hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
次世代シークエンサー・包括的エピゲノム解析による肝癌多段階発癌責任遺伝子の同定

早期肝癌は慢性肝疾患より発生し、脱分化を経て古典的肝癌へと進展してゆく。本研究では次世代シークエンサーを用いて早期肝癌47例、古典的肝癌105例について統合解析を行い肝発癌・進展における責任遺伝子を同定した。遺伝子変異はWNT、p53/RB経路、MLLが早期肝癌の段階で、SWI/SNF複合体、PI3K経路が古典的肝癌のみで変化していたが、WNT下流遺伝子及びp53/RB関連の細胞周期遺伝子の発現上昇は早期肝癌では認められず、各経路の遺伝子変異を伴う古典的肝癌のみで活性化されていた。また、TERT遺伝子は早期肝癌の段階から複数の原因により発現上昇し肝発癌の原因の一つとなっていると考えられた。発癌は遺伝子異常の蓄積により進行する多段階発癌であり、肝細胞癌は慢性肝疾患に発生して早期肝癌から進行肝癌へと進展する。早期肝癌46例、進行肝癌106例及びそれぞれの背景肝に対してエクソームシークエンス/RNAシークエンスを行い、各段階で変化する発現異常、遺伝子配列変化について解析して発癌メカニズムの検討を行った。リード数、腫瘍含有率及び塩基の変化で早期肝癌と進行肝癌の間で差はなかった。塩基配列の変化ではβカテニンとp53の経路及びTERTのプロモーション配列で高頻度に突然変異があり、早期肝癌と進行肝癌で有意な差は認められなかった(βカテニン: 25.7 vs 41.7%、p53: 32.8 vs 43.7%)。一方で、SWI/SNF複合体では早期肝癌で5.4%、進行肝癌で21.9%と進行肝癌で塩基配列の変化が有意に高頻度で認められ、またPI3K/mTOR経路の異常についても進行がん特異的な変化であることが確認された。以上の解析によりTERT、βカテニン、p53の経路では早期肝癌の段階からすでに変異が認められる一方で、進行肝癌と比較して早期肝癌では遺伝子変化が少ない遺伝子群も存在し(SWI/SNF,PI3K/mTOR経路)、肝癌多段階発癌における遺伝子異常を反映していた。早期肝癌40例、進行肝癌100例及びそれぞれの背景肝に対してエクソームシークエンスを行い、各段階で変化する発現異常、遺伝子配列変化について解析して発癌メカニズムの検討を行った。塩基配列の変化ではβカテニンとp53の経路で高頻度に突然変異があり、早期肝癌と進行肝癌で有意な差は認められなかった(βカテニン: 25.7 vs 41.7%、p53: 32.8 vs 43.7%)。一方で、ARID1A+ARID2では早期肝癌で5.4%、進行肝癌で21.9%と進行肝癌で塩基配列の変化が有意に高頻度で認められた。βカテニンとp53の経路では早期肝癌の段階からすでに変異が認められる一方で、進行肝癌と比較して早期肝癌では遺伝子変化が少な遺伝子群も存在し、肝癌多段階発癌における遺伝子異常を反映していた。本研究では次世代シークエンサーを用いて肝癌多段階発癌メカニズムの解明を試みた。早期肝癌47例、古典的肝癌105例及び背景肝についてそれぞれエクソーム・RNAシークエンスを行い包括的発現解析・コピー数解析・融合遺伝子・遺伝子変異について統合解析を行い、肝発癌・進展における責任遺伝子を同定した。早期肝癌における遺伝子発現プロファイルは古典的肝癌よりもむしろ慢性肝疾患に近く、染色体変化も古典的肝癌と比較して有意に少なかった。また、1検体あたりの融合遺伝子数及び遺伝子変異数も早期肝癌で有意に少なかった。遺伝子変異はCTNNB1、CSMD3、AXIN1、COL11A1、TSC2、ATMが既に早期肝癌で認められた一方でTP53、ARID2、ALPK2の変異は古典的肝癌で有意に高頻度であった。遺伝子変異をパスウェイ毎に分類するとWNT経路、p53/RB経路、MLLが早期肝癌の段階で、SWI/SNF複合体、AKT/PI3K経路が古典的肝癌のみで変化していたが、WNT下流遺伝子及びp53/RB関連の細胞周期遺伝子の発現上昇は早期肝癌では認められず、各経路の遺伝子変異を伴う古典的肝癌のみで活性化されていた。また、TERTの発現上昇が融合遺伝子(SLC12A7-TERT)、HBウィルスのプロモーター領域への組み込み、プロモーター領域の変異、TERTを含む染色体領域5p15.33の増幅により早期肝癌の段階で認められた。

早期肝癌はCTNNB1、TP53などのドライバー遺伝子の変異が比較的高頻度に認められたにもかかわらずその下流遺伝子の発現量は変化していなかった。これらの遺伝子経路が活性化するためにはドライバー遺伝子変異に加えて染色体変化、SWI/SNF複合体やAKT/PI3K経路などの他のゲノム変化が加わり古典的肝癌へと進展してゆくものと推察された。26年度が最終年度であるため、記入しない。消化器外科学26年度が最終年度であるため、記入しない。研究計画当初に予定していた肝癌のサンプル数については(早期肝癌50例、進行肝癌100例)エクソームシークエンス、RNAシークエンスともに終了し、配列変化、発現異常についての肝癌多段階発癌におけるstepwise hepatocarcinogengesisについて解析を終了することができた。研究計画最終年となるH26年度では遺伝子異常ほ排他性、他の解析結果(エピゲノム変化、コピー数変化)との関連についても解析を行い、今回の解析結果についての総括として論文作成を行ってゆく予定である。また、肝癌のheterogeneityについても時間的余裕のある限り、比較検討を行い、現在作成中の論文の一部データとして加える予定である。現在までに当初予定していた早期肝癌40例、進行肝癌100例についてエクソームシークエンスを施行することができ、バイオインフォマティクス技術によりシークエンスデータを解析可能とするパイプラインを構築することにより肝発癌時および肝癌進展において生じる塩基配列の変異を明らかにすることができた。結果としてはβカテニン及びp53の経路など予想されたパスウェイの変化については早期肝癌でも生じていることが確認された。一方でクロマチンリモデリングであるARIDについては早期肝癌では変異が生じず、進行肝癌のみに起きている変異であることが明らかとなり、従来の知見の確認に加え新しい知見を得られることができた。これらの結果については平成25年度以降でおこなわれるRNAシークエンスおよびメチル化解析と合わせて肝発癌メカニズムを明らかにする上で有機的に統合解析してゆく基礎データとなるものであり、その土台を1年間で構築できたことで平成24年度の研究目的をおおむね達成できたと考えられる。現在、多施設共同研究で行っているICGCデータの一部として本研究のデータにより参画し、肝細胞癌1000例についての大規模データ解析に加わる。本研究は国立がんセンター、理化学研究所、米国Baylor大学との共同研究であり、エクソームシークエンスに加えて全ゲノムシークエンスのデータ解析も含めて解析を進める予定であり、今後はプロモータ領域における配列変化も含めて解析してゆく予定である。エクソーム解析で得られた塩基配列の変異に加えて、エクソームシークエンスで用いたのと同一の検体を用いてRNAシークエンスにより発現値の変化・転座についてのデータを解析する。これらのデータの統合解析についてはiCluster及びNetHikeによる解析が有用であり、実際にゲノム変化を伴う遺伝子に加えて、次世代シークエンサーによる解析では変化を捉えられなかった遺伝子が発癌のパスウェイの中心に位置している可能性がある。これらの遺伝子についてはSNPアレイによるコピー数解析やメチル化アレイによるプロモーター解析を行う予定である。
非眼科的手術後の眼障害についての検討

非眼科手術後の視機能障害は稀であるが、解決すべき重大な合併症である。その発生率は特に、腹臥位での脊椎手術や心臓手術に多いとされる。腹臥位での脊椎手術では、腹臥位による眼圧上昇が危険因子の一つであることがわかってきた。そこで我々は、腹臥位での脊椎手術中において麻酔薬と眼圧変化の関連を調査した。その結果は、プロポフォール麻酔のほうがセボフルラン麻酔よりも眼圧上昇を抑制する傾向にあったが、統計学的に有意な差は認めなかった。また、心臓血管手術後の視機能障害に関する過去の報告は、後ろ向き研究のみであり今回我々は初めて前向きに心臓血管手術後の視機能障害について調査した。術前後に眼科医による精密眼検査(眼底検査、視野検査、視力検査、色覚検査、動眼検査、眼圧検査、臨界融合周波数検査)を行い、人工心肺を併用した心臓血管外科手術後の視機能障害の発生率を前向きに調査した。70症例のうち8症例(11.4%)で術後に新たな視機能障害を認めた。術後視機能を認めた8症例のうち1症例(1.4%)が症候性であり、7症例(10.0%)が無症候性であった。1)腹臥位での脊椎手術におけるプロポフォール麻酔とセボフルラン麻酔下での眼圧変化を検討した。対象は腹臥位での予定脊椎手術症例21例で、そのうちプロポフォール群は11例、セボフルラン群は10例であった。手持ち式眼圧測定器トノペンを用いて(1)麻酔導入後(仰臥位)、(2)腹臥位5分後、(3)腹臥位60分後、(4)腹臥位120分後、(5)手術終了直後(仰臥位)に眼圧を測定した。結果は、両群とも眼圧測定ポイント(1)と比較すると(2)(5)のポイントで有意な眼圧の上昇を認め、異常眼圧値(20mmHg以上)までの上昇を示した症例はプロポフォール群で91%、セボフルラン群で90%であった。しかし、両群問での眼圧には有意な差は認めなかった。両群間での検討は症例数が少ないため、さらに症例数を増やし再検討する必要がある。しかし麻酔方法に関わらず腹臥位になることで眼圧が異常に上昇することは、眼血液灌流低下を引き起こし虚説性視神経炎に至る可能性があるため注意を要する。2)心臓血管手術における眼合併症についての検討をした。予定心臓血管手術51例を対象とし、術前と術後退院前に眼科検査(視野、眼底、眼圧、視力)と高次脳機能検査(長谷川式痴呆検査、Grooved pegboard、Benton視覚記銘試験)を施行した。結果は、51例のうち3例で無症候性の視野欠損を認め、その3例とも術前に比べて退院時に高次脳機能の低下を認めた。今回の検討では、心臓血管手術後の眼障害発生率は5.9%であった。今後さらに症例数を増やし、術後眼合併症発生の周術期因子を分析する必要がある。1)人工心肺併用した心臓手術(on pump群)と人工心肺を併用しない心臓手術(off pump群)での眼圧の変化を検討した。方法は、on pump群の35症例とoff pump群の11症例を対象として、術中の眼圧をトノペンを用いて測定した。測定ポイントは、以下の5ポイントである。on pump群では(1)麻酔導入後30分(コントロール)、(2)人工心肺直前、(3)人工心肺開始後60分、(4)人工心肺終了直前、(5)手術終了時、off pump群では(1)麻酔導入後30分(コントロール)、(2)冠動脈吻合前、(3)左前下行枝冠動脈吻合中、(4)回旋枝または右冠動脈吻合中(頭部低位)、(5)手術終了時に眼圧測定を行った。結果は、on pump群ではポイント(3)と(4)で有意な眼圧低下を認め、ポイント(5)でコントロール値(ポイント(1))と同じレベルに戻った。またoff pump群では、頭部低位のポイント(4)のみで有意な眼圧上昇を認めた。

結論として、心臓手術では、人工心肺中には眼圧は有意に低下し、人工心肺を用いない症例での頭部低位状態では眼圧が有意に上昇することが示された。2)人工心肺を併用した心臓手術中に眼循環モニタリングを行った。モニタリング方法は、超音波ドプラ法による眼動脈血流速度測定、レーザースペックル法により眼底血流測定を行った。なお、レーザースペックル法とは、眼底をレーザー照射することで得られる反射散乱光を血流の二次元マップとしてリアルタイムに画像化して血流の相対値を測定する方法である。結果は、超音波ドプラ法では低灌流時には眼動脈の同定が困難で眼血流速度モニタリングができないことがあったが、レーザースペックル法では低灌流時にも眼底血流モニタリングが可能であった。術後視機能障害発生リスクのある手術での眼循環モニタリングとして、レーザースペックル法による眼底血流モニタリングも有用かもしれない。1)人工心肺を併用した心臓血管術を予定された71症例の術後視機能障害を調査した。方法は、手術前と術後4週間に7項目の視機能検査(眼底検査、視野検査、視力検査、色覚検査、動眼検査、眼圧検査、臨界融合周波数検査)を行った。結果は、1症例が術後の視機能検査を行うことが出来なかったので除外され、70症例で分析した。70症例のうち16症例で脳分離循環を必要とする大動脈置換術であった。70症例のうち8症例(11.4%)で術後視機能障害(視野欠損、視力低下、眼圧上昇)を認めた。視機能障害が認められた8症例のうち1症例(1.4%)は症候性で、7症例(10.0%)は無症候性であった。
乳酸脱水素酵素機能の蛋白質工学的改変

L.plantar um D-LDHにおいて、Phe299の置換を導入したところ、本酵素は2-ケト酸基質との親和性、触媒反応速度ともに大きく低下し、反応速度における一次同位体効果も変化したことから、Phe299が本酵素が2-ケト酸基質の触媒部位への結合、ならびに基質結合後の触媒反応の促進に必須な役割を担っていることが示された。さらに、この置換による活性低下では、種々の2-ケト酸基質のなかで特にピルビン酸を基質としたときに顕著に見られ、このPhe299が本酵素の基質特異性を限定する上においても重要な役割を果たしていることも明らかになった。また、Ser102の置換によっては、本酵素の基質結合に顕著な正の協同性が誘導され、本酵素においては、基質結合部位の構造と全体的な立体構造が、相互に大きく連動して変化することが示された。一方、L.caseiアロステリックL-LDHの調節部位に存在するHis205をThrに置換したところ、基質によるホモトロピックな活性化効果が失われ、本酵素は活性発現にFBPを絶対的に要求する酵素に変換された。さらにこの変異型酵素を反応速度論的、化学修飾的に解析したところ、His205は、酵素が不活性(T)状態の構造であるときにはピルビン酸結合に関与せず、活性(R)状態の構造を持つときにのみ特異的にピルビン酸結合に関与することが示され、His205とピルビン酸との間で形成される相互作用が、酵素活性化の引き金となることが示された。一方、本LDHと高いアミノ酸配列相同性を持つL.plantar um LDH非アロステリック型酵素において結晶回析データから立体構造モデルを構築しそのリファインメントを完成させた。また、L.caseiL-LDHにおいては、結晶化条件の最適化により、最大1.25mmの解析に適した結晶が得られ、精密な構造の比較解析への展望が得られた。(1)D型LDHに関する研究トロント大学との共同研究により、解像度2.8ÅのL.plantarum D型LDHアポ酵素の立体構造が解明され、既に得られているアミノ酸置換の結果とあわせて、本酵素の活性中心のモデルを構築した。このモデルでは、本酵素のArg-235は、従来のモデルのように基質ピルビン酸のカルボキシル基を結合する役割を担うだけでなく、基質カルボニル基の分極化をも促し、基質結合と水素転移反応の両者を促進する。加えて、酸塩基触媒基His-296に近接するGlu-264残基が、His-296の触媒機能を促進する。そこで、Arg-235、Glu-264、His-296の各変異型酵素の性質をさらに詳細に検討したところ、このモデルとよく一致する結果が得られ、このモデルが妥当であることが結論された。すなわち、酵素の機能改変のための構造的な基盤が得られた。一例としては、この活性中心モデルに従うと、Phe-299は酵素の基質特異性を決定するうえで重要な残基であるが、現在、この残基などの置換を通して本酵素の特異性の変換を試みつつある。(2)L型LDHに関する研究L.caseiアロステリックL型LDHに広範なアミノ酸置換を導入し、現在その変異型酵素の特性解析が進行中である。一方、高エネルギー物理学研究所シンクロトロン放射光により、本LDHと高いアミノ酸配列相同性を持つL.plantarumLDH非アロステリック型酵素において、その構造解析に十分耐えうる結晶回折データの収集に成功した。

現在、立体構造モデルを構築し、そのリファインメントを進めている。このようなタイプのLDHの立体構造ははじめての知見であり、酵素活性調節機構に重要な示唆が得られるとともに、さらなる解明のための方向が示されることが期待される。L.plantar um D-LDHにおいて、Phe299の置換を導入したところ、本酵素は2-ケト酸基質との親和性、触媒反応速度ともに大きく低下し、反応速度における一次同位体効果も変化したことから、Phe299が本酵素が2-ケト酸基質の触媒部位への結合、ならびに基質結合後の触媒反応の促進に必須な役割を担っていることが示された。さらに、この置換による活性低下は、種々の2-ケト酸基質のなかで特にピルビン酸を基質としたときに顕著に見られ、このPhe299が本酵素の基質特異性を限定する上においても重要な役割を果たしていることも明らかになった。また、Ser102の置換によっては、本酵素の基質結合に顕著な正の協同性が誘導され、本酵素においては、基質結合部位の構造と全体的な立体構造が、相互に大きく連動して変化することが示された。一方、L.caseiアロステリックL-LDHの調節部位に存在するHis205をThrに置換したところ、基質によるホモトロピックな活性化効果が失われ、本酵素は活性発現にFBPを絶対的に要求する酵素に変換された。さらにこの変異型酵素を反応速度論的、化学修飾的に解析したところ、His205は、酵素が不活性(T)状態の構造であるときにはピルビン酸結合に関与せず、活性(R)状態の構造を持つときにのみ特異的にピルビン酸結合に関与することが示され、His205とピルビン酸との間で形成される相互作用が、酵素活性化の引き金となることが示された。一方、LDHと高いアミノ酸配列相同性を持つL.plantar umLDH非アロステリック型酵素において結晶回折データから立体構造モデルを構築しそのリファインメントを完成させた。また、L.caseiL-LDHにおいては、結晶化条件の最適化により、最大1.25mmの解析に適した結晶が得られ、精密な構造の比較解析への展望が得られた。
ゾルーゲル法で作製した酸化物ゲル膜の温水処理によるナノ微結晶生成とその構造制御

本年度は、Al_2O_3-ZnO薄膜を温水処理することによって得られる透明な層状複水酸化物(LDH)薄膜の光学的な応用を目指し、スピロピランを添加した蒸留水を用いて温水処理することによって、層間にフォトクロミック化合物がインターカレートしたZn-Al LDH薄膜の作製を検討するとともに、Al_2O_3-MgO薄膜を温水処理することによってLDHの基本組成であるMg-Al LDH(ハイドロタルサイト)薄膜の作製に取り組んだ。水溶性であるスルホン化スピロピランを添加した蒸留水を用いて温水処理すると薄膜は青く着色し、また、蒸留水のみで温水処理した場合に比べ層間距離が広がり、層間にスピロピランがインターカレートしたZn-Al LDH薄膜を作製することに成功した。本研究で作製したLDH薄膜の水酸化物層の層間において、スルホン化スピロピランは開環体のメロシアニン体で存在すると考えられる。一方、Al_2O_3-MgO系では、共沈法による合成と同様に、塩基性条件下で温水処理することによってMg-Al LDHが析出することがわかった。水酸化物の溶解度の小さい塩基性条件化でMg-Al LDHが析出したことより、LDHの生成において、酸化物薄膜が溶解し水酸化物が析出することが示され、温水処理によるLDHの析出機構はAl_2O_3単成分薄膜を温水処理した場合に析出する花弁状アルミナと同様に溶解再析出機構であるということを結論付けた。本年度は、ゾル-ゲル法で作製した多孔質アルミナ薄膜を温水処理することによって得られる花弁状アルミナ薄膜の新しい特性の一つとして反射防止(AR)特性を検討するとともに、薄膜の多成分化による薄膜の表面構造の変化を調べた。多孔質アルミナ薄膜を温水処理することで、擬ベーマイト結晶が析出し表面に数十ナノオーダーの凹凸が形成されていくに従って透過率が増大し、広い波長領域において花弁状アルミナ薄膜のAR効果が得られた。これは、微細な凹凸構造の効果によって、優れた反射防止技術として知られるMoth-eye構造のように、空気層から基板方向に向かって平均屈折率が連続的に変化するためであると考えられる。また、花弁状アルミナ層と基板との間に存在する多孔質アルミナ層がより連続的な屈折率変化に重要であることがわかった。温水処理前の膜厚、温水処理時間、温水処理温度を制御することでソーダライムガラス基板、石英ガラス基板などの種々のガラス基板に加え、高分子基板の低反射化に成功し、石英ガラス基板については、220720nmの非常に広い波長領域において0.2%以下の反射率が達成された。一方、Al_2O_3-SiO_2、Al_2O_3-TiO_2、Al_2O_3-ZnO系薄膜を温水処理することで薄膜の表面構造の変化を調べた。温水処理後の薄膜の表面構造は膜の組成によって変化し、その生成速度はAl_2O_3単成分に比べ小さくなった。また、Al_2O_3-SiO_2系では特に大きい花弁状組織が得られた。Al_2O_3-ZnO系においては、ZnO、Al_2O_3各々の単成分では析出しない六角板状の微結晶が析出し、この微結晶はZn-Al系層状複水酸化物(LDH)であることが明らかになった。LDHは、一般に共沈法などによって合成するため生成物は粉末となるが、本研究ではLDHを薄膜で作製することに成功した。本年度は、ゾル-ゲル法で作製したAl_2O_3-ZnO系薄膜を温水処理することによって薄膜表面に析出する六角板状のZn-Al系層状複水酸化物(LDH)結晶の生成機構を調べるとともに、層間に種々のアニオンがインターカレートしたLDH薄膜の作製について検討した。LDHは、一般に共沈法などによって合成するため生成物は粉末となるが、本研究ではゾル-ゲル法で作製したアモルファス薄膜を温水に浸漬することで、層間に炭酸イオンがインターカレートしたLDH薄膜を得られる。本研究において、LDH微結晶はアモルファス薄膜よりAl成分とZn成分が溶解し、再析出することによって生成すると考えられる。また、温水処理の温度を添加させることで結晶サイズの小さいLDHが密に析出した可視光領域における透過率が80%以上の透明なLDH薄膜を得ることに成功した。一方、界面活性剤であるドデシル硫酸ナトリウムやベンゼンカルボン酸類を添加した蒸留水を用いて温水処理を行うと、炭酸イオンがインターカレートしたLDHのものよりも広い層間距離が観測され添加したアニオンがインターカレートしたLDH薄膜が得られた。添加アニオンの濃度によって、添加アニオンがインターカレートしたLDHとともに、炭酸イオンがインターカレートしたLDHが析出した。また、添加アニオンの種類や濃度によってLDH層間への取り込みやすさは異なり、鎖状のドデシル硫酸イオンや2価のベンゼンカルボン酸であるテレフタル酸イオンはLDH層間に速やかに取り込まれるのに対し、1価のベンゼンカルボン酸である安息香酸イオンや、ベンゼン環を持つp-トルエンスルホン酸イオンはLDH層間に取り込まれにくいことがわかった。本年度は、Al_2O_3-ZnO薄膜を温水処理することによって得られる透明な層状複水酸化物(LDH)

薄膜の光学的な応用を目指し、スピロピランを添加した蒸留水を用いて温水処理することによって、層間にフォトクロミック化合物がインターカレートしたZn-Al LDH薄膜の作製を検討するとともに、Al_2O_3-MgO薄膜を温水処理することによってLDHの基本組成であるMg-Al LDH(ハイドロタルサイト)薄膜の作製に取り組んだ。水溶性であるスルホン化スピロピランを添加した蒸留水を用いて温水処理すると薄膜は青く着色し、また、蒸留水のみで温水処理した場合に比べ層間距離が広がり、層間にスピロピランがインターカレートしたZn-Al LDH薄膜を作製することに成功した。本研究で作製したLDH薄膜の水酸化物層の層間において、スルホン化スピロピランは開環体のメロシアニン体で存在すると考えられる。一方、Al_2O_3-MgO系では、共沈法による合成と同様に、塩基性条件下で温水処理することによってMg-Al LDHが析出することがわかった。水酸化物の溶解度の小さい塩基性条件化でMg-Al LDHが析出したことより、LDHの生成において、酸化物薄膜が溶解し水酸化物が析出することが示され、温水処理によるLDHの析出機構はAl_2O_3単成分薄膜を温水処理した場合に析出する花弁状アルミナと同様に溶解再析出機構であるということを結論付けた。
中南米における有鉤条虫と単包条虫の遺伝的多様性と環境適応

単包条虫は全世界的に分布し、人に致命的な病害をもたらすことから、特に畜産の盛んな諸国では重要な人畜共通感染症である。本種に近縁種の有鉤条虫も脳嚢虫症を引き起こすことで中米で問題となっている。単包条虫は中間宿主を異にする種内変異が存在することがすでに知られ、それぞれの地域に適応したいくつかの株が存在することが知られている。ウルグアイの単包条虫は寄生虫の環境適応の研究には理想的なモデルと考えられる。本研究では、世界的に人体感染率が最も高いこのウルグアイの単包条虫の環境適応について知るため、特に中間宿主レベルの包虫の発育運命と、それに関与する因子について調べ、さらに多包条虫と単包条虫の今後の終宿主調査のための診断法開発を試みた。1年目の調査ではウルグアイにおけるヒツジの多包虫感染率が激減していることが示され、ウルグアイでは犬の単包条虫の感染率が近年顕著に減少し、自然感染犬の検出は困難となった。ウルグアイの単包条虫の糞便抗原検出法のためにモノクロナール抗体の作成みたが成功しなかった。2年目にはモノクロナール抗体の作成をおこない、糞便抗原検出法の検討を行った。モノクロナール抗体の作成のためにはイヌヘの感染実験を試み、回収された成虫を培養し、抗原とした。2年目に作成されたモノクロナール抗体はEgC1,2,3,4,5,6および8で、条虫間の交差反応は認められなかったが、犬回虫との交差が示唆された。ウルグアイの隣国で家畜の移動があるアルゼンチンの単包条虫の種内変異について遺伝的多様性について調べるために材料収集を行った。中米に分布するフォーゲル包条虫については代替終宿主を開発し、終宿主体内での発育を調べた。寄生虫はそれぞれの流行地において、環境や宿主に適応して生存している。単包条虫および有鉤条虫はともに重要な人獣共通寄生虫で、全世界的に分布し、種内変異が示唆されている。本年の調査目的はウルグアイの単包条虫の流行状況調査、ブラジル、メキシコ、グアテマラ、ホンジュラスの有鉤条虫の流行状況調査と、ヒツジ由来の単包虫と豚由来の有鉤嚢虫の採取と採取された幼虫の終宿主(もしくは代替終宿主)への感染実験である。ウルグアイでは駆虫薬投与システム改善により、家畜の単包条虫感染率が顕著に減少していたが、単包条虫の原頭節のヒツジからの採取には成功した。その後の犬への感染実験は成功し、虫卵が回収された。犬の糞便内抗原による単包条虫の診断方法についての検討も加えた。一方、代替終宿主(スナネズミ)への感染は成功しなかった。ウルグアイの単包条虫に関する環境適応の研究には理想的な国と考えられたが、駆虫薬投与システム改善による単包条虫防除効果が顕著になるにつれて今後の調査研究は困難になりつつある。本年は農家における調査は実施できなかったが、屠畜場でのヒツジ及び牛の単包虫材料によるDNAの検査では遺伝的変異は観察できなかった。次に、有鉤条虫の流行については中米(メキシコ、グアテマラ、ホンジュラス)では確認され、豚から有鉤嚢虫の採取に成功し、さらに代替終宿主(スナネズミ)において100日後まで成虫の定着が認められた。虫卵の産生は認められなかったが、成熟片節までの発育は確認された。一方、ブラジルにおいては流行地と言われているバイア州における豚の調査では、血清診断を試み、血清診断陽性豚を剖検したが、全く有鉤嚢虫は検出できなかった。寄生虫はそれぞれの流行地の環境に適応し、安定して生存している。

単包条虫は全世界的に分布し、人に致命的な病害をもたらすことから、特に畜産の盛んな諸国では重要な人畜共通感染症である。本種に近縁種の有鉤条虫は脳嚢虫症を引き起こすことで中米で問題となっている。単包条虫は中間宿主を異にする種内変異が存在することがすでに知られ、それぞれの地域に適応したいくつかの株が存在することが知られている。本年の調査目的は1.ウルグアイにおける単包条虫終宿主調査(単包条虫感染イヌの糞便抗原検出法の開発)2.ウルグアイにおける単包条虫中間宿主調査(ヒツジにおける単包虫発育状態および宿主組織反応を調べ、血清学的な検査結果との関連を調べる。)3.ホンジュラスにおけるブタの有鉤嚢虫の剖検調査(虫体の発育状態と遺伝的多様性(RAPD)を調べる。)1.についてはイヌへの感染実験を行い単包条虫成虫を培養し、排泄分泌抗原を採取後、マウスに免疫しモノクローナル抗体を採取しようとし、いくつかのクローンを得たが、単包条虫特異的ではなく診断用には用いることが出来なかった、一方多包条虫成虫で免疫したマウスからは、多包条虫と単包条虫とに反応するモノクローナル抗体が得られ、今後の診断利用が期待される。2.については自然災害のため調査が延期され、現在まだ結果は出ていない。3.についても同様である。寄生虫はそれぞれの流行地の環境に適応し、安定して生存している。本種に近縁種の有鉤条虫も脳嚢虫症を引き起こすことで中米で問題となっている。ウルグアイの単包条虫は寄生虫の環境適応の研究には理想的なモデルと考えられる。本研究では、世界的に人体感染率が最も高いこのウルグアイの単包条虫の環境適応について知るため、特に中間宿主レベルの包虫の発育運命と、それに関与する因子について調べ、さらに多包条虫と単包条虫の今後の終宿主調査のための診断法開発を試みることを目的とした。昨年の調査ではウルグアイにおけるヒツジの多包虫感染率が激減していることが示された。本年は特にウルグアイの単包条虫の糞便抗原検出法のために、まずモノクロナール抗体の作成をおこない、糞便抗原検出法の検討を行った。ウルグアイにおいてモノクロナール抗体の作成のためにイヌへの感染実験を試み、回収された成虫を培養し、抗原とした。単包条虫に対するモノクロナール抗体はEgC1,2,3,4,5,6および8が作成でき、条虫間の交差反応は認められなかったが、犬回虫との交差が示唆された。ウルグアイでは犬の単包条虫の感染率が近年顕著に減少し、今年度の自然感染犬の検出は困難となった。包条虫の糞便抗原検出法の簡易化のために凝集反応を試み、感度は低いものの、現地における簡易診断の可能性を示した。ウルグアイの隣国で家畜の移動があるアルゼンチンの単包条虫の種内変異について遺伝的多様性について調べるために材料収集を行った。
細胞接着因子と放射線によるアポトーシスに関する実験的研究

細胞接着因子であるE-カドヘリンの発現に与える放射線の影響について,ヒト肺線癌由来の癌細胞を用いたin vitroの実験系で現在までに下記の知見をえている.1)照射後にカドヘリンの発現の増強が認められた.10Gyの照射で,照射後6時間から24時間の間でWestern Blotで明らかな発現の増強が得られ,線量を変えた実験では2Gyから発現の増強がみられた.2)カドヘリンの裏打ち蛋白であるα-カテニンについても同様の結果が得られている.3)形態と発現の部位を見るため蛍光抗体法で共焦点レーザー顕微鏡を用いて照射後(10Gy,24時間)の変化を観察すると,カドヘリンが本来発現している細胞間に線状に発現の増強が認められた.4)ケモタキセルを用いた浸潤能試験(照射後24時間の細胞を使用)では5Gyの照射でコントロールに比較して有意に浸潤細胞が減少したが,2Gyの照射では有意差は認められなかった.以上のように照射によりカドヘリンと共にα-カテニンの発現の増強が見られ,これらは形態での発現部位の観察や浸潤能試験の結果からカドヘリンの機能を持っている可能性が示唆された.以上の結果を論文にまとめClinical and Exper imental Metastasisへ投稿中である.現在はカドヘリン発現増強の機序および機能についてさらに検討中である.細胞接着因子であるE-カドヘリンの発現に与える放射線の影響について,ヒト肺線癌由来の癌細胞を用いたin vitroの実験系で現在までに下記の知見をえている.1)照射後にカドヘリンの発現の増強が認められた.10Gyの照射で,照射後6時間から24時間の間でWestern Blotで明らかな発現の増強が得られ,線量を変えた実験では2Gyから発現の増強がみられた.2)カドヘリンの裏打ち蛋白であるα-カテニンについても同様の結果が得られている.3)形態と発現の部位を見るため蛍光抗体法で共焦点レーザー顕微鏡を用いて照射後(10Gy,24時間)の変化を観察すると,カドヘリンが本来発現している細胞間に線状に発現の増強が認められた.4)ケモタキセルを用いた浸潤能試験(照射後24時間の細胞を使用)では5Gyの照射でコントロールに比較して有意に浸潤細胞が減少したが,2Gyの照射では有意差は認められなかった.以上のように照射によりカドヘリンと共にα-カテニンの発現の増強が見られ,これらは形態での発現部位の観察や浸潤能試験の結果からカドヘリンの機能を持っている可能性が示唆された.以上の結果を論文にまとめClinical and Exper imental Metastasisへ投稿中である.現在はカドヘリン発現増強の機序および機能についてさらに検討中である.
地域高齢者の互助共助育成のための家庭外共食プログラムの開発と介入検証

<調査1>高齢者ケアにおいて地域包括ケアの考え方を国の施策より前に導入し、先進的地域事例を選定し、地域まちづくりに熟達した者が把握する市民活動に直接関わり主体的活動を支援する団体にヒアリングを行った。さらにコミュニティカフェ35か所の中から、高齢者に対する福祉的ケアの側面が強い運営事業者5カ所を対象に調査を行った。結果、共食に伴う概念の枠組みと社会関係資本が整理でき、人々の社会凝集性を引き出し、社会関係資本を構築するため、互助・共助と自助との距離を縮める位置づけの重要性や、公助を受けやすい環境の促進の必要性、そしてコミュニティカフェが個人近隣の関係性や地域全体の資源として有効に働くことがわかった。<調査2>人口減少率と高齢化率が高く、交通インフラが限定されている郊外住宅地の計画団地全集会所27か所を対象とし、高齢者の活動拠点としての居場所は、自宅や職場以外で気楽に訪れることができ、個々人や他者との活動を通じて充足感や安心感を得ることができる場とした。まず、集会所運営管理者へのヒヤリング調査(2018年911月)にて、設備や活動環境等の集会所の実態把握をし、次いで質問紙調査(同年11 12月)で利用者を対象に、集会所へのイメージや他によく行く場所等と理由を尋ね、2段階の構造化したデータ収集をした。なお、調査は日本地域看護学会の倫理綱領に即して実施した。【結果】利用実態として集会所の個人利用は全体の69.6%(p=.056)で、予約不要や一時休憩等の気軽さを許容している環境整備は13.0%(p=.012)と高齢者の活動活性化が未整備であった。各集会所の課題については3項目に分類され(図表上部)、キッチンが整備されているにもかかわらず、共食の困難さを指摘するなど積極性や社会関係資本の阻害要因が確認された。開館・変則開館・閉館で数値化し開放度として算出した結果、稼働率との正規性が認められた。進捗状況の遅延理由は2点ある。まず、先行研究の分析を見直しその不足を補っており、その作業に時間を要したことから研究計画(調査フィールドの確保やその方法)の見直しが必要となった。次いで、職務のエフォートが当該年度の予想より大きくなり、研究に充てられる時間が減少した。現在、調査フィールドの確保を進めており、その他研究者間で話し合いを持ち取り組んでいる。1)食環境に関する再分析および高齢者にとっての共食実態調査を早急に進め、評価指標を確定していく。2)調査フィールドを確保し、高齢者への本調査を実行する。3)共食資源の地域分散状態の把握を行う。

調査指標のひとつである食環境と家庭外共食、栄養状態など先行研究のデータを再分析(共分散分析)し計画の見直しを行うため、2018年度は再分析するPCソフトを購入した。当該年度ではこれ以上の調査が実施できず計画した予算が活用できなかった。2019年度は再分析した結果をもとに、さらに高齢者の家庭外共食の実態調査と地域における家庭外共食の現場調査を実施し、評価指標を同定していく。
化学物質の有害性を予測する新規バイオマーカーの探索とその応用

我が国の化学物質のリスク管理は、OECD TGなどに基づいて行われているが、新規化学物質の届出件数は年々増加しており、従来の方法だけでは管理しきれないのが現状である。そこで本研究では、性決定遺伝子カスケードの遺伝子を指標とすることで、化学物質の有害性や最小影響濃度、無影響濃度を正確に予測できる新たな生態毒性試験法を開発することを目的とする。
観点の違いを取り入れた階層構造の構築学習と洗練活動の支援に関する研究

知識を構造的に構築することの重要性は広く知られており,特に多くの観点に基づいて柔軟にこの構造が構築されることが望まれる.本研究では,プログラミング,数学,物理学,論理学などの領域において,知識を構造的に整理させることや複数の観点で構造化させるための手法を提案し,その学習支援を実現した.結果として,様々な領域において知識の構造を構築させることができ,さらにこのような構造的な構築は,近年注目されているプログラミング教育の領域,特にオブジェクト指向言語などの領域におけるシステム設計(クラス設計)の領域においても活用できる可能性が示された.当初の計画通りのシステムを開発した.先行研究における階層構造構築学習支援システムを,多角的な視点(特に5W1Hの観点)における階層構造構築学習支援システムに改良するための要件定義,機能設計を行い,実際にシステムを開発した.具体的には,階層構造の構築について5W1Hの観点タブを用意し,タブを切り替えながら属性を選択,階層構造を構築できるインタフェイスの開発した.さらに,本システムでは「観点に対応していない属性の選択の誤り」と「不適切な抽象化(過度な抽象化)」の2点についての誤りを診断し,それに対するフィードバック機能を実装した.本研究では,複数論文を読み,それらの関係性を5W1Hの観点でまとめるように設定し,実際に大学の学生相手に評価を行った.本実験により,下記のことが判明した.本システムの診断機能およびフィードバック機能は有効に働いていることが,学生のシステム利用ログより明らかになった.さらに,学習効果についてもシステムの利用の前後で効果が確認できた.ただし,紙面上での学習を行わせた統制群との比較実験では,成績の向上について有意な差が得られなかった.これは,紙面で正解をあらかじめ与えるだけでも,卒研を終えた4年生であれば学習を行えたことを意味する.ただし,システムでは正解を与えておらず,最終的に正解までいきついていない学生も存在したが,正解をすべて提示した統制群と同じ効果を得られたことは一定の成果であると考える.今後は,正解を与えるだけで成績の向上が期待できない領域において本システムの利用による効果を調査する必要がある.開発したシステムの操作が複雑であったため,当初予定していた小中学校での実践は行えていないが,それ以外はおおむね当初の予定通りに進展している.平成28年度は,27年度までに開発した観点に基づく知識の階層構造化支援システムを応用した種々のシステムを開発し,実践した.特にオントロジー工学の知見を活用した科目の階層構造と,それを複数の教科に展開した階層構造を元とした学習方法の転移システムでは,複数の異なる教科においても観点を変えることで類似した学習方法が転用できる可能性があることが示唆された.また,プログラミング領域においては,要求(問題文)に合わせてソースコードをどのように(How)設計するかという通常のプログラミング学習の観点から,あるソースコードが与えられたときにその要求がなんであったか(What),なぜそのソースコードが作られたか(Why)について考えさせる学習方法を提案した.さらに,How観点とWhat,Why観点の両方を学習できるシステムを開発することで,異なる観点でのプログラムの考え方を学習させる方法を実現した.さらに,システムでは,知識を明示的にチャンキングするための仕組みを関数の構築を通して実現した.これにより,一定の観点で知識を追加していくフレームワークを提供することができた.さらに,一定の観点で思考することを支援するために論理的思考力の育成支援システムも開発した.本システムでは,学習者に複数の命題を与え,それらを事実,論拠,主張に整理させ,論理構造を論証図として作らせることを要求する.さらに,システムは個々の命題を述語論理形式でデータベースとして保存し,学習者が構築した命題の関係性を解析し,適応的な診断を行う機能を有する.これにより,学習者の主張に対して根拠や論拠が間違っていることなどをフィードバックとして実現できた.数学領域においても,記号的表現と図形的表現の二つの観点を取り扱い,二つの観点の関係性を理解させる学習支援システムも開発した.これにより,2つの観点を統合した思考の育成を行った.平成27年度までに複数観点を対象とした知識構造の構築支援システムを論文読解の領域において作成した.平成28年度は,この応用として,プログラミング,論理的思考,数学領域,および複数教科の複合の分野において,観点を意識させるための学習支援システムを開発し,実践し,その効果を確かめることができた.平成29年度は,27年度に開発した論文を対象とした観点に基づく知識の階層構造化支援システム,それをベースとした28年度の各領域(プログラミング,論理,数学)における知識構造の構築支援システムを発展させ,より高度な知識の構造化支援システムを開発した.特に,プログラミング領域および数学の領域において発展させ,システムの開発および実践を行い,それを国際会議や学術論文として発表できた.オブジェクト指向プログラミングなどにおけるシステム設計においては,機能の階層的整理が重要であり,この実現のためにはボトムとして活用できるプログラミングのためのコードのまとまり(以下部品と呼称)の獲得が重要である.本年度は,この部品について段階的に拡張する手法について提案し,その学習支援システムを開発し,実験を通して効果を確認し,国際会議,学術論文として発表した.さらに,部品の構造化のために処理,振る舞い,機能の3観点でプログラムを定義し,複数観点を視野に入れた構造化のためのモデルを提案した.また,プログラムの振る舞いそのものがわからない人に関しては,振る舞いをトレースさせ,その実行結果を確認させるシステムも補助的に開発,実験を行い,同様に国際会議,学術論文として発表した.

数学の領域においては,数学における表現である,記号的表現(数式などの文字を用いた表現,一般的な解法に相当)と,図形的表現(解法に対応した図)についての理解を促進するために,両表現の相互変換機能を有するシステムを開発し,両表現の関連付けを支援するシステムを開発した.これについても実験を通して評価を行い,国際会議,学術論文として発表した.これは,通常の数学学習においては解法のみ構築できていれば正解となるが,熟達者は自身の表現した文や数式の意味を深く理解しており,図的に表現できることから,初学者をこのレベルに誘導しようとした試みである.知識を構造的に構築することの重要性は広く知られており,特に多くの観点に基づいて柔軟にこの構造が構築されることが望まれる.本研究では,プログラミング,数学,物理学,論理学などの領域において,知識を構造的に整理させることや複数の観点で構造化させるための手法を提案し,その学習支援を実現した.結果として,様々な領域において知識の構造を構築させることができ,さらにこのような構造的な構築は,近年注目されているプログラミング教育の領域,特にオブジェクト指向言語などの領域におけるシステム設計(クラス設計)の領域においても活用できる可能性が示された.平成27年度に開発したシステムではあらかじめ観点を与えた上で,属性を適切な観点に分類し,階層構造を構築させるタスクを提示した.平成28年度は,観点を提示しない状態で学習者自身に一定の観点で構築できるように育成するシステムの開発を行う.このシステムで取り扱う課題の変更に伴い,平成27年度の「観点に対応していない属性の選択の誤り」を「一定の観点で構築されていない誤り」へと修正する必要がある.この修正は,平成27年度までに開発した属性の観点情報元に,一つの階層構造に含まれる全属性において二つ以上の観点が存在する場合に検知する方法で実現する.並行して,平成27年度中に行った実験をより精密に行うことを予定している.最終年度である平成29年度は,How,What,Why観点での思考を育成するために,各観点に基づく知識体系を他の観点に変換させる反復学習システムの実現を目指す.さらに,ここで熟達者と初学者の知識体系や変換プロセスの違いを明らかにする.これにより,初学者と熟達者の知識状態や活動の差を定義する.さらに,この差を埋めるためにどのような学習活動を行わせるべきかを検討し,その支援方法を提案する.また,これらの結果の公表について重視する.知的学習支援システム当初予定していた金額の内,旅費についてインフルエンザに伴う海外出張のキャンセルに伴い,当初予定していた金額の一部を使用することができなかった.さらに,物品費について,当初購入を予定していた機器であるSonyVaioProはタブレット機能や重量を加味して,MicrosoftSurfaceの購入へと変更することとなったが,その際の稟議入力の日程調整の都合により次年度予算としての購入を予定している.
コンテンツの製品開発プロセスに関する研究〜コンセプト創造機能を中心に〜

産業としては脇役的な存在であったマンガ、アニメ、映画、ゲーム、音楽などのいわゆる「コンテンツ」に、次代を担う産業としての注目が集まっている。経済産業省が2004年5月にとりまとめた「新産業創造戦略」の報告書の中では、「先端的な新産業4分野」の一つとして「コンテンツ産業」が取り上げられているものの、実際には、1990年代後半以降下降線をたどっているものも多い。このような現状を踏まえて、コンテンツ産業の競争優位の源泉とは何かと考えてみると、最終的にはコンテンツを創造する力にあるのではないだろうか。創造力の中でも、特に初期段階のコンセプトやストーリーの創造が重要であるといわれており、コンテンツ産業の競争優位の源泉はストーリーを産み出す力にあるともいえるのである。このような問題意識の下に、本研究では、コンテンツの創造プロセスに関する研究を行った。まず平成16年度にはコンテンツの供給側(劇団四季)に関する事例研究を実施し、地域におけるコンテンツ供給のプロセスを分析した。並行して需要側の研究として、音楽のヘビーユーザーである大学生(慶應義塾大学、新潟大学、京都産業大学)を対象とした音楽消費に関するアンケート調査を実施した。続く平成17年度には、コンテンツの創造プロセスの中でも、初期のアイデア創出段階におけるクリエーター(少女マンガ家)の認知戦略に焦点を当て、創造的認知の「ジェネプロアモデル(Geneplore model)」の枠組みを用いて分析を行った。分析対象としては、ストーリー展開に優れているといわれ、映画やドラマなどの原作として利用されるマンガを取り上げた。産業としては脇役的な存在であったアニメ、映画、ゲーム、音楽などのいわゆる「コンテンツ」に、次代を担う産業としての注目が集まっており、経済産業省が2004年5月にとりまとめた「新産業創造戦略」の報告書の中では、「先端的な新産業4分野」の一つとして「コンテンツ産業」が取り上げられている。本研究では、需要サイドであるコンテンツ消費の実態を踏まえつつ、コンテンツ産業の競争優位の源泉であるところのコンセプト創造機能を中心とした製品開発プロセスの研究を行うことを目的としている。平成16年度の実績としては、需要サイドの研究として、音楽消費の構造的変化を明らかにするための予備的研究と、大学生を対象とした音楽消費に関する調査の発表を行った。また、供給サイドの研究としては、「劇団」としては世界最大の規模を誇る『劇団四季』の事例研究とコンテンツの開発プロセスに関する理論研究の発表を行った。■需要サイドの研究1.川又「音楽と消費者行動研究:現代の音楽消費行動に関する予備的研究」(京都産業大学『京都マネジメントレビュー』)2.小野「現代の音楽消費動向調査大学における音楽著作権教育充実のために」(於、慶應義塾大学文学部JASRAC寄附講座「音楽と現代社会」)■供給サイドの研究1.和田『四季株式会社2004の挑戦-キャッツから自由劇場そして-』(慶應義塾大学ビジネススクール所収ケース)2.川又「コンテンツの製品開発プロセスに関する研究コンセプト創造機能を中心に」(於、慶應義塾経営管理学会研究会)産業としては脇役的な存在であったマンガ、アニメ、映画、ゲーム、音楽などのいわゆる「コンテンツ」に、次代を担う産業としての注目が集まっている。まず初年度にはコンテンツの供給側(劇団四季)に関する事例研究を実施し、地域におけるコンテンツ供給のプロセスを分析した。

本年度は、コンテンツの創造プロセスの中でも、初期のアイデア創出段階におけるクリエーター(少女マンガ家)の認知戦略に焦点を当て、創造的認知の「ジェネプロアモデル(Geneplore model)」の枠組みを用いて分析を行った。分析対象としては、ストーリー展開に優れているといわれ、映画やドラマなどの原作として利用されるマンガを取り上げた。
分散型多重通信による革新的ワイヤレス脳計測技術の開発

人体頭部における体内外無線通信を模擬した頭部ファントム測定治具を開発し、人体特性を模擬した液体ファントムと共に利用して、体内外無線通信に利用するUWB無線通信の指向性や干渉性など、体内外アンテナとの伝送特性を評価した。用いるアンテナとして、汎用UWBアンテナと、体外受信側アンテナに受信感度を10dBほど改善するLNAを搭載するなど、専用に開発したUWBアンテナの2種について評価した。評価指標にはネットワークアナライザを用いてS21特性を求めた。評価方法として、液体ファントム内に配置した送信アンテナと、それに対向するように配置した液体ファントム外の受信アンテナについて、両者の間隔距離を5mmごとに、両者の位置ずれを6.5mmごとに、両者の対面角度を45度ごとに変更して行った。汎用UWBアンテナにおいて、間隔距離の評価では5mm・位置ずれなし・対面角度0度の最も通信条件が良い場合にS21はおよそ-37dBであった。これに対し、15mmの間隔距離では-52dBと約15dB悪化した。つぎに位置ずれが最大の32.5mmでは、710dBほど悪化し、対面角度90度では2dBほどの悪化にとどまった。専用UWBアンテナにおいて、LNAを用いない場合、間隔距離の評価では5mm・位置ずれなし・対面角度0度の最も通信条件が良い場合にS21はおよそ-32dBと汎用アンテナに比べて5dBの改善効果が見られた。一方で、15mmの間隔距離では-51dBと約19dB悪化し、汎用アンテナに比べて4dBほど劣化した。位置ずれが最大の32.5mmでは、710dBほど悪化し、対面角度90度では最大10dB以上悪化する場合があり、専用アンテナでは角度方向に対する感度が高いことが判明した。LNAを用いた場合、用いない場合に対して1015dBほどの改善効果があり、想定通りであった。近接距離や送信電力、周波数と干渉の関係等について、シミュレーションにより最適な無線通信方式の検討を行うとともに、超近距離無線局を近接利用した時の伝送特性を調査した。具体的には、本研究の成功に最も有望と考えるUWB無線通信をターゲットとし、電磁解放射伝送方式による体内外多重通信実現のためのフィージビリティ・スタディを行い、近接距離や送信電力、周波数と干渉の関係等を明らかにすることを計画した。UWB無線のみにとらわれず、微弱無線の取扱として他の方式についても技術調査を行い、超近距離向けとしては磁気結合による誘導電界無線通信(TransferJet等)も有望と考えられるので、複数の無線伝送方式についても検討を進め、総合的にどの無線方式が最適であるかを検証した。結果として、体内外模擬シミュレーションにより、8GHz帯のUWB通信が有効であることを示した。アンテナ方式として、サイズおよび指向性の観点から、TransferJetよりも磁気誘導/磁気共鳴方式の方が優れていることがわかり、磁気誘導/磁気共鳴方式を選定した。アンテナ設計では、アンテナサイズ(7x7mm角)が半波長と同程度になるため、実際には結合共振アンテナに近いものになった。8GHz帯での体内外通信シミュレーションにて、通信性能と指向性特性を評価した結果、隣接アンテナからの相関のレベルは対面アンテナの受信電力に比較して10dB小さいことを確認した。また、冶具の影響評価や外部アンテナを1台に簡易化した場合の影響調査を同様のシミュレーションにより行い、ともに対面アンテナからの通信性能にあまり影響を与えないことを確認した。また、ケーブル長の影響も小さいことを確認した。これらにより、実験による評価方法を具体化した。当初計画通り、近接距離や送信電力、周波数と干渉の関係等について、シミュレーションにより最適な無線通信方式の検討を行うとともに、超近距離無線局を近接利用した時の伝送特性を調査し、8GHz帯のUWB通信が有効であることを示した。人体特性を模擬した液体ファントムを用いて送信系を構築し、指向性や干渉性など、体内外アンテナとの伝送特性を評価した。適切な伝送特性となるよう、アンテナの設計も行った。まず、ファントム内のアンテナをファントム外のアンテナの正面に配置した場合の通信性能を測定した。次にファントム外に設置したアンテナの位置をずらして、アンテナが対面していない場合の通信性能を測定した。対面している場合、通信距離はアンテナがファントム内5mmの位置でS21は約-30dBで、傾斜は約-56dB/5mmであるが、距離が遠くなると、-10dB/5mmに近づいた。一方、ファントム外のアンテナ位置を容器に沿って17mm移動させた場合、約10dB低下した。近距離では通信距離の差が大きく、S21はd=5mmで約10dB実測の方が小さいが、d=10mmでは5dB程度、d=15mmでは数dB程度の差に収まってくる。理論計算では、S21の傾斜は-10dB/5mmであるのに対し、実測ではdが小さくなると、傾斜がやや緩やかになっており、この差の原因としては、整合素子やケーブルの漏れ電流、及び測定誤差の影響が考えられる。以上から、外部アンテナの+X方向、-X方向の移動に対して、アンテナの通信距離はほぼ対称的に変化することがわかった。外部アンテナのX方向17mm移動時の通信性能は、アンテナサイズが7x7mmであるので、液体ファントム内で10mm間隔で置かれた隣接アンテナからの通信性能に相当する。対面アンテナに比較して約10dB通信性能が劣化しており、シミュレーションの結果に一致した。評価系の構築および測定ではUWB送受信機を用いる予定であったが、開発したUWB送受信機の特性が適切でないことが判明し、改良開発に時間を要し、研究の進捗が遅延したため、最終年度を延長することとした。