した。従って,本年度はこの抑制機序を明らかにすべく実験を行った。ニコチンの弛緩作用はVIP阻害剤,basilen blue,indomethacinで抑制されなかったことからVIP,ATP,prostacyclinの関与は否定的であり,またsubstance Pはニコチンと異なって内膜依存性弛緩反応を示すためこの物質の関与も否定された。またN^G-nitro-L-arginineによりニコチンの弛緩作用は抑制傾向はあったものの有意ではなかったことから,NOの関与は少ないと考えられた。一方,capsaicinは神経末端に貯蔵されているCGRPを枯渇させる作用があり,ニコチンの弛緩作用はcap-saicin処理により明らかに抑制されたことからCGRPが関与していることが考えられる。またニコチンの弛緩作用はCa-freemediumで著名に抑制された。この結果はCGRPによる弛緩反応はCaに依存しているという報告と一致する。従って,ethanolによるニコチンの弛緩反応の抑制は主としてCGRPを介した作用と考えられる。またethanolは外因的に投与したCGRPの弛緩反応を抑制しなかったので,その抑制作用は平滑筋ではなくpresynapticなレベルにあると考えられる。血管には拡張神経の存在が知られており,摘出血管璧に経壁的に電気刺激を与えると弛緩反応が生じる。しかしこの神経を介した弛緩反応に対するエタノールの影響は未だ検討されていない。拡張神経には一酸化窒素(NO)作動性神経とcapsaicinに感受性のある知覚神経が知られており,それぞれNOとcalcitonin gene ralated polypeptide(CGRP)の遊離を介して弛緩する。平成10年度は経璧的電気刺激と同様の作用をもつニコチンの作用に対するエタノールの効果を検討したが,本年度は実際に摘出したラットの上腸間膜動脈に経璧的に電気刺激(amplitude,10V:pulse duration,1 msec:1-2Hz,30s)を与え,拡張反応に対するエタノールの作用を検討した。

電気刺激に対する弛緩反応はtetrodotoxinによりほぼ完全に消失したことから血管の神経を介した反応であると考えられた。一方,capsaicinは神経末端に貯蔵されているCGRPを枯渇させる作用があり,capsaicinによる血管の前処理により電気刺激による弛緩反応が抑制されたが,N^G-methyl-L-arginine(NO合成阻害剤)により抑制傾向はあったものの明らかに抑制されなかった。従って,この弛緩反応はNOを介した反応というよりむしろCGRPを介した反応であると考えられた。またエタノールは弛緩反応を抑制したので,この抑制作用はCGRPを介した反応によるものと思われた。またエタノールは外因的に投与したCGRPの弛緩反応を抑制しなかったので,その抑制作用は平滑筋でなくpresynapticなレベルにあると考えられる。
非周期的メタマテリアルによる熱ふく射スペクトル制御

本研究が描く将来像は,社会・産業界からのニーズに合わせて,新たな熱ふく射制御材料を逆デザインし,それを社会・産業界に還元できることである.そこで本研究では,自由自在に熱ふく射スペクトルを制御できるメタマテリアルを,機械学習をベースとしたマテリアルズ・インフォマティクスによって逆デザインを行うことを目的としている.また、新しいナノ構造による未知のメタマテリアルを見出し,そこから派生する新たな熱ふく射スペクトル制御理論について知識基盤を構築する.これまでに1次元メタマテリアルについては,基礎となる数値解析ツールはほぼ完成した.1次元メタマテリアルの場合は多層膜構造であるため,各層の厚さと材料の組み合わせが主な設計パラメータとなる.したがって比較的容易に電磁波シミュレーションを行うことが可能であった。次に、この設計法に基づき、赤外線ヒーターへの応用を目的として,特定の波長帯(ここではそれぞれ5,6,7um帯)において狭帯域熱ふく射を放射する赤外線エミッターを設計した.これにより、狙った波長帯において,極めて狭帯域な熱ふく射を波長選択的に放射できる可能性が示された.これも非周期的な層構造によって発現されるものであり,電磁界分布を可視化すると特定の層に光が局在するモードが観察された.また、スパッタリング法によって、実際にこの赤外線エミッターを作製し、その光学特性を計測した結果、良好な狭帯域熱ふく射が放射されていることを実証した。1年目で計画した数値解析ツールの構築と、研究室レベルにおいて実際にプロトタイプを作製することに成功したため。今後は、さらに高度な機械学習法を導入し、メタマテリアルデザインの高度化を狙う。また、そのデザインを基にスパッタリングあるいは蒸着による薄膜形成とエッチングによりナノ構造パターンを形成する等、実証実験を行う。設計したメタマテリアルの作製費が、想定より安価であったため、一部繰り越し金が発生した。次年度は、この繰り越し金と合わせて、光学特性評価システムの構築に使用する。
環境センシングのためのセンサセキュリティに関する研究

自律移動ロボットや車の自動運転システムは,センサで観測した情報に基づいて行動を決定している。万が一,センサの計測部に何らかの汚損等が発生し,正しい情報がシステムに入力できなくなった場合には,設計者が意図していない動作が生じる可能性がある。本研究では,自律ロボットに搭載された外界センサに起こりうる様々な汚損リスクを考えて,それらが計測データや行動決定に及ぼす影響を調査・分析することで,システムが自らセンサ汚損の状況(種類や程度)を知覚するアルゴリズムを開発するとともに,汚損した状態でも安全な運用を続けるための指針を明らかにする。
広範な多成分系材料に適用できる新しい局所構造解析法の確立

本研究は,アルミニウム化合物や酸化物をはじめとする多成分系材料の局所構造を定量評価できる新しい透過型電子顕微鏡(TEM)技術の確立を目的としている。具体的には,局所構造解析法の1つであるアルケミ(atom location by channelling enhanced microanalysis;ALCHEMI)における解析手法の最適化に焦点を絞り,実験と理論計算の両面から検討した。また,アルミニウム合金の規則格子反射の結晶構造因子を種々の手法で測定し,各手法の測定精度を比較した。本研究で得られた主な知見は以下の通りである。1.アルミニウムや酸素などの軽元素を多量に含む合金や化合物の場合,アルケミの解析結果は回折条件に強く影響を受ける。具体的には,チャネリング条件において規則格子反射に正の励起誤差を与えると,特性X線強度から求められる構成元素の副格子サイト占有率は真の値から大きくずれる可能性がある。このずれは,例えばB2型Ti-Al-Mo合金のように,規則格子反射の構造因子の値がきわめて小さい場合において特に大きくなる。2.上記のような合金や化合物に対して信頼性のあるデータが得られる新しいアルケミの解析手法を以下のように提案する。(1)結晶方位を系統反射列励起条件に合わせる。(2)電子線の入射方向を変えながら各構成元素の特性X線強度を測定して「回折条件-特性X線強度」のプロフィールを得ると共に,分析領域の膜厚を測定する。(3)アルケミのシミュレーションにより上記のプロフィールのフィッティングを行い,実験結果を最も良く再現する各構成元素の副格子サイト占有率を決定する。3.アルケミのシミュレーションでは,以下のことを考慮する必要がある。(i)入射電子の動力学的散乱過程と非弾性散乱過程。(ii)弾性散乱電子および非弾性散乱電子との相互作用による特性X線の発生。(iii)内殻電子励起の非局在効果(delocalization)。(iv)試料による特性X線の吸収の影響。4.B2構造をもつTi-Al-Mo合金のように規則格子反射の結晶構造因子が小さい合金や化合物に対しては,電子回折強度の定量測定と,多波動力学的回折理論による回折強度のフィッティング計算を組み合わせることにより,従来の菊池線交差法や等厚干渉縞法よりもはるかに高精度の構造因子測定が可能である。本年度は,特性X線を利用して構成元素の格子サイト占有傾向を分析するアルケミ法(atom location by channelling enhanced electron microanalysis;ALCHEMI)の測定精度に関する研究を行った。対象とした材料はB2規則状態を有するTi-Al-Mo3元合金である。本合金は規則格子反射の結晶構造因子がきわめて小さいにもかかわらず,電子回折では動力学的回折効果のために規則格子反射が観測される。したがって,X線や中性子回折による解析がほとんど不可能なB2型Ti-Al一MO合金に対しても,アルケミ法は有効である。しかしながら,微弱な規則格子反射の消衰距離はきわめて大きいことから,格子サイト(面)での電子のチャネリングは試料の厚い領域で起こることが考えられる。そのため,チャネリング電子によって各元素から発生する特性X線の強度は,試料深さや吸収の影響を強く受けることが予想され,アルケミ法の測定精度に疑問が生ずる。

そこで,結晶内部での電子線強度分布や特性X線の発生プロセスを厳密に考慮したアルケミ実験の計算機シミュレーションを行い,測定精度に及ぼす種々の影響について検討した。計算では,17波を考慮した多波動力学的回折理論により,結晶内部での電子線強度分布を求めた。各元素からの特性X線の発生効率や試料による吸収の効果を取り入れ,検出される特性X線強度を算出した。B2構造のβサイトをTi,αサイトをAlとMoが1対1で占有したTi_<50>(Al_<25>Mo_<25>)合金を想定した解析の結果,膜厚が100nm以下ではアルケミ法の測定精度は著しく低下すること,結晶ポテンシャルの低い格子サイト(ここではβ(Ti)サイト)に電子が強いチャネリングを起こすように回折条件を設定することで測定精度が向上することが明らかとなった。本年度は,B2規則構造を有するAl合金のアルケミ(atom location by channelling enhanced electron microanalysis;ALCHEMI)実験に及ぼす諸因子の影響を計算機シミュレーションにより解析した。AlやO(酸素)等の軽元素を含む合金や化合物の場合には,原子面または原子コラムに局在化していない入射電子による特性X線の発生率が高く(delocalization効果),これがアルケミの分析値に著しい影響を及ぼすことが報告されている。原子配列の精密解析を行うためには,これらの影響の大小を定量的に評価する必要がある。計算機シミュレーションでは,弾性散乱電子と非弾性散乱電子からなる結晶内部での入射電子強度分布を多波動力学的回折理論により求め,delocalization効果と試料によるX線の吸収効果を考慮して,検出される各特性X線強度を産出した。作成したシミュレーションプログラムはB2型Fe_<50>Al_<45>X_5合金のアルケミ実験(Anderson:Acta Mater.,45(1997),3897)における特性X線強度の回折条件依存性をよく再現することがわかり,モデルの妥当性が示された。解析の結果,delocalization効果の影響は回折条件により大きく異なることがわかった。例えば,B2規則格子反射であるhkl=100への励起誤差が正となる回折条件では,ALCHEMIの分析値は真の原子配列から大きく異なる値を示すのに対し,励起誤差が負でその絶対値が大きいときにはdelocalization効果は無視できる程度にまで小さくなった。本結果は,実験条件の最適化がdelocalization効果の影響の低減化に有効であることを示している。ただし,このようなdelocalization効果の影響は合金の規則度や規則格子反射の構造因子に依存することが判明し、合金系によって異なる実験・解析方法を選択する必要があることが示唆された。本年度は,B2型Ti_<50>Al_<25>Mo_<25>
多糖の立体構造変化と加水分解酵素感受性

Pseudomonas sp.no.12の生産するムコ多糖加水分解酵素によるムコ多糖(MPS)分解活性イオン強度感受性とイオン強度に対応するMPSの立体構造変化との関係についてCanal Isoelectric Focusingで完全精製した酵素及び精製MPSをさらにGPCにより分子サイズで分画分取し重気度が限定されたMPSを使用し以下の知見が新たに得られた。1.MPSはイオン強度に対応しその立体構造が変化する。蒸留水中ではランダムコイル状を示し、イオン強度が増すに従いパックされ10mMNaCl付近から異なる傾きでパックされ50mM NaCl以上のイオン強度でそのサイズ、形状が一定となると考えられた。2.MSP分解酵素によりMSPの加水分解活性を還元力増加でみると10mM NaCl付近まではイオン強度の増加に対応し急激に減少した。これを種々プロットし解析した結果阻害剤であるNaClは酵素ではなく基質の多糖に作用する結果阻害が起きることが示された。3.分子サイズで分画したMPSを基質として酵素活性を還元力増加でみると、分子量50万及び5万のMPSはNaCl無添加では反応初期から還元力が増加したが10mM NaCl存在下では約20分、50mMNaClでは約60分間は還元力増加が殆ど見られなかったが、そのあとNaCl無添加と殆ど同じ速度で還元力が増加した。一方分子量1万のMPSでは10mM NaCl存在下でもNaCl無添加と同様反応初期から還元力が増加し、50mM NaCl存在下では20分後から還元力が増加した。4.HPLCでの反応生成物の経時変化の結果MPSは高イオン強度下ではまず分子量1ー2万位に切断されその後2 repeating unitsついで1 repeating unitのオリゴ糖が得られるという結果を得た。以上の結果はイオン強度の増加によりMPSが特定の立体構造をとるためランダムコイル状に比べ酵素感受性部位が極めて減少したことを示すと考えられる。また分子量1万以下のMPSでは特定の立体構造をとれたとしても安定してはとれない為酵素感受性部位がそれほどは減少していないと考えられた。Pseudomonas sp.no.12の生産するムコ多糖加水分解酵素によるムコ多糖分解活性のイオン強度感受性とイオン強度に対応するムコ多糖の立体構造変化との関係を明らかにする為イモビライン等電点電気泳動でCanal Isoelectric focusingを行い今まで多量には完全精製が困難であったムコ多糖加水分解酵素を多量に完全精製した。またムコ多糖は極めて広い分子量分布を示すが解析をより明確にするため、また重合度と立体構造,重合度と酵素による加水分解反応との関係を調べるためGPCによりムコ多糖を分子サイズにより細かく分画分取した。これら完全精製した酵素及び分子サイズが限定されたムコ多糖を使用し以下のことが新たに得られた。1.ムコ多糖はムコ多糖加水分解酵素によりまず分子量2万(16繰り返し単位)位に切断されその後2繰り返し単位からなるオリゴ糖を切り出し次いで1繰り返し単位のオリゴ糖にする。2.2万位に切断する最初の反応がイオン強度感受性を示すのではないかと考えられる予備デ-タ-が得られた。今後分画分取した2万位の分子サイズのムコ多糖の加水分解がイオン強度感受性を示すかどうかを調べることにより明確になると考えられる。

3.高イオン強度下でも2万位に切断する反応は極めて遅れるが反応初期にわずかではあるが2繰り返し単位のオリゴ糖が出現する。これは特定の立体構造をとっていない多糖の末端から由来した可能性が考えられ現在検討中である。4.凝集反応を利用して種々のイオン強度下での多糖分子同士の相互作用を検討し10mMNacl附近で分子同士の相互作用は一応完了し10mMー50mMNaclではこの立体構造がさらにパックされていくのではないかと考えられた。Pseudomonas sp.no.12の生産するムコ多糖加水分解酵素によるムコ多糖(MPS)分解活性のイオン強度感受性とイオン強度に対応するMPSの立体構造変化との関係についてCanal Isoelectric Focusingで完全精製した酵素及び精製MPSをさらにGPCにより分子サイズで分画分取し重合度が限定されたMPSを使用し以下の知見が新らに得られた。1.MPSはイオン強度に対応しその立体構造が変化する。蒸留水中ではランダムコイル状を示し、イオン強度が増すに従いよりパックされ10mMNaCl付近から異なる傾きでパックされ50mM NaCl以上のイオン強度でそのサイズ、形状が一定となると考えられた。2.MPS分解酵素によるMPSの加水分解活性を環元力増加でみると10mM NaCl付近まではイオン強度の増加に対応し急激に減少した。これを種々プロットし解析した結果阻害剤であるNaClは酵素ではなく基質の多糖に作用する結果阻害が起きることが示された。3.分子サイズで分画したMPSを基質として酵素活性を環元力増加でみると、分子量50万及び5万のMPSはNaCl無添加では反応初期から環元力が増加したが10mM NaCl存在下では約20分、50mMNaClでは約60分間は環元力増加が殆んど見られなかったが、そのあとNaCl無添加と殆んど同じ速度で環元力が増加した。一方分子量1万のMPSでは10mM NaCl存在下でもNaCl無添加と同様反応初期から環元力が増加し、50mM NaCl存在下では20分後から環元力が増加した。4.HPLCでの反応生成物の経時変化の結果MPSは高イオン強度下ではまず分子量1ー2万位に切断されその後2 repeating unitsついで1 repeating unitのオリゴ糖が得られるという結果を得た。以上の結果はイオン強度の増加によりMPSが特定の立体構造をとるためランダムコイル状に比ベ酵素感受性部位が極めて減少したことを示すと考えれる。また分子量1万以下のMPSでは特定の立体構造をとれたとしても安定してはとれない為酵素感受性部位がそれほどは減少していないと考えられた。
肥育牛におけるレプチン可溶性レセプター(Ob-Re)の生理作用の解明

昨年度にウシレプチンレセプターの2つのアイソフォームの塩基配列を明らかにしたが、他の動物種の場合からすると、まだOb-Reを含め別のアイソフォームが存在することが考えられる。そこで本年度はウシにおけるレプチンレセプターのこれまでに明らかにした2種類以外のアイソフォームの配列の存在について検討した。その結果、新たなタイプ(midleタイプ)の全塩基配列を得て、その遺伝子をOb-RMと名付けGenBankに登録した(accession number AB207254)。しかし、肝心の可溶性レセプタータイプであるOb-Reに相当する遺伝子は見つけることが出来なかった。マウスでレプチンレセプターアイソフォームはあらゆる部位に偏在することが確認されているが、ウシにおいてレプチン分泌主要部位である脂肪組織での各アイソフォームの発現を確認するため、ウシの内臓、皮下、筋間の脂肪組織を採取し、そこからRNAを抽出しRT-PCRにより各レプチンレセプターの発現の確認、さらには腎臓、肝臓、心臓等の部位間での各アイソフォームのmRNA発現量の比較を行った。各脂肪組織間での比較では10ngタイプ(Ob-RL)において筋間と内臓間に有意差があった。また各アイソフォーム間でOb-RLOb-RMのOb-R発現には相関が見られた。それ以外の組織においてもOb-R発現にはOb-RLとOb-RMが類似の傾向を示した。昨年度我々が作成した抗レプチン抗体を用いたレプチンのラジオイムノアッセイ系の確立を図り、自前のレプチン濃度測定の系の確立に成功した。Ob-Reの濃度決定のためその標準物質が必要であり、昨年度、大腸菌内で大量発現し精製したGSTとのフュージョンタンパクからOb-Reタンパクのみを精製することを試みてきたがこれまでアッセイ系に用いることの出来る量は取れていなかった。本年度はOb-Reタンパクの大量精製さらにはOb-Reのラジオイムノアッセイ系の確立を目指したが、やはり大腸菌内でインクリュージョンボディを形成し大量精製までには至らずOb-Reのアッセイ系の確立は出来ておらず、現在も取り組んでいる。既にデータベースに登録されているウシのレプチンレセプターの細胞外の領域に当たる部分配列をもとにPCRを行い、そのPCR断片のシークエンスを確認後発現ベクターに組み込んだ。このベクターを大腸菌にトランスフォーム後、レコンビナントレプチンレセプタータンパクを大腸菌内で大量発現し精製を行った。こうして得られたレコンビナントタンパクをウサギに免疫し、抗レプチンレセプター抗体を作成した。この抗体を用いてWestern Blotを行い抗原に用いたレコンビナントレプチンレセプタータンパクとクロスすることを確認した。また肥育牛の肥育に伴う血中のレプチン可溶性レセプターとレプチン濃度、さらには増体、試料摂取量との関連を調べるために同様の手法によりレプチンの抗体も作成した。現在はこれらの抗体を用いてラジオイムノアッセイ系の確立を計っている。またデータベースに既に登録されているウシレプチンレセプターの複数の部分配列を基にPCR、RACE (rapid amplification of cDNA ends)を行い、全長塩基配列の決定を目指した。N末端の数残基について分かっておらず、全長塩基配列の決定までには至っていないが、これまでに明らかにした860アミノ酸残基においては、マウスとは75.2%、ヒツジとは95.3%の相同性が見られた。現在、5'-RACEにより残りのN末端を明らかにするとともに、今回明らかにしたレプチンレセプターの配列は長さから考えてマウスで言うところのcあるいはdタイプに相当すると思われるが、さらに3'-RACEを行いウシにおけるレプチンレセプターの各アイソフォームの配列を明らかにすることを目指している。昨年度に一部ウシレプチンレセプターの塩基配列を明らかにしたが、まだN末端およびC末端に解読できていなかった配列が残っており、本年度は5'-RACEにより残りのN末端を明らかにした。また、昨年明らかにしたレプチンレセプター(Ob-R)のC末端側の配列は長さから考えてマウスでいうところのcあるいはdタイプに相当すると思われるが、既に明らかにされているゲノム配列をもとにPCRを行いOb-Rの別のアイソフォームであるbタイプの配列を明らかにした。それぞれの遺伝子をOb-R short form (Ob-RS), long form (Ob-RL)と名付けGenbankに登録した(accession number AB199590、AB199589)。また、昨年度作成した抗Ob-R抗体を用いて可溶性レセプターであるOb-Reのラジオイムノアッセイ系の確立を目指した。この際、濃度決定のため標準物質が必要であるが、大腸菌内で大量発現し精製したGSTとのフュージョンタンパクからOb-Rタンパクのみを精製した。さらに、肥育牛の肥育に伴う血中のOb-Reとレプチン濃度、さらには増体、試料摂取量との関連を調べるために同様の手法によりレプチンのラジオイムノアッセイ系の確立も計った。レプチンとGSTとのフュージョンタンパクを精製後ウサギに免疫し、レプチン抗体を作成した。

しかし、肝心の可溶性レセプタータイプであるOb-Reに相当する遺伝子は見つけることが出来なかった。マウスでレプチンレセプターアイソフォームはあらゆる部位に偏在することが確認されているが、ウシにおいてレプチン分泌主要部位である脂肪組織での各アイソフォームの発現を確認するため、ウシの内臓、皮下、筋間の脂肪組織を採取し、そこからRNAを抽出しRT-PCRにより各レプチンレセプターの発現の確認、さらには腎臓、肝臓、心臓等の部位間での各アイソフォームのmRNA発現量の比較を行った。各脂肪組織間での比較では10ngタイプ(Ob-RL)において筋間と内臓間に有意差があった。また各アイソフォーム間でOb-RLOb-RMのOb-R発現には相関が見られた。それ以外の組織においてもOb-R発現にはOb-RLとOb-RMが類似の傾向を示した。昨年度我々が作成した抗レプチン抗体を用いたレプチンのラジオイムノアッセイ系の確立を図り、自前のレプチン濃度測定の系の確立に成功した。Ob-Reの濃度決定のためその標準物質が必要であり、昨年度、大腸菌内で大量発現し精製したGSTとのフュージョンタンパクからOb-Reタンパクのみを精製することを試みてきたがこれまでアッセイ系に用いることの出来る量は取れていなかった。本年度はOb-Reタンパクの大量精製さらにはOb-Reのラジオイムノアッセイ系の確立を目指したが、やはり大腸菌内でインクリュージョンボディを形成し大量精製までには至らずOb-Reのアッセイ系の確立は出来ておらず、現在も取り組んでいる。
間葉系幹細胞の癌化機構とその監視システムの構築

1.間葉系幹細胞の初代培養解析1)29例の初代培養MSCの増殖動態を解析した。増殖停止までの平均培養期間は151日、平均最終倍加数は27代であった。ドナー年齢と培養初期の平均テロメア長が最終倍加数と相関が認められた。3)細胞周期関連因子の中で特にp16の発現が倍加数及び細胞老化と強い相関を示し、培養後期のp16陽性細胞においてその発現を抑制することで、細胞老化から逸脱させ、増殖能を賦与できることが判明した。4)29例中4例においてp16遺伝子にメチル化が発生しており、300日以上の培養継続が可能であった1例では、加えて染色体異常が発生していた。II.癌化モニタリングシステムの構築1)ras遺伝子群の変異を変異配列特異的PCRにより解析した。約40例のMSCを対象としたが、いずれも検出感度以下であった。2)融合遺伝子に関しては通常のReverse Transcriptase PCR法でSYT-SSX及びTLS-CHOP遺伝子の検出を約40例のMSCを対象に試みたが、いずれも検出感度以下であった。3)p16遺伝子のメチル化検出のため、メチル化特異的PCR法とReal Time PCR機器を組み合わせたRT-MSP法を開発した。解析時間を従来の約72時間から、12時間と大幅に短縮することに成功し、検出感度も10,000個のメチル化陰性細胞の中に1個の陽性細胞が混在していても再現性をもって検出できる技術を確立した。この方法を用いて、MSC10例の培養早期のメチル化の有無を解析し、全て陰性であることが確認できた。以上の結果から、初代培養MSCの形質転換に関連する遺伝子変異として、p16遺伝子のメチル化は発生しうる変異であり、監視システムにおける対象遺伝子として適切なものであることが判明した。29例の間葉系幹細胞の初代培養実験より次の結果が得られた(Shibata, et al.投稿中)1)培養初期の平均テロメア長が継代回数を規定する因子であった。2)年令と継代回数の間には正の相関があったが、平均テロメア長との関連性は無く、年令の影響はテロメア長以外の因子が関与している可能性が示唆された。3)29例中25例では継代とともにp16遺伝子の発現が初期の低値から上昇した。4)p16遺伝子陽性細胞はSAβ-gal陽性、Ki67陰性であり、細胞老化と強い相関を示した。5)細胞老化に陥った状態の細胞においてsiRNAを用いてp16遺伝子発現を抑すると、増殖能が復活し、細胞老化から逸脱できた。6)29例中2例では、一旦亢進したp16遺伝子の発現が消失し、そのまま低値が維持された。2例では初期より低値のまま維持された。これらの4例においてp16遺伝子プロモータ領域にメチル化が生じていることが判明した。7)p16遺伝子のメチル化が生じた4例中1例は300日以上の培養継続が可能であり、核型解析では相互転座が発生していた。9)肉腫関連融合遺伝子のうち、SYT-SSX及びTLS-CHOP融合遺伝子の解析を行ったところ、変異は検出されなかった。10)ヌードマウス移植により造腫瘍性を獲得したものは認められなかった。

この結果に基づいて、現在、Methylation Specific PCR(MSP)法と定量的PCR解析法を組み合わせた鋭敏なメチル化検出方法を構築し、標準的評価法としての意義を検証している。平成19年度は以下の成果を得た。1)初代培養MSCの培養過程における遺伝子変異の解析約40例の初代培養MSC細胞に対して、p16遺伝子のメチル化、ras遺伝子群の変異及びSYT-SSXとEWS-Fli1融合遺伝子形成を解析した。その結果、4例においてp16遺伝子のメチル化が検出された。このうち2例はPD10以降に発生し、いずれもp16遺伝子発現が非常に高くなった直後に発生していた。2例ではPD5付近ですでに検出され、早期から発生する場合もあることが判明した。Ras遺伝子群の変異及び融合遺伝子は検出されなかった。2)培養過程における諸因子の変異発生率に対する影響の評価培養条件として血清濃度(1%と10%)、酸素濃度(5%と20%)、増殖因子添加(bFGF)に関して検討した。血清濃度に関しては、増殖率は濃度依存性であり、p16遺伝子の発現に関しても同じく濃度依存性であった。酸素濃度に関しては継代5代程度までは通常濃度で培養した細胞の増殖が低酸素濃度下のものを上回っていたが、それ以降は逆転し、低酸素濃度下培養の方が最終倍加数も高値を示した。興味深いことに、p16遺伝子の発現は低酸素濃度下培養が低い値を示した。bFGF添加に関しては、増殖率に変化はなく、p16遺伝子の発現も同等であった。いずれの培養条件でもp16遺伝子のメチル化は検出されなかった。3)癌化細胞としての表現型の解析5例のMSCを用いて足場非依存性増殖能、ヌードマウスでの造腫瘍能、及び核型解析を行ったが、いずれも癌形質を獲得した細胞は検出されなかった。以上の解析により、p16遺伝子メチル化が唯一早期に検出される変異であること、培養条件によりp16遺伝子発現が異なること、そして血清濃度、増殖因子等で発現高値を誘導することでメチル化が発生する危険性が増加する可能性が示唆された。
細長い平面をもつ建物のねじれ振動性状に関する基礎的研究

単層で一軸偏心をもつ線形系に関して行ってきた基礎的な検討の成果を、細長い長方形平面をもつ建物に適用し、そのねじれ振動の基本性状について検討した。検討を行うに当たってまず、上記の基礎的な検討の結果、すなわち、極めて単純化した地動を受ける際に生じる最大応答値の算定式、これにもとづいて提案したねじれ効果の簡便な指標など、を整理しとりまとめた。次に、等分布質量をもつ細長い平面をもつ建物に共通する特性について検討し、つぎの点を明らかにした。短辺方向の振動に対して偏心をもつ場合(「短辺方向偏心時」と略記)には、偏心比・弾力半径比がとりうる範囲はともに極めて広く、また、無偏心時に対する最大応答値の増幅度は、上限で正方形平面の2割増しの、およそ1.6に達する。一方、長辺方向偏心時には、ねじれの影響は偏心をもたない短辺方向の応答に主として現れ、しかも偏心比がつねに極めて小さいにもかかわらず、上限の増幅度は正方形平面の4割増しの、およそ1.2と極めて大きい。最後に具体例として、一つの偏心要素を付加した均等モデルをとりあげて検討した。その結果、たとえば、偏心比が小さいにもかかわらず大きなねじれを生じる、また、平面上で剛性の高い方が振られ側となるなど、静的ねじれと異なる現象を引き起こす具体的な条件を明らかにした。たとえば前者の現象が見られるのは、減衰が小さいことに加えて、短辺方向偏心時では剛性の小さい偏心要素が重心近くに位置することにより、あるいは長辺方向偏心時では長辺方向の剛性が短辺方向の剛性を若干上まわることにより、それぞれ、並進とねじれのモードが近接する場合である。一方、後者の現象が見られるのは、剛性の大きい偏心要素が重心近くに配置されている場合である。さらに、本研究で提案した指標が、上記の微小偏心時をも含めて、このモデルの動的なねじれ効果を説明可能であることを示し、その有効性を検証した。一層一軸偏心線形系について行ってきた基礎的な検討の成果を、等分布質量をもつ細長い長方形平面に適用し、そのねじれ振動の基本的特性について検討した。まず予備的検討として、種々の剛性分布に共通する特性について検討し、つぎの点を明らかにした。平面の辺長比の影響が極めて大きく、ねじれ特性に関与する剛性成分、偏心比・弾力半径比がとりうる範囲、応答に与えるねじれの影響の方向性、および無偏心時に対する最大応答値の増幅度がとりうる上限値、などを大きく左右する。また、たとえば細長い平面が短辺方向の振動に対して偏心をもつ場合には、偏心比・弾力半径比のとりうる範囲は極めて広いと同時に、無偏心時に対する最大応答値の増幅度は上限でおよそ1.6ほどと大きく、正方形平面の場合の2割増しとなる。つぎに等分布質量をもつ細長い長方形平面の剛性分布の具体例として、等分布剛性に一つの偏心要素を付加した剛性分布をとりあげ、無偏心時に対する最大応答値の増幅度について概観した。その結果、静的ねじれと相違するために注意を要する点として、つぎの点を指摘した。偏心比が小さいにもかかわらず、最大応答値の増幅度が上限値に達する可能性が、偏心を短辺方向の振動に対してもつ場合にも、また偏心を長辺方向の振動に対してもつ場合にもある。また、剛性の低い側の平面端部にくらべて剛性の高い側の平面端部の最大応答値が大きくなる現象が、偏心を短辺方向の振動に対してもつ場合の一部に見られる。さらに、偏心を短辺方向の振動に対してもつ場合を対象として、上記の現象が生ずる条件を明らかにするためにパラメータ解析を行った。その結果、たとえば、偏心比が小さくても最大応答値の増幅度が上限値に達するのは、剛性の小さい偏心要素が重心近くに位置し、しかも減衰が小さい場合であることなどを明らかにした。くわえて、既に提案しているねじれ効果の簡便な指標の有効性を検証するために、これらの結果が指標により説明可能であることを示した。

たとえば前者の現象が見られるのは、減衰が小さいことに加えて、短辺方向偏心時では剛性の小さい偏心要素が重心近くに位置することにより、あるいは長辺方向偏心時では長辺方向の剛性が短辺方向の剛性を若干上まわることにより、それぞれ、並進とねじれのモードが近接する場合である。一方、後者の現象が見られるのは、剛性の大きい偏心要素が重心近くに配置されている場合である。さらに、本研究で提案した指標が、上記の微小偏心時をも含めて、このモデルの動的なねじれ効果を説明可能であることを示し、その有効性を検証した。単層で一軸偏心をもつ線形系に関して行ってきた基礎的な検討の成果を、細長い長方形平面をもつ建物に適用し、そのねじれ振動の基本性状について検討した。検討を行うに当たってまず、上記の基礎的な検討の結果、すなわち、極めて単純化した地動を受ける際に生じる最大応答値の算定式、これにもとづいて提案したねじれ効果の簡便な指標など、を整理しとりまとめた。次に、等分布質量をもつ細長い平面をもつ建物に共通する特性について検討し、つぎの点を明らかにした。短辺方向の振動に対して偏心をもつ場合(「短辺方向偏心時」と略記)には、偏心比・弾力半径比がとりうる範囲はともに極めて広く、また、無偏心時に対する最大応答値の増幅度は、上限で正方形平面の2割増しの、およそ1.6に達する。一方、長辺方向偏心時には、ねじれの影響は偏心をもたない短辺方向の応答に主として現れ、しかも偏心比がつねに極めて小さいにもかかわらず、上限の増幅度は正方形平面の4割増しの、およそ1.2と極めて大きい。最後に具体例として、一つの偏心要素を付加した均等モデルをとりあげて検討した。その結果、たとえば、偏心比が小さいにもかかわらず大きなねじれを生じる、また、平面上で剛性の高い方が振られ側となるなど、静的ねじれと異なる現象を引き起こす具体的な条件を明らかにした。
機能性コロイドの非平衡場中での内部構造とレオロジー特性に関する計算化学的研究

1.非希釈コロイド分散系のシミュレーションに際して,計算時間の大幅な短縮化が計れる新しいストークス動力学法であるcluster-basedストークス動力学法の検討を行った.本方法は定常およぶ非定常状態のシミュレーション法として,計算時間を大幅に短縮でき,従来の方法に比べて圧倒的に優れていることを明らかにした.2.コロイド粒子間の多体流体力学的な相互作用を,流体を構成する分子をある程度ひとまとめにした仮想粒子である散逸粒子とコロイド粒子の相互作用により再現できる散逸粒子動力学法の妥当性の検討を行った.非平衡動力学法を用いたシミュレーションを行うことにより,散逸力に基づく粘度の場合,理論値と非平衡動力学シミュレーションによる値は非常によく一致することがわかった.散逸粒子動力学法は,コロイド分散系の多体流体力学的な相互作用を考慮したシミュレーション法として有望な方法であることを明らかにした.3.散逸粒子とコロイド粒子が相互作用する系を対象に,散逸粒子動力学法の妥当性をさらに検討した.静止流体中に置かれた二つの磁性粒子が粒子間の磁気力により結合する現象に着目し,散逸粒子と磁性粒子との相互作用を種々のモデルで検討した結果,相互作用のモデルには大きく依存しないことがわかった.4.棒状粒子の多体相互作用を考慮するために,平均場近似を適用した理論解析を行い,単純せん断流中での強磁性棒状粒子の配向分布とレオロジー特性を詳細に検討した.基礎方程式をガラーキン法と反復法により解くことにより,たとえ粒子間相互作用が熱エネルギー程度であっても,まわりのクラスタが中央のクラスタに十分近づけば,大きな粘度増加が生じることを明らかにした.1.非希釈コロイド分散系のシミュレーションに際して,計算時間の大幅な短縮化が計れる新しいストークス動力学法であるcluster-basedストークス動力学法の検討を行った.本方法は定常およぶ非定常状態のシミュレーション法として,計算時間を大幅に短縮でき,従来の方法に比べて圧倒的に優れていることを明らかにした.2.コロイド粒子間の多体流体力学的な相互作用を,流体を構成する分子をある程度ひとまとめにした仮想粒子である散逸粒子とコロイド粒子の相互作用により再現できる散逸粒子動力学法の妥当性の検討を行った.非平衡動力学法を用いたシミュレーションを行うことにより,散逸力に基づく粘度の場合,理論値と非平衡動力学シミュレーションによる値は非常によく一致することがわかった.散逸粒子動力学法は,コロイド分散系の多体流体力学的な相互作用を考慮したシミュレーション法として有望な方法であることを明らかにした.3.散逸粒子とコロイド粒子が相互作用する系を対象に,散逸粒子動力学法の妥当性をさらに検討した.静止流体中に置かれた二つの磁性粒子が粒子間の磁気力により結合する現象に着目し,散逸粒子と磁性粒子との相互作用を種々のモデルで検討した結果,相互作用のモデルには大きく依存しないことがわかった.4.棒状粒子の多体相互作用を考慮するために,平均場近似を適用した理論解析を行い,単純せん断流中での強磁性棒状粒子の配向分布とレオロジー特性を詳細に検討した.基礎方程式をガラーキン法と反復法により解くことにより,たとえ粒子間相互作用が熱エネルギー程度であっても,まわりのクラスタが中央のクラスタに十分近づけば,大きな粘度増加が生じることを明らかにした.初年度はモデル構築および計算プログラムの開発と一部計算結果を得ることにその主眼が置かれた.得られた結果の要約は以下のとおりである.1.非希釈コロイド分散系のシミュレーションに際して,計算時間の大幅な短縮化が計れる新しいストークス動力学法であるcluster-basedストークス動力学法の構築を行った.ついで,単純せん断流中における凝集構造と粘度に着目し,実際にシミュレーションを行うことにより,本方法と従来の力加算近似による方法ならびに流体力学的相互作用を無視した方法との比較検討を行った.得たる結果は次のとおりである.初期状態からの推移特性に関して,従来の方法による値と非常によく一致する.また,2体相関関数および粘度の結果から,定常状態においても,本cluster-basedストークス動力学法は従来の方法による結果とほぼ一致する結果を与える.cluster-based法による計算時間は,従来の方法に比べて約1/14から1/70倍程度で済み,圧倒的な計算時間の短縮化が計れる.以上より,N=1000やN=10000のような大規模系を対象とせざるを得ない強磁性コロイド分散系のミクロ・シミュレーション法として,本cluster-basedストークス動力学法は,従来の方法に比べて圧倒的に優れていることが結論づけられる.2.コロイド粒子間の多体流体力学的相互作用を,流体を構成する分子をある程度ひとまとめにした仮想粒子である散逸粒子とコロイド粒子の相互作用により再現できる散逸粒子動力学法の妥当性の検討を行った.まず,散逸粒子の運動方程式から出発して,理論的に運動量および散逸力に基づく粘度の表式を導出した.

ついで,非平衡動力学法を用いたシミュレーションを行うことにより,散逸粒子の運動方程式に現れる諸パラメータの影響を詳細に検討した.得られた結果より,散逸力に基づく粘度の場合,H-K理論における粘度の理論値と非平衡動力学シミュレーションによる値は粒子数密度が非常に小さいときを除いて非常によく一致することがわかった.シミュレーションにより物理的に妥当な結果を得るためには,時間きざみ,数密度,ずり速度,系の粒子数などの値の選定に際して制約条件がある.以上より,メゾスコピックなシミュレーション法である散逸粒子動力学法は,コロイド分散系の多体流体力学的な相互作用を考慮したシミュレーション法として有望な方法であることが明らかとなった.1.コロイド粒子間の多体流体力学的相互作用を,流体を構成する分子をある程度ひとまとめにした仮想粒子である散逸粒子とコロイド粒子の相互作用により再現できる散逸粒子動力学法の妥当性を今年度も引き続き検討した.静止流体中に置かれた二つの磁性粒子が粒子間の磁気力により結合する現象に着目し、その解析を可能にするシミュレーション・プログラムの構築を行った。このプログラムを用いて、散逸粒子のモデル化に際して生じた種々のパラメータの値の影響を検討した。さらに、散逸粒子と磁性粒子との相互作用をレナード・ジョーンズ12-2,8-4,4-2,2-1でモデル化し、結果が相互作用のモデルに依存するかを詳細に検討した。その結果、散逸粒子と磁性粒子の相互作用のモデルには大きく依存しないことがわかった。さらに、散逸力の大きさを表すパラメータの影響や散逸粒子の質量および大きさの影響など、詳細に解明することができた。2.棒状粒子の多体相互作用を考慮するために、平均場近似を適用した理論解析を行い、単純せん断流中での強磁性棒状粒子の挙動を詳細に解明した。粒子の方向に関する配向分布関数を導入し、その基礎方程式を導出した。その際、物理的に妥当なクラスタ構造を仮定して、平均場近似を導入し、粒子間の相互作用を考慮した基礎方程式を導出した。その基礎方程式は、ガラーキン法と反復法による近似解法により解いた。単純せん断流に対して代表的な3方向の磁場を印加した場合の配向分布の特性とレオロジー特性を詳細に解明した。