hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
造血幹細胞へのＴ細胞レセプター遺伝子導入による革新的造血幹細胞移植療法の開発

移植片対宿主病に依存しない白血病に対する新たな造血幹細胞移植療法の開発の目的で、HLA-A24拘束性WT1特異的T細胞レセプター(TCR)遺伝子を造血幹細胞に遺伝子導入し、ヒト化マウスの実験系を用いて、WT1特異的ヒト細胞傷害性T細胞(CTL)の誘導を試みた。HLA-A24トランスジェニックマウスにWT1遺伝子導入CD34+ヒト造血幹細胞を移入したところ、WT1特異的ヒトCTLが分化増殖することが確認された。これらのCTLはHLA-A24拘束性にヒト白血病細胞を傷害することが示された。本研究によって、造血幹細胞へのがん特異的TCR遺伝子導入による新たな造血幹細胞移植療法の可能性が示された。Graft-versus-host disease (GVHD)に依存せずgraft-versus-leukemia (GVL)効果のみ期待できる革新的自己造血幹細胞移植療法の開発の目的で、白血病特異的細胞傷害性T細胞(CTL)クローン由来T細胞レセプター(TCR)遺伝子をヒト造血幹細胞に遺伝子導入し、免疫不全マウス体内でのT細胞の分化・増殖を検討した。方法:我々のグループが樹立した白血病を選択的に殺傷するWT1特異的HLA-A24拘束性細胞傷害性T細胞(CTL)クローンからTCR遺伝子を単離し、その発現ベクターを構築した。タカラバイオ株式会社との共同研究によって、内在性TCR発現を抑制し、WT1特異的TCRを選択的に発現できるベクターを開発した。本研究ではこの発現ベクターを使用した。WT1-TCR遺伝子をヒトCD34陽性造血幹細胞に遺伝子導入し、我々の共同研究グループが開発したHLA-A24トランスジェニック免疫不全NSGマウスに移植した。その後、脾臓細胞中のヒトリンパ球の表面形質ならびに機能を解析した。結果:移植後23か月後の脾臓細胞にWT1ペプチド・HLA-A24複合体テトラマーで染色されるT細胞が確認された。これらのT細胞の細胞傷害活性を調べたところ、WT1特異的HLA-A24拘束性細胞傷害性を示した。さらに、in vitro解析からヒト白血病細胞をHLA-A24拘束性に傷害することが示された。考察:腫瘍特異的TCRを造血幹細胞に遺伝子導入し、自己造血幹細胞移植を行う事で、GVHDを来さない新たな造血幹細胞移植が可能であることが強く示唆された。現在世界的に広く実施されている白血病に対する同種造血幹細胞は、抗白血病効果がGraft-versus-host disease (GVHD)に依存しており、しばしば重篤なGVHDを来すことが問題となっている。この課題を克服し、GVHDに依存しなくGraft-versus-leukemia (GVL)効果のみ期待できる新規造血幹細胞移植療法を開発する目的で研究を遂行した。つまり、我々が単離したHLA-A24拘束性WT1-T細胞レセプター(TCR)遺伝子を臍帯血から純化したヒトCD34陽性造血幹細胞に遺伝子導入し、理化学研究所石川文彦博士との共同で開発したHLAトランスジェニック免疫不全NSGマウスに移植した。その後、継時的にマウス体内で分化するヒトT細胞の形質と機能を検討した。その結果、細胞表面にTCRを発現しているヒト成熟T細胞がマウス体内で分化・増殖することが明らかとなった。このヒトT細胞は、HLA拘束性にWT1特異的細胞傷害活性を示した。さらに、HLA-A24陽性ヒト白血病細胞を特異的に傷害することも明らかとなった。当初の研究目標である、TCRのヒト造血幹細胞への遺伝子導入ならびにHLAトランスジェニック免疫不全マウスに移植できた。さらに、マウス体内でTCR特異的機能的ヒトT細胞の分化・増殖を確認できた。このことから、本研究の目的であるがん特異的TCRの造血幹細胞への遺伝子導入による新たな自己造血幹細胞移植療法の可能性を示すことができたことから、おおむね順調に進行していると評価した。つまり、HLA-A24拘束性WT1-TCR遺伝子を臍帯血から純化したヒトCD34陽性造血幹細胞に遺伝子導入し、理化学研究所石川文彦博士との共同で開発したHLAーA24トランスジェニックNSGマウスに移植した。まず経時的にマウス体内で分化するヒトT細胞の機能を解析したところ、WT1特異的HLA-A24拘束性CTLがマウス体内で分化増殖することがin vitro実験系で示された。さらに、マウス体内で分化増殖したこれらのヒトT細胞はHLA-A24拘束性にヒト白血病細胞を殺傷することが確認された。さらに、ヒト白血病細胞を移植した免疫不全マウスでの白血病細胞増殖も抑制することが示された。

これらの結果から、造血幹細胞へのがん特異的TCR遺伝子導入による新たな造血幹細胞移植療法の可能性が示された。移植片対宿主病に依存しない白血病に対する新たな造血幹細胞移植療法の開発の目的で、HLA-A24拘束性WT1特異的T細胞レセプター(TCR)遺伝子を造血幹細胞に遺伝子導入し、ヒト化マウスの実験系を用いて、WT1特異的ヒト細胞傷害性T細胞(CTL)の誘導を試みた。HLA-A24トランスジェニックマウスにWT1遺伝子導入CD34+ヒト造血幹細胞を移入したところ、WT1特異的ヒトCTLが分化増殖することが確認された。これらのCTLはHLA-A24拘束性にヒト白血病細胞を傷害することが示された。本研究によって、造血幹細胞へのがん特異的TCR遺伝子導入による新たな造血幹細胞移植療法の可能性が示された。当初の計画どおり、WT1特異的HLA-A24拘束性遺伝子発現レトロウイルスベクターを構築し、ヒトCD34陽性造血幹細胞に遺伝子導入できた。また、新規免疫不全マウスであるHLA-A24トランスジェニック免疫不全NSGマウスに移植でき、マウス体内でヒトT細胞の分化を証明できた。さらに、in vitro機能解析から、腫瘍特異的TCRを造血幹細胞に遺伝子導入し、自己造血幹細胞移植を行う事で、GVHDを来さない新たな造血幹細胞移植が可能であることのProof of concept(POC)が達成できた。これまでの研究から、本研究の目標はほぼ達成できたと考えているが、今後さらにTCRの種類を増やし、本治療法の普遍性を検討する方針である。また、TCR遺伝子導入造血幹細胞から分化したヒトT細胞の免疫学的機能を抗腫瘍効果を中心に、in vitroならびにin vivo実験系でさらに検討を進める計画である。血液学、腫瘍免疫学、細胞治療本年度の研究によって、腫瘍特異的TCR遺伝子をヒト造血幹細胞に遺伝子導入し、HLAトランスジェニック免疫不全マウスに移植することで、マウス体内で腫瘍特異的ヒトCTLが分化・増殖できることを証明できた。このことによって、命題である腫瘍特異的TCR遺伝子導入による新たな自己造血幹細胞移植療法のPOCが達成できた。来年度は臨床応用に向けて、さらに実験回数を増やし普遍性を検証する。さらに、抗腫瘍効果をin vivo実験系で検討する計画である。実験に伴う物品費用が予定よりかからなかっとことおよび国際学会への発表ができなかったことから次年度使用額が生じた。実験に使用するマウス・培養液・試薬などの消耗品の使用量が当初に計画していた予定量より比較的少なく、次年度使用額が生じた。実験に必要な消耗品、国際学会への参加発表・論文投稿費用に使用する。臨床応用にむけて研究をすすめており、普遍性を検証するため、さらに実験回数を増やすこととし、次年度の基礎的実験に関する消耗品などの物品費として、この費用を使用する。
19世紀のドイツ語の歴史記述と物語り記述の比較分析研究

本研究は,19世紀ドイツ語圏における代表的な歴史研究であるヤーコプ・ブルクハルト『イタリア・ルネサンスの文化』の校訂版編集作業チームによる共同研究であり,文献学的調査に基づいてブルクハルトの歴史記述の独自性を解明すると同時に,それが文学や思想に対して及ぼした影響について,特にシールズフィールド,ムージル,トーマス・マンなどドイツ語圏作家の物語り表現との関連に焦点をあてつつ,明らかにした。本研究の成果は「物語と歴史の言説の研究」と「文献学的調査」の二つの柱からなる。「物語と歴史の言説の研究」:研究代表者は、19世紀のスイスの歴史家ブルクハルトの主著『イタリア・ルネサンスの文化』の「試論」としての性格が、20世紀のムージルやアドルノの「エッセー」概念に通じるものであることを明らかにした。また19世紀のスイス在住の歴史小説家シールズフィールドの『南と北』を分析し、物語言説の分野でも、ラカンの精神分析に通じる革新的なテキストが19世紀にすでに書かれていたことを示した。分担者シュミッツは、20世紀の作家トーマス・マンの作品におけるブルクハルトの影響を跡付けた。分担者沼田は、ブルクハルトが現代日本においてどの様に受容されているかを実証的に検証し、この歴史家が現代日本において持つ意義を明らかにした。これらは、いずれもドイツ語論文としてまとめられ、従来のブルクハルトなどの研究を、国際的なレヴェルで一歩進めるものである。「文献学的調査」:研究代表者は、『イタリア・ルネサンスの文化』に登場する人名について東北大学を中心に徹底的な調査を行った。シュミッツは、マールバッハで、文学と歴史記述に関連する資料調査を実施した。沼田は、マインツ、バーゼル等において、19世紀の歴史記述に関連して、ブルクハルトを中心にルネサンス関係の原資料の徹底的な資料調査を行い、ブルクハルトが『イタリア・ルネサンスの文化』で用いた原資料の大半を突き止めたが、これは、いままでヨーロッパの研究者の誰にもできなかった成果である。こうした文献学的な調査は、本研究推進のための基礎であるばかりでなく、将来の当該分野の研究者にとって精確な研究の基礎をなすものであり、いずれブルクハルトの歴史校訂版(スイス、シュヴァーべ社)のなかで公表される予定である。研究代表者(シュミッツ)および研究分担者(沼田)は以下の研究課題に取り組んだ。(1) 19世紀以来の歴史科学と文学研究の関係性についての分析。とりわけ、両分野の物語的な基盤と歴史科学を学術的な研究分野として認知すること。(2)イタリア・ルネッサンスというテーマに関するヤーコブ・ブルクハルトの手稿についての調査。(3)現代文学研究の側面から見た歴史的観点を踏まえた研究。具体的な活動として、沼田はバーゼル大学図書館にて、ヤーコブ・ブルクハルトに関する手稿ファイルの調査を行い、手稿に挟まれるないし添付されたメモにブルクハルト自らが記載した内容が持つ重層的な意義を解明した。さらに、日本におけるブルクハルト受容の歴史について考察し、学術論文を発表した。シュミッツは、とりわけ「文学における歴史記述」というテーマ領域に取り組み、学術論文2編を発表した。この研究分担の具体的な準備のために、シュミッツはダボス(スイス)でトーマス・マン会議(2008年8月3日から8日)へ参加し、多岐にわたるトーマス・マン研究者(H.コープマン教授およびチューリッヒのトーマス・マン資料館の館長であるトーマス・シュプレッヒャー博士)との専門的な討議を行った。この学術会議への参加に関連して、シュミッツはチューリッヒのトーマス・マン資料館およびチューリッヒ中央図書館(旧ヴァッサーキルヒェ図書館)において調査を実施し、また調査と資料収集のために、マールバッハのドイツ文学資料館(DLA)を2008年8月13日から19日まで訪問した。19世紀以来の歴史学および文学研究の関連に関する分析を背景として、現代文学研究のパースペクティブから歴史的な側面の研究に取り組んだ。とりわけ、歴史学および文学研究における物語論を基礎として「文学における物語記述」に焦点を当て、以下に挙げるテーマ領域について詳細に検討を行った。1.「トーマス・マンの物語テキストにおける歴史的な現象について」というテーマについての学術論文がほぼ完成しており、書籍の形で『原研二先生記念論集(仮題)』(森本浩一編、東北大学出版会、2010年。)への掲載が決定している。2.「20世紀前半におけるドイツの歴史的な側面および文学への反映」というテーマで一連の読書会を合わせて10回、同僚とともに開催した。使用テキストは以下のものである。Christinavon Braun : Stille Post-Eine andere Familiengeschichte. Berlin : Propylaen, 2. Auflage 2007. 3.ヴィンフリート・ゲオルク・ゼーバルトの作品、とりわけAusterlitz(2001)およびDie Ausgewanderten(1992)について、「ホロコースト研究と文学」というテーマで取り上げ、2010年3月25日に開催された蓼科ドイツ文化ゼミナールにてグループ3Aの作業を主導した。

なお、このテーマ領域の研究内容を準備し資料収集を行うため、2009年夏にデュッセルドルフ大学のトーマヌ・マン文庫および大学図書館、マールバッハのドイツ文学資料館、チューリッヒのバーゼル大学図書館およびトーマス・マン資料館を訪問し、トーマス・マン研究者をはじめとする多数の研究者と討議を行う機会を得た。
局所高分解能微小灌流画像解析による膵機能および初期線維化抽出プロトコルの構築

当初の計画はMRI画像を用いて早期慢性膵炎患者の抽出を試みるものであったが、早期慢性膵炎の確定診断が得られる患者数が一定量見込めなかったため、既報の報告結果に従いHbA1c値による間接的な膵線維化診断を新たな研究目的に設定した。膵疾患が疑われるまたは既にCT等で疾患が同定されている患者に対して膵造影MRIを施行した。通常のルーチン撮像に加え、造影前後にT1 mapping pulse sequenceを撮像した。T1 mapping pulse sequenceは約20秒の呼吸停止下で撮像でき、全ての患者において問題なく撮像可能であった。造影前後のT1 mapより、膵実質および大動脈のT1値をそれぞれ計測し、細胞外液分画を算出した。細胞外液分画とHbA1c値との相関および非糖尿病群、境界型糖尿病群、糖尿病群で3群比較を行った。細胞外液分画はHbA1c値と中等度の正の相関を示し(r = 0.60, P < 0.001)、糖尿病群においては他の2群と比較して有意に高値を示した(P < 0.001)。また、糖尿病群と他の2群を区別するための診断能は感度100%、特異度93.7%、ROC曲線下面積0.99であった。今回の検討では病理学的な膵線維化との関連まで踏み込むことができていないが、過去の報告を参照するに、間接的にではあるものの細胞外液分画と膵線維化に一定以上の関連があることが推察される。T1 mapping pulse sequenceを撮像することで、T1値から算出できる細胞外液分画が膵線維化の程度を予測する指標となる可能性が示唆され、早期慢性膵炎患者においても今後の臨床応用が期待できる結果となった。平成28年4月にはPhillips社製の3 Tesla MRI装置が導入された。装置の開発元であるPhillips社と共同で解析に用いる撮像シーケンスについて、詳細なパラメータを検討した。パラメータ設定は研究代表者、研究分担者および研究協力者である放射線技師により行われ、シーケンス自体の改良が必要な場合にはPhilips社に依頼し適時調整を行った。Intravoxel in coherent motion (IVIM)においては、68種類程度のb値を用いた拡散強調像の撮像が必要であることが判明し、臨床検査内に組み込めるよう高速撮像法との併用を試みた。具体的には多断面スライスを同時に励起する技術を応用し、撮像時間を15分程度から5分程度にまで軽減することが可能となった。ダイナミック造影を用いた灌流画像では、view sharingおよびcompressed sensingに代表される超高速撮像法が応用できるようにシーケンスを調整した。Arterial spin labeling (ASL)は、頸部領域などmotionの影響が少ない領域において撮像を行い、適切な画像が得られることを確認した。今年度は概ね撮像パラメータの調整が主だった研究内容であり、ボランティア撮像を用いて調整を行った。上記のごとく、臨床検査に組み込める程度の撮像シーケンスが複数完成したため、すでに臨床症例の蓄積を開始しており、来年度以降も継続する予定である。撮像に必要なシーケンスの概要については検討が進んでいるが、詳細なパラメータ設定については、臨床症例蓄積中も適宜変更を考慮する。昨年度に引き続き、装置の開発元であるPhilips社と共同で、膵線維化診断に有用な撮像シーケンスやパラメータを検討している。パラメータ設定は研究代表者、研究分担者である放射線技師により行われ、シーケンス自体の改良が必要な場合は、Philips社に依頼し適宜調整を行っている。ダイナミック撮像を用いた灌流画像では、最新の超高速撮像法であるCompressed SENSEを使用し、1回の息止めで3相程度の動脈相を撮像できるよう改良した。これにより、当初計画していたView sharingによる多相撮像と比較して、アーチファクトの軽減が期待できる。また、我々は過去に膵線維化とT1信号の相関について病理学的検討を含めた詳細な解析を行っており、膵線維化の進行とともにT1信号が低下することを明らかにした。そこでT1 mappingと呼ばれる組織固有のT1値を計測可能なシーケンスを膵臓撮像に応用し、撮像シーケンスに加えている。さらに造影検査においてはT1 mapより細胞外液量を概算し、膵線維化との相関を検討する予定である。本シーケンスは心臓領域において心筋の線維化と良好な相関を示しており、膵臓領域に応用した報告は未だ少ない。今年度は撮像パラメータの調整および新たな撮像シーケンスの開発を行い、臨床導入を開始した。来年度は慢性膵炎症例のみならず、膵腫瘤性病変や膵線維化と関連した病態(糖尿病等)にも適応を広げ臨床症例の蓄積ならびに膵線維化診断の改良を目指す。早期慢性膵炎症例の蓄積が遅れている。今後も膵臓内科と連携を取り、症例蓄積を目指す。

造影前後のT1 mapより、膵実質および大動脈のT1値をそれぞれ計測し、細胞外液分画を算出した。細胞外液分画とHbA1c値との相関および非糖尿病群、境界型糖尿病群、糖尿病群で3群比較を行った。細胞外液分画はHbA1c値と中等度の正の相関を示し(r = 0.60, P < 0.001)、糖尿病群においては他の2群と比較して有意に高値を示した(P < 0.001)。また、糖尿病群と他の2群を区別するための診断能は感度100%、特異度93.7%、ROC曲線下面積0.99であった。今回の検討では病理学的な膵線維化との関連まで踏み込むことができていないが、過去の報告を参照するに、間接的にではあるものの細胞外液分画と膵線維化に一定以上の関連があることが推察される。T1 mapping pulse sequenceを撮像することで、T1値から算出できる細胞外液分画が膵線維化の程度を予測する指標となる可能性が示唆され、早期慢性膵炎患者においても今後の臨床応用が期待できる結果となった。症例を蓄積し、PFD試験の値や血中/尿中膵酵素の値と、灌流画像から得られる定量値との対比、相関を解析する。症例を蓄積し、臨床データより得られた膵外分泌・内分泌機能評価因子と、MRI画像より得られた定量値との対比・相関を解析する。本年度はボランティア撮像を用いたパラメータ調整が主だった内容となり、当初の予定よりも使用する予算額が減少した。次年度使用額はわずかであり、概ね計画的に使用できていると思われる。来年度以降にはデータ解析を行うため、記憶媒体などの購入に予算を使用する予定である。来年度以降には臨床症例の蓄積や解析を行う予定であるため、記憶媒体や解析ソフトに予算を使用する予定である。
食道の蠕動機能を代替する柔軟ロボティック機構の開発

本研究の目的の一つである,本質的に柔らかいロボットシステムの構築に向けて,超柔軟系を提案し,その動力学挙動の解析を行い,またその知見に基づき系の特性を利用して制御を行う方法を提案した.超柔軟系とは,従来の弾性の存在を前提とした柔軟系モデルに対して,弾性をほとんどあるいは全く持たない,ひもや糸,ロープなどのような,より柔軟な系を考えるものである.本研究では受動関節により連結され,根元のみが駆動され得るような多リンク系がその一力学モデルとなることから,多自由関節系モデルとして超柔軟系の動力学解析と制御を行っている.平成12年度においては,周期摂動入力により,系をある平衡点に収束させることができること,およびその性質を用いた形状制御法を提案した.平成13年度においては,さらに重力項も含めた定式化を行い,多自由度にも適用可能な一般式を導出したほか,多自由関節系を重力に抗して任意の方向に動的に安定化する方法を示し,さらにはインピーダンス制御による力制御法を提案した.また応用研究として,メカトロニック人工食道のための咀噛物搬送機構の試作開発を行った.特に食道癌の手術における代替を目的として,食道の蠕動による咀噛物の嚥下機能を代替可能な機構の開発を目指したものである.食道は胸腔内の非常に狭降な空間にある細長い管状臓器であり,周囲に肺・心臓・胃など常に大きな運動を行う臓器が存在することから,機構として非常に柔軟性が高い必要であり,また駆動制御においてはそのような非常に柔軟な機構に対してシンプルでロバストであることが重要である.平成12年度においては,人工食道内外の密閉性を確保できるような駆動機構の設計を行い,咀噛物の搬送に必要な駆動トルクなどを求めるための運動学的・力学的解析を行った.平成13年度においては,その機構のプロトタイプを製作し,実際に人間に適用できる機構を開発するための予備実験を行っている.上述の超柔軟系に対する動力学挙動解析と制御は,そのような機構の制御法の基礎となるものである.本研究の目的の一つである,本質的に「柔らかい」ロボットシステムの構築に向けて,「超柔軟システム」を提案し,その動力学挙動の解析を行い,またその知見に基づき系の特性を利用して制御を行う方法を提案した.「超柔軟システム」とは,従来研究されてきた弾性に基づく柔軟構造のモデルに対して,弾性を持たず粘性のみを有する,より柔軟な系を考えるものであり,その大きな特長として弾性や重力などのポテンシャルによる平衡点を持たないことから,あらゆる形状において静止可能であり,従来の柔軟システムに対して大きな自由度を有する点が挙げられる.本研究では受動関節により連結されるリンク系がその一つのモデルとなることを示し,またその動力学挙動の解析を行った.周期摂動入力により,系をある平衡点に収束させることができることを明らかにしている.また,その性質を用いた形状制御の方法も提案している.また応用研究として,メカトロニック人工食道のための咀嚼物搬送機構の試作開発を行っている.特に食道癌の手術における代替を目的として,食道の蠕動による咀嚼物の嚥下機能を代替することができる機構の開発を目指している.食道は胸腔内の非常に狭隘な空間にある細長い管状臓器であり,周囲に肺・心臓・胃など常に大きな運動を行う臓器が存在することから,代替する機構として非常に柔軟性が高いものであることが必要であり,またその駆動制御においてはそうした非常に柔軟な機構を対象としたシンプルでロバストな駆動機構および制御法の開発が必要である.初年度においては,人工食道内外の密閉性を確保できるような駆動機構の開発を行い,咀嚼物の搬送に必要な駆動トルクなどを求めるための運動学的・力学的解析を行った.また,そうした機構の開発を行うとともに,その制御法の基礎となるべく,上述のような非常に柔軟なシステムに対する動力学挙動の解析と制御法の開発を行っている.本研究の目的の一つである,本質的に柔らかいロボットシステムの構築に向けて,超柔軟系を提案し,その動力学挙動の解析を行い,またその知見に基づき系の特性を利用して制御を行う方法を提案した.超柔軟系とは,従来の弾性の存在を前提とした柔軟系モデルに対して,弾性をほとんどあるいは全く持たない,ひもや糸,ロープなどのような,より柔軟な系を考えるものである.本研究では受動関節により連結され,根元のみが駆動され得るような多リンク系がその一力学モデルとなることから,多自由関節系モデルとして超柔軟系の動力学解析と制御を行っている.平成12年度においては,周期摂動入力により,系をある平衡点に収束させることができること,およびその性質を用いた形状制御法を提案した.平成13年度においては,さらに重力項も含めた定式化を行い,多自由度にも適用可能な一般式を導出したほか,多自由関節系を重力に抗して任意の方向に動的に安定化する方法を示し,さらにはインピーダンス制御による力制御法を提案した.また応用研究として,メカトロニック人工食道のための咀噛物搬送機構の試作開発を行った.特に食道癌の手術における代替を目的として,食道の蠕動による咀噛物の嚥下機能を代替可能な機構の開発を目指したものである.食道は胸腔内の非常に狭降な空間にある細長い管状臓器であり,周囲に肺・心臓・胃など常に大きな運動を行う臓器が存在することから,機構として非常に柔軟性が高い必要であり,また駆動制御においてはそのような非常に柔軟な機構に対してシンプルでロバストであることが重要である.

平成12年度においては,人工食道内外の密閉性を確保できるような駆動機構の設計を行い,咀噛物の搬送に必要な駆動トルクなどを求めるための運動学的・力学的解析を行った.平成13年度においては,その機構のプロトタイプを製作し,実際に人間に適用できる機構を開発するための予備実験を行っている.上述の超柔軟系に対する動力学挙動解析と制御は,そのような機構の制御法の基礎となるものである.
糖尿病性足潰瘍を非侵襲的に予防する理学療法処方の構築

糖尿病患者における下肢切断は、患者の社会生活を奪うため予防されなければならない。その原因となる足部潰瘍を適切に予防・管理するために、歩行時の異常な足底圧を管理することが求められており、本研究ではそのための理学療法処方指針の検討を進めている。糖尿病患者においては足関節背屈運動が制限されており、それに伴って歩行時の足底圧が高値であること、糖尿病患者における足関節背屈可動域の改善に対して、荷重下ストレッチングが有効であることを我々は明らかにしている。さらに、荷重下ストレッチングによる足関節背屈可動域の改善が歩行時の足底圧を減少させることが、糖尿病患者で確認された。さらに、下腿三頭筋への荷重下ストレッチングに前脛骨筋への電気刺激療法を併用することによって、足関節背屈可動域の改善効果が強まり、それによって歩行時の足底圧が強く抑制されることが明らかになった。糖尿病患者の足底圧異常に対する理学療法処方の効果を検討することを目的としている研究課題であり、主に初年度にストレッチングや電気刺激療法の単独介入の効果を分析することを目的としており、2年目に併用療法の効果を検証することを目的としていた。計画通り、平成30年度に併用療法の効果を検討することができ、さらに併用療法の有意な効果を検出することができた。このことから、順調に進捗していると判断した。動作分析、筋電解析等を実施することにより、当該理学療法処方による足底圧制御効果の運動学的機序を検討することを進める。それと同時に、得られた研究成果の発表を積極的に行う。糖尿病患者において足関節背屈運動が制限されていること、それに伴って歩行時の足底圧が高値であることが確認された。そして、糖尿病患者における足関節背屈可動域の改善に対しては、荷重下ストレッチングが有効であることが明らかになった。理学療法の処方内容の検討と並行して、理学療法の処方時期を検討するべく、後方視的解析を行った。その結果、糖尿病足潰瘍を有する患者では、立位運動を含む積極的リハビリテーションを入院後早期に行うことによって、歩行維持率が有意に高くなることが明らかになった。また、早期の積極的リハビリテーションの実施は、創傷治癒率に影響を与えないことも明らかになった。糖尿病患者の足潰瘍の予防・管理のための理学療法処方指針について、処方内容および処方時期に関する統計学的に有意な結果が初年度から得られることができた。処方内容については、今年度はストレッチングの必要性およびその有効性を確認することができた。理学療法処方時期については、入院後早期が妥当であることがわかった。これらは、当該分野で初めて明らかにされたことであり、また本研究課題の計画に沿った進捗である。糖尿病患者に対する電気刺激療法の効果についての検討を進める。健常者にて前脛骨筋群への電気刺激が歩行時の足底圧を減少させることが明らかにされているため、糖尿病患者においても前脛骨筋刺激によって歩行時の足底圧が減少するかどうかを検討する。また、ストレッチングや電気刺激による足底圧減少作用と、患者の病態、機能障害の関連性を検討し、理学療法処方の最適化を目指す。当初予定していた以上に、足底圧等の患者の機能評価が首尾よく行えたため、予備的検討に必要と想定していた消耗品が減少した。次年度はより多くの患者を解析することを計画しているため、その患者の測定に用いる消耗品費に充てる。

当初計画していたより、足底圧センサーなどの消耗品の消費量が大きく抑えられた。測定時の歩行路の工夫によって、センサーの傷みが軽減されたことにより耐久性が向上したこと、また、予定していたより症例数が少なかったことが原因である。一方、測定精度が高かったため、予定していたより少ない症例数によっても、一定の結果を得ることができた。次年度使用額は、症例数の増加による消耗品費、および動作解析を行うための器具の購入、および積極的な成果発表のため、旅費にあてる。
ギリシア・ローマ文学における他者への罪責と赦しの研究

本研究は、西洋古代の人間・社会・宗教観において「他者」なる存在との対立・抗争や差別化を乗り越えようとするさまざまな指向を検討し、そうした危機的状況において他者との共存や共生を成立・修復させるうえで最も基本的でしかも容易には捉えがたい「罪責」と「赦し」の観念と意識の形成と発達、それらの形式や形態および相互関係について、ギリシアとローマの両古典研究のジャンルを横断した分析と考察によって明らかにすることを試みた。ギリシア初期からローマ帝政時代までの叙事詩文学を対象として、個人間および共同体間の危機的関係における罪責と赦しの観念を探り、その変容を跡づけた。(1)まずホメロスの『イリアス』には、とくにアキレウスとアガメムノンの関係およびアキレウスとプリアモスとの間に罪責と赦しを示唆する出来事が描かれるが、それらの描写を罪責と赦しの場面として扱えるのかを検討した。一方罪責と赦しの問題がより深刻に見える『オデュッセイア』では、とくに最後の場面における赦しについて検討した。(2)次にヘレニズム時代のアポロニオス『アルゴナウティカ』を取り上げ、ギリシアの英雄による異民族・異文化との接触、共同体と個人の関係、自由人と奴隷の支配関係、老人と若年層との関係、男性と女性の差異などに関する言語表現と文学的描写からいかなる新しい社会意識がうかがえるかを検討し、そうした新たな社会意識の浸透した神話的物語の中に罪責と赦しの意識を探った。(3)ウェルギリウスの『アエネイス』を対象として、ローマ時代の他者に対する罪責と赦しについて考究した。この作品では、ローマ帝国という多民族を統合した市民共同体の成立を背景として、個人・家族・社会・民族・性などの次元でギリシア世界とは異なる他者像が描かれるが、それらを文学テクスト内外の文脈と関連づけることによって、新たな共同体の発達にともなって顕著化した罪責と赦しに対するいっそう深い問題意識を検証した。(4)ギリシア・ローマ文明の辺境にあたる黒海沿岸地域(現ブルガリア・トルコ)において、トラキア時代からビザンチン時代までの異民族間の対立と融合に関して現地調査を行なった。また同じく比較文明論的考察のため、沖縄と台湾おいて民族抗争と共生の歴史に関する調査も実施した。ギリシア哲学者アリストテレス、プラトンからストア学派とエピクロス学派等を経て、キケロ、セネカおよびキリスト教父などローマの哲学・思想家・宗教家に至るまでの著作の中で展開された罪責と赦しに関する言説と問題点を以下のように検討した。(1)ギリシア哲学で罪責と赦しに関する最も重要な書物はアリストテレスの倫理学書であり、とりわけ「赦し」と関連したsyngnomeとその同族語の意味と用法に関しては綿密な読解と分析を行なった。またアリストテレスの怒りについての考察も始めた。他方プラトンからストア学派に至る思潮の中では、罪や過ちに対する「赦し」が哲学者の生き方とは矛盾するという見方もあり、はたしてそうした見方がギリシア人の一般的見解を反映しているのかどうかについて検討した。(2)ヘレニズム期ストア学派の倫理思想、エピクロス学派の友愛思想、ローマ共和政時代のキケロのフーマニタースの思想、帝政期のセネカの『恩恵について』での人類愛と互恵の思想および『寛恕について』での国民に対する仁慈にもとづく理想的君主論、キリスト教父アウグスティヌスの『神国論』『告白』での宗教論などにおいて展開された罪責と赦しの問題について考察した。また以上の文献学的研究とともに、罪責と赦しに関する東西文明間および古代と近現代の文明間の比較研究も推進するため、1マレーシアにおける16世紀のポルトガルの占領から20世紀の民族独立までの戦争の歴史に関する調査、および2チェコ、ポーランド、ハンガリー等の中欧諸国での第二次世界大戦中におけるユダヤ人虐待に関する罪責と戦後の歴史認識の調査を行なった。ギリシア・ローマの悲劇と喜劇の諸作品において、社会・家族・個人の相克関係の中に生じる罪責と赦しのモチーフを以下のように考察した。(1)ギリシア悲劇に関しては、家族内の殺害と報復の連鎖を描くアイスキュロスの『オレステイア』三部作、支配者による正義の侵害をめぐるソポクレスの『アンティゴネ』、権力者に虐げられた人間を描くソポクレスの『ピロクテテス』と『アイアス』、妻の権利の剥奪を描いた『メデイア』、戦争責任を被害者の側から追求した『トロイアの女たち』を中心にして罪責と赦しの問題点を検討した。(2)ローマ共和政時代のプラウトゥスとテレンティウスの喜劇を対象として、とくに家族関係や男女関係の中で生じる比較的日常的な次元での罪責と赦しのあり方を分析した。またローマ帝政初期の作家セネカの悲劇は、全作品において罪責と赦しの問題に何らかの点で関わっていることを確認し、同作家の『怒りについて』などの倫理論考とも関連づけて考察を深めた。さらに以上の文献学的研究とともに、罪責と赦しに関する東西文明の比較研究も推進するため、1ルーマニアにおける中世から現代の第二次世界大戦までの民族抗争とユダヤ人の人種差別と虐待に関する歴史的調査、および2ベトナムにおける古代から現代までの中国・フランス・米国による支配に対する歴史認識と罪責追及に関する現地調査も行なった。ギリシア・ローマの悲劇と喜劇における罪責と赦しに関して検討した結果、こうした倫理的な他者意識が深化する過程は歴史と密接な関係にあることがいっそう明らかになってきた。

すなわち、ギリシア古典期のポリスを中心とする歴史的段階では、罪責と赦しはおおむね個人や家族の問題として認識されていたが、共同体が広域化したローマの時代には、それらは個人の問題であるのみならず、国家や民族といった社会的集合体の共存に関わる集団間の問題としてとらえられ、いっそう広範な人間の課題になっていったことがわかった。さらに、中世から近現代までの人類の歴史は、古代におけるそのような社会的な認識と意識を継承している(あるいは反復的に経験している)ことを、比較文明論的な視点から実施したルーマニアとベトナムにおける諸人種と諸民族間の相克の歴史に関する調査によって確認することができた。一昨年度以降の内容も含めた中間的な研究成果としては、古代ギリシア人の社会認識と他者意識の原点をなすホメロスの『イリアス』と歴史との関連に関する考察を取りまとめて公表したが、その際にも今年度の現地調査によって得られた中世から近現代までの歴史に関する知見と認識が役立った。ギリシア・ローマの歴史書に見られる市民間・異民族間・異宗教間の対立と抗争にともなう罪責と赦しの事例について、以下のように検討・考察した。(1)ギリシア古典期のヘロドトス『歴史』やクセノポン『キュロスの教育』における狭隘な民族主義を超えた人間観、および、ヘレニズム期のポリュビオス『歴史』における世界国家思想の中で国家や個人の罪責と赦しの問題がどのように扱われているかを分析した。(2)歴史家でもあったローマの政治家・軍人ユリウス・カエサルが政治的スローガンとして掲げた「クレメンティア」(clementia,寛恕)に関して、その内実と意図がいかなるものであったのかを、『ガリア戦記』『内乱記』の両歴史書を対象として考察した。(4)ローマ時代のサッルスティウスとタキトゥスによるローマの政界に対する批判的な歴史書では、罪責と赦しの問題は権力と関わる重要な論点となったが、それについて両史家の語法と記述にもとづいて検討した。またホメロスの叙事詩の再検討を行ない、戦争の罪責意識の観点から作品の意義を通史的に考察した。さらに以上の文献学的研究とともに、罪責と赦しに関する東西文明の比較研究も推進するため、1スロヴェニア、イタリア、クロアチア、モンテネグロ、セルビアにおける中世から現代の第二次世界大戦までの民族抗争とユダヤ人の人種差別と虐待に関する歴史的調査、および2ベトナムにおける古代から現代までの中国・フランス・米国による支配に対する歴史認識と罪責追及に関する現地調査を行なった。ギリシア・ローマの歴史書に見られる罪責と赦しの事例について検討し、またホメロスの叙事詩を再考察した結果、そうした倫理的な他者意識が深化する過程は人間の歴史体験と密接に関係していることが明らかになってきた。すなわち、ギリシアの前古典期と古典期のポリスを中心とした歴史の段階では、罪責と赦しはおおむね個人や家族の問題として認識されていたが、共同体が広域化したローマ時代には、それらは個人の問題であるのみならず、国家や民族などの社会的集合体の共存に関わる集団間の問題としてとらえられ、いっそう広範な人間の課題になっていったのである。さらに、中世から近現代までの人類の歴史は、古代におけるそうした社会的な認識と意識を継承、ないしは反復的に経験していることを、比較文明論的な視点から実施したスロヴェニア、イタリア、クロアチア、モンテネグロ、セルビアおよびベトナムにおける諸人種と諸民族間の相克の歴史に関する調査によって確認した。
二次共生成立過程における共生者ー宿主転写制御ネットワーク機構に関する研究

クロララクニオン藻は二次共生によって葉緑体を獲得した生物群である。一般的に二次共生成立過程において、共生者核は消失すると考えられているが、クロララクニオン藻は共生者核「ヌクレオモルフ」を残している。本研究においては、ヌクレオモルフゲノム、核ゲノムそれぞれにコードされる共生者遺伝子の日周期を通した発現量変化を網羅的に解析することで、二次共生における共生者ゲノムの転写制御についての知見を得ることを目的とした。第2年度では昨年度に行った網羅的なRNA-seqのデータについてさらなる解析を行った。まず、周期的な発現制御をうけていたヌクレオモルフ遺伝子がもつ、転写調節領域様の上流コンセンサス配列を、核コード遺伝子の中から探索した。その結果、核コード遺伝子については、共発現する遺伝子群において共通な上流コンセンサス配列を見出すことが出来なかった。また、昨年度に再構築したBigelowiella natansの遺伝子モデルを用いて、シグナルペプチド配列と相同性解析をもとに細胞内局在を予測し、それぞれ780色素体、147ヌクレオモルフ輸送タンパク質を推定した。特に色素体局在タンパク質遺伝子について、その70%以上の遺伝子発現に周期的な変動が見られた。色素体局在タンパク質遺伝子の殆どは朝方にかけて発現上昇が見られ、これは陸上植物などの他の光合成生物が日中に発現上昇することと大きく異なっていた。また、ヌクレオモルフコード色素体局在タンパク質遺伝子の周期的な発現調節が殆ど見られないことは、共生者である緑藻の核ゲノムにおいて特に色素体輸送タンパク質遺伝子の多くが周期的に発現制御されることと対照的である。従ってヌクレオモルフゲノムは、そのゲノム縮退進化の過程で遺伝子発現調節機構を失い、色素体は宿主核へ水平伝播した遺伝子により制御されていることが示唆される。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、二次共生における核、ヌクレオモルフと葉緑体遺伝子の転写制御の進化の理解を目的に研究を行った。第1年度は、クロララクニオン藻Bigelowiella natansを用いて、ヌクレオモルフゲノムコード遺伝子の発現パターンについて研究を行った。qPCRの結果、葉緑体コードpsbDの発現は、光照射に伴い上昇したが、ヌクレオモルフコードrpoDは明確な発現パターンを示さなかった。更に詳細な発現パターンを明らかにするために、RNA-seqによる発現量解析を行った。RNA-seqによる解析では、光周期に沿って2回の明暗周期を含む13点のmRNAのillumina Hiseqによるシークエンスを行った。その配列の発現パターンを調べたところ、rbcSやLHCを含む光合成関連タンパク質遺伝子の発現は光照射直前に上昇することが明らかとなった。ヌクレオモルフコード遺伝子の発現パターンについては、ほとんど遺伝子において有意な発現量変化が見られなかった。しかしながら、シャペロニンcpn60と機能未知タンパク質をコードするbnatcher2110の2遺伝子のみ有意に発現量が変化していた。両者は共通に5'側の上流配列として、15 bpからなる共通の配列を持っており、ヌクレオモルフゲノムにおける転写制御因子の存在が示唆された。Cpn60はRuBisCOと結合することが知られており、RuBisCOのサブユニットである核コードrbcSはヌクレオモルフコードcpn60と同様の発現パターンを示すために、両者の発現調節に関わる因子の存在が示唆される。今後は、核ゲノムコード遺伝子についても上流解析を進める予定である。

当初はヌクレオモルフにコードされ、葉緑体に輸送される転写制御因子RpoDの発現量の調節によって、葉緑体遺伝子の発現が調節されることを想定していた。しかしながら、qPCR、RNA-seqのいずれにおいても、rpoDを含むほとんどのヌクレオモルフゲノムコード遺伝子の発現調節は起こらないことが明らかとなった。この点で研究計画の一部変更を余儀なくされた。一方、申請時に想定していなかった遺伝子cpn60が特異的に発現調節されていることを見出し、その5'末端に転写調節に関わると思われるモチーフが存在することを明らかに出来た。このことは、ヌクレオモルフ遺伝子の転写制御因子の存在を示唆する初めての結果である。また、当初の計画に加えて、網羅的なRNA-seqデータを用いて、B.natansの核ゲノムにおける全遺伝子モデルの再構築を行った。この新たな遺伝子モデルを用いることで、クロララクニオン藻で未同定の葉緑体、ヌクレオモルフ輸送転写因子の候補を予測できると期待している。これらの点は計画以上に進展した点と言える。27年度が最終年度であるため、記入しない。今後は主に以下の2点について研究を進めていく予定である。1網羅的RNA-seqデータを用いた核、ヌクレオモルフ遺伝子の転写パターンの解析特異的な発現パターンを示すことが明らかになったヌクレオモルフコードcpn60と、共発現する核ゲノム遺伝子を探索し、in silicoで核とヌクレオモルフの転写制御ネットワークを推定する。また、全核ゲノム、ヌクレオモルフ遺伝子の発現パターンのクラスタリングを行い、遺伝子の機能と転写調節との関係を明らかにする。葉緑体遺伝子については、一部をqPCRによって定量し、核ゲノム遺伝子やヌクレオモルフ遺伝子との発現パターンを比較する。2ヌクレオモルフ、葉緑体輸送転写制御因子の推定新たに再構築した遺伝子モデルを用いて、N末端の疎水性領域の存在によるシグナルペプチドの予測や、他生物の葉緑体輸送タンパク質との相同性などの情報を用いて、葉緑体、ヌクレオモルフそれぞれのプロテオームのリストを作成する。その中から転写制御因子を推定し、遺伝子導入によってその局在を明らかにする。
多面的アプローチによる外胚葉形成不全症の発症機構の解明

近年、外胚葉形成不全症の疾患原因遺伝子が数多く同定されたが、原因遺伝子の機能、遺伝子間の機能的関連性や変異が発現・機能に及ぼす影響については未解明な部分が多く、また、原因遺伝子が未知の疾患も残されている。本研究では、低汗性外胚葉形成不全症とその類縁疾患を主な対象とし、それらの原因遺伝子がコードする蛋白についてさまざまな発現・機能解析をin vitroレベルで施行することで上記の謎をできる限り明らかにすることを目的とする。本研究を通じ、複雑な外胚葉形成不全症の発症機構についての貴重な新知見が得られるとともに、ヒトにおける外胚葉の発生・分化機構の解明や治療薬の開発に向けた新たな標的分子の同定などにも貢献できる可能性がある。2018年度には、各種発現ベクターを作製し、培養細胞に過剰発現させてWestern blot法と免疫染色法により発現解析を行った。その後、NF-kBレポーターアッセイで、各変異がEDAR signalingの下流の活性化に及ぼす影響を検討した。特に1種類の優性遺伝性のEDAR遺伝子変異に関しては、詳細に発現・機能解析を行った。さらに、低汗性外胚葉形成不全症の1家系について診断目的で遺伝子検査を行い、EDA遺伝子に新規の変異を同定し、英文誌に報告した。2018年度の研究を通じ、EDAR, EDARADDおよびWNT10Aいずれの変異型蛋白も培養細胞内で安定に発現すること、EDARとEDARADDに関しては、いずれの変異型蛋白も野生型蛋白よりNF-kBを活性化させる能力が有意に低下していることが判明した。さらに、EDARの1つの優性型変異は、野生型蛋白に対してdominant-negative効果を示すことを明らかにした。当初の計画通り、2018年度に発現ベクターを作製し、一連の発現解析を行った。さらに、NF-kBレポーターアッセイを行い、変異が下流のシグナル伝達系に及ぼす影響についても検討した。さらに、1種類の優性型EDAR遺伝子変異については、変異が機能に及ぼす影響についてかなり明らかにすることができた(論文投稿中)。なお、当初の予定ではEDA2R遺伝子の解析を行う予定だったが、すでに機能が他のグループにより解明された背景を踏まえ、代わりにEDARADD遺伝子について解析することにした。以上より、一部計画を変更したものの、本研究はおおむね順調に進展していると考える。2019年度には、各種EDARとEDARADD変異について、変異がEDARとEDARADDとの結合能に及ぼす影響について免疫沈降法で解析する。また、EDARADD変異については、TRAF6などの下流の分子との結合能を検討するために免疫沈降法を行う。WNT10A変異については、変異が下流の下流のシグナル伝達系に及ぼす影響についてTOP/FOP Flashアッセイで解析する。さらに、2020年度には、本学の倫理委員会での承認を得た後に、原因遺伝子が未知の外胚葉形成不全症の家系・患者についてゲノム解析を行い、新たな疾患原因遺伝子の同定を目指す。

WNT10A変異については、変異が下流の下流のシグナル伝達系に及ぼす影響についてTOP/FOP Flashアッセイで解析する。さらに、2020年度には、本学の倫理委員会での承認を得た後に、原因遺伝子が未知の外胚葉形成不全症の家系・患者についてゲノム解析を行い、新たな疾患原因遺伝子の同定を目指す。
分子の形態変化・拡散制御に基づく情報処理機構の開発

本研究課題は,分子規模の要素により構成された素子を用いた情報処理機構に関する研究を展開することを目的としている.このような機構は分子サイズのロボットシステムの実現には必要不可欠である.情報処理機構の実現させる方法については,ゲルオートマトンと呼ばれる高分子の形態制御ならびに分子の拡散現象に基づく情報処理の枠組みを用い,さらに本研究申請者らが提案してきたマクロセルモデルを適応させることを検討している.今年度については,前年度に引き続き総和的・周期状態遷移を有する非同期セルオートマトンモデルについて検討を行った.ゲルオートマトンを基盤とし,状態遷移をDNA反応により実現する系においては,各セルについてその周囲のセルにあるDNAの種類を判別することは設計可能であるが,そのセルの数(DNAの量)を判別することは困難である.そのため,対象となるDNAがあるかないか,あるいはない場合においてのみ反応するというBoolean型総和規則を導入した.さらに,ある状態にあるセルについてその近傍に同じ状態のセルがある場合にもそれらの状態を区別することなく遷移するという条件を付与した非同期セルオートマトンを提案した.この成果については,平成29年6月に開催予定の国際ワークショップAUTOMATA2017において発表する予定である.さらに関連研究として,各セルの状態数が3であり,2つの遷移規則を持つ非同期セルオートマトンを提案した.本セルオートマトンは前述のセルオートマトンと同様にK素子とE素子を基にした素子集合を模倣することにより計算万能性を示している.本成果については,国際会議ACRI2016において発表し,国際論文誌Natural Computingに投稿している段階である.28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題は,分子規模の要素により構成された素子を用いた情報処理機構に関する研究を展開することを目的としている.このような機構は分子サイズのロボットシステムの実現には必要不可欠である.情報処理機構の実現させる方法については,ゲルオートマトンと呼ばれる高分子の形態制御ならびに分子の拡散現象に基づく情報処理の枠組みを用い,さらに本研究申請者らが提案してきたマクロセルモデルを適応させることを検討している.今年度においては次の二つの課題について研究を展開した.一つはゲルオートマトンに適応したマクロセルモデルに基づくセルオートマトンモデルの構築である.本セルオートマトンについては,ブラウン運動に基づく回路素子であるブラウン回路の模擬を行うために,各回路要素についての実装を行った.もう一つの課題はDNA分子反応系に適応した各セルの状態が周期的にのみ変化可能という制約を持つ非同期セルオートマトンの構築である.この計算モデルについては申請書提出時には計画されていなかったものであるが,今年度においてDNA分子を用いた実験を行っている研究者との議論において着想を得た研究課題である.セルオートマトンモデルにおいては,状態遷移については制約が存在しないのが通常である.しかしながら,実際のDNA分子を状態表現として用いるシステムの実装を考えると,セル状態数nに対してn^2のオーダーのDNAが状態遷移に必要となる.状態遷移に関して周期的な変化のような制約を設けることによりDNA数を低く抑えることが期待できる.このような周期的変化を前提としたセルオートマトンモデルについては現在までほとんど考慮されていないため,研究課題として追加している.本非同期セルオートマトンについては,計算万能である回路素子群とそれらを接続する信号線を模擬することができることを示した.マクロセルモデルのゲルオートマトンへの適応については,マクロセルモデルを非同期セルオートマトンの一つである自己タイミングセルオートマトン(STCA)モデルにより実装を行った.また,計算を行うために,ブラウン運動に基づく計算回路であるブラウン回路の各回路素子,信号線やブラウン運動を行うトークンなどの実装を行っている段階である.回路構成が可能となった段階で,国際会議AFCAなどの国際会議に研究成果を投稿する予定である.周期状態変化セルに基づくセルオートマトンモデルについては,計算万能性を有するセル状態集合ならびに遷移規則を設計した段階である.Prieseにより提案された回路素子集合の中で計算万能性を有する集合であるE素子およびK素子,これらの素子間を接続する信号線,信号線の上を進行し素子により処理されるトークン状の信号の全ての挙動をセルオートマトン上で再現することによって,計算万能性を有するセルオートマトンモデルを構成した.各セルの状態は周期的な変化,例えば状態1のセルは遷移規則により更新されると状態2,状態3,の準に遷移し,最後の状態から遷移が行われると状態1に戻るという変化のみをするものである.ただし,内部状態により挙動が変わるE素子に関しては,二通りの周期,例えば状態1→状態U→状態1や状態1→状態D→状態1のような周期を持つようなものも許容する.このような制約下において,18状態・57遷移規則の非同期セルオートマトンによりこれらの動作を実現することが可能であることを示した.本研究結果の一部は,国際会議UCNC2016において発表する予定である.本研究課題は,分子規模の要素により構成された素子を用いた情報処理機構に関する研究を展開することを目的としている.このような機構は分子サイズのロボットシステムの実現には必要不可欠である.情報処理機構の実現させる方法については,ゲルオートマトンと呼ばれる高分子の形態制御ならびに分子の拡散現象に基づく情報処理の枠組みを用い,さらに本研究申請者らが提案してきたマクロセルモデルを適応させることを検討している.今年度については,前年度に引き続き総和的・周期状態遷移を有する非同期セルオートマトンモデルについて検討を行った.ゲルオートマトンを基盤とし,状態遷移をDNA反応により実現する系においては,各セルについてその周囲のセルにあるDNAの種類を判別することは設計可能であるが,そのセルの数(DNAの量)を判別することは困難である.

そのため,対象となるDNAがあるかないか,あるいはない場合においてのみ反応するというBoolean型総和規則を導入した.さらに,ある状態にあるセルについてその近傍に同じ状態のセルがある場合にもそれらの状態を区別することなく遷移するという条件を付与した非同期セルオートマトンを提案した.この成果については,平成29年6月に開催予定の国際ワークショップAUTOMATA2017において発表する予定である.さらに関連研究として,各セルの状態数が3であり,2つの遷移規則を持つ非同期セルオートマトンを提案した.本セルオートマトンは前述のセルオートマトンと同様にK素子とE素子を基にした素子集合を模倣することにより計算万能性を示している.本成果については,国際会議ACRI2016において発表し,国際論文誌Natural Computingに投稿している段階である.今後の研究については,平成27年度の研究課題を引き継ぐ形で次の二つの課題を設定し,研究を展開する予定である.一つはマクロセルモデルのゲルオートマトンへの適応を行う研究であり,もう一つは各セルの状態が周期的に変化可能な非同期セルオートマトンの最適化である.マクロセルモデルのゲルオートマトンへの適応に関しては,現時点ではトークンの動作などの各要素が構成しつつあるのが現状である.今後はこれらの要素を組み合わせてHubやConservative Joinなどの耐遅延素子群を実装し,計算万能性を有するモデルを構築することが課題となる.周期状態変化セルに基づくセルオートマトンモデルについては,現時点において耐遅延素子であるK素子,E素子,信号線,信号素子についてセルの状態集合・遷移規則を設計した段階である.現時点で判明している課題としては,(1) DNA同士の反応に基づくセル状態表現・セル状態遷移を行う際には,近傍セルの位置関係を判断することが難しい,(2)現在のモデルにおけるセル状態ならびにそれらを遷移させるために必要なDNA string数が非常に多く,現在の技術では実装することが極めて困難である,という二点が挙げられる.そのため,今後はこれらの課題を解決するために研究を展開する.また,このセルオートマトンの挙動を解析するためには,計算機上で動作する非同期セルオートマトンシミュレータが必要不可欠であり,これを開発することも課題に挙げられる.28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。