hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Eu添加アパタイト・ナノ結晶に対する抗体固定法探索とがん超早期段階の診断

本研究は、生体内・外でがん細胞を効率よく検出するため、生体・細胞親和性および発光効率の高いナノ結晶を創製して、細胞レベルで腫瘍部位を特定するイメージング技術を開発した。ユーロピウムイオン(Eu)を添加した水酸アパタイトナノ結晶を、湿式法を用いて合成した。がん細胞と特異的に結合・取込まれる葉酸分子を、ナノ結晶表面に3-aminopropyltriethoxysilane(APTES)を介して化学修飾した。がん細胞に特異性を有し、可視光領域の波長で励起可能なEu添加アパタイトナノ結晶を合成できた。本研究は、生体内・外でがん細胞を効率よく検出するため、生体・細胞親和性および発光効率の高いナノ結晶を創製して、細胞レベルで腫瘍部位を特定するイメージング技術を開発して研究を進めた。具体的には1ユーロピウムイオン(Eu)を添加した水酸アパタイトナノ結晶の合成と欠陥・形態の制御、および2がん細胞と特異的に結合・取込まれる分子をナノ結晶表面に化学修飾する技術開発に取り組み、超早期予防・診断医療の基本技術を確立した。平成24年度は、前年度に引き続きEuイオンドープアパタイトナノ結晶(Eu:HAp)の作製条件を検討した。合成温度を80°Cとして、水酸化カルシウム懸濁液にEu/Caのモル濃度が2.5mol%となるように塩化ユウロピウムを添加し、0.15Mのリン酸水溶液を滴下した。得られた沈殿物はXRDよりHAp単相のEu:HApであり、前年度の室温での合成物よりも結晶性が高いことが明らかとなった。Eu:HApの可視光励起(464nm)による発光は750°C以上の焼成が必要であることを示した。がん細胞への特異的結合性を付与するため、表面に葉酸分子を化学修飾した。Eu:HAp表面に3-アミノプロピルトリエトキシシランを40°Cで反応させてアミノ基を導入した。その後、葉酸とN-ヒドロキシコハク酸イミドを添加したジメチルスルホキシド溶液に分散させ、アミノ基と葉酸のカルボキシル基の脱水縮合反応により葉酸を固定化した。赤外分光スペクトルと示差熱重量分析により、葉酸がEu:HAp表面に共有結合で固定化されていることが明らかとなった。464nmの励起光による発光スペクトルを測定したところ、4f-4f遷移による発光極大波長は葉酸修飾前と同等であった。これらのことから、可視光励起で発光し、がん細胞へ特異的に結合性するナノ結晶材料を作製することができた。がん診断用発光材料としての応用が期待されることを示した。本研究は、生体内・外でがん細胞を効率よく検出するため、生体・細胞親和性および発光効率の高いナノ結晶を創製して、細胞レベルで腫瘍部位を特定するイメージング技術を開発する。具体的には(1)ユーロピウムイオン(Eu)を添加した水酸アパタイトナノ結晶の合成と欠陥・形態の制御、および(2)がん細胞と特異的に結合・取込まれる分子をナノ結晶表面に化学修飾する技術開発に取り組み、超早期予防・診断医療の基本技術の確立を目指す。平成23年度は、Euイオンドープアパタイトナノ結晶の創出に取り組んだ。水酸化カルシウム懸濁液に、Eu/Caのモル濃度が2.5 mol%になるように塩化ユウロピウムを添加し、0.15 Mのリン酸水溶液を滴下することでEu:HApの懸濁液を調製した。懸濁液は吸引濾過によりEu:HApを分離し150°Cで乾燥した。空気中で300、600、900、1200°Cで焼成し、Eu:HApの粉末を得た。作製したEu:HApはいずれもXRD測定の結果からHAp単相であることが確認できた。蛍光顕微鏡観察(励起波長300-400 nm)から、赤色の発光が観測された。また、焼成温度を高くすることによって、発光スペクトル(励起波長464 nm)の形状が変化することが分かった。焼成温度が900°C以上で焼成した試料の発光スペクトルから、可視光領域の波長464 nmの励起により、4f-4f遷移による発光極大波長(5D0→7F0: 572 nm・577 nm、5D0→7F1: 610 nm、5D0→7F2: 621nm・627 nm)がそれぞれ観測された。5D0→7F0における572 nmの発光が577 nmに対して特異的に強いことが分かった。これは、Ca(II)サイトにEu3+が多く置換されたためと考えられる。以上より、可視光励起による強い発光を示すEuイオンドープアパタイトナノ結晶が合成できた。

平成23年度は、Euイオンドープアパタイトナノ結晶(Eu:HAp)の創出に取り組み、水酸化カルシウム懸濁液にEu/Caのモル濃度が2.5 mol%になるように塩化ユウロピウムを添加し、0.15 Mのリン酸水溶液を滴下することでEu:HApを合成した。900°C以上で焼成した試料についてEu3+が水酸アパタイト構造中のCa(II)サイトへ置換され、可視光励起による強い発光を示すことを明らかにした。さらに、次年度に予定していたEu:HApへの細胞結合性分子の表面修飾にも着手しており、当初計画以上のスピードで研究が進展した。平成24年度は、細胞結合性分子修飾ナノ結晶の細胞への結合・取込の評価を目的とする。細胞結合性分子の表面修飾技術の確立については、2段階の反応により実施する。細胞結合性分子として、葉酸受容体を標的とした葉酸分子や、HER2を標的としたHER2抗体を用いる。液相反応により3-アミノプロピルトリエトキシシランをEuドープ水酸アパタイトナノ結晶表面へ化学吸着させて最表面にアミノ基を形成させる。次いで、アミノ基と細胞結合性分子内のカルボン酸の脱水縮合反応により、細胞結合性分子をナノ結晶表面に共有結合を介して形成させる。試料の評価・解析は、赤外・ラマンスペクトル分析(修飾に伴う結合状態の考察)と熱重量分析(修飾量・被覆率の算出)、動的光散乱(水系分散性の評価)により実施する。がん細胞への結合・取込特性の評価については、結合・取込後の細胞標識挙動を評価する。癌細胞としてHELA細胞を用いた培養法を確立する。濃度の異なるナノ結晶の培地分散液を細胞に対して添加し、分裂・増殖挙動を観察し、生体毒性を評価する。細胞周期の異なる細胞(細胞を播種して直後7日間の細胞)に対してナノ結晶の培地分散液を添加し、細胞周期・密度に依存した結合・取込挙動を見出す。特に、初期の細胞膜表面への結合反応およびレセプター介在性エンドサイトーシス経路による取込反応を詳細に評価する。さらに、線維芽細胞とHELA細胞を共培養して、HELA細胞への特異的反応を見出す。試料の評価・解析は、蛍光顕微鏡、蛍光強度測定装置により実施する。さらに、微小癌を持つモデルマウスに対して、消化管や腹腔から小型分光内視鏡でアクセスできる臓器へ静脈内注射または噴射によりナノ結晶を投与し、小型分光内視鏡を用いて生きている状態でのリアルタイムな微小がん検出における原理・機能確認を行う。平成23年度は効率的に研究費の使用ができたため残額が生じた。また残額のうち、会計処理の都合上支出が遅れたが、すでに平成23年度の人件費として支出済みである。平成24年度は、前年度の繰り越し金を含め、主に表面修飾用試薬や細胞培養用消耗品に研究費を使用する。さらに国内外の学会へ参加し成果を広く発表していくため、旅費を使用する。また国際論文誌への論文投稿のための諸経費(英文校閲費、投稿料等)に使用する計画である。
色素の光退色-光化学反応性と耐光堅牢度を結びつける試み-

色素の光退色について「物質量である色素の変化」と「機能量である色の変化」とを対応させ、耐光堅牢度を色素の光化学反応から理論的に意味づけることを最終目的とする。その第一段階として、耐光堅牢度試験で標準布に使われている青(Acid Blue 83)の水溶液と染色布について、その光退色生成物が色を有しない場合(脱色系)、光退色生成物が黄色い場合(変色系)、暗色化をともなう場合(実際系)を対象に、色素量の変化によって発生する色差を機器測定と視感判定により解析し、色の違いを見分けられる色差の限界;閾値を求め、色素量との関係を検討した。光退色が同一色相内で脱色によって進行する場合、色差の閾値は青と黄でほぼ等しく、L^*a^*b^*表色系で23であった。この色差を発生させるために必要な色素量は、青の溶液や染色布では、濃色が淡色の10倍、黄の溶液や染色布では、濃色が淡色の100倍であった。色を識別する閾値は青あるいは黄で等しいが、その色差に対応する色素量は黄が青の10倍多く、色差発生に必要な色素量は色によって異なることがわかった。また、Acid Blue 83による染色布は露光によって脱色し、退色の閾値は2であることを確認した。光退色が色相の変化をともなって進行する場合、色差の閾値は脱色系よりも大きく、黄色生成物が生じる変色系では6、暗色化をともなう実際系では910であった。この色差に対応する色素量も脱色系の1.52倍と多く必要であった。今後は、脱色系と変色系における色差の閾値の違いをさらに精査するとともに、染色膜の実験から色差発生係数と量子収率を求め、染色布の耐光堅牢度と色素の光化学反応性との関係を検証する。染色物の耐光堅牢度試験の標準青色染色布であるブルースケールを、新たに導入した、日光に近似した分光特性を有するキセノンアークランプを光源とするフェードエスタを用いて、JIS L 1843-1988に準じて光照射し、16級の色表の変退色過程をCIE L^*a^*b^*表色系の測色値により追跡した。13級の色表は光照射5時間でそれぞれ色差13、9.6、7.9の大きな退色を示したのに対して、4級色表は10時間で色差2.1、5級色表は20時間で色差2.7、6級色表は40時間で色差3.3の小さな退色を示し、46級の色表に認められた退色は視感でかろうじて判別できる程度であった。ブルースケールの3級色表の染色に使用されているAcid Blue 83(トリフェニルメタン系、Kayanol Cyanine 6B、日本化薬)を用いて、ブルースケールと同組織の羊毛布を染料濃度を変化させて染色し、JIS Z 8723-1988に準じって視感判定により色差の閾値を調べた結果、淡色布、濃色布いずれも色差が2を超えると、色濃度の違いを識別できることが明らかになった。色差2に対応する染着量の差は淡色布では0.20.26mol・kg^<-1>、濃色布では0.651.04mol・kg^<-1>であり

、同じ色差を与えるために、濃色布では淡色布のおよそ5倍の染料が必要であることを見出した。溶液系でも同様の実験を行い、染料濃度によらず、色差を2を越えると、色濃度の違いを識別できることを見出した。色差2に対応する染料の濃度差は0.11.0×10^<-5>mol・dm^<-3>の低濃度域では0.1×10^<-5>mol・dm ^<-3>、2.010.0×10^<-5>mol・dm^<-3>の高濃度域では1.0×10^<-5>mol・dm^<-3>であり、同じ色差を与えるためには、高濃度域では低濃度域の10倍の染料濃度が必要であることをが明らかになった。青については、ブルースケールに使用されているAcid Blue 83水溶液の光退色過程を、可視吸収スペクトルとL^*a^*b^*表色値の測定および視感判定により追跡し、光照射によって発生した色差を識別する閾値と、それに対応する退色率および色素濃度差との関係を検討した。光照射にともなう可視吸収スペクトルと明度指数の変化から、Acid Blue 83の光退色は単純な脱色系ではなく、暗色化をへて退色する変色系であることが明らかになった。光照射による変退色を識別できたのは、1×10^<-5>mol・dm^<-3>の低濃度溶液では、30時間照射の退色率25%、濃度差0.25×10^<-5>mol・dm^<-3>、色差16であり、5×10^<-5>mol・dm^<-3>の高濃度溶液では、40時間照射の退色率8%、濃度差0.42×10^<-5>mol・dm^<-3>、色差10であった。脱色系を想定した場合、色の識別は色差2で可能であり、濃度差は0.1×10^<-5>mol・dm^<-3>であったが、実際の変色系では脱色系よりも閾値、濃度差ともに大きいことを見いだした。色差の閾値に及ぼす色相の影響を検討するため、新たに取り上げた黄については、Acid Yellow 49の水溶液と羊毛染色布について、色差を識別する閾値とそれに対応する濃度差を求めた。溶液、染色布いずれも濃淡にかかわらず、色差が3を超えると色の違いを識別できること、この色差に対応する溶液の濃度差は、低濃度域では0.4×10^<-5>mol・dm^<-3>、高濃度域では20×10^<-5>mol・dm^<-3>であること、布の色差3に対する染着量差は、淡色布では0.02×10^<-3>mol・kg^<-1>、濃色布では1.7×10^<-3>mol・kg^<-1>であることがわかった。同じ色差を与えるために、高濃度溶液では低濃度溶液の50倍の色素が必要であること、濃色布では淡色布のおよそ80倍の色素が必要であること、これらの倍率は青と比較して510倍程度大きいことを見いだした。青色色素の水溶液中における光退色を色素量の変化とそれによって生ずる色の変化からとらえて相互の関係を明らかにすることを目的とした。青色色素の光退色生成物として黄色生成物を想定し、青と黄の両色素を比率を変えて混合したモデル退色水溶液について、L^*a^*b^*系表色値の測定から色の変化と色差を求め、視感判定から色差を識別できる閾値について検討した。青色色素はAcid Blue 83、黄色色素はAcid Yellow 49を使用した。両色素を合わせた濃度を1×10^<-5>mol・dm^<-3>と一定にして、青10.1に黄00.9を混合した場合、黄の比率が増えると青みが次第によわくなるが、黄が0.8までは青みが残り、黄が0.9でようやく黄みを呈して淡緑色となった。明度指数L^*は61から93に上昇した。色素濃度の差0.1×10^<-5>mol・dm^<-3>に対する色差は6.312.0で、黄の比率が増えるとともに増大し、色差が6を超えると色の違いを識別できた。
群作用とフォンノイマン環

フォンノイマン環とは,(簡単に言えば)無限次元の行列環の事である.特にトレース写像を持たない場合に,III型フォンノイマン環という.これは物理学にも現れる自然な研究対象であり,私はこれを数学的な視点から研究している.本研究は,トレース写像を持つ場合に得られた近年の研究結果を,III型の場合に再現する事を基本的目標としている.近年の技術的発展の核となる,intertwining theoremと呼ばれる基本的技術がある.この技術をIII型フォンノイマン環に対して再現する事は,本研究の大きな目標の一つであった.私は今年度の研究で,この問題に対する大きな進展を得る事が出来た.III型フォンノイマン環の研究には,冨田・竹崎理論と呼ばれる理論が必要となる.そこでの最重要アイテムはモジュラー作用と呼ばれるもので,これを解析する事がそのままフォンノイマン環を解析する事になる.私は今年度の研究で,上記のintertwining theoremとこのモジュラー作用を組み合わる事に初めて成功した.結果として,これまで強く期待されていた性質が,適当な変更のもとで成り立つ事を証明した.この性質そのものには反例が見つかっており,だからこそ今回の発見には極めて重要な意義がある.この定理の応用として,「群作用の事を完全に覚えているフォンノイマン環」の真に新しい例を構成する事が出来た.このような例を探す事は,近年のフォンノイマン環論で最も重要な問題であり,今回のような真に新しい例は極めて価値が高いと言えるだろう.「研究実績の概要」で述べたように,想定していた以上に重要な定理を得る事が出来たから.また本研究の具体的目標である,群作用フォンノイマン環への応用も得る事が出来たから.今年度に引き続きIII型フォンノイマン環の構造研究を続けて行く.今年度の研究で得られた重要な定理は,今後も多くの場面で基本的道具となる事が期待されている.実際,現在行っている新しい研究でもすでに役に立っているし,今後はこれを踏まえた新しい視点での研究が出来るだろう.本研究の目的は,フォンノイマン環の構造を研究する事である.II型と呼ばれる良いクラスに対して近年得られた技術を,III型と呼ばれる難解な構造を持つクラスに対しても適用出来るように,理論を構築していく事が(技術的な意味での)主目標である.今年度は以下の二つの結果を得る事が出来た.まず,融合積フォンノイマン環と呼ばれる特別なクラスのフォンノイマン環に対して,上記の目標を(非常に満足するレベルで)達成できた.これにより例えば,環がいつ単純になるか,いつ完全になるか,等の自然な十分条件を与える事に成功した.融合積フォンノイマン環は具体的を作る上で有用であるため,今回の結果は今後の研究に広く使われていく事が期待出来る.また具体的目標の一つであった,群作用から作るIII型フォンノイマン環に対しても適用可能な結果である.これは,C. Houdayer氏(パリ11大学)との共同研究である.次に,フォンノイマン環の無限テンソル積についても研究を行った.これは有限テンソル積の場合に得られていた結果を拡張したものだが,その証明はIII型フォンノイマン環特有の問題を解決しなければならないため,私の(技術的な意味での)目標に対して重要な問題である.私はこれを,相対従順性の研究をIII型フォンノイマン環に拡張する事で解決出来た.この相対従順性は近年の研究で重要な概念であり,今回の一般化は今後の研究にも有用であると言える.今年度は主に以上の二つの結果を出す事が出来た.いずれも,III型フォンノイマン環の理解を深める事が出来た研究であると考えている.「研究実績の概要」で述べたように,III型フォンノイマン環の構造への理解を深める事が出来たし,想定していた以上に有用な定理を得る事が出来たから.また本研究の具体的目標である,群作用フォンノイマン環への応用も得る事が出来たから.フォンノイマン環とは,(簡単に言えば)無限次元の行列環の事である.特にトレース写像を持たない場合に,III型フォンノイマン環という.これは物理学にも現れる自然な研究対象であり,私はこれを数学的な視点から研究している.本研究は,トレース写像を持つ場合に得られた近年の研究結果を,III型の場合に再現する事を基本的目標としている.近年の技術的発展の核となる,intertwining theoremと呼ばれる基本的技術がある.この技術をIII型フォンノイマン環に対して再現する事は,本研究の大きな目標の一つであった.私は今年度の研究で,この問題に対する大きな進展を得る事が出来た.III型フォンノイマン環の研究には,冨田・竹崎理論と呼ばれる理論が必要となる.そこでの最重要アイテムはモジュラー作用と呼ばれるもので,これを解析する事がそのままフォンノイマン環を解析する事になる.私は今年度の研究で,上記のintertwining theoremとこのモジュラー作用を組み合わる事に初めて成功した.結果として,これまで強く期待されていた性質が,適当な変更のもとで成り立つ事を証明した.この性質そのものには反例が見つかっており,だからこそ今回の発見には極めて重要な意義がある.この定理の応用として,「群作用の事を完全に覚えているフォンノイマン環」の真に新しい例を構成する事が出来た.このような例を探す事は,近年のフォンノイマン環論で最も重要な問題であり,今回のような真に新しい例は極めて価値が高いと言えるだろう.

「研究実績の概要」で述べたように,想定していた以上に重要な定理を得る事が出来たから.また本研究の具体的目標である,群作用フォンノイマン環への応用も得る事が出来たから.今年度に引き続きIII型フォンノイマン環の構造研究を続けて行く.上で述べた融合積フォンノイマン環の研究の中で,「Popaの埋め込み」と呼ばれる核となる技術について具体的に分かったこともある.これをさらに一般的に使える形に改良していく事が出来れば,理論的にも興味深く,また有用性の高い技術になるだろう.また当初から予定していた,群作用の問題についても研究を続けて行く.今年度に引き続きIII型フォンノイマン環の構造研究を続けて行く.今年度の研究で得られた重要な定理は,今後も多くの場面で基本的道具となる事が期待されている.実際,現在行っている新しい研究でもすでに役に立っているし,今後はこれを踏まえた新しい視点での研究が出来るだろう.当初から予定していた,海外滞在による研究が先方の都合により延期になったため.平成29年度から30年度にかけての計画が変わったため,金額にずれが生じた.金額は大きくないので,今年度の計画の中で使いきる予定である.
明代中国における審判・軍功評価事例の集積による辺疆統御様態の解明

明代中国の辺疆防衛と監察とはどのように有機的に連関しつつ展開したかを、審判・軍功評価事例を集積しつつ解明することが本研究の目的であった。特に永楽時代という辺疆防衛体制が大きく変容した時代の分析は重要で、その結果は『永楽帝第二の明朝創業者』(山川出版社、2016年)にまとめて刊行した。また、永楽年間を挟む時期の監察、明代後半期の監察と辺疆防衛体制の変容との関連について明らかにした。当該年度は、著書1冊と学術論文1編を刊行し、国際公開講座における講演1回、シンポジウム報告1回を行ったほか、雲南で収集した史料の解析、旧弘前藩古典籍中の明律関係史料の解析を進めた。著書は『明代遼東と朝鮮』(汲古叢書113)であり、2014年5月に汲古書院より刊行した。学術論文は「陳王庭と張銓-明代遼東監軍御史考-」を同9月に公刊した。著書においては遼東鎮に視点を定めて、監察の任を負う巡按山東監察御史(遼東鎮担当)及び分巡道・分守道にどのような人々が任命されていたかを整理して行った。この中、明朝末期においては、遼東鎮を担当する巡按山東監察御史の中に、最初は監軍御史を兼任する者(陳王庭)が現れ、やがて巡按監察御史の肩書が取れて監軍御史という名称となる。この現象を追求することは著書では及ばなかったので、「陳王庭と張銓-明代遼東監軍御史考-」において初歩的な分析を試みた。按治に関しては明律や問刑条例に関する整理・理解が不可欠である。この方面の初歩的な研究は存在するが、踏み込んだ研究が圧倒的に不足する。これに関して、東奥義塾高等学校所蔵の旧弘前藩古典籍の中に江戸時代の明律や問刑条例があることが、当該年度の調査で明らかとなった。このことは弘前大学地域未来創生センター藩校資料調査プロジェクトとして2月のシンポジウムにおいて報告するとともに『東奥義塾高等学校所蔵旧弘前藩古典籍調査集録』に記載した。また、夏における雲南省での調査の結果、雲南に展開した明軍の動向の一端が明らかとなって来た。これに関連する実地調査の分析結果を、同年11月に弘前大学人文学部国際公開講座2014「日本を知り、世界を知るアジアの文化・歴史《再発見》-津軽・日本・そして中国-」において「雲南-中国南辺から見る世界-」として、研究成果の地域還元を兼ねて講演を行った。『明実録』は明代史研究の最もスタンダードな史料である。これに対して「明朝档案」は個々的な政策についての上奏文であり、謂わば『明実録』が鳥の目であれば、「明朝档案」は蟻の目である。また、『明実録』は編纂史料であり、一日に膨大な数の案件が上奏・裁可されていく中の僅かに数件を記録として留めているのであり、この点において、個々の「明朝档案」の内容を『明実録』に見出すことは難しいのである。ただ、『明実録』の記述方法に関しての問題はそれに留まらない。本件の課題である明朝軍人の功罪についての処分記事を検討していくと、『明実録』では皇帝からの指示として、当該案件についての措置内容を巡按監察御史に検討させて報告するよう求める内容が多い。しかし、「明朝档案」を見てみると、リアルタイムで諸方からの情報を収集した上で、処分案を定めて上奏しているものがある。档案97-4遼東都司経歴司為官軍斬獲犯辺達子首級等事給巡按山東監察御史的呈文万暦九年三月初十日(221遼東都司経歴司為虜賊犯辺官軍斬獲首級等事給巡按山東監察御史的呈文万暦九年三月初十日)はそのような档案の一つである。拙稿「実録と档案の間-明代万暦初期の事例から-」を『中央大学人文科学研究所人文研紀要』82では本档案についての解析において、『明実録』の記述方式と「明朝档案」から見える風景にはかなり径庭があることを指摘した。その他、明朝軍官の犯罪記録についての収集を鋭意進めた一年であった。明朝軍官に関わる犯罪と処罰記録について、『明実録』「明朝档案」のほか、各種文集の奏疏記事にまで手を広げて、収集を続けた。なお、調査対象である文集奏疏が膨大であって、取組を進めている点では順調であるものの、全体の見通しがつくところまで達成されていない点では予定より進んでいるとは言えない。並行して分析に力を入れて行きたいところである。平成28年度に実施した研究の成果は、著書1冊、論文3編であった。1368年に建国された明王朝は周知のように朱元璋の手になる王朝である。従って、王朝の骨格やその運用方法は朱元璋の意思を体現しているということになる。ただ、朱元璋の没後にその孫である第二代建文帝と朱元璋の第四子燕王との間に勃発した靖難の役は足掛け4年にわたる、明朝国軍を二分した内戦となった。この戦いにおいて終始、無勢であった燕王であったが、最終的にはその燕王が勝利して新政権である永楽政権を樹立したのであった。

永楽帝は自ら率いた軍団の将兵を軸に建文政権側の軍隊を解体吸収して、自らの政権基盤を強固にすることに成功した。明王朝とは第三代皇帝永楽帝の時に新たに作り変えらえたのである。『永楽帝明朝第二の創業者』(山川ブックレット人38)はそのような永楽帝による王朝改造の道筋を最新の研究成果に立脚して見通したものである。論文「孫承宗と明朝档案」は大学士として唯一、辺境防衛の前線に出て防衛の指揮を執った孫承宗を取り上げ、彼が直接かかわった档案史料2編を取り上げて、前線からの詳細な報告を続けた彼の行動様式を探ったものである。「明代都司掌印官の基礎的考察:遼東都司の場合」は一地方の衛所組織を統括するはずの都司が実は明朝一代を通して地盤沈下していく有様を掌印官の肩書の動向を追うことで跡付けたものである。「辺境紛争と統治-万暦九年の遼東鎮-」は明朝後半期の鎮守にあっては都司の機能が低下して、巡撫等の統治の下ではその一報告機関に過ぎなくなっていることを档案史料から跡付けたものである。明朝辺境守備部隊の軍功評価は、朱元璋が形成し、永楽帝が作り変えた軍隊制度において動いていたのであり、都司の地位低下と、その極みである大学士の辺境出馬という環境で動いていたことが分かって来た。明朝辺境の遼東鎮において進む体制変革についての手掛かりをつかみつつあり、その中における軍功評価問題の理解に大いに資するものがあった。ただ、軍功評価そのものの資料収集は目下進行中の作業であり、予定に対してぎりぎりのところである。明代中国において、北辺防衛と沿岸防衛を軸として、辺境をいかに防衛するかということは、大問題であった。辺境に投入する人的・物的資源、財政上の負担は膨大であり、またその商業等に与える影響も大きなものがあった。その上で、辺境に駐屯して防衛に当たる官軍の適切な保持はさらに悩ましい問題であった。特に官軍兵士の相次ぐ逃亡、逃亡の原因となる上官による軍士に対する搾取、また、モンゴル等の襲撃に対する失守とその隠蔽、戦功の誤魔化し、謂わばそこにはありとあらゆる虚偽・偽計が存在したと理解されるのである。それを遼東を中心に「明代遼東武官の罪と罰-明初から宣徳年間までを中心に-」として発表したが、またこれを中国・廊坊市の廊坊師範学院を会場とした「明朝及其所処歴史時代国際学術研討会」において「明代遼東武官的罪与罰」として発表した。なお、翌年度発表予定の「曹ほと于応昌-明代万暦初期の監察事例から-」では、万暦九年(一五八一)、総兵官李成梁専権への道が切り開かれつつあった時期の遼東に睨みを効かせていた張居正の門生である巡按山東監察御史劉台が、こともあろうに張居正の専横を弾劾したことから、却って張居正の意を受けた勢力によって劉台が失脚に追い込まれた事件を取り上げる。万暦九年当時の巡按山東監察御史于応昌はこの劉台失脚に手を貸した張居正派の人士であったと同時に、李成梁とも気脈を通じていたと見られ、李成梁に忌避された遼陽副総兵官曹ほを于応昌は失脚へと追い込んだと謂われるが、そうとも言い難いことを档案史料から論証した。「明代中国の辺防官制における海と陸」では、文禄慶長の役において明軍を指揮した文武の高級官僚がいかなる資格において戦線に臨んだかをその肩書から分析し、陸上辺境の守備に携わる経略・総督・巡撫が禦倭とか備倭の肩書を兼ねさせることで、海洋からの圧力に明朝が対応した仕掛けを解明した。明代中国の辺疆防衛と監察とはどのように有機的に連関しつつ展開したかを、審判・軍功評価事例を集積しつつ解明することが本研究の目的であった。特に永楽時代という辺疆防衛体制が大きく変容した時代の分析は重要で、その結果は『永楽帝第二の明朝創業者』(山川出版社、2016年)にまとめて刊行した。また、永楽年間を挟む時期の監察、明代後半期の監察と辺疆防衛体制の変容との関連について明らかにした。明代中国の特に遼東鎮に関わる按治・軍事裁判関連史料の整理は、特に『明実録』ベースでは順調に進展している。ただ、明朝档案からの史料の抽出が膨大な作業となっており、ほぼ計画通りの進展ではあるが、苦闘を続けている。
新しい時間-空間分解レーザー分光法の開発とフォトニクス材料への応用

今年度は主に米国カリフォルニア工科大学において、(1)InGaN/GaN半導体のナノ微細加工プロセスとそれを用いた新規光デバイスのデザイン・開発(2)近接場光学顕微鏡を用いたナノ構造光デバイスの評価と新規分光学的手法の開発の2点において研究を行った。(1)においては、電子線描画、ドライエッチングの手法を駆使して、これまでナノ微細加工が困難であったGaN系半導体において100nmスケールの加工精度を達成することができた。それを用いた量子ドット、フォトニック結晶、マイクロキャビティー、ナノ加工によってエンハンスされるLED, LD構造等のデザイン・試作を現在進行中である。(2)においては、いくつかの成果が得られた。InGaAs系の量子井戸を用いたフォトニックバンドギャップ構造による高効率(High-Q)ナノキャビティーにおいて、近接場光学顕微鏡(SNOM)を用いることにより、ナノサイズのフォトニック結晶の短欠陥構造に強く束縛された光のモードの超高分解イメージングに始めて成功した。さらに様々な構造のフォトニック結晶構造において、導波路モードや空気バンドモードの光イメージを得ることにも成功した。InGaN系量子井戸構造においては、時間分解SNOMによる時間-空間同時計測に成功した。また、変調されたポンプ光と連続光のプローブ光の2つのビームを同軸で光ファイバーにカップルさせて近接場測定することにより、これまで観測困難だったキャリアダイナミクス、熱ダイナミクスをナノスケールの分解能で観測可能な近接場過渡レンズ分光法を開発した。これらを用いて、InGaN/GaNにおける発光ダイナミクス、キャリアダイナミクス、および熱ダイナミクスのナノスケールにおける不均性を観測し、In組成や量子井戸幅の不均一性との関連を考察した。それにより(1)にフィードバックさせるための指針が得られた。
自身の発現密度に依存するイオンチャネル・受容体の機能と構造の動的変化の解析

本研究はATP受容体チャネルP2X_2等を対象として、膜機能蛋白の状況依存的な構造と機能の変化、およびそのメカニズムを知ることをゴールとしている。該当期間中に、以下の4点について成果を挙げた。「1」ATP投与により開状態に入った、ごく近傍にあるP2X_2受容体チャネル間の相互作用により構造変化が起こり、ポアの性質やリガンド感受性が変わることを見いだし、さらにその発現密度依存性の構造基盤が、IIe328残基であることを明らかにした。「2」P2X_2レコンビナント蛋白をグルタルアルデヒドで架橋後、non-denatureゲルにて電気泳動したところ、主バンドのサイズからP2X_2蛋白が3量体であることが示された。さらに、ATP投与後、同様な実験を行うと3量体のバンドが上方にシフトした。このシフトは、GTPやアデノシンの投与や、架橋後のATP投与によっては見られなかったため、リガンド結合により、易動度が変わるような構造変化が起こることが示唆された。最終精製のピーク分画を用い、酢酸ウランにより負染色して電顕撮影したところ、単一蛋白粒子像が観察された。単粒子構造解析の手法により、P2X_2蛋白が3量体であることが確認され、また、大きな細胞外領域を持つ逆ピラミッド状の構造をしていることが明らかになった。「3」リン脂質によるチャネル活性の動的調節について解析した。その結果、他のチャネルで広く知られているPIP_2ではなくPIP_3による調節を受けていること、さらに、活性調節とチャネルポアの拡大が密接にリンクしていて、拡大したボアがPIP_3が減少した状況下で活性を次第に失うことが明らかになった。「4」代謝型グルタミン酸受容体を対象とし、FRET法により、その動的構造変化を光学的に捕らえることに成功し、また、リガンドの種類に依存する出力の切り替えがおこることを見いだした。我々は、ATP受容体チャネルP2X2のポアのイオン選択性等の性質が、細胞膜上での発現密度に依存して劇的に変化することを見いだした(Fujiwara and Kubo, J.Physiol.(2004))。この知見は、P2X2受容体チャネルに、状況に依存して著しい構造変化が起こることを示唆する。しかし、現時点でP2X2受容体チャネルの立体構造は明らかにされておらず、ストイキオメトリーについてさえ、決定的な結論は出ていない。P2X2受容体チャネルの動的構造変化を知るというゴールに向け、今年度、我々は、単一粒子構造解析によりアプローチすることを目的としてP2X2受容体チャネル蛋白の精製を行った。まず、P2X2のN-もしくはC-末端にFLAG tagを付加したコンストラクトを作成し、ツメガエル卵母細胞を用いた電気生理学的解析により、正常な機能を持つことを確認した。その後、cDNAをバキュロウイルスベクターに組み込み、昆虫細胞Sf9に感染させ、免疫細胞化学的に細胞膜上での蛋白発現を確認した。大量スケールでの感染Sf9細胞を回収し、膜画分を50mMdodecyl-β-maltosideを含む溶液で可溶化し、FLAG抗体を含むゲルによりアフィニティ精製した。SDS-PAGEの銀染色により単一のmajor bandを確認した後、ゲル濾過により精製した。そのピーク分画を、酢酸ウランにより負染色して電顕撮影したところ、単一蛋白粒子と思われる像が観察され、3量体であることが示唆された。本研究は「ATP受容体チャネルP2X2の構造の柔軟性に基づく、状況依存的な構造と機能の変化」を知ることをゴールとしている。今年度、以下の3点について成果を挙げた。

「1」最終精製レコンビナント蛋白を用い、単粒子構造解析を行った。グルタルアルデヒドで架橋後、non-denatureゲルにて電気泳動したところ、主たるバンドのサイズからP2X_2蛋白が3量体であることが示された。さらに、ATP投与後、同様な実験を行うと3量体のバンドが上方にシフトした。このシフトは、GTPやアデノシンの投与や、架橋後のATP投与によっては見られなかったため、リガンド結合により、易動度が変わるような構造変化が起こることが示唆された。最終精製のピーク分画を用い、酢酸ウランにより負染色して電顕撮影したところ、単一蛋白粒子像が観察された。単粒子構造解析の手法により、P2X_2蛋白が3量体であることが確認され、また、大きな細胞外領域を持つ逆ピラミッド状の構造をしていることが明らかになった。「2」リン脂質によるチャネル活性の動的調節について解析した。その結果、他のチャネルで広く知られているPIP2ではなくPIP3による調節を受けていること、さらに、活性調節とチャネルポアの拡大が密接にリンクしていて、拡大したポアがPIP3が減少した状況下で活性を次第に失うことが明らかになった。「3」膜電位依存的動的変化について解析した。その結果、ATPによってチャネルが活性化された後の定常状態において膜電位を変化させると、P2X2チャネル電流が過分極側でゆっくり活性化されること、さらに、その活性化過程に、第2膜貫通部位中央に位置するグリシン残基が重要であることが明らかになった。この結果は、P2X2がリガンドゲートチャネルでありながら、なんらかの膜電位依存性ゲート機構を持つことを示唆する。
in vitro 附属器原基を用いた毛嚢等を有するリアル培養皮膚組織の開発

胎児マウス皮膚より調製した表皮細胞・真皮細胞にヒト血管内皮細胞・間葉系幹細胞をマトリゲル上で混合培養したところ、培養24時間で細胞は凝集してまとまり始め、72時間で球状のスフェロイドを形成した。このスフェロイドを染色して観察したところ、皮膚組織様の層状構造を形成していた。免疫染色をしたところ、スフェロイドの外側には表皮細胞が存在し、内側には血管内皮細胞が存在することが明らかになった。さらに形成したこの組織原基(スフェロイド)をヌードマウス皮膚へ移植したところ、数は少ないが移植部分の毛嚢形成が観察された。皮膚は組織細胞の治療応用が最も進んだ臓器である。事故や熱傷による皮膚組織の欠損に対して、患者自身の皮膚や同種・異種の培養皮膚が医療現場で利用されている。また皮膚の外層を構成する表皮細胞は単に被覆するための細胞ではなく、外界に開いたアンテナとして情報収集しながら生体防御にも深く関わっていることが近年明らかになりつつある。皮膚組織の再生研究を進めるため、研究代表者・片岡は胎児マウスの皮膚より調整した表皮細胞と真皮細胞を免疫不全マウスの背部へ移植すると、3週間で完全な皮膚組織が形成されるマウス皮膚形成モデルを開発した。さらに表皮細胞、真皮細胞に血管内皮細胞と間葉系幹細胞を加えて混合培養したところ、72時間で凝集塊を形成した。現在、この培養内で形成された細胞凝集塊の潜在的な組織形成能について、詳細な検討を進めている。本研究課題の目的である毛嚢等皮膚附属器を有する皮膚組織の形成に関して、マウスをモデルとしたin vivo(生体内)の環境では可能となった。またin vitro(試験管内)では層構造を有する細胞塊(スフェロイド)の形成まで可能となった。皮膚は体の表面を覆う最大の臓器であり、また組織細胞の治療応用が最も進んだ臓器でもある。事故や熱傷による皮膚組織の欠損に対して、患者自身の皮膚や同種・異種の培養皮膚が実際の医療現場で利用されている。しかし実際に用いられている移植用の培養皮膚は表皮細胞(ケラチノサイト)と真皮細胞(線維芽細胞)による多層シートで構成され、被覆・防護機能は果たせるものの正常組織構築とは大きく異なる形態をとり、毛嚢や皮脂腺等の皮膚附属器を欠いている。例えば熱傷後に再生した皮膚には毛が生えていないだけでなく汗をかくことができないため、広範囲の熱傷を受けた場合は将来に渡って体温調節が困難になる。このように創傷より治癒した皮膚が附属器を欠くことは生理的および美容的に大きな問題であり、毛嚢・皮脂腺・汗腺を有する正常により近い人工皮膚組織の供給が望まれている。マウス胎児由来の表皮細胞、真皮細胞をヒト間葉系幹細胞、ヒト血管内皮細胞と混合してマトリゲル上で培養したところ培養開始から数時間で自己凝集しはじめ、3日間で組織原基と考えられる細胞塊が形成された。細胞塊の蛍光免疫染色では細胞塊の表層にケラチン陽性の表皮細胞が局在していた。内部はCD31陽性の血管内皮細胞が存在していた。構成細胞をラベリングした細胞塊を蛍光観察したところ、真皮細胞と血管内皮細胞が共局在し、間葉系幹細胞は細胞塊中に散在していた。さらにこの細胞塊をヌードマウス皮下に移植したところ、数は少ないが移植部分の毛嚢形成が観察された。また興味深いことに、マクロファージが細胞塊中に存在していた方が移植細胞の定着率がよかった。これらの実験結果からこの細胞塊は培養内で作成された人工的な皮膚附属器原基と考えられた。本研究の目的である毛嚢等附属器を有する皮膚組織の形成に関して、予備的な実験ではあるが可能であることが示唆された。今後詳細を検討する必要がある。また表皮ケラチノサイトと真皮線維

芽細胞の動物種を交差させても同様の結果が得られたことから、この組織原基形成の原理は哺乳動物間で共通であることが示唆された。胎児マウス皮膚より調製した表皮細胞・真皮細胞にヒト血管内皮細胞・間葉系幹細胞をマトリゲル上で混合培養したところ、培養24時間で細胞は凝集してまとまり始め、72時間で球状のスフェロイドを形成した。このスフェロイドを染色して観察したところ、皮膚組織様の層状構造を形成していた。免疫染色をしたところ、スフェロイドの外側には表皮細胞が存在し、内側には血管内皮細胞が存在することが明らかになった。さらに形成したこの組織原基(スフェロイド)をヌードマウス皮膚へ移植したところ、数は少ないが移植部分の毛嚢形成が観察された。今後は細胞塊から附属器を有する組織を形成させる方法を開発し、動物実験でその有用性を確認する予定である。ヒト表皮細胞、真皮細胞を用いて皮膚組織原基を作成し、ヌードマウスへの移植実験を行うことを考えている。再生医学平成27年度は残額(1,191円)が発生し、次年度に繰り越すこととした。2016年度は残額(15,340円)が発生し、次年度に繰り越すこととした。物品費として主に消耗品購入に利用する予定である。物品費(おもに消耗品購入)に利用する予定である。
Super-SCIDマウスを用いた放射性ヨウ素によるヒト甲状腺組織障害機構の解析

放射線による致死的人体リスクの8割が癌である。チェルノブイリ原発崩壊では甲状腺癌が高発した。福島第一原発事故でも甲状腺障害が最も危惧される。I-131をヒト甲状腺移植SCIDマウスに投与することにより、内部被曝によるヒト甲状腺への直接影響を明らかにすることを目的とした。ヒト甲状腺移植SCIDマウスにI-131(0.50.0625MBq)を腹腔内投与し、投与後1、2週間の移植甲状腺より、RNAを抽出し遺伝子発現解析を行った。4倍以上の変化は時間と共に増加傾向にあった。I-131投与後2週間の0.25MBq以上作用を受けた組織においてCOL8A1、HSD17B6が共通する遺伝子であった。1.ヒト甲状腺移植実験を行うため、マウス血中のIgGおよびIgM値が検出限度以下(<1μg/ml)のC3H/HeJ-md+ scid/scid LPS-マウスを医薬基盤研究所動物実験施設SPF環境下にて生産を行った。2.ヒト甲状腺組織置換マウスの作成:ヒト甲状腺組織に関しては、頭頸部がんの切除手術の際、治療上切除せざるを得ない甲状腺組織あるいは、バセドウ氏病患者で治療上および美容上やむを得ず切除されたものを患者および倫理委員会の承認を得て移植に用いた。1辺5-6mmの大きさに切断したヒト甲状腺組織を、scidマウス左右背部皮下に麻酔下で移植した(平成24年度までに行った実験)。3.遺伝子発現変化の探索:ヒト甲状腺移植SCIDマウスに放射性ヨウ素I-131を投与した後、計算上すでにI-131が1原子以下になっているもの(放射線審議会においてRI施設外に持ち出しての実験を承認)を用い、本年度はマイクロアレイ(Affymetrix社製GeneChip)による遺伝子発現変化の検出を行った。I-131(0.5、0.25、0.125、0.0625Mbq/マウス)の腹腔内投与を1回行ったヒト甲状腺組織の遺伝子変化(8500個)は、4倍以上の減少が8.5、19、15.5、15個、増加が16.5、16、2、13個であった。また、ヒト甲状腺組織の中性子照射によって特異的に誘発された14個の遺伝子変化について観察したところ、調べた甲状腺組織すべてにあったわけではないが、高線量(0.25Mbq)ではENO2、C7orf68(HILPDA)、HK2、ADM、CEBPD、BNIP3に減少が見られ、DIO1、TFF3、COL9A3に増加が見られた。低線量(0.0625Mbq)ではENO2、C7orf68(HILPDA)、HK2に減少が見られ、COL9A3で増加がみられた。放射線による致死的人体リスクの8割がガンである。チェルノブイリ原発崩壊にみられるように放射性ヨウ素による内部被曝により、甲状腺ガンが高発した。福島第一原発事故により最も危惧されるヒトへのリスクに、放射性ヨウ素による甲状腺障害がある。この障害を解明するため、I-131をヒト甲状腺移植SCIDマウスに投与することにより、I-131の内部被曝によるヒト甲状腺への直接影響を顕微解析、機能解析、マイクロアレイ解析を2年計画で行った。2.ヒト甲状腺組織置換マウスの作成:甲状腺癌等の切除手術の際、治療上切除せざるを得ない甲状腺組織を患者および倫理委員会の承認を得て、ヒト甲状腺組織(女性-61歳、女性-78歳、女性-46歳、女性-69歳、女性-57歳)を、SCIDマウス左右背部皮下に麻酔下で移植した。3.ヒト甲状腺組織置換マウスへの131-I投与実験:SCIDマウスにヒト甲状腺移植一週間後に放射性ヨウ素I-131(1.0MBq-4匹、0.5MBq-4匹)を腹腔内投与し、1週間通常飼育後摘出した。I-131はヒト甲状腺組織に取りこまれており、放射活性が、1原子以下になるまで冷凍保存した。放射活性が1原子以下になっているものについて遺伝子発現変化の解析を行った。I-131投与後2週間後に摘出した組織ではI-131(0.5、0.25、0.125、0.0625Mbq/マウス)の腹腔内投与を1回行ったヒト甲状腺組織の遺伝子発現変化は、4倍以上の減少が8700遺伝子の内、28、58.5、41、22個、増加が16、24、17.5、5個であった。I-131 0.25

MBq以上作用を受けたヒト甲状腺組織(4ヶ)に共通して変化のあった遺伝子は、COL8A1(変性や再生)、HSD17B6(甲状腺ホルモン関連遺伝子)であった。実験病理学医薬基盤研究所RI施設の空調工事があったためRI施設実験が行えなかったが、平成25年度は当初計画通り、I-131投与サンプルの放射活性が、1原子以下になっているものについて解析を行い、予定通り成果を得られた。また、移植実験に用いるSuper-SCIDマウスの生産を行った。平成25年度同様にヒト甲状腺移植に用いるscidマウスの生産を行う。ヒト甲状腺組織をscidマウスに移植後、I-131 (0.5、0.25、0.125、0.0625MBq/マウス)の腹腔内投与を行う。ヒト甲状腺組織を摘出し、I-131が1原子以下になった後、マイクロアレイによる遺伝子発現解析を行う。すでに得られている、ガンマ線の成果と比較し、ヒト甲状腺組織での生物学的効果比(RBE)を新たに求める。また、X線、原子炉中性子線外部照射の成果と比較し、放射性ヨウ素内部被ばくによる直接影響を取りまとめる。
コンデンサ式X線発生装置を利用したエネルギー差分法システムの開発

エネルギー差分法は、X線エネルギーの違いによって、生体内部でX線吸収係数が異なることを利用して、診断に必要な情報を強調し、障害陰影を消して表現するというものであるが、高速の高電圧変換技術に問題があり、臨床の場で使用するには、高価なX線発生装置が必須であり、実用的とは言えなかった。我々は、コンデンサー式X線発生装置が、その特性として、X線曝射と共に電圧が下降することに注目して、エネルギー差分法に使えるかどうか基礎的検討を進めて来たが、その結果曝射時間の短縮とフィルターの作成などを行えば十分に臨床使用に耐えるものが作成できる可能性がわかった。そこで、市販のコンデンサー式X線発生装置を、0.56秒以内に二回の高電圧(120kVp)と低電圧(70kVp)の曝射が可能なように改造し、かつ高速のフィルター変換をも自動的に行えるような装置を開発した。本装置をFuji Computed Radography(FCR)と組合わせることにより、エネルギー差分画像を得た。本システムを用いて、喉頭領域疾患の診断能を従来からの喉頭高圧撮影と比較したところ、声門より下の部位の診断では、従来法よりも優れていることが確認できた。
モバイル端末へのビデオマルチキャスト方式の設計・評価に関する研究

1つのサーバから複数の携帯端末へネットワーク経由でビデオストリーミングをマルチキャスト配信する方式を検討した。特に,携帯端末の画面サイズ,計算能力,バッテリ残量,通信速度等の制約のもとで,各端末が受信するビデオの品質を決定できること,及び,利用者の要求に近い品質のビデオが配信可能であることを目標とし,以下の成果を得た。(1)配信ネットワーク中にプロクシを置き,プロクシ上でトランスコードサービスを実行し,ビデオの品質を変換する。また,各プロクシは他のプロクシや携帯端末への中継サービスも行う。ネットワークが消費するリソース量をできるだけ少なくするように,各プロクシの入出力品質,および,サーバ,プロクシ,利用者端末間の接続パスを決定するアルゴリズムを考案した。次に,各利用者が要求する品質に合わせて定期的に配送経路を再構築するためのプロトコルを設計した。(2)モバイルアドホックネットワーク上でマルチキャスト木を求める方式を考案した。一般に,送信遅延,帯域幅等の複数の制約を満たし,かつ,コスト最小のマルチキャスト木を求める問題はNP困難なので,コスト準最適な解を効率的に求める近似手続きとして遺伝的アルゴリズムを用いた。大規模なネットワークにも適用可能にするため,ノードの全体集合を地理的に近いもの同士のクラスタに分割し,各クラスタ内でコスト準最適なマルチキャスト木を求め,各クラスタから代表を選び,それらの代表集合をつなぐコスト準最適なマルチキャスト木を求めるという2段階に分かれた分散制御方式の手続きを開発し,スケーラビリティを高める工夫を行った。上記2方式について,シミュレーションによりそれぞれ有効性を確認した。1つのサーバから複数の携帯端末へインターネット・無線アクセスポイントを介してビデオストリーミングをマルチキャスト配信する方式を検討した。この際,考慮すべき事柄として,(1)携帯端末の画面サイズ,計算能力,バッテリ残量,通信速度等の制約のもとで,各端末が受信するビデオの品質を決定できること,(2)ビデオ再生中に利用者は随時品質の変更要求が可能なこと,(3)利用者の要求に近い品質のビデオが配信可能なこと,(4)端末の移動に伴なう無線アクセスポイントの変更に対応して,シームレスにビデオ再生が継続できること,(5)コンテンツ配信ネットワーク(CDN)の利用可能リソースの制約のもとで効率的にリソースを使用すること,がある。本研究では,上記(1)と(3)を実現するため,配信ネットワーク中にプロクシを置き,プロクシ上でトランスコードサービスを実行し,ビデオの品質を変換する。このとき,上記(5)を実現するため,CDNが消費するリソース量をできるだけ少なくするように,各プロクシの入出力品質,および,サーバ,プロクシ,利用者端末間の接続パスを決定するアルゴリズムを考案した。次に,上記(2)を実現するため,各利用者が要求する品質に合わせて定期的に配送経路を再構築するためのプロトコルを設計した。さらに,上記(4)を実現するため,ある端末のアクセスポイントが切り替わった際,切り替え後のアクセスポイントを担当するフロクシが,現在配信しているビデオの品質の中から要求に最も近いものを一時的に配信することで対応した。シミュレーションによる評価により,本研究での提案方式で求めたビデオ配送経路が,利用者の希望再生品質を満たしつつ,CDNの消費リソース量を少なく抑えられることを確認した。さらに,実県境下での評価により,本研究での提案方式がアルゴリズムの実行も含めて,実用上ほぼ問題がない程度の遅延時間でビデオストリーミングの配信を開始できることを確認した。平成19年度には,モバイルアドホックネットワーク上でマルチキャスト木を求める方式を主に研究した。一般に,送信遅延,帯域幅等の複数の制約を満たし,かつ,コスト最小のマルチキャスト木を求める問題はNP困難なので,コスト準最適な解を効率的に求める近似手続きを開発することが現実的で,実用上も重要である。本研究では,近似手続きとして遺伝的アルゴリズムを用いた。

この利点として,準最適な解を求める過程で,複数の解候補を常に保持しており,ネットワークトポロジーの変化に合わせマルチキャスト木を動的に再構成する際,その解候補を利用すれば,最初から解を再計算することなくコスト準最適な解が効率的に求められることが期待できる。さらに,ネットワーク全体のトポロジー情報を1つのノードに集めるような集中制御方式では,通信コストや計算負荷の点で大規模なネットワークに適用するのは現実的ではない。そこで,ノードの全体集合を地理的に近いもの同士のクラスタに分割し,各クラスタ内でコスト準最適なマルチキャスト木を求め,各クラスタから代表を選び,それらの代表集合をつなぐコスト準最適なマルチキャスト木を求めるという2段階に分かれた分散制御方式の手続きを開発し,スケーラビリティを高める工夫を行った。本研究での手法をネットワークシミュレータ上に実装し,既存手法の一つであるAQMと比較し,本手法の方が優位であることを確認した。