hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
感染症に強い地域ネットワーク構築を目指した教育と参画型介入の実証的研究

外出支援サービス等に登録されているガイドヘルパー等がサポータとなりえる可能性を秘めており、資格取得時の講義内容に含めることで継続的な養成が可能になると考える。若い年代層では、PCや携帯電話による音声ソフトの利用により、情報収集ができるようになりつつある。4.小学生を対象として:世界的なパンデミックを想定し、2009A/H1N1インフルエンザの国内集団発生期に介入研究を実施したにもかかわらず、小学校における衛生環境調整の難しさとサポーターを含めた衛生教育が整っていない実態が明らかになった。本対象においても学年閉鎖が実施され、風評被害も認められた。教育効果として、小学生への衛生行動の改善を認め、学校養護教員を中心としたサポータへの継続的な支援体制の強化の必要性が示唆された。5.在日外国人を対象として:中国・韓国、英語圏、ブラジル等の在日外国人に、母国語通訳の支援をうけて実施し、一定の効果を認めた。しかし、今回の対象が在日後の年数が短いため、日本語の理解力に差を認めた。教育介入、パンフレット等で母国語に対応できるサポータ-(外国語学校等)とリンクした支援の必要性を認めた。感染症に強い地域づくりを目的に,感染症弱者の身体障害者とその家族、サポーターへ,専用感染防御グッズを試作し,教育的介入を実施した。対象は,身体障害者13名(42.6±15.9歳)その家族13名(54.8±22.2歳),施設スタッフ54名(35.4±13.2歳)である。【事前知識】インフルエンザ,エイズ,赤痢,結核,鳥インフルエンザに関する知識は,施設スタッフが高く,ついで家族,身体障害者の順であった。【教育受講経験】マスク貼用の受講1経験は,スタッフが15/54人,家族および身体障害者はそれぞれ1/10人0126人とほとんど受講経験がなかった。手洗いも同様で,スタッフで36/54人,家族は2/10名,身体障害者は3/13名であった。【清潔行動の実態】手洗い:スタッフで,手首,指間部,爪の部分に洗い残しを認めた。身障者は自力で袖をあげることができず,普段全く手を洗っていない人1名,その他全員完全に洗えていなかった。特に指全体と手首に洗い残しを認めた。マスク:N95マスクは自力でできる人3名,フィットマスクは10名であった。【感染症防護グッズ】グッズの内容は,新型インフルエンザ発生時2週間防御するための,マスク(N95,フィットタィプ),泡状石鹸,ペーパータオル,速乾式手指消毒剤,手洗いポスター,しおり,グッズ説明書とした。ポイントとして,(1)容器の開け口を表示する(2)それぞれに使用目的、方法を記載する(3)マスクの紐をゴムタイプとする(4)上肢が前方に伸展不可能な障害者には100m1程度のピンタィプの容器を使用。使用状況を1年間継続モニタリング予定である。【リスク認知】感染症リスクイメージは恐ろしさ、未知性因子の2因子で構成され,教育介入後インフルエンザの恐ろしさ因子が上昇しエイズが低下した。未知生因子では,鳥インフルエンザリスクが低下した。【目的】感染症に強い地域づくりとネットワーク構築【内容1】対象:身体障害者のサポーター54名
都市域における高濃度大気汚染の出現メカニズムと抑制に関する研究

都市域における夏期の光化学大気汚染と冬期の窒素酸化物大気汚染は未解決の大きな問題として残されている。どちらの場合も発生源の情況,気象条件,化学反応が複雑に関連しているため発生源と環境濃度との関係は必ずしも十分に解明されていない。本研究においては大気汚染監視デ-タやフィ-ルド観測デ-タを用いて高濃度大気汚染出現メカニズムを明らかにするとともに各種の計算機予測モデルを用いた解析を行い発生源と環境濃度との因界関係を明らかにした。研究成果を以下に示す。(1)夏期の光化学大気汚染に関しては主に東京首都圏地域を対象として解析を行い発生源対策シナリオを検討した。解析の結果,排出源強度と環境濃度との関係は極めて複雑であり計算にあたっての初期条件や境界条件によって予測濃度が大きく異なるとの結論が得られた。このため今後は特に自然起源の炭化水素成分の寄与を定量的に明らかにすることが重要である。(2)冬期のNO_2汚染に関しては全国における観測デ-タを解析し、その地域的,季節的特徴を解明した。この中で特に東京首都圏における弱風時の結果をボックスモデルを用いて再現しNO_2の生成に及ぼすバックグランドO_3と光化学反応の寄与を解析した。解析の結果冬期においても光化学反応による影響が認められ午後から夕方にかけて光化学反応による寄与が最大となる。また日射が強い場合には日中には光化学反応によりNO_xの7%程度がPANやHNO_3へ変質していることが明らかとなった。これらの研究により夏期及び冬期の都市域における大気汚染の基本的な特徴が明らかにされたが、高濃度出現の動態は、発生源,気象,地形等が密接に関係しているため対象とする都市の特徴を正しく組み込んでモデル解析を行い具体的な大気汚染対策のためのシナリオを検討することが必要である。本研究においては、我国における高濃度大気汚染の出現メカニズムを解析し、各地域における特徴を明らかにすることと、その知見に基いて出現形態の普遍的な部分と特殊な部分とを示し、それぞれの地域の特殊性を考慮した大気汚染予測、制御モデルの運用方法を確立することを大きな目標としている。このため平成元年度においては、日本全国のデ-タを10年間にわたり解析し、そのトレンドを明らかにするとともに、特に高濃度が出現する東京首都圏地域において大気汚染予測モデルを運用し、窒素酸化物、炭化水素成分、光化学オゾンの相互関連性を解析した。本年度は移流、拡散、反応を含む三次元モデルの感度解析を中心に研究を行った。先ず最初に炭化水素の発生源組成分布が予測結果に及ぼす影響を知るために異った初期条件、境界条件に対して日本とアメリカの二種類の組成分布を用いて濃度解析を行ったが光化学オゾン濃度に及ぼす影響は小さかった。次いで境界条件が変化した時の検討を行った。解析の結果気流場が複雑な場合には境界条件の設定の仕方がオゾン濃度の時、空間分布に大きく影響を及ぼすことがわかった。その影響は特にモデルの領域の端の部分で顕著であるとの結果が得られた。これは海陸風循環により一度モデルの系外に流出した汚染物質をモデル計算に適切に取り込むことの重要性を示している。今後は、今年度確立したモデル計算設定条件を用いて計算を行い、各種発生源からの大気汚染物質発生量を変化させた時に、環境大気中における大気汚染物質濃度がどのような時間、空間分布をするのかといった点について検討をすすめる。都市域における高濃度大気汚染の出現メカニズムとその制御の方法を明らかにするために,(1)「光化学大気汚染三次元モデルを用いた発生源削減手法に関する研究」と(2)「大都市域におけるNO_2濃度特性に関する研究」を行った。平成2年度の研究の概要は以下のとおりである。

(1)に関しては,東京首都圏地域を対象として計算を行い,窒素酸化物及び炭化水素の排出量を変化させた時のO_3濃度の変化を調べた。解析の結果,排出源強度と環境濃度との関係は極めて複雑であり,総ての形態の大気汚染の軽減に有効な排出量削減のシナリオは,種々の高濃度発生気象条件に対する計算から最適なものを決定しなければならない事がわかった。また高濃度O_3の出現に及ぼす人為起源の発生源の寄与は,それぞれの物質の境界濃度や初期濃度等の計算条件によって大きく異なる事を明らかにした。今回のモデル計算結果は特定の気象条件に対する結果であるため,今後は更に多数の例について計算を行い一般的な結論を導くことが重要であろうと考える。(2)に関しては全国の大都市におけるNO_2濃度特性を明らかにするために,昭和62年度に測定された大気活染常時測定局の1時間平均濃度デ-タを解析した。解析対象は札幌,東京,横浜,川崎,名古屋,京都,大阪,神戸,広島,北九州の各都市であり,NO_x,NO,O_xの地域平均濃度の季節変化の特徴を研究した。解析の結果NO_2の高濃度に対する寄与として冬季には一次発生源からの寄与が,春季には自然起源のO_3によるNOからNO_2への酸化の寄与が大きいことがわかった。また冬季や春季においても光化学反応生成による寄与があることが明らかとなった。特に春季におけるNO_2の高農度汚染には光化学反応による寄与が相対的に重要であると考えられるため,今後はO_3,HO_2ラジカルの観測をも含めたフィ-ルドデ-タの収集と解析が必要であろうと考える。(以上)都市域における窒素酸化物,光化学オキシダント,粒子状物質等による大気汚染は都市機能の高度化に伴いますます大きな問題となっている。特に冬期におけるNO_2汚染は急速に悪化の傾向にある。今年度はこの冬期の高濃度NO_2汚染の特微を大気汚染常時監視デ-タと光化学ボックスモデルによる反応計算により検討した。デ-タ解析からNO,NO_2,O_3の高濃度日における時刻変化の特徴を解析し,晴天日と曇天日の違いを明らかにするとともに,この特徴を光化学ボックスモデルで再現する事が出来た。更にこのモデル計算において各種のパラメ-タ-を変化させる事により以下の結論が得られた。(1)晴天日におけるNOからNO_2への酸化のメカニズムとしては,午前中は混合層の発達に伴い上空から取り込まれるバックグランドO_3の寄与が大きく午後には光化学反応による寄与が大きい。(2)その寄与の割合いは,11時から12時の平均値として,一次排出,バックグランドO_3,光化学反応はそれぞれ41%,46%,13%程度でバックグランドO_3の効果が大きいのに対し、15時から16時の平均値としては,同様に21%,33%,46%となり光化学反応による寄与が最大となる。(3)モデル計算の結果から冬期であっても光化学反応による二次汚染物質の生成が重要であり,日射量の多い場合には日中には光化学反応によりNOxの約7%程度がPANやHNO_3へ変質し、日中のNO_2を減少させるとともに,ラジカルを含むこれら二次生成物質が、夕方におけるNOの酸化を促進する事などが明らかとなった。
体外循環血への青色LED光照射による免疫制御システムの構築

ラットをモデル動物とし血液を体外循環中にLED光を照射する実験法の構築と、循環・照射前後の血液成分等の変化の測定ができた。青色光、UVA光青緑色光の3種波長のLED光照射装置をそれぞれ作製し導出血液をポンプで送液する回路と組合せた。無照射・循環をコントロール群とした。各実験前後の血液学的検査、白血球分画等の等の測定を行った。循環前後の数値の変化を比較すると無照射・青緑色光・青色光照射群では変化が少なかったため、さらに増減率に着目したところ、青色光照射群に血小板数減少傾向が見られた。UVA光照射群ではリンパ球数が著しく減少した。血液成分や全身症状に対し照射波長に特有な影響があることが示唆された。免疫異常を背景に発症してくる疾患は増加傾向にあり、高価な新薬の仕様による医療費増大と強力な免疫抑制に伴う感染症などの副作用が大きな課題となっている。この治療法の一例として、体外フォトフェレーシス(ECP)は1987年に初めて治療抵抗性のT細胞リンパ腫に対する有用性が報告され、現在まで大型装置によるUVA照射を間欠的(週23回、4時間)の治療が行われていることが報告されている。この課題を解決するために本研究ではLEDの特性を活かした小型でより効果の期待される免疫治療システムの開発のための基盤技術の構築を目指している。平成27年度はSDラット体外循環モデルを構築するための条件を抽出した。体外循環血液量(1ml5ml)、循環時間(30分3時間)の検討を行った。1025週齢の正常Sprague Dawley(SD)ラット(体重350g600g)を対象とした。イソフルラン持続麻酔のもと、抗凝固薬としてヘパリンを体外循環前に200単位静注後、血液循環状態を導いた。循環部位としては、頸静脈、尾静脈、大腿静脈を用い、カテーテルを接続した。4機種の循環用ポンプの条件の抽出、チューブ、カテーテルの材質の適応性、及び、これらの組合せを検討し、定常的な循環状態を導出した。循環中、カテーテル、チューブ、これらの接続部内に、目詰まりは生じなかった。循環実験を行ったラットに対して、循環前後の血液一般検査、白血球分画の計測、LDH値、GOT値を計測した。また、青色LED光、及び、UVA光の照射による循環条件の抽出、UVA照射実験の条件検討も進めた。体外における血液循環状態を持続するために数種のポンプを用い条件検討したところ、ポンプ接続部において循環血液に血栓が生じ循環が中断する状態が発生したが、ポンプ及びそのチューブ径、カテーテル径の検討、等、接続方法、駆動条件等の検討により定常的な循環状態を導くことができ、血液体外循環実験を行ったラットは副作用も見られず順調に生存していることを確認できた。この実験条件に基づき光照射の実験を開始した。経費の削減による計画の縮小に対しては、おおむね順調に進展している。ラットをモデル動物として血液を体外循環中にLED光を照射する実験法を構築し、循環と照射前後の血液成分の変化を測定することができた。照射光の波長は、青色光(NCSB NICHIA 465nm、14.8mW/cm2)、UVA光(NVSU233AU365 NICHIA 365nm、15.7mW/cm2)、青緑色光(NCSE NICHIA 505nm、10.8mW/cm2)の照射装置を作製した。循環と照射の時間は1時間に設定し循環と照射の前後に頸静脈から採血し、血液学的検査、白血球分画等の検査値を測定した。コントロール群として1時間の無照射循環を行った。実験ではSDラット(オス、体重400g以上、日本チャールスリバー)を用いイソフルラン持続麻酔状態を導出した。ヘパリン(200単位)を尾静脈から投与後頸静脈を採血部位に大腿静脈を返還部位にチューブ(BPU-T30 Primetech長さ1.8m)を接続しチューブ内血液をポンプ(バリアブルフローペリスタルティックポンプFisher Science)により送液した。循環用チューブを平面渦巻状で保持できるように格納板を作製し、その上部にLED光照射装置を装着し照射した。無照射で1時間循環のコントロール群では80%の生存を確認できた。循環前後血液検査項目の数値の変化の増減率は無照射、青緑色光、青色光照射では0.1%以下だった。青緑色光照射時の死亡例は無く、検査値の変化に統計的な差は見られなかった。青色光照射群は10例中8例で血小板数が減少し、10例中2例は循環実験直後に死亡した。その際の循環後の血液では血小板凝集が観察された。UVA光の照射では循環後の血液のリンパ球の著しい減少が観察され、3例中3例が循環照射実験の13日後に死亡した。照射強度に関する結果は本期間内には集積できなかったが照射波長に特有な影響があることが示唆された。

循環前後の数値の変化を比較すると無照射・青緑色光・青色光照射群では変化が少なかったため、さらに増減率に着目したところ、青色光照射群に血小板数減少傾向が見られた。UVA光照射群ではリンパ球数が著しく減少した。血液成分や全身症状に対し照射波長に特有な影響があることが示唆された。健常ラットのほぼ定常的な体外血液循環条件を抽出したので、循環前後の血球検査、酵素活性の測定値を蓄積し、今後の評価の礎とする。本モデルを用いて、正常ラットにおける、血圧、心拍数、等のバイタルサイン、全身性炎症反応、溶血の程度、等、を確認する。これをもとに、循環時青色LED光、及びUVA光照射による効果、及び、影響、安全性を検証する。さらに、DSSモデルラット等において同様の実験を行い、免疫抑制効果、炎症抑制効果、安全性を検証する。LED総合プラットフォーム事業&LEDライフプロジェクト合同シンポジウム(平成29年3月1日、徳島大学日亜ホール、徳島県徳島市)「LED光照射ラット体外循環モデルの構築」大井文香、中川忠彦、岡本耕一、高山哲治、曽我部正弘、岡久稔也、芥川正武、榎本崇宏、木内陽介生体医工学
2キュービットゲートを用いた鎖状スケーラブル量子コンピュータの開発

本研究は、「ダイヤモンド中のNVセンター(室温で初期化と単一スピン検出ができる)を鎖状に並べたスヶーラブル・室温動作の量子コンピュータの開発の前提」である、(1)核スピンをもたない同位体^<12>Cの濃縮と不純物窒素低減とにより、NVセンターのコヒーレンス時間が十分に長くできること、それにより(2)双極子双極子相互作用を用いて、2キュービットのCNOTゲートが実現できること、を実証することを目的とした。^<12>C99.7%、不純物窒素濃度[N]=0.05ppbのCVD単結晶でNVセンターのコヒーレンス時間T_2=1.8ms(室温)が得られたのに対して、^<12>C99.97%,[N]=0.6ppmのHPHT結晶中のNVセンターではT_2=0.17msで、[N]=0.6ppmの天然存在比の結晶と同じであった。上記のCVD単結晶では成長時導入のNVセンターについてT_2が測定されているのに対して、HPHT結晶では電子線照射・熱処理を用いてNVセンターを作成している。2キュービットのCNOTゲートの実証には、イオン注人で作成したNVセンターのペアーが、長いT_2をもつような作製プロセスが不可欠である。電子線照射やイオン注入で効率よくNVセンターを作成するとともに、コヒーレンス時間を短くする要因となる余分な欠陥を残さないために、高温の電子線照射や窒素イオン照射を行い、照射条件・熱処理条件を探索した。^<12>C99.97%濃縮した炭素源を用いて作成したHPHT結晶において不純物窒素の低減をはかり、[N]=35ppbのものが得られた。この結晶に、単一イオン入射マイクロイオンビーム技術を用い、同一ポイント(径1μm)に数を制御した窒素イオン(10MeV)の照射を行った。碁盤目状に打ち込んだたくさんのポイントのなかから、NVセンターのペアーを探し出すことにより、CNOTゲートに使える距離のペアーとして存在するNVセンターのT_2を長くする指針が得られると考えられる。
個体レベルにおける遺伝情報変換

植物育種の体系の再構築を意図して、初年度の研究ではまず目的に最も適した実験系と分析法の確立に重点を置いた。まず個体レベルにおける遺伝特性の解析と選抜に関しては、イネの穀粒貯蔵タンパクや根系の生育に係わる突然変異体の如く、従来その例の少ない生理的形質についての新変異体を得ることができた。現在これらの系を用いて玄米タンパクの生合成や器官分化・発育に関する制御機構の解明が進行中である。かかる研究はオオムギの発芽時に生成されるα-アミラーゼの構造と機能の分析とともに従来の植物育種に欠ける生化学的知見を補うことを期待できる。また高温・高照度下でクロロシスを発現するオオムギの新変異体は葉緑素形成過程の機作を生理・生化学的に考究する上で好適の系といってよい。遺伝変異の拡大と保全については、【◯!1】抗ガン剤シスプラチンによるイネの染色体異常の誘発、【◯!2】穀実のタンパク含量およびアミノ酸組成における遺伝変異の調査、【◯!3】形質転換法による異種DNA導入の可能性の検討、【◯!4】イネmutatorの作出とその遺伝解析、【◯!5】窒素固定菌の接種実験に基づくイネ窒素固定能の研究等、多岐にわたる成果を得た。これらはいずれも育種的利用の可能性を検証するための組織的な実験へと発展させねばならない。細胞質遺伝子による形質発現に関しては、オルガネラDNAの制限酵素分析が遺伝的に異質な細胞質の探索に極めて有効であり、葉緑体DNAに比べてミトコンドリアDNAの進化速度がはるかに速いことを証明した。またコムギとその近縁種、イネおよびテンサイでは葉緑体DNAの解析に不可欠の物理地図を完成し得た。細胞質DNAの形質発現や遺伝機能の制御に関してはなお今後の研究を要する。またコムギとテンサイにおいて花粉・種子稔性や種子貯蔵タンパク質に及ぼす異質細胞質の効果を研究し、これらの効果の異同がオルガネラDNAの分子的差異と一致することを明らかにしたのも重要成果の1つである。
トランスジーンの不活性化欠如がもたらす胚性幹細胞の分化異常の解明

本研究の第一段階として、外来導入遺伝子の活性を常に同一の染色体環境下において検証することを目的とし、染色体が常に開いた構造を持つと考えられるES細胞のROSA遺伝子座に対して、Cre-loxP反応を利用してカセット式にDNA断片を挿入する系(Recombination-mediated cassette exchange ; RMCE法)の確立を目指している。1.ROSA遺伝子座へのタンデムloxP配列の挿入:ROSA遺伝子座への相同組換え用DNA断片(pROSA-1;Soriano博士より入手)中に、野性型loxP配列と変異型のloxP511配列を挿入(逆タンデム方向)後、これらの間にポジティブ選別用のネオマイシン耐性遺伝子とネガティブ選別用のTK遺伝子を挿入し、ターゲティング・ベクターとした。2.上記ベクターを用いて、ES細胞(R1株)において相同組換えを行った。ROSA26遺伝子座では高効率に相同組み換えが起こることが知られているが、今回25%の効率で正しく組換えを起こしたクローン(R1-ES/loxP-TK-Neo)を得ることができた。これらのクローンのいくつかについて生殖系列への分化能の確認を行った。3.RMCE法の有効性を検討するために、R1-ES/loxP-TK-Neo細胞中のloxP/loxP511配列と同様のconfigurationを持つベクター中にβ-gal遺伝子を挿入した「基質」プラスミドを構築した。現在、Hygromycinによる選別とlacZ染色を指標として、Cre発現ベクターの選定やエレクトロポレーションの条件検討を行っている。
劇症肝炎抵抗性モデル動物を用いた肝細胞制御機構の解析

主に肝臓で発現しているHepatocyte Nuclear Factor-1(HNF-1)遺伝子プロモーターの支配下にヒトRb遺伝子を連結して、トランスジェニックマウスを作製し、2系統のトランスジェニックマウスを得た。抗発癌性が期待されるトランスジェニックマウスにアポトーシスを誘導する抗Fas抗体投与しても劇症肝炎が起こらないことが昨年までの研究で明らかになった。今回、まずもう一つのアポトーシス誘導経路であるTumor Necrosis Factor α(TNFα)を投与して詳しく検討した。コントロールマウスでは、血清GOT,GPTの上昇、肝細胞変性や肝臓出血像が観察されるが、Rbトランスジェニックマウスではトランスジーンのコピー数に比例してGOT,GPTの上昇がほとんど認められないこと、また肝臓出血像はなく小数の炎症細胞の浸潤を認めるのみと言うアポトーシス抵抗性になっていることが判明した。抗アポトーシス状態の分子的基盤を明らかにするために、アポトーシス関連蛋白をウエスタンブロット解析したところ、Fas,Bcl-2,Bcl-X,Bid,Bad,ICE,CPP32,E2F1,E2F2,E2F3,E2F4,E2F5,p53などには変化がなかったが、Bax蛋白だけがRbトランスジェニックマウスの肝臓で減少しており、抗アポトーシス状態を担っている一つの因子であることが判明した。ただ、Bax蛋白の変化だけではすべての状態が説明できないことから他の分子も抗アポトーシス状態に関わっていることが強く示唆されるので、これらの基礎データを将来の基盤研究へとつなげていきたいと思っている。
LHRHニューロンとともに脳内へ移動する嗅板由来細胞に関する研究

発生過程において脳内のニューロンは脳室層の細胞から分化するが、近年、視床下部ニューロンであるGnRH (LHRH)産生ニューロンは脳外の嗅板で発生し、嗅神経に沿って脳内へ移動し中隔-視索前野-視床下部系へと分化することが分かってきた。嗅板細胞標識実験によって、LHRHニューロン以外の嗅板細胞も脳内へ移動することを見いだしたため、本研究では嗅板由来細胞が脳のニューロンとしてつけ加わる現象の解析を目的とした。LHRHニューロン以外の嗅板由来細胞の種類を知るために、ニワトリ胚の嗅覚-前脳系の免疫組織化学染色から、ソマトスタチン陽性反応を得た。嗅細胞とその軸索(嗅神経)、嗅神経中に存在する移動細胞およびLHRHニューロンの移動経路である前脳内側部表層に伸長する神経線維がソマトスタチン陽性であった。経時的追跡から、これらはLHRHニューロンの移動が最も盛んな時期に一致して発現の強度を増し、孵化時にはほぼ消失する一過性のものであった。ソマトスタチン陽性細胞とLHRHニューロンの発現部位および発現時期は重なるが、同一切片による蛍光二重染色の結果、ソマトスタチン陽性細胞はLHRHニューロンとは異なる細胞集団であることが分かった。発生進行とともに嗅覚部から前脳ヘソマトスタチン陽性細胞の分布が広がっていく過程は、この細胞がLHRHニューロンと同様に脳内へ移動する嗅板由来細胞である可能性を予測させる。一方、ソマトスタチン陽性細胞と陽性線維の発現部位、発現時期がLHRHニューロンのそれとほぼ重なるという組織学的観察およびソマトスタチン陽性反応の強度がLHRHニューロンの移動の最盛期に増加するという結果から、LHRHニューロンの移動に対しソマトスタチンあるいはソマトスタチンを発現する神経要素が何らかの役割を果たしているのではないかという示唆を得た。ゴナドトロピン放出ホルモン(LHRH)産生ニューロン以外の嗅板由来細胞の種類を固定するために、発達段階のニワトリ胚の嗅上皮-嗅神経-前脳において行った各種抗体による免疫組織化学染色の結果、ソマトスタチン陽性反応が得られた。ふ卵3日から4日にかけて嗅上皮の嗅細胞とその軸索(嗅神経)および嗅神経中に存在する移動細胞がソマトスタチン陽性反応を示し、発達の進行とともにその数は増加していった。ふ卵6日にはLHRHニューロンの移動経路である前脳内側部にソマトスタチン陽性細胞が出現した。また、ふ卵6日から8日にかけて前脳内側部表層のLHRHニューロンの移動経路上にソマトスタチン陽性線維が伸長していた。これらの陽性反応はふ卵5日から8日にかけて最も強く、ふ卵11日以降減少し、孵化時にはほぼ消失するという発達段階における一時的な発現であった。同一切片によるLHRH抗体との蛍光二重染色の結果、嗅上皮、嗅神経および前脳で観察されたソマトスタチン陽性細胞はLHRHニューロンとは異なる細胞集団であった。発達中の嗅覚-前脳系で一時的に発現したソマトスタチン陽性細胞と陽性線維のその発現部位はLHRHニューロンの移動経路に重なる。そしてLHRHニューロンの移動の最も盛んな時期に一致してソマトスタチン陽性反応が強くなっていることから、ソマトスタチンあるいはソマトスタチンを発現している神経要素はLHRHニューロンの移動に対し何らかの役割をはたしている可能性が考えられる。また、前脳よりも嗅覚部での発現が先行するので、ソマトスタチン陽性細胞は嗅上皮から脳内へ移動する嗅板由来細胞のひとつであることが予測される。

発生過程においてニワトリ胚の嗅覚-前脳領域にはLHRHニューロンの移動時期および移動部位とほぼ一致するソマトスタチン陽性反応が観察される。ソマトスタチン陽性細胞の脳内移動の可能性およびソマトスタチン陽性線維がLHRHニューロンの移動経路になっている可能性を検討した。1.発生進行に伴うソマトスタチン陽性細胞の分布変化から脳内移動は予測されたが、嗅板細胞のDiI標識と蛍光二重染色の組み合わせ実験では、嗅覚部に比べて脳内のソマトスタチン陽性細胞数が少なく、陽性反応そのものも微弱であったため、ソマトスタチン陽性のDiI標識細胞を見いだすことができなかった。より感度の高い免疫染色法での再検討が必要と考える。2.孵卵3.5-4日での片側嗅板の完全除去によって、除去側では嗅覚器の構造およびLHRHニューロンがなくなるが、同時にソマトスタチン陽性反応も消失していた。これは前脳内側部に伸長するソマトスタチン陽性線維は嗅板由来の構造で、脳へ移動せずに嗅神経中にとどまるタイプの嗅板由来細胞であることを示す。前脳内側部ではソマトスタチン陽性線維はLHRHニューロンに近接し、LHRHニューロンの移動が終了するころ消失する。発生途上で細胞死を起こすと考えられる。LHRHニューロンとの組織学的な近接関係を共焦点レーザー顕微鏡で調べるにはソマトスタチン陽性反応の感受性を増強する必要が生じ、現在検討中である。3.新たな知見として、嗅板の部分的除去によって嗅神経の発達が悪く脳に到達しない場合、LHRHニューロンは脳内へ移動できず、嗅上皮近傍に伸長している三叉神経の末梢枝に迷入するという結果が得られた。ソマトスタチン陽性細胞も未発達な嗅神経中に移動していたが、三叉神経への迷入ははっきりしなかった。嗅板由来細胞の種類によって移動のメカニズムは異なるのかもしれない。
リンパ系腫瘍に対する非ステロイド系抗炎症薬・シクロオキシゲナーゼ阻害剤の抗腫瘍効果とその作用機序についての検討

当科で樹立した(14;18)を有するfollicular lymphomaの患者腹水中より樹立した細胞株(JMLと命名)、Molt-4細胞株を用いて、Naproxen, Indomethacin, EtodolacなどのNSAIDsを添加培養し、MTT assayを用いて2日後,4日後,6日後の増殖に与える影響を検討したところ、いずれの薬剤においても濃度依存性に増殖を抑制することが明らかとなった。この際の増殖抑制の機序についてアポトーシスの関与を考え、フローサイトメトリーを用いてAnnexin-Vの発現を調べたところ添加培養後Annexin-Vの発現の増加が認められた。また、48時間後のDNAを抽出しアガロース電気泳動を行ったところDNAのの断片化が認められアポトーシスによるものと考えられた。ウェスタンブロットを用いてカスパース3の活性化を検討したところ、Etodolac, Naproxenの添加によりプロカスパース3のcleavageが認められた。また、その下流域にあるDEF45/ICADが濃度依存性にcleavageが認められた。さらにフローサイトメトリーを用いて生細胞中のカスパース3活性を測定したところNaproxen, Etodolac添加にて活性の上昇が認められた。また、同時にBcl-2の発現量の変化を検討したところをNaproxen, Etodolac添加培養にてbcl-2の発現の減少が認められた。上記の結果からNaproxen, Indomethacin, EtodolacなどのNSAIDsはリンパ系細胞に対して、bcl-2の発現の低下、カスパース3を介してアポトーシスを誘導及び細胞周期停止作用により、抗腫瘍効果を持つことが明らかとなった。当科で樹立したt(14;18)を有するfollicular lymphomaの患者腹水中より樹立した細胞株(JMLと命名)、Molt-4細胞株を用いて、Naproxen, Indomethacin, EtodolacなどのNSAIDsを添加培養し、MTT assayを用いて2日後,4日後,6日後の増殖に与える影響を検討したところ、いずれの薬剤においても濃度依存性に増殖を抑制することが明らかとなった。また、48時間後のDNAを抽出しアガロース電気泳動を行ったところDNAの断片化が認められアポトーシスによるものと考えられた。現在、この系においてBcl-2,Bax, Bcl-xl, Bcl-xsの発現量の変化を検討中である。一方、この間の細胞周期の変化をPropidium iodide染色を行いフローサイトメトリーを用いて細胞周期を検討したところ、G0/G1期の細胞が増加し、S期の細胞の減少が認められた。上記の結果からNaproxen ; Indomethacin, EtodolacなどのNSAIDsはリンパ系細胞に対してカスパース3を介してアポトーシスを誘導及び細胞周期停止作用により、抗腫瘍効果を持つことが明らかとなった。
中赤外ナノ秒パルスレーザーを用いたう蝕象牙質切削における選択的治療条件の最適化

う蝕(虫歯)治療において、健全歯に非侵襲に感染象牙質や軟化象牙質を選択的に切削するミニマルインターベンションが切望されており、我々の先行研究において、中赤外域のナノ秒パルスレーザーを用いることで軟化象牙質のみを選択的に切削可能なことが分かってきている。本研究では、有機質由来の中赤外域の吸収帯における波長依存性を検討することで選択的切削のメカニズムを解明すること、最適波長と最適照射エネルギー条件を決定すること、および最適条件におけるコンポジットレジン修復への適応性を評価することを目的としている。平成28年度までに、レーザーの波長・平均パワー密度・照射時間と切削深さ・切削形態との関係について、ウシ抜去歯で作製した脱灰象牙質を虫歯モデルとして用いた評価を行った。光源に波長可変域2.83.1 μmの光パラメトリック発振方式ナノ秒パルスレーザー、波長可変域5.510 μmの差周波発生方式ナノ秒パルスレーザー、および波長5.85 μmの量子カスケードレーザーを用い、ウシ健全象牙質とウシ脱灰象牙質を対象に、レーザー顕微鏡による切削深さ、切削体積の評価、および走査型電子顕微鏡観察による熱影響の評価を行った。波長2.94および5.80 μmのナノ秒パルスレーザーによる切削特性を比較した結果、どちらも脱灰象牙質の選択的切削が可能であり,健全象牙質の損傷は無視できる程度であることがわかった。同じパワー密度で照射した場合,波長2.94 μmでの切削量の方が波長5.80 μmでのそれよりも多かった。一方で,波長5.80 μmのレーザーによる熱的影響は,波長2.94 μmのレーザーによるそれよりも少ないことがわかった。ナノ秒パルスレーザーより小型(約20 cm)な波長5.85 μmの量子カスケードレーザーを用いた場合にも、健全象牙質に低侵襲に脱灰象牙質を切削できることが確認された。レーザーの波長・平均パワー密度・照射時間と切削深さ・切削形態との関係について、ウシ抜去歯で作製した脱灰象牙質を虫歯モデルとして評価を行った。波長2.94および5.80 μmのナノ秒パルスレーザーを用いてウシ象牙質の切削特性を比較した結果、どちらのレーザーを用いた場合も脱灰象牙質の選択的切削が可能であり、健全象牙質の損傷は無視できる程度であることがわかった。同じパワー密度で照射した場合、波長2.94 μmでの切削量の方が波長5.80 μmでのそれよりも多かった。しかし、5.80 μmの差周波発生方式ナノ秒パルスレーザーは大きさが1 m程度であり、そのままでは臨床での使用が困難である。そこで、ナノ秒パルスレーザーよりも小型(約20 cm)な波長5.85μmの量子カスケードレーザーを用いた場合についても評価を行った結果、量子カスケードレーザーでも健全象牙質に低侵襲に脱灰象牙質を切削できることが確認された。これらの知見は虫歯の選択的切削が可能なレーザー治療機器の開発に大きく貢献できると考えられる。レーザー波長・平均パワー密度・照射時間などの測定条件の数や、ウシ健全象牙質、ウシ脱灰象牙質のサンプル数についてほぼ予定どおりに評価実験を進めており、順調に進展していると言える。1波長・平均パワー密度・照射時間と切削深さ・切削形態との関係(ウシ抜去歯で作製した虫歯モデルを用いた評価)について引き続き実験を行う。2最適条件における虫歯の選択的切削の実験的物理式に基づいた理論的考察について、実験1で明らかとなった切削深さの波長依存性のデータとウシ象牙質の吸収係数のデータを用い、レーザーアブレーションの実験的物理モデルであるBlow-offモデルから最適波長および最適照射エネルギー範囲を考察する。ウシ象牙質の吸収係数のデータはフーリエ変換型赤外分光光度計を用いることで反射率補正を行った正確な吸光度を、レーザー顕微鏡を用いることで正確な試料厚みをそれぞれ測定し、逆ランバート・ベールの法則により算出する。3最適条件と切削深さ・切削形態との関係(ヒト虫歯を用いた実験)について、実験1および2で決定した最適波長および最適照射エネルギー範囲を用いることで、ヒト虫歯の選択的切削が可能であるかを実験的に検証する。ヒト虫歯象牙質の虫歯部分と健全部分を対象に、切削深さの評価および熱影響の評価を行う。また、レーザー照射条件(波長、パルス幅)、虫歯象牙質の光学特性(吸収特性や熱緩和時間特性)および機械的特性(粘性や硬さ)といった各種パラメーターを関連付け、選択的切削が起きるメカニズムを考察する。4最適条件におけるコンポジットレジン接着性の評価(ヒト虫歯を用いた実験)について、現在の虫歯治療は切削治療後にコンポジットレジン充填を行い修復することで完了する。

実験3で決定した最適波長および最適照射エネルギー範囲でヒト虫歯象牙質の切削を行い、切削面を接着材で処理し、コンポジットレジンの充填を施し、接着強度試験(引っ張り試験)を行い接着強度を評価する。比較対照として、既に実際の虫歯治療で用いられているEr:YAGレーザーによる切削歯面についても評価する。次年度使用額は、平成29年度に行うレーザー照射実験で必要となるレーザー照射光学系や試薬等の消耗品の購入に使用する予定である。ミニマルインターベンションを実現するにあたり、健全歯に非侵襲に感染象牙質や軟化象牙質を選択的に切削可能な技術が切望されており、我々の先行研究において、中赤外域のナノ秒パルスレーザーを用いることで軟化象牙質のみを選択的に切削可能なことが分かってきている。本研究では、中赤外域の有機質由来の吸収帯における波長依存性を検討することで選択的切削のメカニズム解明を行うこと、最適波長と最適照射エネルギー条件(平均パワー密度と照射時間)を決定すること、最適条件におけるコンポジットレジン修復への適応性を評価することを目的としている。平成27年度は、レーザーの波長・平均パワー密度・照射時間と切削深さ・切削形態との関係について、ウシ歯虫歯モデルを用いた実験による評価を行った。光源に波長可変域2.83.1 μmの光パラメトリック発振方式ナノ秒パルスレーザー、および波長5.85 μmの量子カスケードレーザーを用い、ウシ健全象牙質とウシ脱灰象牙質(虫歯モデル)を対象に、レーザー顕微鏡による切削深さ、切削体積の評価、および走査型電子顕微鏡観察による熱影響の評価を行った。その結果、波長域2.83.1 μmのナノ秒パルスレーザーを用いることで、非注水でも炭化を生じずに歯を切削でき、健全象牙質に低侵襲に脱灰象牙質を切削できることが確認された。しかし、切削深さは、レーザーの吸収が最も強い波長3.0 μmでは最大とならず、吸収ピークから0.05 μm程度ずれた波長で最大となった。今後、切削メカニズムの検討を通してこの原因を考察する。さらに、ナノ秒パルスレーザーより小型(約20 cm)である波長5.85μmの量子カスケードレーザーを用いた場合にも、健全象牙質に低侵襲に脱灰象牙質を切削できることが確認された。これらの知見は虫歯の選択的切削が可能なレーザー治療機器の開発に大きく貢献できると考えられる。平成27年度は、当初計画どおり、レーザーの波長・平均パワー密度・照射時間と切削深さ・切削形態との関係について、ウシ歯虫歯モデルを用いた実験による評価を行った。レーザー波長・平均パワー密度・照射時間などの測定条件の数や、ウシ健全象牙質、ウシ脱灰象牙質のサンプル数についても予定どおりに評価実験を進めており、順調に進展していると言える。今後は、レーザー波長・平均パワー密度・照射時間と切削深さ・切削形態との関係についてより詳細に評価を行い、最適条件における虫歯の選択的切削の実験的物理式に基づいた理論的考察、最適条件と切削深さ・切削形態との関係(ヒト虫歯を用いた実験)、および最適条件におけるコンポジットレジン接着性の評価(ヒト虫歯を用いた実験)を行うことで、虫歯の選択的切削が可能なレーザー治療機器の開発指針を得ることを目指す。
診断治療の分子標的同定をめざした増殖硝子体網膜症のマイクロアレイ解析

増殖硝子体網膜症に伴う網膜上増殖組織や増殖モデルマウス網膜に対し、包括的遺伝子発現解析を行った。増殖組織に発現する遺伝子群は、酸化的リン酸化、細胞間接着、アクチン骨格制御、細胞間コミュニケーション、サイトカインー受容体連関などに分類でき、線維芽細胞に局在するペリオスチン遺伝子を含んでいた。網膜前増殖の前駆病変である虚血マウス網膜の解析では、虚血に伴いMIP1βが網膜内層で発現上昇し、生理的な網膜血管新生に関与していた。1)増殖硝子体網膜症、増殖糖尿病網膜症および対照として特発性網膜前膜患者の臨床所見(視力、眼圧、視野、眼底所見、蛍光眼底造影、網膜断層像、増殖組織の大きさ、活動性など)、年齢、性別、糖尿病罹病期間、治療歴、治療の転帰、合併症、生活歴、家族歴などを含んだデータベースを個人情報保護には細心の注意を払いつつ作成した。硝子体手術の際に網膜前増殖組織、硝子体液、血清を各約100サンプル収集した。2)増殖硝子体網膜症に伴う増殖組織のESTデータベースをBioinformaticsにより機能分類したところ、抽出遺伝子群は、酸化的リン酸化、細胞間接着、アクチン骨格制御、細胞間コミュニケーション、サイトカインー受容体連関などに分類できた。3)増殖糖尿病網膜症発現遺伝子群の解析により、腫瘍新生血管で特異的に発現が上昇しているtumorendothelial marker 7 (TEM7)が線維血管増殖組織の新生血管にも発現していることを確認した。また、TEM7のスプライスバリアントの解析を行い、線維血管増殖組織中に膜型や分泌型の異なるアイソフォームが存在することを見出し、TEM7が増殖糖尿病網膜症の新しい診断や治療の分子マーカーになる可能性を示した(Yamaji Y, Yoshida S etal. Invest Ophthalmol Vis Sci, 49:3151-3157)。4)患者の硝子体中の血管新生関連因子をELISA法で測定し、硝子体手術前後で比較したところ、MCP1など促進因子が急速に減少しており、網膜症の沈静化に寄与すると考えられた(論文準備中)。5)増殖組織のマイクロアレイ解析を正確に行うため、ホモジナイザーやビーズなどを用いた効率的な組織破砕、AGPC法やカラムによるRNA抽出の条件を最適化した。(1)増殖硝子体網膜症、増殖糖尿病網膜症にともなう増殖組織からRNAを抽出し、逆転写後にcRNAを作成し、イルミナマイクロアレイにハイブリダイズした。対照コントロールとしてヒト網膜RNAを用いた。網膜と増殖組織間で優位に発現レベルの異なる遺伝子群が約300遺伝子抽出できた。この中には網膜でほとんど発現が認められず、増殖組織で優位に発現が上昇している遺伝子が含まれ、治療の分子標的になる可能性があると考えられた。(2)患者の硝子体中の血管新生関連因子をMultiplex ELISA法で測定し、硝子体手術前後で比較したところ、Anigopietin-2や血管内皮増殖因子などの血管新生促進因子がTIMP-2などの血管新生抑制因子に比べて急速に減少しており、硝子体手術の奏功機序を部分的に説明しうると考えられた。(3)網膜虚血モデルマウス網膜の包括的遺伝子発現解析をマイクロアレイを用いて行った。虚血網膜において発現が有意に変動する遺伝子群を抽出することに成功し、遺伝子群は、Gene ontology databaseを用いて、成長因子、炎症、アポトーシス、解糖系などの機能単位に分類することができた。これらの結果は、Realtime RT-PCRやMultiplex ELISA法を用いて再現性を確認することができた。本研究において、虚血網膜における遺伝子発現の変動を包括的に理解するとができた。虚血網膜で最も発現が大きく変動した遺伝子であるMip-1βについて同モデルマウス網膜での発現、局在、機能について検討したところ、Mip-1βが虚血網膜内層に発現し、網膜の病的血管新生より生理的血管新生により強く関与していることを初めて明らかにした。1.増殖組織における包括的な遺伝子発現パターンの同定を試みた。硝子体手術の際に採取した増殖組織から、遺伝子ライブラリを作製後、ランダムにシークエンスを決定し、公のデータベースを用いて発現遺伝子群の機能注釈付けを行った。2,816のシークエンスにより625の冗長性のない遺伝子群が得られた。このうち515遺伝子が機能遺伝子であり、リボゾーム、酸化的リン酸化、細胞間接着などに機能分類できた。我々は初めて増殖組織から遺伝子ライブラリを作製することに成功した。増殖組織で同定された遺伝子群の一部は、組織の発生や進展に深く関与しており、新たな治療の標的になる可能性があると考えられた。2.DNAマイクロアレイ(4万遺伝子)を用いて、網膜増殖モデルマウス網膜の包括的遺伝子発現解析を行った。高酸素負荷網膜では、対照正常網膜に比べ発達に関連する遺伝子群の発現低下を認め、高酸素曝露による網膜発達障害を反映していると考えられた。

虚血網膜では、高酸素負荷網膜に比べ、代表的な虚血関連因子であるVEGF-AやHif-1αの発現レベルが上昇していた。虚血網膜で発現が変動した遺伝子群は、血管新生、神経形成関連因子、炎症、抗アポトーシス、解糖系の機能単位に分類された。本解析で抽出された遺伝子群は、網膜において、高酸素負荷による発達障害、虚血後の炎症、血管新生およびリモデリングを規定していると考えられた。
ウィリス動脈輪閉塞症における血管壁細胞の機能異常と病因

(1)モヤモヤ病由来の血管平滑筋細胞(SMC)の^<125>I-PDGFbinding,及び,processing,更にPDGF receptorのdown-regulationについて比較検討した。モヤモヤSMCでは,対照に比し,有意に単位細胞あたりのPDGF receptor数が減少していた。また,低濃度のPDGF処理によって,モヤモヤSMCでは,有意にdown-regulationが取り易いことが明らかとなった。また,TGF-B_1,及びPDGF共存下における反応性について検討した。モヤモヤSMCの1 strainでは,TGF-B_1の反応性が異なり,PDGF receptorの発現もTGF-B_1により減少した。またWecten-immunoblotによりPDGFによるtyrosine kinaseの燐酸化,及び,PDGF receptorのdown-regulationについて検討し,興味ある結果が得られた。(2)血管内皮細胞については,大網より培養細胞の樹立をおこなった。clomingを重ねることにより樹立が可能であり,今後例数を増やし,対照との比較を行なう。(3)in vitroでの血管病変の病態を明かにするために,モヤモヤ病患者頭皮血管の形態学的観察を行った。その結果,小児例の血管にも内膜肥厚が頻繁に認められ,しかも,頭蓋内狭塞部血管の病理組織像と酷似する所見が得られた。また電顕による観察から,モヤモヤ病においても中膜平滑筋細胞の遊走増殖が内膜肥厚をもたらすことが明かにされた。免疫組織学的検討を加え,この事実の証明も行った。(4).また,モヤモヤ病発症の遺伝的背景を明かにするために,孤発30例に対し,HLA typingを行ない,対★例との比較を行なうことにより,興味ある結果が得られた。モヤモヤ病由来の血管平滑筋細胞(SMC)のPDGF増殖反応性低下の機構を明らかにするために^<125>I-PDGFのb:nding及び、processing、更にPDGFreceptorのdown-regulat:onについて対照細胞と比較検討した。モヤモヤSMCでは、対照に比し、有意に単位細胞あたりのreceptor数が減少していた。また、37°C条件下の単位細胞あたりのprocessingは、モヤモヤSMCで同様に低下しており、一方、単位rcepton器のprocessingは、モヤモヤ対照SMC間で差がなかった。また、37°C条件下で、nonlabeledPDGFを作用させた後に、^<125>I-PDGFのbindingを調べることによって、PDGFreceptorのdown-regulationを検討すると、モヤモヤSMCでは、対照に比較し、低濃度のPDGF処理によって、有意にdown-regulationがかかりやすいことが、明らかとなった。この結果は、モヤモヤSMCでのreceptorpoolの減少、あるいはracyclingの低下を示唆しており、モヤモヤSMCでのPDGFreceptor数の減少と合わせて、PDGF増殖反応性低下をよく説明している。また、同時に、モヤモヤSMCに機能異常が存在し、モヤモヤ病の血管内膜把厚に深く関与している可能性を示唆している。本年度は、こうした結果に加えて、モヤモヤPSMCでのTGFB_1に対する増殖調節、及び、PDGFreceptorの調節について検討を行ない、興味ある結果が得られた。また、モヤモヤ病患者大綱より、血管内皮細胞を培養樹立し、そのcharacterizationを検討した。また、血管平滑筋細胞では、in vitroのcellular ageingに伴い、PDGF receptor binding、及びPDGF receptorのkineticsがdynamicに変化することが明かとなり、モヤモヤ病由来血管平滑筋細胞との比較も合わせ検討した。(2)血管内皮細胞については、大網より培養細胞の樹立をおこなった。cloningを重ねることにより樹立が可能であり、今後、例数を増やしcharacterizationを行い対照との比較を検討する。(3)また、in vivoでの血管病変の病態を明かにするために、モヤモヤ病患者頭皮血管の形態学的観察を行った。

その結果、小児例の血管にも内膜肥厚が頻繁に認められ、しかも、頭蓋内狭窄部血管の病理組織像と酷似する所見が得られた。また、電顕による観察から、モヤモヤ病においても中膜平滑筋細胞の遊走増殖が内膜肥厚をもたらすことが明かにされた。免疫組織学的検討を加えこの事実の証明も行った。(4)また、モヤモヤ病発症の遺伝的背景を明かにするために、孤発30例に対しHLA typingを行い、対照例との比較を行うことにより興味ある結果が得られた。
四次元視点移動を可能にする自由視点画像生成

フランスINRIAのREVESグループにおよそ10ヶ月間滞在し、G. Drettakis, A. Bousseau, K. VanhoeyおよびUC BerkeleyのA. Efrosと共同で、色調合成(color transfer)とテクスチャ合成(texture transfer)法を併用し、写真中の季節変化を表現する手法を開発した。これは、前年度に取り組んだ、イメージベースドレンダリング(IBR)による現実空間の仮想化に基づく軽量・写実的な仮想物体合成手法によって実現される長い時間の変化(遠い過去・未来)を表現する手法と、すでにいくつかの従来研究で実現されてきた、光源付与による短い時間の変化(時間・天気変化)を実現する手法では実現できない時間変化を表現する、いわば本研究課題の四次元自由視点画像生成におけるミッシングリンクを埋める研究であり、本研究課題の最終年度にふさわしい内容となった。提案手法は、変換ターゲットとなる画像および、学習用画像群を入力とする。従来、同様の入力を対象とした色調合成手法、テクスチャ合成手法が提案されてきた。しかし、前者は物体のテクスチャ・形状変化を表現できない。また、後者はターゲット画像中のシーン構造を大きく変化させる。我々は、両手法を選択的に用いることで、ターゲット画像の構造を保持したまま、テクスチャ変化を表現する手法を開発した。具体的には、ターゲット画像中で色調合成が十分に学習画像内の変化を表現しているかどうかを予測し、そうでない部分(テクスチャ合成が必要な部分)のみにテクスチャを合成する。提案手法により、テクスチャの変化を伴う情景変化(樹木の変化、積雪、洪水など)を表現することが可能であることを実証した。以上の研究成果を、コンピュータグラフィックスのトップカンファレンスであるSIGGRAPH 2015に投稿した。本研究課題は平成26年度が最終年度のため、記入しない。イメージベースドレンダリング(IBR)技法を用いた実写映像と仮想物体の合成手法を開発した。これにより、IBRによる現実空間の仮想化に基づく三次元視点移動を実現するとともに、IBRに基づく軽量・写実的な仮想物体合成を可能にした。さらに、平城宮跡を舞台として、提案手法を用いて過去の建造物の合成による時間方向の視点移動アプリケーションを構築した。具体的には、まず無人飛行船に搭載された全方位カメラを用いて空間的に密に空撮された画像群をもとに全自動で3次元モデルを復元した。次に、これを入力としてIBRの代表的な手法の一つである視点依存テクスチャマッピング(VDTM)法を適用することで、3次元視点移動を実現するアプリケーションを作成した。提案フレームワークは、オフラインで時間をかけてレンダリングすることによって得られたテクスチャを、ライティング結果や質感等を保ちながらIBRにより変形することで、従来のリアルタイムレンダリングでは成し得なかった高品質な合成結果を、軽量なオンライン処理で実現する。オフライン処理として、従来のIBRとは異なり、事前に格子または立方格子点上に設定された視点位置からの実空間の見えを生成する。さらに、各格子視点上に生成された画像群に、仮想物体を時間をかけて高品質に合成する。オンライン処理では、仮想物体が合成された格子視点画像群および、実空間と仮想物体の三次元モデルを用いて、計算量が削減されたVDTMにより提示画像を生成する。本処理では、仮想視点の4近傍に存在する格子点のテクスチャのみを三次元モデルに投影・混合することでテクスチャ選択のための計算量を削減する。実際に、従来のVDTMと比較し100倍程度の速度で自由視点合成画像を生成可能であることが実験により確認された。本研究課題「四次元時空間を移動可能な自由視点画像生成」の根幹をなす研究要素は、拡張現実感、イメージベースドレンダリング、リライティングである。

これらのうち、今年度はイメージベースドレンダリングを用いた拡張現実感技術についての研究に取り組み、現在までに一定の成果を見せている。具体的に、本研究課題に関連して査読付き論文誌論文1件および査読付き国際会議発表3件を発表した。2年間の本研究課題のうち、2年目にあたる次年度は、イメージベースドレンダリング、リライティングおよび最新のコンピュータグラフィックス技術を総合的に用い、風景の日時や季節変化を実現する自由視点画像生成に主眼をおき研究を遂行する。イメージベースドレンダリングおよびリライティングについて、当該分野において世界有数の実績およびノウハウを持つ研究グループであるREVES, Sophia Antipolis, INRIAに1年間在籍し研究者としての経験を積むとともに、様々な環境・ユーザを対象とした手法およびシステムを構築し実験を行う。得られた成果を最高峰の国際会議や英文誌論文に投稿し、採録されることを目標とした質の高い研究を遂行する。