hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
熱光源を用いた超高分解能光コヒーレンストモグラフィとその皮膚科学への応用

皮膚疾患の診断に必要な角層厚の計測、皮膚再生における細胞レベルのモニタリングには、12μmの空間分解能をもつ新たなOCTの開発が要求されており、本研究では、熱光源を用いて超高分解能光コヒーレンストモグラフィ(OCT)を実現することが目的である。今年度は本手法を用いた具体的な医療診断への応用を検討した。小型高分解能OCT光学系を中心としてin vitroおよびin vivo生体イメージングを行い、皮膚科学における本装置の有効性を実証した。(1)ハロゲンランプの引加電圧依存性に着目し、ランプ電圧を所定の1.5倍に上げて実験を行った。その結果、発光スペクトルの中心波長810nmでスペクトル幅460nmが得られ、最短のコヒーレンス長0,8μmを実現した。のから空間一様性の良いコヒーレンス光成分を取り出し(500nW以上)、これを光源として超低コヒーレンス光干渉計を構成した。(2)ピンホールを用いて空間フィルタリングを行い、熱光源の空間コヒーレンスを確保した。バルク光学系を基本としてOCT光学系を構成し、in vitroで皮膚組織の高分解能OCTを実現した。(3)皮膚組織の高分解能OCTイメージと病理組織とを比較した。その結果、1μmの空間分解能で角層、基底層のうねりなどを鮮明にイメージングできていることを確認した。(4)微小光学部品を用いて20×20cm^2の微少光学ベンチ上に干渉光学系を集約した。これに光ファイバを介して診断用光プローブを接続して、皮膚診断用の実用装置を試作した。(5)本手法の皮膚科、美容分野への応用を検討した。具体的には、ヒト上腕の角層厚の測定を試み、厚さ1020μmの角層厚を本手法での測定を試みた。本年度は、熱光源(ハロゲンランプ)を用いて超高分解能OCTを試作し、実用的な小型断層イメージングを開発した。(1)1×N光ファイバカップラーを用いて、ハロゲンランプ(出力400W)から空間一様性の良いコヒーレンス光成分を取り出し(500nW以上)、これを光源として超低コヒーレンス光干渉計を構成した。(2)単一モード光ファイバを用いて熱光源の空間コヒーレンス成分を抽出し、バルク光学系を基本として半干渉計における分散補償を行って、空間分解能2μm以下のイメージシグ光学系を整備した。(3)熱光源の光ファイバでの波長制限を抑えるために、ピンホールを用いて波面矯正を行った。これにより、波長幅340nm、空間分解能1μmを達成した。(4)OCT光学系の光遅延系に光ファイバPZT位相変調器を用いて高速OCTシステムを試作した。PZT変調周波数100Hzイメージサイズ1×1mm^2、400×400ピクセルでのOCTデータ取り込み時間4秒を達成した。(5)微小光学部品を用いてサイズ20×20cm^2の光学ベンチ上にバルク干渉光学系を構成した。これに光ファイバを介して診断/計測光プローブを接続して、実用装置を試作した。
給食施設への新調理システムの構築と製造管理

【目的・研究計画】特定給食施設における新調理システムの導入での効率的な生産管理や作業管理、人員管理などを導入施設において調査検討し、現状の課題を把握、新調理システムの可能性や問題点を把握する。また、新調理システムで調理された食品の物性を測定して特徴を知る。通常調理で提供される食品や調理品についても物性測定を行い、比較検討する。作業工程や生産工程と給食施設の調理機能や調理機器の能力との関連、設計状況を把握する。【研究実施状況】特定給食施設の調査から、新調理システムを導入してしている施設では、調理法として、真空調理法、オーバーナイトクッキング、クックチル、クックフリーズを用い、クックサーブと組み合わせて生産が行われていた。高齢者施設での生産品の分析では、肉類や魚類は長時間の真空調理(オーバーナイトクッキング)し、野菜類・肉類はクックチル、凍結含浸法を用いて生産されていた。食数は最低1回に100食以上を提供していた。新調理システムを導入したことの利点では、食事提供時間が夕食では18時にすることができた、生鮮野菜の使用量が減ったため、下処理時間が短縮できた、調理者による味付けのバラツキの差を少なくでき献立通りの料理が提供できた、献立サイクル化で人員管理が安定的に計画できるようになったとあった。欠点としては、当日調理の開始時間が早くなった、納品が早く冷蔵庫や冷凍庫の収納量が増え許容量一杯で使用するようになり余裕がない、盛り付けするタイミングが分かれてしまい手間が増えたなどの意見があった。特定給食施設における現状調査が少し不足している。新調理システムを導入していない施設の状況も把握する必要があると思うが,その調査を行う。調理品の分析をさらに実施する。研究計画に従い、特定給食施設の新調理システムの調査を増やす。生産工程の確認と比較、調理法別の調理品の物性測定を実施し、比較検討を行う。研究最終年であるので、まとめもしながら、さらに実験等を進めていく。食品の外観を保ったまま軟らかくすることができる凍結含浸法を用いた野菜の酵素反応及び酵素反応時間を変えても標準法と同様の結果が得られ、時間の短縮が可能であるかを知ることを目的とした。試料は、色差、塩分、糖分、pHを測定し、食味評価を行った。キャベツは、温菜として食べる場合には30°C1時間、冷菜として食べる場合には40°C1時間で反応させることにより、標準法より酵素反応時間の短縮が可能だと考えられた。ホウレンソウは温菜として食べる場合には40°C2時間が適しているが、冷菜として食べる場合には、今回の実験では標準法と同様の結果が得られなかった。だが、ホウレンソウは加熱後、冷菜として使用することが多いので、40°C2時間が硬さを増すが温菜冷菜どちらにも適していることが推察された。塩分、糖分、pHに大きな違いは認められなかったが、色差は緑色野菜で反応温度によって違いが認められた。[まとめ]今回は、酵素反応温度を10°C刻みに設定していたが5°C刻みにしたり、反応時間を延ばすなどすれば標準法と同様の結果が得られると推察された。温度を高くすると、時間の短縮が可能であった。鶏むね肉と豚もも肉がテクスチャーにおいて、標準法に近い値を得ることができたので、酵素反応時間の短縮が可能であると考えられた。対照群の50°Cは酵素反応が進みすぎて肉が分解されたため測定不能となった。鶏むね肉と豚もも肉は、標準法では十分に軟化が得られていないと思われた。対照群の中では40°C2時間が形を保ったまま柔らかくなったので適していると思われた。豚もも肉は鶏肉に比べて繊維が詰まって肉質が硬いため酵素が効きにくかった。酵素反応時間を長くする必要があると考えられた。鶏もも肉は30°C2時間が軟らかくなった。鶏肉は30°Cの温度帯が適しているのではないかと考えられた。調理実験は順調に実施できている。当初年度計画の給食施設の調査・聞き取りについては今年度に実施することとし、現在準備を進めている。

欠点としては、当日調理の開始時間が早くなった、納品が早く冷蔵庫や冷凍庫の収納量が増え許容量一杯で使用するようになり余裕がない、盛り付けするタイミングが分かれてしまい手間が増えたなどの意見があった。特定給食施設における現状調査が少し不足している。新調理システムを導入していない施設の状況も把握する必要があると思うが,その調査を行う。調理品の分析をさらに実施する。研究計画としては、今年度特定給食施設の新調理システム導入施設への調査を行い、導入に対する情報を収集する。現在、凍結含浸法を用いた調理法の検討を重ねており、新調理システムとの関連も含め、食品の基礎的実験を行う。研究計画に従い、特定給食施設の新調理システムの調査を増やす。生産工程の確認と比較、調理法別の調理品の物性測定を実施し、比較検討を行う。研究最終年であるので、まとめもしながら、さらに実験等を進めていく。・当初予定したスチームコンベクションオーブンが、同様の仕様で予定価格150万円よりも価格が安価になった為。・差額分の使用計画としては、食品物性測定のための食材、酵素剤、加工した食品成分分析の薬剤(分析キット)などを予定している。・研究分担者の平成29年度の未使用については、平成30年度に使用予定(測定器等の調整)が計画されているためである。物品費については、ほぼ必要な物品は揃ってきたが、摂取状態の測定に筋電計を購入予定である。
分子超格子を使った分子トンネル素子の開発

分子が離散的なエネルギー準位を持つことを利用して、トンネル電流を制御した新しい分子素子を提案することを目的とした。分子としてはp型とn型の半導体分子として、ピセン、フラーレン、もしくはフタロシアニンなどを対象とした。分子膜の上下を絶縁膜で挟み込み、その上下に電極を取り付けたトンネル二重接合を形成し、ここに電圧を印加したとき異なるエネルギー準位に異なる電圧でトンネリングを誘起する多段階トンネル制御に成功した。さらにこのトンネル二重接合にサイドゲートを配線したところ、トンネル電流を変調できた。以上の成果から分子を使った多値スイッチが可能な縦型トンネルトランジスタ開発の基礎が確立できた。これまでに我々は、水素結合や双極子相互作用を持つ異種分子同士を同時に基板上に真空蒸着すると、自己組織的に異種分子が交互配列することを見いだしてきた。この交互配列は分子の混合比に依存しており、これら一連の分子膜を「分子超格子膜」として発表してきた。この成果をさらに電子デバイスに応用展開すべく、本課題では分子超格子膜を使ってトンネル電流を制御した新しい分子素子を開発することを目標にしている。具体的には分子超格子膜の上下を絶縁膜で挟み込み、さらにその上下に電極を取り付けたトンネル二重接合を形成する。ここに電圧を印加したとき、異なる分子に異なる電圧でトンネリングを誘起する多段階スイッチングを引き起こし、この現象を縦型トランジスタの中で制御した新しい素子開発を目指す。これを実現するため以下の研究項目に順次取り組んでいる。1.真空技術を使って分子超格子膜を中心に絶縁膜と電極を積層したトンネル二重接合を作る。2.異なる分子に異なる電圧でトンネル電流を流す多段階トンネリングを実証する。3.ゲート電極を配線した縦型トンネルトランジスタで多段階スイッチング動作を実証する。この中で平成27年度には項目1のトンネル二重接合の作製と項目2の多段階トンネリングの基礎評価までに取り組み、平成28年度にはゲート電極を配した縦型トンネルトランジスタの実証へ進めていく。トンネル二重接合の作製・多段階スイッチングの測定・縦型トンネルトランジスタの実証の3つのマイルストーンを設定して研究を計画している。この中で平成27年度は特にトンネル二重接合の作製と多段階トンネリングの基礎評価に注力した。分子としてはフッ素化銅フタロシアニンを中心に、これと異なる電子準位を持つ分子の組み合わせを検討する。具体的には銅フタロシアニンーフッ素化銅フタロシアニンおよびペンタセンーフッ素化銅フタロシアニンの組み合わせが候補になる。いずれもp型半導体ーn型半導体の組み合わせになる。銅フタロシアニンーフッ素化銅フタロシアニンの組み合わせを検討したところ、それぞれの準位に対応した印加電圧で電荷のトンネリングが独立に誘起できることが確認できた。つまり多段階トンネリングの基本動作が実証されたことになる。その一方で、トンネリングを誘起する閾値電圧に大きなばらつきがあることが観察された。これはフタロシアニン分子が分子超格子膜を形成せずに、凝集してしまい、その結果電子準位が分裂している可能性が考えられる。これまで我々は異種分子が自己組織的に交互配列した分子膜(分子超格子膜)を見いだしてきた。この成果をもとに、本課題では分子超格子膜を使ってトンネル電流を制御した新しい分子素子を開発することを目標にした。ここに電圧を印加したとき、異なる分子に異なる電圧でトンネリングを誘起する多段階スイッチングを誘起する。この現象を縦型トランジスタの中で制御した新しい素子開発を目指す。このため以下の研究項目に順次取り組んだ。1.分子超格子膜を中心に絶縁膜と電極を積層したトンネル二重接合の作製。2.異なる分子に異なる電圧でトンネル電流を流す多段階トンネリングの実証。3.縦型トンネルトランジスタで多段階スイッチング動作の実証。異種分子はp型とn型の半導体分子の組み合わせとして、銅フタロシアニンーフッ素化銅フタロシアニンを対象とした。その結果、それぞれのエネルギー準位に対応した印加電圧で電荷のトンネリングが誘起できることが確認できた。さらに室温での動作実証を実現するためにトンネル絶縁膜の成膜条件最適化に取り組んだ。その結果、原子層堆積法により3-4nmの膜厚を持つ酸化アルミニウム膜を用いると室温近傍でもトンネル電流を観察することができた。続いて縦型トランジスタの作製にも取り組んだ。分子は最も安定なフラーレンを用いたところ、サイドゲートでトンネル電流を変調している様子を観察している。この電流変調がゲート電圧によってSi基板中に空乏層が形成されていることに起因していることを明らかにした。以上のように3つの研究項目について確実な進捗を得ることができ、縦型トンネルトランジスタ開発の基礎技術が確立できた。

今後取り組むべき課題は絶縁膜表面上で分子超格子膜を形成することにある。これまで作製してきた分子超格子膜は金属基板上で形成されてきた。これは金属基板上(特にAu(111)面上)では分子の表面拡散が促進され、異種分子が自己組織的に交互配列するためであった。既に観察された分子の凝集と電子準位の分裂を回避して、絶縁膜上でも分子超格子膜を成長させるためには極めて不活性な表面を持った絶縁薄膜が必要となる。そこで本年度はh-BN(窒化ホウ素)原子膜を絶縁膜上に成長させ、そこの分子超格子膜の形成を試みる。このため化学気相成膜法(CVD)を使ってh-BN膜をAl2O3膜上に成長させるための条件を最適化する。なお、既に縦型トランジスタの初期的実験には着手しており、サイドゲートでトンネル電流を変調している様子を観察している。しかしこの変調がゲート電圧によってSi基板中に空乏層が形成されていることに起因している可能性もある。これに対し、本年度は空乏層の可能性を排除するため異なる極性の基板(n型・p型)を用いたり、印加電圧を制御することにより詳細な解析を進める。有機半導体工学
複合ストレス負荷によってみられる脊髄ミクログリア活性化機構の解明

本研究は,異なるストレスを負荷した二つのモデル動物(慢性疲労症候群CFSモデル,線維筋痛症FMモデル)の病的疼痛について研究を行った.その結果,いずれのモデルにおいても機械的アロディニアや筋性痛覚過敏が誘発することを実証した.さらに末梢組織に炎症等は認めないが,いずれのモデルにも,腰髄後角でミクログリアの活性化を認めた.このミクログリア活性化を薬剤(ミノサイクリン)で抑制すると,有意に機械的アロディニアおよび筋性痛覚過敏を抑制した.この事から,ストレス負荷によって生じる異常な疼痛の発症に,ミクログリアが大きく関与していることが示唆された.本研究は,ストレス負荷によって生じる脊髄ミクログリア活性化機構を解明することを目的としている.これまでにラットに持続的な複合ストレスを負荷するCSモデルおよび繰返し寒冷ストレスを負荷するRCSモデルにおいて,脊髄でミクログリアが活性化することを発見した.脊髄ミクログリアは神経損傷モデルや炎症モデルにおいて病的疼痛に関与することが明らかとなっており,神経損傷や末梢組織障害によって引き起こされる.CSモデルにおいて病的疼痛が起こる領域の皮膚や筋で形態学的にも生化学的にも炎症所見を認められなかったことから,末梢組織障害がない事が明らかとなった.DRGニューロンの解析では,一部のDRGニューロンに細胞傷害関連分子が発現しており,その多くは固有感覚ニューロンであることが明らかとなった.細胞障害関連分子の発現はストレス初期から見られたのに対して,脊髄ミクログリアの活性化はストレス後期から起こる事が明らかとなった.CSモデルのストレス期間を1日増やす事で,脊髄前角にミクログリアが活性化し,RCSモデルと同じ領域に認められた.ミクログリアが活性化する髄節はL4-L6で特にL5で強く認められた.その他の髄節ではミクログリアの活性化を認めなかった.このミクログリアの活性化はCSモデルにおいてミクログリア活性化抑制剤の髄腔内投与によって抑制することができ,同時に病的疼痛も抑制した.ミクログリア活性化には固有感覚ニューロンの過活動が引き金になっている可能性が示唆され,ストレス負荷における疲労と痛みの関係性を解明する重要な手がかりとなると考えられた.本研究はストレス負荷によって生じる脊髄ミクログリア活性化機構を解明することを目的としている。これまでにラットに持続的な複合ストレスを負荷するCSモデル(慢性疲労症候群モデル)および繰返し寒冷ストレスを負荷するRCSモデル(線維筋痛症モデル)において、両モデルとも脊髄でミクログリアが活性化することを発見した。脊髄ミクログリアは神経損傷モデルや炎症モデルにおいて病的疼痛に関与することが明らかとなっており、神経損傷や末梢神経組織障害によって活性化することが知られている。CSモデルにおいて病的疼痛が起こる領域の皮膚や筋で形態学的にも生化学的にも炎症所見を認められなかったことから、末梢組織障害がない事が明らかとなった。細胞障害関連分子の発現はストレス初期からみられたのに対して、脊髄ミクログリアの活性化はストレス後期から起こる事が明らかとなった。さらに、CSモデルのストレス期間を一日増やすことで脊髄前角のミクログリアが活性化し、RCSモデルと同じ領域に認めた。この集積した活性型ミクログリアは後肢の抗重力筋を支配するアルファ運動ニューロンの周りを取り囲んでおり、このアルファ運動ニューロンにも細胞障害関連分子の発現を認めた。ミクログリア活性化抑制剤(ミノサイクリン)の髄腔内投与は、ストレス負荷後のミクログリア活性化を抑制し、病的疼痛も抑制した。また、一部のDRGニューロンに見られた細胞障害関連分子の発現は固有感覚性ニューロンに多く認めた。この事から、末梢神経系の固有感覚性ニューロンの異常興奮がストレス負荷によって生じ、その結果脊髄ミクログリアを活性化させている可能性が示唆された。本研究は,異なるストレスを負荷した二つのモデル動物(慢性疲労症候群CFSモデル,線維筋痛症FMモデル)の病的疼痛について研究を行った.その結果,いずれのモデルにおいても機械的アロディニアや筋性痛覚過敏が誘発することを実証した.さらに末梢組織に炎症等は認めないが,いずれのモデルにも,腰髄後角でミクログリアの活性化を認めた.このミクログリア活性化を薬剤(ミノサイクリン)で抑制すると,有意に機械的アロディニアおよび筋性痛覚過敏を抑制した.この事から,ストレス負荷によって生じる異常な疼痛の発症に,ミクログリアが大きく関与していることが示唆された.ストレス負荷モデルにおけるミクログリア活性化機構の一端が明らかになり、おおむね順調に成果が出ている。これに関する学会発表や論文発表も行った。疼痛学ストレス負荷が骨格筋活動量に及ぼす影響を確認するため,電気生理学的解析を準備中である.また,RCSモデルとCSモデルでストレスが異なる両モデルに共通するミクログリア活性化機構に知覚神経ー運動神経,運動神経ー骨格筋,骨格筋ー知覚神経の障害が関与するかを検討する.概ね研究経費を予定通り使用することができたが、抗体等の物品を予定額よりも節約することができた。それによって次年度使用額が生じた.次年度はラットの疼痛解析を多く行う予定をしており、疼痛解析時に使用するラットを固定するジャケットを購入し有効活用する。
造血器腫瘍における新規癌抑制遺伝子候補の機能解析

我々はこれまでに、多くの悪性腫瘍において高率かつ共通に欠失が認められるヒト染色体6q15-23領域を標的に、造血器腫瘍を対象とした欠失解析より、新規癌抑制遺伝子としてBlimp-1を同定した。そこで本研究では、Blimp-1の癌抑制機能を明らかにするために、機能解析を行なった。まずBlimp-1欠失マウスを作成し、造腫瘍性につき解析を行なったが、野生型マウスと腫瘍形成に差が見られなかった。次に細胞周期における制御に焦点をあてて解析を行った。Blimp-1を腫瘍細胞株に強制発現させると、種々の細胞に対して細胞周期の停止を誘導し、細胞の増殖を強く抑制する。細胞周期解析では、Blimp-1による細胞周期の抑制はG1およびG2期で生じていることが示された。一方、Blimp-1により転写が制御される遺伝子を網羅的に同定するためにGeneChipを用いた発現解析を行った。その結果、Blimp-1の発現により、発現量に変化(減少・増加)を示す遺伝子を多数見出した。これらの中に細胞周期を制御する遺伝子が複数認められた。引き続きこれらの細胞周期の制御に関与する各種因子の発現をRNAレベルおよび蛋白質レベルで確認したところ、Blimp-1の発現増加によりp21、p57の発現が誘導されることが明らかになった。さらに各制御因子に対するsiRNAを用いたノックダウン解析の結果、Blimp-1によるG1停止がRbに依存しており、p21,p57の誘導によるRbのリン酸化によりG1停止が誘導されることが示された。一方、G2停止はBlimp-1によるp53蛋白の発現の増加に依存していた。p53 mRNAの発現量はBlimp-1の発現で変化がないことより、このp53の蛋白レベルの上昇は、転写後調節を介することが明らかとなった。さらにBlimp-1の機能を解析するために、Blimp-1と結合する複数の蛋白質の同定を試みた。その結果、Blimp-1は細胞周期に重要な蛋白質のひとつと結合することが明らかになった。Blimp-1は細胞周期制御因子の発現を制御するとともに、直接細胞周期制御に関与する蛋白に結合することで細胞周期の停止に関与する可能性も示唆された。6番染色体長腕の欠失は、リンパ系腫瘍で最も高頻度に観察される染色体異常の一つである。我々は以前に種々のリンパ系腫瘍検体について6q欠失領域の詳細なマッピングを行い、その最小欠失領域に認められた共通のホモ接合性欠失の領域から、唯一の構造遺伝子として、Blimp-1を同定した。さらに、リンパ系腫瘍試料を用いた変異解析においても、Blimp-1の腫瘍特異的な遺伝子変異が検出されることから、同遺伝子がリンパ系腫瘍の発症に関与する癌抑制遺伝子である可能性が示唆されている。Blimp-1は、当初成熟B細胞から形質細胞への終末分化を制御する転写抑制因子として同定された分子であるが、その後の研究により、B細胞以外にも骨髄球系細胞、T細胞、筋細胞、生殖細胞など様々な細胞系列の分化に関与することが知られている。今回、我々はBlimp-1の癌抑制遺伝子としての機能について、細胞周期における制御に焦点をあてて解析を行った。

実際、Blimp-1は種々の細胞に対して細胞周期の停止を誘導し、細胞の増殖を強く抑制する。FACSを用いた解析では、Blimp-1による細胞周期の抑制はG1およびG2期で生じていることが示された。さらにマイクロアレイを用いた網羅的な発現解析などにより、Blimp-1によるG1停止がRbに依存しており、p21,p57の誘導によるRbのリン酸化によりG1停止が誘導されることが示された。一方、G2停止はBlimp-1によるp53蛋白の発現の増加に依存していること、また、このp53の蛋白レベルの上昇は、転写後調節を介することが明らかとなった。さらに、Blimp-1部分欠失変異体を用いた解析の結果、Blimp-1による細胞周期の制御には、PR domainとzinc finger domainが必須であること、また腫瘍でみとれられた変異Blimp-1では細胞周期の抑制が障害されていることが示された。以上より、細胞周期の負の制御がBlimp-1の癌抑制遺伝子としての作用に重要な役割を担っていることが示唆された。一方Blimp-1コンディショナルノックアウトマウスについては、リンパ節の腫大は認めるものの現在のところ腫瘍の発症は認められず、経過観察中にある。我々はこれまでに、多くの悪性腫瘍において高率かつ共通に欠失が認められるヒト染色体6q15-23領域を標的に、造血器腫瘍を対象とした欠失解析より、新規癌抑制遺伝子としてBlimp-1を同定した。そこで本研究では、Blimp-1の癌抑制機能を明らかにするために、細胞周期における制御に焦点をあてて解析を行った。Blimp-1を腫瘍細胞株に強制発現させると、種々の細胞に対して細胞周期の停止を誘導し、細胞の増殖を強く抑制する。細胞周期解析では、Blimp-1による細胞周期の抑制はG1およびG2期で生じていることが示された。一方、Blimp-1により転写が制御される遺伝子を網羅的に同定するためにGeneChipを用いた発現解析を行った。その結果、Blimp-1の発現により、発現量に変化(減少・増加)を示す遺伝子を多数見出した。これらの中に細胞周期を制御する遺伝子が複数認められた。引き続きこれらの細胞周期の制御に関与する各種因子の発現をRNAレベルおよび蛋白質レベルで確認したところ、Blimp-1の発現増加によりp21、p57の発現が誘導されることが明らかになった。さらに各制御因子に対するsiRNAを用いたノックダウン解析の結果、Blimp-1によるG1停止がRbに依存しており、p21,p57の誘導によるRbのリン酸化によりG1停止が誘導されることが示された。一方、G2停止はBlimp-1によるp53蛋白の発現の増加に依存していた。p53 mRNAの発現量はBlimp-1の発現で変化がないことより、このp53の蛋白レベルの上昇は、転写後調節を介することが明らかとなった。さらにBlimp-1の機能を解析するために、Blimp-1と結合する複数の蛋白質の同定を試みた。その結果、Blimp-1は細胞周期に重要な蛋白質のひとつと結合することが明らかになった。Blimp-1は細胞周期制御因子の発現を制御するとともに、直接細胞周期制御に関与する蛋白に結合することで細胞周期の停止に関与する可能性も示唆された。
フローベール文学の倫理的宗教的読解の試み

2018年度の研究実績として、研究発表3件と3本の論文執筆をあげることができる。研究発表として、フランス国立科学研究センター近代テクスト草稿研究所(パリ)創立50周年記念国際大会で、草稿研究と作品解釈に関する招待講演を行なった。名古屋大学人文学研究論集第2号(2019年3月)に講演原稿は公刊されている。また日本フランス語フランス文学会中部支部大会で「ルネ・ジラール、フローベール、19世紀」と題する研究発表を行い、フローベールの倫理的宗教的主題にルネ・ジラールの欲望の模倣論の観点から光をあて、さらに19世紀のバルザックやモパッサンとも比較検討した。3月には最終講義として「フローベールの「写実主義」の形而上学的宗教的次元について」と題する最終講義を行い、代表作『『ボヴァリー夫人』と『純な心』における宗教感情について論じた。研究課題である「フローベール文学の倫理的宗教的読解」の研究成果の現時点での報告である。また社会思想史学会による『社会思想史事典』(丸善出版, 2019年1月)の「写実主義」の項目を執筆担当し、フローベールの「平等」をめぐる思想とその文学的表現に言及した。また日本フランス語学会誌「フランス語学研究」第52号に「ソシュール的恣意性の深淵とラングの言語学」を発表し、フローベールにおける宗教的主題がこれまで軽視されてきた理由でもある「現代性の神話」の形成に多大な影響を与えたソシュール解釈の偏向を糺すべく努めた。研究課題に直接関係する研究発表の機会に恵まれ、論文の執筆と刊行の機会にも恵まれた。またキリスト教関連の文献、特に神学に関連する文献の読解を通して、宗教的的主題への理解が深まった。また、これまでの研究課題の一つであったソシュール研究によって、フローベールの現代性の神話が、ソシュールのフランスにおける言語自立論的受容によって促されてきたことが容易に把握できるようになった。長年にわたるソシュール研究によって、現代性の神話によって久しく等閑に付されてきたフローベール文学の倫理的宗教的読解の可能性が、逆説的に明確になってきたことは大きな成果である。今後は、これまで申請者が発表してこなかったフローベール晩年の「三つの物語」を対象とした論考の執筆と刊行を当面の目標にする。と同時に初期作品や写実主義的小説についても宗教的主題に着目した論考を執筆する予定である。また19世紀におけるキリスト教が文学に与えた影響の一端を、フローベールに影響を与えたシャトーブリアンに即して6月にパリで催されるシャトーブリアン学会で発表する予定である。また2021年のフローベール生誕200年に向けた日本とフランスでの国際シンポジウムへの参加およびそれらの組織化にも日本フローベール研究会の責任者として関わっていきたい。
プロサイモシンαの核シャトルによるレシピエント細胞リプログラミング機構解明

プロサイモシンα(ProTα)は多機能性の核タンパク質であり、神経細胞からストレス誘発性に細胞外遊離する。細胞外ProTαは、自然免疫受容体であるTLR4/MD2と新規に同定した細胞膜タンパク質を介する受容体機構を有すると共に、ある種の細胞においては再度核内に移行する。この核シャトル機構を有するレシピエント細胞において、ProTα処置により神経保護性のサイトカインの発現上昇が認められたことから、細胞コミュニティの秩序維持に寄与することが推測される。脳梗塞などのストレス負荷時におけるProTαの脳保護機構には、受容体シグナルと核シャトルによる直接的エピゲノム性遺伝子発現制御が重要だと考えられる。本研究は、ストレス誘発性に核から細胞外に遊離する脳保護性のプロサイモシンα(ProTα)の作用機構解明を目的とした研究である。その特徴として、遊離する神経細胞をホスト細胞と位置づけ、レシピエント細胞への作用機構に受容体シグナリングと核内への再取り込み:核シャトル機構が存在するという点にある。本研究では、「核シャトルしたProTαは、レシピエント細胞の表現型をシンクロさせる力の因子」であると仮説を立て、その検証を行う。1.核シャトル可能な標識ProTαの生産:個体レベルでも安定して核シャトルが観察できる標識ProTαの生産を行った。GST-TEVプロテアーゼ認識配列融合ProTαを作製し、TEVプロテアーゼによりGST-tagの除去を行った後にクロマトグラフを行い高純度のProTαを多量に精製する系を構築した。本精製ProTαリコンビナントは、N末端のメチオニンが存在せず、2番目のアミノ酸であるセリンがアセチル化されており、生体内に存在するProTαと同等の配列であることに特徴がある。2.ProTα核シャトルレシピエント細胞の特定と受容体シグナリング解析:脳神経系細胞の解析から、核シャトルレシピエント細胞としてアストロサイトが存在することを明らかとした。神経細胞、ミクログリアには受容体シグナリングを介して作用することを明らかとし、ミクログリアにおける標的ーシグナルが自然免疫受容体ーインターフェロン系であることを明らかとした。加えて、神経細胞における新規ProTα受容体を見出しており、同定を行う段階にある。ProTαの核シャトルレシピエント細胞を同定し、受容体シグナルの系についても明らかにしつつある。平成26年度は、ProTαの細胞表現型制御としてレシピエント細胞核内におけるエピゲノム性制御とそれに付随した神経栄養因子群の発現機構の基盤解明を行う。その特徴として、遊離する神経細胞をホスト細胞と位置づけ、レシピエント細胞への作用機構には受容体シグナリングと核内への再取り込み:核シャトル機構が存在するという点がある。本研究では、「核シャトルしたProTαは、レシピエント細胞の表現型をシンクロさせる力の因子である」と仮説を立て、その検証を行う。1.細胞膜候補受容体TLR4/MD2との結合:前年度、ミクログリア細胞に対してProTαは、受容体シグナリングを介して作用することを明らかとし、また、そのシグナルが自然免疫受容体(TLR4/MD2)-インターフェロン系であることを明らかとしていた。本年度は、リガンドProTαと受容体TLR4/MD2との相互作用をバイオセンサーであるQCMで動力学的に計測すると共に、in silico解析にてその相互作用様式の予測を行った。2.ProTαの新規細胞膜受容体同定:これまでにProTαの神経細胞死保護効果は、Gαi共役受容体シグナルを介する事を明らかとしている。これを受けて、Gαiを含む細胞膜の構成体であるLipid Raftを精製し、その画分からProTαと結合する分子の同定に成功した。さらに、組換えタンパク質受容体との相互作用解析、受容体阻害実験によるProTαの神経保護効果消失も確認している。平成27年度は、ProTαの細胞表現型制御としてレシピエント細胞における遺伝子発現変化の網羅的解析と核内にシャトルしたProTαによって直接的に遺伝子発現変動制御を受ける分子の同定を行う。本研究は、ストレス誘発性に核から細胞外に遊離する脳保護性のプロサイモシンα(ProTα)の作用機構解析を目的とした研究である。本研究では、「核シャトルしたProTαは、レシピエント細胞の表現型をシンクロさせる力の因子である」との仮説を立て、その検証を行う。1.細胞膜候補受容体TLR4/MD2との結合:これまでにProTαの受容体シグナルが自然免疫受容体(TLR4/MD2)ーインターフェロン系であることを明らかとし、リガンドProTαと受容体TLR4/MD2との相互作用をバイオセンサーであるQCMで動力学的に計測すると共に、in silico解析にてその相互作用様式の予測を行ってきた。本年度は、ProTαの細胞外遊離担体であり、ProTαと共に細胞外遊離するS100A13がProTαのTLR4/MD2への相互作用能を増強させることを明らかとした。2.ProTαの新規細胞膜受容体同定:Lipid Raft画分からProTα結合タンパク質を同定し、相互作用解析、受容体阻害実験によるProTαの神経保護効果消失を確認することにより、Gαi共役受容体シグナルを介する神経細胞死保護機構の鍵分子を明らかにした。

3.レシピエント細胞における細胞表現型解析:細胞外ProTαを即時に核内に取り込む細胞を用いてDNAマイクロアレイ解析を行った。興味深い事にレシピエント細胞群はケモカイン並びに、インターフェロン系シグナルが賦活化されており、これまでにin vivoにおける神経保護能に関与すると推測してきたシグナル群と高い一致を得た。今後、多岐に渡るProTαの神経保護機構の全容を受容体機構、核シャトル機構の両面から明らかとしていく。プロサイモシンα(ProTα)は多機能性の核タンパク質であり、神経細胞からストレス誘発性に細胞外遊離する。細胞外ProTαは、自然免疫受容体であるTLR4/MD2と新規に同定した細胞膜タンパク質を介する受容体機構を有すると共に、ある種の細胞においては再度核内に移行する。この核シャトル機構を有するレシピエント細胞において、ProTα処置により神経保護性のサイトカインの発現上昇が認められたことから、細胞コミュニティの秩序維持に寄与することが推測される。脳梗塞などのストレス負荷時におけるProTαの脳保護機構には、受容体シグナルと核シャトルによる直接的エピゲノム性遺伝子発現制御が重要だと考えられる。1.ProTαが核シャトルするレシピエント細胞としてC6グリオーマ細胞の解析を当初行う予定であったが、本細胞における核シャトルのステップは細胞ストレス依存的であり、ストレス誘発性の遺伝子発現が予測され、実験系の複雑化による結果解釈が妥当でなくなる可能性が生じた。よって、ストレス非依存的に核シャトルが起こる細胞を探索する必要があり、既に実験に適した細胞を同定済みである。2.神経細胞、ミクログリアの受容体シグナリングが神経保護の主要径路であること、核シャトル機構との差別化を行う必要性から「核シャトル機構」よりも優先的に「受容体シグナリング機構」を解析する必要があった。機能生物化学核シャトル可能なProTαリコンビナントの作製と、ストレスに依存することなく核シャトルするレシピエント細胞の特定、そして、細胞膜受容体を介したProTαシグナリングの概要が判明したことから、今後は、細胞表現型を制御するエピゲノム性遺伝子発現制御機構の変換解析を行う。網羅的に発現変動遺伝子を解析し、特に、神経栄養因子群や生存サイトカインの発現状態に着目する。既に、直接的に核内シャトルされたProTαがヒストンと結合することを明らかとしているが、どの遺伝子を内包するヌクレオソームなのかをシャトルしたProTαを利用したChIP-Seqを行い同定する。これにより、第一に核シャトルしたProTαのエピゲノム性制御を明らかとすることで「直接的な核内情報伝達駆動の分子機構」が提示できると考える。第二に、DAMPsの新たな機構として分類可能であると考える。第三に、本機構の生物学的意義として、「対細胞ストレス戦略として、核タンパク質が細胞核間を伝播し、細胞形質を自己保護に向けて制御する」との仮説を証明できる。
胃癌幹細胞特異的に発現するイオンチャネルの解析と新規分子標的治療法の開発

平成30年度は、まずヒト胃癌細胞株からの癌幹細胞の抽出・培養を試みた。種々のヒト胃癌細胞株(MKN7、MKN28、MKN45、MKN74、KATO-III、NUGC-4)を胃癌細胞株を蛍光標識したCD44で処理し、癌幹細胞マーカー高発現細胞をcell sorterを用いてsortingし、sphere形成能を有する細胞のみを分離し、MKN74から癌幹細胞を培養することに成功した。MKN74由来癌幹細胞株は親株と比較し、CD44のmRNA、蛋白発現レベルが著明に上昇していた。樹立した癌幹細胞を接着プレートで培養し、再分化能を持つことを確認した。また、MKN74由来癌幹細胞株が親株に比して、CDDPに対する耐性を有することを確認した。MKN74由来癌幹細胞株と親株での遺伝子発現をmicroarrayを用いた網羅的解析により比較検討したところ、Ca2+,K+, Cl- channelなどの種々のイオン輸送体が癌幹細胞において高発現していることを確認した。イオンチャンネルに関連する遺伝子のうちカルシウムチャネル、特に電位依存性カルシウムチャネルの発現上昇に着目し研究を進めた。電位依存性カルシウムチャネルCACNA2D1、CACNB4のmRNAレベルがMKN74由来癌幹細胞株で著明に上昇していることをRT-PCRで確認した。現在、これらにカルシウムチャネルに対する阻害薬(アムロジピン、ベラパミル)を選択し、癌幹細胞特異的に増殖抑制効果を示すか否かを検証中である。当初の研究計画のうち、ヒト胃癌細胞株を用いた癌幹細胞の作製と、癌幹細胞特異的に発現するイオン輸送体の同定の基礎実験は、ほぼ終了している。また、消化器癌における種々のイオン輸送体・pH制御因子の機能解析も進展しており、研究成果は既に国内外の学会で発表し、英文雑誌にも投稿・掲載されている。現在、胃癌幹細胞株において高発現するCACNA2D1、CACNB4などの電位依存性カルシウムチャネルに対する阻害薬、アムロジピン、ベラパミルの抗癌幹細胞効果をin vitro、in vivo実験系で検証している。また、胃癌幹細胞株において高発現する他のイオン輸送体に対する阻害薬を選択し、癌幹細胞特異的な増殖抑制効果の解析も進行しており、研究目的・研究計画はおおむね順調に進展していると考える。次年度以降は、ターゲットとして選択したCa2+, K+, Cl- channelなどの種々のイオン輸送体阻害剤の、癌幹細胞特異的な増殖抑制効果をさらに検証するとともに、癌幹細胞内イオン濃度変化を介する細胞周期・アポトーシス制御機構の解明を試みる。また、ヒト胃癌組織における癌幹細胞マーカーの発現解析と、イオン輸送体発現との相関性を解析する。更に、in vivoにおける、阻害剤・RNA干渉を用いたイオン輸送体制御による皮下腫瘍成長抑制効果について検証するとともに、各条件の皮下腫瘍から癌幹細胞を抽出し、self-renewal capacityを解析する予定である。

次年度以降は、ターゲットとして選択したCa2+, K+, Cl- channelなどの種々のイオン輸送体阻害剤の、癌幹細胞特異的な増殖抑制効果をさらに検証するとともに、癌幹細胞内イオン濃度変化を介する細胞周期・アポトーシス制御機構の解明を試みる。また、ヒト胃癌組織における癌幹細胞マーカーの発現解析と、イオン輸送体発現との相関性を解析する。更に、in vivoにおける、阻害剤・RNA干渉を用いたイオン輸送体制御による皮下腫瘍成長抑制効果について検証するとともに、各条件の皮下腫瘍から癌幹細胞を抽出し、self-renewal capacityを解析する予定である。
生体吸収性ポリマーパッチを用いた消化管再生療法の開発

ブタの胃、大腸などの消化管を部分切除し、独自に開発した生体吸収性ポリマーを切除部にパッチ状に移植することで、肉眼的、組織学的に切除前同様に再生させることに成功した。移植部分の破綻はみられず、大動物実験において良好な結果が得られた。これまで生物由来以外の生体吸収性素材を用いた消化管再生の研究報告は無い。今後、消化管部分切除後に本素材を利用したパッチ移植が新規治療となり得る可能性がある。本研究は、消化管におけるあらゆる病変の切除範囲を最小限にとどめ、生体機能を温存させることを可能にする人工腸管壁の開発を目的として、ブタを用いて行ったものである。人工腸管壁として、独自に開発した生体吸収性ポリマー(ポリ乳酸とポリカプロラクトンの共重合体にポリグリコール酸の線維で補強したもの)を用いた。胃壁の再生に関して、およそ8cm四方の生体吸収性ポリマーを移植し、nativeに近い形での再生は既に実証済みである。今回、筋層の再生促進を目的にポリマーにb-FGFを添加したが、非添加のものと明らかな変化は見受けられなかった。また、胃、小腸において腸管全周性の移植(間置)を試みたが、消化管再生は成功し得なかった。しかし、食道壁を一定の大きさ欠損させ同生体吸収性ポリマーパッチを移植したところ、12週後にはnative同様の食道壁が再生していた。また、大腸壁の一部を欠損させて同様に本素材を移植したところ、やはりnative同様の大腸壁が再生することが分かった。本素材が、胃だけではなく、食道、大腸など他の消化管の再生を目的として利用可能であることが示された。食道は壁の一部が欠損した状況において、食道切除や他臓器による再建など過大侵襲を伴う治療を必要とする。さらに大腸壁の欠損では、人工肛門形成など著しくQOLの低下を伴う治療が必要となる場合がある。このような背景の中で、この生体吸収性ポリマーがあらゆる消化管再生に利用可能となる可能性が示されたことは、あらたな治療法開発の一端と成り得るものと考えられる。本研究は、消化管におけるあらゆる病変の切除範囲を最小限にとどめ、生体機能を温存させることを可能にする人工腸管壁の開発を目的としてブタを用いて行ったものである。人工腸管壁として、独自に開発した生体吸収性ポリマー(ポリ乳酸とポリカプロラクトンの共重合体をポリグリコール酸の線維で補強したもの)を用いている。昨年度は胃壁、大腸、小腸壁に本素材をパッチ状に移植することでnative同様に再生し得ることが実験で証明された。本年度は、人工胃壁の素材に改良加えた実験を行った。これまで使用してきた上記ポリマーは、フェルトの様な触感で軟らかい素材である。より強度を増すために、ポリ乳酸で作成した約1mm程度の太さの格子をこのポリマーに組み込んで剛性を増した。これはポリ乳酸の格子の吸収分解が遅いため、長期に移植部に遺残する。胃体前壁に8×8cm大にパッチ状に移植し、12週後摘出した。肉眼的にはポリマーの破綻無く、潰瘍面の大きさも格子の無いものに比べて大きな差は無かった。しかし組織学的所見では、格子を組み込んだものは線維性の組織が非常に厚く、筋肉や粘膜の再生は格子を組み込まなかったものに比べて不良であった。このことから人工胃壁として用いる素材は、これまで用いてきた早期に吸収される素材が適しており、剛性を増すために格子を組み込み吸収により長時間を要する素材は、線維化が強く組織学的に良好な消化管再生が得られないという結論に達した。更なる改良の必要性はあると思われるが、これまで我々が用いてきた生体吸収性ポリマーの組成は過剰な線維化を生じることなく組織学的にも良好な再生が得られており、消化管再生に適した組成であると考えている。また付加実験として腹壁、膀胱などにも本素材を用いて実験を試みたが一定の良好な結果が得られており、これは様々な臓器へ応用し得る可能性を秘めた素材であると思われる。
iPS細胞を用いた孤発性パーキンソン病の解析システムの開発と病態の再分類

孤発性パーキンソン病患者検体を用いた疾患iPS細胞モデルの確立とその解析を通じて、孤発性パーキンソン病の病態の再分類を行うことを目指している。H30年度は順天堂医院に通院する孤発性パーキンソン病患者から順次末梢血検査医を採取し蓄積を進めた。これまでにパーキンソン病約350症例、対照群約50症例に関して患者の同意のもとに検体の採取を完了した。一方でパーキンソン病患者由来ドーパミン神経細胞の誘導の効率化と表現型解析の高精度化を進めた。解析が先行するPARK2/6に関してマイトファジーを小スケールでイメージングサイトメーターを用いて定量する方法を確立した。同様にPARK9においてリソソーム異常を定量化するシステムを確立した。αシヌクレイン定量に関してはPARK4-iPS細胞を患者検体から樹立し、解析方法を確立した。細胞死などその他神経変性疾患に一般的な表現型に関しても定量化するシステムを確立した。一方で小スケールなiPS細胞の同時並行樹立方法の条件検討を行った。24wellプレートで樹立する方法は概ね確立され100検体以上のiPS細胞が樹立された。マイトファジー、リソソームに加え細胞死・神経突起進展などの表現型解析も確立され孤発性検体の解析と分類が進行中である。H28年度は順天堂医院に通院する孤発性パーキンソン病患者から順次末梢血検査医を採取し蓄積を進めた。年度内にパーキンソン病約250症例、対照群約50症例に関して患者の同意のもとに検体の採取を完了した。αシヌクレイン定量に関してはPARK4-iPS細胞を患者検体から樹立し、その方法を開発している段階にある。24wellプレートで樹立する方法は概ね確立されたが、現在さらに樹立方法を効率化するため、96wellベースでのiPS細胞樹立方法の開発を継続している。今後はさらに末梢血検体採取を継続し、さらに症例数を増やすことを目的とする。マイトファジー、リソソームに関しては表現型検出方法がほぼ確立されたが、αシヌクレインに関しては樹立したPARK4-iPS細胞・PARK2-iPS細胞を用いて、病的な異常凝集をより高精度に検出する方法の開発を継続する。同時に細胞死・神経突起進展などの日特異的な表現型解析も含めて全ての方法の定量性を高める。iPS細胞の樹立方法をさらに効率化し、96wellベースでのiPS細胞樹立方法が確立されたのち、孤発性検体の解析を順次開始していく。H28年度は順天堂医院に通院する孤発性パーキンソン病患者から順次末梢血検体を採取し蓄積を進めた。計画では孤発性検体の解析をH28年度内に行っている予定であったが、表現型解析モジュールの種類を増やし、それぞれのアッセイの定量性を高めることがより正確な解析につながると考えて、実際の孤発性症例の解析を行うに先立って解析システムの拡充に務めることにした。H29年度は順天堂医院に通院する孤発性パーキンソン病患者から順次末梢血検査医を採取し蓄積を進めた。これまでにパーキンソン病約300症例、対照群約50症例に関して患者の同意のもとに検体の採取を完了した。

細胞死などその他神経変性疾患に一般的な表現型に関しても定量化するシステムを確立した。一方で小スケールなiPS細胞の同時並行樹立方法の条件検討を行った。24wellプレートで樹立する方法は概ね確立された。マイトファジー、リソソームに関しては表現型検出方法がほぼ確立されたが、同時に細胞死・神経突起進展などの日特異的な表現型解析も含めて全ての方法の定量性を高めることができた。孤発性検体の解析が順次進行中である。今後はさらに末梢血検体採取を継続し、今後はさらに症例数を増やすことを目的とする。H29年度は順天堂医院に通院する孤発性パーキンソン病患者から順次末梢血検査医を採取し蓄積を進めた。これまでにパーキンソン病約300症例、対照群約50症例に関して患者の同意のもとに検体の採取を完了した。遺伝性症例の表現型検出方法の確立がほぼ終了し、孤発性検体の解析が順次進行中である。孤発性パーキンソン病患者検体を用いた疾患iPS細胞モデルの確立とその解析を通じて、孤発性パーキンソン病の病態の再分類を行うことを目指している。H30年度は順天堂医院に通院する孤発性パーキンソン病患者から順次末梢血検査医を採取し蓄積を進めた。これまでにパーキンソン病約350症例、対照群約50症例に関して患者の同意のもとに検体の採取を完了した。一方でパーキンソン病患者由来ドーパミン神経細胞の誘導の効率化と表現型解析の高精度化を進めた。解析が先行するPARK2/6に関してマイトファジーを小スケールでイメージングサイトメーターを用いて定量する方法を確立した。同様にPARK9においてリソソーム異常を定量化するシステムを確立した。αシヌクレイン定量に関してはPARK4-iPS細胞を患者検体から樹立し、解析方法を確立した。24wellプレートで樹立する方法は概ね確立され100検体以上のiPS細胞が樹立された。マイトファジー、リソソームに加え細胞死・神経突起進展などの表現型解析も確立され孤発性検体の解析と分類が進行中である。順天堂医院に通院する孤発性パーキンソン病患者からの末梢血検体採取に関して継続し、さらに症例数を増やすことを目的とする。マイトファジー、リソソームに関しては表現型検出方法がほぼ確立されたが、αシヌクレインに関しては樹立したPARK4-iPS細胞・PARK2-iPS細胞を用いて、病的な異常凝集をより高精度に検出する方法の開発を継続する。同時に細胞死・神経突起進展などの日特異的な表現型解析も含めて全ての方法の定量性を高める。iPS細胞の樹立に関しては、樹立方法をさらに効率化し、96wellベースでのiPS細胞樹立方法が確立されたのち、孤発性検体の解析を順次開始していく。H29年度内に、収集した孤発性検体の一部を解析できていることを目標にする。今後はさらに末梢血検体採取を継続し、さらに症例数を増やすことを目的とする。孤発性検体の解析を継続する。表現型解析とiPS樹立方法の改良を中心に行い、孤発性検体の解析を次年度に先送りしたため。孤発性検体の解析に用いる。
無限次元力学系の軌道の位相的検証と近可積分系への応用

本年度は,昨年度に考案した散逸的無限次元力学系における定常解間の接続軌道を検出するための,コンリー指数を用いた位相的検証法ついて引き続き研究を行った.接続軌道の検証においては,各定常解でのコンリー指数のみならずそれらを含む大域的なコンリー指数を求めなければならない.昨年度提案した方法においては区間の直積で与えられる1つの超直方体を与え,大域的なコンリー指数はそれを用いて構成していた.しかし様々な具体例へ適用することにより,この手法では分岐直後の比較的単純なダイナミクスが実現されている際には有効に機能するが,より複雑な接続軌道の検証に際しては大域的なコンリー指数の計算が困難であることが明らかになった.より効率的な新たを手法の構築が今後の課題となる.また,5次Swift-Hohenberg方程式に現れる局在波の存在とサドルノード分岐の階層構造の関係に関する研究も行った.まずFFT演算を適用して効率化した位相的検証法を用いて,様々な局在波がサドルノード分岐を連続的に繰り返す複合分岐枝上に存在することを証明することに成功した.その後,この様な局在波の出自を調べる為に,5次Swift-Hohenberg方程式の定常問題をハミルトン系として定式化し,標準形解析を行った.その結果,自明解から周期定常波へのヘテロクリニック軌道の存在が上述の局在波を引き起こす原因になっていることが明らかになった.今年度は研究実施計画に記した通り,Conley指数理論を用いた一意性,安定性も込めた分岐枝の数値検証法の開発を中心に研究を行なった.新しい成果としては近似定常解の分岐追跡アルゴリズムとConley指数を用いた定常解の数値検証法を併用したアルゴリズムを構成することにより,分岐枝を追跡しながらその数学的な存在証明を与えることが可能となった.ここでの結果は位相的な量であるConley指数を実際に計算していることから,勾配系においてはその安定性を判別できる.また従来の検証法と縮小写像の原理から得られる一意性の議論を結びつけることにより,従来の検証法では扱えなかった定常解の一意存在の問題も肯定的に扱えるようになった.この結果によると,従来のConley指数を用いた数値検証法における検証条件を若干強めるだけで,定常解の存在が一意的であることが主張できるものである.またConley指数の情報をさらに利用することで定常解の間のコネクティング軌道を検出することが可能であることも確かめた.これはその他の多くの数値検証法においては定常的な解のみを検証しているという現状において,この方法によると偏微分方程式の解の大域的なダイナミクスを研究できるという点で重要な結果であると考える.具体的には熱対流を記述するモデル方程式であるSwift-Hohenberg方程式において様々な共役,準共役力学系の存在証明を与えることに成功した.またここでの方法は勾配系であれば不変的に適用が可能である.これらの研究結果まとめ,数学会において2度講演を行なった.またSIAMの国際会議ICIAMにおいても研究発表を行った.本年度は,昨年度に考案した散逸的無限次元力学系における定常解間の接続軌道を検出するための,コンリー指数を用いた位相的検証法ついて引き続き研究を行った.接続軌道の検証においては,各定常解でのコンリー指数のみならずそれらを含む大域的なコンリー指数を求めなければならない.昨年度提案した方法においては区間の直積で与えられる1つの超直方体を与え,大域的なコンリー指数はそれを用いて構成していた.しかし様々な具体例へ適用することにより,この手法では分岐直後の比較的単純なダイナミクスが実現されている際には有効に機能するが,より複雑な接続軌道の検証に際しては大域的なコンリー指数の計算が困難であることが明らかになった.より効率的な新たを手法の構築が今後の課題となる.また,5次Swift-Hohenberg方程式に現れる局在波の存在とサドルノード分岐の階層構造の関係に関する研究も行った.まずFFT演算を適用して効率化した位相的検証法を用いて,様々な局在波がサドルノード分岐を連続的に繰り返す複合分岐枝上に存在することを証明することに成功した.その後,この様な局在波の出自を調べる為に,5次Swift-Hohenberg方程式の定常問題をハミルトン系として定式化し,標準形解析を行った.その結果,自明解から周期定常波へのヘテロクリニック軌道の存在が上述の局在波を引き起こす原因になっていることが明らかになった.