hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
原虫に感染するウイルスの同定と次世代組換えワクチン開発への応用

ウイルスは、動物・植物から細菌に至るまで地球上の殆どの生物に普遍的に認められている。近年、原虫(単細胞原生動物)にもいくつかのウイルス様粒子の観察例の報告はあるが、その正体はいまだに謎のまま残されている。そこで、本研究では原虫に盛染するウイルスの正体の解明を目指して実施した。本年度に実施した研究内容と得られた研究成果は以下の通りである。1)イヌバベシア(Babesia gibsoni)原虫について電子顕微鏡観察を行ったところ、ウイルス様粒子が認められた。3)上記の幾つかの遺伝子について、ORFをクローニングし、大腸菌発現系にて組換えタンパク質を作製した。4)現在、組換えタンパク質をマウスに免疫し、特異抗血清を作製中である。5)今後は、特異抗血清を用いた免疫電顕によるウイルス様粒子の証明とそれらの原虫内における存在意義についての検討が課題として残される。そこで、本研究では原虫に感染するウイルスの正体の解明を目指す。1)cDNAライブラリーの構築:イヌバベシア原虫B.gibsoni NRCPD株のメロゾイトよりmRNAを抽出し、それを鋳型としたcDNAを合成した。得られたcDNAをλファージーベクターに挿入し、cDNAライブラリーを構築した。2)cDNAクローンの解析:cDNAライブラリーからランダムに約1000クローンを選択し、塩基配列を解読した。得られたデータを基に、公共のデータベースに登録されている遺伝子との相同性検索を行った。3)推定ウイルス由来遺伝子の同定:相同性検索の結果、幾つかのウイルス由来遺伝子と推定されるクローンを同定できた。1)cDNAライブラリーの構築:イヌバベシア原虫(Babesia gibsoni、NRCPD株)をビーグル犬に感染し、原虫感染率が約10%に上昇した時に、血液を採集した。白血球分画を除去したのちに、原虫感染赤血球よりAGPC法を用いてTotal RNAを調製した。その内5μgを使用しG-Capping法にてcDNAを合成し、pGCAPベクターに2本鎖cDNAがインサートされたプラスミドをフェノール抽出後エタノール沈殿により回収し、TEに溶解した。得られたプラスミド溶液をDH12Sコンピテント細胞と混合し、エレクトロポレーション法により形質転換を行い、寒天培地に蒔いて培養した。得られたcDNAライブラリーのサイズは約1x10^5個の形質転換体を含むものであった。2)cDNAクローンの解析:上記完全長cDNAライブラリーからランダムに約10,000クローンを選択し、塩基配列を解読した。BLAST検索を行ったところ、1,257種類の遺伝子が同定された。得られたデータを基に、ESTデータベースを作成した。3)推定ウイルス由来遺伝子の同定:相同性検索の結果、幾つかのウイルス由来遺伝子と推定されるクローンを同定でき、その解析を行ってきた。
Imaging Mass-spectrometryの癌領域での臨床応用へ向けて

癌患者の予後は依然不良で、その改善のためには多方面から癌医療を改善する必要がある。Imaging Mass-spectrometry (MS)は、組織切片内の各局在部位(ピクセル)での標的分子を質量分析器を用いて網羅的に定量し、それを「可視化」することができる最新の工学的technologyです。本研究の中で我々は、血管新生阻害薬が癌細胞にどのような影響を与えるかを明らかにしました。Imaging MSを用いて抗癌剤がどのように効果を発揮するかを明らかにすることで、抗癌剤の効率的な使用方法の確立につながる可能性があると考えている。癌患者の予後は依然不良であり、その改善のためには多方面から癌医療を改善する必要がある。Imaging Mass-spectrometry (MS)は、組織切片内の各局在部位(ピクセル)での標的分子を質量分析器を用いて網羅的に定量し、それを「可視化」することができる最新の工学的technologyである。Imaging MSを癌領域で利用することで、癌医療を大きく改善できる可能性がある。本研究の目的は、Imaging MSを用いて、抗癌剤の効果を可視化し、それによって1抗癌剤のPOC(Proof of Concept)の獲得、2新たな抗癌剤効果判定方法の開発、3抗癌剤投与後生き残る細胞の分子レベルでの特徴の解明の3つを達成することである。最終的には本研究をもとにImaging MSの癌領域での有用性を確認し、Imaging MSの癌領域での臨床応用への道を拓くことを目的とする。我々は今までに、マウスゼノグラフトモデルおよびヒト肺癌検体を用いた研究を行ってきた。具体的にはImaging mass-spectrometryを用いてマウス皮下に形成した腫瘍内の代謝の不均一性を明らかにした。また、ある種の抗癌剤を投与することで癌細胞の代謝がどのように変化するかを明らかにした。さらに、我々は臨床で得られたヒト肺癌検体を用いて腫瘍内の代謝の不均一性を明らかにした。今後も同様の研究を続け、癌組織内での代謝の不均一性、抗癌剤が癌細胞の代謝に与える影響を評価する予定である。すでに我々は、Imaging mass-spectrometryを用いて、ヒト肺癌組織での代謝の不均一性や、マウスゼノグラフトモデルでの腫瘍内の代謝の不均一性を明らかにした。また抗癌剤投与に伴ってどのように腫瘍内の代謝が変化するかも明らかにした。今後同様の研究をさらに継続し、癌細胞の代謝の不均一性を明らかにする予定である。申請者らは本研究の中で、Imaging MSを用いて、抗癌剤が癌細胞の微小環境、代謝に与える影響を評価した(マウスモデル)。その中で、血管新生阻害薬に注目し、それらが癌細胞の微小環境および代謝に与える影響を明らかにした。面白いことに同じ血管新生阻害薬に分類される抗癌剤でも薬剤ごとに微小環境あるいは代謝に与える影響は異なっていた。本研究は血管新生阻害薬がどのようにして効果を発揮するのかを可視化することに成功した初めての研究であると思われる。本研究結果をもとに、より有効な血管新生阻害薬の使用が可能になることが考えられ、臨床に還元しうる知見であると考えている。また研究の中でヒト肺癌検体を用いて癌組織由来の代謝因子が定量できることを確認した。将来的にヒトの癌組織で抗癌剤の効果を評価するなどの研究につなげていきたい。上記同様、マウスゼノグラフトモデルおよびヒト肺癌検体を用いて癌細胞の代謝の不均一性、抗癌剤が癌細胞の代謝に与える影響を評価する予定である。癌本研究費以外に獲得した研究費があり、先にそちらを使用したため。2016年度中に全額使用予定である。
マルチスレッド型超パイプラインプロセッサアーキテクチャ

比例縮小により、MOSデバイスのスイッチング時間は短縮されるが、配線遅延時間は一定で変わらない。この問題を打開し数10数100ギガヘルツオーダの動作周波数を達成するための超パイプライン構造のプロセッサ・アーキテクチャを確立することを目的し研究を進めた。このため、独立した複数スレッドからパイプラインに命令を投入することにより、ハザードの発生を回避できるマルチスレッド型パイプラインプロセッサを採用した。このパイプラインでは、ステージ間にフィードバックがない。この性質を利用すると、パイプラインをウェーブパイプラインとするこができる。ウェーブパイプライン動作では、ステージの最大遅延時間ではなく、最大遅延と最小遅延の差で、動作周波数が決定する。プロセッサの動作周波数を向上させるためには、遅延差を短縮する遅延均衡アルゴリズムが重要となる。成果報告書は以下の8部から構成される。1.マルチスレッド型ウェーブパイプラインプロセッサ2.キャッシュのパイプライン化による動作周波数の向上3.回路分割による遅延均衡アルゴリズムの改善4.可変スレッドプロセッサの評価5.配線構造の最適化による遅延改善効果6.マルチスレッドプロセッサ向きの高スループットメモリシステム7.高位設計工程からの遅延均衡法の改善8.ウェーブパイプライン動作を導入した低消費電力設計法の確立比例縮小により、MOSデバイスのスイッチング時間は短縮されるが、配線遅延時間は一定で変わらない。1.マルチスレッド型ウェーブパイプラインプロセッサ2.キャッシュのパイプライン化による動作周波数の向上3.回路分割による遅延均衡アルゴリズムの改善4.可変スレッドプロセッサの評価5.配線構造の最適化による遅延改善効果6.マルチスレッドプロセッサ向きの高スループットメモリシステム7.高位設計工程からの遅延均衡法の改善8.ウェーブパイプライン動作を導入した低消費電力設計法の確立1.研究の目的MOSデバイスの比例縮小により、トランジスタのスイッチング時間は短縮されるが、配線遅延時間は一定で変わらない。本研究の目的は、配線遅延時間がスイッチング時間を上回る事態になってきている現状を打開するため、超パイプライン構造のプロセッサを追究し、数10数100ギガヘルツオーダの動作周波数を達成するプロセッサ・アーキテクチャを確立することである。具体的には、パイプラインを流れる命令間の依存関係が生じないマルチスレッド型のパイプライン・アーキテクチャを取り上る。3.今年度の成果マルチスレッド型パイプラインプロセッサは、すべてのハザードが存在しないので、フォワーディングパスや、インタロックの制御ライン等のフィードバックが不要である。そのためウェーブパイプラインの適用が容易である。遅延差を短縮するための遅延均衡アルゴリズムを考案し、配線遅延と考慮した遅延均衡設計法を確立した。この設計法を適用した結果、遅延差を最大遅延の1/4程度にまで短縮できることを確認した。これは、通常のパイプライン動作の4倍の動作周波数が達成できることを意味する。また、極限パイプライン構造のマルチスレッド型プロセッサでは、その性能を律則するのは、キャッシュメモリのスループット(動作周波数)である。このため、キャッシュメモリをパイプライン構成し、動作周波数をどこまで高められるかを詳細に検討した。階層デコードの採用と、メモリセルアレイの分割により、0.25μmテクノロジで3GHz、0.1μmテクノロジで、7.7GHzでの動作が可能であるとの結果が得られた。この結果は、同一テクノロジの通常の高速SRAMに比べ6倍のスループットである。この問題を打開し数10数100ギガヘルツオーダの動作周波数を達成するための超パイプライン構造のプロセッサ・アーキテクチャを確立することを目的とする。このため、マルチスレッド型パイプライン・アーキテクチャにウェーブパイプラインの動作原理を導入した。1.遅延均衡法の改善ウェーブパイプライン動作では、ステージの最大遅延時間ではなく、最大遅延と最小遅延の差で、動作周波数が決定する。遅延差を短縮するための遅延均衡アルゴリズムは入出力パス数の2乗のオーダの計算時間がかかるので、回路分割を試み、計算時間を40%に短縮し、かつ遅延均衡の精度を数%以下にできることを確認した。2.可変スレッドプロセッサの評価マルチスレッド型パイプラインプロセッサは、命令間の依存関係が生じないので、すべてのハザードが存在しないが、スレッド数がパイプライン段数以下であると性能が発揮できない。この問題を解決するため、可変スレッド機構を組み込み、純粋のマルチスレッドプロセッサを性能比較をした。この結果ピーク性能では10%程度性能が低下するものの、スレッド数が所用の1/3程度でも80%程度の性能を発揮できることを示した。2.メモリシステムアーキテクチャの確立極限パイプライン構造のマルチスレッド型プロセッサではメモリシステムのスループットの向上が課題である。このため、メモリシステムをパイプライン構造とし、プロセッサをメモリとを非同期で動作させることのよって、0.25μmテクノロジでは、3.7GHzでの動作が可能であることを示した。

比例縮小により、MOSデバイスのスイッチング時間は短縮されるが、配線遅延時間は一定で変わらない。この問題を打開し数10数100ギガヘルツオーダの動作周波数を達成するための超パイプライン構造のプロセッサ・アーキテクチャを確立することを目的し研究を進めた。1.遅延均衡法の改善ウェーブパイプライン動作では、ステージの最大遅延時間ではなく、最大遅延と最小遅延の差で、動作周波数が決定する。遅延差を短縮するための遅延均衡アルゴリズムは入出力パス数の2乗のオーダの計算時間がかかる。また挿入される遅延素子数も著しく増加し、面積、消費電力の増加を招く。この問題を解決するため、設計の上位階層でのパイプラインステージの分割を行うことにより、遅延差短縮のために挿入する遅延素子数を減少させ、面積、消費電力の増加を抑制することに成功した。具体的には、14%の面積増加で、3.5倍の性能向上を達成することができた。2.低消費電力設計法の確立プロセッサの消費電力Pは、CV^2fで表さわされる。動作周波数f、電源電圧Vは変らないとすると、デバイスの容量Cを減少させるためゲート幅Wを削減することになるが、この結果トランジスタのオン抵抗R_<on>が増加する。しかし配線容量が変らないので、オン抵抗と配線容量に起因する遅延は増加し、このままでは性能が低下してしまう。そこでウェーブパイプライン原理を適用し、ゲート幅減少により増加した配線遅延分を打ち消すように最小遅延のパスに遅延素子を挿入し、遅延差の短縮を図る。この方法を4ビット加算器に適用し、ゲート幅Wを1/5に縮小した結果、30%の素子数の増加で、動作周波数を維持したまま、消費電力をの1/2%に削減することに成功した。
ライトフィールドビジョン -画像理解のためのコンピュテーショナルフォトグラフィ-

近年,画像による物体認識が盛んに研究されており,実用化の期待も高い.従来の物体認識では,物体の輝度パターンを統計的に学習することで,異なる物体の見かけの違いを物体の違いとして判断していた.しかしながら,日常にはガラスやプラスチックで作られた透明物体があふれている.従来の画像認識では,背景による影響から透明物体の認識は不可能で,そのような物体は例外として扱われていた.本研究では,透明物体を画像により認識する問題に取り組んだ.LF画像を入力として用い,透明物体の屈折により生じる光線空間の歪みを特徴量とするLFD特徴を提案した.このLFDを用いて透明物体の識別やセグメンテーションを可能とした.従来のコンピュータビジョン(CV)研究は,2次元画像を入力することを前提として進化してきた.しかしながら,2次元入力は単にカメラというセンサの制約によるもので,これが画像理解において最適なわけではない.本研究では,ライトフィールド全体から画像理解を考える「ライトフィールドビジョン」の枠組みを提案し,新しい研究領域として立ち上げることを目的とする.従来のカメラという画像計測手法にとらわれず,画像理解やセンシングを考えることで新たなCVやコンピュテーショナルフォトグラフィの手法を提案していく.提案手法の有効性を示す具体的問題として,従来研究において最も難しいとされてきた透明や鏡面物体の検出や認識,形状復元の問題を解決する.これら課題の実現はCVの適用範囲を広げることから,真のオートメーション技術の実用化にもつながる従来のコンピュータビジョン(CV)研究は,2次元画像を入力とすることを前提に進化してきた.しかしながら,2次元入力は単に,カメラと言う画像センサの制約によるもので,これが画像理解において最適なわけではない.本研究では,ライトフィールド全体から画像理解を考える「ライトフィールドビジョン」の枠組みを提案し,新しい研究領域として立ち上げることを目的とする.従来のカメラという画像計測手法にとらわれず,画像理解やセンシングを考えることで,新たなCVやコンピュテーショナルフォトグラフィの手法を提案していく.提案手法の有効性を示す具体的問題として,従来の画像認識研究においてもっとも難しいとされてきた透明物体の検出(領域分割)や形状識別の問題を解決した.これらの課題は現在のCVの適用範囲を広げることから,真のオートメーション技術の実用化にも繋がる.従来のコンピュータビジョン(CV)研究は,2次元画像を入力することを前提として進化してきた.しかしながら,2次元入力は単にカメラというセンサの制約によるもので,これが画像理解において最適なわけではない.本研究では,ライトフィールド全体から画像理解を考える「ライトフィールドビジョン」の枠組みを提案し,新しい研究領域として立ち上げることを目的とする.従来のカメラという画像計測手法にとらわれず,画像理解やセンシングを考えることで新たなCVやコンピュテーショナルフォトグラフィの手法を提案していく.提案手法の有効性を示す具体的問題として,従来研究において最も難しいとされてきた透明や鏡面物体の検出や認識,形状復元の問題を解決する.これら課題の実現はCVの適用範囲を広げることから,真のオートメーション技術の実用化にもつながる.本年度は,透明物体の検出を主に研究を行った.昨年度までに透明物体識別で提案したLFDを用いて透明物体領域を表す特徴量としてもちいた.また,ライトフィールドを用いた背景と前景の分離のためのフィルタを提案することで,物体のオクルージョンによる物体境界の検出を可能とした.これらをデータ項とスムースネス項に用いたグラフモデルをグラフカットにより最適化を行うことで,透明物体領域のセグメンテーションを実現した.本年度計画した,透明物体検出を実現し,本分野での最高峰の会議に採録された.また,カメラキャリブレーションや前年度に提案した透明物体の識別手法に関する論文を投稿し,採録された.さらには,次年度以降に計画しているローリングシャッタを利用したライトフィールドカメラによる物体形状の復元のためのモデル化と準備を行った.従来のコンピュータビジョン(CV)研究は,2次元画像を入力することを前提として進化してきた.しかしながら,2次元入力は単にカメラというセンサの制約によるもので,これが画像理解において最適なわけではない.本研究では,ライトフィールド全体から画像理解を考える「ライトフィールドビジョン」の枠組みを提案し,新しい研究領域として立ち上げることを目的とする.従来のカメラという画像計測手法にとらわれず,画像理解やセンシングを考えることで新たなCVやコンピュテーショナルフォトグラフィの手法を提案していく.提案手法の有効性を示す具体的問題として,従来研究において最も難しいとされてきた透明や鏡面物体の検出や認識,形状復元の問題を解決する.これら課題の実現はCVの適用範囲を広げることから,真のオートメーション技術の実用化にもつながる.具体的なLFビジョンの有効性を示す具体的課題として,透明物体の検出と認識というチャレンジングな課題を設定した.ガラスや金属製の物体は,日常環境にあふれているにも関わらす,照明条件や計測方向によりその見かけが大きく変化するため扱いが難しく,画像理解の対象物体としてしばしば例外として扱われてきた.このCV分野で最も困難とされる対象についての問題を解決することでLFビジョンの有効性を示し,画像理解の現実問題への応用を促進する.本年度は,市販のライトフィールドカメラを用いて,物体認識やセグメンテーションを行った.このカメラは,従来のカメラよりも視点数が多く,入手が容易で一般的なライトフールドカメラである.これを用いて,さらに透明物体の認識性能やセグメンテーションの精度の向上を確認した.近年,画像による物体認識が盛んに研究されており,実用化の期待も高い.従来の物体認識では,物体の輝度パターンを統計的に学習することで,異なる物体の見かけの違いを物体の違いとして判断していた.しかしながら,日常にはガラスやプラスチックで作られた透明物体があふれている.従来の画像認識では,背景による影響から透明物体の認識は不可能で,そのような物体は例外として扱われていた.

本研究では,透明物体を画像により認識する問題に取り組んだ.LF画像を入力として用い,透明物体の屈折により生じる光線空間の歪みを特徴量とするLFD特徴を提案した.このLFDを用いて透明物体の識別やセグメンテーションを可能とした.当初の予定で計画していた,ライトフィールドカメラのキャリブレーションおよび物体形状認識,物体の形状復元のうち,カメラキャリブレーションと物体形状認識に関しては,既に実現し業績として論文誌に採録となった.透明物体の発見や領域分割について現在進行中であるが,一部正解を国際会議に投稿中である.さらには,あらたな対象として,鏡面反射をもつ物体の形状復元の研究をスタートした.透明物体の検出や識別に用いたLFDは,現在は回転普遍ではなく画像の方向や物体の姿勢に依存していた.一般的なSIFTなどの画像特徴量と同様のアイデアを用いてLFDを回転不変にする不変LFDに拡張する.一般的なCMOSセンサは,ローリングシャッタをもち動画を撮った際にこれが画像の歪みの原因となっていた.ライトフィールドカメラも,CMOSセンサが利用されるのは必然であると考えられる.本年度より,このローリングシャッタによりライン毎のズレを逆に利用して,物体の形状を復元する手法のモデル化を行った.来年度行こう,この手法を実際にソフトウェアやカメラハードウェアとして実装じ,その実現性について検討する.28年度が最終年度であるため、記入しない。コンピュテーショナルフォトグラフィ現在進行中の,透明物体の領域分割と鏡面物体の形状復元について引き続き研究を進めていく.透明物体検出に関しては,現在問題となっているオクルージョン検出の精度を向上して,さらに安定で正確な透明物体の領域分割を実現する手法を確立する.また,物体の発見や物体認識の前処理だけでなく,CGへの利用や応用も検討する.鏡面物体の形状復元に関しては,現在検討している反射率と形状復元の同時推定問題をプログラム実装し,想定しているアルゴリズムが実現可能かを実験・検証する.1.ライトフィールドカメラモデルとキャリブレーション本研究で入力とするLFカメラにはカメラアレイ型や内部にマイクロレンズアレイを配置したPlenoptic型など,様々な光学系のものが提案されている.本年度は,カメラアレイ型ライトフィールドカメラのキャリブレーション手法を提案し,論文投稿をおこなった.また,Plenoptic型のライトフィールドカメラに関して,撮像モデルを構築し,現在このモデルを用いてキャキャリブレーションの手法についての研究を進行中である.2.物体の特徴記述明や鏡面物体の画像理解に用いた..
胎盤増殖因子遺伝子の転写調節領域解析による胎盤特異的転写因子の検索と分化との関連

1.胎盤増殖因子(PIGF)第1エクソンに含まれる230bpフラグメントをラベリングし、これをプローブとして、ヒトゲノムライブラリーよりスクリーニングを行った。1、000、000のファージから開始し第3次スクリーニングを経て6個のファージをクローニングすることに成功した。制限酵素地図より、これらは互いにoverlapしていると予想された。次いで、それぞれのファージからDNA抽出を行いシークエンス解析及びプロモーター活性測定を順次施行中である。更にFoot print法及びgel shift assay法を行いPlGF発現に重要と予想される転写因子を検索するため、現在、胎盤、絨毛癌細胞、肝細胞などより核蛋白抽出を行っている。2. PlGF免疫測定系を用い、正常妊婦153例、胞状奇胎患者13例の血清中PlGF濃度を測定した。結果は正常妊婦では妊娠初期7週に67.8 pg/mlのピークを持ち以下漸減し、妊娠中期以降では平均8.5pg/mlとほぼ測定感度付近で一定であった。これに比し、胞状奇胎患者では同時期の正常妊婦に比べ血清PIGF濃度は有意に高値を示し平均272pg/mlであったが、続発性絨毛疾患である侵入奇胎の発生と血清PIGF濃度は相関がなかった。3.定量的RT-PCR法により測定した胞状奇胎組織中のPlGF mRNA量が続発性絨毛疾患の発生予知に有用かどうか検討したが、続発率とPlGF mRNA量の間に相関関係は認めなかった。1.胎盤増殖因子(PIGF)第1エクソンに含まれる230bpをPCRにて増幅後、TAクローニングによりプラスミドを作成した。定法に従い切り出したPIGF配列をアイソトープにてラベリングしこれをプローブとして、ヒトゲノムライブラリーよりスクリーニングを行った。1、000、000のファージから開始し第3次スクリーニングを経て6個のファージを単離することに成功した。次いで、それぞれのファージからラージスケールDNA抽出を行い現有のオートシークエンサーを用いてシークエンス解析を順次施行中である。2.胎盤、平滑筋、肝臓、脳、絨毛癌細胞などからゲノムDNAを抽出し、制限酵素にて処理後、PIGF cDNAプローブを用いたサザンプロットハイブリダイゼーションを行い、ゲノム上でのPIGFの発現パターンを比較した。3.今後、核蛋白を胎盤、平滑筋、肝臓より抽出し、これまでの研究より得られたPIGFプロモーター領域を用いてDNaseIフットプリンティング法を行い胎盤核蛋白を用いた場合のみDNaseIの消化から保護される塩基配列を求める。次いで、この塩基配列をもとに胎盤に特異的に存在するDNA結合蛋白を検討する予定である。
ＳＳＴ－ＲＥＸ技術と細胞免疫療法による新たな免疫制御法の開発

本研究の目的は,膠原病各疾患により特異的な治療法を確立することにより,既存の治療法が有する,感染症・悪性腫瘍のリスク等のデメリットを克服することである.申請者は関節リウマチの線維芽細胞側の責任因子を網羅的に解析しGM-CSFを抽出した.その中和は,別途申請者らが偶然発見したRA間質性肺炎モデルマウスにおいて顕著な治療効果を示すことを証明した.本法は関節リウマチに対する新規治療法として期待できる.本研究の目的は,未だに根本的治療法のない全身性自己免疫疾患に対して,各疾患の病態学的特徴に基づくより特異的な治療法を確立することにより,副腎皮質ホルモン剤・非特異的免疫抑制剤・生物学的製剤等既存の治療法が有する感染症・悪性腫瘍のリスク増大,代謝系への悪影響を減じ,かつコストパフォーマンスの高い新規の治療法を確立することである.現在、変形性関節症(OA)および層別化関節リウマチ(尽A)滑膜線維芽細胞株のマイクロアレイ解析を行っている。本研究では特により炎症活動性の高いRA滑膜線維芽細胞に特異的な遺伝子を網羅的に検索するため,RA活動性を臨床的にスコア化した手術由来滑膜線維芽細胞株を用いて層別化し,アレイ解析に供している.すでにプレリミナリー解析として,OA=6例,RAO=6例,RA3=3例,RA4=3例,計18症例由来滑膜線維芽細胞株を選定し,各群のRNAをコンポジットした上でAgilent社のアレイ解析結果を得ている.その解析の結果驚くべき事に,OAの遺伝子プロファイルは活動性の低いRAよりむしろ活動性の高いRAに近いことが判明した。これは活動性の低いRAという群が治療に成功してきた例であり,治療薬にも有効であった例を多く含んでいるという臨床背景を考えればむしろ自然な結果であり,さらに我々が過去に実施したOA滑膜器官培養で多くのIL-6産生を検出したことも裏付けられた.また本結果は,これまで行われてきたOA vs over all RAという単純比較解析がナンセンスであり,RA症例内層別化解析の妥当性を支持しており、現在病態に関わる遺伝子群の解析を進めている.本研究の目的は,膠原病各疾患により特異的な治療法を確立することにより,既存の治療法が有する,感染症・悪性腫瘍のリスク等のデメリットを克服することである.申請者は関節リウマチの線維芽細胞側の責任因子を網羅的に解析しGM-CSFを抽出した.その中和は,別途申請者らが偶然発見したRA間質性肺炎モデルマウスにおいて顕著な治療効果を示すことを証明した.本法は関節リウマチに対する新規治療法として期待できる.本研究の目的は,膠原病各疾患の病態学的特徴に基づく,より特異的な治療法を確立することにより,副腎皮質ホルモン剤・非特異的免疫抑制剤・生物学的製剤等既存の治療法が有する感染症・悪性腫瘍のリスク増大,代謝系への悪影響を減じ,かつコストパフォーマンスの高い新規の治療法を確立することである.申請者らは最初のターゲットとし関節リウマチの非免疫細胞側(線維芽細胞側)の因子を解析するため,変形性関節症(OA)および活動性層別化関節リウマチ(RA)滑膜線維芽細胞株を用いたマイクロアレイ解析を行った.特により炎症活動性の高いRA滑膜線維芽細胞に特異的な遺伝子を網羅的に検索したところCSF2が抽出された.これはGM-CSFの遺伝子であり,近年IL-17に代わってその自己免疫疾患の炎症の原因として注目されているサイトカインである.申請者らは別途偶然に発見していたRA間質性肺炎モデルマウス(SKG-zymosan)においてGM-CSF, IL-17, IL-6各サイトカインの中和による治療効果を比較した.驚くべきことにGM-CSFの中和は本間質性肺炎および関節炎を治療できるのに対し,IL-17中和には全くその効果が無いことが判明した.またIL-6中和はGM-CSFより弱い治療効果を示した.本研究の結果は,最近注目されている抗IL-17抗体治療よりも抗GM-CSF抗体治療が,関節リウマチ関節炎病態のみならず,より難治性で治療法に苦慮する間質性肺炎にも有効な治療法となり得ることを示唆しており,本抗体を用いた臨床治験を積極的に勧める有力なエビデンスとなる.本研究の目的は,膠原病各疾患の病態学的特徴に基づく,より特異的な治療法を確立することにより,副腎皮質ホルモン剤・非特異的免疫抑制剤・生物学的製剤等既存の治療法が有する感染症・悪性腫瘍のリスク増大,代謝系への悪影響を減じ,かつコストパフォーマンスの高い新規の治療法を確立することである.最初のターゲットとし関節リウマチを選択し研究中である。現在までに、変形性関節症(OA)および層別化関節リウマチ(RA)滑膜線維芽細胞株のマイクロアレイ解析を行っている。本研究では特により炎症活動性の高いRA滑膜線維芽細胞に特異的な遺伝子を網羅的に検索するため,RA活動性を臨床的にスコア化した手術由来滑膜線維芽細胞株を用いて層別化し,OA=6例,RA0=6例,RA3=3例,RA4=3例,計18症例由来滑膜線維芽細胞株を選定し,各群のRNAをコンポジットした上でAgilent社のアレイ解析結果を得ている.その解析の結果驚くべき事に,OAの遺伝子プロファイルは活動性の低いRAよりむしろ活動性の高いRAに近いことが判明した。

これは活動性の低いRAという群が治療に成功してきた例であり,治療薬にも有効であった例を多く含んでいるという臨床背景を考えればむしろ自然な結果であり,さらに我々が過去に実施したOA滑膜器官培養で多くのIL-6産生を検出したことも裏付けられた.また本結果は,これまで行われてきたOA vs over all RAという単純比較解析がナンセンスであり,RA症例内層別化解析の妥当性を支持しており、現在病態に関わる遺伝子群の解析を進めている.より炎症活動性の高いRA滑膜線維芽細胞に特異的な遺伝子を網羅的に検索するため,関節リウマチ(RA)活動性を臨床的にスコア化し、各症例から得られた滑膜線維芽細胞株を用いて層別化し,アレイ解析に供した。すでにプレリミナリー解析として,OA=6例,RAO=6例,RA3=3例,RA4=3例,計18症例由来滑膜線維芽細胞株を選定し,各群のRNAをコンポジットした上でAgilent社のアレイ解析結果を得ている。現在その詳細を解析中であるが、驚くべき事にOAの遺伝子プロファイルは活動性の無いRAよりむしろ活動性の高い亜RAに近いことが判明し、解析を継続する意義が高いことが予想できるから。25年度が最終年度であるため、記入しない。より炎症活動性の高いRA滑膜線維芽細胞に特異的な遺伝子を網羅的に検索するため,関節リウマチ(RA)活動性を臨床的にスコア化し、各症例から得られた滑膜線維芽細胞株を用いて層別化し,アレイ解析に供した。すでに,OA=6例,RA0=6例,RA3=3例,RA4=3例,計18症例由来滑膜線維芽細胞株を選定し,各群のRNAをコンポジットした上でAgilent社のアレイ解析結果を得ている。●層別化RA滑膜線維芽細胞株間の遺伝子発現解析現在RAO vs RA3かつRA4という数式を用いて,変化量および変化率の高い遺伝子を約100個抽出している.その中にも未報告の特徴的な遺伝子群を見いだしており,それらを含めて約40個の遺伝子に絞って(Q-PCRによるvalidationを行う.●抽出された遺伝子群の機能解析Validationで再確認された遺伝子を購入もしくはそのcDNAをcloningし,レトロウイルスベクターを用いてgain of functionをストックしている線維芽細胞を用いて,steady stateおよびLPS,IL-17,TNF-alpha刺激下における増殖能への影響および炎症性サイトカイン・ケモカイン・プロテアーゼ誘導能を指標にスクリーニングし,最も本質的な遺伝子を同定していく.25年度が最終年度であるため、記入しない。●層別化RA滑膜線維芽細胞株間の遺伝子発現解析現在RA0 vs RA3かつRA4という数式を用いて,変化量および変化率の高い遺伝子を約100個抽出している.その中にも未報告の特徴的な遺伝子群を見いだしており,それらを含めて約40個の遺伝子に絞ってQ-PCRによるvalidationを行う.
永久磁石を用いた分割磁極型同期モータの実用化に関する研究

本研究課題は,同期モータの回転子側に複数個に分割された永久磁石を用いた新たな二次構成を提案し,三次元の数値シミュレーションと実験による詳細な検討をおこなうことで,提案構成の有効性を確認すると共にその実用化を図ることを目的とした。回転子側に分割磁極を採用する理由は,それらの適切な配置によって特定の高次空間高調波磁束の削減を図ると同時に,磁石間に同期モータとして有用な制動導体を設けるスペースを確保するためである。制動導体は静止時には始動トルクを発生し,定常運転時には乱調防止に働く。回転子側の形状最適化に際しては,既存の有限要素法に加えて我々が過去十数年近くにわたって研究開発を続けてきた有限要素・境界要素併用法を適用し,また得られた構成の有用性は試作機を用いた特性実験により検証した。初年度には,比較的製作が容易なリニア同期モータによる実験をおこなうことで提案モータの諸特性の大要を把握したのち,構造上の都合によって必然的に生じる垂直力と短効果の対策に関する検討をおこなった。最終年度には,提案二次構成を回転実機に適用することで,初年度に問題となった垂直力と短効果の除去を図った。2ヶ年の成果を以下にまとめる。1.数値解析により空間高調波磁束の削減率を導き,提案構成の妥当性を確認した。また,磁石の分割による空隙磁束の低下は,強力な希土類磁石を用いることで補えることを指摘した。2.磁石の分割に伴って生じたスペースに塊状導体を設けることで,乱調防止効果の向上を図ることができた。また,磁石の分割が進むにつれ,より良好な乱調防止効果が得られるという結論を得た。3.三次元の数値解析に回路方程式と運動方程式を連成することで,解析精度を高めることができた。以上,全研究期間を通して所望の成果を挙げることができた。本研究は,リニアモータ・回転モータへの応用を前提とした永久磁石型分割磁極方式の開発を目的としている。磁極を複数個に分割する理由は,それらの適切な配置によって空間高調波磁束の削減を図ると同時に,同期モータとして有用な制動導体を設けるスペースを確保するためである。本研究においては,磁極側の形状最適化に電磁界数値解析技術を適用し,また,得られた構成の有用性は試作機による実験で検証している。本年度の研究としては,はじめに比較的製作が容易なリニア同期モータを用いて実験を行うことで提案モータにおける諸特性の大要を把握したのち,リニアモータは垂直力と端効果の悪影響が大きいことを考慮して,回転モータによってリニアモータ同様の検討をおこなった。得られた成果を以下に示す。1.解析により空間高調波磁束の削減率を導き,提案構造の妥当性を確認した。また,作成の容易性やコストの面での都合などを考慮して4分割型が適当であることを示した。なお,磁石の分割による磁石量の減少は空隙磁束の低下につながるが,強力な希土類磁石を用いることでこれを補うことができることを指摘した。2.磁石の分割に伴って生じたスペースに塊状導体を設けることで,乱調防止効果が向上することを解析と実験により確認した。3.二次側導体単体による始動推力特性を解析によって求め,試作機を用いた実験により誘導始動の効果を確認した。また,磁石を塊状導体の中に埋め込むことによって導体中に空洞ができ,この部分において端効果が生じて推力の低下を招くが,誘導推力は導体の全体量に依存することを指摘した。以上,本年度は研究期間を通じて予定通り研究を進めることができた。

本研究課題では,同期モータの回転子側に複数個の永久磁石を採用した新たな二次構成を提案し,数値解析と実験による詳細な検討をおこなうことで,提案構成の有効性を確認するとともにその実用化を図ることを目的としている。回転子側に複数個の磁石を採用した理由は,それらの適切な配置によって特定の高次空間高調波の削減を図ると同時に,各磁石間に同期モータとして有用な制動導体を設けるスペースが確保できるからである。実機の解析に際しては,既存の有限要素法に加えて我々が過去十数年近くにわたって研究開発を続けてきた有限要素・境界要素併用法を適用しており,また解析結果の信頼性は試作機を用いた特性実験により確かめる。本年度の研究においては,初年度のリニア型でその有効性の確認をおこなった二次構成を回転実機へ適用することで,初年度に問題となった一次固定子と二次走行子間の吸引力の相殺を図る。また,空隙長を狭めることによってリニア型では微弱であった誘導作用による自己始動や制動効果の増大を達成する。得られた結果を以下に示す。1.初年度に導いた提案二次構成の有効性を回転構造で再確認するとともに,製作の容易性や経済性などを考慮して四分割型が適当であることを示した。2.解析手法に回路方程式と運動方程式を連成することで,解析精度を高めることができた。特に,制動導体による過渡特性を調べることで,誘導推力が導体の全体量に依存することを指摘した。3.始動時に二段階の周波数を供給することで,負荷の状態に応じた滑らかな同期化制御を実現し,今後の運転目標に向けた新たな方針を立てることができた。以上,初年度に引き続き,本年度にも予定通りに研究を進めることができた。
規則的な器官原基形成位置決定と形成方向の制御に関連する細胞増殖とプログラム細胞死

本研究は、文部省科学研究費補助金(基盤研究C)課題番号(09660330)(平成9年度から平成11年度)を受け、研究課題[規則的な器官原基の形成位置決定と形成方向の制御に関連する細胞増殖とプログラム細胞死]について主に研究を行ったものである。本研究では、特に上皮・間充織間相互誘導現象のみられる発生器官における器官形成に注目し、特異的な機能分化を伴って形成される規則的な構造の配列パターンや調和のとれた成長方向の制御系についてマウスの口蓋ヒダおよびウシの第一胃乳頭およびウシの口蓋ヒダの器官形成系および一部、機能分化に関連した実験はマウスの腸管の発生系をモデルとして調査を行った。また、これら発生系における形態形成は、これまでの研究から器官を構成する細胞外基質分子、細胞間接着分子あるいは基底膜に存在するインテグリンなど細胞と間充織分子を結ぶ接着分子、細胞内骨格分子などの合成と代謝などが複雑に関わり合いながら(J.Vet.Med.Sci., 1997, 1999)、器官を構成する上皮細胞同士あるいは上皮細胞と間充織細胞間で連絡を取り、特定の遺伝子を発現し、さらにそれぞれの細胞に特異的な分子の合成分泌および細胞周期などを調節し、調和のとれた発生が進められていることが改めて確認された。また、本研究は細胞周期の変化に特に注目し、細胞周期に深く関与している細胞増殖とプログラム細胞死について加えて調査を行った。その成果として、消化器系器官における正常発生系にみられる規則的な器官形成開始部位の決定と細胞周期の調節系あるいは細胞周期と細胞分化の調節機構の関連性の一部が解明された。Immunology, 1999,投稿準備中)。また、これらの発生系を用いた実験を進める上で必要である器官培養系の確立と細胞周期と細胞分化に関連する因子のmRNAレベルでの検出手法のめどを確立することができた。本研究では、特定の器官構造形成における構造の初期位置決定に上皮のプラコード領域での限られた細胞増殖性とプログラム細胞死が影響している可能性を想定し、これらの点を明らかにすることを目標とした。これまでの研究と本研究の第一段階において、上皮・間充織複合器官では上皮細胞の増殖性とプログラム細胞死は特定の細胞外基質分子の時間的・空間的発現性の変化によって調節されている可能性が明らかになった(Takanosu,Amasaki et al.,1997)。ついで、本研究の初年度である第一段階において、in vivoでのプラコード領域における詳細なプログラム細胞死の頻度を計測した。その結果、プラコードの形成がアポトーシス化した細胞の限局的な発現を伴って生じていることを明らかにした(投稿準備中)。しかし、実験の時間軸の更なる厳密さとコントロール性を確立するためにマウス口蓋ヒダにおける同組織の器官培養を試みた。その結果なんとか器官培養が可能な目途が立ち、その後のBrdUなどの投与実験が可能になるための実験準備が完了した。従って、次年度以降、本格的なin vitroでの実験に移行する予定である。本研究では、特定の器官構造形成における構造の初期位置決定に上皮のプラコード領域での限られた細胞増殖性とプログラム細胞死が影響している可能性がこれまでの研究によって明らかになってきている(Takanosu,Amasaki etal.,1997)。また、この時に上皮側の細胞において特異的な細胞内骨格分子の発現が関わっていることが明らかになった(Amasaki,Takanosu et al.,1999)。

さらに、本研究の初年度および第2年度である第一段階および二段階において、in vivoでのプラコード領域における詳細なプログラム細胞死の頻度などから、プラコードの形成がアポトーシス化した細胞の限局的な発現を伴って生じていることが明らかになり(投稿準備中)、加えてこの初期プラコード領域では細胞増殖は抑えられ、アポトーシス細胞数は増加するがproliferating cell nuclear antigen(PCNA)は多量に発現している結果を得た。そこで、最終研究年度では、器官培養実験を加えて、この初期プラコード上皮細胞中で行われている特定の遺伝子制御機構に関連する分子の検索を行う。これらの実験によってマウス口蓋ヒダ形成に関わる特定のヒダ状構造形成部位の位置決定要因を明らかにする予定である。本年度の研究は、これまでの3年間の研究の最終段階にあたり、上皮・間充織間相互誘導下にある発生器官の形成過程で完成される特異的な器官構造の配列性に対して強く影響をおよぼしていると考えられる突出や陥入構造などの形成位置の決定機構やその後進行する調和のとれた成長方向の調節機構を明らかにする目的で、これらの器官形成の調節系と細胞周期の関連性について特に注目して実験を進めた。実験モデルとしては、器官構造の決定に直接関連する実験にはマウスの口蓋ヒダおよびウシの第ー胃乳頭およびウシの口蓋ヒダの器官形成系を用いた。また、機能分化に関連する実験については、一部マウスの腸管の発生系をモデルを加えて実験を進めた(lmmunology,1999)。規則的な構造配列と特異的な様々な機能分化を示す消化器系器官における形態形成は、細胞増殖とプログラム細胞死を介した細胞周期の調節系によって直接的な影響を受けていることが予想されたが、本研究ではさまざまな視点から細胞周期に直接関与すると考えられる因子について調査を加えた。さらに、本研究の発生系における器官形成の時間的空間的臨界期において特に強く関与している因子が発見された場合、それらの因子はさらに直接的な影響性についてマウスの口蓋ヒダの器官培養系を用いて調査する予定であったが、この点のみ十分に満足にいく結果が得られなかった。しかし、Invivoのマウスの発生系における上皮・間充織複合器官である消化器系の形成過程において特異的な機能分化を伴った構造決定現象に上皮細胞の細胞周期関連因子が深く関与していることが本研究によって明らかになった(投稿準備中)。
カーネル法を用いた学習アルゴリズムの情報論的解釈と発展

混合モデルはクラスタリングや確率密度推定に用いられる学習モデルである。既存の凸クラスタリング法やカーネルベクトル量子化を含む統一的な学習法を導出し、歪み有りデータ圧縮の限界を示すレート歪み関数を求める最適化問題と捉えられることを示した。これまで評価が与えられてこなかった複雑な歪み尺度に対するレート歪み関数に対する評価を与えた。また、最小の符号長からの損失分で測られる逐次予測の精度について、混合モデルにより最適解を効率良く近似する手法を与えた。混合モデルの既存の学習法である凸クラスタリング法やカーネルベクトル量子化を含む統一的な学習法を提案し、その有効性を数値実験により検証した。この学習法がレート歪み関数を求める最適化問題と捉えられることを示し、レート歪み関数と学習法の汎化性能の関係を数値的に考察した。さらにガンマ情報源と対数絶対損失による歪み尺度に対するレート歪み関数の評価を行った。一般にレート歪み関数の評価にはシャノンの導出した下界が重要な役割を果たすが、下界と等しくならない場合の厳密な評価はごく限られた例に対してのみ与えられていた。本研究では、対数絶対損失に対するレート歪み関数を求める問題が、その中の一例に帰着できることを示し、ガンマ情報源に対してレート歪み関数の厳密な評価を与えた。ガンマ分布は神経科学におけるスパイク間隔や音声信号処理におけるパワースペクトルなどの分布として広く用いられている。対数絶対損失による歪み有りデータ圧縮はラプラシアンカーネルを用いたベクトル量子化法に対応する。ガンマ情報源に対するレート歪み関数の導出過程から、量子化のための最適な再構成分布が離散成分と連続成分からなることが示された。また、ユニバーサル符号化において符号長の損失分の最悪値を最小化する正規化最尤符号に関して、それを近似する漸近的ミニマックス性の達成条件を考察した。ヘルシンキ大学計算機科学部に短期滞在し情報交換を行い、多項モデルなどの学習モデルについて達成条件を示し、数値実験による検証を行った。前年度に提案された凸クラスタリング法やカーネルベクトル量子化を含む統一的な学習法について、引き続きその有効性の数値実験による検証を行った。前年度において、この学習法はレート歪み関数を求める最適化問題と捉えられることが示された。この解釈に基づき混合正規分布を情報源としたときのレート歪み関数を求め、情報源から生成されたデータを用いて求めたレート歪み関数との比較を行った。前年度に得られたガンマ情報源と対数絶対損失による歪み尺度に対するレート歪み関数の評価を、広い情報源のクラスに一般化した。ガンマ分布やワイブル分布は神経科学におけるスパイク間隔や音声信号処理におけるパワースペクトルなどの分布として広く用いられている。ガンマ情報源に対するレート歪み関数の導出を一般化することにより、多くの情報源について、対数絶対損失による歪み有りデータ圧縮では、最適な再構成分布が離散成分と連続成分からなることが示された。さらに、絶対損失の一般化であるイプシロン不感応損失についてレート歪み関数の下界および上界評価を与え、近似計算法を導出した。前年度に引き続き、ヘルシンキ大学計算機科学部の研究グループと情報交換を行い、強い意味での漸近的ミニマックス性を達成するためには、データ数の知識が必要であることを示し、数値実験による検証を行った。有限混合分布の学習においては混合数を適切に決めることが必要となるが、混合数自体もデータから推定するアプローチの一つとして、混合分布を構成する重み分布に連続分布を含む一般の分布を仮定したノンパラメトリック推定法がある。最尤推定を用いたこの枠組みでは、最適な重み分布が離散分布で与えられること、およびそのサポートの数が学習データ数以下になることが示されている。しかしながら、最尤推定の性質上、与えられたデータに過学習することが起こりやすい。本研究では、最尤推定における対数尤度関数を一般化した目的関数を構成し、その最小化による推定法を提案した。この目的関数は一つのパラメータを持っており、パラメータが無限大の極限ではカーネルベクトル量子化法の目的関数に一致する。この統一的な目的関数について、離散分布の最適性を示し、それを求める学習アルゴリズムを構成した。また、レニーダイバージェンスやガンマダイバージェンスなどの確率分布間のダイバージェンスの最小化との関係を明らかにした。最尤推定からの偏りと推定の分散を考察し、平均汎化誤差の意味で最適なパラメータの学習データ数に関するオーダーを評価した。人工データを用いた数値実験により、パラメータを調整することで最尤推定の場合に比べて汎化誤差を改善できることが示された。

混合モデルはクラスタリングや確率密度推定に用いられる学習モデルである。前年度までに提案された凸クラスタリング法やカーネルベクトル量子化を含む統一的な学習法について、論文誌上での発表を行った。これまでの研究において、この学習法はレート歪み関数を求める最適化問題と捉えられることが示された。外れ値に対する頑健性のために用いられるイプシロン不感応損失関数についてレート歪み関数の下界および上界評価を与えた。イプシロン不感応損失の重み付け和を最小化する方法を構成し、対応する雑音モデルの混合モデルの学習法を導出し、レート歪み関数の近似計算法を導出した。変分ベイズ法はベイズ推定の効率的な近似法として広く用いられている。特に、データの背後にある潜在的な要因を疎に推定する問題として、近赤外拡散光断層撮影において関連度自動決定を用いた場合や、Webなどの文書解析や購買データの解析法として用いられる潜在ディリクレ配分法に関して、変分ベイズ法の目的関数の振る舞いを詳細に解析し、疎な推定結果が得られる事前分布の設定を明らかにした。また、逐次的に与えられるデータに対し適応的に予測を変化させていく枠組みであるオンライン学習について、データセットの出方についての損失の最悪値によって評価される精度の最適値を効率よく近似する漸近的ミニマックス性の達成条件を考察した。離散データの生成モデルである多項モデルにおいては、漸近的ミニマックス性を達成するためにはデータ数の知識が必要であることを示し、データ数に対する単純な依存性を持つ共役事前分布を用いたベイズ予測により、漸近的ミニマックス性が達成できることを示した。統計的学習理論、機械学習混合モデルのノンパラメトリック学習法に対するレート歪み理論による解釈を与え、さらにレート歪み関数の厳密評価が可能となる例を与えた。漸近的ミニマックス性は正規化最尤符号を簡単な計算法で近似するための基礎となる。その達成条件の精緻化とそれに基づく学習モデルの選択法の構成について検討している。混合モデルのノンパラメトリック学習法に対するレート歪み理論による解釈の検証を進め、さらにレート歪み関数の厳密評価の一般化を与えた。また、絶対損失に関するレート歪み関数の評価をイプシロン不感応損失に一般化し、シャノンの下界の達成条件を示すことができた。その達成条件の精緻化に部分的に成功している。上記の学習法について、真の分布のべき乗に比例する分布からのレニーダイバージェンス最小化という情報論的解釈を与えており、汎化誤差の定量的評価を学習データ数に関するオーダーにより与えている。この解釈を用いた学習法の最適設計や汎化誤差のより詳細な評価などが残されており、現在検討している。今後はより多様な歪み尺度についてレート歪み関数の評価を検討する。正規化最尤法の近似概念としての漸近的ミニマックス性の達成条件の精緻化を考察し計算機実験による検証を行う。
細胞サイズのリポソームを用いたマイクロファクトリー

初年度・前年度は細胞サイズのリポソームに対し制御因子のみを直接リポソーム内に入れる方法を実験的に確認した。本年度はこの方法を利用して、人工細胞系への遺伝子やタンパク質等のデリバリーの実験を行っている。効率などに関し生細胞と比較検討を行い、アルギニンペプチドにおける取り込み経路の生体反応依存性と物理化学的作用による膜透過との関連を明らかにした。上記の研究と並行して、コイル状態のDNAを光トラップする研究を実施した。ここで扱うDNA分子は長さが166Kbpの非常に大きいDNAである。コイル状態のDNAは通常条件下での水溶液では光トラップが出来ないとこれまで報告されていたが、今回、光トラップできる実験系を確立した。この実験を通じて、光トラップされたコイルDNAの状態を蛍光顕微鏡で一分子観察し、その経時変化を解析した。概要を簡潔に説明すると、トラップされたDNAは焦点上で圧縮されてトラップされているが、このトラップされた状態がきつく折りたたまれたグロビュール状態なのか、コイル状態のまま圧縮されているかを確認した。解析の結果、レーザーをOFFにした後の膨張過程が、コイル状態の膨張と定性的に一致しており、レーザー焦点に閉じ込められたDNAはコイル状態を保ったまま圧縮されている事が確認された。次に、フリーのDNAとトラップされたDNAを比較して、運動モードに変化があるかを測定した。これは、最近発表された理論の論文に対する検証実験となっており、傾向が定性的に説明できるという結果を得た。このDNAの光操作の研究に関して論文を投稿・査読中である。本研究の目的は細胞サイズの脂質膜ベシクル(リポソーム)を用いたマイクロファクトリーの実現である。本年度の研究では、水溶液中において脂質二分子膜で外界から守られているリポソームに対し、任意の物質をその中に入れる研究を行った。具体的には膜透過性の合成ペプチドを対象物質に結合させることで、膜透過能を物質に持たせている。実験により、GFP等の膜を透過しにくい親水性め巨大タンパク質がリポソーム内に到達することを確認した。また、その膜透過の際のリポソームに対するダメージは形態的には現われておらず、ベシクル内部を保護したままの物質導入に一歩近づいた。以上の研究は、共同研究者と共に論文作製中である。この研究の今後として、凝縮転移によって小さく粒子化したDNAとこの種のペプチドとの複合体を合成し、あらかじめ転写・発現能力を内部に持たせたリポソームに対しての遺伝子導入を計画している。上記の研究とは別に、微小粒子(コロイド)の操作に関しての研究を行った。一般に、コロイドは溶液組成を変化させる事で凝集・沈殿することが出来る。これに対し、自発的な凝集条件ではない(近い)溶液に対し、レーザートラップによる局所的な引力を利用すれば、その点に凝集体を作ることができる。今回、実験条件を上手く調節することで、不規則な凝集体ではなく直線状に連なったものが出来るという事を見出した。この研究は、共同研究者とともに論文発表されている。また、生成過程をコンピュータシミュレーションし、詳細な検討を行った論文を投稿中である。本研究の目的は、細胞サイズスケールの脂質膜小胞(リポソーム)を用いたマイクロファクトリーの実現である。本年度は、異なる溶液へ細胞サイズのリポソームをレーザーによって輸送することで、外界の環境を変化させ、リポソーム内の溶液の透析と漏出を起こさせる系を確立した。これは顕微鏡上で細胞サイズリポソームを試験管として扱う際の、重要な基本操作となる。一方で、微小粒子(コロイド)の操作に関しての研究、及び、レーザーを使った生細胞への遺伝子導入の研究を併せて行い、いずれも論文として出版された。前者はコロイド粒子の接触相互作用がsticky(くっつきやすい)である場合に、集光レーザーによってコロイド粒子が直線状に連なった集合体を自発的に形成するという内容であり、外場を用いたナノ粒子の規則的なアセンブリングを実現した。この方法はナノテクノロジーでの応用も期待される。後者は遺伝子導入の研究に於いて新たな手法を提示した。原理的には遺伝子群をまとめて導入できるこの手法は、今後の研究で大いに発展する可能性がある他、リポソームへのデリバリーという観点からも期待される。これらは、論文と共に、学会紀要や日本語総説などで、それらを補足する内容を掲載・掲載予定である。また、気水界面にレーザーで局所加熱を行うことによりマイクロメーターサイズの水蒸気の非平衡場が形成され、微小水滴の成長と消滅が再現良く繰り返されるという現象を発見した。この現象を解析した論文を作成し投稿中である。これらとは別に、レーザーを用いた高分子の操作方法に関して特許を出願し、この内容に関して現在論文準備中である。