hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
唾液腺導管の電解質輸送とタンパク質分泌のイメージング解析と制御機構の解明

多光子レーザー顕微鏡を用いた解析によって、ラット唾液腺導管細胞において自発的Ca^<2+>オシレーションが起こることが明らかになった。この自発的Ca^<2+>オシレーションには、プリン受容体が関与することが薬理学的解析で示めされた。また、Ca^<2+>応答と同調して、細胞容積増大が起こることがわかった。このCa^<2+>オシレーションは、導管細胞からの自発的ATP放出によって起こり、電解質再吸収の調節に関与する可能性が示唆された。本研究では唾液腺導管細胞における電解質の分泌・再吸収機構とその調節機構を明らかにする事を目的としたイメージング解析を計画した。1.自発的Ca2+反応の発生機構とその生理機能の解析(1)多光子レーザー顕微鏡による蛍光イメージングと微分干渉像の時差イメージングの同時解析によって、導管細胞が自発的なCa2+反応を起こし、それに伴って一過性のシュリンケージ反応が起こることが明らかになった。(2)導管細胞の自発的Ca2+反応は、導管細胞から放出されるATPによるプリン受容体の活性化によって起こることが明らかになった。(3)Caged ATPと局所的光刺激を用いて、細胞局所に刺激を行う実験系を構築した。また、耳下腺導管由来の培養細胞等を用いた予備で、この実験系で局所的なCa2+反応を起こすことが可能になった。2.蛍光タンパク質導入法の検討(1)従来の細胞膜局在型IP3分子センサーを細胞質型に改変し、精製した分子センサーがIP3反応性を持つことを確認した。また、エレクトロポレーション法を使って、分子センサータンパク質を唾液腺細胞に導入することに成功した。現在、マイクロインジェクションによる導入を試みている。(2)蛍光タンパク質発現ウイルスベクターを作成し、顎下腺開口部から逆行性に注入することによって、分子センサーを発現させることに成功した。現在は唾液腺腺房細胞への発現が多く、導管細胞への発現が少ないため、導管細胞での発現効率を高めるための導入条件を検討している。1.蛍光色素を用いた解析(1)導管細胞における自発的Ca2+応答とアゴニスト刺激によるCa2+応答の比較導管細胞をATP,アドレナリン、カルバーコル(CCh)で刺激すると持続的なCa2+上昇が起こることが確認された。また、アゴニストの濃度に依存して反応する細胞の割合が増大した。しかし、導管細胞をより低濃度の酵素処理によって調製すると、ATP刺激や低濃度のCCh刺激でCa2+オシレーションが発生し、高濃度CCh刺激で持続的Ca2+上昇が起こることが明らかになった。(2)導管細胞のCa2+応答と形態変化前年度までの研究で、耳下腺導管の自発的Ca2+応答に伴って導管細胞の一過性容積減少(シュリンケージ)が起こることが示唆されたが、この腺導管の細胞膜をFM1-43でラベルし、蛍光イメージングと微分干渉像の時差イメージングの同時解析を行った結果、これらの反応が細胞容積増大(スウェリング)である可能性が示唆された。2.蛍光タンパク質を用いた解析顎下腺導管からのウイルスベクター導入によってラット顎下腺に蛍光タンパク質蛍光融合タンパク質mKO1-Stim-1とGFP-AQP5を発現させることに成功した。また、mKO1-Stim1を発現した腺房細胞で、容量性Ca2+流入やアゴニスト刺激によるCa2+放出の増強が示された。同様にベクターを用いて、IP3センサーを顎下腺に発現させ、そのIP3センサーが機能することを確認した。1.蛍光色素を用いた解析前年度の研究で示された自発的Ca2+応答に伴うスウェリングが、fura-2を使ったCa2+応答とFM1-43を使った細胞膜イメージングの同時解析によって確認された。この解析で、自発的Ca2+応答では非常に急速なスウェリングが起こるのに対し、アゴニスト刺激やイオノフォアによる持続的Ca2+上昇では、比較的ゆっくりとした導管拡大とシュリンケージ様反応が起こることが明らかになった。これまで、Ca2+応答は導管細胞のシュリンケージを起こすと信じられてきたが、実際はスウェリングが起こることが本研究によって初めて明らかになった。2.導管細胞におけるIP3シグナルの解析(1)ウイルスベクターによって顎下腺に発現させたIP3蛍光センサー分布を調べたところ、IP3センサーは腺房細胞に発現し、導管での発現が少ないことがわかった。(2) COS-7細胞にIP3蛍光センサー発現させ、Ni-NTAレジンを用いて精製した。この蛍光センタータンパク質をエレクトロポーレーションを使ってを唾液腺腺房細胞に取り込ませル事に成功した。さらに、こと取り込ませたIP3センサーを使ってアゴニスト刺激による唾液腺腺房細胞のIP3応答をモニターすることに成功した。しかし、この方法で導管細胞へのIP3センサー導入はできなかった。
メダカ転移因子Tol2の転移制御機構の解明および遺伝子改変系の構築

平成1012年度は、Tol2因子の転移機構の解明の研究をすすめた。つぎのような成果が得られた。(1)4.7kbの因子本体の中の、転移反応に必要な部分と不要な部分を区別した。(2)切り出し頻度を揖標として、転移酵素の遺伝子をもっている、Tol2因子のコピーを特定した。(3)メダカの細胞から、転移酵素のmRNAを単離した。(4)バクテリアの薬剤耐性遺伝子を組合わせた系を利用して、メダカの細胞で挿入が起こることを照明した。(5)挿入の標的部位は正確に8塩基対であり、その塩基配列として特定のものを選別する傾向はないことを明らかにした。平成1314年度は遺伝子操作技術への応用を中心にして、研究を遂行した。以下の成果が得られた。(1)転移酵素の遺伝子に核移行シグナルを付加して、転移頻度を3倍に上げることができた。(2)緑色蛍光タンパク質の遺伝子をTol2因子の内部に入れて、これをメダカの染色体に転移反応で組込むことができることを示した。(3)メダカの体細胞だけでなく生殖系列の細胞にも組込まれ、これが以降の世代に遺伝することを証明した。(4)ゼブラフィッシュでもほぼ同じ効率で遺伝子導入ができることを示した。5)ヒトおよびマウスの培養細胞で、メダカと同じ様式でTol2因子の転移が起こることを証明した。(6)Tol2因子の転移酵素タンパク質の細胞内での所在を直接調べて、核外への移行を指令するシグナルがあることを示す結果を得た。(7)転移酵素を分割してこのシグナルの位置を調べ、転移酵素全体に機能は分散しているものの、中央部の33アミノ酸に最も強いシグナルがあることを示した。(8)メダカ個体への放射線照射で高頻度の転移が誘発されることを示した。脊椎動物では、活性のあるDNA型転移因子は数例しかなく、メダカのTol2因子はそのうちのひとつである。Tol2因子を利用して、研究課題に表された目的を達するために、今年度は準備としての下記の研究を行った。(1)自然集団での変異の調査:自然集団に存在するコピーのランダムサンプルを得て、その構造の変異を調べた。その結果、内部に欠失をもつ短いコピーはほとんどないことが判明した。これは、他の転移因子とは異なるTol2因子の特徴である。この原因としては、Tol2因子がメダカの自然集団に侵入してから十分な時間が経過していないという説明が、妥当である。この推測が正しいならば、Tol2因子が転移活性を保持していることの間接的な証明となる。これから、本研究課題の目的のためにTol2因子はふさわしい材料であるとの認識が、補強された。(2)切り出し頻度測定系の開発:計画している一連の実験をを行うために、転移頻度を簡便にそして正確に測定するための実験系が必要である。このために、当初の計画にさらに改良を加えた系を考案し、その開発を行った。この系は、プラスミドベクターがもつlacZ遺伝子を利用するものであり、大腸菌コロニーの白または青の色で切り出しの有無の判定ができる。設定した条件のもとで安定して10^<-3>のオーダーの頻度となることを確認し、切り出し頻度測定の系は完成した。5年の研究期間の1年めである平成10年度に、準備として、転移頻度を数値で表すための実験系を開発しておいた。平成11年度は、これを利用して、転移頻度が上がる条件の探索を行った。

メダカのTol2因子は、他の因子と同様に、自然の状態での転移頻度はきわめて低く、転移機構を詳しく調べるためには、転移頻度を上げることが必要となるからである。転移頻度が上がる条件としての有力な候補は、転移酵素が過剰に供給された状態である。そこで、Tol2因子の転移酵素を合成するために必要となる、転移酵素のmRNAを、メダカの細胞抽出物から単離した。これは、先頭のCAP構造から最後尾のポリA配列までを含む完全長のcDNAクローンとして得られた。このクローンにRNAポリメラーゼをはたらかせるとRNAを大量に合成することができることを確認した。さらに、そのRNAからのタンパク質の合成が可能であることも確認した。RNAとタンパク質では、RNAのほうが取り扱いが容易であるため、条件の探索にはRNAを使用した。RNAを供給しない場合は、1年めに開発した実験系で転移頻度を測ると、10^<-3>のオーダーであった。これにRNAを、まず適当に見当をつけた量を供給すると、転移頻度が10倍に上がった。これを出発点として、RNAの量、温度、時間などを様々に変えて頻度を測定し、転移頻度が50倍となる条件をみつけるに至った。平成11年度までに、以下の成果が得られていた。(1)転移反応の一部である切り出し(excision)について、これがメダカの細胞内で起こっていることを確認した。(2)切り出しの頻度が自然の状態の40倍ほどに上がる条件をみつけた。(3)自律的(autonomous)なコピーを同定した。(4)転移酵素(transposase)をコードすると考えられるmRNAを、メダカの細胞から単離した。平成12年度は、転移反応の残りの部分である挿入(insertion)を検出し、転移酵素の候補が、機能をもつ転移酵素であると証明することを、目標とした。このために、挿入を効率よく検出するための実験系を考案した。これは、バクテリアのプラスミドを2種類と、薬剤耐性遺伝子を3種類使う系である。プラスミドをメダカの細胞に注入し、細胞分裂の期間を経過させる。プラスミドを回収し、これをバクテリアに取り込ませてプレートにまく。メダカの細胞内に存在した間に挿入があったプラスミドは、薬剤耐性遺伝子の特定の組合せとなり、この組合せをもつコロニーだけがプレートにはえる。このような原理に基づいて設計した実験系である。これを構築して実験を行ったところ、予想する組換えプラスミドが得られた。つぎに、挿入点近辺の塩基配列を調べたら、正確にTol2因子が挿入されていた。再現性も明確であった。これで、メダカの細胞内でTol2因子の挿入が実際に起こることが、証明された。また、この挿入は転移酵素の候補のmRNAをプラスミドに混ぜて注入すると起こり、混ぜない場合は起こらなかった。これから、このmRNAから作られるタンパク質が実際に転移酵素の機能をもつことが、証明された。5年の研究期間のうちの3年めまでに、転移能力をもつことの確認、自律的(autonomous)コピーの探索、転移酵素(transposase)遺伝子の同定、転移酵素の機能の証明を、この順で行ってきた。4年めとなる平成13年度からは、応用としての遺伝子改変系の構築を本格的に始めた。具体的にこの1年で目指したものは、本来のホストであるメダカでの、遺伝子導入ベクターの開発である。
浸水が体性感覚野および運動関連領野の興奮性に及ぼす影響

本研究では,浸水が安静時の体性感覚野および運動関連領野における神経活動へ及ぼす影響を明らかにし,浸水による体性感覚情報が運動学習の促進に貢献する可能性を検証した.実験1では,浸水中に体性感覚誘発電位を測定し,浸水が体性感覚情報の処理に影響を及ぼすことを明らかにした.実験2では,浸水中の求心性抑制および一次運動野の興奮性を評価し,浸水による求心性入力が短潜時・長潜時求心性抑制を減少させることを明らかにした.これらの結果から,浸水は体性感覚野および感覚-運動連関の興奮性を変化させることが示唆された.運動学習には,体性感覚情報(皮膚感覚や筋感覚)と運動関連情報を巧みに処理することが重要である.申請者は浸水環境を運動学習環境として活用することを研究全体の目標としており,本研究では,安静時および随意運動遂行時において浸水が体性感覚野および運動関連領野の活動へ及ぼす影響を明らかにすることで,浸水による体性感覚情報が運動学習の促進に貢献する可能性を検証した.平成23年度には,浸水環境における体性感覚野の活動について,体性感覚誘発電位を用いて検証した.その結果,腋下浸水によって生じる体性感覚入力が,P3およびPzにおけるP25成分,P3,Pz,C3,CzにおけるP45成分の振幅を減衰させることが明らかとなった.このことは,浸水が体性感覚情報処理を変化させることを示唆している.上述の結果をもとに,平成24年度には,浸水による感覚運動連関および運動野への影響を検証した.その結果,浸水前後と比較して浸水中に短潜時求心性抑制および長潜時求心性抑制が減少することが明らかとなった.一方,皮質脊髄路興奮性,短間隔皮質内抑制および皮質内促通には変化が認められなかった.このことは,浸水による体性感覚入力が,一次体性感覚野や後頭頂葉といった感覚関連領野を介した一次運動野に対する抑制機能を減弱させることを示している.これらの結果から,浸水による体性感覚入力は,その他の求心性入力の処理を変化させ,感覚運動連関の興奮性を高めることが明らかとなった.このことは,浸水環境における運動学習やリハビリテーションを実施する際の基礎的知見となると考えられる.本研究では,浸水が安静時の体性感覚野および運動関連領野における神経活動へ及ぼす影響を明らかにし,浸水による体性感覚情報が運動学習の促進に貢献する可能性を検証した.実験1では,浸水中に体性感覚誘発電位を測定し,浸水が体性感覚情報の処理に影響を及ぼすことを明らかにした.実験2では,浸水中の求心性抑制および一次運動野の興奮性を評価し,浸水による求心性入力が短潜時・長潜時求心性抑制を減少させることを明らかにした.これらの結果から,浸水は体性感覚野および感覚-運動連関の興奮性を変化させることが示唆された.本研究は,安静時において浸水が体性感覚野および運動野の活動へ及ぼす影響を明らかにすることで,浸水による体性感覚情報が運動学習の促進に貢献する可能性を検証することを目的に実施した.実験1では,成人10名を被験者とし,浸水および陸上環境において体性感覚情報の流入量を評価できる体性感覚誘発電位(SEP)を記録し,水の触覚・圧覚刺激によって体性感覚野の興奮性が変化するかどうかを検証した.その結果,P25およびP45といったSEPの成分が浸水条件において減少することが明らかとなった.これは,腋下浸水(30°C)によって体性感覚情報の処理過程に変化が生じることを示唆している.P25の減衰については,浸水による一次体性感覚野の興奮性が高まったことによって電気刺激に対するgatingが生じた結果であると考えられる.P45の減衰については,電流発生源が多岐に渡っており,その特定は難しいものの,浸水が一次体性感覚野,頭頂連合野,補足運動野の興奮性の変化に関与しているものと考えられる.実験2では,成人10名を被験者とし,浸水による求心性入力が短間隔および長間隔の求心性抑制ならびに皮質内抑制・促通に及ぼす影響を明らかにし,浸水による一次運動野の興奮性に及ぼす影響を検証した.その結果,浸水環境において,短間隔および長間隔の求心性抑制が減少することが明らかとなった.この結果は,浸水による求心性入力が感覚関連領野だけでなく,運動関連領野にも影響を及ぼしていることを示唆している.平成23年度は,当初より2つの実験を予定しており,その全てを完了した.また,実験1の結果については,国際学術雑誌へ掲載されており,実験2の内容についても現在執筆中で,国際学術雑誌への投稿を予定している.従って,研究の達成度としては,おおむね順調に進展していると思われる.平成23年度に行った2つの実験において,浸水がヒトの感覚関連領野および運動関連領野に対して一定の影響を及ぼすことが明らかとなった.平成24年度は,その皮質での活動が実際の運動に対してどのような影響を及ぼすかについての実験を進めていく.具体的には,浸水および非浸水環境において,運動準備電位を測定し,浸水による体性感覚情報処理の変化が実際の運動に影響を与えるかどうかを検証する.赤外線センサおよび脳波計との同期装置を購入後,実験を開始し,8月に実験終了予定である.本年度の実験結果の公表については,国際学術雑誌および国際学会での発表を予定している.平成24年度に実施する実験3では,運動準備電位を測定するため,赤外線センサおよび脳波計との同期装置が必要となるため,購入を予定している.

また,17th European College of Sport Science Conferenceにおいて,実験2の結果を発表する予定であり,国外旅費として使用予定である.さらに,日本体力医学会において実験3の結果の一部を発表する予定であり,国内旅費として使用予定である.
リハビリテーション病院等における音楽療法の評価表マニュアル作成に関する実践的研究

筆者が独自に開発を行った「音楽療法チェックリスト評価表(MTCL-YK)」をさらに多様な適応疾患・障害への適用を可能にするため、これまで、全国的に音楽療法が重要視されている対象領域である「高齢者用」(MTCL-YK(S)、「注意障害用」(MTCL-YK(DOA)、「パーキンソン病用」(MTCL-YK(PD))の開発・作成を試みてきた。本研究では、この3種類の評価表共通の「マニュアル作成」を行うことを目的とする。「マニュアル作成」とは、検証された評価表の「信頼性」が各実践現場で維持されるために、最も重要な手続きとなる。これにより、より広い実践現場での実用化が可能となる。
摂食・嚥下機能向上支援とその評価に関する研究:患者立脚型アウトカム指標の開発

摂食・嚥下機能向上支援に関連する研究での使用を念頭においた、アウトカム指標としての新たなQOL尺度開発を目的に研究を行った。最初に摂食・嚥下障害患者およびその家族と関連の医療従事者を対象にインタビュー調査を実施した。調査結果をもとに尺度の項目プールを作成し、暫定版質問紙をまとめた。また、尺度を構成する概念モデル案を作り上げた。暫定版質問紙を用いてパイロット・スタディを実施した。平成20年度は、開発尺度の基本コンセプトを確定させ、項目プール作成のためのインタビュー調査準備を進めた。最初に、過去の研究報告や現在使用されている質問紙を参考に、開発尺度のコンセプトを検討した。文献や書籍、インターネットのデータベースなどから、国内外の既存の関連尺度や候補となる項目を収集した。得られた情報を吟味した結果、主に脳卒中後の摂食・嚥下障害者および介護者を対象とした尺度開発を研究の柱に定めた。続いて、基本コンセプトに従い、項目プール作成のためのインタビュー調査計画をまとめた。調査計画の概要は以下に示す通りである。2009年5月以降に藤田保健衛生大学病院リハビリテーション科あるいは七栗サナトリウムを受診した摂食・嚥下障害患者や家族に研究説明を行う。本人あるいは代諾者より研究参加の同意が得られた者に対して、研究代表者および分担研究者がインタビュー調査を実施する。摂食・嚥下障害に関連した医療情報は診療録から情報を得る。研究参加者数は30名を予定している。さらに、摂食・嚥下障害が日常生活に与える影響について医療者からの意見を収集するため、藤田保健衛生大学七栗サナトリウムあるいは藤田保健衛生大学医学部に勤務する摂食・嚥下に関する専門家(医師、歯科医師、看護師、言語聴覚療法士、歯科衛生士など)を対象に、インタビュー調査を実施する。上記の研究計画については、名古屋大学医学部倫理委員会に申請を行い、平成20年12月に承認を受けた。さらに、藤田保健衛生大学七栗サナトリウム倫理委員会にも審査申請中である。平成21年度は、摂食・嚥下障害患者およびその家族と関連の医療従事者、計36組を対象にインタビュー調査を実施した。具体的には、藤田保健衛生大学七栗サナトリウムあるいは東北大学病院を受診した、摂食・嚥下障害患者とその家族で調査協力の同意が得られた方々を対象に、障害の負担感や日常生活の困難さについてインタビュー調査を行った。また、摂食・嚥下障害が日常生活に与える影響について医療者からの意見を収集した。藤田保健衛生大学七栗サナトリウムあるいは東北大学病院に勤務する摂食・嚥下に関する専門家(医師、歯科医師、看護師、言語聴覚療法士、歯科衛生士)を対象にインタビューを実施した。インタビュー内容は逐語録としてまとめ、複数の研究者が独立して、対象者ごとに概念の抽出作業を行った。抽出された概念を照合、討議を経て、尺度の構成概念を絞り込んだ。概念ごとに項目プールを作成し、項目整理、設問形式の設定を行った後、暫定版質問紙としてまとめた。さらに、摂食・嚥下障害患者のQOLを規定する因子として、"Physical"、"Mental"、"Social"を柱とする概念モデル案を作り上げた。上記の研究計画については、名古屋大学医学部生命倫理委員会、藤田保健衛生大学七栗サナトリウム倫理委員会、東北大学大学院医学系研究科倫理委員会で承認を受けた。来年度は、暫定版質問紙を用いたパイロット・テスト後、暫定版を完成させ、信頼性・妥当性検証のための本調査に着手する予定である。平成22年度は、患者および関係者を対象としたインタビュー調査をベースにして作成された、摂食・嚥下障害の主観的評価尺度の暫定版を用いて、パイロット・スタディを実施した。暫定版尺度には、身体面として「症状」、「疲労」、精神面として「精神的健康」、「日常生活上の負担感」、「あきらめ/適応」、「食の喜び」、「自尊感情」、「恐れ」、社会面として「コミュニケーション」、「社交」の下位尺度を設定した。藤田保健衛生大学関連病院あるいは東北大学病院を受診した、摂食・嚥下障害患者およびその家族44組を対象にパイロット・スタディを実施した。そのうち6組については、質問票回答後に質問項目の理解しやすさやフォーマットの見易さなどについて意見を聴取した。聴取の結果をふまえて「逆転項目を含めず質問の方向性をそろえる」「専門用語(誤嚥、摂食・嚥下障害)の説明を毎回加える」「ふりがなを振る」「字のフォントを大きくする」などの追加修正を行った。理解しにくい項目や解釈に迷う項目については、より具体的な質問内容に変更した。また、入院の有無や経管栄養の有無による選択項目も当該の下位尺度に含めた。聴き取りによる調査の場合は視覚的なツールも必要であることが推察され、使用段階での検討課題と思われた。

現在の暫定版尺度は95項目で構成されており、パイロット・スタディの結果をもとに3040項目に絞り込みを行っている。来年度以降、信頼性・妥当性検証のための本調査を進めていく予定である。
メサンギウム増殖性腎炎における血管透過性亢進因子の役割に関する研究

血管透過性亢進因子(VPF/VEGF)は正常腎では糸球体上皮細胞により産生され、血管透過生亢進作用、血管内皮細胞増殖作用、Monocyte/macrophage遊走、活性化作用などを持つ糖蛋白である。我々は、in vitroでヒト培養メサンギウム細胞がVPF/VEGFを産生するpotentialを持ち、その活性化によりVPF/VEGFの産生が亢進することを明らかにした(Kidney Int44:959-966,1993)。しかし、in vivoでもVPF/VEGFを産生するのか、その産生がどのような病態生理学的な意義を持つのかは依然として明らかではない。そこで我々は、メサンギウム増殖性腎炎(PGN)を中心とした腎疾患患者(n=83)および正常腎(n=7)を対象とし、その腎生検検体を用いて、1)間接蛍光抗体法、2)cRNAプローブを用いたin situ hybridization法によりVPF/VEGE産生細胞を同定し、その発現の程度と組織学的所見および臨床所見との関連を検討した。その結果、正常腎やPGN以外の腎疾患では、大半の糸球体は従来報告されているように糸球体上皮細胞にVPF/VEGFを認めた。一方、PGNの一部の症例では、糸球体上皮細胞だけでなくメサンギウム領域にも強いVPF/VEGF蛋白の発現を認め、1)二重染色法による解析で、VPF/VEGF蛋白は、活性化メサンギウム細胞のマーカーであるα-smooth muscle actin(αSMA)蛋白の発現パターンと一部一致し、2)in situ hybridization法でVPF/VEGF mRNAが陽性の細胞の一部がαSMA蛋白を発現していたことより、活性化メサンギウム細胞もVPF/VEGFを産生していると考えられた。中等度以上のメサンギウム増殖を認めるPGNに関して、メサンギウム増殖のタイプをA群:メサンギウム細胞の増加が基質の増加に比して優位であるもの、B群:メサンギウム細胞の増加と基質の増加が同程度であるもの、C群:メサンギウム基質の増加が細胞増加に比して優位であるものの3群に分類し、メサンギウム細胞によるVPF/VEGFの発現との関係を検討したところ、発症早期のPGNの特徴的な病理像であるA群では、他群やコントロールに比してメサンギウム細胞によるVPF/VEGFの発現が有意に亢進していた(p<0.01vs.正常腎、病的コントロール、B群、p<0.05vs.C群)。また、メサンギウム細胞によるVPF/VEGFの発現を認める例では認めない例に比して、発症から腎生検までの期間が有意に短かった(p<0.01)。以上より、メサンギウム細胞によるVPF/VEGFの発現は早期のPGNの特徴であり、その進行や治癒過程に何らかの役割を持つ可能性が考えられた。

また、メサンギウム細胞によるVPF/VEGFの発現を認める例では認めない例に比して、発症から腎生検までの期間が有意に短かった(p<0.01)。以上より、メサンギウム細胞によるVPF/VEGFの発現は早期のPGNの特徴であり、その進行や治癒過程に何らかの役割を持つ可能性が考えられた。血管透過性亢進因子(VPF/VEGF)は正常腎では糸球体上皮細胞により産生され、血管透過性亢進作用、血管内皮細胞増殖作用、Monocyte/macrophage遊走、活性化作用などを持つ糖蛋白であり、VPF/VEGFでラットの腎臓を灌流すると尿中アルブミン排泄が増加する事が知られている。我々は、in vitroでヒト培養メサンギウム細胞がVPF/VEGFを産生するpotentialを持ち、その活性化によりVPF/VEGFの産生は亢進することを明らかにした(Kidney Int 44:959-966,1993)。しかし、in vivoでもVPF/VEGFを産生するのか、その産生がどのような病態生理学的な意義を持つのかは依然として明らかではない。そこで我々は、メサンギウム増殖性腎炎(PGN)を中心として腎疾患患者(n=30)および正常腎(生体腎移植ドナー、n=4)を対象とし、その腎生検検体を用いて、1)間接蛍光抗体法、2)cRNAプローブを用いたin situ hybridization法によりVPF/VEGF産生細胞を同定し、その発現の程度と組織学的所見および臨床所見との関連を検討した。その結果、正常腎やPGN以外の腎疾患では、大半の糸球体は従来報告されているように糸球体上皮細胞にVPF/VEGFを認めた。また、半月体形成性腎炎の半月体部分にはVPF/VEGFの発現は認めなかった。一方、PGNでは、糸球体上皮細胞だけでなくメサンギウム領域にも強いVPF/VEGF蛋白の発現を認め、1)二重染色法による解析で、VPF/VEGF蛋白は、活性化メサンギウム細胞のマーカーであるα-smooth muscle actin(αSMA)蛋白の発現パターンと一部一致し、2)in situ hybridization法でもVPF/VEGF mRNAが陽性の細胞の一部がαSMA蛋白を発現していたことより、活性化メサンギウム細胞もVPF/VEGFを産生していると考えられた。またPGNにおけるメサンギウムVPF/VEGFの発現の程度は、蛋白尿の程度(p<0.05)と有意の相関を認めた。以上により、PGNでは、活性化したメサンギウム細胞もVPG/VEGFを産生し、蛋白尿などの病態に関与している可能性が考えられた。前回の報告よりさらに症例を増やし、正常腎7例とIgA腎症などのメサンギウム増殖性腎炎を中心とした各種腎疾患患者83例の腎生検凍結切片を対象とし、血管透過性亢進因子(VPF/VEGF)の発現について検討した。症例のうちわけは、IgA腎症37例、紫斑病性腎炎10例、びまん性メサンギウム増殖型腎炎(非IgA腎症)7例、SLE classII1例、classIV3例(以上、メサンギウム増殖性腎炎58例)、微小変化型ネフローゼ症候群9例、移植後6例、巣状分節性糸球体硬化症3例、遺伝性腎炎3例、微小糸球体変化1例、膜性腎症1例、SLE classV1例、endo-stage kidney 1例である。また、中等度以上のメサンギウム増殖を認めるメサンギウム増殖性腎炎に関して、メサンギウム増殖のタイプをA
双極性障害における神経細胞機能障害の検討

申請者らはこれまで、双極性障害に小胞体ストレス反応障害およびミトコンドリア機能障害が関与することを示してきた。いずれも神経細胞死とのつながりが深く、パーキンソン病や糖尿病の危険因子とも重なっている。双極性障害では経過と共に病相間隔が短縮し、頻回に再発する患者では気分安定薬の効果が乏しくなることなどから、気分を調節する神経細胞群が進行性に脱落している可能性が考えられる。膵臓ランゲルハンス島の細胞脱落による糖尿病、視神経萎縮、尿崩症など多彩な症状を呈する神経変性疾患、Wolfram病では、半数近くがうつ病・双極性障害を合併する。また、以前我々のグループが双極性障害との関連を見出したXBP1の神経系細胞における標的遺伝子が、Wolfram病の原因遺伝子WFS1であることが最近判明した。従って、WFS1のノックアウトマウスは、双極性障害においてどのような神経細胞が脱落していくかを調べるのに最適な動物モデルと考えられる。そこで、WFS1ノックアウトマウスにおいて、変性が進行し、双極性障害を引き起こしている神経細胞群を同定するため、30週齢のWFS1ノックアウトマウスを還流固定後脳を摘出し、ヘマトキシリン・エオジン染色およびクリューバーバレラ染色を用いて、形態観察を行った。WFS1ノックアウトマウスの形態学的検討では、海馬錐体細胞の一部における形態学的変化が疑われた。また、GeneChipによる遺伝子発現解析では、サイトカイン受容体の遺伝子発現上昇が見出された。これらの結果から、WFS1ノックアウトマウスの海馬において、サイトカイン反応が惹起されている可能性が示唆された。
慢性関節リウマチにおける骨関節破壊への知覚神経の関与

関節炎への神経系の関与を知るために、A)破骨細胞細胞培養系に対する神経ペプチドの効果、B)動物を用いた実験的Brown-Sequard症候群での麻痺領域における異所性仮骨形成の程度、C)実験的反射性交感神経性ジストロフィーでの骨代謝異常の研究の大きく3つの研究課題で研究を進めた。A)骨形成細胞培養系ではCGRP添加によりalkaline phosphatase(alp)活性が低下する事、TNF-alphaの存在下でのalp活性の低下は逆にCGRP添加により抑制されることが確認できた。また、CGRPを様々な条件下で添加しその反応を検討したが、CGRPはウサギ肋軟骨成長軟骨細胞と骨髄由来骨芽細胞用細胞に対しては強い活性を示さなかった。次に、マウス頭蓋冠由来骨芽細胞とウサギ骨髄細胞との共培養系を用いて、CGRPIによる破骨細胞への影響を中心に検討した。共培養翌日から、TNF-α存在・非存在下各々の条件下でCGRPを添加し、CGRPの破骨細胞形成能に対する影響を見たものの、全ての条件下においてpositive dataが得られなかった。これは、実験系自体の問題が大きく影響しているためと考えられたため、ウシ胎児血清のLot、細胞密度、等の培養条件を変えて行うも、破骨細胞自体の形成が実験を重ねるごとに悪くなり、課題研究期間中には示唆に富むデータが得られなかった。B)ラットでの脊髄損傷(Brown-Sequard)モデルと末梢神経切断モデルを用いて、その支配域である両大腿前面の皮下に20mgBMP含有コラーゲンペレットを埋入し、4週後の異所性骨形成面積を測定した。末梢神経切断モデルでは、麻痺側での骨形成が5.012と、対照の8.019に対して異所性骨形成の面積が小さい傾向であった。一方脊髄半裁モデルでは、切断側は6.775で非切断側の8.523よりも小さく、末梢神経切断モデルと同様の傾向が認められた。C)については、第5/6腰椎神経根絞扼モデルであるChungモデルを用いて、支配域の骨代謝研究をする予定であったが、残念ながら研究代表者の転勤に伴い、本研究の途上での廃止を余儀なくされた。1)動物モデルの作成a)アジュバント関節炎:6週齢のLewis系ラットにMycobacterium butyricumの死菌と流動パラフィンの懸濁液を尾根部に皮下注射し感作させた。約10日目から四肢末梢の関節、特に足部の関節腫脹を再現良く生じた。b)脊髄損傷(Brown-Sequard)モデル:ケタミンによる全身麻酔下にて、後方より脊椎棘突起を露出させ、第二胸椎の椎弓切除後、脊椎管内に侵入。中央の脊髄動脈を避けてその左側をメスで半切する。これにより麻痺した左下肢は一部のラットで麻痺が回復するため、その後は2椎間で各々半切した。これにより、麻痺の回復は見られなかった。c)末梢神経切断モデル:b)と同様の麻酔にて左鼡径部から大腿神経を、大腿後面から坐骨神経を露出し、各々可能な限り近位にて切離した。2)評価および結果

a)骨組織の評価は軟X線によるレントゲン撮影・病理組織にて評価、b)c)については、骨代謝に対する影響を見るため、両後肢の評価に加え、両大腿前面の皮下にBMP含有コラーゲンペレットを埋入し、その重量・骨塩量の変化を観察する。3)次年度以降の研究計画今後、モデルa)にb)またはc)を組み合わせて、脊髄半切下または末梢神経切断下での両足部関節炎、関節破壊の対称性の喪失や骨形成の差異を観察する予定である。特に、中枢神経の半切では知覚解離を生ずるため、骨代謝や関節炎の対称性への影響が見られた場合、深部知覚・痛覚など各知覚神経の関与度が推測でき得る可能性がある。今年度は中枢神経損傷下における骨代謝実験の完成のため、以下の研究を中心に進めた。すなわち、ラットでの脊髄損傷(Brown-Sequard)モデルと末梢神経切断モデルを用いて、その支配域である両大腿前面の皮下に20mgBMP含有コラーゲンペレットを埋入し、4週後の異所性骨形成面積を測定した。末梢神経切断モデルでは、麻痺側での骨形成が5.012と、対照の8.014に対して異所性骨形成の面積が小さい傾向であった。一方脊髄半裁モデルでは、切断側は6.775で非切断側の8.523よりも小さく、末梢神経切断モデルと同様の傾向が認められた。過去の文献では、麻痺側の骨折治癒の骨形成については、面積は大きいものの強度が弱い報告もあり、今後は骨密度計測・骨強度計測が必要であろう。また、神経損傷モデルにアジュバント関節炎を発症させて、中枢神経の関節破壊への関与を骨代謝を通じて観察する予定であるが、侵襲が大きく再現性が悪い可能性が予想されるため、場合により計画を変更する必要がある。前年度に実施した、ラットでの脊髄損傷(Brown-Sequard)モデルと末梢神経切断モデルでの異所性骨形成能に差があることが判明した。この事実を踏まえ、また、この実験系を発展させるために、今年度は異所性に形成した骨や局所の骨密度計測・骨強度計測を施行し、またこの神経損傷モデルにアジュバント関節炎を発症させて、中枢神経の関節破壊への関与を骨代謝を通じて観察する予定であったが、結果の再現性が悪くデータを集積するに至っていない。一方、CRPS(complex regional pain syndrome)-1は神経原性の炎症で生ずる代表的疾患であるが、最近の報告ではCRPS-1罹患患者の当該上肢の静脈血中のTNF-α濃度が反対側よりも高いことが証明されており、神経原性疼痛下では局所のTNF-α分泌を介して破骨細胞を活性化させ、骨代謝に影響を及ぼしている可能性が示唆される。従って、今後は実験系を慢性疼痛疾患モデルに切り替えた上で、骨代謝について検索する方向がより実験系の構築を実現しやすいと考えられる。すなわち、第5/6腰椎神経根絞扼モデルであるChungモデルを用いる。これは痛覚過敏状態をもたらす一方で運動麻痺を示さないことから、特に交感神経依存性疼痛モデルとして優れており、また不使用性の骨萎縮も無いことから、支配神経に異常のある場合の骨代謝異常を知る上で本研究に向いていることが考えられる。このモデルでの骨代謝研究は殆ど成されておらず今後も発展性のある研究であるが、残念ながら研究代表者の転勤に伴い、本研究の途上での廃止を余儀なくされた。
イオン液体を電解質として用いる高温作動型リチウム二次電池

電力貯蔵用の大型二次電池の開発において、現行の小型電子機器用の二次電池を、単純にスケールアップして、構造のマイナーチェンジや付帯装置を追加したりして対応させるのではなく、電池材料の構成そのものを変更して、高性能化を目的とした高温作動用の新しい二次電池を開発する方向性を新たに提案する。その上で、本研究では1高温域(60°C200°C程度)で作動可能なリチウム二次電池用材料の開発2高温作動によるリチウム二次電池の高性能化を目指す。
早産児脳傷害への先制医療を目指した、ヒト羊水幹細胞分離・培養・調整技術の最適化

本年度は、hAFSの早産脳障害のモデルとしてリポポリサッカライド(LPS)誘発性新生仔敗血症モデルラットを用いて、hAFSの治療効果を検討した。具体的には、生後3日目のSDラットを用いてLPS誘発性新生仔敗血症モデルラットを作成し、hAFSを腹腔内投与し治療効果を検討した。その結果、非治療群では生存率が約50%であったが治療群では約80%の生存率に有意に上昇した。また、脳神経系細胞の炎症変化をはじめ全身臓器(脳、肺、肝臓、腎臓)の炎症性障害を有意に軽減することを見出した。現在、脳、肺、肝臓、腎臓の病理組織像解析や、治療のメカニズムについて免疫学的な観点を中心に検討を行っており、これらの結果も踏まえて影響力のある国際学会での学会発表や英文雑誌への論文投稿を行う予定である。さらに、長期生存したLPS誘発性新生仔敗血症モデルラットを用いて、治療群、非治療群の間で、運動能や認知能などの表現系の差異について検討し、早産脳障害に対するhAFSの長期的な治療効果を明らかにする計画である。我々は、早産脳障害モデルマウス(生後3-11日目の期間、約10%の低酸素環境下で飼育するNeonatal chronic hypoxia model: CH model)を一旦確立したが、実験環境の変化によりCHモデルの再現性が取れなくなったため、別な早産脳障害モデルマウスの確立を余儀なくされた。このため、本年度は早産脳障害モデル動物作成を行った。早産脳障害は、子宮内炎症に起因する新生児期の炎症がその根本的な原因であるため、動物モデルではリポ多糖(Lipopolysaccharide; LPS)、ウイルス、細菌などの感染源を動物に投与するモデルが報告されているが(Dean etal. Dev Neurosci. 2015)、我々はLPS投与モデルを作成することにした。具体的には、LPSを生後3-4日目のラットに投与するモデル、(2)生後3-4日目のラットにLPSに投与し、その後、片側頸動脈結紮と低酸素負荷を行う、の2つの早産脳障害動物モデル作成を行った。また、ヒト羊水幹細胞(Human amniotic fluid stem cell: hAFS)の事前調整法として、骨髄幹細胞など他の間葉系幹細胞で報告のある、低酸素培養とスフェロイド培養がhAFSでも再現可能か否かについて検討した。その結果、hAFSは低酸素培養やスフェロイドを行うことにより、通常酸素濃度の単層培養と比較し、ESマーカーや抗炎症性サイトカイン等の発現が変化することを見出した。実験環境の変化により、一旦、確立された早産脳障害モデルマウス(生後3-11日目の期間、約10%の低酸素環境下で飼育するNeonatal chronichypoxia model: CH model)の再現性が取れなくなり、別な早産脳障害モデルマウスの確立を余儀なくされたため。今年度得られた成果をもとに、(1)リポ多糖(Lipopolysaccharide; LPS)投与、または、(2)LPS負荷後に片側頸動脈結紮と低酸素負荷を行う、の2つの早産脳障害動物モデルを作成し、ヒト羊水幹細胞(hAFS)の治療効果の検討を行う計画である。さらに、低酸素培養やスフェア培養によりhAFSの治療効果が増強するか否かを検討する計画である。
マイクロマシンパーツ用パラレルメカニズム型超小型マシニング・メジャリングセンタ

本研究では,従来のXYZ機構の代わりにパラレルメカニズムを用いた超小型の三次元座標測定機を提案している.3組の直交スライドメカニズムを持つXYZ機構を用いた一般的な三次元座標測定機はナノメートルオーダの測定には適していないからである.この三次元座標測定機は三次元的形状を持つ微小部品の幾何偏差の精密測定に適していると考えられる.まず,特異値分解による誤差解析を用いてリンク配置設計を行った.得られたリンク配置は運動精度と測定分解能を向上させる.また,直動ジョイントとリニアスケールユニットとアクチュエータを持つストラットを設計・製作した.ストラットのアクチュエータには圧電素子を用いたインチワーム機構を用いた.またこのストラットにはジョイントの運動誤差とリンクの弾性・熱的変形を補正する機構を組み込んだ.このデバイスではジョイントとスケールユニットを連結する2本のロッドを用いる.ロッドには荷重がかからないので,外力の影響を受けずにリニアスケールユニットはジョイント間の距離の変動を測定できるようになる.さらに,ロッドはスーパーインバーで作られているため,測定される距離変動は温度変化の影響をほとんど受けることがない.この装置を試作したストラットに組込み,実験を行った.実験はこの装置がリンクの剛性を改善し熱膨張を減少させることを示した.本研究では,従来のXYZ機構の代わりにパラレルメカニズムを用いた超小型の三次元座標測定機を提案している.3組の直交スライドメカニズムを持つXYZ機構を用いた一般的な三次元座標測定機はナノメートルオーダの測定には適していないからである.この三次元座標測定機は三次元的形状を持つ微小部品の幾何偏差の精密測定に適していると考えられる.まず,特異値分解による誤差解析を用いてリンク配置設計を行った.得られたリンク配置は運動精度と測定分解能を向上させる.また,直動ジョイントとリニアスケールユニットとアクチュエータを持つストラットを設計・製作した.ストラットのアクチュエータには圧電素子を用いたインチワーム機構を用いた.またこのストラットにはジョイントの運動誤差とリンクの弾性・熱的変形を補正する機構を組み込んだ.このデバイスではジョイントとスケールユニットを連結する2本のロッドを用いる.ロッドには荷重がかからないので,外力の影響を受けずにリニアスケールユニットはジョイント間の距離の変動を測定できるようになる.さらに,ロッドはスーパーインバーで作られているため,測定される距離変動は温度変化の影響をほとんど受けることがない.この装置を試作したストラットに組込み,実験を行った.実験はこの装置がリンクの剛性を改善し熱膨張を減少させることを示した.本研究では,25×25×25mm程度の立体的なマイクロ部品の三次元的な微細加工・高精度計測を行うための小型の精密加工機・三次元座標測定機の研究をおこなう.そのため,従来の直交座標型のスライドメカニズムを用いず,パラレルメカニズムを用いた超小型マシニング・メジャリングセンタ(パラレル・ナノMMC)を試作する.駆動・測定分解能は5ナノメートルオーダー,空間位置決め精度はサブミクロンオーダーを目指す.(1)直動ジョイントの製作高精度な測長器とアクチュエータを組み込んだ直動ジョイントを製作した.具体的には,リニアガイドを用いた直動ジョイントに測長器となるリニア測長システム(測定分解能:2nm以下,ストローク:100mm)を組み込んだ.また,ナノメートルステップでの超精密位置決めを目標として,ハアクチュエータとして積層型圧電素子を用い,インチワーム機構を構成した.(2)直動リンク駆動プログラムの作成直動リンクをインチワーム機構で駆動するための制御プログラムを作成した.内蔵したリニアスケールを用いないオープンループ制御プログラムと,スケールの値を用いるフルクローズドフィードバック制御用のプログラムを作成し動作を確認した(3)ジョイント回転誤差補正と熱変位補正パラレルメカニズムではジョイントの運動誤差は機構の運動誤差の大きな原因であると考えられる.また,高精度の測定機では室温変動などによる熱変位の補正を行う必要がある.ここでは,変位計や温度計を用いずに,直動ジョイントの両端に設置する球面ジョイントの回転誤差の補正および直動リンク自体の熱変位を補正するための機構を組み込んだ.さらに,これらの補償がうまく作動しているかチェックするための実験装置を設計した.本研究では、25×25×25mm程度の立体的なマイクロ部品の三次元的な微細加工・高精度計測を行うための小型の精密加工機・三次元座標測定機の研究をおこなう。そのため、従来の直交座標型のスライドメカニズムを用いず、パラレルメカニズムを用いた超小型マシニング・メジャリングセンタ(パラレル・ナノMMC)を試作する。駆動・測定分解能は5ナノメートルオーダー、空間位置決め精度はサブミクロンオーダーを目指す。(1)ジョイント回転誤差補正と熱変位補正システムパラレルメカニズムではジョイントの運動誤差や弾性変形が機構の運動誤差の大きな原因となると考えられる。また、高精度の測定機では室温変動などによる熱変位の補正を行う必要がある。ここでは、変位計の増設や温度計を用いずに、直動ジョイントの両端に設置する球面ジョイントの誤差の補正および直動リンク自体の熱変位を補正するための機構を組み込んだ。さらに、これらの補償がうまく作動しているかチェックするための実験装置を設計した。(2)上記チェック用実験装置の製作直動ジョイントを伸縮させた際の伸縮量を1nm分解能で測定するためのテストベッドを製作した。伸縮による移動量はレーザ干渉測長器にて測定する。また、ジョイント部に負荷が掛かった際でも、内蔵のスケールによって変形量が正確に指示されるか検証を行う。

さらに、室温変動などがあった際のジョイントの熱伸縮が上記システムにより補正されるか検証する。以上の検証を行うため、テストベッドは低膨張鋳鉄にて製作した。(3)室温を2°変化させた場合、補正なしでは1.3μmの伸びが観察されたのに対して、本補正システムでは0.25μm以下という結果が得られた。これにより室温変動を±0.4°程度に制御すれば、熱伸縮を0.1μm以下に抑えられると判断できる。また5Nの外力を加えた場合は、補正なしでは7μmの誤差があったが、補正システムにより誤差は0.3μmまでに減少した。本研究では,25×25×25mm程度の立体的なマイクロ部品の三次元的な微細加工・高精度計測を行うための小型の精密加工機・三次元座標測定機の研究をおこなう.そのため,従来の画交座標型のスライドメカニズムを用いず,パラレルメカニズムを用いた超小型マシニング・メジャリングセンタ(パラレル・ナノMMC)を試作する.駆動・測定分解能は5ナノメートルオーダー,空間位置決め精度はサブミクロンオーダーを目指す.(1)ジョイント回転誤差補正と熱変位補正パラレルメカニズムではジョイントの運動誤差は機構の運動誤差の大きな原因であると考えられる.また,高精度の測定機では室温変動などによる熱変位の補正を行う必要がある.ここでは、変位計や温度計を用いずに,直動ジョイントの両端に設置する球面ジョイントの回転誤差の補正および直動リンク自体の熱変位を補正するための機構を組み込んだ.さらに,これらの補償がうまく作動しているかチェックするための実験装置を設計した.以上の装置を組み込み室温を2°変化させた場合,補正なしでは1.3μmの伸びが観察されたのに対して,補正を行った結果では0.25μm以下であった.これはリンク全体の熱膨張係数が12.2ppm/Kから2.38ppm/K(19.5%)まで減少したことと等価である.また荷重を掛けた際の弾性変形を結果,みかけの剛性は,0.72N/μmから14.8N/μmへ約21倍向上した.(2)フレームの弾性変形と熱変形の補正パラレルメカニズム型機械では,メカニズムを支持するフレームやベースにおける外力による弾性変形や室温変動による熱変形も精度悪化の大きな要因である.本研究では,9台の変位計を用いて,フレーム上のメカニズム取付点の位置と姿勢をインプロセスで測定する方法により,上記の変位の補正を行う.9台の変位計の測定値から6自由度パラレルメカニズムの順運動学によりメカニズム取付点の位置と姿勢6自由度を計算し,メカニズムのエンドエフェクタの座標値を補正した結果,室温変動を与えた場合のz方向誤差が33.7μmから6.1μm(18%)へと減少した.
疑似平方数に基づいた高速な確定的素数判定アルゴリズムの開発

疑似平方数は、平方数の条件を拡張した形の条件を満たす数である。巨大な疑似平方数に基づいた高速な確定的素数判定アルゴリズムの中の特定の判定条件とカーマイケル数の間の関係についての予想を提案した。カーマイケル数は、フェルマ・テストと呼ばれる素数判定法で判定が極めて困難な数である。提案した予想の解決は、直接確定的素数判定アルゴリズムの高速化には繋がらないが、疑似平方数に関連した理論研究の進展が期待される。前年度から取り組んでいる素数判定も含めた離散数学上の問題に対する整数計画ソルバの活用については、グラフ理論において代表者らが定義したオイラー・グラフの指標であるオイラー回帰長についての研究において重要な役割を果している。オイラー回帰長は、正整数の値をとるが、整数計画ソルバの計算結果を含む証明によりその上界値を1減らすことができた。この結果については、第12回科学技術フォーラム及び平成26年1月開催の情報処理学会のアルゴリズム研究会で発表した。しかしながら、当初期待していたBach理論の離散化に基づいた疑似平方数を使った素数判定アルゴリズムの開発への応用の目処は立っていない。このため、今年度の終わりから巨大な証明付き素数の構成アルゴリズムの開発の検討を開始し、この新課題について次年度に十分な計算機実験が実施できるように平成26年度の終わりに大規模計算用ワークステーションを導入した。確定的素数判定アルゴリズムの重要な直接の応用として巨大な確定的(証明付き)素数のランダム生成が挙げられる。しかしながら、確定的素数のランダム生成は、任意の奇数に対して有効な確定的素数判定アルゴリズムを使わないでも可能である。生成した素数pに対する証明の有力な候補としてp - 1の素因数分解とpを法とした原始根の組を挙げる。この研究において整数計画ソルバが活用できることを期待する。主にBach理論の離散化のための離散数学における代数理論についての情報収集を目的として平成26年2月に京都大学数理解析研究所の研究集会「計算機科学における論理・代数・言語」に出席した。さらに、主にアルゴリズム設計技術についての情報収集を目的として平成26年3月に情報処理学会の全国大会及び電子情報通信学会の総合大会に出席した。研究目的に挙げたLukesらによる疑似平方数に基づいた素数判定についての定理1では、与えられた奇数を8で割った余りが1と5の場合に追加の判定条件が必要となる。前年度からその追加判定条件を省いたとき素数と判定されてしまう合成数はすべてカーマイケル数だろうという予想を立てている。今年度もそれについての実験を継続し、その時点の成果を2012年9月上旬に開催された第11回情報科学技術フォーラムで発表した。この研究が素数判定アルゴリズムの開発に与える影響は不明であるが研究の基礎固めとしての役割は果していると考える。また、今年度から素数判定も含めた離散数学上の問題に対する整数計画ソルバの活用の有効性に注目している。整数計画ソルバについては、近年そのソフトウェア性能の著しい向上が続き、さらに、学術的な用途に限れば、現在最先端の整数計画ソルバを極めて安価に利用することができる。今年度中にそれを素数判定アルゴリズムの開発に活用することはできなかったが、2013年3月上旬に開催された第75回情報処理学会全国大会である種の格子グラフにおける最小支配点集合問題への整数計画ソルバの応用について発表した(神保・香西「整数計画ソルバーを用いた囲碁における連数最大値探索の効率化」)。次年度中に開発段階のプログラムで機能の一部を整数計画ソルバに肩代りさせて開発を容易にすることも視野に入れている。平成26年度中の完成を目標にしていた巨大な証明付き素数の構成アルゴリズムの開発は、遅れていて未完成であるが、年度の後半に2の36乗ビット程度までの非負整数に対応した乗算アルゴリズムを開発した。これは、素数位数の有限体上のFFTを含む既存技術を応用した高速アルゴリズムである。ただし、GNU MPなどの既存のオープンソースライブラリを利用する場合と比較して大幅に実行時間が短かく、現在利用している16GBから64GB程度の主記憶容量の計算機環境にかなり良く適応したものになっている。研究期間が延長された平成27年度は、前半に既存の数値計算ライブラリを活用するなどして2の30乗ビット以上の長さの素数のランダム生成アルゴリズムを完成させ、それを応用したいくつかの大規模な計算機実験の実施を予定している。実験のテーマの一つは、巡回的グラフ(circulant graph)と呼ばれるグラフの構造と頂点数の素因数との関係についての調査である。残念ながら、当初の目標である疑似平方数に基づいた確定的素数判定アルゴリズムへの応用は困難な状況である。平成26年9月に第13回情報科学技術フォーラム(FIT 2014)に、12月に4th International Conference on Artificial Intelligence and Applications in Engineering and Technology (ICAIET2014)に、平成27年3月に電子情報通信学会2015年総合大会及び情報処理学会第77回全国大会に出席し研究のための情報を入手した。これらの情報の一部は、平成27年度に予定している計算機実験に有用であることが期待される。疑似平方数に基づいた確定的素数判定アルゴリズム開発の理論的基礎としていたBach理論についての調査は、研究発表に至らなかったが平成26年度においてある程度進行している。現在、平成27年度後半にBach理論の離散化の可能性について研究発表することを目標にしている。