hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ベクトル場のホモクリニック軌道の大域的分岐の研究

本研究で得られた成果は以下のとおりである.(1)Conley indexと呼ばれる力学系の位相的な不変量に関して,connecting orbitの分岐の研究に重要な役割を果たすtransition matrixを多重パラメータの族の場合へ拡張した.またConley indexの理論をslow-fast systemsと呼ばれるある種の特異摂動的ベクトル場に対して構築するための第一歩としてslow manifoldがnormally hyperbolicで一次元である場合について周期軌道やヘテロクリニック軌道の存在を示す位相的・代数的な条件を見い出した.(2)ベクトル場のある余次元3の退化特異点からある種のheteroclinic cycleが分岐によって出現することを示した。このことから特にこの特異点からカオス的アトラクタが分岐することも証明できた。(3)同軸2円筒間を充たす流体の運動について,両円筒が同じ向きにまわる時と,逆向きにまわる時について,平衡解(Couette流)の安定性を数値的に調べた.常微分方程式系に帰着される場合なので,計算機援用証明法が適用できる,その結果,臨界Taylor数を確定でき,局所分岐理論が使えて,いわゆるTaylor渦(定常分岐)と周期解分岐(ある場合には,wavy Taylor渦)の存在が厳密に証明された.(4)カオス的振舞いをする振動子を結合させたシステムで,結合の強さとカオスの強さが拮抗する状態では,数個のクラスターに分かれた状態があたかも安定であるかのようにしばらく続くが,やがて不安定化し,全くばらけた状態となることを繰り返す.このような準安定な状態間をカオスを経由して遷移する現象は,金子,津田,池田らによって「カオス的遍歴」と名づけられた.この研究では大域結合写像(GCM)における「カオス的遍歴」の発生機構を研究した.GCMは対称群の作用に対して不変であることから不変部分空間の階層構造を決定し,それを用いてGCMにおける「カオス的遍歴」は,低次元不変部分空間上で補空間方向に安定なカオスアトラクタが補空間方向に不安定なアトラクタ内部でクライシスを起すことによって生じることを示した.本研究で得られた成果は以下のとおりである.(1)Conley indexと呼ばれる力学系の位相的な不変量に関して,connecting orbitの分岐の研究に重要な役割を果たすtransition matrixを多重パラメータの族の場合へ拡張した.またConley indexの理論をslow-fast systemsと呼ばれるある種の特異摂動的ベクトル場に対して構築するための第一歩としてslow manifoldがnormally hyperbolicで一次元である場合について周期軌道やヘテロクリニック軌道の存在を示す位相的・代数的な条件を見い出した.(2)ベクトル場のある余次元3の退化特異点からある種のheteroclinic cycleが分岐によって出現することを示した。(3)同軸2円筒間を充たす流体の運動について,両円筒が同じ向きにまわる時と,逆向きにまわる時について,平衡解(Couette流)の安定性を数値的に調べた.常微分方程式系に帰着される場合なので,計算機援用証明法が適用できる,その結果,臨界Taylor数を確定でき,局所分岐理論が使えて,いわゆるTaylor渦(定常分岐)と周期解分岐(ある場合には,wavy Taylor渦)の存在が厳密に証明された.(4)カオス的振舞いをする振動子を結合させたシステムで,結合の強さとカオスの強さが拮抗する状態では,数個のクラスターに分かれた状態があたかも安定であるかのようにしばらく続くが,やがて不安定化し,全くばらけた状態となることを繰り返す.このような準安定な状態間をカオスを経由して遷移する現象は,金子,津田,池田らによって「カオス的遍歴」と名づけられた.この研究では大域結合写像(GCM)における「カオス的遍歴」の発生機構を研究した.GCMは対称群の作用に対して不変であることから不変部分空間の階層構造を決定し,それを用いてGCMにおける「カオス的遍歴」は,低次元不変部分空間上で補空間方向に安定なカオスアトラクタが補空間方向に不安定なアトラクタ内部でクライシスを起すことによって生じることを示した.本年度の研究実績は以下のとおりである.(1)力学系のホモ/ヘテロクリニック軌道の分岐の研究:ベクトル場の定める力学系のホモクリニック軌道や複数のへテロクリニック軌道のなすループは,それ自体構造不安定でベクトル場の微小な摂動により崩壊し,それに代わって力学系はいわゆるカオスを含む様々な複雑な挙動を示す.特に退化したホモクリニック軌道がその管状近傍内を2周するホモクリニック軌道に変化する,いわゆるホモクリニック倍分岐が,無限回引き続いて起こり集積する現象がベクトル場の2パラメータ族で摂動に関して安定に起こり得ることの数学的な証明を完成させた.またこれに関連して,ある余次元3の退化特異点からある種のヘテロクリニックサイクルが分岐によって出現することを示した.これによってこの特異点からカオス的アトラクタが分岐することもわかる.(2)特異摂動的力学系の大域的構造の研究:Conley indexの理論をslow-fast systemsと呼ばれるある種の特異摂動的ベクトル場に対して構築することを目指し,まずその第一歩としてslow manifoldがnormally hyperbolicで1次元である場合について扱った.具体的には,そのような力学系における周期軌道やconnecting orbitの存在を示す位相的・代数的な条件を見い出した.(3)流体方程式系の解空間の構造を解析するための計算機援用証明法の研究開発:

水平な容器Gこ入れられた液体を下から一様に加熱する時の流体の熱対流(Raylcigh-Benard問題)の解は,Rayleigh数が増加すると,平衡解から定常分岐・Hopf分岐によって,定常パターンの形成あるいは周期的振動現象を呈し,更にchaoticな挙動・乱流へと多様な振る舞いをする事が観察されている.その解析は,平衡解からの最初の分岐による定常パターンの生成のみが,分岐理論によって示されている.しかし,その分岐した解の分岐曲線を大域的に追跡する解析方法は,上下の境界平面上で最も簡単なStress freeの境界条件を持つBoussinesq方程式の場合にも,数学理論としては確立されていない.この場合について大域的に分岐曲線を追跡し,解空間の大域的な分岐構造を解明するためにいかなる解析的基礎理論及び計算機援用証明法が必要かを研究し始め,パラメーターの値に対応した解の存在を保証する判定法を提出した.本年度の研究実績は以下のとおりである.(1)Conley indexと呼ばれる力学系の孤立不変集合に対する位相的な不変量とその応用に関するものであり、connecting orbitの分岐を調べる際に重要な役割を果たすtransition matrixを多重パラメータの族の場合へ拡張した.それによって従来の余次元1の分岐だけでなく,より退化した分岐も取り扱えるようになると期待される.(2)解析的な方法を用いた方法では,分岐についてのより精密な情報が得られる.このような方向での成果として,ベクトル場の退化特異点からの分岐に関して研究した.特異点の退化の度合いが大きくなるにつれてそこから分岐する力学系の振舞いはより複雑かつより大域的な現象が見られるようになる.この論文ではある余次元3の退化特異点からある種のheteroclinic cycleが分岐によって出現することを示した.特にこの特異点からカオス的アトラクタが分岐することもわかる.(3)カオス的振舞いをする振動子を結合させたシステムでは,結合の強さとカオスの強さとの釣り合いによって異なる相に分類されることが知られている.結合の強さとカオスの強さが拮抗する状態では,数個のクラスターに分かれた状態があたかも安定であるかのようにしばらく続くが,やがて不安定化し,全くばらけた状態となる.ところが,突然再び,最初とは異なるクラスターに分かれ,しばらくこの状態が続くが,やがてまた不安定化する.準安定な状態間をカオスを経由して遷移する現象は,金子,津田,池田らによって「カオス的遍歴」と名づけられた.この研究では大域結合写像(Globally Coupled Map,GCM)における「カオス的遍歴」の発生機構を研究した。GCMは対称群の作用に対して不変であり、このことから不分部分空間の階層構造を決定した.さらに,GCMにおける「カオス的遍歴」は,低次元不変部分空間上で,補空間方向に安定なカオスアトラクタが,補空間方向に不安定なアトラクタ内部でクライシスを起こすことによって生じることを明らかにした.
腹腔鏡下手術支援用器械出しナースロボットの開発

SNR3号機の設計・開発昨年度までに開発したSNR2号機の動作検証を元に,より円滑な器具の提供を目指して,新たにSNR3号機を設計した.本ロボットは器具が整頓保持されているツールチェンジャと,器具を差し出すアームが一体化したコンパクト設計である.1)アームの設計・開発今回開発したアームは,執刀医が次に使用する器具をトロカールカニューレ入口にあわせることで,5mmというカニューレ内に器具を挿入する手間のかかる作業を支援する役割をなす.これにより手術の進行がよりスムーズに行われることが期待される.アームは全6自由度を有しているが,この内,器具先端の位置決めに使用されているのは4自由度であり,容易な制御方式を可能としている.材料面からの工夫として,アームのメインシャフトとなる材料にはステンレスではなく,軽量なカーボンを使用することで駆動用アクチュエータの大型化を防ぎ,アーム全体がコンパクトになるようにした.また,着脱されるアームには清潔性を考慮し,オイルベアリング,ギヤ等のパーツは用いず,すべて無給油のパーツで構成されている.2)アームの制御今回開発したSNR3号機は前述のとおり,患者の腹部に取付けられているトロカールカニューレ入口への器具先端位置合わせを支援する.しかしながらカニューレの3次元座標は,ベッドの昇降・傾斜角度,患者の体内状況の変化により,常に異なる位置をとる.そのためある特定の座標に位置合わせをするといったオープンループ制御は適さない.そこで3次元位置計測装置として,Micron Tracker2を用いたフィードバック制御を試みた.計測用マーカはカニューレ入口,アーム,器具,そしてロボット本体に計4個設置している.これによりアームは器具を差し出す度に変化するカニューレ入口に対して器具先端を合わせ,器具挿入を支援する.現在精度向上に向けた改良を行っている.一昨年度開発したSNR2号機の動作検証を模擬手術室で行った.検証項目は器具交換に要した時間である.執刀医の代役である学生とSNR2号機間の交換時間と,実際の手術室における器具交換時間を比較によってSNR2号機の機能評価を行った.その結果,SNRの方が人間の器械出し看護師よりもすばやく安定した器具提供が可能であることが判った.2.SNR2号機の機器改良1.の項目で示した評価において,使用済器具は器具台上に返却された後,人の手で回収され再度ロボットに持ち直されていた.そこで執刀医以外の人間がシステム内に介入することなく機能することを目的とした,ツールチェンジャの製作を行った.3.SMR3号機の設計SMR3号機では,・器具交換時間の更なる短縮化・アーム部パーツ類の無給油化・器具の滅菌,清潔維持対策・使用前のシステムセッティングの円滑化を目的とし,実際の手術環境で使用されるための条件を満たすための設計を行った.本システムではまず,執刀医に色のついたマーカを貼り付け,4つのカメラにて各マーカの3次元位置座標を計測する.次に執刀医の器具交換動作判別アルゴリズムが,得られた座標をパラメータとして執刀医の動作を特定する.同時にこれはSNRの駆動トリガとなり,SNRは執刀医の動きに合せて器具を授受する.これにより音声認識システムを介することなく,SNRが執刀医の動作に適応して動作することが可能になった.5.手術器具認識システムSNRが手術進行に応じて適時適切な手術器具を提供できるようにするために,レーザーエッジング等にて器具表面上に加工を施したコードを読み取り,器具の種類を判別するシステムの基本設計を行った.SNR3号機の設計・開発昨年度までに開発したSNR2号機の動作検証を元に,より円滑な器具の提供を目指して,新たにSNR3号機を設計した.本ロボットは器具が整頓保持されているツールチェンジャと,器具を差し出すアームが一体化したコンパクト設計である.1)アームの設計・開発今回開発したアームは,執刀医が次に使用する器具をトロカールカニューレ入口にあわせることで,5mmというカニューレ内に器具を挿入する手間のかかる作業を支援する役割をなす.これにより手術の進行がよりスムーズに行われることが期待される.アームは全6自由度を有しているが,この内,器具先端の位置決めに使用されているのは4自由度であり,容易な制御方式を可能としている.材料面からの工夫として,アームのメインシャフトとなる材料にはステンレスではなく,軽量なカーボンを使用することで駆動用アクチュエータの大型化を防ぎ,アーム全体がコンパクトになるようにした.また,着脱されるアームには清潔性を考慮し,オイルベアリング,ギヤ等のパーツは用いず,すべて無給油のパーツで構成されている.2)アームの制御今回開発したSNR3号機は前述のとおり,患者の腹部に取付けられているトロカールカニューレ入口への器具先端位置合わせを支援する.しかしながらカニューレの3次元座標は,ベッドの昇降・傾斜角度,患者の体内状況の変化により,常に異なる位置をとる.そのためある特定の座標に位置合わせをするといったオープンループ制御は適さない.そこで3次元位置計測装置として,Micron Tracker2を用いたフィードバック制御を試みた.計測用マーカはカニューレ入口,アーム,器具,そしてロボット本体に計4個設置している.これによりアームは器具を差し出す度に変化するカニューレ入口に対して器具先端を合わせ,器具挿入を支援する.現在精度向上に向けた改良を行っている.
脳海馬長期増強誘導,維持の分子機構に関する研究

ヒトの学習や記憶が形成されていく過程に,脳内での物質の変化が伴っていることは想像に難くない。その機作は,一時考えられていたような,特定のRNAや蛋白質,ペプチドの新生に帰する試みはあまり成功ではなかった。現在の有力な作業仮説は,シナプス伝達効率の持続的増強に存すると思われる。シナプスを一定刺激後,数分続く短期と,数時間から数日,時に数週間にわたる長期の増強が形成される。とくに,海馬CA1領域に観察される長期増強(LTP)は動物の学習,記憶の基本モデルと考えられている。LTP誘導の分子機構は,前シナプスニューロンから放出されたグルタミン酸が後シナプスニューロンシナプス膜に存在するNMDA受容体を刺激し,Ca^<2+>流入を起こし,上昇したCa^<2+>によってCaMキナーゼII活性化反応が惹起されることによると考えられている。本研究では,LTP誘導における分子機構をさらに分析する目的で,CaMキナーゼII,mitogen-activated protein kinase(MAPキナーゼ)活性化反応の関与を調べた。1)a)LTP誘導時,カリクリンA感受性プロテインホスファターゼ(PP2A)活性が減少し,Mg^<2+>依存性プロテインホスファターゼ(PP2C)活性は不変であった。b)PP2A調節サブユニットに対する特異的抗体を用いて調べると,55-kDa蛋白質は,PP2A調節サブユニットの一つであるB'αであることがわかった。2)a)LTP誘導時に,CaMキナーゼIIとMAPキナーゼ活性化反応を観察した。b)カルミダゾリウムを投与すると,LTP誘導およびCaMキナーゼII活性化反応は抑制され,MAPキナーゼ活性化反応は阻害されなかった。以上の結果は,LTP誘導には,CaMキナーゼII活性化反応が相関し,MAPキナーゼ活性化反応が相関しないことを示している。
核形成位置制御法によるグラフェン素子の作製とインフルエンザウイルスの高感度検出

本研究では、糖鎖プローブをグラフェン上に修飾し、インフルエンザウイルス高感度検出を試みた。まず、核形成位置制御法により高性能デバイスを作製した。これは、マイクロパターンを形成させ、その内に形成される核密度を制御しグラフェンの結晶性を向上させる。その結果、移動度が数倍向上することが分かった。次に、インフルエンザウイルスの代わりに、ヒト・鳥型糖鎖それぞれに特異的な結合を示すニホンニワトコレクチンとイヌエンジュレクチンの検出を行った。グラフェンに糖鎖を修飾することにより、高感度に特異的なレクチンの検出に成功した。以上より、糖鎖修飾グラフェンデバイスは、インフルエンザウイルスを高感度検出に有効である。本研究は、第1に核形成位置制御法による高性能グラフェンデバイスのアレイ構造を作製する。これは、結晶粒界を有しないグラフェンチャネルを合成することにより高性能デバイスを作製するである。次に、糖鎖プローブをグラフェンチャネル上に修飾することにより、インフルエンザウイルス高感度検出システムを創生することである。化学気相成長(CVD)法を用いたグラフェン成長は、大面積化が可能なため、産業応用の基盤技術として期待されている。しかしながら、CVDグラフェンをデバイス化するには、ドライエッチングなどによる成型が必要であり、これに伴うグラフェンの損傷や汚染が懸念される。またCVDグラフェンは多結晶となることが多く、グレインバウンダリによりグラフェンの伝達特性が劣化する。本年度は核形成位置制御法によるグラフェンの位置選択的な成長を試みた。まず、フォトリソグラフィと酸化銅のウェットエッチングを用いて、300°Cで酸化した銅酸化層から金属銅が露出したマイクロパターンを作製した。エッチングにより金属銅が露出した領域にグラフェンが選択的に成長させることに成功した。パターンサイズを変化させることで、内部にある結晶数の制御も可能になると考えられる。本手法により、エッチングプロセスフリーなグラフェンデバイス作製や結晶数制御による伝達特性の向上などを通じ、CVDグラフェンの応用性がさらに高まると期待できる。フォトリソグラフィと酸化銅のウェットエッチングを用いて、酸化した銅酸化層から金属銅が露出したマイクロパターンを作製し、エッチングにより金属銅が露出した領域にグラフェンが選択的に成長させることに成功している。そのため、おおむね順調であると思われる。前年度は、フォトリソグラフィと酸化銅のウェットエッチングを用いて、300°Cで酸化した銅酸化層から金属銅が露出したマイクロパターンを作製する事により、核形成位置制御法を用いてグラフェンの位置選択的な成長を行うことが可能となった。しかしながら、パターン内には結晶核が多く、結晶バウンダリーが多数存在するため、結晶性が良好ではない。そのため、パターンサイズを変化させることで、内部にある結晶数の制御を試みた。パターンサイズを200から5ミクロンまで変化させると、パターン内の結晶数が減少し、75ミクロンパターン内では結晶数が一個程度になることが明らかになった。グラフェンデバイスを用いて、ウイルスを検出する為には、グラフェン表面を糖鎖アレイで修飾する必要がある。そのため、1ピレンブタン酸スクシンイミジルエステルを用いて糖鎖プローブをグラフェンへ結合可能な誘導体化を行い、アプタマーや抗体と同様にアミド結合で糖鎖プローブをグラフェン表面へ修飾するプロセスを開発した。その結果、検出選択性を示すヒト型および鳥型プローブ糖鎖修飾グラフェンを作成可能であることを示した。銅酸化層から金属銅が露出したマイクロパターンを作製する事により、核形成位置制御法を用いてグラフェンの位置選択的な成長を行うことが可能となった。次に、そのパターンサイズを変化させることで、内部にある結晶数の制御を行う事ができた。さらに、1ピレンブタン酸スクシンイミジルエステルを用いて糖鎖プローブをグラフェンへ結合可能な誘導体化を行い、アプタマーや抗体と同様にアミド結合で糖鎖プローブをグラフェン表面へ修飾するプロセスを開発した。前年度までは、銅酸化層から金属銅が露出したマイクロパターンのサイズを変化することにより、パターン内では結晶数が一個程度に制御することが可能になった。本年度は、成長時間を増加させることにより、グラフェンの面積をデバイスのチャネル程度に増加させた。そのラマンマッピングを測定することにより、結晶核の部分の構造が明らかになった。さらに、得られたグラフェンの電気測定を行った。核形成位置制御法を用いることにより、移動度が数倍向上することが明らかになった。前年度は、1ピレンブタン酸スクシンイミジルエステルを用いて糖鎖プローブをグラフェンへ結合可能な誘導体化を行い、アミド結合で糖鎖プローブをグラフェン表面へ修飾するプロセスを開発した。インフルエンザウイルスの検出の予備実験として、シアロ糖鎖と特異的な結合を示すタンパク質であるレクチンを用いた。

ヒト型糖鎖修飾グラフェンでは特異的な結合を示すニホンニワトコレクチンにおいてラングミュアの吸着等温式にフィットされる大きなドレイン電流の変化が生じたが、非特異的なタンパク質においては小さなドレイン電流変化であった。一方、鳥型糖鎖修飾グラフェンにおいても同様に特異的なイヌエンジュレクチンにのみドレイン電流の大きな変化が見られた。以上の結果より、糖鎖修飾グラフェンデバイスは選択性を有しており、ヒト感染能力を得た鳥インフルエンザウイルスを検出できる能力を有していることを示している。本研究では、糖鎖プローブをグラフェン上に修飾し、インフルエンザウイルス高感度検出を試みた。まず、核形成位置制御法により高性能デバイスを作製した。これは、マイクロパターンを形成させ、その内に形成される核密度を制御しグラフェンの結晶性を向上させる。その結果、移動度が数倍向上することが分かった。次に、インフルエンザウイルスの代わりに、ヒト・鳥型糖鎖それぞれに特異的な結合を示すニホンニワトコレクチンとイヌエンジュレクチンの検出を行った。グラフェンに糖鎖を修飾することにより、高感度に特異的なレクチンの検出に成功した。以上より、糖鎖修飾グラフェンデバイスは、インフルエンザウイルスを高感度検出に有効である。今後は、核形成位置制御法で合成したグラフェンを用いて、ヒト及び鳥型糖鎖プローブ修飾グラフェンFETを作製し、インフルエンザウイルスの検出の予備実験を行う。今後は、グラフェン成長時間を増加させることにより、グラフェンの面積をデバイスのチャネル程度に増加させ、その膜をラマン散乱分光および電気的測定を行う。さらに、シアロ糖鎖と特異的な結合を示すタンパク質であるレクチンを用いて、ヒト型および鳥型プローブ糖鎖修飾グラフェンを作製し、検出選択性を検討する。29年度が最終年度であるため、記入しない。半導体物性29年度が最終年度であるため、記入しない。
第一世代星の自転磁場重力崩壊とニュートリノ・重力波の放出

140億年の宇宙の歴史の中で、最初に天体が生まれたのは、宇宙誕生から1億年の頃だったと考えられている。すばるなどの大型望遠鏡による最近の観測で、宇宙誕生から10億年頃の宇宙の様子がとらえられるようになってきた。そこでは、すでに銀河が誕生していることが分かっている。一方、宇宙背景放射から知ることのできる宇宙年齢40万年頃の宇宙は、温度は高いが物質は極めて一様であり、天体のような構造は存在しない。したがって、宇宙年齢40万年から1億年の時代に宇宙で最初の天体(第一世代星)が形成されたということになる。本研究員はこのような第一世代星の末期の瞬間である重力崩壊について研究を進めている。第一世代星は現在の天体と比べて非常に質量が大きかったということが示唆されている。このことによって、第一世代星の進化は通常の星と大きく異なるということが分かっており、特に進化の最終段階である重力崩壊は、その巨大な質量により非常に激しいものとなることが予想される。しかしながら、その重力崩壊の際にどのような現象が起こるのかはあまり調べられてこなかった。特に、21世紀になって注目を浴びている重力崩壊における多次元の効果を取り入れている研究は皆無と言ってよく、第一世代星の重力崩壊はこれまで分かっていることはほとんどないと言って過言ではなかった。今年度は特に、第一世代星が起こす高エネルギー天体現象に着目して研究を行った。具体的には、ガンマ線バーストの観測可能性を検証した。初代星はその最期にガンマ線バーストと呼ばれる爆発現象を起こすことが期待されているが、そういったガンマ線バーストが起こった際に重力波ではどのように観測されるのか、を計算し、将来観測計画での観測可能性を検討した(論文[1])。また、数値シミュレーションを用いて、初代星が起こしうる超新星爆発の研究も進めた。本研究員このような第一世代星の末期の瞬間である重力崩壊についシミュレーションを用いて研究を進めている。第一世代星は現在の天体と比べて非常に質量が天きかったということが示唆されている。以上のような状況の中で本研究員は第一世代星の重力崩壊について多次元で磁場まで含んだ計算を世界で初めて行った(論文[1])。この計算の結果として、通常の星に比べて巨大な質量をもつためにブラックホールに崩壊するのみだと考えられていた第一世代星であっても、初期に大きな磁場を持っていればジェット状の爆発を起こし、星の外に質量を放出することが可能であることが示された。これは、外部に重元素を撒き散らすことに対応し、その後の宇宙の進化史に大きく影響を与えうることを示唆している。さらに、形成されるブラックホールの質量が回転や磁場の大きさにどう影響を受けるのかを明らかにした。次に員は第一星が重力崩壊のに放出するのを計算し、個々の天体から重力波を合計した背景重力波をスペクトルを見積もった(論文[2])。その結果、第一世代星からの背景重力波は将来計画されている重力波干渉計(DECIGO,BBO)によって観測が可能であることを示した。これによって、宇宙初期の天体形成を探る天文学が重力波を用いることによって可能であることを示唆することができた。本研究員はこのような第一世代星の末期の瞬間である重力崩壊について数値シミュレーションを用いて研究を進めている。

特に、21世紀になって注目を浴びている重力崩壊における多次元の効果を取り入れている研究は皆無と言ってよく、第一世代星の重力崩壊はこれまで分かっていることはほとんどないと言って過言ではなかった。そのような背景の中、今年度は第一世代星の重力崩壊のシミュレーションの結果を用い、そのニュートリノ放射について調べた。その結果、初期に持つ回転が大きいほどニュートリノ光度も平均エネルギーも大きくなることを明らかにした。また、背景ニュートリノへの寄与を定量的に見積もり、第一世代星の寄与が他の天体に比べ非常に大きくなるエネルギー帯域が存在しうることを示した(論文[1]など)。また、背景ニュートリノの観測を用いて第一世代星の情報に加え、その星形成史にも制限を加えることが可能であることを示すことができた。140億年の宇宙の歴史の中で、最初に天体が生まれたのは、宇宙誕生から1億年の頃だったと考えられている。すばるなどの大型望遠鏡による最近の観測で、宇宙誕生から10億年頃の宇宙の様子がとらえられるようになってきた。そこでは、すでに銀河が誕生していることが分かっている。一方、宇宙背景放射から知ることのできる宇宙年齢40万年頃の宇宙は、温度は高いが物質は極めて一様であり、天体のような構造は存在しない。したがって、宇宙年齢40万年から1億年の時代に宇宙で最初の天体(第一世代星)が形成されたということになる。本研究員はこのような第一世代星の末期の瞬間である重力崩壊について研究を進めている。第一世代星は現在の天体と比べて非常に質量が大きかったということが示唆されている。このことによって、第一世代星の進化は通常の星と大きく異なるということが分かっており、特に進化の最終段階である重力崩壊は、その巨大な質量により非常に激しいものとなることが予想される。しかしながら、その重力崩壊の際にどのような現象が起こるのかはあまり調べられてこなかった。今年度は特に、第一世代星が起こす高エネルギー天体現象に着目して研究を行った。具体的には、ガンマ線バーストの観測可能性を検証した。初代星はその最期にガンマ線バーストと呼ばれる爆発現象を起こすことが期待されているが、そういったガンマ線バーストが起こった際に重力波ではどのように観測されるのか、を計算し、将来観測計画での観測可能性を検討した(論文[1])。また、数値シミュレーションを用いて、初代星が起こしうる超新星爆発の研究も進めた。
廃水処理汚泥等の再生利用に係る衛生的安全性確保に関する検討

近年、従来の病原性微生物とは異なる病原体により引き起こされる新興感染症、例えば、大腸菌O-157などの病原性細菌、ノロウイルスやE型肝炎ウイルス等の病原性ウイルス、Cryptosporidiumなどの病原性原生動物の問題が国内外において多発している。上・下水は先進的技術や設備により処理されるようになってきたが、これら新興感染症による上・下水の汚染の問題が報告され、これらの病原微生物に対する水質および汚泥等の衛生的安全性を確保する手法の確立が急務となっている。我々は下水およびその処理汚泥中における病原微生物の挙動に関して、糞便と共に下水に放出される腸内ウイルスが下水処理に用いられる活性汚泥に吸着、蓄積することを示してきた。本研究では、その吸着メカニズムに検討を加え、静電相互作用が大きな役割を果たしていることを示し、塩濃度やpHの変化により腸内ウイルスが活性汚泥より放出されるメカニズムを示した。また、廃水処理に関して先進的技術や設備が未だ完備していない国、地域でノロウイルスについて調査を行った。微生物と界面との非特異的吸着への疎水性相互作用の関与について、Rhodococcus属細菌をモデルとして検討を加えた。同属細菌の活性汚泥への吸着には主に疎水性相互作用が関与していること、同属の生産する細胞外多糖(EPS)が細胞表面疎水性を減少させ、活性汚泥をはじめとした各種界面への吸着を減少させることを示した。さらに、これらEPSは吸湿保水作用ならびに増粘作用があることも示し、微生物の環境中での挙動に与える影響について検討した。更に、Rhodococcus sp.33株が生産するEPSの組成を明らかにし、同EPSがベンゼンなどの有機溶媒に対する耐性に関与することを示し、同EPSが微生物の環境中での挙動に与える影響についても検討を加えた。近年、上・下水は先進的技術や設備により処理されるようになってきたが、大腸菌O-157、Helicobacter pylori、Cryptosporidium、腸内ウイルス、AあるいはE型肝炎ウイルス等の病原性を持つ細菌、原生動物やウイルスによる汚染の問題が国内外において報告され、これらの病原微生物に対する水質および汚泥等の衛生的安全性を確保する手法の確立が急務となっている。本研究では、特に、下水およびその処理汚泥中におけるこれら病原微生物の挙動を解析すると共に、その挙動に大きな影響を与える微生物と界面の間の非特異的吸着のメカニズムについて検討を加えた。下水およびその処理汚泥中における病原微生物の挙動に関して、これまでに、糞便と共に下水に放出される腸内ウイルスが下水処理に用いられる活性汚泥に吸着、蓄積することを示してきた。本年度はその吸着メカニズムに検討を加え、静電相互作用が大きな役割を果たしていることを示し、塩濃度やpHの変化により腸内ウイルスが活性汚泥より放出されるメカニズムを示した。微生物と界面との非特異的吸着への疎水性相互作用の関与についてRhodococcus属細菌をモデルとして検討を加えた。さらに、これらEPSは保水作用ならびに増粘作用があることも示し、これらEPSが微生物の環境中での挙動に与える影響について検討を加えた。

上・下水は先進的技術や設備により処理されるようになってきたが、これら新興感染症による上・下水の汚染の問題が報告され、これらの病原微生物に対する水質および汚泥等の衛生的安全性を確保する手法の確立が急務となっている。本研究では、特に、下水およびその処理汚泥中におけるこれら病原微生物の挙動を解析すると共に、その挙動に大きな影響を与える微生物と界面の間の非特異的吸着のメカニズムについて検討を加えた。また、廃水処理に関して先進的技術や設備が未だ完備していない国、地域でノロウイルスについて調査を行った。微生物と界面との非特異的吸着への疎水性相互作用の関与について前年度に引き続きRhodococcus属細菌をモデルとして検討を加えた。同属の生産する細胞外多糖(EPS)が細胞表面疎水性を減少させ、活性汚泥をはじめとした各種界面への吸着を減少させることを前年度示したのに続き、本年度は、Rhodococcus sp.33株が生産するEPSの組成を明らかにし、同EPSが有機溶媒特にベンゼンに対する耐性に関与することを示し、同EPSが微生物の環境中での挙動に与える影響についても検討を加えた。
圧縮センシングに基づく超高次元非線形写像の機械学習に関する研究

前年度に設計した超高次元非線形写像の効率的な機械学習「圧縮ELM」の性能に関する考察を踏まえて、今年度は入出力データの数値的なスパースモデリングおよびアンサンブル学習による非線形写像の学習の効率と汎化性の向上に取り組んだ。数値的なスパースモデリングは、大量のデータを基底学習することで達成され、フーリエやウェーブレットのような解析的な基底でスパース表現できるとは限らないデータに対してもスパース再構成を可能にする。本研究では、計算量が現実的ではない超高次元データの基底学習を避けるため、低次元化したデータの基底学習を通して超高次元データを再構成する方法を設計した。また、アンサンブル学習を実現するため、圧縮ELMで構築した複数の弱予測器の出力を組み合わせて高次元出力のスパース再構成を改善する統合法について検討した。これらの成果および電磁波逆散乱問題への応用における性能評価を研究会・シンポジウム等で発表した。また、スパースモデリングに関する招待講演等を通してアウトリーチ活動に努めた。27年度が最終年度であるため、記入しない。画像や時系列信号等、高次元データを処理するシステムの設計や同定が困難であるとき、処理前後のデータや、システムの入出力の高次元データの大量の事例を基に、システムを自動的かつ効率的に構築する仕組みを実現したい。本研究では、まずこれを超高次元非線形写像の機械学習として具体化した。基本的な着想は、非線形写像の入出力データをそれぞれ低次元化し、低次元非線形写像の機械学習に置き換えることである。既存手法のExtreme Learning Machine(ELM)を高次元非線形写像の機械学習に適用することを考えたとき、高次元入力データをランダム射影で低次元化し、非線形活性化処理の後、高次元出力データへ線形回帰していると解釈できる。この既存手法が非現実的である原因は、ランダム行列を用いたランダム射影と、高次元データへの線形回帰にある。提案手法「圧縮ELM」は、ランダム行列を必要としない高効率ランダム射影を導入して入出力データ双方を低次元化し、圧縮センシングに基づく出力データのスパース再構成によって既存手法の問題を克服した。当該年度では、提案手法についてアルゴリズムの設計と実装、および計算量や汎化性等の基本的な性能評価を実施した。また、「圧縮ELM」を信号処理に関する研究会と国際会議で発表した。更に、逆問題ソルバの機械学習を提案手法で構築すると、時間領域電磁波逆散乱問題の求解に応用できる可能性を見出した。以上を、当該新学術領域の公開シンポジウムにて発表した。当該年度は、超高次元非線形写像の効率的な機械学習アルゴリズムを設計・実装し、基本的な性能を評価すること、および実用性を検証できる応用について調査を始める計画であった。設計・実装の計画は達成されている。ランダム射影のアンサンブルを利用した精度向上については未検証であるものの、評価実験で基本的な性能を検証することは達成できている。また、非破壊検査等への実用性を期待できる電磁波逆散乱問題への応用を見込めることを発見している。平成26年度に設計した学習アルゴリズムに、入出力データのスパースモデリングを導入する。低次元化した訓練データの辞書学習によって数値的にスパースモデルを作成することで、莫大な計算量を要する高次元データのスパースモデリングを避けつつ、出力の高次元データを再構成する方法を考案する。また、入出力データをそれぞれスパース表現することで、少数の構成要素で入出力データを説明する変数を得て、入出力間の説明変数の対応づけを可能にする。新たな入出力の訓練データが追加されたときに学習済みの非線形写像を更新するアルゴリズムを設計する。これにより、時系列データを訓練データに使用可能にする。また、バッチ処理が困難な大規模データをオンライン学習することで、より複雑な非線形写像の機械学習の実現を目指す。更に、写像に利用しているニューラルネットワークの多層化を検討する。機械学習に基づくデータ駆動型の逆問題解法を提案する。結果から原因を推定する非線形写像を学習するため、順モデルを用いた数値シミュレーションで大量の訓練データを生成する。非破壊検査を想定した電磁波逆散乱問題で性能を評価する。
ガンマ線を用いたパルサーの放射機構及び銀河中心ブラックホール近傍の空間構造の研究

パルサーからの観測データを用いてパルサー周囲の電磁場構造と放射領域への制限を行うこと、また同時に銀河中心ブラックホールの周りのガスの空間構造に対して制限を行うことを目的として、以下のとおり実施した。(1)前年度の研究成果として、パルサー周囲の磁場構造は真空とした近似では妥当でなく、フォースフリー近似のもとでのシミュレーション結果とよく一致することを発見した。この応用として、パルサーから観測されるパルス放射はこの構造に大きく依存することから、パルスが観測可能なパルサーの幾何学パラメーターの範囲への修正を行った。その結果、これまでのおよそ2倍のパルサーが見つかることがわかり、このことはパルサーへの統計的性質の制限に対して重要である。また、光度曲線の振る舞いがこれまでのモデルで説明できないパルサーがみつかった。そこでこのパルサーの電磁場構造に対して地球に降り注ぐ電子・陽電子宇宙線の将来観測から制限できる可能性を指摘した。この他、パルサーより強い磁場を持つと考えられているマグネターの磁場構造に対し、ホール効果を考慮した磁場進化を計算することで調査を行い、双極磁場が小さいマグネターに対してこれまで考えられているトロイダル磁場ではなく、より高次のポロイダル磁場が効いている可能性を指摘した。(2)フレアのタイムスケールやスペクトルから放射領域に対する制限を行った結果、十分に強い制限は得られなかった。一方で、ブレーザーのGeV帯域にこれまで知られていないスペクトルの折れ曲がりが見つかった。また、近年ブラックホール近傍におけるダストの分布に対してより詳細なモデルが提案された。このモデルを利用してスペクトルの折れ曲がりに対する新たな解釈を与えて空間構造を制限できる可能性について、現時点では十分な結論には至っていないものの調査を進めている。パルサーから観測された光度曲線のデータを用いてパルサー外部の電磁場構造と放射領域への制限を行うこと、また同時に銀河中心ブラックホールの周りのガスの空間構造に対して制限を行うことを目的として、以下のとおり実施した。(1)パルサー外部の磁場構造に対して、従来の真空モデルからより現実的にそのずれを考慮したモデルへ改良を行った。このモデルを用いて観測される光度曲線との比較を行った結果、加速電場が外側に存在するアウターギャップモデルの枠組みではγ線だけでなくX線、可視光までの幅広い波長にわたる光度曲線が説明可能であることを明らかにした。また、磁場構造はフォースフリー近似のもとでのシミュレーション結果とよく一致することを発見した。よって今回の結果はフォースフリー近似に妥当性を与え、かつこのモデルの応用でさらに発展が期待でき、放射効率についての研究を現在推進している。(2)銀河中心ブラックホールと周りのガスの相互作用の結果として期待される、銀河中心ブラックホールの質量とそのホスト銀河の質量の相関関係に対する時間進化モデルを構築して遠方宇宙における両者の関係について、質量依存性を新たに考慮して解析を行った。その結果、赤方偏移1から現在まででは比較的質量の大きい銀河では質量の進化が起こっておらず、小さい銀河では銀河中心ブラックホールの成長が先行しているという質量依存の振る舞いを明らかにした。この結果を、空間非対称性を持つブレーザーに応用することで空間構造に制限を与える研究を現在進めている。
広塩性のイイダコからせまる水生動物に普遍的な体液浸透圧の調節機構

「研究の目的」従来、脊椎動物は体液浸透圧調節型、無脊椎動物は浸透圧順応型とされてきた。ところが申請者らは、繁殖のために降海するが通常は淡水に生息するモクズガニは、淡水(0ppt)中でも体液を自然海水(30ppt)の半分の約500mOsmに維持していることを見いだした。このとき、最後部の鯛のNa/K-ATPアーゼにより塩分を取り込んでいる可能性も示した。また塩濃度が変動する潮間帯のヒライソガニも、10ppt中では体液を約200mOsm高張に調節でき、後部の鯛のNa/K-ATPアーゼにより塩分吸収できることも示唆された。以上の低張環境における体液浸透圧の調節は、魚類など後口動物の脊椎動物の場合と同様である。しかし、この調節機構が無脊椎動物にも普遍的で、広塩性の動物で広く見られるかは不明である。そこで本研究においては、やはり塩濃度が変動する沿岸に生息する広塩性軟体動物のイイダコ(Octopus ocellatus)において解析する。無脊椎動物では、ほとんどの脊椎動物が持つオキシトシン族と抗利尿ホルモン等バソプレシン族の2種の"神経葉ホルモン"のうち1つずつしか各動物種で同定されていないが、この頭足類においてのみ2種が同定されている。よって、このホルモンファミリーの動物全体を通じた基本的な作用の検討にも発展する。また、イイダコは瀬戸内で重要な水産有用種である。不明の点が多い生息環境の解明にも繋がり、社会的にも意義深いと思われる。「研究計画・方法」イイダコは20ppt海水に移行後、1週間以上生存できることをみいだした。そこで、この適応過程における体液と尿の浸透圧、呼吸数、腎臓と8対の鰐葉のNa/K-ATPアーゼ活性を経時的に調べる。これらの解析法は全て確立している。すでに、20-ppt海水移行直後は体液浸透圧、呼吸数とも低下するが、1週間後には鯛のNa/K-ATPアーゼの活性化にともない、いずれも回復するという予備的な結果も得ている。さらに、鯉/腎臓におけるNa/K-ATPアーゼの局在を免疫組織化学で検討し、他の広塩性の動物との相違を考察する。
父性遺伝性を示すミトコンドリアプラスミドのブラシカ属内存在様式の解明

高等植物のミトコンドリアゲノムは、一般に母性遺伝性を示すことが、知られている。しかし、ナタネのミトコンドリアプラスミドは、ミトコンドリアゲノムが母性遺伝をするにもかかわらず、父親からも次代へ伝達される。本研究では、ナタネミトコンドリアプラスミドが示すこの特異な遺伝性の機構解明を目的として、ナタネ種内での交配による次代への伝達性及びナタネとナタネ以外のBrassica属物との交配による次代への伝達性を調査した。また、日本のナタネ品種の育種過程を追った系統解析を行い、プラスミドの伝達及び保持の状況、あるいは、プラスミドの起源を調査した。ナタネの種内交配あるいはナタネとB. rapa, B. junceaとの種間交配を行ったところ、種内のみでなく、種間交配においてもプラスミドの父親からの伝達が認められた。プラスミドの父性伝達率は種内交配で72.9%、種間交配では69.8%で、交配次世代への伝達には種内・種間で差がなかった。しかし、この解析の中で、父性伝達率が著しく低い交配組み合わせが見いだされた。これらの交配組み合わせについて、独立した交配の後代での父性伝達率を調べたところ、安定して低い伝達率が観察され、品種組み合わせによって、プラスミドの伝達が阻害される遺伝的要因を持っていることが示唆された。現在、これらの品種の伝達阻害についての遺伝性を検定しているところである。また、次代のミトコンドリアゲノムはすべて母親型を示し、プラスミドとゲノムの遺伝性はまったく異なることが確認された。日本品種の系統解析の結果、ミトコンドリアプラスミドを持つ品種はすべてナタネとB. rapaとの種間交配に由来しており、プラスミドはすべてB. rapaに起源し、育種の過程でナタネへ持ち込まれたものと推測された。また、両親にプラスミドがあるにもかかわらず、後代品種がプラスミドを持たない場合、あるいは父親がプラスミドをもちながら、後代品種がプラスミドを持たない場合も観察された。交配実験での高い伝達率と、後代品種でのプラスミドの保持・不保持の例とを考え合わせると、プラスミドの遺伝性は、次代植物体への花粉からのプラスミドの伝達と、その後代系統におけるプラスミドの維持という二つの因子から構成されており、特に後者には、核あるいはミトコンドリアゲノムの関与があるものと示唆された高等植物のミトコンドリアゲノムは、一般に母性遺伝性を示すことが、知られている。交配実験での高い伝達率と、後代品種でのプラスミドの保持・不保持の例とを考え合わせると、プラスミドの遺伝性は、次代植物体への花粉からのプラスミドの伝達と、その後代系統におけるプラスミドの維持という二つの因子から構成されており、特に後者には、核あるいはミトコンドリアゲノムの関与があるものと示唆された高等植物のミトコンドリアゲノムは、一般に母性遺伝性を示すことが、ナタネのミトコンドリアプラスミドは、ミトコンドリアゲノムは母性遺伝をするにもかかわらず、父親からも次代へ伝達される。本研究では、ナタネミトコンドリアプラスミドが示すこの特異な遺伝性の機構解明を目的として、ナタネ種内での交配による次代への伝達性及びナタネとナタネ以外のBrassica属植物との交配による次代への伝達性を調査した。

また、日本のナタネ品種の育種過程を追った系統解析を行い、プラスミドの伝達及び保持の状況、あるいは、プラスミドの起源を調査した。ナタネの種内交配あるいはナタネとB.rapa, B.junceaとの種間交配を行ったところ、種内のみでなく、種間交配においてもプラスミドの父親からの伝達が認められた。プラスミドの父性伝達率は種内交配で72.9%、種間交配では69.8%で、交配次世代への伝達には種内・種間で差がなかった。また、次代のミトコンドリアゲノムはすべて母親型を示し、プラスミドとゲノムの遺伝性はまったく異なることが確認された。日本品種の系統解析の結果、ミトコンドリアプラスミドを持つ品種はすべてナタネとB.rapaとの種間交配に由来しており、プラスミドはすべてB.rapaに起源し、育種の過程でナタネへ持ち込まれたものと推測された。また、両親にプラスミドがあるにもかかわらず、後代品種がプラスミドを持たない場合、あるいは父親がプラスミドをもちながら、後代品種がプラスミドを持たない場合も観察された。交配実験での高い伝達率と、後代品種でのプラスミドの保持・不保持の例とを考え合わせると、プラスミドの遺伝性は、次代植物体への花粉からのプラスミドの伝達と、その後代系統におけるプラスミドの維持という二つの因子から構成されており、特に後者には、核あるいはミトコンドリアゲノムの関与があるものと示唆された。高等植物のミトコンドリアゲノムは、一般に母性遺伝性を示すことが、ナタネのミトコンドリアプラスミドは、ミトコンドリアゲノムは母性遺伝をするにもかかわらず、父親からも次代へ伝達される。本研究では、ナタネミトコンドリアプラスミドが示すこの特異な遺伝性の機構解明を目的として、ナタネ種内での交配による次代への伝達性及びナタネとナタネ以外のBrassica属植物との交配による次代への伝達性を調査する。また、日本のナタネ品種の育種過程を追った系統解析を行い、プラスミドの伝達及び保持の状況、あるいは、プラスミドの起源の調査を行う。一般的に、プラスミドの父性伝達率は高く、種内交配で72.9%、種間交配では69.8%で、交配次世代への伝達には種内・種間で差がなかった。しかし、この解析の中で、父性伝達率が著しく低い交配組み合わせが見いだされた。これらの交配組み合わせについて、独立した交配の後代での父性伝達率を調べたところ、安定して低い伝達率が観察され、品種組み合わせによって、プラスミドの伝達が阻害される遺伝的要因を持っていることが示唆された。現在、これらの品種の伝達阻害についての遺伝性を検定しているところである。この結果は、プラスミドの遺伝性は、次代植物体への花粉からのプラスミドの伝達とその後代系統におけるプラスミドの維持という二つの核ゲノム支配の因子から構成されているという仮説を支持しており、特に前者の機構に関与しているものと考えられた。
カルシウムチャネルを制御する新規キノン系医薬品の開発

本研究の第1次リード化合物となるmicrophylloneの大量分取し、種々の誘導体(メチルエーテル、脂肪酸エステル、酸化体、還元体、C-アルキル化体など)に誘導したが、モノメチル化体に活性が認められたものの、microphylloneと比較するとその活性は減弱しており、他の誘導体については活性が認められない、あるいは細胞障害性が強く活性の測定にはいたらなかった。一方、1,4-benzquinone誘導体16種について、RBL-2H3用いてヒスタミン有利抑制活性を測定したところ、そのうち5種の化合物にはmicrophylloneと同等あるいはそれ以上のヒスタミン有利抑制活性が認められた。Microphylloneについて、RBL-2H3細胞内カルシウムの動態を観察したところ、IC50値付近では細胞内カルシウム小胞からのカルシウムの遊離は阻害せず一過性のカルシウム濃度の上昇が認められたが、それに引き続いて発生する細胞外カルシウムの細胞内への流入は完全に阻害していた。同様の結果はカルシウムの放射性同位体を用いた実験でも得られた。以上の結果から、microphylloneの抗アレルギー作用は、主として細胞膜におけるCRACチャネルの阻害によるものであることが示唆された。他の活性の認められた化合物についても、細胞内カルシウム動態を観察したところ、全ての化合物でCRACチャネルの阻害が観察された。さらに、microphylloneやその化学誘導体について、マウス正常好酸球を用いてeosinophyl peroxidase活性測定による脱顆粒、マトリジェルを用いた遊走活性、好酸球を介した殺腫瘍細胞効果などについて検討を行ったところ、数種の化合物に脱穎粒抑制活性と遊走阻止活性が認められたことから、本系統化合物の抗アレルギー薬としての可能性が確認されたのみならず、抗がん剤への可能性も示唆された。まずこの研究の第1次リード化合物となるmicrophylloneの大量分取し、取主の誘導体に誘導した。具体的には、モノあるいはジメチルエーテル体、モノあるいはジアセチル体、ジアゾメタン付加物に誘導し、ラット由来の白血病好塩基球RBL-2H3用いて、ヒスタミン有利抑制活性を測定した。その結果、モノメチル化体に活性が認められたものの、microphylloneと比較するとその活性は減弱しており、他の誘導体については活性が認められない、あるいは細胞障害性が強く活性の測定にはいたらなかった。Microphylloneについて、RBL-2H3細胞を用いてカルシウム蛍光剤を利用した細胞内カルシウムの動態を観察したところ、IC50値付近では細胞内カルシウム小胞からのカルシウムの遊離は阻害せず一過性のカルシウム濃度の上昇が認められたが、それに引き続いて発生する細胞外カルシウムの細胞内への流入は完全に阻害していた。また、80μMでは細胞カルシウム小胞からのカルシウムの遊離も完全に抑制した。現在、活性の認められた化合物群についても、同様の研究を実行中である。この実験の過程で、ミクロフィロンが強い発毛活性を示すことがわかり、カルシウムチャネルとの関係について現在研究を進行している。本研究の第1次リード化合物となるmicrophylloneの大量分取し、種々の誘導体(メチルエーテル、脂肪酸エステル、酸化体、還元体、C-アルキル化体など)に誘導した。これらの化合物は、ラット由来の白血病好塩基球RBL-2H3用いるヒスタミン有利抑制テストを行い、脱顆粒抑制活性を測定した。

その結果、モノメチル化体に活性が認められたものの、microphylloneと比較するとその活性は減弱しており、他の誘導体については活性が認められない、あるいは細胞障害性が強く活性の測定にはいたらなかった。一方、1,4-benzquinone誘導体16種について、RBL-2H3用いてヒスタミン有利抑制活性を測定したところ、そのうち5種の化合物にはmicrophylloneと同等あるいはそれ以上のヒスタミン有利抑制活性が認められた。Microphylloneについて、RBL-2H3細胞を用いてカルシウム蛍光剤を利用した細胞内カルシウムの動態を観察したところ、IC50値付近では細胞内カルシウム小胞からのカルシウムの遊離は阻害せず一過性のカルシウム濃度の上昇が認められたが、それに引き続いて発生する細胞外カルシウムの細胞内への流入は完全に阻害していた。また、80μMでは細胞カルシウム小胞からのカルシウムの遊離も完全に抑制した。同様の結果はカルシウムの放射性同位体を用いた実験でも得られた。以上の結果から、microphylloneの抗アレルギー作用は、主として細胞膜におけるCRACチャネルの阻害によるものであることが示唆された。現在、活性の認められた化合物群についても、同様の研究を実行中である。この実験の過程で、ミクロフィロンが強い発毛活性をすことがわかり、カルシウムチャネルとの関係について現在研究を進行している。さらに、microphylloneやその化学誘導体について、マウス正常好酸球を用いて、eosinophyl peroxidase活性測定による脱顆粒、マトリジェルを用いた遊走活性、好酸球を介した殺腫瘍細胞効果などについて検討を行ったところ、数種の化合物に脱顆粒抑制活性と郵送阻止活性が認められたことから、本系統化合物の抗アレルギー薬としての可能性が確認された。現在これらの活性発現のメカニズムについて検討している。本研究の第1次リード化合物となるmicrophylloneの大量分取し、種々の誘導体(メチルエーテル、脂肪酸エステル、酸化体、還元体、C-アルキル化体など)に誘導した。これらの化合物は、ラット由来の白血病好塩基球RBL-2H3用いるヒスタミン有利抑制テストを行い、脱顆粒抑制活性を測定した。