hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ホウ素同位体比に基づく中国大陸からの石炭燃焼由来微量元素の越境汚染評価

本研究では、まず石炭燃焼由来微量元素の簡便なトレーサーとして、ホウ素同位体比(δ^<11> B)の有効性を明らかにした。次に、2004年4月から2006年3月に日本海側地点で採取された大気エアロゾルの微量元素(14元素)濃度とδ^<11>Bを測定した結果、As、B、Cd、Hg、Pb、Sb、Zn濃度はいずれも夏季に低下し、冬季に上昇する季節変化を示した。また、冬季のδ^<11>Bは、中国大陸の北緯30度以北の石炭に特有な大きな負の値であった。したがって、それらの微量元素は、冬季に中国北部での石炭燃焼に起因する越境汚染の影響を強く受けた結果、大気中濃度が増大したと判断される。1.石炭灰および大気エアロゾルのδ^<11>B測定に関する基礎的検討試料中の全Bの同位体比を測定する場合には、試料分解や大量に存在する主要成分からの分離において非常に煩雑な操作が必要になる。本研究ではそれらの同位体比測定を簡便にするため、水溶性Bを対象にした。水による各種溶出法((1)30分間超音波照射、(2)室温にて6時間振とう、(3)約100°Cにて1時間加熱)について検討した結果、(1)30分間超音波照射による方法がBを効率的に溶出できることがわかった。また、δ^<11>BはBをイオン交換樹脂(Amberlite IRA-743)で分離・濃縮した後、四重極型ICP質量分析装置(ICP-MS)で測定した。ICP-MSによるδ^<11>Bの測定条件を最適化することにより、本研究を実施する上で十分な約2‰(n=6)の精度(RSD)での測定が可能となった。2.石炭灰のδ^<11>Bおよびδ^<34>S測定中国炭は、北部地域は淡水環境、南部地域は海水環境で形成され、後者では硫酸還元で生成した多量の硫化物や有機イオウが石炭中に混入するため、δ^<34>Sが小さくなることが知られている。一方δ^<11>Bでは、石炭が海水環境で形成された場合には海水のδ^<11>B(39.5‰)を反映して大きな値となることが予想される。石炭灰のδ^<11>Bとδ^<34>Sの関係を調べた結果、両者には上記の関係、すなわちδ^<34>Sが低下(海水環境で石炭が形成)するとδ^<11>Bが増加する関係が存在していることがわかった。また、揚子江以北で形成された中国炭のδ^<11>Bとδ^<34>Sは、予想された値を示した。以上より、両同位体比をトレーサーとして利用する中国大陸からわが国への石炭燃焼由来大気汚染物質の越境輸送評価が期待できる。1.中国における大気エアロゾルのδ^<11>Bおよびδ^<34>S測定中国を発生源とするホウ素とイオウの同位体比データ(発生源データ)を取得するため、中国のManshan(3試料、2007年910月に採取)とMt.Tai(5試料、2006年6月に採取)で採取された大気エアロゾル試料のδ^<11>Bおよびδ^<34>Sを測定した。その結果、δ^<11>Bの平均値はManshanが-6.3‰、Mt.Taiが-9.4‰であり、いずれも石炭に特有な負の値を示した。一方、δ^<34>Sの平均値はManshanが+7.50‰、Mt.Taiが+5.94‰であり、いずれも揚子江以北で産出される石炭に特有な相対的に高い値を示すことがわかった。2.日本海側地点における大気エアロゾルのδ^<11>Bおよびδ^<34>S測定日本海側に位置する長崎県・松浦市において、2004年4月2006年3月までの2年間に採取された大気エアロゾル試料のδ^<11>Bおよびδ^<34>Sを測定した。また、併せて試料中のB、非海塩性SO_4^<2->(nss-SO_4^<2->)、Naの各濃度を測定した。その結果、冬季を中心に大気中のB濃度が増加するが、これに伴ってそのδ^<11>Bが減少することが観測された。

冬季は気温が低下するため、海水中のホウ酸(H_3BO_3)が海塩生成時に揮発しないことを仮定することにより、試料中のNa濃度(全て海塩由来)を基に非海塩性B(nss-B)のδ^<11>Bを求めた。そのδ^<11>Bがいずれも負の値であったことから、nss-Bは石炭燃焼由来とみなすことができた。一方、大気エアロゾル試料のδ^<34>Sは、δ^<11>Bとは反対に冬季に高く、夏季に低下する傾向を示した。また、冬季から春季におけるnss-SO_4^<2->のδ^<34>Sは、上記の中国でのエアロゾルの値に近かった。以上より、両同位体比をトレーサーとして利用することにより、中国大陸からわが国への石炭燃焼由来大気汚染物質の越境輸送評価が期待できる。1.日本海側地点における大気エアロゾルのδ^<11>測定-大気エアロゾル中ホウ素の起源推定中国大陸の北緯30度以北で産出される石炭は、主として淡水環境で形成されたことを反映して、相対的にδ^<34>Sが高いことが報告されている。また、淡水環境で形成された石炭は海水の影響を受けないため、相対的にδ^<11>Bは低くなることが予想される。そこで、2004年4月から2006年3月に日本海側の2地点(長崎県松浦市と石川県中能登町)で採取された大気エアロゾルのδ^<34>Sおよびδ^<11>Bの季節変化を調べることにより、エアロゾル中のBに対する中国大陸での石炭燃焼の影響を評価した。その結果、両地点におけるエアロゾル中のSO_4^<2->-S濃度は夏季に高く冬季に低くなったが、B濃度は逆に夏季に低く冬季に高くなる季節変化を示した。一方、δ^<34>Sは夏季に低く冬季に高くなったが、δ^<11>Bは逆に夏季に高く冬季に低くなる季節変化が認められた。後方流跡線解析の結果、冬季に両地点に到達するエアマスは、ほぼ全て中国大陸の北緯30度以北を経由したものであった。以上より、冬季における大気エアロゾルのδ^<34>Sの増加とδ^<11>Bの低下は、中国大陸の北緯30度以北での石炭燃焼の影響を強く受けた結果であり、δ^<11>Bはδ^<34>Sとともに石炭燃焼由来エアロゾルの有用なトレーサーとして期待できる。長崎県松浦市で採取された大気エアロゾル中の元素濃度(Al,As,B,Cd,Co,Cr,Cu,Hg,Mn,Mo,Ni,Pb,Sb,V,Zn)とδ^<11>Bの測定値を基に、中国大陸からの石炭燃焼由来微量元素の越境汚染の実態を評価した。元素濃度を用いた主成分分析の結果、3つの主成分が抽出され、As、B、Cd、Hg、Pb、Sb、Znの7元素は第1主成分の負荷量(0.73)が高かった。これらの元素濃度はいずれも夏季に低下し、冬季に上昇する季節変化を示した。上記1の結果と併せて、冬季の松浦におけるこれらの微量元素の主要な発生源は、中国大陸での石炭燃焼であることが強く示唆される。
抗癌剤の効果判定に関する卵巣癌培養細胞の超微形態学的研究

卵巣癌細胞の抗癌剤による効果をどのように判定するかを解析するために、卵巣漿液性腺癌由来細胞株のうち腫瘍マーカー産生能の異なる細胞株SMG-1及びSHIN-3を用いて、対数細胞増殖期を中心にCDDPによる初期変化を検討した。各実験のcontrolとして倍地中に生理食塩水のみを5%添加した細胞を用いた。SMG-1及びSHIN-3の薬剤感受性を検討するためにMTTassayを行い、両細胞のCDDP添加48時間後のIC_<50>は7.1及び1.9mug/mlであった。また、両細胞に0.5、5、50、100mug/mlの濃度でCDDPを15時間添加培養したときの薬物反応曲線では、SMG-1は48時間以降でcontrolに比べ5mug/ml以上で明らかな増殖抑制を認めたのに対し、SHIN-3では0.5mug/mlでも24時間後には増殖抑制を認めた。SMG-1及びSHIN-3のED_<50>は57.5及び21.5mug/mlであった。次に抗癌剤による細胞障害がどの様な過程で現れるのかを検討するために、CDDPを0.5ないし100mug/mlの濃度で15時間反応させた時の濃度依存性変化、並びにCDDPの濃度を5mug/mlまたは50mug/mlとして30分ないし15時間の範囲で反応させた時の経時的変化を超微形態学的に観察した。CDDP低濃度でRNA合成障害が認められ、この変化はDNA合成障害よりも低濃度かつ早期に認められた。経時的な変化ではDNAの合成障害の出現と共に細胞室内の膜構造及び分泌物合成能が障害されるものと考えられたのに対し、濃度依存性変化ではDNA合成障害は反応時間により強く影響されるものと思われた。CDDP高濃度ではDNA合成が著しく抑制され、核小体の変性も強く認められた。以上の結果より、CDDPによる最初の変化は、DNAからRNAへの転写機構の障害によるRNA合成の障害が示唆された。また、CDDPは膜構造の障害をも引き起し、CDDP高濃度では殺細胞効果を持つことが示唆された。
光格子中の量子縮退混合系を用いたアンダーソン・ハバード量子シミュレータの実現

光格子中のイッテルビウム(Yb)-リチウム(Li)混合系を用いた不純物系の量子シミュレーションを実現する上で重要なのが、Yb-Li間のフェッシュバッハ共鳴による原子間相互作用の制御である。しかし、基底状態同士のフェッシュバッハ共鳴は1kG付近の非常に高磁場に位置するうえ、幅が数mG以下と非常に狭いことが理論的に予測されている。そこで我々はYbのもつ準安定な電子励起状態である3P2状態と基底状態Li間のフェッシュバッハ共鳴に着目している。本年度はこのYb(3P2)-Li間フェッシュバッハ共鳴観測に向けて、Yb(3P2)-Liの非弾性衝突特性を詳細に調べた。実験は以下の様な手順で行った。まずYb-Liの量子縮退混合系を用意し、波長532nmのレーザーで作る光格子に断熱的に導入し、Ybのモット絶縁体を作る。このとき光格子はYbがモット絶縁体として格子点に局在するような深さであるが、Liは格子点に留まることなく3次元的な気体となっている。Ybのモット絶縁体に対して3P2分光を行うと、格子点の占有数に対応した周波数のシフトが観測される。これは1S0-3P2遷移が超狭線幅遷移であり、格子点中の原子間相互作用に比べて線幅が十分狭いためである。占有数1のYb原子を励起し、保持時間後に残った3P2原子を測定する。このように光格子中で測定を行うことにより、3P2-3P2や3P2-1S0の衝突を排し、測定したいYb(3P2)-Liの衝突だけを観測することができる。Li原子の密度を変えて3P2状態の寿命測定を繰り返し、Yb(3P2)-Liの非弾性衝突係数を決定した。また、この光格子を用いた手法により、格子点の占有数別に2体、3体、4体の非弾性衝突を分離して測定することにも成功した。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題実現のためには、極低温Yb-Li間の相互作用制御技術の開発が重要である。本研究では、準安定励起^3P_2状態Ybと基底^2S_<1/2>状態Li間の磁場フェッシュバッハ共鳴を用いることを考えている。そのための第一歩として、波長1064nmの光格子中に導入したYb-Li混合系に対して、Ybの超狭線幅光学遷移(^1S_0-^3P_2)を用いた507nm分光実験を行った。Yb単体に対するスペクトルでは、1本のブロードなピークが観測された。理論計算に見られるような構造は測定精度のために観測されなかったが、その幅はほぼ一致することが確認できた。混合系のスペクトルにおいても同程度の幅のブロードなピークが観測されたが、Liの存在がスペクトルに与える明瞭な影響は観測されなかった。Ybのスペクトルに与えるLiの影響が小さい理由としてば蒸発冷却の最終段階で、重力サグのためにYbとLi原子集団の空間的なオーバラップが少なくなってしまっているためだと考えられる。この重力サグを補正するために、波長532mmのレーザーの光双極子力を用いることにした。この波長532nmの光は恥に対して引力、Liに対して斥力としてはたらくので、原子集団のわずかに上方に当てると、レーザーの強度勾配によりYbを上に引き上げ、Liをわずかに押し下げる力が働き、原子集団のオーバーラップを増やすことができる。また、より高い分解能、高感度なスペクトルを得るために、波長532nmの光格子、および発光イメージングを用いることにした。波長532nmは1064nmに比べてエネルギースケールが大きいために、スペクトルの各ピークがより分離して得ることができる。また少数の原子数に対しては波長399nmの光による高感度発光イメージングによって高いS/N比で測定することが可能になる。現在までにこれらの実験系改善のための光学系の構築が完了している。イッテルビウム(Yb)とリチウム(Li)を量子縮退領域まで冷却する際に問題になるのが、重力サグによる空間的なオーバーラップの減少である。これを補正するために我々は波長532nm光強度勾配を導入し、その最適化を行った。重力サグ補正ビームのポインティングを変えることにより、Yb原子の位置が最大で約3μm上方向にシフトすることを確認した。これは空間的なオーバーラップを得るのに十分なシフトである。次に我々は、波長532nmの3次元光格子を構築した。この波長はYb原子に対する光格子としてこれまで使われてきており、Yb原子を断熱的に導入するのが容易である。また、光格子中でのYbの準安定励起3P2状態への遷移を用いた高分解能分光を行う際に、1064nmに比べ高い分解能を得ることができる。1064nm光格子で行った実験と同様に、Yb単体とYb-Li混合系を532nm光格子に導入し、各光格子深さでのYbの干渉の明瞭度を測定したが、Liの存在による明確な違いは確認できなかった。これはYb-Li間の相互作用が小さいことが原因だと思われる。また分光実験効率向上のため、新たにYbの3P2分光用の波長507nmの光源と、励起された原子を観測する際に必要な波長770nmと649nmのリポンプ用光源を作成した。

507nm光源には数百kHz以下の狭い線幅が要求されるため、まず波長1014nmのECLDを作成し、その光を高フィネスのULE共振器にロックし周波数の狭窄化および安定化を行い、約70Hzと十分狭い線幅が達成できていることがわかった。507nmの光はULE共振器にロックしたECLDの光をさらにテーパーアンプでパワーを増幅し、周波数変換モジュールで1014nmの周波数倍波を取ることにより生成した。実験には最大約90mW使用でき、十分なパワーを得ることができた。光格子中のイッテルビウム(Yb)-リチウム(Li)混合系を用いた不純物系の量子シミュレーションを実現する上で重要なのが、Yb-Li間のフェッシュバッハ共鳴による原子間相互作用の制御である。しかし、基底状態同士のフェッシュバッハ共鳴は1kG付近の非常に高磁場に位置するうえ、幅が数mG以下と非常に狭いことが理論的に予測されている。そこで我々はYbのもつ準安定な電子励起状態である3P2状態と基底状態Li間のフェッシュバッハ共鳴に着目している。本年度はこのYb(3P2)-Li間フェッシュバッハ共鳴観測に向けて、Yb(3P2)-Liの非弾性衝突特性を詳細に調べた。実験は以下の様な手順で行った。まずYb-Liの量子縮退混合系を用意し、波長532nmのレーザーで作る光格子に断熱的に導入し、Ybのモット絶縁体を作る。このとき光格子はYbがモット絶縁体として格子点に局在するような深さであるが、Liは格子点に留まることなく3次元的な気体となっている。Ybのモット絶縁体に対して3P2分光を行うと、格子点の占有数に対応した周波数のシフトが観測される。これは1S0-3P2遷移が超狭線幅遷移であり、格子点中の原子間相互作用に比べて線幅が十分狭いためである。占有数1のYb原子を励起し、保持時間後に残った3P2原子を測定する。このように光格子中で測定を行うことにより、3P2-3P2や3P2-1S0の衝突を排し、測定したいYb(3P2)-Liの衝突だけを観測することができる。Li原子の密度を変えて3P2状態の寿命測定を繰り返し、Yb(3P2)-Liの非弾性衝突係数を決定した。また、この光格子を用いた手法により、格子点の占有数別に2体、3体、4体の非弾性衝突を分離して測定することにも成功した。現在までに本研究課題実現の鍵となるYb(3P2)-Li(2S1/2)間のフェッシュバッハ共鳴探索を開始する予定であったが、原子オーブンのトラブルにより一時原子を使った実験が満足にできなくなってしまった。しかしその間に新たな狭線幅507nm光源の作成を行い、今後の実験の高効率化に向けた準備を行った。27年度が最終年度であるため、記入しない。完成した507nm光源を用い、Yb(3P2)-Li(2S1/2)間のフェッシュバッハ共鳴の探索を行う。ボソンである174Ybの3P2状態とLiの基底状態間の非弾性衝突レートがワシントン大学のグループによって測定され、磁場が高いほど非弾性衝突が大きいことが確認された。そこで非弾性衝突レートの小さい低磁場においてフェッシュバッハ共鳴の存在が期待されるフェルミオン173Yb-6Li間の共鳴探索を行う。光格子中のYb-Li混合系に対する507nm分光を行い、Yb-Li間フェッシュバッハ共鳴探索の重要な第一歩を踏み出すことができた。またその結果、重力サグという解決すべき問題点も発見し、速やかにその解決策を考案し、実験系に組み込むことができた。
ヒト骨髄未分化間葉系幹細胞マーカーを用いたヒト歯根膜幹細胞の解析

当研究課題に対し、平成13年度中に鹿児島大学歯学部附属病院歯科外来を訪れた4人の成人患者より、本人の同意のもとに抜去歯歯根表面から細胞を分離培養し5株の臨床分離株を得た。本年度はそれらについてヒト骨髄未分化間葉系細胞マーカーを遺伝子発現のレベルで解析する手法の確立について重点的に作業を進めた。歯周組織の組織特異性より、ヒト骨髄未分化間葉系細胞マーカーのみを指標にするのでは、歯根膜組織に特異的な幹細胞の特徴を幅広く解析できない可能性もあり、包括的な遺伝子解析の手法であるDNAアレイ(約1100種類の遺伝子発現パターンを解析することが可能)の応用を検討した。まず、ヒト骨髄未分化間葉系細胞マーカーについての知見を得るために、正常ヒト骨芽細胞における遺伝子発現パターンを解析した。ここで使用した骨芽細胞は分化程度が比較的低く、未分化な状態に近い。分化度に関与する遺伝子を同定する目的で、分化の進んだ細胞での遺伝子発現パターンと比較することを計画し、比較対象組織として歯周組織の中でも分化程度が最も高いと考えられるセメント質を選択し、セメント質由来細胞での遺伝子発現パターンとの比較を実施した。本年度は、分化程度に関連する遺伝子候補のデータ解析を実施しており、来年度でさらに詳細なデータ解析を行う予定である。一方で、組織特異性や分化程度による性状の変化は、関連する成長因子等に対する反応性にも認められることが予想される。そこで、歯周組織の発生に深く関与しているGDF-5(軟骨成長因子としても広く知られている)に対する細胞増殖性や遺伝子発現パターンの変化を比較した。歯根膜細胞では骨膜由来細胞に比較して細胞増殖率が高く、また軟骨マーカーのアグリカンの発現が誘導されることが明らかになった。これらから分化の多様性を示す可能性が推察され、より詳細な検討を行う予定である。当研究課題に対して平成13年度は、歯根膜細胞の採取および培養を行った。歯根膜細胞を用いた研究では従来より研究施設間での研究成績にばらつきがあることが一般的に知られており、この現象の大きな理由は、分離培養される細胞がヘテロな集団であること、また提供者個体間での性状の差に起因するものであることが広く認められている。そこで複数の個体より細胞を分離培養し、個々の試験結果を詳細に比較検討し、共通して確認される事実に基づき考察を行うのが一般的な研究手法となっている。本年度は上記の通り、鹿児島大学歯学部附属病院歯科外来を訪れた4人の成人患者より、本人の同意のもとに抜去歯歯根表面から細胞を分離培養し5株の臨床分離株を得た。それぞれを通法に従い増殖させ、凍結保存を行った。その一部の細胞に関して、性状を確認する目的でRT-PCR法による遺伝子発現の予備解析を行ったところ、現在までに論文報告のあるオステオポンチン・1型コラーゲンや骨形成因子およびその受容体発現が確認された。また培養後3日の時点におけるアルカリフォスファターゼ活性を確認するために、酵素活性を利用した染色を行ったところ、明瞭な赤色を発する細胞が存在する事が光学顕微鏡下で確認された。さらに培養条件下において増殖率の測定を行い、既存の実験結果や論文等で報告されている結果と同様の結果を確認することができた。分離培養に伴う性状変化に関する予備的研究として、骨膜・歯根膜に特異的に発現していることが報告されている分子のペリオスチンに関して遺伝子の発現を検索したところ、RT-PCR法によりその遺伝子の発現を確認することができた。以上により提供された細胞は歯根膜組織の性質を維持しつつ分離培養されたことが確認できた。現在、引き続き残りの分離培養株に関しても性状の確認を行っている。
蛋白結合型ワクチン導入後に分離された 無莢膜型肺炎球菌の薬剤耐性と分子疫学的特徴

蛋白結合型ワクチンの導入後、ワクチン非含有血清型株による肺炎球菌感染症の増加とその薬剤耐性化傾向が明らかとなり、さらに近年、莢膜を持たない無莢膜型肺炎球菌による感染症の増加が懸念されている。そこで本研究では、ワクチン導入後の2011年以降に、北海道内の医療機関にて分離された非侵襲性肺炎球菌の無莢膜型株と2018-2019年に分離された非侵襲性肺炎球菌を解析対象とし、これら新規分離株の血清型分布(連続多重PCR法)と薬剤耐性状況(分子疫学的・微生物学的手法)を調査するとともに、無莢膜型株に対しては莢膜を有する従来の標準株と比較する為に、分子疫学的・遺伝学的特徴および薬剤耐性を明らかにする。
確率的固有値分布推定を用いた非線形固有値問題の並列計算手法

交付申請書に記載した「研究目的3.確率的固有値分布推定法を用いた固有値解法の様々な問題への応用」を実施した.1原子構造モデリングソフトウェアNEMO5への応用と2光結晶の構造解析への応用の2つを行った.1について,現在アメリカのパデュー大学において原子構造モデリングソフトウェアNEMO5が開発および運用されている.NEMO5では,一部の固有値・固有ベクトル(固有対)が必要となる固有値問題が現れる.本研究では固有値解法の一つであるSakurai-Sugiura法を拡張し,NEMO5で必要となる固有対を求める拡張方法を提案した.また,NEMO5ではスペインのバレンシア工科大学で開発されている並列固有値計算ライブラリSLEPcを利用している.SLEPc内には,本研究代表者によってSakurai-Sugiura法がCISSという名前で組み込まれている.本研究では拡張方法をCISS上で実装し,高性能な解が得られることを明らかにした.この研究成果を国際共著論文としてまとめ,国際学会EPASA2015のプロシーディングに投稿した.2について,現在国立台湾大学において光結晶の構造解析が研究されている.この研究では,一部の固有対が必要となる固有値問題が現れる.本研究ではこの問題に対して,Krylov部分空間反復法を用いたSakurai-Sugiura法を適用した.Sakurai-Sugiura法の計算過程では複数の連立一次方程式の求解が生じる.この連立一次方程式に対してKrylov部分空間反復法を利用した.Krylov部分空間反復法は反復計算を繰り返して,近似解の精度を向上させる解法である.本研究により,大規模な問題でも反復回数が増加しないことを実験的に明らかにした.12月には国立台湾大学において,共同研究に関する研究打ち合わせを行い,今後の共同研究の進め方について検討を行った.27年度が最終年度であるため、記入しない。27年度が最終年度であるため、記入しない。今年度は,「研究目的1.確率的固有値分布推定法の高速化・高精度化」,及び「研究目的2.確率的固有値分布推定法を用いた固有値解法のパラメータ設定」を実施した.項目1について,確率的固有値分布推定法とKrylov部分空間反復法を組み合わせ,少ない反復回数で固有値の分布が推定できることを明らかにした.これにより確率的固有値分布推定法の高速化が期待できる.また,現在台湾の国立台湾師範大学で研究されている光結晶の構造解析に対して,確率的固有値分布推定法を利用し高速に固有値の分布が得られることを明らかにした.この研究に関するポスター発表を日本応用数理学会2014年度年会で行い,論文をJSIAMLettersに投稿した.現在は国立台湾師範大学と協力関係の元で研究を行っている.項目2について,現在スペインのバレンシア工科大学で開発されている並列固有値計算ライブラリSLEPcの中に本研究代表者らによって作成されたCISSという固有値計算プログラムが組み込まれている.本研究では確率的固有値分布推定法をCISSに組み込む実装を行い,効率的なパラメータ設定を可能にした.この研究に関する口頭発表をスイスで行われた国際学会PMAA14で行った.現在はバレンシア工科大学と共同でCISSの開発を行っている.また,現在アメリカのパデュー大学で開発されている原子構造モデリングソフトウェアNEMO5で現れる固有値問題に対して,CISSを適応させ,高速に固有値・固有ベクトルが求められることを明らかにした.そして11月にNEMO5上でCISSを利用するための打ち合わせをパデュー大学で行った.現在はCISSをNEMO5で組み込むための研究をパデュー大学と協力関係の元で行っている.交付申請書に記載した「研究目的3.確率的固有値分布推定法を用いた固有値解法の様々な問題への応用」を実施した.1原子構造モデリングソフトウェアNEMO5への応用と2光結晶の構造解析への応用の2つを行った.1について,現在アメリカのパデュー大学において原子構造モデリングソフトウェアNEMO5が開発および運用されている.NEMO5では,一部の固有値・固有ベクトル(固有対)が必要となる固有値問題が現れる.本研究では固有値解法の一つであるSakurai-Sugiura法を拡張し,NEMO5で必要となる固有対を求める拡張方法を提案した.また,NEMO5ではスペインのバレンシア工科大学で開発されている並列固有値計算ライブラリSLEPcを利用している.SLEPc内には,本研究代表者によってSakurai-Sugiura法がCISSという名前で組み込まれている.本研究では拡張方法をCISS上で実装し,高性能な解が得られることを明らかにした.この研究成果を国際共著論文としてまとめ,国際学会EPASA2015のプロシーディングに投稿した.2について,現在国立台湾大学において光結晶の構造解析が研究されている.この研究では,一部の固有対が必要となる固有値問題が現れる.本研究ではこの問題に対して,Krylov部分空間反復法を用いたSakurai-Sugiura法を適用した.Sakurai-Sugiura法の計算過程では複数の連立一次方程式の求解が生じる.この連立一次方程式に対してKrylov部分空間反復法を利用した.Krylov部分空間反復法は反復計算を繰り返して,近似解の精度を向上させる解法である.本研究により,大規模な問題でも反復回数が増加しないことを実験的に明らかにした.12月には国立台湾大学において,共同研究に関する研究打ち合わせを行い,今後の共同研究の進め方について検討を行った.交付申請書に記載した「研究目的1.確率的固有値分布推定法の高速化・高精度化」について,確率的固有値分布推定法とKrylov部分空間反復法を組み合わせることで,高速化が可能となることを明らかにした.

また「研究目的2.確率的固有値分布推定法を用いた固有値解法のパラメータ設定」について,ソフトウェアライブラリSLEPcに組み込まれている固有値解法に対して確率的固有値分布推定法の実装を行い,固有値解法の効率的なパラメータ設定を可能にした.これらの結果は交付申請書の研究実施計画書に記載した内容を満たしている.また,国立台湾師範大学で研究されている光結晶の構造解析や,パデュー大学で開発されているソフトウェア,バレンシア工科大学で開発されているソフトウェアに対して,確率的固有値分布推定法を含めた固有値解法の応用の研究が国際的な協力関係のもとで進められており,平成27年度の研究計画であった「研究目的3.様々な分野への応用」に進展している.以上のことから,本研究の達成度は当初の計画以上に進展していると評価する.27年度が最終年度であるため、記入しない。交付申請書に記載した「研究目的3.様々な分野で発生する固有値問題に対して確率的固有値分布推定法を含む固有値解法の適用及び性能評価」を実施する.研究実施の概要で示した国立台湾師範大学で研究されている光結晶の構造解析やパデュー大学で開発されている原子構造モデリングソフトウェアNEMO5に関する知識を蓄える.それぞれの分野で現れる固有値問題に対して,CISSによる固有値計算を実用段階まで高速化させる実装を行い,これらの分野の発展を促す.本研究で得られた結果を国際会議および国内学会で発表し,学術論文としてまとめる.27年度が最終年度であるため、記入しない。
回流水槽における流れと風の間の相互作用に関する研究

本研究では、風洞水槽の水面下に発生する乱流構造について、組織乱流の視点から考察しています。従来、水面付近の乱流変動は風波の影響を直接受けるため、風波のパラメータと関連して議論されて来ました。しかし、水槽内の一点における乱流運動はlocalな風と風波のみによって支配されているとは限りません。風洞水槽内の水の流れは風の直接的な摩擦力で運動を始めますが、水槽の両端に壁があるため下層に帰還流が発生し、帰還流の影響を強く受けるためです。従来の風洞水槽における乱流構造の研究では、この帰還流の影響が十分考慮されていませんでした。本研究では帰還流の存在が風向きに軸を持った組織的で大規模な渦運動を発生し、水槽全体の平均流を三次元構造の流れに変え、水面付近の乱流変動といえどもこの大規模な縦渦構造の影響を受けると言う立場に立脚して研究しています。注目すべき研究成果としては、1に近いアスペクト比を持った2つの風洞水槽で実験を行ったところ、新しい実験事実として両者のスパン平均流速の鉛直分布の間に著しい差が起こることを見つけたことです。我々は、この実験事実をLangmuir循環流による移流効果によって説明しています。即ち、Langmuir循環流による鉛直循環流の移流効果は幅の狭い水槽ほど強く起こり、上下層の間に強い運動量交換を惹起するため水槽の横幅の大小がスパン平均流速の鉛直分布に強い影響を与えるためであると考えます。本年度は,水面上を一定風速の風が吹く風洞水槽で,水面下に一様な流れを加えた時,それが風速分布と水面上の波浪の発達特性にどんな影響を与えるかについて詳細な実験を行い,実験結果について検討を加えた.水面下の流れとしては,1)順流のケース風と流れの向きが同じ方向の場合.2)逆流のケース風と流れの向きが逆方向の場合.3)無流のケース流れを加えず,風のみ吹かれた場合を調べた.風洞水槽は,呉市の中国工業技術研究所所属の小水槽(50m,幅60cm,高さ:120cm,(風洞部高さ:40cm+水槽部水深:80cm)を使用し,基準風速=8.4m/s,断面平均流速=±10cm/sの下で実施した.主要な研究成果:1)風速分布:対数風速分布則を水面上の風速分布に適用し,抗力係数C_Dと水面における粗度が実験ケース,フェッチ,水槽の横方向の位置でどう変化するかを詳しく調べた.予想に反して,C_Dは上記の実験ケースにあまり依存度しないと言う結果が得られた.というのは波高の変化には,逆流の場合砕波の可能性が高く,C_Dは増加する筈だからである.また,粗度パラメータはCharnockが用いた無次元量で整理し,Charnockの与えた定数に近いがやや小さく,九大の増田による整理法即ち,波浪の波齢に依存する関係に近い結果が得られた.更に,順流の場合,水槽の中央で全体的に風速分布が他のケースに比べ小さくなると言う新しい成果を得た.2)波高の発達:波浪の逆流で大きく発達し,順流では発達が小さいと言うよく知られた結果を得たが,その差をLonguett-Higginsの「波と流れの間の相互作用」で説明する試みを行ってみた.その理由は波の空間的な発達率が逆流のケースがむしろ小さくなると言う実験結果によるもので,風と波の間の相互作用で両者の差を説明できないためである.水面付近でおこる大気・海洋間の相互作用よりも水面下の流れの向き、(即ち、風と流れの向きが同じか逆か)が風の持つ運動量を開水路内部流へ変換する効率に大きく影響すると言う実験事実が得られた。本研究では、(1)風と流れの向きが同一方向の場合、(風+順流)(2)風のみのケース、(風のみ)(3)風が流れの向きと逆行する場合、

(風+逆流)の3ケースにおいて水面下の平均流速の3成分に関する、風に垂直な鉛直断面分布の詳細な計測を実施し、これら3ケースについて、風から開水路内部流への運動量輸送効率は、(1):(2):(3)のケース=9:4:2と定量的に得られ、逆流下よりも順流下において風から流れへ運動量輸送が効率的に起こる事が明白となった。次に、その原因を逆流下と順流下における鉛直循環流の発生と関連して実験を進めた。鉛直循環流が風と流れの相互作用にどの様に関わるか、現在まで殆どこの種の研究がないので興味深いと思われる。一見、逆流下では水面付近で風波は砕波し強い流速シア-が存在するため、風と流れの間の相互作用は大きいと考えられる。予想に反して、逆流下では風の運動量は流れに入り難いのである。何故か?その理由は、水路中央部でかなり強い上昇流が発生するため、乱流運動は側壁に向かい、側壁に沿って下降する。その結果、水面付近の乱流運動の下向きの移流拡散が上昇流によってブロックされる為である。他方、順流下では水面付近の乱流変動は逆流の場合に比べてかなり弱いにも関わらず、水面からの乱流の移流・拡散は殆ど自由に起こる。この差が流れの向きの違いによって発生し、風の運動量を流れに伝えるか否かに強く影響する為である。本研究では、風洞水槽の水面下に発生する乱流構造について、組織乱流の視点から考察しています。従来、水面付近の乱流変動は風波の影響を直接受けるため、風波のパラメータと関連して議論されて来ました。しかし、水槽内の一点における乱流運動はlocalな風と風波のみによって支配されているとは限りません。風洞水槽内の水の流れは風の直接的な摩擦力で運動を始めますが、水槽の両端に壁があるため下層に帰還流が発生し、帰還流の影響を強く受けるためです。従来の風洞水槽における乱流構造の研究では、この帰還流の影響が十分考慮されていませんでした。本研究では帰還流の存在が風向きに軸を持った組織的で大規模な渦運動を発生し、水槽全体の平均流を三次元構造の流れに変え、水面付近の乱流変動といえどもこの大規模な縦渦構造の影響を受けると言う立場に立脚して研究しています。注目すべき研究成果としては、1に近いアスペクト比を持った2つの風洞水槽で実験を行ったところ、新しい実験事実として両者のスパン平均流速の鉛直分布の間に著しい差が起こることを見つけたことです。我々は、この実験事実をLangmuir循環流による移流効果によって説明しています。即ち、Langumuir循環流による鉛直循環流の移流効果は幅の狭い水槽ほど強く起こり、上下層の間に強い運動量交換を惹起するため水槽の横幅の大小がスパン平均流速の鉛直分布に強い影響を与えるためであると考えます。
自律リンゴ収穫機械システムに関する研究

1.リンゴ果実認識プログラムの改良自律リンゴ収穫機械システムの視覚部にマシンビジョンを使用するが,リンゴ果実の認識にはリアルタイム処理が求められる。このためプログラム言語Delphiを使用して画像処理プログラミングを行った。CCDカメラでリンゴを撮影後,果実を認識するまでに要する時間は約400msであった。リンゴ収穫のためのリアルタイム処理に十分な結果となった。2.マニピュレータの運動モデルリンゴ収穫のためにエンドエフェクタを果実にアプローチさせるため,マニピュレータの運動モデルを逆運動学に基づいて構築した。本研究で使用するマニピュレータは,4関節をもつ4自由度マニピュレータである。リンクの長さ,関節の可動回転角などのパラメータを用いてコンピュータ上でシミュレーションを行い,運動モデルを構築した。3.エンドエフェクタの開発リンゴ果実に接触し,収穫するエンドエフェクタを開発した。収穫機構は,フィンガーと呼ぶつめで果梗を把持し,枝と果梗の間の離層を中心にリンゴ果実を回転させる。このような動作機構をもつエンドエフェクタを2つのDCモータの組み合わせて製作した。開発したエンドエフェクタで収穫実験を行ったところ,収穫成功率は90%以上であった。回転に要する時間は,制御用パルス信号の周波数によって変えられる。4,リンゴ果実位置の計測リンゴを自律機械収穫するためには,その果実の位置を座標情報として取得し,そこに向かってエンドエフェクタをアプローチさせる必要がある。このため,エンドエフェクタから果実までの水平距離を測定するために,レーザー距離計を用いた。レーザー距離計で,リンゴ果実の赤道面までの距離を測定した結果,±3mmの誤差での計測が可能であった。以上に基づき,マシンビジョン(CCDカメラ),エンドエフェクタ,レーザー距離計から構成されるリンゴ収穫ハンドを開発した。
骨格構造の生成・劣化をともなう飽和土の時間依存挙動の弾塑性力学に基づく解析

自然堆積粘土は、室内再構成試料に比べ「構造」が高位で異方性が発達し、大抵の場合過圧密状態にある。これらの状態を反映して、自然堆積粘土は、(1)乱れによる強度・変形能の低下、(2)2次圧密や「isotache」などの時間依存性、(3)堆積環境に由来する異方性とマスとしての不均質性、などを示すことが知られている。本研究の目的は、実験と水土連成弾塑性解析を実施し、塑性変形に伴う骨格構造変化に着目して、これらの特徴を調べることであった。主な成果は次の通り。(1)室内で初期に高含水比を有するコロイド状粘土の沈降・自重圧密により再構成粘土を作成し、この粘土がe(間隙比)-lnp'(p':平均有効応力)関係で、構造のない「正規圧密線」よりも上側(練り返し粘土の「不可能領域」)に位置して構造が高位なことを、また鉛直応力を与えると、構造を喪失して正規圧密線に近づくことなどを明示した。(2)自然堆積粘土に特有な構造・過圧密・異方性の3概念とそれらの発展則を含む、粘土の弾塑性構成式を新に提案した。ここでは、2年目に異方性を追加考慮するとともに、構造「無限大」のコロイド状態からの沈降大圧縮過程を表現すべく、v(比体積)lnp'に替えてlnvlnp'関係を用いた構成式の再誘導も行った。また、重力載荷場での数値計算も試み、土の内部で不均質な分布性状とともに部分的ではあるが、初期正規圧密状態から過圧密状態になる様子なども示した。(3)一次元下での構造を有する粘土の2次圧密について、その原因となる「塑性圧縮を伴う軟化」の領域と到達しうる応力レベルに着目しつつ数値解析を行い、2次圧密は(a)「乱れ」により構造が低位化し生じにくくなる、(b)採取に伴う応力解放により過圧密化が進み生じやすくなる、(c)堆積粘土の異方性の軸と採取方向が異なる場合、内部にせん断ひずみの局所化を伴い、生じる可能性がある、などを明示した。主な成果は次の通り。自然堆積粘土はよく「構造」を持っていると言われる。その特徴として以下の3点を挙げることができる。(1)乱れによる強度、変形特性の低下、(2)2次圧密やクリープ、クリープ破壊、「isotache」などのいわゆる時間依存性、(3)堆積環境に由来する異方性とマスとしての不均質性。そこで、本研究では実験と水土連成弾塑性解析を通じて(1)、(2)について調べている。初期に高含水比を有するコロイド状の練り返し粘土を自然に沈降、自重圧密させ、再構成粘土を作成する。この再構成粘土はe-ln p'関係で構造のない正規圧密線(N.C.L.)よりも上側、つまり不可能領域に位置することがわかり、再構成粘土は高位な構造を有しているということを示した。また、この粘土に鉛直応力を与えてせん断すると正規圧密線に近づき、塑性変形にともなって、構造を喪失しつつ正規圧密粘土に近づいていくことを実験より示した。また、1次元圧密挙動については、過剰間隙水圧の増減を繰り返しながら遅れ沈下が観測された。

これらの事実を踏まえて、水土連成弾塑性解析を用いて数値シミュレーションを行った。なお、弾塑性構成式として構造を有する土の弾塑性挙動を表現できる上負荷面カムクレイモデルを用いている。この構成式は、カムクレイ降伏面は練り返された正規圧密粘土の挙動を、その外側にも受けた上負荷面で構造を有する土の挙動を、また上負荷面の内側に下負荷面を設けて過圧密土の挙動を表すモデルである。塑性変形を受けると、構造は喪失し、過圧密は解消しながら練り返し正規圧密粘土になるということを記述している。このモデルを用いて、初期に高含水比を有する供試体に徐々に重力を与えつつ、圧密沈下させる。沈降・自重圧密終了後は正規圧密線の上側に位置し、構造を有しているという実験事実と類似する結果が得られた。また、その後に、定率変位制御載荷試験を行うと、比体積の減少とともに、正規圧密線に漸近していくという挙動が得られた。自然堆積地盤から採取した粘土試料を用いて標準圧密試験を行うと、2次圧密現象に代表される時間依存挙動がよく観察され、これは一般に室内再構成粘土試料よりも顕著に見られる。また、同じ自然堆積粘土でも、2次圧密現象は室内試験で観測されるほど現位置では観測されない。今年度は、自然堆積粘土に特有な構造・過圧密・異方性の3つの概念と塑性変形の進展に伴うそれらの発展則を考慮した弾塑性構成式を新に提案し、この構成式を用いた水土連成弾塑性計算により、上記の2次圧密現象に関する事項を調べた。その結果、次の事項が明らかになった。(1)構造が卓越した粘土ほど2次圧密が起こりやすく、粘土が乱されると構造が低位化し起こりにくくなる。これは、高位な構造ほど2次圧密の原因となる「塑性圧縮を伴う軟化」域が拡大するからである。(2)サンプリングに伴う応力解放により、過圧密粘土化が進むと、2次圧密が起こりやすくなる。これは、構造を有する過圧密土では、大きな過圧密比がゆえにより高い応力比までせん断応力を取ることができ、「塑性圧縮を伴う軟化」域に達しやすくなるためである。(3)サンプリング時の切出し角度の影響を考慮すると、局所化を伴う遅れ沈下挙動が起こる可能性がある。これは、1次元圧縮試験であっても、多次元的な変形を示すとともに供試体内でせん断ひずみの局所化域が発生し、その付近で「塑性圧縮を伴う軟化」が起こるからである。上記の2次圧密に関する計算に加え、構造「無限大」のコロイド状態からの沈降大圧縮過程を再現すべく、v(比体積)Inp'(p':平均有効応力)に換えてInvInp'関係を用いて構成式を誘導しなおし、これに基づいて重力場でのシミュレーションも試みた。土の内部は不均質な分布性状とともに(初期正規圧密状態から)過圧密状態になる部分が現れた。この結果は、地盤の生成過程を解明する端緒となると考えられる。
包括的自動車運転関連能力評価に関する研究

自動車運転能力評価課題として,タッチパネル式コンピュータを用いて,視覚探索課題,方向定位課題,道路標識課題を作成した.健常有免高齢者67名と脳卒中患者58名を対象として各課題の成績を比較した.結果,脳卒中群は視覚探索能力,視空間構成能力,非言語的推論及び道路標識に関する知識が乏しいことが明らかになった.開発した課題を用いて自動車運転能力の一部を評価できる可能性が示唆された.平成26年度は1検査課題の作成,2標準データの構築を目標として研究を実施した.検査課題は,視覚探索課題,方向定位課題,道路標識課題を作成した.視覚探索課題は,画面に提示されている数字(PART-A),文字と数字(PART-B)をできるかぎり早く見つけ,画面をタッチする課題である.方向定位課題は,画面のマークが示している方向をあらかじめ提示されている矢印で示していく課題である.道路標識課題は,実際の運転席から見た運転写真の中で隠されている道路標識を写真の状況から推論する課題である.これらの課題をタッチパネル式ノート型パソコンに構築した.煩雑な検査用具は必要としない点,実際の運転写真を用いている点,パソコンさえあれば院内のどこでも実施可能な点が今回取り組んでいる研究の新規性といえる.続いて,作成した課題の標準データを構築した.対象者は,地域在住の60歳以上の高齢ドライバー59名(平均年齢67.5±5.6歳)であった.知的機能の指標であるMMSEは,28.5±1.4点(30点満点,23点以下は認知症を疑う)であった.視覚探索課題はPART-Aの所要時間が74.9±18.5秒,誤答数は0.4±2.3個,PART-Bの所要時間が135.1±45.7秒,誤答数は3.0±4.4個であった.方向定位課題は,正答数29.6±1.0点(30点満点),所要時間86.1±31.0秒であることが明らかになった.道路標識課題では,正答数8.1±1.7点(10点満点),所要時間235.1±104.5秒であった.平成27年度においては,これらの標準データを基準に,脳損傷患者データの収集を行っていく.医師が自動車運転に関する診断書を作成する際の判断材料の一指標としての役割が期待できる.自動車運転関連能力を評価することを目的に運転能力評価課題の開発を行った.先行研究で開発した課題に加え,平成26・27年度においては,1)視覚探索課題,方向定位課題,道路標識課題を追加構築する,2)健常高齢者を対象に標準データを構築する,3)脳損傷患者の特性を評価する,の3課題に取り組んだ.研究結果は以下の通りである.1)数字を順に探していくPartA(Trail Making TestA:TMT-A)と数字とひらがなを探していくPartB(TMT-B)からなる視覚探索課題を作成した.また,中央に表示されている8方向の白矢印の中から,周囲4ヵ所に示したターゲット方向に一致した矢印を選択する方向定位課題を作成した.更に,道路状況に合った道路標識を選択する道路標識課題を作成した.2)有効な自動車運転免許を保持する67名の地域在住の健常高齢者を対象とした.視覚探索課題では,TMT-Aの所要時間は平均84.3±26.9秒,TMT-Bは平均153.0±71.9秒であった.方向定位課題の正答数は平均29.7±1.0個,所要時間は平均86.9±32.5秒であった.道路標識課題の正答数は平均8.0±1.7個,所要時間は平均238.4±111.4秒であった.3)有効な自動車運転免許を有する脳卒中患者58名を対象とした.視覚探索課題では,TMT-Aの所要時間は平均119.3±58.8秒,TMT-Bは平均229.7±78.6秒であった.方向定位課題の正答数は平均26.8±3.6個,所要時間は平均132.2±57.4秒であった.道路標識課題の正答数は平均6.1±2.0個,所要時間は平均219.4±110.4秒であった.脳卒中群はいずれの課題においても,統計学的に健常高齢群より低成績であった.本研究の結果は,脳卒中群は視覚探索能力,視空間構成能力,非言語的推論及び道路標識に関する知識が乏しいことを示しており,開発した課題を用いて自動車運転能力の一部を評価できる可能性が示唆された.自動車運転能力評価課題として,タッチパネル式コンピュータを用いて,視覚探索課題,方向定位課題,道路標識課題を作成した.健常有免高齢者67名と脳卒中患者58名を対象として各課題の成績を比較した.結果,脳卒中群は視覚探索能力,視空間構成能力,非言語的推論及び道路標識に関する知識が乏しいことが明らかになった.開発した課題を用いて自動車運転能力の一部を評価できる可能性が示唆された.平成26年度の目標1検査課題の作成においては,プログラム設計図を早期に作成し,プログラマーとのやり取りを早期に開始できたことが研究を円滑に進めることができた理由と考えている.また,プログラム構築依頼を県内の業者に依頼できたことで,直接的やりとりを時間的ロスなく実施することができた.目標2標準データ構築においては,研究協力依頼を行った地域が県内にあったため,効率的なデータ収集ができたと考えている.

また,課題実施時間が40分程度と短時間で終了する負担の少ない内容であったこと,データの解析に複雑な工程を含んでいないことで,短期間で多くのデータ収集が可能であったと考えている.リハビリテーション科学平成27年度は平成26年度に構築した標準データを参考にして,臨床データの収集を行っていく.自動車運転評価の該当となる脳損傷患者の絶対数は多くはないため,研究協力病院を3つ設け,データ収集を行う予定である.中心的にデータ収集を行う病院は一つとして,その施設での収集が困難になったときに他の2施設に依頼できる準備を整えている.いずれの施設も対象患者の疾患や年齢は類似しており,研究に大きな影響はないと考えている.プログラム構築に要する費用が予定より安価であったため.平成27年度請求額と次年度使用額を合わせてプログラム構築修正費用などに補てんする予定である.
潰瘍性大腸炎の炎症性発癌におけるＤＮＡ損傷修復応答の意義

潰瘍性大腸炎の慢性持続性炎症粘膜では正常粘膜に比べ高頻度にDNA損傷(DNA二重鎖切断)が起きており、DNA損傷を背景に大腸癌が発生すると考えられる。潰瘍性大腸炎に発生した癌はDNA損傷に対する修復応答の破綻により進行する。こうした炎症性発癌過程におけるDNA損傷に対する修復応答の破綻は、通常の大腸腫瘍に比べより早期に起きていることが示唆された。ホルマリン固定外科切除正常大腸50症例、非担癌潰瘍性大腸炎大腸104症例、担癌潰瘍性大腸炎大腸13症例の直腸またはS状結腸代表切片、および潰瘍性大腸炎に発生した前癌病変である異型上皮(dysplasia)41領域を対象とした。DNA二重鎖切断(DSB)部位に動員されるリン酸化H2AX (γH2AX)の発現を、免疫組織学的に比較・解析した。dysplaiaはその細胞異型から、低異型度(low grade dysplasia:LGD)と高異型度(high grade dysplasia: HGD)に分類した。潰瘍性大腸炎の炎症時相は、活動期、慢性活動期、寛解期に分けた。非腫瘍性潰瘍性大腸炎粘膜については、疾患罹患期間とγH2AX発現との相関も検討した。以下の結果が得られた。1.非担癌、担癌潰瘍性大腸炎いずれも、正常大腸に比べγH2AX陽性陰窩頻度が有意に高かった(p<0.001)。2.潰瘍性大腸炎の炎症時相別の比較では、非担癌、担癌例ともに活動期のγH2AX陽性陰窩頻度が寛解期に比べ有意に高かった(p<0.001)。3.同一の炎症時相では、非担癌、担癌例間でγH2AX陽性陰窩頻度に有意差は無かった。4.非担癌潰瘍性大腸炎における罹患年数とγH2AX陽性陰窩頻度の間には有意な相関はみられなかった。5.LGD、HGDいずれも寛解期UC粘膜に比べ、γH2AX陽性陰窩頻度は有意に高かった(p=0.015)。炎症性発癌におけるDNA損傷応答の意義を明らかにすることを目的とした。γH2AX発現をDNA二重鎖切断double strand breaks:DSB)のマーカーに、γH2AXと53BP1の共局在をDSBに対する修復応答(DNA damage resopnse: DDR)のマーカーとした。共局在は二重蛍光免疫染色法を用いた。ホルマリン固定外科切除大腸を材料とし、炎症性腸疾患を合併しない大腸腫瘍(散発性腫瘍):腺腫63病変、粘膜内癌12病変、SM以深浸潤癌53病変、正常大腸50症例、非担癌UC大腸104例、担癌UC大腸13例、UCに発生したUC-IV(浸潤癌)13病変、UC-IV(粘膜内癌)41病変、UC-III(dysplasia)9症例11病変、を検索した。1.UCの炎症粘膜では正常大腸粘膜に比べ高頻度にDSBが生じていた。DSBは炎症の活動性に相関していたが、UCの罹患年数には相関していなかった。2.炎症性発癌早期病変(UC-III: dysplasia)は寛解期UC粘膜に比べ高頻度にDSBが生じていた。炎症性発癌病変では、UC-IV(浸潤癌)はUC-III (dysplasia)に比べγH2AXと53BP1の共局在率が有意に低く、炎症性発癌では浸潤癌でDDRの破綻がおきていると考えられた。3.散発性腫瘍との比較では、UC-IV(浸潤癌)は通常の大腸浸潤癌に比べ有意にγH2AXと53BP1との共局在率が低く、UC-IV(粘膜内癌)は通常の大腸粘膜内癌に比べ共局在率が低い傾向があった。以上のことから、炎症性発癌では通常の大腸癌よりもDDRの破綻が早期におきている可能性が示唆された。(1)炎症性発癌病変に対する対照として、通常の腺腫・粘膜内癌96例、浸潤癌56例のγH2AX発現(DNA二重鎖切断マーカー)とγH2AXと53BP1との共局在(DNA損傷応答初期反応)について検討した。γH2AX発現パターンは、発現なし(null)、点状(foci)、び慢性(pan-nuclear)および後2者のいずれもみられるもの(mix)に分類された。腺腫・粘膜内癌(null: 70.8%, foci: 9.4%, mix: 7.3%, pan-nuclear: 12.5%)と浸潤癌(37.5%, 5.4%, 30.3%, 26.8%)とで発現パターンに有意差が認められた(p<0.001)。γH2AXと53BPとの共局在率は、浸潤癌(51.6%)が腺腫・粘膜内癌(87.2%)に比べ有意に低かった(p<0.001)。