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「医療体操史」構想のための基礎的研究

1.医療体操史という新しい研究領域を構想するための基礎資料作成をおこなった。2.そしてその歴史の中に、昨今注目されている「体つくり運動」における「体ほぐしの運動」の源流があることを確認し、思想的な背景を論ずるとともに、「体ほぐしの運動」の実施上の問題点を提起した。3.たとえば、「体つくり」と「体ほぐし」は、相反する面を持っていることである。これを、19世紀ヨーロッパの近代国民国家形成過程における教育への身体運動導入、および医療体操の論理を取り上げることによって論じた。4.本研究のオリジナリティは、端的に言うと、研究対象の拡大である。すなわち「医療体操」の概念を身体的治癒に限定せず、生のよろこびや充実感にかかわる身体運動(=スポーツ文化)にまで広げたことである。5.そして、人間の生を全うし、人間として豊かに生きるということにとって、スポーツ文化が持つ「からだほぐし」的要素がいかに重要であるかを史料から立証した。6.このような観点は、19世紀の医学者の見解においては、「健康的な暮らし方(Lebensweise)」や「健康学(Heilmittellehre)」などの用語によって開かれた領域においてもみられ、このような意味で「体ほぐし」の源流のひとつをここにみることができた。7.医療体操史研究において、身体観の如何が、研究の生命を決定する重要なポイントとなる点を、「もうひとつの身体論へ」として論じた。1「医療体操史」構想にむけた基礎資料を作成するため、文献資料および映像・聞き取りなどの現地調査による資料の収集を行なった。2 3年度計画のうち初年度にあたる12年度は、おもに、新しいスポーツ観として「医療的な営みとしてのスポーツ活動」を提起すべく研究は進められた。3まず、「治療」概念ならびに「スポーツ」概念を拡大し、広義の治療として身体へのさまざまな働きかけや加工をとりあげた。そしてこれらが人間の生においてどのような考えのもとで、どのように進められたかの具体例をあげた。4たとえば、19世紀のスパいわゆる温泉文化と身体運動と医療の関連から、新しい「医療体操」への視点が提起された。D.G.M.シュレーバーのKaltwasser-Heilmethode in ihren Grenzen und ihrem wahren Werthe(1842)には、健康的なくらしかた(Lebensweise)としての身体運動が示されていた。そしてこれがひとつの治療法として位置づけられていたことがわかった。5ここには従来の薬剤による治療からの治療法上の変化がみられ、Heilmittellehreという新しい治療法の「学」が展開されてもいる。6続いて、身体的治癒のみならず、人間の生の充足感にもかかわる健康観・治療観にたって、自己意識を明確化し、人間の豊かな生を全うする過程において、スポーツにおける身体・運動感覚がもつ「からだほぐし」要素がいかに役立ってきたかを歴史的な資料のなかで明らかにすることが13・14年度の課題である。1.「医療体操史」構想に向けた基礎資料作成を目的とする本研究は、3年度計画であり、2年目に当たる13年度は、次の3点に焦点をしぼって計画を進めた。2.まず第1は、研究対象の拡大である。前年度からの継続課題である身体的治癒にのみ限定せず、生の充足感にかかわる健康観や治療観にたった「保健」的な身体活動にまで視野を広げながら、新しい資料を発掘することを目指した。3.たとえば、「患者」とのボーダーラインにいる障害者や高齢者にとってのスポーツ活動が医療施設以外でどのように保障され、どのように享受されてきたか。また、屋外での生活や活動にどのような意味づけがなされていたか、とくにヨーロッパにおいて外気や日光浴の価値をどのように認めてきたか、大人の健全な娯楽としてのスポーツなどへの視点をもつことである。4.2番目は、収集した原資料を年代別、国・地域別に整理し、基礎資料を作成するという、まとめの作業をすすめることである。

5.第3には、以上の作業を進めていく中で、同時進行的にこれらをさらに補強・補足する資料を収集するため、再び現地調査をおこなうことである。これによって、これまで研究対象の中心においてきた19世紀半ばのドイツの医師D.G.M.Schreberの臨床活動(たとえば整形外科=体操療養所)や大学医学部・病院外の社会的活動(たとえば小庭園活動)についての情報を得ることができた。1.医療体操史という新しい研究領域を構想するための基礎資料作成をおこなった。2.そしてその歴史の中に、昨今注目されている「体つくり運動」における「体ほぐしの運動」の源流があることを確認し、思想的な背景を論ずるとともに、「体ほぐしの運動」の実施上の問題点を提起した。3.たとえば、「体つくり」と「体ほぐし」は、相反する面を持っていることである。これを、19世紀ヨーロッパの近代国民国家形成過程における教育への身体運動導入、および医療体操の論理を取り上げることによって論じた。4.本研究のオリジナリティは、端的に言うと、研究対象の拡大である。すなわち「医療体操」の概念を身体的治癒に限定せず、生のよろこびや充実感にかかわる身体運動(=スボーツ文化)にまで広げたことである。5.そして、人間の生を全うし、人間として豊かに生きるということにとって、スポーツ文化が持つ「からだほぐし」的要素がいかに重要であるかを史料から立証した。6.このような観点は、19世紀の医学者の見解においては、「健康的な暮らし(Lebensweise)」や「健康学(Heilmittellehre)」などの用語によって開かれた領域においてもみられ、このような意味で「体ほぐし」の源流のひとつをここにみることができた。7.医療体操史研究において、身体観の如何が、研究の生命を決定する重要なポイントとなる点を、「もうひとつの身体論へ」として論じた。
柑橘リモノイドによる骨粗鬆症予防機序の解明

近年、様々な生理機能を示すことが報告されている柑橘リモノイドであるが、柑橘類の種子中に多く含まれるため、食品からの摂取効果はあまり期待できない。またリモノイドを多く含む柚子は生産量の約半分の重量が廃棄されていることから、申請者は柚子をまるごとすり潰し、柑橘リモノイドを多く含む柚子ペーストを開発し、機能性食品としての廃棄物活用を検討している。本研究では、柑橘リモノイドの新規機能性を見出すことで、国民の健康と廃棄物活用による地域産業への同時貢献につなげることを目的とし、骨粗鬆症の予防に貢献しうる、骨代謝に与える柑橘リモノイドの効果について検討した。初年度計画としては、ノミリンの破骨細胞分化抑制作用メカニズムについて、リモノイドの抗酸化作用を中心に解析した。骨髄細胞からの破骨細胞分化時において、ノミリンは濃度依存的に破骨細胞の分化を抑制し、NFATc1のmRNA発現量を低下させた。また破骨細胞分化時にRANKL刺激により活性化されるMAPK(ERK、JNK、P38MAPK)のリン酸化も抑制した。ノミリンの添加は、破骨細胞内ROS産生量を有意に低下させた。これらの結果はマウスマクロファージ株化細胞であるRAW264.7細胞を用いて行なった実験においても同様の結果であった。さらに骨芽細胞株MC3T3-E1細胞を用いて、骨形成に与えるノミリンの影響を検討した。骨芽細胞株MC3T3-E1細胞培養時にノミリン(0.1μM10μM)を添加し、骨芽細胞の分化指標であるALP活性および骨芽細胞分化関連遺伝子(Runx2、Osx、Col1a1)への影響を検討したが、ノミリンの添加は骨芽細胞に対し影響を示さなかった。このことから、柚子に多く含まれるリモノイドであるノミリンは、破骨細胞の分化抑制作用から骨代謝への影響をもたらすことが本研究から明らかとなった。マウス大腿骨を無菌的に摘出し、マウス骨髄細胞を分離し、RANKLとM-CSF存在下で培養し、破骨細胞へと分化させる。培養時にノミリン(0.1μM10μM)を添加し、破骨細胞の分化特異的な遺伝子発現量(NFAT-c1)の測定、細胞内MAPKリン酸化に与える影響について検討した。研究はおおむね順調に進展している。ノミリンの抗酸化作用についての詳細な検討が若干遅れ気味ではあるが、次年度実施予定である骨芽細胞に対するノミリンの影響について、前倒しで検討を始めているため、全体の研究の進捗に問題はないと判断している。本年度は骨芽細胞に対するノミリンの影響を検討するため、MC3T3-E1細胞を用いて骨芽細胞の分化促進およびアポトーシス抑制に対する影響の解析を行った。具体的には、骨芽細胞の分化マーカー酵素であるALP活性、細胞外マトリックスの石灰化、分化に関与する骨芽細胞特異的遺伝子(Runx2,Osterix,Col1a1)の測定、過酸化水素存在下でのアポトーシス抑制作用をCaspase活性を測定することで検討した。結果は、MTTアッセイによりMC3T3-E1細胞の増殖に対してノミリンは影響を与えなかった。またMC3T3-E1細胞の分化の指標であるALP活性や細胞外マトリックスの石灰化および骨芽細胞分化関連遺伝子のmRNA発現量に対してもノミリンは影響を与えなかった。このことから、破骨細胞に対する分化抑制作用を持つノミリンは、骨芽細胞に対しては増殖と分化ともに影響を与えないことが明らかとなった。骨芽細胞に対するノミリンの影響に関しては、実験開始当初の予想した結果とは異なる結果が得られてはいるが、破骨細胞に対するノミリンの影響を十分に解析できていることから今後の骨代謝におけるノミリンの作用機序を解析していく上では、実験は順調に進展していると言える。

本研究では、柑橘リモノイドの新規機能性を見出すことで、国民の健康と廃棄物活用による地域産業への同時貢献につなげることを目的とし、骨粗鬆症の予防に貢献しうる、骨代謝に与える柑橘リモノイドの効果について検討した。初年度計画としては、ノミリンの破骨細胞分化抑制作用メカニズムについて、リモノイドの抗酸化作用を中心に解析した。骨髄細胞からの破骨細胞分化時において、ノミリンは濃度依存的に破骨細胞の分化を抑制し、NFATc1のmRNA発現量を低下させた。また破骨細胞分化時にRANKL刺激により活性化されるMAPK(ERK、JNK、P38MAPK)のリン酸化も抑制した。ノミリンの添加は、破骨細胞内ROS産生量を有意に低下させた。これらの結果はマウスマクロファージ株化細胞であるRAW264.7細胞を用いて行なった実験においても同様の結果であった。さらに骨芽細胞株MC3T3-E1細胞を用いて、骨形成に与えるノミリンの影響を検討した。骨芽細胞株MC3T3-E1細胞培養時にノミリン(0.1μM10μM)を添加し、骨芽細胞の分化指標であるALP活性および骨芽細胞分化関連遺伝子(Runx2、Osx、Col1a1)への影響を検討したが、ノミリンの添加は骨芽細胞に対し影響を示さなかった。このことから、柚子に多く含まれるリモノイドであるノミリンは、破骨細胞の分化抑制作用から骨代謝への影響をもたらすことが本研究から明らかとなった。次年度では、まず破骨細胞分化時における抗酸化酵素発現量に対するノミリンの影響について検討する。また骨芽細胞に対するノミリンの影響を検討するため、MC3T3-E1細胞を用いて骨芽細胞の分化促進およびアポトーシス抑制に対する影響を解析する。具体的には、骨芽細胞の分化マーカー酵素であるALP活性、細胞外マトリックスの石灰化、分化に関与する骨芽細胞特異的遺伝子(Runx2,Osterix,Col1a1)の測定、細胞内ROS測定、SOD、HO-1についての解析および過酸化水素存在下でのアポトーシス抑制作用をCaspase活性を測定することで検討していく。ノミリンは破骨細胞の分化を抑制・制御することで骨代謝の制御に関与していることがこれまでの実験から明らかとなった。今後は骨粗鬆症モデルマウスにノミリンを投与し、in vivoでのノミリンの骨代謝に対する作用を解明していく予定である。
在宅看護に従事する看護職の身体拘束(抑制)問題に関する実態調査

面接調査から6分類された「在宅における身体拘束」をもとに,平成15年度は看護職・介護職の2群間で実態を把握し,在宅で身体拘束に直面した際における対処行動の特徴を明らかにすることを目的とした。訪問看護と訪問介護の双方をサービス事業に展開していることを条件に施設を選択した。訪問看護師,訪問介護員等計104名の研究対象者に「在宅における身体拘束」の体験と身体拘束に直面した際の対処行動について質問紙調査をおこなった。結果,回収された68名中,40名(58.8%),が「在宅における身体拘束」を体験していた。職種間で体験内容の有無に差は認められず,体験内容は1.介護者自身の時間拘束2.間接的拘束3.言葉の拘束だった(降順複数回答)。身体拘束に直面した際の対処行動の特徴として,その場では介入に躊躇した「消極的行動群」(何もしない・身体拘束について様子を観察,在宅では様子を観察し,職場で対応を討議)とその場で介入をおこなった「積極的行動群」(家族へ拘束の代替案を提案し実践,家族へ拘束の代替案を提案し実践後に職場で討議あるいは他機関と連携し対応を討議)に大別された。消極的行動群および在宅でも身体拘束に対する何らかの規制を必要と回答した職種は看護職より介護職に多く認められた。研究対象者の8割が家族へ身体拘束の学習機会の提供を必要と考えていた。訪問看護師・訪問介護員等は,在宅ケア従事中に身体拘束を体験しているものの,身体拘束に直面した場合に消極的な行動をとりやすい傾向が特徴としてうかがえた。介入に際し,職種間および家族を含めた連携の強化とともに家族へ身体拘束に関する学習機会を提供する必要性が示唆された。本研究の第一段階では,在宅における身体拘束の実態について看護師の認識を広くとらえることを目的としたうえで,身体拘束の類型化を検討した。在宅看護に従事する看護師を対象に半構成的な質問項目を用いて面接調査をおこなった。質問内容は,在宅における身体拘束の関わりの実際と身体拘束について不安や懸念を感じた在宅での具体的な状況である。面接内容は許可を得てテープに録音しすべて逐語記録した。研究協力は自由意思であり,個人名・施設名は公表しないことなど倫理的配慮を文書と口頭で説明し同意を得た。その結果,10名の看護師から得られた27事例中,在宅における身体拘束は25事例あり,次の6つに分類された。明らかに虐待と考えられた2事例は分析から除外した。1.物理的拘束(部屋に鍵をかける)2.直接的拘束(ヒモで身体を直接しばる)3.言葉の拘束(しゃべらせない)4.拘束衣の着用5.拘束生活を強いる家族社会的環境(経済的理由で訪問を受けさせない,家族を離さない)6.介護者自身の時間的拘束(在宅で看る看護者の時間が片時もない)在宅では痴呆高齢者に限らず知的障害や重度障害の対象者も含まれている。よって,介護者自身の時間的拘束や拘束生活を強いる家族社会的環境も「身体拘束」と看護師が認識していた点に医療施設の看護師とは異なる特徴が明らかとなった。現在,身体拘束について不安や懸念を感じた状況の対処過程を分析中である。今後は,面接調査の結果・分析をふまえて研究対象数を増して量的に調査する予定である。
核融合燃焼α粒子測定を指向した先進的不純物ペレット荷電交換粒子計測

ITERや核融合炉を考える場合避けて通れないのが核反応によって生じるα粒子とその閉じ込めである。大型ヘリカル装置(LHD)ではイオンサイクロトロン加熱(ICH)などを用いて比較的容易に高エネルギー粒子を発生させることができ、α粒子加熱の模擬実験が可能である。これらα粒子を含む高エネルギー粒子は荷電交換だけでなくアルフベン固有モードなどの不安定性とともにプラズマからから飛び出して閉じ込めを悪化させたり、壁を損傷させたりする。この高エネルギー粒子の空間分布を測定する方法を早急に確立する必要がある。これらの目的のためにLHDでは2次元空間スキャン可能な飛行時間方式中性粒子分析器,シリコン検出器(SD-NPA)およびそれを発展させた空間位置検出器が用意されている。これらは背景中性粒子とプラズマイオンとの荷電交換中性粒子を受動的に観測するものである。しかしながらα粒子は主に2重荷電交換を通じてしかプラズマの外に出て行かないので、これらの計測器だけでは不十分である。そこでここでは以上に加えてペレット荷電交換粒子計測も導入した。この手法は計測ペレットをLHDのヘリウムプラズマに入射して2重荷電交換を中心付近で起こさせ、発生する中性ヘリウムを観測する方法である。講演ではこれらの測定器を組み合わせることにより3次元的な高エネルギー粒子分布を求めたことについて報告する。実験ではICHプラズマにおいて、SD-NPAを垂直スキャンすることによりICHの共鳴層において大きな高エネルギー粒子のフラックスが観測された。同様なICHの共鳴条件においてペレット荷電交換粒子計測により半径方向の高エネルギー粒子の空間分布を調べたところ同じく共鳴領域で大きなフラックスが観測された。同様な計測を観測視線上に共鳴層がない条件で行ったところフラックスの上昇は観測されなかった。これらを通じて高エネルギー粒子の3次元的描像を明らかにでき将来的なα粒子計測へ発展させる足がかりを得ることができた。またヘリウムイオンの測定も試みられた。
原子力災害時の汚染傷病者受入れの放射線管理に関する指針の提案

本研究では、福島第一原子力発電所事故の教訓を踏まえた原子力災害時の被ばく・汚染レベルの提示と汚染傷病者受入れ時の医療従事者や住民への放射線管理に関する指針を提案する。上記を達成するために、国内・海外知見の収集、原子力災害拠点病院の施設規模調査、医療対応時の実測値の解析、上記に基づくシミュレーションを行う。本研究の成果は原子力災害時の医療対応の政策立案のみならず、原子力災害医療拠点整備のために、医療機関が院内の医療従事者と地域住民への説明責任を果たす一躍を担うと考える。
プロセスネットワークを基にしたFPGA向け分散並列処理システム設計手法

リコンフィギャラブルなシステムの設計生産性向上のために、ソフトウェア開発者がFPGA開発に参加可能な設計手法として、KPN(Kahn Process Network)並列プロセスモデルを基にしてソフトとハードを標準的な分散オブジェクトCORBAのインターフェイスで部品化する設計手法を提案した。アプリケーションのKPNモデルを、FPGA上で実装・テスト・実行することを想定して(1)KPNモデルの機能・性能シミュレーション環境、(2)KPNモデルのFPGA上の実行環境、(3)提案手法の有効性を実証するためのデモシステム(3種類)を開発した。リコンフィギャラブルなシステムの設計生産性向上のために、ソフトウェア開発者がFPGA開発に参加可能な設計手法を提案する。そのために、KPN(Kahn Process Network)並列プロセスモデルを基にしてソフトとハードを分散オブジェクトCORBAのインターフェイスで部品化する設計手法を用いる。アプリケーションのKPNモデルを実装・テストしFPGA上での処理を行うため(項目1)KPNモデルの機能・性能シミュレーション環境、(項目2)KPNモデルのFPGA上の実行環境、の検討・開発を進めた。(項目1)KPNモデルに基づく機能・性能シミュレーション方式の検討とシミュレータ開発提案するFPGA設計手法においては、画像認識アプリケーションに対応するKPNモデルを作り、機能・性能検証のためのシミュレーションを行うための基礎評価を行った。(項目2)KPNモデルに基づくFPGA向け分散並列処理プラットフォームの方式検討と開発前工程で作成したアプリケーションのKPNモデルを、FPGA上で並列に実行するためのプラットフォームの構築を進めた。研究提案者がこれまで開発したORBエンジンを活用し、倒立振子ロボットの制御処理を題材として、高位合成環境JavaRockを用いて、FPGAとソフトウェアで処理を分担する方式についてプロトタイプシステムの作成と性能評価・設計生産性の評価検討を行った。以上の検討の成果は、国内研究会・国際会議にて発表した。また、本研究の成果であるKPN並列プロセスモデルに基づく3次元LSIチップ積層システムにおける処理方式に関して、特許を出願した。リコンフィギャラブルなシステムの設計生産性向上のために、ソフトウェア開発者がFPGA開発に参加可能な設計手法として、KPN(Kahn Process Network)並列プロセスモデルを基にしてソフトとハードを分散オブジェクトCORBAのインターフェイスで部品化する設計手法を提案することを目標に研究を進めた。研究は4つの項目に分けて行った。(項目1)KPNモデルに基づく機能・性能シミュレーション方式の検討とシミュレータ開発、については、画像認識アプリケーションに対応するKPNモデルを作り、機能・性能検証のためのシミュレーションを行うための基礎評価を行った。(項目2)KPNモデルに基づくFPGA向け分散並列処理プラットフォームの方式検討と開発、においては、項目1のKPNモデルを、FPGA上で並列に実行するためのプラットフォームの構築を進めた。(項目3)提案プラットフォームの設計生産性についての被験者実験による評価、においては、ソフトウェアとハードウェア(FPGA)の間で通信して連携動作するシステムの設計を、被験者に行ってもらい、設計開発にかかる時間を測定する評価実験を行った。実験にはXilinx社のARM・FPGA混載チップであるZynqを用いた。(項目4)画像処理アプリケーションをFPGA上の分散並列処理により実行するデモシステムの作製、においては、本研究の提案手法に基づく、「航海画像の安定化処理システム」および「Android端末とFPGAの連携システム」に関するデモシステムの開発を行った。最終年度においては、本研究の最終成果として、提案設計手法を用いたデモシステムの設計開発(項目4)により得られた知見を研究成果としてまとめ、国内研究会および国際会議にて発表した。ハードウェア・ソフトウェア協調設計手法項目2のFPGA上の分散オブジェクトを基にしたKPN実行環境については、画像認識とロボット制御処理を題材として動くシステムを実装し、評価が予定よりも順調に進んでいる。一方、項目1のKPNプロセスモデルの機能・性能シミュレータについては、画像認識アプリケーションソフトウェアの分析が予定よりも遅れており、機能・性能シミュレーションの基礎検討が終わった段階である。第2年度において、機能・性能シミュレーションを進められるように開発を加速する予定である。提案手法の有用性確認のための(項目1)のシミュレータの構築を急ぎ行い、具体的な画像処理アプリケーションでの性能評価を行う。項目1・2の研究開発の成果に基づいて、(項目3)コード記述量や開発期間について被験者実験で評価する。また、提案する設計手法を用いて(項目4)デモシステム、を開発しFPGA上でストリーム並列処理により画像処理アプリケーションを開発し、性能と設計生産性の評価を行う。
瞬時応答性を有する知能集積システム用VLSIプロセッサのハイレベルシンセシス

環境の動的化に高速に応答する、瞬時応答性を有する、高安全システム、ロボットシステム、マルチメディアシステムなどのリアルワールド応用知能集積システム用VLSIプロセッサのハイレベルシンセシスに関する研究を行った。ある要素の拘束条件下で、ある要素に対応する目的関数を最適にするハイレベルシンセシスを議論するときには、具体的応用上で議論し、その後にその手法を一般化するアプローチが有用であると考え、ステレオビジョンVLSIプロセッサ、衝突チェックVLSIプロセッサ、軌道計画VLSIプロセッサなどの応用を取り上げ、それらのVLSI向きアルゴリズムを検討した。次いで、そのアルゴリズムを処理するVLSIプロセッサ演算部の最適設計方法を考察した。知能集積システム用VLSIプロセッサの高性能化を達成するため、時間制約下でのチップ面積最小化を実現する並列構造プロセッサ、メモリ部と演算部の転送ボトルネックを解決するロジックインメモリ構造のハイレベルシンセシス方法を提案することができた。以下にその主要な成果を列挙する。1.ディープサブミクロンVLSIプロセッサの高性能化のためには、配線遅延の影響を受けない、メモリからの並列データ転送を高速に行えるアーキテクチャの構築が望まれている。この問題に対し、並列化メモリモジュールと演算器間のデータ転送の効率化と高速化を目的とした、最適アロケーション手法を考案し、ステレオビジョンVLSIプロセッサヘ適用し、その有用性を実証した。2.衝突チェックVLSIプロセッサとして、階層的に座標変換と照合演算を繰り返すVLSI向きアルゴリズムを考案し、読出し専用CAMとビットシリアルパイプラインアーキテクチャに基づくVLSIプロセッサの設計・試作を行った。3.ロボットが自律的に作業を遂行するための軌道計画として、作業空間においてロボットが障害物から離れた空間を移動するようなコンフィグレーションを優先的に探索することにより、確率的に高速化を行うVLSI向きアルゴリズムを考案した。演算器を冗長に用いたアロケーションにより、相互結合回路網が最小化される方法を見出し、ロジックインメモリ構造のVLSIを構成できることを明らかにした。動的に変化するリアルワールド環境に追従する、高速応答性を達成する並列構造VLSIプロセッサ、特に空間的並列構造・パイプライン並列構造融合形アーキテクチャの設計理論と並列データ供給方式を検討し、新しいアーキテクチャとハイレベルシンセシスを考案することができた。処理アルゴリズムがデータ依存グラフで与えられるたとき、チップ面積の制約、入出力端子数(ピン数)の制約などの拘束条件の下で、演算遅れ(応答性)の最小化を達成する実用的手法を開拓することができた。ただし、チップ面積は厳密なレイアウトから算出されたものでない、整数計画法では大規模問題に計算時間はかかりすぎ現実的でない、より一般的な並列構造モデル、例えば、パイプライン構造をプロセッシング要素とした空間的並列構造、空間的並列構造をプロセッシング要素としたパイプライン構造、それらがさらに階層的に並列された構造など、すべての可能な並列構造を網羅することが必要であるなどの課題が次年以降に残されている。さらに、並列構造演算部にデータを滞りなく供給するメモリアーキテクチャについても考察した。これらの応用である3次元物体の距離情報の取得の方法として、オプティカルフローやステレオビジョンに基づく対応点探索を高精度かつ高速に行なう世界最高性能プロセッサを実用化するための基盤技術を与えることができた。演算器間での通信オーバヘッドのない空間並列構造ブロックが、パイプラインで接続されているモデルを取り上げ、チップ面積制約下での演算遅れ時間最小化を達成する設計手法を考察し、以下のような知見を得た。1.パイプライン処理のレベルでは、各ステージ間での性能マッチングが必要である。さらに、各ステージ内部の空問並列構造においては、演算器の面積時間積最小化が最高性能を実現する指針となる。2.衝突チェックVLSIプロセッサの高性能化を検討し、読出し専用連想メモリやビットシリアルパイプライン座標変換演算器などが、面積時間積最小化に有用であることを明かにした。

次に、演算部の並列構造のみではなく、メモリと演算器間の通信ボトルネックを解決するためのハイレベルシンセシス法について考察し、以下のような知見を得た。3.同時にメモリから読出すべきデータを、最小数の異なるメモリモジュールに記憶する、最適メモリアロケーションを考案した。これは周期性に着目した探索法である。4.左右の対応点を絶対値差分演算に基づき探索する、ステレオビジョンVLSIプロセッサへ応用し、転送ボトルネックのない最適メモリアーキテクチャとして有用であることを確認した。次年度以降は、スケジューリンングとアロケーションを融合した最適化、レイアウトから算出されたチップ面積など物理レベルの実現を反映した設計法、さらに、より一般的な並列構造モデル、通信オーバヘッドを考慮したモデル、イメージセンサからの並列アクセスまでを考慮したモデルなどに対する最適設計法を研究する意義がある。リアルワールド知能集積システム応用の典型例として、ステレオビジョンVLSIプロセッサ、衝突チェックVLSIプロセッサ、軌道計画VLSIプロセッサなどの応用を取り上げ、それらのVLSI向きアルゴリズムを検討した。次いで、そのアルゴリズムを処理するVLSIプロセッサ演算部の最適設計方法を考察した。知能集積システム用VLSIプロセッサの高性能化を達成するため、時間制約下でのチップ面積最小化を実現する並列構造プロセッサ、メモリ部と演算部の転送ボトルネックを解決するロジックインメモリ構造のハイレベルシンセシス方法を提案することができた。以下にその成果を列挙する。(1)ディープサブミクロンVLSIプロセッサの高性能化のためには、配線遅延の影響を受けない、メモリからの並列データ転送を高速に行えるアーキテクチャの構築が望まれている。この間題に対し、並列化メモリモジュールと演算器間のデータ転送の効率化と高速化を目的とした、最適アロケーション手法を考案し、ステレオビジョンVLSIプロセッサへ適用し、その有用性を実証した。(2)衝突チェックVLSIプロセッサとして、階層的に座標変換と照合演算を繰り返すVLSI向きアルゴリズムを考案し、読出し専用CAMとビットシリアルパイプラインアーキテクチャに基づくVLSIプロセッサの設計・試作を行った。
秋田大学eラーニング用バーチャル天文台がもたらす教育的効果の研究

秋田大学教育文化学部内にウェブサーバーを設置し,バーチャル天文館を開設した。そしてその教育効果を調べるために,バーチャル天文館内のデジタルコンテンツを利用した教育実践を県内の小・中学校の教育現場でおこなった。その結果,バーチャル天文館内のデジタルコンテンツは教育的有効性があることが分かった。また特別な知識を持たなくても作成可能な本格的なデジタルコンテンツについての研究も,あわせておこなった。研究実績の概要本年度の実績の概要は、バーチャル天文台のコンテンツ作成である。特に学校教育で補助的使用が可能なコンテンツを目標とした。その結果、以下のような具体的な研究実績を達成することが出来た。1)高等学校教育用ウェブページの作成・公開秋田大学教育文化学部内に構築されたウェブサーバーに、天文教育を補助するための「宇宙科学」学習用ウェブページを開設した。本ウェブページは高等学校の天文学習用コンテンツになるよう、学習指導要領に基づいて作成している。作成にあたっては、文章での説明をなるべく簡潔にするだけでなく、静止画像や動画も置くなどして、初学者が理解しやすいようにした。また説明文中でむずかしいと思われる用語については、一覧としてまとめるなどの工夫をしている。さらに自習用としても使えるように、音声による解説を付け加え、初歩的なeラーニングシステムとした。2)初等・中等教育用星座ウェブページのコンテンツ収集小・中・高等学校の授業・調べ学習で使用できる星座・星名に関するウェブページを作成することを目標としている。星座・星名に関する話題は広範な分野に及ぶため、興味深くかつ統一的な内容にすることが難しい。そのため、これら資料を収集することに力を入れた。1星座ウェブページの作成・公開1秋田大学教育文化学部内に構築されたウェブサーバーに、星座学習用ウェブページを開設した。本ウェブページは小・中学校の天文学習用コンテンツになるよう、あまり難しい言葉を使わずに作成した。2天文学習用デジタル教材の作成・教育実践実際の授業現場で使用可能な、天文学習用デジタル教材を作成した。具体的には中学校理科の学習指導要領に沿った、太陽・星の日周運動・年周運動に関するデジタル教材を作成した。さらに今回作成したデジタル教材を、県内の中学校での出前授業の際に実際に使用し、その教育効果を確かめた。その結果、今回のデジタル教材は天文学習が苦手と感じている受講者ほど肯定的な結果をもたらした、という重要な研究結果を得ることが出来た。3インターネジト天文台の教育実践バーチャル天文台の付属施設であるインターネット天文台を使った教育実践をおこなった。インターネット天文台は、情報教育と理科教育を有益に結びつける施設として注目されているが、秋田大学においても通常の授業・市民のための観望会等で頻繁に利用されている。以前から改良を進めていた秋由木学インターネット天文台は、技術的な面はクリアできたこともあり、今年度は特に教育利用についての問題点を把握することに努めた。我々の調査の結果、インターネット天文台は教育利用に有効であることがわかったが、より臨場感を持たせる改良を施す必要があることを突き止めた。1バーチャル天文館の完成・公開昨年度に開設したバーチャル天文館であるが、その後整備を進め本年度取り敢えずの完成を見た。(現時点では著作権の関係で若干のものが非公開になっているが、近々完全公開予定である。)本天文館は三階建てで、1階が天文学習のためのデジタルコンテンツの公開、2階は星座学習支援のウェブページ、3階は秋田大学天体観測室の紹介になっている。本年度は特に1階部分のデジタルコンテンツの作成(PowerPointを用いた星座学習教材、およびFlashを用いた日食・月食の学習教材)に力を注いだ。またこれらの教材作成は卒論とリンクさせたため、学生指導にも大きな便宜と成果をあげるごとが出来たとともに、学生たちからも好評であった。2天文学習用デジタル教材の作成・教育実践先にも述べたように本年度の研究課題として、小学生用の星座学習ソフトを自作した(バーチャル天文館1階に置き、暫定版を公開中)が、これを利用した教育実践を秋田大学付属小学校4年次におこなった。さらにその際におこなったアンケート調査の結果を合わせて、研究成果を公表した。(また本教材は秋田大学で定期的に開催している市民のための観望会でも利用し、大きな反響を得ることが出来た。3インターネット天文台の教育実践バーチャル天文台の付属施設であるインターネット天文台を使った教育実践を、県内の中学校2校でおこなった。その際には昼間の授業実践でも活用できるよう、特に太陽のライブ中継を中心に様々な試みを実施した。残念ながら当日は晴れ間も少なかったため十分な成果をあげることは出来なかったが、遠隔操作をして町並みを見てもらう等の工夫をし、大きな反響を得ることが出来た。
マイクロデバイス上でのカーボンナノチューブによる植物細胞への遺伝子導入

本研究はナノテクノロジーやナノバイオ材料を活用した植物細胞の操作・解析を対象としており、前年度にはカーボンナノチューブを利用して遺伝子やタンパク質等の外来物質を当該細胞に導入する手法の開発を行った。本年度は導入されたカーボンナノチューブの動態調査を目的とした細胞内トラフィッキング実験を実施し、カーボンナノチューブの植物細胞への導入経路及びその細胞内における挙動を共焦点蛍光顕微鏡と透過型電子顕微鏡を用いて明らかにした。また同時にカーボンナノチューブを導入した植物細胞からカーボンナノチューブを取り除いて細胞をクリーンな状態に洗浄する手法も開発した。これらの研究成果は米国化学学会(ACS)発行のナノテクノロジー専門月刊誌「ACS Nano」に掲載された。また、研究代表者は中東地域の薬学とバイオテクノロジーに関する国際会議「pharmaceutical & Biotechnology Middle East (PABME 2010)」に参加し、本研究に関わる情報と技術の交流を行った。本年度は前述のカーボンナノチューブを中心とする研究に加えて、導入される遺伝子の解析に有用となるDNAサイジングの手法開発にも取り組んだ。従来、DNAサイジングには電気泳動法が用いられてきたが、塩基数の小さい微小サイズのDNAには適用が困難であった。これに対して、本研究ではヒストンとDNAの複合体形成を利用して微小なDNAのサイズを蛍光で検出することに成功した。本研究では植物細胞内に核酸(DNA、RNA)、タンパク質等の外来物質を導入する方法に着目し、特にカーボンナノチューブを利用した外来物質導入方法を研究した。DNAやRNAのようなポリヌクレオチド、タンパク質、脂質等の生体物質を外来物質として標的とする細胞内に導入するための種々の方法が知られているが、一般に動物細胞と比較して植物細胞に外来物質を導入することは困難である。植物細胞はセルロースを含む強固な細胞壁に包囲されており、当該細胞壁の存在が外来物質導入の障壁となるからである。本研究の外来物質導入方法では、細胞壁分解酵素が固定化されたカーボンナノチューブを使用することによって標的細胞の細胞壁に微小な孔(ナノ・ホール)をあけることができる。そして、当該する微小な孔から目的の外来物質を細胞内に導入することが可能となった。この方法によって標的細胞の細胞壁に形成される孔は非常に微小であるため、処理後の細胞生存率は極めて高く、細胞が本来備える機能を維持している無欠陥細胞を得ることができる。また、細胞の取り扱いにも特別な慎重さを必要としない。従って、煩雑で手間のかかる操作を行うことなく、高い効率で目的の外来物質が導入された細胞を効率よく得ることができる。本研究の応用例とその効果としては、標的細胞内で発現可能な遺伝子(ポリヌクレオチド)や遺伝子構築物(ベクター等)を導入することによって目的の形質転換体を容易に得ることができる。
非コンパクトな変分構造に付随する放物型・楕円型方程式の研究

本研究では非コンパクトな変分構造に付随する放物型方程式の時間大域解の漸近挙動、楕円型方程式の解の多重性、及び関連する臨界型関数不等式とそれに付随する最小化型変分問題の最小化元の存在・非存在を扱った。放物型方程式については、臨界ソボレフ指数を非線型項の増大度にもつ方程式の時間大域解の挙動について、エネルギー汎関数の値が量子化されることを、また楕円型方程式については、外部領域で定義された重み関数つきの方程式について、重み関数の空間無限遠での減衰が十分ゆるいときに多重解が存在することを明らかにした。関数不等式については、Trudinger-Moser型不等式、Hardy型不等式について論じた。凝集解をもつ臨界放物型方程式については、空間全領域かつ解が必ずしも正値でも球対称でもない場合の漸近挙動を解析し、エネルギー量子化現象が起こることを明らかにした。また時間微分項の前に特異な重み関数をもつ臨界放物型方程式の時間大域解の挙動について、Sobolev normの時間大域的有界性を示すための理論的枠具無の探求を行った。これにより、時間微分項も劣微分により支配される放物型方程式の時間局所解の理論が必要であることが分かった。空間非有界な場合の逃げ去り解の解析については、基礎となるLojasewitz-Simon不等式に関する文献検索を行い、適用可能性を探った。派生する問題として、球上の対数関数重みをもつ臨界型Hardy不等式及び、全領域上でのスケール変換不変な臨界型Hardy不等式に付随する最小化元の非存在を考察した。両者とも空間二次元の場合には最小化元の非存在が得られた。さらにLorentz空間のSobolev空間への埋め込みに付随する最良定数の達成可能性を考察した。結果として、有限指数の場合は、Hardy-Sobolev最良定数の達成可能性と同値であることが示されたが、指数が無限大の場合には状況がいまだに明らかではない。Trudinger-Moser型不等式に付随する最良定数の達成可能性については、達成される場合とされない場合があることがすでに示されているが、この境目が、正規化ノルムによる単位球の「滑らかさ」と密接に関連することがわかった。本年度は、臨界ソボレフ指数をもつ放物型方程式の解の漸近挙動、特異な係数関数をもつ非有界領域上で定義された楕円型方程式の解の多重性、および臨界Trudinger-Moser型不等式に付随する変分問題に対する研究を行った。放物型方程式については集大成として、凝集解の漸近挙動を、前方自己相似変換後の方程式に対する大域的コンパクト性を解析することにより、エネルギー量子化を示した。これは指数関数を重みとするソボレフ空間上で定義された、同重み関数と臨界ソボレフ指数をもつ汎関数のPalais-Smale条件の破れを詳細に解析することによって達成された。汎関数及びソボレフ空間のノルムが、重み関数のために平行移動不変でないため、既存の解析手法はそのままでは使えない。Palais-Smale列の空間無限遠における挙動を解析することにより、必ずしも平行移動不変性を持たない場合にも質量の凝集現象を示すことができた。楕円型方程式については、外部領域上の方程式の場合、十分弱い特異性をもつ係数関数をもつならば、解の個数が外部領域の位相、すなわち球面のカテゴリーで下から評価できることを示した。係数関数が存在しない場合の汎関数の等位集合は、領域が外部領域であることを反映し、球面程度の位相の豊富さを持つが、係数関数を導入すると、特異性が十分小さい場合にはこの豊富さが遺伝し、解の多重性が生じるという結果である。Trudinger-Moser型不等式については、制約条件を与えるノルムが同値であったとしても、付随する最大化問題に対する最大化元の存在・非存在の様相が大きく異なることを示した。一般に同値なノルム下での位相構造は変わらないと思われているが、本研究は位相的性質の一つであるコンパクト性については、具体的な変分問題の様相に応じて異なった事態が生じえることを示唆している。半線型放物型方程式は、多くの社会現象・自然現象の数理モデルとして典型的に現れるため、方程式に内蔵される数理の探求、特に解の時間発展に伴う漸近挙動の解析は理論面のみならず応用的側面からも重要である。特に系の安全な制御の観点からは、「爆発」などの特異な現象について、その数理的メカニズムを探ることは重要であるが、これまでの爆発現象の研究は個々の方程式に応じた解析がなされてきているだけで、数学的概念の観点からどのように爆発現象が分類されるのか、またその概念を用いて爆発現象の詳細がどのように解析されるのかは余りわかっていなかった。

特に既存の理論は解軌道のコンパクト性を仮定するが、臨界指数をもつ放物型方程式にしばしば見られる無限時間爆発解についてはこの仮定が成立しない。このため、無限時間爆発解と有限時間爆発解の相違についてはほとんどわかっていなかった。また劣臨界指数を持つ場合でも、領域が非有界の場合には解軌道のアプリオリなコンパクト性は成立しないため、解の詳細な挙動はわかっていない。本研究は爆発現象を「解軌道のコンパクト性の破れ」の観点から解析し、以下の結果を得た。臨界指数をもつ半線型放物型方程式については、非負のプロファイルをもつ初期値関数から出発した解の挙動は、時間大域的に存在ゼロに収束するか、有限時間で爆発するか、もしくは閾値的挙動をすることが分かった。閾値解の挙動は、時間大域的に存在しtype IIレートでゼロ解に収束するか、定常解に収束するか、type IIレートで有限時間爆発するかのいずれかである。領域が非有界の場合の劣臨界指数をもつ半線型放物型方程式の解挙動については、空間が半直線の場合に、無限遠方に重心が逃げ去る疑進行波解が存在することが分かった。本研究課題は「臨界指数をもつ放物型方程式の凝集解の漸近挙動」及び、「非有界領域における放物型方程式の逃げ去り解の漸近挙動」を、付随するエネルギー汎関数のPalais-Smale条件の破れ(一種の非コンパクト性)の観点から解析するものであり、同様の研究はほとんど存在しない。このことにより、本研究課題では、解析しやすい具体的な問題について解の挙動の詳細を明らかにすることと、一般的な問題に対する解析い手法開発の突破口となりえる問題の構造を明らかにすることの二点が重要である。前者については、前年度まで会に課していた「球対称かつ正値」という条件を全て外し、漸近挙動の一部を明らかにすることができた。特に時間大域解でゼロに収束しないものについて、その軌道に沿ったエネルギーが量子化現象を起こすことが明らかになったが、これは既存の手法では取り扱えないものである。後者については、「逃げ去り解」の概念自体がまだ解析学に根付いていないため、解析手法自体から開発しなければならない。今年度はLojasewitz-Simon理論の適用可能性を探ったが、もともと同理論は汎関数の臨界点周りでのスペクトル展開の状況がよくわかっている場合に、解軌道のコンパクト性をa psterioriに導出するもので、本研究課題に対して適用可能性があるかは未知であった。平成24年度の研究により、同理論が基本的に適用可能性をもつことが分かったが、そのままでは適用できず、適切な逓減法との併用が不可欠であるとの結論に至った。以上二点の意味で、当初の計画とは若干異なってきてはいるものの、おおむね順調に進展していると判断される。臨界指数をもつ半線型放物型方程式については、非負のプロファイルをもつ初期値関数から出発した解の挙動について、当初目論んでいた閾値的挙動をする解の存在が示せた。またその挙動は、時間大域的に存在しtype IIレートでゼロ解に収束するか、定常解に収束するか、type IIレートで有限時間爆発するかのいずれかであることも分かった。これは臨界ソボレフ指数を持つ半線型放物型方程式に見られる凝集解の解析について、当初の計画で初年度に予定していたことをおおむね達成できたことを意味する。領域が非有界の場合の劣臨界指数をもつ半線型
in-vivo実質臓器可視化システムによる腎微小循環調節機能の解析

本研究では、生理的条件下で腎微小循環の調節機能を解析することを目的とした。糸球体濾過の変化の解析には、アデノシンでメザンギウム細胞を収縮させる方法を予定していたが、蛍光色素を用いた糸球体の描出は、思いの他困難であり、時間を要することから、糸球体濾過量が最初から異なる動物モデルとして、糖尿病を選んだ。糖尿病早期にはhyperfiltrationという濾過が充進した状態に陥ることが知られているからである。蛍光色素を用いての生理的条件下での観察は可能となった。呼吸運動を完全に止めることは、死を意味するが、目視観察には影響がない十ミクロン程度の運動に抑えることは可能となった。これにより、腎糸球体の3次元表示による解析の道が開けた。正常ラットの腎糸球体においては、輸入細動脈の径は輸出細動脈の径よりも常に太く、STZという抗生物質で惹起した早期の1型糖尿病ラットでは、双方とも正常ラットより太かった。単位腎臓重あたりの血流量は、糖尿病ラットの方が多かった。これより、過濾過状態であることが分かる。ここへ、FITCで標識した500kのデキストラン分子とローダミンで標識した20kのデキストラン分子を静脈内に投与すると、500kのデキストラン分子は糸球体で濾過されるほど小さくはなく血管内に留まるが、20kのデキストラン分子は糸球体で濾過されてしまう。大体デキストラン投与後1分で、20kのデキストラン分子が尿細管に集まる様子を可視化することが出来た。また、この時の蛍光色素の輝度は、過濾過状態の糖尿病ラットで高く、正常ラットでは低かった。このように、糸球体濾過の変化を可視化して解析出来るようにすることが可能となった。本年度(平成18年3月31日)の研究計画に沿って記述すると、1)高解像度CCD生体顕微鏡システム計画していた精度で3次元画像構築の可能なシステムをある程度実現することが出来た。当初予定していた生体での観察を目的とした正立型顕微鏡システムでは、拡大倍率を上げることが困難であると判明した。また、300倍の拡大率であってもラットの呼吸運動と大動脈、腎動脈の拍動の影響が大きいことが判った。しかし、使用する動物をラットからマウスに変更し、ステージに動物を固定するだけでなく、剖出した腎も固定したところ、呼吸と拍動の影響を質的観測には影響がないまでに、改善することに成功した。さらに、倒立型を試し、かつ高速度撮影が可能なCCD(秒70枚)を用いたところ、蛍光を用いれば3次元画像構築には共焦点システムを応用することが可能と判明した。2)システムの精度測定精度は、質的な観測には支障がない。現在の倍率は、300倍である。倒立型共焦点システムに応用すると、1000倍が実現可能である。マウスにての実験で、4時間もの長時間に渡って血圧、呼吸、心拍数が安定していることを確認した。また、薬物を投与してDICという病態の腎糸球体における病態観察にも成功した。4)現在は、データ蓄積は、DVDベースで行なっている。ただし直ぐに、市販のDVDの規格である4.7Gを超えてしまう点に苦労している。5)蛍光を使用することから、血管径や細胞の大きさの計測ではなく、微小循環における物質移動へと研究対象を変更する必要がある。以上の成果の一部は、平成18年3月末の日本循環器学会で発表することが、決定している。

糸球体濾過の変化の解析には、アデノシンでメザンギウム細胞を収縮させる方法を予定していたが、蛍光色素を用いた糸球体の描出は、思いの他困難であり、時間を要することから、糸球体濾過量が最初から異なる動物モデルとして、糖尿病を選んだ。糖尿病早期にはhyperfiltrationという濾過が亢進した状態に陥ることが知られているからである。蛍光色素を用いての生理的条件下での観察は可能となった。呼吸運動を完全に止めることは、死を意味するが、目視観察には影響がない十ミクロン程度の運動に抑えることは可能となった。これにより、腎糸球体の3次元表示による解析の道が開けた。正常ラットの腎糸球体においては、輸入細動脈の径は輸出細動脈の径よりも常に太く、STZという抗生物質で惹起した早期の1型糖尿病ラットでは、双方とも正常ラットより太かった。単位腎臓重あたりの血流量は、糖尿病ラットの方が多かった。これより、過濾過状態であることが分かる。ここへ、FITCで標識した500kのデキストラン分子とローダミンで標識した20kのデキストラン分子を静脈内に投与すると、500kのデキストラン分子は糸球体で濾過されるほど小さくはなく血管内に留まるが、20kのデキストラン分子は糸球体で濾過されてしまう。大体デキストラン投与後1分で、20kのデキストラン分子が尿細管に集まる様子を可視化することが出来た。また、この時の蛍光色素の輝度は、過濾過状態の糖尿病ラットで高く、正常ラットでは低かった。このように、糸球体濾過の変化を可視化して解析出来るようにすることが可能となった。
がん関連シグナル・ゲノム異常ががん免疫に与える影響の解明と治療への応用

非小細胞肺癌のドライバー遺伝子異常であるEGFR遺伝子変異について解析を行ったところ、EGFR遺伝子変異を有する非小細胞肺癌では野生型の非小細胞肺癌に比較して、体細胞変異数が少なく、かつ活性化しているCD8陽性T細胞の浸潤が少なく、逆に制御性T細胞の浸潤が多かった。その原因を探索するためにEGFR遺伝子変異を有する細胞株や野生型の細胞株を用いてマイクロアレイ解析を行ったところ、EGFRシグナル自体がCD8陽性T細胞浸潤に関わるケモカインを負に制御し、逆に制御性T細胞浸潤に関わるケモカインを正に制御していることが明らかになった。マウスモデルでもEGFR遺伝子変異を強制発現させた細胞株では免疫療法の感受性が低下し、EGFR阻害剤で感受性が回復することを明らかにしている。このような逆転した現象が起きる原因として、転写因子に着目して解析したところインターフェロンγシグナルとMAPKシグナルの影響が考えられた。また胃癌のコホートを用いて、CD8陽性T細胞浸潤が少なく制御性T細胞浸潤が多いような症例についても解析し、いくつか代謝に関わる遺伝子を同定し、代謝に伴い免疫状態が変化していることを明らかにした。腫瘍ゲノム異常が抗腫瘍免疫応答に与える影響として、非小細胞肺癌の代表的なドライバー遺伝子異常であるEGFR遺伝子変異について解析を行ったところ、EGFR遺伝子変異を有する非小細胞肺癌では野生型の非小細胞肺癌に比較して、活性化しているCD8陽性T細胞の浸潤が少なく、逆に制御性T細胞の浸潤が多かった。その原因を探索するためにEGFR遺伝子変異を有する細胞株や野生型の細胞株を用いてマイクロアレイ解析を行ったところ、EGFRシグナル自体がCD8陽性T細胞を浸潤させるようなケモカインを負に制御し、逆に制御性T細胞を浸潤させるようなケモカインについては正に制御していることが明らかになった。このような逆転した現象が起きる原因として、転写因子に着目して現在解析中である。また胃癌のコホートを用いて、CD8陽性T細胞の浸潤が少なく制御性T細胞の浸潤が多いような症例についても解析しており、特定の遺伝子異常を同定し現在その機序について解析中である。また、腫瘍体細胞変異数と免疫応答のかかわりについても上記のコホートを使用して解析しており、遺伝子変異数が増えすぎることで逆に免疫応答が弱くなる傾向にある現象を捉えている。TCGAといった公共のデータベースを用いても同様の解析をしており、その免疫状態に関わるような特徴的なシグナルについて解析中である。同時にマウスモデルで変異と免疫応答の関係についても検証中である。非小細胞肺癌のEGFR遺伝子変異についてはマウスモデルまで終了し、細かい機序の検証を行っている段階である。さらに胃癌についても当初の想定以上に検証できている。また腫瘍体細胞変異数と免疫応答についても、データ解析はほぼ終了し、マウスモデルまで解析中で、概ね順調に進展していると考えている。EGFR遺伝子変異については転写因子の解析を行い、細かい機序を検証する予定である。胃癌については新たに同定した遺伝子以上について強制発現株やノックダウン株を作成し、in votro, in vivoで検証する予定である。腫瘍体細胞変異数については体細胞変異をマウスの腫瘍細胞株に入れて、マウスへの生着を観察し、さらに今後、免疫療法の感受性を検証していく予定である。
土壌硬盤層に対するコムギの根貫入力に関する遺伝的変異の解明

土壌からの水分吸収の良否は世界の多くの地域で作物の生産性を規制している主要因であるが、今後の地球温暖化のもとでは、現在以上に水分不足が深刻になるものと懸念されている。世界の人口増加に対応した食糧生産を維持するためには、作物の品種改良によって深根性の品種を育成し、土壌深くに存在する未利用の土壌水分を利用できるようにすることが考えられる。そこで本研究では、コムギの深根性に関する遺伝資源の変異や遺伝様式について検討し、下記の成果を得た。1.コムギ根の貫入力測定に適した堅さのロウとワセリン混合層を封入したポット(PVポット)開発し、PVポットでの根貫入力の品種間差異が圃場での深根性の差異と関係することを検証した。2.ICARDAやCIMMYTで育成されたマカロニコムギの近代多収品種はエチオピアなどの在来品種に比べて根貫入力が劣っていた。また、北海道で育成された品種やその交配親など43品種・系統、および道外地域の主要栽培38品種など国内のパンコムギ品種の根貫入力には大きな変異が存在し、根貫入力を改良する遺伝資源として利用できることを明らかにした。3.草丈や収穫指数を制御するわい性に関する同質遺伝子系統群の根貫入力を比較し、わい性と根貫入力との関係は認められず、両形質は遺伝的に独立した形質であることを明らかにした。さらに、マカロニコムギのマップ集団において、根貫入力に関与するQTLが6A染色体の長腕最下部に位置することを明らかにした。国内外でのコムギの生育に及ぼす土壌硬盤層の影響を解決するために,本年度は下記の4項目の研究を行った.1.国内外の遺伝源源についての根貫入力の評価供試材料:道内育成品種とその交配母本(64),道外の国内品種(40),北米改良品種(3),エチオピア在来品種(3),計110品種・系統.栽培方法:根貫入力検定用ポットで5月上旬と9月上旬の2時期に各品種4ポットを網室内で栽培した.調査方法:播種後8週間目に地上部を採取・測定後,ロウーワセリン混合層を貫通した種子根と冠根の数と形態および乾物重を測定した.2.QTL解析用の交配分離系統群についての根貫入力の評価供試材料:ICARDAの海外共同研究者の作成した交配分離系統群(2組合せ,各120系統).栽培および調査方法:1と同一の方法で行った.3.QTL解析についての打ち合わせ12月中旬に岩間と渡部がシリアに赴き,分子遺伝データと根貫入力データの共同利用について,ICARDAの海外共同研究者と合意文書を作った.同時に,シリアで土壌硬盤層が問題になっている地域の圃場や栽培の状況を視察した.4.次年度以降の供試材料の増殖次年度以降に供試する国内外の遺伝資源について,道内品種は北大で,道外品種は岐阜大で,それぞれ圃場に栽培して種子を増殖した.1.ICARDAの交配母本(8品種・系統)と道内2品種,計10品種を供試して,根貫入力の差異に影響する生理・形態的特性を検討した.根貫入力検定用ポットで5月上旬から各品種4ポットを網室内で栽培し,播種後4,6,8週目にロウーワセリン混合層を貫通した種子根,冠根および側根の数と形態を測定した。種子根の貫通根数は4週間目ですでに明らかとなり,その後8週間目までほとんど変化しなかった.一方,冠根と側根(当実験系では主として種子根のみから発生)の貫通根数は測定時期が遅くなるほど増加した.