hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
繰り込み群の多角的応用

20022005年度の4年間にわたって「繰り込み群の多角的応用」の表題の下に研究活動した.おもな研究対象は厳密繰り込み群と密度行列繰り込み群であった.前者は園田が中心となり,後者は西野が中心となった.厳密繰り込み群は有限のカットオフをもちい連続極限を表す場の理論の手法である.本研究で得られた成果を箇条書しよう.1.厳密繰り込み群の方程式の解の紫外領域での漸近的振舞いを解析することにより,連続極限を記述するパラメタを得た.2.厳密繰り込み群方程式を積分方程式で定式化して,摂動的な形式解を得た.3.上の1のパラメタ表示の方法をQEDに導入した.Ward恒等式がパラメタの間にどのような関係をもたらすか解析し,摂動展開を構成した.密度行列繰り込み群は,実空間繰り込み群の考えを数値計算手法に持ち込んで得られたものである.本研究で得られた成果を箇条書きしよう.1.密度行列繰り込み群の考え方の背景にある,行列積波動関数に対する変分手続きを解析し,数値的に高速に動作する「積波動関数繰込み群」を開発した.2.行列積を高次元に拡張したテンソル積について同様に変分形式を考えることにより,密度行列繰込み群の高次元系への拡張手法である「テンソル積変分法」を定式化した.3.「確率的光円錐密度行列繰込み群」や「スナップショット生成」など密度行列繰込み群の拡張を行った.これらを格子統計系に応用した結果として、2次元および3次ANNNI模型の精密相図や,対称16vertex模型の新たな臨界点などを得た.20022005年度の4年間にわたって「繰り込み群の多角的応用」の表題の下に研究活動した.おもな研究対象は厳密繰り込み群と密度行列繰り込み群であった.前者は園田が中心となり,後者は西野が中心となった.厳密繰り込み群は有限のカットオフをもちい連続極限を表す場の理論の手法である.本研究で得られた成果を箇条書しよう.1.厳密繰り込み群の方程式の解の紫外領域での漸近的振舞いを解析することにより,連続極限を記述するパラメタを得た.2.厳密繰り込み群方程式を積分方程式で定式化して,摂動的な形式解を得た.3.上の1のパラメタ表示の方法をQEDに導入した.Ward恒等式がパラメタの間にどのような関係をもたらすか解析し,摂動展開を構成した.密度行列繰り込み群は,実空間繰り込み群の考えを数値計算手法に持ち込んで得られたものである.本研究で得られた成果を箇条書きしよう.1.密度行列繰り込み群の考え方の背景にある,行列積波動関数に対する変分手続きを解析し,数値的に高速に動作する「積波動関数繰込み群」を開発した.2.行列積を高次元に拡張したテンソル積について同様に変分形式を考えることにより,密度行列繰込み群の高次元系への拡張手法である「テンソル積変分法」を定式化した.3.「確率的光円錐密度行列繰込み群」や「スナップショット生成」など密度行列繰込み群の拡張を行った.これらを格子統計系に応用した結果として、2次元および3次ANNNI模型の精密相図や,対称16vertex模型の新たな臨界点などを得た.初年度にあたる今年は,まず予定どおり,繰り込み群研究の現状を把握するために,数回のセミナーを開くことから始めた.園田がWilsonによる厳密繰り込み群(特にそのPolchinskiによる摂動論的扱い)の解説に当り,また西野がWhiteの密度行列繰り込み群の方法を解説した.前者は素粒子理論,後者は物性理論の色彩が強いが,両分野の研究者にとってわかりやすい解説が行われた.園田の"Bootstrapping..."の論文にある研究は,上記の担当がきっかけで,Polchinskiの定式化をよりわかりやすいものにすることを動機として始められた.通常,繰り込み群方程式は,微分方程式として表されるが,それを積分方程式に書き直すことによって,連続極限が極限操作をとらずに直接得られることが示された.この方法をたとえば電子系の低エネルギーの普遍的な物理のように,物性論で興味のある系に応用することは,今後の課題である.密度行列繰り込み群は(DMRG)は,西野によって数値的研究が行われ,彼自身が提唱したテンソル積の方法によって,Pottsモデルなどより広い範囲のモデルに応用することに成功した.素粒子の研究者にも役立つような定式化は,来年度に期待される.研究支援者として,兼下英司(かねしたえいじ)と関穣慶(せきしげのり)の2名を雇用した.兼下は平均場近似を使って,ストライプ秩序のある銅酸化物高温超伝導体の電子状態の解析を行っていて,平均場近似の正当化のために繰り込み群の方法を使うことに興味を持っている.また関の研究対象は弦理論で,最近はDijkgraafとVafaの予想にもとづいて,弦理論や行列模型を用いて,N=1ゲージ理論を理解しようとしている.いままでよく調べられてきたN=2ゲージ理論に比べて,繰り込み群から得られる情報が豊富であると予想される.6人の研究者間の交流は来年度以降いっそう盛んになると期待される.今年度の研究の2本の柱は、厳密繰り込み群の理論的な解析と、密度行列繰り込み群の理論的および数値的な解析である。厳密繰り込み群の解析は、おもに園田によって行われた。

Feynmanグラフと厳密繰り込み群の関係の解明(hep-th/0305071)や、3次元スカラー理論のWilson-Fisher不動点における臨界指数の厳密繰り込み群による計算などの結果が得られ、後者に関しては現在論文を準備中である。さらに園田は、おもに大学院生を対象として場の理論の連続極限のとり方について講義し、そのノートは近く「素粒子論研究」に投稿する予定である。密度行列くりこみ群の研究は、今年度も西野を中心として行われた。それまで2次元の古典系に限られていた対象を広げて、3次元のイジング模型について新しい数値計算の方法を提唱した。(Prog.Theor.Phys.110)さらに密度行列くりこみ群と変分原理の関係について多少一般向の紹介を日本語で著している。(数理解析研研究会)研究支援者として、今年度はじめの2ヶ月は、前年度に引き続き関穣慶(しげのり)を雇用した。関は、紐理論の視野から繰り込み群研究に携わった。7月から年度末までは、大阪大学理学研究科大学院生の伊藤悦子を雇用した。伊藤は、厳密繰り込み群を3次元の非線型シグマ模型に応用し、特に場がケーラー多様体の場合にいままで知られていなかった新しい臨界点を提唱している。今年度の研究成果は以下のとおりである。(i)ゲージ理論の厳密繰り込み群による定式化(園田ほか)---一番簡単なゲージ理論であるQEDの厳密繰り込み群による定式化を完成した。(未発表)電子の場のoff shellの取り扱いに、厳密繰り込み群ならではの特長がでるカイラルQEDへの拡張は、未完成である。アノマリーが1loopで存在しなければ、all orderでWard identityをが保証されること(いわゆるアノマリーの非繰り込み定理)を厳密繰り込み群をつかって、帰納的に証明したいのだが、完成にはもうすこし時間が必要である。フェルミオンがある場合の非アーベルゲージ理論も、QEDとほとんど同じように厳密繰り込み群で定式化することができる。この場合も、アノマリーの非繰り込み定理の証明は、今後の課題である。また研究には間接的にしか関係しないが、園田は10月にモンゴルの科学アカデミー物理学研究所で、繰り込み群の啓蒙特別講義を6回行い、その講義録をKOBE-TH-04-08にまとめた。(ii)密度行列繰り込み群の発展(西野ほか)---密度行列繰り込み群の方法を変分法の立場から研究した。テンソル積変分法を使った数値計算のほかに、いままでの念願であった3次元系への応用も試み、すくなくとも定性的には信頼のおける成果を得ることができた。(論文4 A.Gendiar, T.Nishino)(iii)研究支援者の瀧本哲也は、f電子系による磁気異方性について、特に群の表現論を応用した研究をした。群論を使うことによって、導入しなければならないパラメタが整理されて、半定量的には実験結果を説明できる結果を得ることができた。物性理論に独特な群論の使い方は、素粒子論の研究者には印象的であった。(iv)本研究に参加する研究者全員と大学院生による繰り込み群の勉強会は、本年度前期にほぼ隔週で行い、その活動報告をhttp://www.phys.sci.kobe-u.ac.jp/sonoda/RG/に掲示した。今年度の研究成果は以下のとおりである.(1)神戸大における「繰り込み群ミニワークショップ」の開催(園田,西野ほか)-12月2,3日に神戸大理学部において繰り込み群ミニワークショップを催した.参加者は23人で,そのうち8人は招待講演者であった.
微小循環からみた高血糖による虚血後再灌流障害

平成11年度平成12年度にわたる研究の目的は、虚血-再灌流後臓器障害の増悪の因子としての高血糖役割を微小循環障害の観点からそれを明らかにすることにあった。その目的を達成するために、両側頚動脈を結紮したダッチウサギを対象として、走査型レーザ眼底鏡(SLO)を用いて、網膜微小循環を観察すした。動物をケタミンの静脈内投与により前麻酔を行った。実験中の麻酔の維持はプロポフォールまたはハロセンにより行った。動脈圧の測定と静脈路確保の目的で、それぞれ大腿動脈と大腿静脈にカテーテルを留置した。1.まず基準麻酔(プロポフォール36mg/kg/hr、ハロセン吸入濃度1%)SLOにより観察下にfluorescein Na2mgの静脈内投与により、網膜微小血管の観察と微小血流の測定を行う。fluorescein Naの蛍光曲線より血管径、平均循環時間(血流速度)を計測することにより、網膜血流量を求めた。光刺激誘発網電図(ERG)の記録と眼圧の測定を行った。2.ついで麻酔薬の投与速度を多くして動脈圧を40mmHgとして、深麻酔により網膜を60分間虚血して、同様に測定を行った。3.再び麻酔薬濃度を基準麻酔として60分間維持し、同様に測定を繰り返した。ハロセン、プロポフォールのいずれにおいても、深麻酔では網膜虚血を反映してERGのb-波の振幅はで5060%に低下した。しかし再び麻酔薬深度を基準麻酔とすることにより、初期値に回復した。深麻酔中に低下していた網膜血流量は、麻酔薬深度を基準麻酔とすることによりプロポフォールでは回復したが、ハロセンでは低下が続いた。また眼内圧もプロポフォールでは低値であった。両者の麻酔薬で網膜機能(神経保護作用)には差がなかったが、微小循環および眼内圧についてみるとプロポフォールは優れていると考えられる。またアクリジンンオレンジにより白血球の描出を試みた。しかしラットでは網膜微血管内での解析に十分な白血球画像をえることができたが、ダッチウサギにおいては成功しなかった。今後、さらに検討を加えて虚血再灌流障害での白血球の微小循環での定量的な評価を行う計画である。ハムスター(n=32)を対象として実験を行った。ペントバルビタール腹腔内投与による麻酔下に、微小血管観察ウインドーの付きのチャンバーを背部に取り付け、頚動脈と頚静脈への細径カテーテル留置を行った。そして2436時間後に無麻酔下に微小循環観察を行った。測定中は頚動脈カテーテルより動脈圧と脈拍数を連続モニターした。動物を対照群と高血糖群に分け、それぞれ生理食塩水と50%糖液を(5mL/kg)微小循環観察を行う直前に静脈内に投与した。白血球はrhodamine6G、0.2mLの静脈内投与により蛍光染色し、FITC-dextrane(MW=150000)、0.2mLの投与により血漿の流れを可視化して微小循環を観察した。アニマルホルダー内で30分間、循環動態の安定させた後、微小循環観察を開始した。

そして2時間のチャンバー圧迫による虚血負荷の後に再び微小循環観察をおこなった。微小血管画像はビデオテープに収録し、白血球動態について解析を行った。対照群では、血糖値は84mg/dlから69mg/dlと不変であったのに対し、高血糖群では127mg/dlから523mg/dlへと有意に上昇し、その3時間後には両群間では差を見なかった。脈拍数と平均動脈圧にも差を認めなかった。白血球-内皮相互作用は細静脈において観察と評価を行った。虚血前および再灌流直後(10分)には細静脈壁をローリングする白血球数および膠着している白血球数には両群間では差を見なかった。しかし虚血後60分では細静脈壁に膠着している白血球数の有意な上昇を観察した。本実験モデルでは2時間の虚血と再灌流による障害は、チャンバーを取り付けた背部組織に限定され白血球はおよんでいないことから、高血糖では虚血-再灌流により内皮の障害が増強すると結論された。研究の目的は、虚血-再灌流後臓器障害の増悪の因子としての高血糖役割を微小循環障害の観点からそれを明らかにすることにあった。その目的を達成するために、両側頚動脈を結紮したダッチウサギを対象として、走査型レーザ眼底鏡(SLO)を用いて、網膜微小循環を観察すした。動物をケタミンの静脈内投与により前麻酔を行った。実験中の麻酔の維持はプロポフォールまたはハロセンにより行った。動脈圧の測定と静脈路確保の目的で、それぞれ大腿動脈と大腿静脈にカテーテルを留置した。1.まず基準麻酔(プロポフォール36mg/kg/hr、ハロセン吸入濃度1%)SLOにより観察下にfluorescein Na2mgの静脈内投与により、網膜微小血管の観察と微小血流の測定を行う。fluorescein Naの蛍光曲線より血管径、平均循環時間(血流速度)を計測することにより、網膜血流量を求めた。光刺激誘発網電図(ERG)の記録と眼圧の測定を行った。2.ついで麻酔薬の投与速度を多くして動脈圧を40mmHgとして、深麻酔により網膜を60分間虚血して、同様に測定を行った。3.再び麻酔薬濃度を基準麻酔として60分間維持し、同様に測定を繰り返した。ハロセン、プロポフォールのいずれにおいても、深麻酔では網膜虚血を反映してERGのb-波の振幅はで5060%に低下した。しかし再び麻酔薬深度を基準麻酔とすることにより、初期値に回復した。深麻酔中に低下していた網膜血流量は、麻酔薬深度を基準麻酔とすることによりプロポフォールでは回復したが、ハロセンでは低下が続いた。また眼内圧もプロポフォールでは低値であった。両者の麻酔薬で網膜機能(神経保護作用)には差がなかったが、微小循環および眼内圧についてみるとプロポフォールは優れていると考えられる。
数値計算と定性推論を融合したモデルベース設計検証理論の研究

モデルベース開発とは、実機による検証試験のみに頼らず、製品のモデルを計算機上に構築し、それを用いて製品機能の検証を行う方法であり、自動車メーカや航空機メーカに導入されつつある。本研究の目的は、モデルベース開発における製品全体の挙動を理解するための方法論を研究するものである。本研究では、製品の定量的な挙動を導出する数値計算手法に加え、数値計算に用いられる微分代数方程式上の変数間の関係を用いて推論を行う定性推論手法を活用し、特徴的な変数の挙動を抽出し、複雑な製品の挙動を単純化させる手法を開発した。本研究の期間中、当手法をドライブラインモデルや風車システムモデルに適用し、機能検証を実施した。本研究は、数値解析と定性推論両手法を融合したモデルベース設計検証理論を構築し、既存の数式処理・数値計算ソフトウェアにはない独創的なモデルベース開発支援システムの開発を目的とするものである。H26年度(プロジェクト1年目)は、本研究の為の実験環境の構築を行い、設計工学におけるモデリング論と数式処理・数値解析技術を融合した設計支援技術を提案した。この技術の要素を説明する最新の成果を取りまとめ、設計工学分野の査読付き国際論文誌にて2報(CIRP Ann-Manuf Techn 63(1) pp. 193-196.およびProcedia CIRP, 12-(1) pp.40-45.)発表した。また、設計工学分野の国際会議(Design Engineering Work Shop 2014)にて、本研究に関連する口頭発表を行った。製品開発においては従来、開発中の製品の機能を検証するために実機(プロトタイプ)による試験を実施してきた。モデルベース開発とは、実機による検証試験のみに頼らず、製品の機能や構造、挙動を計算機上に記述したモデルを用いて、その機能を検証する方法であり、この方法は世界の製造業、特に自動車メーカや航空機メーカに導入されつつある。近年、モデルベース開発を支援する技術(例えば製品内の物理現象と制御論理を並行したシミュレーション技術や製品の構成要素の接続関係を定義することで簡単にシミュレーションを可能にする非因果的モデリング技術等)が開発されているにも関わらず、製品の全体構成や大局的挙動を分析する技術が不十分なため、製品の全体性能を決める製品開発初期段階において、モデルベース開発の効果が十分に発揮されていない。具体的には、モデルの挙動を定量的に計算(シミュレート)する手法では、モデルが持つ膨大な数の変数のそれぞれの変化を示す断片的な情報のみしか得られず、製品全体の挙動を理解・検証するには不十分であることが課題である。本研究では、製品の定量的な挙動を導出する数値計算手法に加え、数値計算に用いられる微分代数方程式上の変数間の関係を用いて推論を行う定性推論手法を活用することで特徴的な変数の挙動を抽出し、複雑な製品の挙動を単純化させる手法を開発した。学術論文や学会発表などを通じて当手法の成果発表を行った。また、国内外のモデルベース開発の研究者を訪問し、本研究成果の今後の応用方法等に関して有益なコメントを得た。2年計画の1年目は、本研究の実験環境と実験モデルの構築を行い、1年目終了時の目標は申請書での予定通りに十分に達成した。提案者が研究開始時に保持していた計算機環境(ハードウェア・プログラム共に)を効果的に用いること、また、欧米の大学・研究機関が行う最先端の非因果モデリング技術を取り入れることにより、製品モデリング技術と数式処理・数値解析技術を統合して使用できる実験環境を速やかに開発できた。実験モデルは自動車全体設計用のドライブラインモデルを標準ライブラリに準拠する要素群を組み合わせ、独自開発することで、モデルの構築に係る時間・費用を低減することができた。また、研究実績の概要(別項記載)の通り、設計工学分野の国際論文誌や国際会議を通じて、本研究が予定以上に進展していることを示した。設計工学最終年度であるH27年度では、1年目に開発した実験環境・モデルを用いて本研究の核となる理論を構築する。具体的には、定量的な振舞いと定性的な因子間の関係を組み合わせた、モデルベース診断技術を拡張させるものを目指す。さらに、実験環境上に1年目に開発した製品モデル(ドライブラインモデル)以外の多様なモデル(例として、風力発電モデル等)を構築し、当該理論の検証を行う。計算機の購入を2年目に持ち越した。理由:初年度の研究を加速させるために,計算機環境の移行に先駆け,提案者が研究開始時に保持していた計算機環境(ハードウェア・プログラム共に)を本研究で用いる計算機の代用して用いたため。

初年度で代用した既存の計算機環境の中から、本質的に必要な部分(プログラムなど)を抽出し、その計算能力・容量を本研究に特化された計算機を購入し、研究を遂行する。
柔構造型クラスタ環境を実現するための共有メモリ機構に関する研究

本研究では、クラスタ環境の高性能化を実現するために、クラスタコンピュータに適したハードウェアDSM(分散共有メモリ)に関する研究を行っている。このハードウェアDSMを提供するDSMボードは、一般的なバスインターフェースに搭載可能なDSMボードであり、次世代バスインターフェースの規格を考慮して開発を進めてきた。高性能な共有メモリ機構をDSMボード上に組み込むことが容易に実現できるため、FPGAの特徴を活かした「柔構造性」についても研究を進めてきた。平成14年度に機能設計を行ったDSMボード(PCI版)の動作確認を、平成15年度も引き続き行いつつ、高性能FPGAデバイス(Virtex-II Pro)によるDSMボードの設計も検討した。その結果、通信インターフェース部分に関しては、Virtex-II Proによる動作確認を実施した。なお、「柔構造性」に関しては、タスクのノード配置や通信最適化、動的・静的に行うスケジューリングなどについて検討し研究成果を公表した。また、利用者が望むクラスタ構成と機能を自由に変更するための「情報」を取り出す仕組みを、大規模な分散システム(ディスクレスLinux端末)をベースに検討した。この分散システムは、柔構造型クラスタ環境のモデルとなるように設計開発した大規模分散システムである。分散システム上のメモリやCPUといった資源情報を、この分散システム上で収集し、分散システムの構築と運用という形でその結果を公表した。なお、柔構造型クラスタ環境の「柔構造」に関しては、アプリケーションレベルからの検討を行ってきたが、モデル的な調査や検討がさらに必要であることが判明した。本研究を実施することで、FPGAを利用したDSMボードを試作し、「柔構造性」に関して様々な角度から検討することができた。つまり、柔構造型クラスタ環境の実現に向けた共有メモリ機能の基礎的な成果をあげることができた。本研究では、クラスタ環境の高性能化を達成するために、クラスタコンピュータに適したハードウェアDSM(分散共有メモリ)に関する研究を行っている。このハードウェアDSMを提供するDSMボードは、一般的なバスインターフェースに搭載可能なDSMボードである。高性能な共有メモリ機構をDSMボード上のFPGA上に組み込むことで実現し、FPGAの特徴を活かした「柔構造性」についても研究を進めている。本年度は、DSMボード(PCI版)の機能設計を完了し研究成果を公開した。現在2ノード間の動作確認を進めているが、DSMボードの通信インターフェース部分において、ギガビットクラスの通信を提供する光モジュール(Agilent社)の動作が安定しないため、研究開発に時間を要している。また、本年度に導入した実証実験用クラスタコンピュータを使って「柔構造性」の試作システム環境として、「OpenMPで記述されたユーザプログラムから、タスクと呼ばれる並列処理単位を取り出す手法」や「タスクのノード配置に関して、動的あるいは静的に行うスケジューリング」について検討を進め研究成果を公開した。さらに、このクラスタコンピュータを使って、ScoreやOmniコンパイラ(OpenMP)などを評価対象とするための基礎的なデータ収集を行った。評価にはSPLASHやNPBを用いて行い、ネットワークとしては既存の1000Base-TXや100Base-TXなどを用いた。関連研究としては、メモリインターフェースを用いるDIMM-netやRHiNET/NIなどを調査し本研究の機能設計の参考にした。また、バスインターフェースの高速化を考慮して、高性能・高機能FPGAデバイス(Virtex-II Pro)によるDSMボードの検討もあわせて開始した。
2つのナノ空間を有するダブルホストを利用したキラル情報の伝達と分子認識

本研究では、2つのナノ空間を持つホスト分子を用いたキラル分子の内包と、構造変化によるキラル分子の認識・分離を目的とする。これまで生体内での分子認識を模倣して、様々な形状のホスト分子が報告されてきたが、既報のホスト分子は1つの空間しか有していない。それに対して、本研究では2つのナノ空間を持つホスト分子を合成し、ホスト分子のねじれに起因する分子構造情報の伝達を利用して、キラル分子の認識を目指す。
Exposure matchingによるPK規定因子を指標とした個別化投薬の確立

本研究課題は、代謝酵素の遺伝子変異、腎機能、血中タンパク濃度などの各薬物に固有の薬物動態(Pharmacokinetics:PK)規定因子を指標として用量調節を行い、個々の患者の薬物曝露量を有効性と安全性が担保されている曝露量に一致させること(exposure matching)による個別化投薬の確立を目指している。したがって研究対象の6薬剤について、1曝露量ー反応関係の有無および程度の検討、2PK規定因子の探索と確定、3個別化投薬アルゴリズムの構築、といった3つのステップにより検討を進めており、患者のPKデータならびにPK規定因子候補も含めた臨床情報を収集することを基本としている。以下に平成30年度の研究実績を記す。(1)CYP2C19の遺伝子型に基づくボリコナゾール併用時のタクロリムス:既に終了した観察研究のデータを解析し、アルゴリズムの構築に向けた検討がほぼ終了し、論文化の準備を進めている。(2)S-1:30例での臨床試験が終了し、UPLC-MS/MS法にて測定した血中5-FU濃度と患者の背景因子に基づく母集団解析結果により式を一部補正し、腎機能と体表面積に基づく用量算出式が完成した。結果は2019年1月に米国で開催されたASCO-GI Symposiumで発表した。(3)68症例のデータを用いて毒性に関して、血中レゴラフェニブ濃度およびレゴラフェニブと活性代謝物M2とM5の濃度和との曝露量ー反応関係について解析を行った。結果は昨年10月にドイツで開催されたESMO Congressで発表した(4)アルブミン懸濁型パクリタキセル:1と2の検討を行うための臨床試験を実施中。(5)トラスツズマブ:2の検討のための臨床試験の症例登録が終了した。(6)ラムシルマブ:2の検討のための臨床試験の症例登録が終了した。臨床試験はアルブミン懸濁型パクリタキセルの試験以外は症例登録を終了した。なおアルブミン懸濁型パクリタキセルの試験も今秋には終了予定である。研究計画を変更する必要はなく、当初の計画通りに進めて行く。以下に平成29年度の研究実績を記す。(1)ボリコナゾール併用時のタクロリムス:既に終了した観察研究のデータを解析し、アルゴリズムの構築に向けた検討を行っている。(2)S-1:3に向けた検証試験を実施し、30症例の登録を完了した。(3)レゴラフェニブ:1と2の検討を行うための臨床試験を実施し、70症例の登録を完了した。レゴラフェニブおよび活性代謝物M2とM5の血清中総濃度をUPLC-MS/MS法による測定し、また平衡透析により遊離形分率を求めた。(4)アルブミン懸濁型パクリタキセル:1と2の検討を行うための臨床試験を開始し、実施中である。(5)トラスツズマブ:2の検討のための臨床試験を実施中である。(6)ラムシルマブ:2の検討のための臨床試験を実施中である。実施中の臨床試験において、症例登録およびPKサンプルの収集は順調である。

(6)ラムシルマブ:2の検討のための臨床試験の症例登録が終了した。臨床試験はアルブミン懸濁型パクリタキセルの試験以外は症例登録を終了した。なおアルブミン懸濁型パクリタキセルの試験も今秋には終了予定である。研究計画を変更する必要はなく、当初の計画通りに進めて行く。予定していた消耗品の価格変更があり、翌年度助成金との合算で購入する。
脂質恒常性に関わるABCGファミリー蛋白質の膜輸送と複合体形成機構の解明

1.ABCG5/ABCG8と相互作用することが酵母Two-hybridにより示された分子について、共免疫沈降により全長のタンパク質同士が相互作用することを確かめた。これによりこの分子がABCG5とABCG8と結合するだけでなく、ABCA1やABCG1とも相互作用することが分かった。しかし、この分子をABCG5またはABCG8と共発現させても、ABCG5またはABCG8の局在は変化しなかった。ABCA1やABCG1は単独発現で細胞膜に出るホモログタンパク質で、ABCG5/G8と同様にコレステロールを基質とするトランスポーターであることより、この同定された分子はABCG5/G8の局在ではなくコレステロール輸送能に影響を与える可能性が考えられた。ABCG5/G8の脂質輸送活性を測定するには、ABCG5とABCG8が同等に発現した極性細胞が必要であったが、調べた極性細胞では得られなかった。今後は既に活性測定系が確立されているABCA1をもちいて、今回同定された分子の機能を調べる予定である。2.ABCA1はマクロファージでコレステロールとリン脂質を血中のアポリポプロテインに運び、HDL形成に重要な働きをしている。ABCA1は脂質代謝関連遺伝子の転写の活性化に関わるLXRによって発現が亢進されるが、LXRはコレステロールから代謝されたオキシステロールをリガンドとして活性化するため、ABCA1の機能によってLXR活性は弱められる。これまでにABCA1が細胞外へのコレステロール輸送に因らず、LXR活性を抑制することが明らかとなっているが、その詳細な機構については不明であった。そこで、申請者はこの機構を明らかにすることを目的に実験を行った。ABCA1はERKの活性化を介してLXR活性を抑制すると考えられたので、このERKの活性化がコレステロール輸送による.ものかどうかを調べるため、細胞内コレステロールを減少させるシクロデキストリンで処理してERKの活性化を調べた。するとABCA1を発現させた時と同様にこの処理によって25-hydroxycholesterol依存的なERKの活性化が見られた。これよりABCA1は細胞内のコレステロールの再分配を介してERKを活性化し、LXR活性を抑制していることが示唆された。1、ABCG5とABCG8のホモまたはヘテロ融合蛋白質を作成し、免疫染色、表在蛋白質のビオチン化実験、N型糖鎖解析により細胞内局在を検討したところ、予想通りホモ融合蛋白質は小胞体に留まりヘテロ融合蛋白質は細胞膜に局在することが分かった。またABCG8-ABCG8ホモ融合蛋白質は、ABCG5と共発現させると細胞膜に局在した。これはABCG8-ABCG8と2つのABCG5がヘテロ四量体を形成して細胞膜に発現したと考えられた。現在その検討を行っている。2、これまでの研究によりABCG8の細胞内領域がABCG8の細胞内局在を決定するのに重要であることが分かったが、その領域はまだ大きくさらに小さな領域に絞る必要があった。そこでABCG2とのキメラ蛋白質の細胞内局在を解析することで局在の決定に関与する領域を明らかにしようと考えた。しかし、作成したキメラ蛋白質は変異によって構造が変化し、全て小胞体に局在した。現在、異なる変異体を解析しようと検討中である。3、小胞体に局在するABCG5とABCG8は速やかに分解すると報告されていたが、分解機構は不明であった。今年度の研究によりABCG5とABCG8がユビキチン化されること、プロテアソーム阻害剤によって分解が抑制されることが明らかとなり、プロテアソームで分解されている可能性が示唆された。今後、ABCG5/ABCG8の分解に関与する分子を探索し、局在と分解への影響を検討する予定である。ABCGタンパク質は一つの膜貫通領域とATP結合領域を持つ膜タンパク質で、二低体を形成して脂質や薬剤の輸送に関与すると考えられている。ヒトではABCGl、G2、G4、G5、G8の5つのホモログが存在し、G1、G2、G4がホモニ低体を形成して細胞膜に局在するのに対して、G5とG8はホモニ低俗を形成すると小胞体に局在し、ヘテロニ低俗を形成すると初めて細胞膜に局在することが明らかとなっている。本研究では小胞体におけるG5、G8のホモニ量俗とヘテロニ量俗を見分ける機構を明らかとすると共に、その機構によるABCG5/G8の機能活性の制御を明らかにすることを目的としている。1、本年はまず、膜タンパク質をベイトとして用いることのできる酵母Two-hybrid法にて相互作用因子の探索を行った。それにより、数種の分子が同定された。今後それらの分子が、ABCG5とABCG8の局在や機能活性にどのように影響を与えるのかを調べる予定である。2、昨年ABCG5、G8の小胞体での分解機構について調べたところ、G5、G8ともに半減期2、3時間で速やかに分解されることが明らかとなった。しかし、G5はプロテアソーム阻害剤で分解が抑制されるのに対し、G8は顕著には抑制されず、他の分解機構の存在の可能性が考えられた。小胞体での分解はプロテアソームを除くとあまり報告はなく、新規の分解機構の可能性が考えられた。現在は、その分解機構を検討している。3、ABCG5/G8の細胞内での制御機構は、細胞を用いたABCG5/G8の機能活性の測定系がないため、未だ報告がない。

そこで、ABCG5/G8の機能活性の測定系を立ち上げることにした。現在、G5とG8を安定的に発現した細胞を樹立し、その細胞を用いてステロールの排出活性を検討している。1.ABCG5/ABCG8と相互作用することが酵母Two-hybridにより示された分子について、共免疫沈降により全長のタンパク質同士が相互作用することを確かめた。これによりこの分子がABCG5とABCG8と結合するだけでなく、ABCA1やABCG1とも相互作用することが分かった。しかし、この分子をABCG5またはABCG8と共発現させても、ABCG5またはABCG8の局在は変化しなかった。ABCA1やABCG1は単独発現で細胞膜に出るホモログタンパク質で、ABCG5/G8と同様にコレステロールを基質とするトランスポーターであることより、この同定された分子はABCG5/G8の局在ではなくコレステロール輸送能に影響を与える可能性が考えられた。ABCG5/G8の脂質輸送活性を測定するには、ABCG5とABCG8が同等に発現した極性細胞が必要であったが、調べた極性細胞では得られなかった。今後は既に活性測定系が確立されているABCA1をもちいて、今回同定された分子の機能を調べる予定である。2.ABCA1はマクロファージでコレステロールとリン脂質を血中のアポリポプロテインに運び、HDL形成に重要な働きをしている。ABCA1は脂質代謝関連遺伝子の転写の活性化に関わるLXRによって発現が亢進されるが、LXRはコレステロールから代謝されたオキシステロールをリガンドとして活性化するため、ABCA1の機能によってLXR活性は弱められる。これまでにABCA1が細胞外へのコレステロール輸送に因らず、LXR活性を抑制することが明らかとなっているが、その詳細な機構については不明であった。そこで、申請者はこの機構を明らかにすることを目的に実験を行った。ABCA1はERKの活性化を介してLXR活性を抑制すると考えられたので、このERKの活性化がコレステロール輸送による.ものかどうかを調べるため、細胞内コレステロールを減少させるシクロデキストリンで処理してERKの活性化を調べた。するとABCA1を発現させた時と同様にこの処理によって25-hydroxycholesterol依存的なERKの活性化が見られた。これよりABCA1は細胞内のコレステロールの再分配を介してERKを活性化し、LXR活性を抑制していることが示唆された。
多様性の高い温帯林におけるマスティング現象-風媒保進仮説の検証

茨城県北茨城市の小川学術保護林において,コナラ,ミズナラについて以下の調査を行った.1.開花フェノロジーの調査コナラ・ミズナラともに開花は著しく同調しており,受粉実験が困難なことの一因となっている一方で,2種のあいだの開花の重なりも見られた.開花の重なりの影響の評価は今後の課題である.2.花密度の調査コナラ,ミズナラで花の密度はコナラの方が有意に高かった。葉に対する密度でみるとそれ程かわらない.3.人工授粉による花粉制限の結実率への影響の評価人工授粉実験の結果,個体密度の低いミズナラでも花粉制限は検出できなかった.例外なくそうであるのか,それとも年によって違うのか,今後の調査でさらに調べたい.4.シードトラップとマーキング法による受精後の果実のデモグラフィーの調査受精後の果実は単調に減少していくことがわかった.通常見られる安定期がみられないことが特徴である.その原因として継続的な捕食圧が考えられる.ナラ類の種子捕食者としては,シギゾウムシ類やハマキガ類による,ほぼ成熟した種子に対する補食圧ばかりが強調されてきた.しかし,受精後の早い時期からコンスタントに種子落下がみられ,また多くの種子捕食者が頻繁に観察されたことから,受精直後の種子補食圧もかなり大きいと考えられる.これを定量的に評価したいと考えている.子房が微小なため,シードトラップでの結実率の評価は難しいことが分かった.茨城県北茨城市の小川学術保護林において,コナラ,ミズナラについて以下の調査を行った.1.開花フェノロジーの調査コナラ・ミズナラともに開花は著しく同調しており,受粉実験が困難なことの一因となっている一方で,2種のあいだの開花の重なりも見られた.開花の重なりの影響の評価は今後の課題である.2.花密度の調査コナラ,ミズナラで花の密度はコナラの方が有意に高かった。葉に対する密度でみるとそれ程かわらない.3.人工授粉による花粉制限の結実率への影響の評価人工授粉実験の結果,個体密度の低いミズナラでも花粉制限は検出できなかった.例外なくそうであるのか,それとも年によって違うのか,今後の調査でさらに調べたい.4.シードトラップとマーキング法による受精後の果実のデモグラフィーの調査受精後の果実は単調に減少していくことがわかった.通常見られる安定期がみられないことが特徴である.その原因として継続的な捕食圧が考えられる.ナラ類の種子捕食者としては,シギゾウムシ類やハマキガ類による,ほぼ成熟した種子に対する補食圧ばかりが強調されてきた.しかし,受精後の早い時期からコンスタントに種子落下がみられ,また多くの種子捕食者が頻繁に観察されたことから,受精直後の種子補食圧もかなり大きいと考えられる.これを定量的に評価したいと考えている.子房が微小なため,シードトラップでの結実率の評価は難しいことが分かった.
触媒的一電子還元系の開発に基づく高選択的分子構築法

二官能性化合物合成のための炭素-炭素結合形成手法として有用なピナコールカップリング反応において、バナジウムのレドックス特性は、可逆的なレドックスサイクルの形成を可能にした。量論量の亜鉛およびクロロトリメチルシラン共存下、シクロペンタジエニルバナジウム錯体を触媒として用いることで、アルデヒドの還元的カップリング反応が進行し、1,3-ジオキソランが高收率で得られることを見い出した。1.バナジウム触媒によるカップリング反応還元的カップリング反応における溶媒をジメトキシエタン(DME)からTHFに変えたところ、1,3-ジオキソランの生成は抑制され、主生成物として1,2-ジオールが得られた。この反応条件において、対応するシリルエーテルの生成がGC-MSにより確認されており、反応処理の段階で1,2-ジオールが得られたものと考えられる。CpV(CO)_4とともに、Cp_2VCl_2やCp_2Vのようなシクロペンタジエニル基で置換されたバナジウム化合物も有用な触媒として機能した。炭素-炭素結合生成におけるジアステレオ選択性に関しては、dl体がmeso体に比べ選択的に生成したが、その生成比は用いるバナジウム触媒の量に依存し、1mol%以上を要することが判明した。このように本触媒系において、高いジアステレオ選択性を発現できることが明らかになった。2.触媒系の解明紫外可視スペクトルにおいて、クロロトリメチルシランとシクロペンタジエニルバナジウム錯体との間に相互作用が観測された。また、クロロシランは基質のカルボニル基を活性化できることが報告されている。さらに、上記の反応結果より、シリルエーテルを形成することで、触媒を生成物から遊離させているものと推測される。このように、クロロトリメチルシランは触媒系を構築する上で、複合的な役割を果していると考えられる。
筋萎縮性側索硬化症の分子病態解明と新たな遺伝子・タンパク・再生療法の開発

難治性神経疾患である筋萎縮性側索硬化症(ALS)における選択的な運動ニューロン死にいたる分子メカニズムを明らかにするため、細胞外マトリックスなどの運動ニューロン周囲の外部環境やneurovascular unitなどの血管性因子や糖代謝の関与を検討し、ALS病態への各々の因子の役割を明らかにした。また、遺伝性ALSおよび遺伝性運動ニューロン疾患の原因遺伝子としてoptineurinとNOP56を同定し、それぞれ特異的な分子効果を生じていることを明らかにした。本研究による成果はALSの病態解明と治療法開発へ向けて重要な知見を与えるものと考えられる。筋萎縮性側索硬化症(ALS)の分子病態解明と新規治療法の開発を目的として以下の研究を行った。ALSモデル動物であるG93A変異型SOD1遺伝子導入トランスジェニックマウス(Tgマウス)を用いて、Nogo-AおよびそのレセプターであるNgRの時間的空間的な発現様式を解析した。Tgマウスの脊髄前角の運動ニューロンにおけるNogo-A発現は10週齢で一過性に増加し、15-18週齢では進行性に減少した。同様にNgR発現も10週齢で一過性に増加し、15-18週齢では進行性に減少した。対照として解析した脊髄背側部や小脳におけるNogo-A・NgRの発現は病態の進行に応じた変化を認めなかった。以上よりNogo-AおよびNgRの一過性の過剰発現は病的ストレスが加わったALS脊髄において運動ニューロンがより長く生存するために生じた反応である可能性が本研究により初めて示された。また、ニューロンを取り囲む細胞外マトリックスの中で、再生促進や阻害に関与するタンパクの発現パターンをTgマウスの脊髄で経時的に観察し、ニューロン周囲の再生環境を評価した。また、シナプス部位で実際に再生が行われているかを検討した。ALSモデルマウスの脊髄前角では病態の進行と共に再生促進因子γ1-Lamininの増加と再生阻害因子Sema3Aの減少がみられ、ニューロン周囲の環境は必ずしも再生にとって不利ではないことが示唆された。一方、シナプス部位では再生部位に発現するタンパクであるGAP43の発現は増加したが、実際のシナプスを反映するsynaptotagmin1は減少し、効果的なシナプス再生には至っていないことが示唆された。以上の、ALS病態下の運動ニューロン内で特異的に変化している因士や運動ニューロン周囲の環境因子の解析結果は、ALSにおける病的状態から回復するための治療法開発へ向けて重要な知見となりうると考えられた。筋萎縮性側索硬化症(ALS)の分子病態解明と新規治療法の開発を目的として以下の研究を行い成果を得た。近年、脊髄血管の機能的、構造的異常がALS病態に関与することが示唆されており、ALSモデル動物であるG93A変異型SOD1遺伝子導入トランスジェニックマウス(Tgマウス)を用いて、脊髄血管のneurovascular unit構成要素であるendothelium、tight junction、basement membraneの主要構成タンパクの運動機能障害の進行に伴う変化について検討した。Tgマウスの脊髄では運動障害を認める前からendotheliumタンパクであるPCAM-1陽性の微小血管の径、密度が減少しており、進行性に減少した。また、tight junctionタンパクであるoccludin、basement membraneタンパクであるcollagen IV陽性の血管構造も減少していった。これらの異常は運動障害を発症する前から認められ、特に脊髄前角で顕著であり、neurovascular unitの外側に位置する構成要素ほど損傷が激しかった。以上から、neurovascular unitの異常とALS病態との強い関連が示唆された。また、家族性ALS家系を対象としてポジショナルクローニングの手法により、家族性ALSの新規遺伝子、optineurin (OPTN)における遺伝子変異を同定した。遺伝子変異型OPTNを導入した培養細胞モデルを用いた実験からは、OPTN本来の機能であるNF-kappaB抑制機構の障害が明らかにされた。また、OPTN変異陽性の家族性ALS患者剖検脊髄組織において、前角細胞にOPTN陽性の細胞質内封入体を認め、孤発性ALS例における封入体についてもOPTN陽性所見を認めた。以上により、OPTNがALSの病態と深く関わっていることを世界で初めて明らかにした。平成22年度に明らかにしたALSにおけるneurovascular unitの異常と家族性ALSの新規遺伝子OPTNの発見は、ALSの新規治療法開発へ向けて重要な知見になり得ると考えられた。ALS病変の主座である脊髄の局所血流やグルコース代謝の状態を調べることはこれまで技術的に困難であったが、ALSモデルマウス(G93ASODl Tg)を用いて独自の解析手法により運動障害の各病期毎に検討した.その結果、発症前期の脊髄灰白質において血流低下とグルコース代謝の上昇(flow-metabolism uncoupling)が生じていることを見い出した。

ALS病態における血管因子の関与を示す新たな所見であうと共に、本新知見はALSに事ける治療ターゲットにもなり得ると考えられた。また、ALSの運動ニューロン死におけるautophagyの関与を検討するため、autophagyマーカーであるLC3にGFPを結合した蛋白を発現するGFP-LC3 TgマウスとALSモデルであるG93ASODI Tgマウスを掛け合わせたdouble Tgマウスを作製し、ALSモデルマウスの脊髄におけるautophagyの発現様式をin vivoイメージングで観察した。その結果、double Tgマウス脊髄のGFP発光シグナルはALSの病期進行に従って増加し、組織学的にもLC3、p62などautophagosomeのマーカーとよく一致していた。ALSにおける病態を反映したautophagyの新たなin vivo画像化に成功し、臨床応用へ向けてさらに検討を継続していく。さらに、脊髄小脳変性症とALSの臨床的特徴を併せ持つ、新たな遺伝性疾患(Asidan/SCA36)の原因遺伝子(NOP56)およびその遺伝子変異がGGCCTGの6塩基繰り返し配列の異常延長であることをポジショナルクローニングの手法を駆使して発見した。また、Asidan/SCA36患者リンパ芽球核内に延長したGGCCUGリピート転写産物の凝集体であるRNA-fociを認め、さらにRNA-FISHと免疫蛍光法を組み合わせた解析においては、RNA-fociと転写因子SRSF2との共局在を認めた。このことから、本疾患の分子メカニスムとしてRNAレベルの病態(RNA gain-of-function)が示唆された。脊髄小脳変性症とALSの病態解明と治療法開発へ向けて大きな発見となった。
ステレオコンプレックス晶を有するポリ乳酸の流動場における結晶化

ポリ(L-乳酸)/ポリ(D-乳酸)非対称ブレンドの結晶化挙動に及ぼす剪断印加効果について、放射光X線広角/小角散乱同時測定法を駆使して検討した.ポリ乳酸の結晶化が大幅に加速される新規な効果を見いだしたが、詳細な構造解析から、この加速効果の本質が融体中に存在するステレオコンプレックス晶が流動場で変形し、シシ構造を形成するメカニズムによるものであることを明らかにした.ポリ(L-乳酸)/ポリ(D-乳酸)非対称ブレンドの結晶化挙動に及ぼす剪断印加効果について、放射光X線広角/小角散乱同時測定法を駆使して検討した.ポリ乳酸の結晶化が大幅に加速される新規な効果を見いだしたが、詳細な構造解析から、この加速効果の本質が融体中に存在するステレオコンプレックス晶が流動場で変形し、シシ構造を形成するメカニズムによるものであることを明らかにした.代表的な非石油由来高分子であるポリ乳酸の成形性向上を目指し,結晶化速度の流動場を用いた制御が本研究の目的である.我々は新規手法として,ポリL-乳酸に光学異性体であるポリD-乳酸を微量添加することでステレオコンプレックスネットワーク構造を形成させ,この構造が流動印加により分子鎖がのびきったシシ構造を形成することで,ポリ乳酸の結晶化速度を大幅に向上させることを本研究を通じて提案する.本研究で明らかにすることは,(i)添加するポリD乳酸の濃度や分子量がネットワーク構造に与える影響,(ii)ネットワーク構造の流動場での変形メカニズム,そして(iii)変形したネットワーク構造のポリL乳酸の結晶化速度促進メカニズムである.平成22年度の研究により,(i)のネットワーク構造解析に初めて成功した.これまでにステレオコンプレックス晶がネットワーク構造を形成することは溶融粘弾性測定,結晶化速度解析など間接的なデータにより推測されていたが,我々は大型放射光施設SPring-8において放射光広角・小角散乱同時測定法を用いることで,ステレオコンプレックス晶が架橋点となり,架橋点間距離が約10nm程度の緻密なネットワーク構造であることを初めて見いだした.このことについては23年度に論文発表,学会発表を行う予定である.またこのネットワーク構造は添加するポリD乳酸の分子量が低く,濃度が高いほど発達することも明らかになった.(ii)についてはネットワーク構造の流動場における変形挙動を光散乱実験により'その場観察'することに成功した.溶融状態ではポリL乳酸単体ではその速い緩和速度のために,流動印加直後には配向構造が消滅するが,ポリD乳酸添加試料では流動により高度に繊維配向した構造が形成され,数分という長い時間オーダーで存在し続けることが明らかになった.本研究で明らかにすることは,(i)ポリL乳酸に添加するポリD乳酸の濃度や分子量がネットワーク構造に与える影響,(ii)ネットワーク構造の流動場での変形メカニズム,そして(iii)変形したネットワーク構造のポリL乳酸の結晶化速度促進メカニズムである.このうち、(i)および(ii)については平成22年度の研究により明らかにした.平成23年度の研究では(ii)において明らかになった、流動印可直後に形成される、数分オーダーの長い緩和時間を有する配向構造が(iii)どのようにPLLAの結晶化を促進するのかに着目をし、大型放射光施設SPring-8において放射光広角・小角散乱同時測定法を行うことで、PDLA添加による流動場でのPLLA結晶化促進効果のメカニズム解明を目指した.実際の結晶化では、PLLA単体と比較して50°Cもの結晶化温度の向上が観察され,PDLA添加による大幅な促進効果が観察された.これは現在市販されている結晶造核剤の能力をはるかにしのぐレベルであり、実際の成形過程においても適用可能である.また結晶化に際し、ステレオコンプレックス晶を含むネットワーク構造が配向構造を優先的に形成し、さらに繊維構造の側面からPLLA分子鎖が折り畳みながら結晶成長するケバブ構造が観察された.このことはPLLA単体では形成されにくい繊維構造(シシ構造)がPDLA添加により多量に形成され、結晶化に有効な広大な界面を形成することによりPLLAの結晶化が促進されたものと結論づけられる.以上の結果は上述した本研究の実施計画(i)(ii)(iii)を満たすものであり、学術的な結晶化機構の理解という目的と、工業的に重要であったPLLAの結晶化促進についての新規手法の開発という両面で意義深いものである.
呼吸音のクラウドシステムの確立と在宅・遠隔医療への応用

呼吸音データの施設間での共有を図り、病診連携における有用性を検討する。呼吸音の音声ファイルをクラウドを介して医療機関の間で共有し、呼吸音の録音手技および評価の統一に向けた基礎的データを収集する。専門医、非専門医、看護師を対象として診断の一致率を検討する。これと並行して、同一患者で経時的に呼吸音データを記録・解析することにより、治療介入や病勢の悪化による聴診所見の変化が検出可能か検討する。
自己駆動粒子を用いた時空間発展現象

気/液、液/液界面で、濃度差または温度差により生じる界面張力勾配によって駆動され、水深に依存して強くなる対流をマランゴニ流と呼ぶ。樟脳-水系では樟脳粒の自律運動と同時にマランゴニ流も誘起される。しかし、運動速度は表面張力差のみに起因すると考えられ、同時に発生するマランゴニ流の効果はあまり考慮されなかった。ここでは対称な樟脳円板と非対称な樟脳船の二種類の自律運動素子を用い、水深を変化させることでマランゴニ流の構造と強弱を変化させた。これによりマランゴニ流は樟脳船に対しては減速、樟脳円板に対しては加速の効果を示し、駆動力に大きくかかわっていることを見出した。これらの結果からこれまで表面張力差のみで議論されてきた駆動力について、周辺の流れ(マランゴニ流)の効果を加味する必要性を明らかにし、Chem. Phys. Lett.誌に“Acceleration or Deceleration of Self-Motion by the Marangoni Effect"のタイトルで採択された。周囲に自己と同様の個体が複数存在する条件での個体の運動をターゲットとした。組成の異なる自律運動素子(樟脳ゲル、樟脳粒)の分子密度や接触角の違いによってその集団運動が異なり、実験事実より集合の要因は「表面流」の異方性、および「毛管力」によると提唱した。加えて、複数の樟脳粒、樟脳ゲル双方を同時に水相に浮かべた際、樟脳粒、樟脳ゲルが相分離を起こし、同種のものが集合する現象を見出した。また、樟脳ゲルが樟脳円板を取り囲む様相も確認できた。また、経時的な集合の変化について動径分布関数を用いて解析を行い、見た目で判断していた「集合の度合い」について距離を基準とした指標を提案した。現段階で樟脳円板においては、表面流の構造から集合するメカニズムの礎は作成できたが、樟脳ゲルについては場のメニスカスの解消といった視点からアプローチをしていく予定である。27年度が最終年度であるため、記入しない。[研究内容]本年度は、様々な自律運動素子について、特に、(1)溶液から自律運動素子自身が駆動力を生み出す「エンジン」を持つシステムの構築(2)マランゴニ流の効果を考えたメカニズムの提唱の2テーマについて、実験を主とした新たなシステム及び運動のメカニズムの提唱を行った。(1)については、酵素を含んだろ紙と白金を自律運動素子として用い、溶液にグルコースを用いることで、より生物に近く自らエネルギーを生み出すシステムを構築した。(2)については、これまで表面張力差だけが者目されていた、気液界面上における界面活性剤の駆動力として、表面張力差と同時に発生する「マランゴニ流」に着目した。表面張力差は水深に依存しないが、マランゴニ流は水深依存性を持っており、その効果を踏まえたメカニズムを提唱した。これまでの先行研究では水深についてはあまり議論されてこなかったが、自律運動と水深の関係について革新的な結果が得られたと考えている。これらの成果を以下[13]に記載したように、様々な学会・研究会等で発表を行った。[研究の意義]本研究では生物の階層システムについて生物系を取り扱うのではなく、本質的な要素の抽出により縮約したモデル実験系を用いて、微生物のように振る舞う無生物系を構築するとともに走性の仕組みを理解し、その原理を分子レベルで解明することを目的とする。その結果生物の走性に対して科学的観点においてもより一層深い理解に繋がると考える。BQ/HQ系の電気化学的可逆性を利用して、運動様相を電気化学的に制御する系を構築した。具体的には直線状の水路へ注いだHQ水溶液を水相とし、BQ円板を自律運動素子とした。対電極を水相中に入れて電圧制御することで電圧印加しない場合は連続運動、電圧印加によりBQ→HQが進行する場合は運動速度が抑制され、逆にHQ→BQが進行する場合では持続的な運動様相が発現した。また、周期的にパルス電圧を付加した場合、抑制と促進がパルスに応答して交互に発現する系が得られた。水面上で特徴的なパターンを示す複数の樟脳粒子について、これまで重要なファクターとして提唱してきた表面の流れ「表面流」に加えて、「横毛管力」に着目し新規なメカニズムを提唱した。現在論文作成中である。また、速度が水深依存性を示す樟脳素子についても論文投稿中(major revision)である。