hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
がん医療における遺族ケアプログラムの開発

本研究は、がん医療における遺族ケアプログラムの開発を目的として行われた。具体的な目的は大きく2点にまとめられ、1点目は現在の遺族ケアの現状を明らかにすることであり、2点目はその現状をもとに遺族ケアプログラムの開発を行うことであった。がん患者遺族ケアについては、これまでにその必要性が多く報告されていたが、必要とされるケアの具体的な内容は明らかにされないままであった。そこで、本研究ではがん患者遺族が遺族ケアを求めて受診する医療機関である「遺族外来」をフィールドとした研究を実施した。なお、本研究の独創的な点として、これまでの研究とは異なり、ケアを求めた人を対象としていること、さらにホスピスによる死別経験者のみならず、一般病院や在宅等で死別を経験した遺族も調査対象として含むこと、そして遺族への面接調査に医師・心理士が同席し、質的研究の手法を用いた分析を行ったことなどが挙げられる。本研究では、まず、遺族外来受診患者を対象にそのニーズを抽出し、必要な援助について具体的に検討した。さらに、それらのニーズに沿うプログラムを作成し、遺族支援に当たる医師を含む専門家や遺族と共にそのプログラムの内容について十分に検討した。その後、遺族外来受診患者に対して介入研究を実施したところ、その心理的な苦悩が有意に軽減していることが明らかにされ、がん患者遺族ケアプログラムが開発された。本研究は、必要なケアを正確に検討し、それらをプログラム反映することができ、さらにそのプログラムの介入効果が示されたという点において非常に有意義であった。なお、本研究結果は、今後の我が国における全人的医療を念頭のいた遺族ケア研究の中で非常に重要な位置を占めると考えられ、将来的な重要性も高いといえる。本研究では、その対象者に対する調査を行いながら、それによって得られた知見について専門家らと度々意見交換を行い、多くの視点をプログラムに組み込むことを重要視した。よって、プログラム自体は十分に検討されたものが作成されたが、23年度末には単施設による介入研究の実施にとどまったため、今後他施設研究を計画している。本研究により、本邦で最も多いことが推測されるがん患者の遺族に対し、必要なケアが明らかにされた。さらに、その必要なケアに対する援助方法が開発され、その有効性が確認されたため、今後は他施設による実施を計画することが必要である。また、本研究成果やその介入方法について、論文等の執筆を勧めることにより、情報を公開してゆくことが必要になる。その他、多くの機関による実施を前提にしたワークショップや勉強会などを企画し、実施してゆくことが、今後のがん医療においても必要と考えられ、さらなる研究を継続的に行うことを計画している。本研究は、がん医療における遺族ケアプログラムの開発を目的としている。具体的な目的な大きく2点にまとめられ、1点目は遺族の現状を明らかにすることであり、2点目はその現状をもとに遺族ケアプログラムを開発することである。平成22年度はその初年度として、1点目を中心に研究を行った。まず、「研究1:遺族ケアの後方視的研究」を行い、がん患者遺族として遺族外来(精神腫瘍科)を受診した患者の精神医学的診断やその治療について調査した。結果として、調査期間中に51名の遺族が受診し、平均年齢は51.3±14.7歳(1776歳)、性別は女性が86.3%であった。精神医学的診断はうつ病が39.2%、適応障害が27.5%であった。考察として、がん患者遺族として医学的援助を求める患者には女性が多く、精神障害としては、うつ病の罹患が多くみられ、薬物療法による治療や精神医学的な治療が有効と考えられた。本研究から、医学的援助を求める遺族では精神医学的治療を必要とする場合が多く、その対処を検討する際にカウンセリングなどの非薬物療法のみでの対応が可能なのか、または薬物療法が必要なのかといった判断を的確に行ったうえで、介入を検討することの重要性が明らかになった。なお、本研究結果は論文としてまとめ、国際学会や国際誌にて発表した。また、「研究2:遺族・医療従事者・専門職への面接調査」を行い、医師9名、看護師5名、遺族2名、がん患者家族4名の計20名に対して遺族のストレスを明らかにすることを目的とした面接調査を実施した。結果として、がん患者遺族のストレスにはがん患者家族の経験が因子として存在し、死別後のストレスに影響している可能性が明らかになった。現在、本研究についても論文を執筆中である。

さらに、それらのニーズに沿うプログラムを作成し、遺族支援に当たる医師を含む専門家や遺族と共にそのプログラムの内容について十分に検討した。その後、遺族外来受診患者に対して介入研究を実施したところ、その心理的な苦悩が有意に軽減していることが明らかにされ、がん患者遺族ケアプログラムが開発された。本研究は、必要なケアを正確に検討し、それらをプログラム反映することができ、さらにそのプログラムの介入効果が示されたという点において非常に有意義であった。なお、本研究結果は、今後の我が国における全人的医療を念頭のいた遺族ケア研究の中で非常に重要な位置を占めると考えられ、将来的な重要性も高いといえる。本研究では、その対象者に対する調査を行いながら、それによって得られた知見について専門家らと度々意見交換を行い、多くの視点をプログラムに組み込むことを重要視した。よって、プログラム自体は十分に検討されたものが作成されたが、23年度末には単施設による介入研究の実施にとどまったため、今後他施設研究を計画している。本研究により、本邦で最も多いことが推測されるがん患者の遺族に対し、必要なケアが明らかにされた。さらに、その必要なケアに対する援助方法が開発され、その有効性が確認されたため、今後は他施設による実施を計画することが必要である。また、本研究成果やその介入方法について、論文等の執筆を勧めることにより、情報を公開してゆくことが必要になる。その他、多くの機関による実施を前提にしたワークショップや勉強会などを企画し、実施してゆくことが、今後のがん医療においても必要と考えられ、さらなる研究を継続的に行うことを計画している。
癌の転移・浸潤モデルにおけるAT1受容体の役割の解明

さらに、腫瘍接種後6週のマウスの生存率はAT1a-/-では90%の生存率であったのに対し、AT1a+/+は30%の生存率であった(P<0.05)。抗がん剤である5-FUを投与して、-AT1a-/-およびAT1a+/+の骨髄機能の回復について検討したところ、AT1a-/-はAT1a+/+と比較し、有意に血小板数およびThrombopoietin濃度の低下を示した(P<0.05)。【結論】AT1aシグナリングは骨髄組織で血小板の産生に関与し、それが腫瘍細胞の血管内底細胞の付着を増強させることで血小板由来の血管新生促進因子が産生され、腫瘍の浸潤および転移を増強させることが推測された。今後、AT1a受容体拮抗薬が、抗がん剤や放射線療法との併用療法、手術後の再発や転移のリスクの高い患者や発癌リスクの高いグループに対する予防的投与など、がん治療薬として想定される。
農業経済学・経営学におけるGIS活用の有効性に関する理論的・実証的研究

GIS(地理情報システム)が、農業経営管理や自然資源の管理にいかに応用されているか、その応用方法、将来いかなる可能性を秘めているかに関して分析した。GISの応用分野として、(1)個別農家の農地利用分析、特に輪作の経済分析、(2)人工衛星データを活用した農作物の栽培管理、(3)土地被覆図の作成、(4)地域における農地管理、などさまざまな応用分野があげられる。特に、衛生データを活用したGISは、広範な応用可能性をもつことが明らかになった。北海道のM町の畑作農家を事例とした輪作体系の分析では、数十年に及ぶ作付図をGISで、オーバーレイ解析することによって、地片レベルで輪作パターンを明らかにできた。事例農家の分析結果によれば、ビート→馬鈴薯→スイート・コーン→麦なる4作目から、ビート→馬鈴薯→麦の3作物輪作パターンが主流になってきていることが、明らかになった。衛星データの普及は、イネの植生指数から食味を左右する地域全体のコメの蛋白質含有量を一瞬にして推計することを容易にし、北海道N町では良質米の生産に貢献ていた。蛋白マップ作成に対する農家の評価は高く、施肥設計に大きな影響を及ぼしていた。さらに、衛星データの活用は途上国では大きな威力を発揮する。例えば、パキスタンにおける過剰湛水や塩害問題の広がりを広域的に明らかにすることができた。近年、高解像度の衛星データが比較的容易に入手できるようになりつつあり、農業経済学の分野でもこうしたデータを駆使した実証分析が普及するものと考えられる。農業経済学におけるGISの活用実態について明らかにした。日本におけるGISを利用した農業経営研究・経済学研究は皆無に等しい。(1)農業経営学の立場から、農家の土地利用ないしは輪作パターンを分析した研究、(2)1990年代に入ってからGISが導入されはじめ、農業地理学の立場から農業的土地利用の分析が大半を占める。欧米では農業経済学関係においてGIS利用が盛んであり、Agricultural Economics Vol.27 No.3 (2002)では"Spatial Analysis forAgricultural Economists ; Concepts, Topics, Tools and Examples"と題してGISの特集が組まれている。日本と同様に欧米でも、農地利用の分析が盛んであり、新しく開発された空間計量経済学的手法が適用されている。空間計量経済学に関する理論的研究も盛んである。その他に、精密農業に関する研究、デフォーレステーションの要因分析、農民が置かれている地理的特性と技術普及の関係、などが分析されている。いずれも、GISを利用して空間データを構築していることが大きな特徴であり、最大の意義がある。特に近年人工衛星のデータを活用している点は注目される。本研究においても、農家の記帳した農地利用図がどの程度正確であるかを検証した。そのために、農家が記帳した土地利用図と実際の計測に基づいて作成した農地利用図とを比較した。その結果、農地が記帳している農地利用図はほぼ正確であり、農家の土地利用図をそのままGISに導入可能であることがあきらかになった。
サイトメガロウイルス感染における抗レセプター抗体の役割

最近、我々はCMV感染症の患者血清中の各種抗体を検索し、ウイルス自身に対する抗体に加えて、HNK-1として知られる硫酸化糖脂質に対する高力価の抗体が検出されることを初めて見いだした。一方、硫酸化多糖はHCMVの細胞表面レセプターである事が最近報告された。これらの点から、我々の見いだした抗体はHCMVのウイルス粒子が細胞へ吸着する際の阻害作用をもつ可能性が示唆された。本研究は先天性CMV感染症の発症予防の為の基礎的研究として、HCMV感染時に産生されるHNK-1関連抗体の産生過程を解明するための研究を行った。更に、ウイルスの細胞への吸着阻害作用を持つかどうか以下のように検討し、これらの抗体の抗レセプター抗体としての可能性を検索した。CMV感染に伴い産生される抗SGGL抗体は、SGPGに比べSGLPGに親和性が強く、PO糖蛋白質に反応するがMAGには結合しないなどの特徴を持った特異性の高い抗体であることが明かとなった。ヒト胎児肺線維芽細胞を用いた解析から、CMV感染により宿主細胞のHNK-1糖鎖抗原の発現増加はないことが明らかになった。又、HNK-1関連抗体はCMV非感染細胞に対しても結合したことからヒト胎児肺線維芽細胞にはHNK-1糖鎖抗原が存在することが示唆された。更に、HNK-1抗体をあらかじめ宿主細胞に作用させるとウイルスのプラーク形成能を低下させることから、宿主細胞のHMK-1糖鎖を含んだ糖蛋白質または複合糖質がCMV感染過程において関与している可能性が示唆された。胎児期のヒトサイトメガロウイルス(HCMV)感染は肝障害、小頭症や知能発達障害を残す先天性CMV感染症を引き起こすが、その感染様式には不明な点が多く残されている。HCMVの宿主細胞への感染を硫酸化多糖がin vitroで阻止する事実は以前より知られていたがその機構は明かではなかった。最近、HCMVが宿主細胞表面のヘパラン硫酸に結合することがウイルスの感染成立の第一段階として必要であり、HSV等の場合と同様にCMVの低親和性レセプターとして細胞表層のヘパラン硫酸が報告された。平成5年度の本研究で我々は、先天性CMV感染症の新生児の患者血清中の各種抗体を検索し、ウイルス自身に対する抗体に加えて、硫酸化糖脂質に対する抗体が検出されることを見いだした(投稿準備中)。硫酸化糖鎖に対する抗体が産生される機構としては(1)ウイルス粒子あるいはウイルス感染細胞の表層糖鎖に同様な糖鎖が存在する、(2)抗イデイオタイプ抗体あるいは抗レセプター抗体などの可能性などが考えられる。この点に関して以下のアフィニティーカラムを用いた実験を行った。その結果スルファチドカラム及びへパリンカラムにより抗硫酸化糖鎖に対する抗体を除いても、抗CMV-IgG抗体は変化しなかったことより、ウイルス粒子に対する抗体と硫酸化糖鎖に対する抗体は異なると考えられた。これらよりCMV感染症の患者血清中の硫酸化糖鎖に対する抗体は抗レセプター抗体としてウイルス粒子の細胞への吸着阻害作用をもつことが予想された。この点に関して、アフィニティー精製した硫酸化複合糖質に対する抗体のウイルス粒子が細胞へ吸着する差異の阻害作用など、この抗体の抗レセプター活性を現在検討している。

更に、ウイルスの細胞への吸着阻害作用を持つかどうか以下のように検討し、これらの抗体の抗レセプター抗体としての可能性を検索した。CMV感染に伴い産生される抗SGGL抗体は、SGPGに比べSGLPGに親和性が強く、P0糖蛋白質に反応するがMAGには結合しないなどの特徴を持った特異性の高い抗体であることが明かとなった。ヒト胎児肺線維芽細胞を用いた解析から、CMV感染により宿主細胞のHNK-1糖鎖抗原の発現増加はないことが明らかになった。又、HNK-1関連抗体はCMV非感染細胞に対しても結合したことからヒト胎児肺線維芽細胞にはHNK-1糖鎖抗原が存在することが示唆された。更に、HNK-1抗体はあらかじめ宿主細胞に作用させるとウイルスのプラーク形成能を低下させることから、宿主細胞のHNK-1糖鎖を含んだ糖蛋白質または複合糖質がCMV感染過程において関与している可能性が示唆された。
溶接ヒュームによる腎癌発生に関する臨床的、基礎的研究

溶接により生じる酸化鉄からなるヒュームをウィスターラットに吸入させ腎に与える影響を検討した。単回吸入実験においては,溶接ヒューム暴露用に作製した木箱中で30分間ヒュームを吸入させたラットの肺胞には鉄の沈着が認められた。肺胞中のマウクロファージも鉄を貧食していた。続いて20匹の雄ウィスターラットを用いて長期の吸入実験を行った。1日3時間,週3回,3ヶ月間の吸入を行った後,経時的にラットの観察,剖検を行い,組織の変化を検討した。肺中の鉄のほとんどはマクロファージに貧食されていたが,1年後のラットの肺中にも留まっていた。鉄の一部は気管より排泄され続けていたが,縦隔リンパ節中への沈着も認められた。1年後の腎組織において一部の鉄は腎の尿細管上皮に沈着しており,肺からの鉄が腎に到達しうると考えられた。4ヶ月後の腎組織において,一部の腎で核の異形を伴う再生像が認められ,別の腎では嚢胞上の変化が見られた。いずれの組織においても鉄の沈着が認められ,鉄の組織傷害と考えられた。腎細胞癌患者に溶接歴を有する者が多いこと,ニトリロ三酢酸鉄(Fe-NTA)というキレート鉄を腹腔内投与すると高率に腎細胞癌を発生することが報告されているが,溶接ヒュームの吸入も同様の機序により腎に障害をおこし,発癌にいたる可能性があると考えられた。溶接歴が腎細胞癌の発生に関与するか否かを検討するため,234例の男性腎細胞癌患者について,年齢を対応させた他疾患での泌尿器科入院患者150例,一般男性1000人を対照としたcase control studyを施行した。腎細胞癌患者では他疾患患者に比較して,技能的職業の従事者の割合が高く,農業の割合が低かった。全腎細胞癌患者181例中21例(11.6%)に溶接歴がみられた。岡山大学の腎細胞癌患者46例中8例(17.4%)が溶接歴を有しており,岡山大学泌尿器科に他の疾患で入院していた対照患者の5.2%,年齢による補正後の岡山市男性の7.1%に比べ有意に溶接歴を有する者が多かった。単回吸入実験においては,溶接ヒューム暴露用に作製した木箱中で30分間ヒュームを吸入させたラットの肺胞には直後より鉄の沈着が見られた。肺胞中のマクロファージも鉄を貪食していた。1日3時間,週3回,3ヶ月間の吸入を行った後,経時的にラットの観察,剖検を行い,組織の変化をみた。4ヶ月後の腎組織において,一部の腎で核の異形を伴う再生像がみられ,別の腎では嚢胞上の変化が見られた。いずれの組織においても鉄の沈着がみられ,鉄の組織傷害と考えられた。腎細胞癌患者に溶接歴を有する者が多いこと,ニトリロ三酢酸鉄(Fe-NTA)というキレ-ド鉄を腹腔内投与すると高率に腎細胞癌を発生することが報告されているが,溶接ヒュームの吸入も同様の機序により腎に障害をおこし,発癌にいたる可能性があると考えられた。

岡山大学の腎細胞癌患者46例中8例(17.4%)が溶接歴を有しており,岡山大学泌尿器科に他の疾患で入院していた対照患者の5.2%,年齢により補正後の岡山市男性の7.1%に比べ有意に溶接歴を有する者が多かった。単回吸入実験においては,溶接ヒューム暴露用に作製した木箱中で30分間ヒュームを吸入させたラットの肺胞には直後より鉄の沈着が見られた。肺胞中のマクロファージも鉄を貧食していた。続いて20匹の雄ウイスターラットを用いて長期の吸入実験を行った。1日3時間,週3回,3ケ月間の吸入を行った後,経時的にラットの観察,剖検を行い,組織の変化をみた。1年後の腎組織において一部の鉄は腎の尿細管上皮に沈着しており,肺からの鉄が腎に到達しうると考えられた。4ケ月後の腎組織において,一部の腎で核の異形を伴う再生像がみられ,別の腎では嚢胞上の変化が見られた。いずれの組織においても鉄の沈着がみられ,鉄の組織障害と考えられた。腎細胞癌患者に溶接歴を有する者が多いこと,ニトリロ三酢酸鉄(Fe-NTA)というキレート鉄を腹腔内投与すると高率に腎細胞癌を発生することが報告されているが,溶接ヒュームの吸入も同様の機序により腎の障害をおこし,発癌にいたる可能性があると考えられた。
腸内細菌叢が心臓の形態を制御する機構の解明と心不全治療への応用

本研究の目的は、心不全における心と腸の関連を探究し、腸内細菌叢の機能異常が心不全の病態生理において果たす役割を解明することである。腸内細菌叢は極めて多様な代謝物質を産生し、宿主の恒常性維持に重要な役割を果たしている。腸内細菌叢の構成異常が幅広い疾患の病態に密接に関与していることが、メタゲノム解析および腸内細菌叢移植の研究から明らかになってきている。本研究では、腸内細菌叢が細菌代謝産物を介して心臓の形態に影響を及ぼしている可能性を検証するために、腸内細菌叢を変化させたマウスのオミックス解析を行い、心臓の形態を制御し得る腸内代謝物質を探索する。
軽元素の半導体

パルスレーザー堆積手法によってベリリウム酸化物(BeO)、そして亜鉛をドープしたベリリウム酸化物(Be-Zn-O)の薄膜結晶を作製した。BeO結晶の薄膜が安定して成長する作製条件を探索した。その結果、BeO薄膜が室温でも成長することが新しくわかった。また、Be-Zn-Oの薄膜結晶の実験では、ZnまたはBeが過剰な組成領域でのみ混晶結晶が成長することが見出された。このようなBe-Zn-O混晶の薄膜結晶を用いてX線線量の測定を行うことも可能となった。本プロジェクトの目的はBe酸化物ベースの軽元素半導体材料の開発である。2年目となる昨年度はパルスレーザー堆積法を利用してBe酸化物とZn酸化物の混晶薄膜を作製するためのプロセスを開発した。混晶薄膜はバンドギャップを制御することが可能なワイドバンドギャップ半導体であることが知られている。そこで、パルスレーザー堆積法でBe酸化物とZn酸化物の混晶体薄膜のBe濃度を増やすことで、バンドギャップの大きさを広げることに成功した。バンドギャップの大きさは光伝導度と紫外光の反射スペクトルから解析した。光伝導度を評価する手法はBeとZn酸化物の混晶体が放射線センサーとしての機能性を評価するのに有用な方法であった。Be酸化物の関連化合物の薄膜結晶を作製するための超小型パルスレーザー堆積装置を開発した。まず本装置の動作確認としてチタン酸ストロンチウムと酸化亜鉛の薄膜を作製した。高速反射電子線回折(RHEED)を用いて薄膜表面をその場観察しながら結晶成長を原子層レベルで制御することができた。また、エキシマレーザーで約10eVのバンドギャップを持つBe酸化物をアブレーションして薄膜を作製するために、BraggStarの紫外線のパルスレーザーを利用し、Be酸化物の焼結体ターゲットをアブレーションすることに成功した。この方法を用いてBe酸化物とZn酸化物の成長条件を系統的に調べ、インターバル堆積手法を利用することでZn酸化物とBe酸化物が混合した薄膜の作製に成功し、その構造評価を行った。平成23年度の研究予定はBe酸化物焼結体を利用するための薄膜合成装置のセッティング、そしてBe酸化物とZn酸化物が混合した薄膜を作製することであった。薄膜を堆積するためのハードウェアの立ち上げとして、新しい薄膜堆積装置を開発した。さらに一般的なエキシマレーザーではアブレーションできないような広いバンドギャップを持つ酸化物の薄膜原料をレーザーでアブレーションするためのセットアップも進めた。この新しい装置環境を利用することでサファイア基板上にBe酸化物とZn酸化物が混晶した薄膜の作製に成功した。平成24年度の研究は計画通り、Zn酸化物またはTi酸化物とBe酸化物の混晶薄膜の作製を継続する。特に、薄膜の作製条件を最適化することによって結晶性が高い薄膜サンプルの作製を実現する。さらに作製した薄膜の光学特性や輸送特性も同時に進める。将来的に放射線センサーとして応用するために、Be酸化物の混晶薄膜のドーピング効果についても系統的に調べる。平成24年度の予算は主にサファイア基板、焼結体ターゲット、輸送特性を測定するための評価装置のセットアップに利用する電子部品、エキシマレーザーに利用するガスなど消耗品の購入に利用される。また、Be酸化物薄膜の結晶成長とその特性評価に関する論文の投稿費用にも利用される。
透明化ツメガエル割球を用いた胚発生における細胞周期の転換機構の研究

アフリカツメガエルの透明化割球を用いて、MBT期以降での細胞周期の延長(非同調化)の実体を明らかにするため、遠心胚Ca^<2+>-free培養液中で発生させた。第8卵割期くらいになるとほぼ透明な細胞質のみをもつ単離割球が多数得られた。個々の割球(細胞)での1回の細胞周期内での核DNA量の増加を測定するために、生体染色用のDNA結合性蛍光色素で透明化割球を処理し、非常に弱い紫外線を極めて短時間照射することで細胞への傷害を最小限に留めてDNA量を定量した。高感度デジタルカメラを用いて核内のDNAの蛍光強度を継続的に測定し、1回の細胞周期でのG1期、S期、G2期を算出した。細胞周期が伸びて非同調になる分裂転換は、まず、S期とM期が全周期に比例して伸長し、その後にG2期が、さらにG1期が加わることによって細胞周期が大幅に伸長することを明らかにした。受精直後の卵にEGFP結合PCNAのmRNAを注入し、卵割期中にEGFP-PCNAタンパク質を発現させた。細胞質中にEGFP-PCNAタンパク質をもつ胚から透明化割球を作成し、共焦点レーザー顕微鏡を用いてArレーザー光を照射してEGFPの蛍光をリアルタイムで観測した。受精直後の卵にCaイオン感受性蛍光指示薬を注入後、透明化割球を作成した。その後の分裂細胞内でのCaイオン濃度分布の変化を共焦点レーザー顕微鏡を用いてリアルタイムに解析した。低分子蛍光分子は核内に入り、細胞周期の進行にともなって蛍光強度が増加したが、M期になると消失した。また、細胞質内では約8分周期のオシレーションがみられ、細胞周期決定の時計機構が存在する可能性が示唆された。このように、我々が開発した調節分子の挙動をリアルタイムで解析できる透明化割球システムを用いて細胞周期転換の分子メカニズムを個別の細胞での周期に着目し、新たな視点から明らかにすることができた。ツメガエル透明化割球を用いて、MBT期以降での細胞周期の延長(非同調化)の実体を明らかにするため、遠心胚をCa^<2+>-free培養液中で発生さ、第8卵割くらいになるとほぼ透明な細胞質のみをもつ単離割球が多数得た。個々の割球(細胞)での1回の細胞周期内での核DNA量の増加を測定するために、生体染色用のDNA結合性蛍光色素(Hoechst 33342)で透明化割球を処理した。極めて弱い紫外線を極めて短時間照射した。高感度デジタルカメラを用いて核内のDNAの蛍光強度を継続的に測定し、1回の細胞周期でのG1期、S期、G2期を算出した細胞周期が伸びて非同調になる分裂転換は、まず、S期とM期が全周期に比例して伸長し、その後にG2期が、その後にG1期が加わることによってさらに細胞周期が伸長することを明らかにした。受精直後の卵にEGFP結合PCNAのmRNAを注入し卵割期中にEGFP-PCNAタンパク質を発現させた。蛍光立体再構築像をつくり、核内でのPCNAタンパク質の複製開始点を観察を試みた。しかし、まだ複製開始点の数が多く、個々の開始点を解析するには解像度低かった。受精直後の卵にCaイオン感受性蛍光指示薬(Oregon-Greenデキストラン)を注入後、透明化割球を作成した。

その後の分裂細胞内でのCaイオン濃度分布の変化(蛍光強度変化)を共焦点レーザー顕微鏡を用いてリアルタイムに解析した。低分子蛍光分子は核内に入り、細胞周期の進行にともなって蛍光強度が増加したが、M期になると消失した。また、細胞室内では約8分周期のオシレーションがみられ、細胞周期決定の時計機構が存在する可能性が示唆された。多くの動物の初期発生では初期胚型(卵割型)から体細胞型の細胞周期への転換が起き、細胞の分化が始まる。受精後の卵由来のmRNAとタンパク質に依存した制御(母性型)から、接合核由来のゲノム遺伝子の発現を伴う制御(胚性型)へと細胞周期が転換することは、哺乳類を含む多くの動物の発生過程で普遍的に見られる。我々が開発した調節分子の挙動をリアルタイムで解析できる透明化割球システムを用いて細胞周期転換の分子メカニズムを個別の細胞での周期に着目した新たな視点から明らかにした。MBT期以降における細胞周期の伸長(S期の伸長)とG1期およびG2期の出現がどのような分子によって制御されているかを明らかにするために、MBT期から初期ノウ胚にかけてmRNAやタンパク質が分解・消失することが知られているTubulinα、Centrin、Cdc 2 (Cdk 1)、Cyclin B、など細胞分裂調節因子の各相の出現における役割を詳細に検討した。これらの分子のEGFP融合タンパク質mRNAを受精直後の卵に注入して融合タンパク質を発現させ、透明化割球を作成することで、細胞内でのこれらの調節因子の挙動を共焦点レーザー顕微鏡を用いてリアルタイムで観測した。とくに、各相の長さや出現との関連を詳細に検討した。また、それらの特異的抗体を用いてMBT前後における割球細胞内での分布の変化を詳細に検討した。さらに、細胞内Caイオン濃度の変動の測定をおこない、これまでの多くの細胞周期や細胞分化の研究は、初期胚全体や胚の分化決定された部分はほぼ均一な性質をもつ細胞集団であるとして取り扱ってきたが、発生現象は個々の細胞の行動の総和であるという視点が今後の発生生物学には重要であることを明らかにした。
境界と界面移動を伴う溶融・凝固の巨視的・微視的力学の構築と溶接・接合への応用

溶接や接合に代表されるような,境界と界面の移動を伴う溶融・凝固過程の理論的解明と熱・力学理論の構築を目的として,原子レベルでの分子動力学解析,巨視的レベルでの有限要素解析,およびそれらの中間的スケールでのフェーズフィールドモデル,結晶塑性理論などを用いた解析を行い,ミクロからマクロへと連続的に考察する体系を整えることができた.具体的には以下のような解析を行った.(1)分子動力学法による微視的解析固液界面における原子の動きを解析し,固液界面の安定性,結晶方位による界面エネルギーの相違などを求めた.また,結晶成長過程について,その成長方位と界面エネルギーの関係について考察し,優先的に成長する方位を明らかにした.(2)溶接熱影響部の力学的特性溶接部・熱影響部・母材の変形挙動について,Mo.9Cr-1Mo鋼の溶接材を用いて微視的な領域の変形をマイクログリッド法によって測定し,硬さ・組織変化とひずみの相関関係を検討した.その結果,硬さとひずみの間には明確な関係が認められた.(3)フェーズフィールド法による結晶成長解析分子動力学解析によって求められた物性値および異方性を考慮したパラメータを導入してフェーズフィールドモデルによる結晶成長過程の解析を行い,異方性や変態潜熱の組み合わせによって,実験で観察されるようなデンドライト形状が現れることを明らかにした.また,それによって,デンドライトの成長過程を動的に再現することができ,定常成長に至るまでの初期現象など,実験的には測定が困難な現象について考察した.(4)結晶塑性理論に基づく有限要素解析溶接熱影響部での変形挙動を解析するため,結晶塑性理論に基づく有限要素解析を行い,結晶粒のサイズや異方性を導入したモデルを用いることによって,実験結果と一致する結果を得た.これによって,(2)で得られた相関関係を理論的に裏付けることができた.溶接や接合に代表されるような,境界と界面の移動を伴う溶融・凝固過程の理論的解明と熱・力学理論の構築を目的として,原子レベルでの分子動力学解析,巨視的レベルでの有限要素解析,およびそれらの中間的スケールでのフェーズフィールドモデル,結晶塑性理論などを用いた解析を行い,ミクロからマクロへと連続的に考察する体系を整えることができた.具体的には以下のような解析を行った.(1)分子動力学法による微視的解析固液界面における原子の動きを解析し,固液界面の安定性,結晶方位による界面エネルギーの相違などを求めた.また,結晶成長過程について,その成長方位と界面エネルギーの関係について考察し,優先的に成長する方位を明らかにした.(2)溶接熱影響部の力学的特性溶接部・熱影響部・母材の変形挙動について,Mo.9Cr-1Mo鋼の溶接材を用いて微視的な領域の変形をマイクログリッド法によって測定し,硬さ・組織変化とひずみの相関関係を検討した.その結果,硬さとひずみの間には明確な関係が認められた.(3)フェーズフィールド法による結晶成長解析分子動力学解析によって求められた物性値および異方性を考慮したパラメータを導入してフェーズフィールドモデルによる結晶成長過程の解析を行い,異方性や変態潜熱の組み合わせによって,実験で観察されるようなデンドライト形状が現れることを明らかにした.また,それによって,デンドライトの成長過程を動的に再現することができ,定常成長に至るまでの初期現象など,実験的には測定が困難な現象について考察した.(4)結晶塑性理論に基づく有限要素解析溶接熱影響部での変形挙動を解析するため,結晶塑性理論に基づく有限要素解析を行い,結晶粒のサイズや異方性を導入したモデルを用いることによって,実験結果と一致する結果を得た.これによって,(2)で得られた相関関係を理論的に裏付けることができた.液相と固相の境界が移動する溶融・凝固の問題を巨視的および微視的な力学的立場から,明らかにするために,以下の検討を行った.1.変態界面の移動についての定式化界面移動を伴う溶融・凝固における温度場をあきらかにするために,まず,これを2相Stefan問題としてとらえ,2次元および3次元問題の解析を行うための有限要素解析を目的として,ペナルティー法による定式化を行った.具体的には,これを2次元の溶接過程に応用するために,規定された点熱源による解析を行い,凝固界面の移動と,固相および静止状態の液相における温度分布のシミュレーションを行い,これが実際の変化と対応することを明らかにした.2.溶接部材の組織と強度の走査型電子顕微鏡による観察TIG溶接した薄アルミ合金板における,溶着金属,熱影響部および母材の組織を走査型電子顕微鏡によって観察し,これらの境界と組織の関係を微視的立場から明らかにした.その結果,溶融部分における硬さが低下すること,熱影響部において細粒部が形成されること,さらにマイクログリッドによって変形が集中する様子がが観察された.3.分子動力学法による溶融・凝固の変態・熱・力学的シミュレーション溶融・凝固界面の微視的状況を把握するため,レーザー照射を受ける薄膜についての分子動力学法による解析を行った.すなわち,はじめ固相にある領域から,加熱によって液相が成長する.加熱停止後は周囲からの冷却によって凝固が起こるが,冷却速度によって,徐冷された場合は周囲の結晶が成長していくのに対し,急冷した場合には結晶成長は起こらず,非晶質構造が得られることを明らかにした.溶接や接合に代表される相変化を伴う溶融・凝固プロセスの理論的解明と熱・力学理論の構築を目的として,当該年度では微視力学的アプローチ(1),(2)および巨視力学的アプローチ(3),(4)の4項目について検討した.

(1)デンドライト成長の微視力学的解析凝固に伴うデンドライト組織の成長挙動を解析するための手法について,(a)境界要素法などによるマクロな自由境界問題,(b)モンテカルロ法,(c)フェーズフィールド法,(d)分子動力学法をとりあげ、その記述可能性について基礎的な検討を行った.(2)相変化を伴う挙動の分子動力学シミュレーション分子動力学法を用いて,溶融・凝固過程における変態潜熱の発生などの熱力学的性質や,核生成,核成長による結晶化過程についてシミュレートし,多結晶体の形成過程の詳細な検討を行った.(3)溶接・熱影響部の力学的特性高温強度部材であるMo.9Cr-1Mo鋼の溶接模擬材を用いて,室温における溶接部・熱影響部・母材の変形挙動について,微視的な領域の変形をマイクログリッド法を用いて測定し,硬さ・組織変化とひずみの相関関係を検討した.その結果,硬さとひずみの間には明確な関係が認められた.(4)有限要素法による結晶塑性解析溶接模擬材の硬さ測定の結果から材料特性を推定し,結晶塑性モデルを用いた有限要素解析を試みた.その結果,ひずみ分布について実験結果と定性的に一致することがわかった.次年度(最終年度)では,これまでの成果を取りまとめるとともに,(1)凝固に伴う微視組織成長の解析,(2)分子動力学法による原子レベルでの結晶成長過程の解析,(3)高温での変形特性の実験的検証,(4)粒界すべりを考慮した不均質材料の解析を検討する予定である.溶融・凝固過程における力学的挙動について,原子レベルでの分子動力学解析と,巨視的レベルでの有限要素解析の他,それらの中間的スケールでの挙動を調べるため,フェーズフィールド法や結晶塑性理論に基づいた解析を行い,ミクロからマクロへと連続的に考察できる体系を整えることができた.具体的には,以下に示す(1)(2)によって微視的および巨視的立場からの考察を行い,(3)(4)によってそれらをつなぐ中間スケールでの解析を行った.(1)分子動力学法による微視的解析固液界面における原子の動きを解析し,固液界面の安定性,結晶方位による界面エネルギーの相違などを求めた.また,結晶成長過程について,その成長方位と界面エネルギーの関係について考察し,優先的に成長する方位を明らかにした.(2)溶接熱影響部の力学的特性Mod.9Cr-1Mo鋼の溶接部材を用いて,熱影響部の組織観察,硬度測定および引張り試験による変形挙動を調べ,それらの相関を明らかにした.(3)フェーズフィールド法による結晶成長解析(1)の分子動力学解析によって求められた物性値および異方性を考慮したパラメータを導入してフェーズフィールドモデルによる結晶成長過程の解析を行い,その異方性や変態潜熱の組み合わせによって,実験で観察されるようなデンドライト形状が現れることを明らかにした.また,それによって,デンドライトの成長過程を動的に再現することができ,定常成長に至るまでの初期現象など,実験的には測定が困難な現象について考察した.(4)結晶塑性理論に基づく有限要素解析(2)の熱影響部での変形挙動を解析するため,結晶塑性理論に基づく有限要素解析を行い,結晶粒のサイズや異方性を導入したモデルを用いることによって,実験結果と一致する結果を得た.これによって,(2)で得られた相関関係を理論的に裏付けることができた.
酵母におけるストレス応答と形態形成:二形性の発現とその生化学的機構

Candida tropicalisにおけるエタノールによるイノシトールリン脂質(PI)関与のシグナル伝達亢進を介入する仮性菌糸形成と、イノシトールによるその抑制の機構の解明のために、まず増殖に伴う膜の流動性の変化を蛍光偏光法で測定した。対照菌では定常期でその値は最大となり、それを接種するとラグ期ではその高いレベルが保たれたが、増殖とともに急激に低下し、対数初期で最小となり、その後上昇して定常期で最大となった。エタノール添加培養では全期間で高い値を示し、この効果もイノシトールで抑制された。このような膜の流動性の変化はアシル基の動きによることが^<13>C-NMRで確認された。エタノールによる直接的な流動性の上昇に起因するphospholipase C(PLC)活性の上昇に伴うPI代謝回転の亢進により、飽和脂肪酸に富み、不飽和脂肪酸の少ないPIの含量が著しく低下して膜の流動性の上昇が助長され、一方、イノシトール添加培養ではPIが増加してエタノールによる流動性の上昇が抑えられるという機構が示された。Saccharomyces酵母でもエタノールその他のストレスで仮性菌糸や、同じく出芽細胞の分裂抑制による見かけの凝集が起こる。この場合はエタノールの直接の作用で直ちにPLC活性が著しく上昇し、仮性菌糸形成の際には、それに加えて増殖開始直後に第2のPLC活性上昇が認められ、前者は分裂抑制を、後者は仮性菌糸に特徴的な細胞の伸長をもたらすことが示唆された。またC.tropicalisのエタノール添加培養ではchitinaseの活性がPLCの活性上昇につれて著明に減少し、分裂抑制の直接の原因であることが示唆された。さらに仮性菌糸形成に伴ってアクチンが細胞先端に強く分布することが立証され、アクチンの細胞伸長における関与が示された。また、本菌の集落形態変異株の中でステロール合成欠損を示すものが数株見出され、ストレスによる仮性菌糸形成とステロールとの関係を知る上で有用であると期待される。
急速通電加熱を利用した金型の局所焼入れ法の実現に向けた開発研究

急速通電加熱を利用した金型の局所焼入れ法は、通電加熱での電極接触部における特異なジュール発熱を焼入れのための加熱に利用できないかと考案された方法である。本法の具体的実現に向けて、実現に対して支障となる問題の技術的解決策を探った本開発研究により、個々の適用に対して適切な通電条件を設定すれば本法による局所焼入れは可能であることを明らかにした。本研究により得られた知見は関連する国内の学会、国際会議において公表した。通電加熱を利用する局所焼入れ法は、加熱を必要とする材料加工への通電加熱の応用研究の中で見出された電極接触部での特異な加熱現象に注目して考案された方法である。前年度(H24年度)において、空冷でも焼入れが可能な冷間ダイス鋼を実験材料に用い、適当な通電条件の設定によって焼入れが可能なことを確認した。本焼入れ法において、用いる加熱用電源が定電流制御機能を有するものであれば、処理位置の移動によって電気的負荷に変動があっても通電電流が一定に保たれ、適当な通電時間の設定により常に安定した加熱、そして焼入れが可能であるが、そのような機能を持たない交流電源を加熱用電源として用いる場合を考えると、処理位置の移動によって電気的負荷が変動すると、加熱温度を一定に保つことはできず、安定した焼入れを実現することができない。そこで、この問題を解決するため、本年度(H25年度)は、前年度の実験からもその有効性が示唆された、電流の2乗の時間積分値による入熱量制御について、制御装置を試作し、定電流制御機能を有さない交流電源を用いても安定した加熱が実現できるか、実験により調べた。結果として、電気的負荷の変動が小さく、通電時間が予め想定する時間の1割前後の変化におさまれば、安定した加熱が実現でき、安定した焼入れが可能であることがわかった。そこで、これに関連して、2種類の実用火炎焼入れ鋼(HMD5、SX105V)について、想定する通電時間1秒で安定した焼入れが実現できる電流の2乗の時間積分値を実験により調べた。結果は、電極サイズと電極押付け圧力が同じ条件であれば3者には大差を認めなかった。これらの研究成果は、第21回機械材料・材料加工技術講演会(M&P2013)において発表するとともに、次年度(H26年度)に開催予定の材料と加工技術の進歩に関する国際会議AMPT2014において発表すべく、講演の申込みを行った。プレス成形用金型では局所的に耐摩耗性が要求されるものが多い。金型全体を焼入れすれば要求を満たせるが,経済的とは言えない。既存の局所焼入れ法として,火炎焼入れやレーザー焼入れがある。前者は設備コストは低いが熟練した技術が必要であり,「若者の理科離れ,ものづくり離れ」による後継者不足で,技術の継承もおぼつかない。一方,後者は熟練した技術は必要ないが設備コストが高く,中小の金型製造企業では導入に二の足が踏まれる。このような背景から,熟練した技術を必要とせず,設備投資も安価にすむ焼入れ技術の開発が望まれている。これに応え得る一つの方法として,急速通電加熱を利用した局所焼入れ法が考えられる。本研究は本法の実現を目的とするものである。本年度は,空冷でも焼入れが可能なダイス鋼SKD11を実験材料に,通電電圧と電極接触圧力をパラメータとした時間制御による通電局所焼入れ実験を行い,スパーク発生限界を明らかにするとともに安定した焼入れが行われる通電条件を明らかにした。また,通電加熱での電流値の計測データをもとに,電流値の2乗の時間積分値と焼入れ状態の関係を調べ,電流値の2乗の時間積分値による加熱温度の制御の有効性が示唆された。これは,次年度に試作予定である安定した加熱実現のための通電制御装置の設計に対して,きわめて有用な知見でもある。上記のほか,次年度に試作予定の連続処理を対象とした実験装置を前倒しにて製作するとともに,本年度の研究に先行して実施した研究の成果をまとめて,国際会議AMPT2012に“Local Hardening of Flame Hardening Steel Using Rapid Resistance Heating"と題して発表した。また,第20回機械材料・機械加工技術講演会M&P2012および日本機械学会東海支部第62期総会講演会において成果を発表した。定電流制御機能を持たない交流電源を通電加熱の電源に用いる場合、処理箇所の移動によって生じる電気的負荷の変化により安定した加熱の実現が困難になる。この対策として考案した電流の2乗の時間積分値による入熱量制御方法の有用性についての前年度の成果を、アラブ首長国連邦ドバイにて開催された第17回材料と加工技術の進歩に関する国際会議AMPT2014において発表した。また、これまでの面への適用に加え、新たにエッジ部への本焼入れ法の適用を試みた。その結果、単発処理においては、面への適用と同様に有効であることを確認した。

エッジ焼入れにおける半割円柱電極を用いた電極が接触しない面での通電加熱の状態は、その面からの放熱が無視できるとすれば、円柱電極を用いた面への適用における中心軸を含む縦断面での通電加熱状態と同等になる。そこで、この点に注目して、エッジ焼入れでの通電加熱の様子を赤外線カメラによって捉える一方、電極接触部近傍の通電加熱状態を数値シミュレーションし、両者の対比により、実験における焼入れ硬化領域の発達の様子を理解した.得られた知見は、第10回生産加工・工作機械部門講演会および日本機械学会東海支部第64期総会講演会において発表した。当初の計画では、単発焼入れ処理の繰返しにより線状および面状の焼入れ硬化が可能ではないかと予想していたが、実験において、後発処理での通電加熱により先発処理での焼入れ硬化域の一部が高温焼戻しを受ける状態になり、硬さが2割ほど低下する現象が見られ、本方法によって一様な焼入れ硬化を確保するには連続通電による加熱が不可欠であることが判明した。そのため、本研究の最終年度でもある本年度は、これまでの研究成果を報告書にまとめる一方、移動電極による連続通電加熱での焼入れ特性について実験を行った。研究は現在も継続している。工学前年度の実験結果から有効と示唆された、入熱量制御に対する電流の2乗の時間積分値による通電制御の有効性が、試作した制御装置を用いた本年度の実験によって確認できた。また、次年度(H26年度)に計画されている点焼入れの連続化によって線状および面状の焼入れ処理が可能か、これを調査するための実験装置は製作済みで、その動作確認も終わっており、本格的な実験に使用できる状態にある。次年度(平成25年度)の計画で試作予定の線状や面状の焼入れ処理が可能な実験装置(ピッチの最小刻み幅0.5mm)を前倒しにて製作し,単発処理による硬化特性の調査のみならず,連続処理による硬化特性の調査が可能となった。また,安定した焼入れ実現のための安定した加熱の実現に対して,電流値の2乗の時間積分値による通電制御の有効性が確認でき,加熱温度の制御装置の試作に対して有用な設計指針となる知見が得られた。当初の計画に沿って、前年度に前倒しで試作した線状焼入れや面状焼入れの実験が可能な実験装置を用いて、実際に線状焼入れや面状焼入れの実験を行い、通電加熱条件との関係で焼入れ状態の調査を行う。なお電極の材料としては、当初の計画では、クロム銅、アルミナ分散強化銅、タングステン銅について調査することを計画していたが、耐久性を考慮してタングステン銅のみに絞って、上記の調査を行うことにする。また、当初の計画にはなかったが、本焼入れ法の具体的応用の一つとして、パンチホールの局所焼入れへの応用を試みる。研究成果の公表としては、本年度にて得られた研究成果を、アラブ首長国連邦ドバイで開催予定の第17回材料と加工技術の進歩に関する国際会議AMPT2014において発表するとともに、次年度の研究で得られた成果は、逐次、国内の関連学協会にて発表する。当初の計画に沿って,通電加熱によるオーステナイト安定温度域への安定した加熱のための電流値の2乗の時間積分値による制御回路を試作し,これを通電制御装置に組み込み,安定した局所焼入れが可能か実証試験を行う。また,平成24年度に前倒しで製作した時間による通電制御での連続局所焼入れ装置を,電流値の2乗の時間積分値による制御でも利用できるように改良し,連続処理での局所焼入れに対する実証試験を行う。
骨髄抑制ストレス時の生体防御機構の解明

造血幹細胞を生涯にわたって維持すること、また骨髄で産生された造血前駆細胞を末梢へ動員することは、生命を維持するうえで極めて重要である。造血ならびに造血幹細胞の維持には骨髄腔が必要であること、骨髄腔の形成ならびに骨髄系細胞の末梢への動員には骨を吸収する破骨細胞が必須であるとされている。本研究では、造血幹細胞の維持ならびに骨髄系細胞の末梢への動員のどちらにおいても、骨髄腔および破骨細胞とも必須ではないことを見出した。造血は骨髄腔にて行われており、骨髄腔の形成には破骨細胞の分化及び機能が必須であることから、骨髄造血の理解には破骨細胞の理解が欠かせない。我々は破骨細胞の分化及び機能を制御する分子としてケモカイン蛋白の1つであるMCP-1(monocyte chemotactic protein-1)を同定した。MCP1欠損マウス由来の破骨細胞は、野生型の破骨細胞に比して有意に分化が抑制されていた。破骨細胞は分化の最終段階で細胞融合により多核化し、その細胞融合にはDC-STAMP(densritic cell specific transmembrane protein)が必須の機能を果たすことが知られている。また、破骨細胞の分化を制御する転写因子としてNFATc1(nuclear factor of activated T cells 1)が必須であること、また破骨細胞分化の最終分化マーカーとしてマトリックス蛋白分解酵素であるCathepsin Kが知られているが、MCP-1欠損マウス由来の破骨細胞では、これらの分子のいずれもが発現が抑制されており、MCP-1のリコンビナント蛋白の添加により発現が回復した。MCP-1は破骨細胞自身が発現していたことから、破骨細胞はautocrine/paracrineに自身の分化を制御する機構が存在することを明らかにすることが出来た。これらの知見については、学会および論分にて発表を行った。造血は骨髄腔内で営まれているが、この骨髄腔の形成には破骨細胞が必須の役割を果たすことが知られている。また、骨髄腔内で形成された造血系細胞が末梢循環に動員されるためにも、破骨細胞が重要な機能を発揮することが報告されている。しかし、破骨細胞が存在せず、したがって骨髄腔が存在しない場合、造血がどのように制御されるのか、また末梢循環への造血系細胞の動員がどのように担われているかは知られていない。本年度の研究では、破骨細胞分化に必須のサイトカインであるM-CSFが欠損することで、破骨細胞分化不全と骨髄腔の形成障害を示すモデルマウスであるop/opマウスを用いて、骨髄抑制ストレス時の応答について解析を行った。骨髄抑制には細胞周期特異的な抗がん剤である5-FUを用いた。5-FU投与による骨髄抑制モデルでは、造血幹細胞の機能不全がある場合、連続投与によって致死的となることが報告されているが、op/opマウスも5-FU投与によって致死となったことから、op/opマウスでは造血幹細胞の機能障害が生じていることが示唆された。また、5-FUが投与されたop/opマウスは敗血症を発症しており、骨髄抑制時の感染防御には、骨髄腔、破骨細胞あるいはM-CSFが必須であることが考えられた。野生型マウスに5-FUを投与したところ、血清中のM-CSFの濃度が有意に上昇することを見出したこと、またM-CSFは自然免疫を司るマクロファージの分化誘導に重要であること、M-CSFを投与したop/opマウスは5-FUに耐性となったことから、M-CSFが抗がん剤治療時などの骨髄抑制ストレス下における生体防御において必須の役割を担うことを明らかにすることが出来た。
生体応答機構を介したがんの遺伝子治療:レトロウィルスベクターを用いた自己腫瘍への遺伝子導入の試み

1.ある種の抗がん剤やキラーT細胞はがん細胞にアポトーシスを誘導して殺すことが報告されている。我々はアポトーシスの誘導に熱ショック等のストレスに対する抗ストレス因子であるHSP70の発現が関与していることを見いだした。即ち、HSP70の発現が抗癌剤に対する抵抗性をがん細胞に与えること。逆にHSP70の発現を抑制してやればがん細胞の抗癌剤に対する感受性は高まる可能性が示唆され、新しいがん治療の一つとして有望な手段として考えられる。2.がん細胞に対する効率の良い遺伝子導入法をin vitroでレトロウイルスベクターを用いて検討した。ウイルスの感染を促進する因子としてポリブレン以外の物質を検索し、より毒性の少ないDEAE-デキストランやある種の脂質複合体がポリブレンと同等かそれ以上の効果を持っていることを見いだした。3.NK細胞の細胞障害活性発現にはリンパ球の接着分子であるLFA-1が必要である、LFA-1分子に対する抗体であるYTA-1抗体がNK細胞を活性化し、LFA-1分子に付随したチロシンキナーゼの活性化が腫瘍細胞の認識に伴うことを見いだした。このチロシンキナーゼは解析した範囲では分子量からSRCファミリーに属すると考えられるが未知のものであった。また、T細胞の補助シグナルであるB7分子がin vitroでNK細胞の増殖維持に必要なことを見いだした。このことは生体内でもB7分子がNK細胞での増殖分化にに関わっている可能性示唆する。
秘密計算において，ゲノムデータを用いた複数な検定のアウトソーシング計算基盤

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。今年度は二つの方法で研究を進めた。一つ目はニューラルネットワークに対する秘密計算である。結果から述べると、既存手法の計算時間と通信コストを90%程度を削減することができた。具体的に完全準同型暗号における新たなパッキング法(Double Packing)を提案し、高速かつ低通信コストで行列積を評価する秘密計算プロトコルを提案した。行列積は非常に基礎的な計算であり、ニューラルネットワーク以外の秘密計算への適応が期待できる。この結果はコンピュータセキュリティシンポジウム(CSS2017)で発表し優秀学生論文賞を受賞した。現在は国際会議USENIX2018に投稿中である。二つ目は「大小比較」の秘密計算である。大小比較は検定や分類問題で利用される重要な要素技術である。しかし既存の「大小比較」の秘密計算手法のほとんどは主体間の対話を要する。非対話型の大小比較法も存在するが、「暗号文同士」の大小比較をサポートしない。従って既存の大小比較の秘密計算手法はアウトソーシングへ適用することができない。我々はRing Learning with Errorsベースな準同型暗号の元に新たな大小比較の秘密計算プロトコルを開発した。我々のプロトコルは非対話でもあり暗号同士間の大小比較もサポートできる。以下に、提案したプロトコルを必要とする二つのアプリケーションを上げる。一つ目は「アウトソーシングにおける決定木の秘密計算」である。提案の大小比較プロトコルは暗号同士間の比較もサポートするため、決定木の秘密計算による評価を非対話的にアウトソーシングすることが可能である。500ノード程度の決定木の秘密計算を60秒内(既存の対話的な方法より5倍程度のオーバヘッド)で終わらせることができることを実験で確認した。国際会議AsiaCCS 2018に採択され2018年6月に発表予定である。研究成果の一つとして高速にmultiplication tripleの作成方法を提案した。既存手法の約9割の通信コストと計算時間を削減することができた。この研究成果はニューラルネットワークの秘密計算において非常に有用であり、行列積が必要となる他の機械学習アルゴリズムにおいても有用である。二つ目の研究成果は暗号文同士間の大小比較を行うプロトコルである。例えば、決定木やU統計量の計算などにおいて平文を一切開示せずに暗号化したままサーバーに計算させることも可能である。この結果は国際会議ASIACCS2018に採択された(採択率20%)。1.音声データなどの時系列データを使うニューラルネットワークの秘密計算をフォーカスする。具体的に二つ方向で研究を進める。一つ目はセキュアーなマトリクス積プロトコルの高速化。二つ目はsigmoidやreluなどの非線形関数に対して前処理できる特殊なtripleを開発することである。この二つ成果のよって高速的かつ秘密的にrecurrent networkを評価することが期待できる。2.ブロックチェーン技術と秘密計算技術の連携。秘密計算の計算結果の正確さや計算のauditionを行うため、秘密計算技術をブロックチェーンと連携する。ブロックチェーン上のデータを使う秘密計算はデータの改竄や悪意的な削除を防げるので、秘密計算の正確さを保証できる。