hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ヒト歯髄幹細胞による細胞シートを用いた再生医療の実現に向けた基礎的研究

次にこの歯髄幹細胞を骨誘導培地にて培養することにより、その表現型の変化を経時的に観察し骨芽細胞の特徴を形態学的に確認し、さらに、骨芽細胞の分化マーカーの遺伝子発現をRT-PCRにて検討を行った。また、この歯髄幹細胞から細胞シートの作製条件の検討を行った。抜歯した智歯から歯髄幹細胞の分離培養は比較的容易に行うことが可能であり、この歯髄幹細胞を免疫染色により間葉系幹細胞のマーカーであるSTRO-1の発現していることが示された。骨への分化誘導因子の存在下に歯髄幹細胞を培養すると骨および歯関連遺伝子の発現を認めた。さらに細胞シートの作製条件を検討したところ、歯髄幹細胞を34週間培養することによりシート状を呈することが示された。これらの結果から、智歯歯髄から幹細胞を分離・培養が可能であり、骨誘導培地で培養することにより骨芽細胞の分化マーカーの遺伝子発現を示すこと、歯髄幹細胞による細胞シートの作製が可能であることから、骨欠損部の再生医療として歯髄幹細胞による細胞シートの有用性が示唆された。次年度において、歯髄幹細胞による細胞シートの特性について免疫組織学的に検討し、さらに臨床応用に向けて動物モデルにて骨再生の可能性について検討を行う予定である。歯髄幹細胞による細胞シートの作製は比較的容易であり、また、分化誘導法においてもこれまでわれわれの研究グループで開発してきた誘導方法を参考にすることにより、細胞シートの誘導条件の設定も可能であった。また、軟骨および神経細胞シートの特徴を検討する際にも予想通りの結果を得ることができたため、当初の計画通りにほぼ順調に研究は進展している。研究で利用できる抜去智歯は多く、抜去歯から歯髄幹細胞も比較的容易に分離・培養が可能であった。また、細胞シート作製条件もほぼ設定できたため、当初の計画通りにほぼ順調に研究は進展している。本年度において、骨再生を可能とする細胞シートを作製した。また、軟骨および神経に誘導した細胞シートも作製した。今後としては、まず、軟骨、神経に誘導した細胞シートにより生体内で軟骨・神経が再生し得るかについて検討を行う。神経については、組織学的な再生のみならず、機能的な面でも検討を行う予定である。歯髄幹細胞による細胞シート作製が可能であることが本年度において証明できた。今後の研究では、本年度の研究結果をもとに免疫組織学的に細胞シートの特性を検討し、さらに細胞シートの臨床応用に向けて動物による組織欠損モデルにて行う予定である。動物実験は多くのマンパワーを要するため、研究協力者である大学院生の協力にて対応します。また、円滑に研究を進めていくために十分に研究計画および日程を調整する予定である。次年度においては、動物実験により細胞シートの有用性を証明するため、動物実験に必要な器具や薬品、また、組織学的検討が主となるため、パラフィン切片作製のための薬品、免疫染色に必要な薬品および抗体等の購入に使用する予定である。また、これらの研究成果発表を国内外にて、また研究打ち合わせを国内にて行う予定であるためその旅費にも利用する。
Alcadeinによる膜小胞輸送制御機構と神経変性疾患

Alcadeinは、Alcα、Alcβ、AlcγからなるI型膜タンパク質ファミリーで、神経系に強く発現する。Alcの細胞質ドメインは、キネシン-1モーターの軽鎖(KLC)に結合するWDモチーフを含み、キネシン-1に結合し軸索内の順行輸送を受ける。一方、家族性アルツハイマー病の原因遺伝子の1つであるAPPもJIP1bを介してキネシンに結合し、AlcとAPPは共にキネシン-1のカーゴ受容体であると考えられている。APPとAlcの均衡の取れた輸送が両タンパク質の代謝安定化に必要であり、輸送バランスの喪失は、アルツハイマー病の発症に関わるAPPの代謝産物βアミロイド(Aβ)の産生増を引き起こす。従って両タンパク質の輸送・代謝制御機構の解明は、神経機能と神経変性疾患の発症機構を明らかにする上で重要である。APPとAlcadeinはゴルジ体でX11Lの制御下に結合していると考えられている。両タンパク質は、それぞれ別の膜小胞としてbuddingしキネシン-1による順行輸送を受ける。APPが比較的安定的に順行輸送を受けるのに対し、Alcは輸送途中でセクレターゼによる切断を受けやすい事が明らかになった。Alcが過剰な状態ではAPP小胞の順行輸送が阻害され、アミロイド生成的な代謝が増加した。AlcはAPPと同様の代謝を受ける事が判明し、その代謝産物がAPP輸送に影響を与えている可能性がAD患者で考えられた。AD患者のCSF中のAlc代謝産物は、健常人に比較して変化が認められた。本研究はAlcの輸送変化とそれに伴う代謝変化がAPPなど他のカーゴの輸送及び代謝に影響を与え神経変性疾患の引き金になる可能性を示唆する。新規キネシン-1カーゴ受容体Alcadein(Alc)が、キネシン-1モーターを活性化する仕組みを解明し、Alc膜小胞カーゴが順行輸送される制御機構を解明する為に以下の実験を行った。(1)KLC側の結合サイトを、KLC欠失変異体とAlcのKLC結合WDモチーフのpull-downアッセイにより同定した。結合による機能発現は、EGFP-Alcが正しい速度で細胞内順行輸送されることを全反射顕微鏡を用いて確認した。。(2)Alcの細胞質ドメイン欠失変異体とKLCを発現した神経細胞で、GFP-KHCの小胞輸送を全反射顕微鏡で解析する実験を行い、Alcのキネシン-1活性化領域の同定を試みた。(3)ゴルジ体ではAlcとAPPはX11Lを介した複合体を形成しているが、X11Lの解離によりそれぞれ独立した小胞としてbuddingする。予備的な解析からAlcの代謝産物であるAlc細胞質ドメイン断片(AlcICD)を人工的に多量に発現した場合、Alc小胞およびAPP小胞のbuddingを促進させる結果を得た。これらの成果は、Alcが小胞機能において果たす役割を解明すると同時に、その代謝産物が新たな膜小胞輸送を制御している事を示唆するモノであり、引き続き平成22年度に解析を継続し、Alcが小胞輸送制御に果たす分子機構の解明に取り組む。
留学生の文章産出時における辞書使用の実態調査-言いたい日本語はどう見つけるか-

世界各国・地域から日本の大学に留学し、日本語を学習している学習者(東京外国語大学留学生日本語教育センター「全学日本語プログラム」(JLPTUFS)の受講者)を対象に、いつ、どのような辞書を、どのように使用しているのかについて、アンケート調査(117名)およびインタビュー調査(8名)を行い、その辞書使用についての実態を明らかにした。日本語学習者の文章産出時の「辞書」使用に関しては、そのスキルを養成すること、および辞書には良質かつ十分な例文を掲載することの2点が必要であるという結論を得た。本研究は、世界各国・地域より日本の大学に留学し、日本語を学習している学習者を対象に、その文章産出時における「辞書使用」についての実態調査を行い、「留学生は、言いたい日本語をどう見つけるのか」を実証的に探ることを目的としている。具体的には、「全学日本語プログラム」(東京外大における非正規生を対象とした日本語プログラム)の受講者を対象に、留学生がいつ、どのような辞書を、どのように使用しているのかについて、アンケート調査およびインタビュー調査を行い、その辞書使用の実態を明らかにする。平成22年度の研究実績は以下の通りである。○春学期46月アンケート内容検討・アンケート用紙作成(日本語および英語翻訳を並記)7月パイロット調査実施(東京外国語大学「全学日本語プログラム」受講者対象)7月調査概要について研究発表・論文発表(2010世界日本語教育大会(於台湾国立政治大学))8月研究成果中間報告(第8回日本語教育研究集会(於名古屋大学))○秋学期910月パイロット調査の結果を受け、アンケート改良版作成2月本調査実施パイロット調査を経てアンケート調査用紙を完成し、「全学日本語プログラム」受講生を対象に本調査を実施した。様々な母語背景を持つ、世界各国・地域からの約110名の日本語学習者(初級超級レベル)から回答を得ることができ、大学で日本語を学ぶ留学生の辞書使用の実態をつかむことができた。次年度は結果についての詳細な分析を行い、今後、日本語学習者の文章産出を効果的に支援するために求められる点を明らかにする。平成23年度は、平成22年度に行ったアンケート調査の結果を分析し、さらにインタビュー調査を行い、その辞書使用の実態を詳しく調査した。○春学期47月アンケート結果の集計と分析78月インタビュー調査実施(アンケート調査回答者のうち協力の承諾を得られた中から)8月調査結果について概要報告(第9回日本語教育研究集会(於名古屋大学))8月調査結果について研究発表(ICJLE2011世界日本語教育研究大会(於天津外国語大学))○秋学期910月調査結果について報告論文(『東京外国語大学留学生日本語教育センター論集』第38号)11月インタビュー調査結果まとめ12月1月アンケート調査の翻訳版作成(タイ語版・アラビア語版)2月研究報告(鹿児島日本語教育研究会平成23年度第2回例会(於鹿児島大学)23月研究成果報告書まとめ日本語学習者の「辞書」使用をめぐっては、教育の実践面およびリソース作成面の両側面から考えることが必要であるとの結論を得た。1つは学習者の自律的学習の確立に向け辞書使用のスキル養成を具体的にカリキュラムの中に組み入れること、もう1つは辞書の例文提示のさらなる工夫という点である。学習者が日本語を使って何ができるのかを示す「Can-do statements」には、書く活動に関わる方略として、中級レベル以上を目安に辞書に関わる記述を加えることも検討に値すると考える。
多剤感受性大腸菌によるメチシリン耐性黄色ブドウ球菌尿路感染症の駆逐

われわれは、尿路に定着したメチシリン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA)を、多剤感受性大腸菌を接種することにより駆逐できるか、ラットを用いて実験した。方法:ラット60匹を開腹し、膀胱を開いて塊状にした絹糸と伴に10^5個のMRSAを接種し、10日後に多剤感受性大腸菌10^5、10^6、あるいは10^7個を追加接種した。その2あるいは3週間後に開腹して膀胱尿を全量採取して、ブドウ球菌と大腸菌の菌数を算定した。結果:ブドウ球菌接種10日後に膀胱内ブドウ球菌数は約1×10^7個になった。大腸菌を接種した2あるいは3週間後に膀胱内ブドウ球菌数は約1×10^7個で、大腸菌は殆ど定着しなかった。即ち、大腸菌を追加接種しても、膀胱内に定着したブドウ球菌を駆逐できなかった。次に、大腸菌のかわりに緑膿菌を用いて同様の実験を行ったが、緑膿菌もブドウ球菌を駆遂できなかった。今後、メチシリン感受性黄色ブドウ球菌(MSSA)によるMRSAの駆逐を試みる予定である。
細胞外マトリックスによる歯の形態形成の分子機構の解明

歯胚形成には基底膜分子ラミニンと、歯原性上皮細胞の相互作用が必須である。ラミニンは基底膜に存在する分子の一つであり、我々はラミニンα2、ラミニンα5ノックアウトマウスの解析から、これら分子が歯の形態形成に重要である事を明らかにした。しかしながら、上皮細胞側の基底膜分子受容体が、歯の発生においてどめような役割をしているかということは未だ明らかになっていない。インテグリンは、基底膜分子受容体の一つであり、歯胚上皮においてインテグリンα3、α6、β1、β4が特異的に発現している。そこで我々は、インテグリンβ1コンディショナルノックアウトマウスを用いて、歯の発生過程における役割の解明を試みた。歯胚上皮や上皮における主要なインテグリンとはインテグリンα6β1とα3β1である。これまでに、これら二つのインテグリンは歯胚上皮や上皮における細胞接着、細胞増殖、そして幹細胞の生存に関わる事が分かっている。さらに、β1インテグリンは細胞集積と細胞の最終的な分化において特有な役割を持つと考えられている。我々の作成したインテグリンβ1のコンディショナルノックアウトマウスでは、切歯においてエナメル芽細胞の分化の遅延と、局所的なエナメル質形成不全様の部分的白濁が認められた。さらにこれまでの我々の研究より、インテグリンα3β1とα6β1は、ラミニンα3、ラミニンα5鎖と相互作用を示すことが分かっている。今回のインテグリンβ1の歯のフェノタイプはラミニンα3のノックアウトマウスの表現系と類似していたが、ラミニンα5のノックアウトマウスの表現系には類似していなかった。しかしながら、インテグリンβ1とラミニンα5ノックアウトマウスの両方において内エナメル上皮の極性化が弱まっていた。これらの結果から、上皮のインテグリンβ1と基底膜分子の相互作用が内エナメル上皮の分化、特に極性化において重要であることが示唆された。基底膜を構成する細胞外マトリックスの一つであるラミニンについて研究を行った。歯胚の発生初期段階で発現しているラミニンを同定した結果、エナメル形成前の基底膜に存在するラミニンのうち、歯原性上皮細胞が発現している分子はラミニンα5鎖を含むラミニンのみであり、その他のラミニン分子は歯原性間葉細胞あるいは、分化後期のエナメル芽細胞にのみ発現していることが明らかとなった。このことから、初期の歯胚発生過程における細胞増殖・分化誘導に重要なラミニンは、ラミニンα5鎖を含むラミニン10およびラミニン11であることが予想された。そこで我々はラミニンα5ノックアウトマウスを作成し、解析を進めた。そのマウスは胎生致死であり、歯に関しては咬頭形成異常が起こることが明らかとなった。実際、歯原性上皮細胞をラミニン10およびラミニン11でコートした培養皿で培養した際には、その細胞増殖は他の1型コラーゲンやフィブロネクチンと比較して数倍以上もの細胞増殖活性を有することが明らかとなった。一方で、歯原性間葉細胞が発現するラミニン1およびラミニン2でコートした培養皿で培養した際には、歯原性上皮細胞の細胞増殖には全く影響を及ぼさないことが明らかとなった。この結果は、ラミニンα5鎖の欠損マウスの歯の表現系と一致している。このことから、ラミニンα5を含むラミニンは、歯胚の大きさの決定、つまり歯原性上皮細胞の増殖推進の為に必須の分子であることが明らかとなった。次にラミニンを介した細胞内シグナルを解析する目的で、ラミニンの受容体であるインテグリンの欠損マウスを用いた解析を行った。インテグリンβ1分子の欠損マウスは、胎児期に死亡してしまうため、上皮特異的にノックダウンする実験系を用いた。本マウスではエナメル芽細胞の分化が著しく抑制され、細胞の極性決定が遅延する結果が得られた。このことからインテグリン-ラミニンの相互作用が、エナメル芽細胞の分化に必須の相互作用であることが示唆された。

さらにこれまでの我々の研究より、インテグリンα3β1とα6β1は、ラミニンα3、ラミニンα5鎖と相互作用を示すことが分かっている。今回のインテグリンβ1の歯のフェノタイプはラミニンα3のノックアウトマウスの表現系と類似していたが、ラミニンα5のノックアウトマウスの表現系には類似していなかった。しかしながら、インテグリンβ1とラミニンα5ノックアウトマウスの両方において内エナメル上皮の極性化が弱まっていた。これらの結果から、上皮のインテグリンβ1と基底膜分子の相互作用が内エナメル上皮の分化、特に極性化において重要であることが示唆された。
隋唐燕楽歌辞の文学的・音楽学的アプローチによる双方向的研究

本研究は、[1]「敦煌文献中の燕楽歌辞の訳注を作成する」、[2]「林謙三・遠藤徹の研究を最大限活用しつつ、その燕楽歌辞の音楽学的根拠を探る」、[3]「林謙三旧蔵の東アジア音楽研究資料の整理・研究」の三項目に分かれる。[1]については長谷部剛と橘千早で『雲謡集』の訳注稿を作成し、[2]については長谷部が中国語論文「古代日本樂府詩管窺」を発表し、平安期日本に伝来した中国俗楽とその歌辞との関係の一端を紹介した。[3]については、長谷部と山寺三知の共訳編による『林謙三『隋唐燕楽調研究』とその周辺』を刊行したほかには、遠藤徹が林謙三の催馬楽研究を斟酌しつつ、催馬楽資料の新たな発見と研究を進めた。本研究は「隋唐燕楽歌辞の文学的・音楽学的アプローチによる双方向的研究」と題して、日本雅楽資料所載の楽曲と関係する、中国・隋唐燕楽歌辞の研究を中心に研究活動を遂行している。そして、それに際し以下の3項目を立てている。[1]「敦煌文献中の燕楽歌辞の訳注を作成する」、[2]「林謙三・遠藤徹の日本雅楽研究の成果を最大限活用しつつ、その燕楽歌辞の音楽学的根拠を探る」、[3]「林謙三旧蔵の東アジア音楽研究資料の整理・研究」[1]については、2015年度、長谷部剛が「唐代長短句詞『漁歌』の伝来ー嵯峨朝文学と中唐の詩詞ー」と題する論文を発表し、また橘千早が研究の前段階として「唐代俗楽の復元試論」との研究発表を行い、燕楽歌辞の持つ問題を整理した。[2]については、長谷部剛・山寺三知が林謙三『隋唐燕楽調研究』の日本語版を完成させ、また遠藤徹が「日本対唐朝音楽理論的接受与吸収」と題する論文を発表した。[3]については、2016年3月に林謙三旧邸にて林氏旧蔵の日本雅楽資料および東アジア音楽研究に関する原稿を整理した。上欄の【研究実績の概要】は「研究計画調書」に記した内容に添うものである。具体的には、[1]「敦煌文献中の燕楽歌辞の訳注を作成する」を長谷部・橘が推進し、[2]「林謙三・遠藤徹の日本雅楽研究の成果を最大限活用しつつ、その燕楽歌辞の音楽学的根拠を探る」、および[3]「林謙三旧蔵の東アジア音楽研究資料の整理・研究」を長谷部・遠藤・山寺が担当するというものであった。[1]については、2015年度は準備段階に留まっているきらいがあるものの、全体的に見れば2015年度はこの3点に即しておおむね順調に研究計画に従って研究活動を展開できた。1.長谷部剛と山寺三知の共編訳として『林謙三『隋唐燕楽調研究』とその周辺』を刊行した(関西大学出版部、2017年3月)。林謙三[著]『隋唐燕楽調研究』(1936年)は日本語原稿は失われ郭沫若の中国語訳しか現存しない。本書は、郭沫若の中国語訳に拠りつつも、長谷部と山寺が発見した林謙三直筆の未発表原稿「唐楽調の淵源」を最大限活用して『隋唐燕楽調研究』を日本語版を復元し、その他、林謙三の未発表原稿「唐楽調の淵源」、陳応時「『隋唐燕楽調研究』の新見解を論ず」等を付した。同書の発表によって、林謙三が解明するところの、隋唐燕楽の楽理とそれが形成された歴史的背景について明らかにすることができた。2.林謙三の東洋音楽研究の再構築については、遠藤徹が催馬楽研究においてその資料整理と分析を進めた。遠藤は、佐伯市歴史資料博物館所蔵の『楽道筆記』に毛利壺邱の催馬楽譜を発見するとともに、林謙三旧蔵の『類聚歌曲秘譜』に収められる綾小路俊宗の催馬楽譜「伊勢海」の解読と復元を行った。その結果は、京都市立芸術大学日本伝統音楽研究センター第47回公開講座「浦上玉堂と催馬楽江戸時代の催馬楽と『玉堂琴譜』の催馬楽・復元演奏比較」(2017年3月5日)において発表された。3.長谷部剛と橘千早が敦煌曲子詞の訳注作業を進めた。具体的には、曾昭岷[ほか編]『全唐五代詞』を底本に同書正編巻四「雲謡集雑曲子」に収められる歌辞に点校・語釈・通釈を加える作業を共同で進めた。1.長谷部剛・山寺三知共編訳『林謙三『隋唐燕楽調研究』とその周辺』の刊行は、本研究の最大の成果であり、同書が科研費受給期間中に刊行できたことは本研究が順調に進行していることのなによりもの証左である。2.遠藤徹による、林謙三の東洋音楽研究の再構築についても、研究計画通りに、特に日本音楽の領域において、資料の整理・解読・再検討の作業が続けられている。3.敦煌曲子詞の訳注作業についても、研究計画通りに、長谷部剛・橘千早の共同による訳注作業に着手することができた。

本研究は、[1]「敦煌文献中の燕楽歌辞の訳注を作成する」、[2]「林謙三・遠藤徹の日本雅楽研究の成果を最大限活用しつつ、その燕楽歌辞の音楽学的根拠を探る」、[3]「林謙三旧蔵の東アジア音楽研究資料の整理・研究」の三項目を設定して推進した。2017年度において、[1]については、長谷部剛と橘千早が敦煌曲子詞訳注作業をすすめ、訳注稿を発表することができた。[2]については、遠藤徹が雅楽資料研究の書籍を刊行し、また東洋音楽学会東日本支部定例研究会で研究発表を行った。また、長谷部剛が、中国の楽府学会大会に出席し学術発表を行い、さらにその発表内容を楽府学会が発行する学術雑誌に論文として発表した。[3]については、9月に林謙三ご遺族より、これまで長谷部・山寺三知に閲覧を許可されておられなかった新資料を新たに提示された。その新資料のなかには、林謙三が記した1948年より始まる正倉院楽器調査の詳細な日誌や、未発表原稿「天平の音楽を探る」など、本研究にとって極めて貴重な資料が含まれていた。この新資料発見によって、整理・研究対象の林謙三旧蔵東アジア音楽研究資料は量的にも質的にも拡大することとなった。2017年9月に先立って、林謙三の「催馬楽研究」も入手している。これは林謙三が生前に執筆・完成させた原稿であるが、結果的に公刊されぬまま現在に至っている。本研究では同著の学術的内容を改めて検討したうえで、可能であれば公刊の準備を進める予定であったが、こちらは具体的に進めることができなかった。本研究は、[1]「敦煌文献中の燕楽歌辞の訳注を作成する」、[2]「林謙三・遠藤徹の研究を最大限活用しつつ、その燕楽歌辞の音楽学的根拠を探る」、[3]「林謙三旧蔵の東アジア音楽研究資料の整理・研究」の三項目に分かれる。[1]については長谷部剛と橘千早で『雲謡集』の訳注稿を作成し、[2]については長谷部が中国語論文「古代日本樂府詩管窺」を発表し、平安期日本に伝来した中国俗楽とその歌辞との関係の一端を紹介した。[3]については、長谷部と山寺三知の共訳編による『林謙三『隋唐燕楽調研究』とその周辺』を刊行したほかには、遠藤徹が林謙三の催馬楽研究を斟酌しつつ、催馬楽資料の新たな発見と研究を進めた。2016年度も本研究の3項目、すなわち、[1]「敦煌文献中の燕楽歌辞の訳注を作成する」、[2]「林謙三・遠藤徹の日本雅楽研究の成果を最大限活用しつつ、その燕楽歌辞の音楽学的根拠を探る」、[3]「林謙三旧蔵の東アジア音楽研究資料の整理・研究」に従って、研究活動を展開する。具体的には[1]については、長谷部剛と橘千早が「敦煌燕楽歌辞研究班」を発足させその解読に着手する。[2]については、長谷部剛・山寺三知が林謙三『隋唐燕楽調研究』の日本語版を関西大学出版部より公刊する。[3]については、林謙三旧蔵の日本雅楽資料および東アジア音楽研究に関する原稿を関西大学図書館に収蔵し、整理作業を行う。1.長谷部剛・山寺三知が林謙三の隋唐音楽に関する未発表原稿を整理・翻刻し、公刊の準備を進める。また、長谷部は林謙三旧蔵の東洋音楽研究関連資料の関西大学図書館への収蔵作業を進める。2.山寺三知・遠藤徹は林謙三旧蔵の東洋音楽研究関連資料の評価作業に加わる。3.長谷部剛と橘千早は敦煌曲子詞の訳注作業を進める。29年度が最終年度であるため、記入しない。中国文学29年度が最終年度であるため、記入しない。
地質時代の化学合成共生系の推定方法の開発： 殻内アミノ酸窒素同位体比の活用

近年発展してきた生物試料に含まれる個別アミノ酸窒素同位体比に基づく食物網解析(栄養段階推定)法を化石に応用するための基礎実験を展開した.栄養段階が約2(藻類食)と想定されるサザエの現生(非加熱,加熱200°C,加熱400°C),化石(鎌倉時代と縄文時代)試料を対象として,殻の微細構造の観察と殻体内アミノ酸のD/Lとアミノ酸組成,アミノ酸窒素同位体比分析を行った.その結果,400°C加熱では殻体内アミノ酸が消失していたが,それ以外はすべて殻体中にアミノ酸が残存し,その組成は現生非加熱と類似していた.また,同位体比から計算される栄養段階は想定される約2となり,本手法が化石に応用可能であることを示した.本研究は近年発展しつつある生物体に含まれる各アミノ酸の窒素同位体比を用いた栄養段階推定法を化石に応用するための基礎的研究である.本年度は,1)生物の軟組織と硬組織中のアミノ酸窒素同位体比に基づく栄養段階が同一になるかの確認,および2)H28年度に実施する化石殻体への応用を目指した試料採集と化石試料の保存状態の評価を実施した.1)生物の軟組織と硬組織中の個別アミノ酸窒素同位体比分析に基づく栄養段階の推定値の一致性の検討栄養段階が約2.0となる藻類食者のサザエを対象としてサザエの殻の保存状態を肉眼,実体顕微鏡,走査型電子顕微鏡を用いて観察し評価した.その上で,サザエの殻から保存状態の評価が容易な真珠層のみを削り出し,適宜洗浄したのちにアミノ酸を抽出し,誘導体化を行って同位体比質量分析計を用いた分析を行った.その結果,軟組織とほぼ同一値を取り,本手法が硬組織中のアミノ酸にも適応可能であることが確認できた.2)化石殻体への応用を目指した化石試料の採集と保存状態の評価北海道中川町などに分布する地質体に含まれるメタン湧水堆積物から化石試料を採集した.化石試料はクリーニングをしたのち,貝殻破断面を作成し,その断面を走査型電子顕微鏡を用いて観察した.これによって初生的な微細殻体構造が保存されているかを確認した.観察結果から初生的な微細殻体構造を保持している化石を選択した.これらはH28年度の分析に供する.本年度予定していた生物の軟組織と硬組織のアミノ酸窒素同位体比の一致性の確認,および,H28年度に分析予定の試料採集に成功し,H27年度の予定実施項目は問題なく完遂した.本研究は近縁発展しつつある生物体に含まれる各アミノ酸の窒素同位体比を用いた栄養段階推定法を化石に応用するための基礎的研究である.本年度は化石殻体試料中からのアミノ酸の抽出と解析を行い,アミノ酸の続成変質および周辺堆積物からのコンタミの有無などのアミノ酸の保存状態を評価した.具体的には第四系更新統,新第三系中新統,上部白亜系,中部ジュラ系の海成層から産出した肉眼観察レベルで保存状態が良いと判断できた化石試料を対象に,(1)走査型電子顕微鏡(SEM)を用いた殻体微細構造の観察にもとづく詳細な保存状態の評価,(2)各化石殻体からアミノ酸を抽出,(3)GC/MSおよびGCを用いたアミノ酸組成の解析,を行い,各試料のアミノ酸の保存状態を明らかにした.その結果,殻の微細構造がほぼ完璧に保存されていた上部白亜系(マストリヒシアン階;約7000万年前)試料においては,アミノ酸が少ないながらも抽出された.そのアミノ酸組成は続成によって通常考えられる程度のアラニンの相対的増加などはみられるものの,基本的に貝殻微細構造に特有の組成であった.白亜紀より新しい試料についても同様に,殻体微細構造が良好に保存されていれば殻体にも同位体比分析が可能な濃度以上でアミノ酸が保持されていた.一方,ポーランドの中部ジュラ系の化石試料は,肉眼では真珠構造特有の光沢が残っており保存状態が良いと判断されたが,SEMによる詳細観察では微細構造がやや溶解しており,アミノ酸も抽出されなかった.以上を総合すれば個別アミノ酸窒素同位体比分析に基づく栄養段階推定法は,殻の保存状態さえ良好であれば少なくとも後期白亜紀程度までの化石試料には十分に適用可能であること示している.近年発展してきた生物試料に含まれる個別アミノ酸窒素同位体比に基づく食物網解析(栄養段階推定)法を化石に応用するための基礎実験を展開した.栄養段階が約2(藻類食)と想定されるサザエの現生(非加熱,加熱200°C,加熱400°C),化石(鎌倉時代と縄文時代)試料を対象として,殻の微細構造の観察と殻体内アミノ酸のD/Lとアミノ酸組成,アミノ酸窒素同位体比分析を行った.その結果,400°C加熱では殻体内アミノ酸が消失していたが,それ以外はすべて殻体中にアミノ酸が残存し,その組成は現生非加熱と類似していた.また,同位体比から計算される栄養段階は想定される約2となり,本手法が化石に応用可能であることを示した.

H28年度は化石試料を主たる分析対象として,特に貝殻殻体の結晶内と結晶間の有機物を分別して分析する.分析に際しては貝殻の保存状態を電子顕微鏡による微細構造の観察などで評価しながら行う.また,研究計画では当初,化学合成細菌と共生している二枚貝について重点をおいて基礎研究を行う予定であったが,化石試料中に含まれるアミノ酸の窒素同位体比に基づく栄養段階が,続成過程において変化しないかを確認するために,サザエ類などの藻類食者の化石試料について重点的に分析することとした.これにより,より厳密に個別アミノ酸の窒素同位体比に基づく栄養段階推定法の化石に応用する際の続成評価が可能となる.古生物学
肝表面性状解析による肝線維化コンピュータ自動支援診断アルゴリズムの構築

本研究ではC型慢性肝炎において肝線維化の進行とともに生じる肝表面の凹凸不整を自動定量するアルゴリズムの開発に成功した。本アルゴリズムによりEOB造影MRI肝細胞相像を用いてHepatic Fibrosis Index (HFI)を算出し、高度線維化および肝硬変症患者の良好な分離を可能とした。また、HFIは肝細胞癌を有する患者群では有意に高い値を示し、一般診療に用いるEOB造影MRI画像から肝細胞癌の高リスク患者を簡便に判定することが可能となった。現在までにプロトタイプのソフトウェアを作成し、DICOM画像参照Viewerにプラグインすることで、肝臓辺縁輪廓の自動抽出することで、多くのデータを扱うことを可能とした。これまでにEOBプリモビスト造影3次元T1強調グラディエントエコー画像では正確な輪廓抽出が可能であったため、その他の画像モダリティーを用いる判定にはアルゴリズムを改良する必要があるが、現段階では特にCT画像では画像そのもののコントラストが不良であり、横隔膜と肝輪廓との分離が困難であった。他のCTや非造影MRI画像における輪廓抽出ついては現在も改良中である。昨年までに本ソフトウェアの抽出した輪廓線から得られる肝線維化指標(HFI: Hepatic fibrosis index)を用いて、98症例のC型肝炎患者のMRI画像を用いてretrospectiveに解析を行っている。98症例中、54症例に肝細胞癌を認め、残り44名では肝細胞癌を認めなかった。2項ロジスティック解析ではHFI = 0.395をカットオフ値として、HFIが高い群では有意に肝細胞癌の発癌が多く、オッズ比は26.4であった。肝臓辺縁の形態変化を指標とするHFIは非常に重要な定量的かつ客観的な肝細胞癌のリスクファクターとして考えられ、本研究結果は欧文原著として投稿中である。本内容は2013年4月の第72回日本医学放射線学会総会での肝臓シンポジウムにて研究代表者が演者として発表している。現在ではすでに撮像されいるEOB造影MRI検査画像を用いたprospectiveな検討に至っており、肝細胞癌を有しない患者の画像からHFIを計測し、5年間の追跡にて肝癌の発生率の差を確認する検討に移っている。これまでに21人についてデータの収集が進んでおり、26年度中には完成に至る予定である。プロトタイプのソフトウェアを作成し、一般的なDICOM画像参照Viewerにプラグインすることで、肝臓辺縁輪廓の自動抽出を可能とした。各種の画像モダリティにて検討を行った結果、EOBプリモビスト造影3次元T1強調グラディエントエコー画像が最も肝臓コントラストに優れ、正確な輪廓抽出が可能であった。本ソフトウェアの抽出した輪廓線から得られる肝線維化指標(HFI: Hepatic fibrosis index)とすでに組織学的に肝線維化程度が証明されている100例のデータでの解析では、肝線維化F3以上を感度98%、特異度99%で検出可能であった。本研究にて容易に算出が可能となったHFIを用いて、すでに撮像されている98症例のC型肝炎患者のMRI画像を用いてretrospectiveに解析を行った。この結果から、肝臓辺縁の形態変化を指標とするHFIは非常に重要な定量的かつ客観的な肝細胞癌のリスクファクターとして考えられた。本研究の結果は全く無侵襲な客観的方法にて肝細胞癌の高リスク患者を判別する非常に優れた方法であり、汎用性も高く、C型肝炎患者の管理に大きく寄与する可能性が高い。本内容は2013年4月の第72回日本医学放射線学会総会での肝臓シンポジウムにて研究代表者が演者として発表の予定である。また、2013年12月に米国シカゴで開催される北米放射線学会へも演題を投稿している。本研究は引き続き研究計画書に沿って、フォフトウェアの改良と共に次なるprospectiveな検討に移る予定である。本研究ではウィルス性肝炎に生じる肝線維化診断に際して、肝辺縁の凹凸不整を定量化することで、病理学的な肝線維化gradeを判定するアルゴリズム開発を行った。まずは本研究に先立って用手的に肝辺緑解析を抽出することで作成した線維化診断アルゴリズム(Hepatology. 2012Jan;55(1):328-9.)の自動化を行った。EOB造影剤肝細胞相を撮像し、1/4ピクセルレベルで2値化を行うことで作成した自動診断プログラムをDICOM Viewerにプラグインし、計測される定量値をHepatic fibrosis index(HFI)とした。

このプロトタイプのソフトウェアでは肝線維化grade F3以上を感度98%、特異度99%で診断することが可能であった。引き続いて、慢性C型肝炎患者188症例のうち、すでに肝細胞癌に対する治療が行われた90症例を除いた98症例のMRI画像を対象として解析を行った。98症例の内訳は54症例が未治療の肝細胞癌を有し、残り44症例では肝細胞癌の発癌を認めない症例であった。肝細胞癌の存在について血液検査データ、各種腫瘍マーカー、HFIにおいて多変量解析を行った結果、HFIと腫瘍マーカー(AFP、PIVKA-II)のみが有意なパラメータと算出された。ロジスティック解析ではHFI = 0.395をカットオフ値としてHFIが高い群では肝細胞癌を有する率が有意に高く、オッズ比は26.4であった。本研究内容は2014年4月に日本医学放射線学会、2014年12月に北米放射線学会で発表し、国際誌にも掲載が確定している(Eur J Radiol. 2015Jan 22. pii: S0720-048X(15)00031-5. doi: 10.1016/j.ejrad.2015.01.009. [Epub ahead of print] )。医歯薬学EOB造影剤は2009年に本邦で発売開始となってから5年が経過したため、最大で5年間の追跡調査が可能である。初期に撮像したMRI画像は撮像シーケンスが成熟していなかったものもあり、解析できる画像に限りがあるが、当初の予定通り、最終年にはProspectiveな解析に以降することができた。EOBプリモビスト造影MRI画像以外でのソフトウェアの精度向上については難航しているものの、MRI画像では本研究内容による辺緑解析により算出されるHFIが肝細胞癌の発癌に対する重要かつ高い予測因子であることがすでに判明した。この臨床応用は当初の計画では2年次以降に行う予定であったが、MRI画像でのソフトウェア開発が順調に進展したことにより解析を早めることが出来た。すでにretrospectiveな解析ではHFIは肝細胞癌発癌の有用な予測因子であることが証明された。本年度はHFIにより算出される数値をgrade化し、各grade毎での年間発癌率、患者予後、インターフェロン治療による効果などの様々な臨床背景因子との関連性について検討を重ねる。最終目標は慢性肝疾患患者のスクリーニングツールとしてHFIを用いることであり、無侵襲で効率的に肝細胞癌の高リスク患者を分離できることを目指している。現在までに行ったretrospectiveな解析ではHFIは肝細胞癌発癌の有用な予測因子であることが証明された。25年度以降は同様の検討をprospectiveに行う。さらにHFIにより算出される数値をgrade化し、各grade毎での年間発癌率、患者予後、インターフェロン治療による効果について検討を重ねる。いずれの検討も複数回行い、HFI算出による験者間、モダリティ間の一致率、再現率についても検討し、より客観性の高い検査法を確立する予定である。また、現在までの課題であるEOBプリモビスト造影MRI画像以外の画像モダリティについても同様の検討が行えるよう辺緑輪廓抽出のためのソフトウェアを改良する。本年度中はアルゴリズムの改良や症例収集などの作業を中心に進めたため、データ記憶媒体や統計ソフト購入に予算を使用した。
信号対雑音比が低い濃淡画像に存在する物体の領域分割とその医用画像への応用

本年度の研究は,以下の4つに大別される.1.画像データの収集2.スケッチ作画システムの試作3.高次局所自己相関特徴による濃淡画像の分類法の開発4.腫瘤陰影の良悪性鑑別システムの試作1においては,研究協力病院の医師との連携により,約1000例の収集を行なった.そして,研究2,3,4の題材として利用した.2においては,従来われわれが研究してきたコンピュータ支援診断システムの結果を元に,あらたに微分強度画像から判別分析法によって病変部の領域分割を行なうアルゴリズムを開発し,スケッチの自動作画方法を提案した.3においては,画像の濃淡から直接抽出できる画像特徴として,局所パターンマッチング法を新たに開発し,局所パターンの頻度とその主成分分析の結果から,画像が分類できることを示した.画像中の領域分割において画像全体が局所パターンによって構成されていると考えれば,局所パターンの種類を適切に設定することによって濃淡画像中の物体の領域が分割できると予想できる.4においては,2,3の結果に基づき,いままでに収集した画像データベースに存在する腫瘤陰影に対して,自動的に良悪性を鑑別する手法を開発した.ここでは,画像中における腫瘤陰影の領域分割が重要な要素であり,その結果に基づいてさまざまな画像特徴が得られている.100例の腫瘤陰影に適用した結果,80%以上の正解率が得られ,手法の有効性が証明できた.本年度の研究は,以下の6つに大別される.1.画像データの収集2.スケッチ作画システムの構築3.乳房X線画像の自動分類法の開発4.乳房X線画像に存在するコントラストの低い腫瘤陰影の検出法の開発5.乳房X線画像に存在する微小石灰化像の良悪性鑑別法の開発6.胸部3次元CT画像に存在する腫瘤陰影の検出のためのシミュレーション1においては,今年度,新たに約400症例の画像を研究協力病院から提供を受け,新たにデーターベース化した.そして,2,3,4,5の実験試料として利用した.2においては,別に開発した病変部検出アルゴリズムの結果を元に,病変部の存在する周辺の画素値の変化を,判別分析と複数の画像特徴量の主成分分析結果を用いて,一意な輪郭線を作成するアルゴリズムを構築した.そして,その結果を医師に提示するようなソフトウェアを構築した.3においては,医師が画像を分類する場合には,画像中に白くあらわれる領域の割合によって判定を行うが,その再現性を高めるために,画像中の乳腺が存在する領域と脂肪領域の領域分割を自動で行う手法を開発した.ここでは,画像のダイナミックレンジ圧縮処理と濃度ヒストグラムの判別分析と組み合わせる手法を新たに開発した.4においては,乳房X線画像において白い塊として表示される腫瘤陰影とやはり白くあらわれる乳腺領域との分割法を開発した.ここでは,扇形のテンプレートを作成し,その濃度分布との類似性の計算および,その領域内における濃度勾配ベクトルの集中度によって陰影の領域分割を行った.5においては,乳房X線画像中に細かい点としてあらわれる微小石灰化像が良性であるか,悪性であるかを判別するアルゴリズムを構築した.ここでは,画像中に微小石灰化が分布する形を判別し,その他,個々の石灰化から得られる画像特徴を人工ニューラルネットワークへ入力し,分類を行う手法を開発した.6においては,領域分割のための手法として,テンプレートマッチングと遺伝的アルゴリズムを組み合わせた手法を開発し,3次元画像における領域分割問題である腫瘤陰影の自動検出を開発し,そのシミュレーション実験を行った.本年度の研究は,以下の4つに大別される.1.画像データの収集2.スケッチ作画システムの試作3.高次局所自己相関特徴による濃淡画像の分類法の開発4.腫瘤陰影の良悪性鑑別システムの試作1においては,研究協力病院の医師との連携により,約1000例の収集を行なった.そして,研究2,3,4の題材として利用した.2においては,従来われわれが研究してきたコンピュータ支援診断システムの結果を元に,あらたに微分強度画像から判別分析法によって病変部の領域分割を行なうアルゴリズムを開発し,スケッチの自動作画方法を提案した.3においては,画像の濃淡から直接抽出できる画像特徴として,局所パターンマッチング法を新たに開発し,局所パターンの頻度とその主成分分析の結果から,画像が分類できることを示した.画像中の領域分割において画像全体が局所パターンによって構成されていると考えれば,局所パターンの種類を適切に設定することによって濃淡画像中の物体の領域が分割できると予想できる.4においては,2,3の結果に基づき,いままでに収集した画像データベースに存在する腫瘤陰影に対して,自動的に良悪性を鑑別する手法を開発した.ここでは,画像中における腫瘤陰影の領域分割が重要な要素であり,その結果に基づいてさまざまな画像特徴が得られている.100例の腫瘤陰影に適用した結果,80%以上の正解率が得られ,手法の有効性が証明できた.
嚥下流動分布の解析と誤嚥防止のための食品の力学特性の解明

サイズの異なる3種の寒天ゲルの咀嚼による破壊は、摂食前のゲルサイズによって影響を受け、増粘剤混合魚肉ソーセージでは、増粘剤の種類によって影響を受けた。口腔内での澱粉は低いずり応力と高いずり速度で、グアーガムとキサンタンガムでは高いずり応力と低いずり速度で移動し、咽頭部でのずり速度の範囲は口腔内よりも狭く、咽頭部でのずり応力の範囲は口腔内よりも広いことが示唆された。にんじんピューレ添加野菜ジュースの咽頭部での最大移動速度は、にんじんピューレの添加割合によって影響を受けた。食塊はずり速度が変化すると、テクスチャーモディファイアーの種類や濃度によって力学特性が大きく変化する。この変化は主に被験食を構成する食材の構造、形状や大きさによって異なる。本年度は分子構造の異なる3種類のテクスチャーモディファイアーである馬鈴薯澱粉、グアーガム、キサンタンガムおよび水に分散質として魚肉ソーセージを分散したモデル食を被験食として、食片サイズの数値的解析による咀嚼特性、咀嚼した食塊のテクスチャー特性、咀嚼・嚥下時の感覚特性および咽頭部の食塊の流速について検討した。澱粉および水添加試料では、咀嚼による固形物の破壊過程は対数正規分布関数で説明することが可能であり、咀嚼による破壊は過去の破壊履歴の影響を強く受けていると考えられた。一方、魚肉ソーセージ100%、グアーガムおよびキサンタンガム添加試料では、咀嚼後の食塊の小さい食片サイズにおいては対数正規分布関数に適合し、大きい食片サイズにおいては伸長型指数分布関数に適合し、これらの被験食では対数正規分布関数と伸長型指数分布関数による2層性の分布関数で説明された。また、食片のサイズに対する食片数の分布においては、すべての分散媒で50%および75%分散媒添加試料のほうが25%分散媒添加試料よりも小さいサイズのほうに食片が数多く分布し、50%および75%分散媒添加のほうが咀嚼による破壊の程度は高かった。しかし、固形物の噛みやすさ、細かく咀嚼できたか等の官能評価項目においては、25%分散媒添加試料のほうが75%添加試料よりも噛みやすく、細かく咀嚼できたと評価され、官能評価の結果と食片サイズの結果では異なった。咀嚼した食塊のテクスチャー特性および咽頭部の食塊の流速は、食片サイズよりも分散媒による影響が強く認められた。この変化は主に食品を構成する食材の構造、形状や大きさによって異なる。本年度は寒天ゲルを分散した水、馬鈴薯澱粉、グアーガムおよびキサンタンガムの固体分散媒の食塊のみかけの粘性率および咽頭部の食塊の移動速度に及ぼす分散媒濃度の影響について検討した。また、咽頭部の食塊の移動速度から食塊のずり速度とずり応力の関係を定量的に検討した。馬鈴薯澱粉分散試料について、食塊のみかけの粘性率は、ゾル濃度に関わらず水分散試料とほぼ同程度の粘性率を示した。馬鈴薯澱粉分散試料の咽頭部での食塊の移動速度は、濃度0w/w%と5.0w/w%の間で一部有意差が認められたが、他の濃度間における有意差は認められず、分散媒の濃度が移動速度に及ぼす影響は小さかった。グアーガムおよびキサンタンガム分散媒試料については、低濃度では固形物が添加されるとみかけの粘性率が高くなり、咀嚼された固形物が粘性率に影響を及ぼした。高濃度では固形物の影響は小さかった。グアーガムとキサンタンガム分散媒試料の食塊の移動速度は、分散媒の濃度が高くなるに従い、最大移動速度が遅くなる傾向が認められた。これは、食塊のみかけの粘性率、凝集性および付着性が高くなることが影響したためと推察された。咽頭部での食塊の移動速度と食塊のみかけの粘性率からずり速度とずり応力を算出した結果、5回咀嚼の水分散媒試料のずり速度が最も速く約70sec^<-1>であり、低濃度の馬鈴薯澱粉、グアーガムおよびキサンタンガム分散媒試料では約60sec^<-1>、高濃度ではグアーガムとキサンタンガムで約30sec^<-1>、馬鈴薯澱粉で約45sec^<-1>であった。咽頭部においてのずり速度とずり応力は、馬鈴薯澱粉では速いずり速度で低いずり応力であり、グアーガムとキサンタンガムでは遅いずり速度で高いずり

応力であった。咽頭部でのずり速度の範囲は口腔内のずり速度よりも狭く、ずり応力の範囲は口腔内よりも広いことが判明した。平成24年度は、にんじん搾汁をにんじんピューレ(CP)に置換したにんじん搾汁とりんご果汁混合野菜ジュースの口腔内での挙動および嚥下に及ぼすCP置換の影響について再検討した。野菜ジュースのみかけの粘性率は、CP濃度が高いものほど大きく、ずり速度の増加とともに低下した。みかけの粘性率の低下割合は、CP濃度の高い野菜ジュースほど大きかった。咽頭部におけるジュース食塊の最大速度は、CP濃度が増加すると低下した。Shearmanらが示したずり応力とずり速度の関係の中に、030.0%CP野菜ジュースの両関係の結果を重ねると、020.0%CP野菜ジュースの口腔内でのずり応力は水と同程度であったが、ずり速度は水よりも遅く、一方CP濃度が増加するに従いずり速度は低下した。30.0%CP野菜ジュースでは、ずり速度が20.0%CP野菜ジュースよりも低くなり、ずり応力がやや高くなった。舌圧測定においては、CP濃度の高い野菜ジュースで硬口蓋と舌の接触開始時間は遅くなり、嚥下時には硬口蓋正中後方中央部で強くなった。舌圧の強度は、Shearmanらが示したずり応力の関係と同じ傾向であった。ジュースが咽頭部を流れる瞬間の咽頭部の平均直径を用いて、最大速度より算出したずり速度はCP濃度の高いみかけの粘性率の大きい野菜ジュースの方が、CP濃度の低いみかけの粘性率の小さい野菜ジュースよりもやや遅く得られ、口腔内と同様の傾向であった。ずり応力については、同じCP濃度の野菜ジュースにおいて、最大速度からのずり応力が最大速度平均や速度平均からのずり応力よりも大きくなる傾向が認められ、口腔内のずり速度とは異なった。この相違は、咽頭部では野菜ジュースが口腔内とは異なり、長く伸びて流れることに原因があるのではないと考えられる。本申請研究はテクスチャーモディファイアーを用いたモデル試料により、咀嚼・嚥下機能に応じた安全な食品の力学特性について究明することを目的としている。昨年度までに、テクスチャーモディファイアーの咀嚼過程に及ぼす影響について検討することができ、さらに咽頭部における最大速度についても測定値を得ている。また、これらの結果から、テクスチャーモディファイアーの咽頭部でのずり速度とずり応力の関係についても情報を得ることができた。これらの情報は、咀嚼・嚥下機能に応じた安全な食品の力学特性がいかにあるべきかを示唆しており、研究はおおむね順調に進展していると判断される。24年度が最終年度であるため、記入しない。本申請研究課題は平成24年度で終了となる。これまで、おおむね順調に研究は進展しているため、平成24年度もこれまでの方法で同様に研究を重ねる予定である。
Intel SGXを用いた安全かつ容易な侵入検知システムの構築

本研究では、Intel SGXと呼ばれる新しいセキュリティ機構に着目し、侵入検知システム(IDS)を仮想マシン(VM)の外側により安全かつ容易にオフロード可能にする。それにより、クラウドへの侵入者や管理者からのIDSへの攻撃を防ぐ。そのために、(1) SGX保護領域からのVM監視、(2) SGX保護領域での高度なIDS実行、(3)複数のSGX保護領域を用いた監視機能の分割、の3つの課題に取り組む。
光のノイズフリーな高周波サイドバンド帯における連続量量子情報処理

本研究の狙いは、光のノイズのない理想的な周波数帯を用いた高効率な連続量量子情報処理を実現し、大規模な量子情報処理へとつなげることである。従来、光の連続量の量子情報処理は、技術的な制約から、ノイズの影響を受けやすいレーザーキャリア周波数近傍の低周波帯(10MHz以下)に情報を乗せざるを得なかった。この場合、何ステップも情報を処理するとノイズが蓄積するため、大規模な情報処理は困難である。そこで本研究では、これまで低周波帯で行われてきた非古典光の生成・操作・検出を、ノイズのない500MHzの高周波サイドバンド帯で実現することを目指す。これが実現すれば、将来的にはノイズのない理想的な環境で、複数のサイドバンド帯に情報を乗せた、大規模な量子情報処理が展開できる。平成30年度は、非古典光の生成および検出技術の開発に取り組んだ。まず、500MHzの高周波サイドバンド帯に生成したスクイーズド光から、光子検出器を用いた「光子引き去り」を行うことによって、高周波サイドバンド帯にシュレディンガーの猫状態と呼ばれる非古典光を生成することに成功した。また、500MHzで十分な感度を持つ光検出器を開発し、生成した非古典光を検出した。この検出結果から量子トモグラフィーを行い、生成したシュレディンガーの猫状態のウィグナー分布関数を推定したところ、状態の非古典性を示す、負の値を持つ分布が得られた。これは、高周波帯において高い純度を持つ非古典光を生成・検出できたことを意味する。以上の結果を論文にまとめて発表した(Physical ReviewLetters 21, 132602 (2018))。本研究の目的は、非古典光の生成・操作・検出を、ノイズのない500MHzの高周波サイドバンド帯で実現することである。交付申請書記載の研究計画では、平成30年度に非古典光の生成及び検出を予定していたが、実際にこれに成功し、論文を発表した。このため、本研究は順調に進展していると言える。今後は、平成30年度に高周波サイドバンド帯で実現した非古典光に対して量子操作を行い、量子情報処理へ活用していくための技術開発を進める。
作物におけるアポミクシスの細胞・分子遺伝学的解析と分化制御

1.アポミクシスの生成機構に関する細胞・分子遺伝学的解析に関するものまずアポミクシスのうち、アポスポリーを示すイネ科暖地牧草種、ギニアグラスを用いて3拠点で平行的に研究を進めた。アポスポリー性胚嚢始原細胞(AIC)の出現とその形成する過程をノマルスキー微分干渉顕微鏡で追跡調査した上で、候補遺伝子のポジショナルクローニングを行った。またマップベースクローニングおよびマイクロアレイ発現解析も進展させた。このマーカー群によって、少なくとも9つのBACクローンプールを特定した。一方、3種類のバイナリーベクターを用いた形質転換系を確立し、ASG-1遺伝子の導入実験を実施した。現在組換え植物を再生中であり、予備実験的にはASG-1遺伝子のPCR産物の存在は確認できている。次に、ディプロスポリーを制御する遺伝子の候補を単離する実験は遅れたが、ニラ(Allium tuberosum)の発現時期のつぼみからmRNAを単離し、特異的に発現している遺伝子のクローニングを試みた。得られたクローン200種の発現動態をマイクロアレイにより解析したところ、アポミクシス性の発現と同調的な発現の増減を認めるクローンを現在までに見出していない。2.生殖器官の分化制御と雑種致死性に関するもの雑種致死性は育種の障害になるばかりではなく、分化制御の研究にとって重要な鍵となることが最近の研究で明らかになりつつある。本研究グループではそのような観点から本問題には先進的に研究展開を実施してきた。育成温度を制御することで致死の発現機構を考究した。また、雑種致死を実生レベルで検討するばかりでなく、培養細胞系を樹立し、細胞レベルでも検討したところ、この致死の過程では、核の凝縮、核DNAのヌクレオソーム単位での切断、核の断片化が生じていることから、個々の細胞がいわゆるプログラム死(アポトーシス)を発現していること明らかにした。また致死に関わる因子は特定の染色体に座乗していること、細胞質因子は致死の発現に関与しないこと、エチレンの生成が直接的に関わっていることなども明らかにした。本年度の実質的成果は概略次の通りである。1.アポスポリーの生成機構に関する分子・細胞遺伝学:イネ科暖地型牧草である条件的アポミクトであるギニアグラスおよびバヒアグラスを用いて、アポスポリー性胚嚢始原細胞(AIC)の出現とその形成する過程をノマルスキー微分干渉顕微鏡で追跡調査した上で、候補遺伝子を簡易DD法でクローニングした。一方、候補遺伝子を有性生殖系統に導入するため、組織培養系の確立を図った。また、候補遺伝子がイネ近縁野生種のゲノム中に存在するか否かを抽出全DNAとサザーンブロットハイブリダイゼーション実施した結果、イネのゲノム構成と対応する極めて興味深い成果を得た。2.ディプロスポリーの分子遺伝学的解析:ニラを用いたディプロスポリー解析では、今年度mRNAから簡易DD法を適用して発育ステージに特異的に検出される19本のバンドをクローニングでき、これまでTransposase, tRNA Pseudouridine Synthase様の遺伝子が単離された。本年度の成果は概略次の通りである。1.ギニアグラスのアポスポリー遺伝子ASG-1の胚発育段階での発現様態をRNA・RNA in situ hybridization法で調査し、ASG-1遺伝子発現は胚株発育の最終期で多量のシグナルを6つ見出せた。2.ギニアグラスのASG-1遺伝子を形質転換体作出のためベクターに入れその構築が完成した。

目下アグロバクテリウムを用いた実験を試みている。3.ディプロスポリーの発現に関与する遺伝子を簡易DD法で探索し、候補となり得るものを得ている。4.不定胚発生に関与する遺伝子のクローニングを行ない、複数の候補となり得るものを得た。5.バヒアグラスの形質転換系の確立に成功した。本年の成果は主要項目別に記すと、次の通りである。1.ギニアグラスのアポミクシス品種と有性生殖系統を供試材料として、マップベースクローニングおよびマイクロアレイ発現解析を行った。また、マップベースクローニングではアポスポリー候補遣伝子座近傍のファインマップ作成を行った。遺伝子座の両側1.2cM地図距離に6AFLPマーカーを最小0.3cMで位置づけた。このマーカー群によって、少なくとも9つのBACクローンプールを特定した。2.3種類のバイナリーベクターを用いて形質転換系を確立し、ASG-1遺伝子の導入実験を実施した。現在組みかW植物を再生中であり、予備実験としてはすでにASG-1遺伝子のPCR産物ではその存在を確認している。3.ディスポスポリーを制御する遺伝子の候補を単離するために、ニラ(Allium tuberosum)の発現時期の蕾よりmRNAを単離し、特異的に発現している遺伝子のクローンを単離した。得られたクローン約200種の発現動態をマクロアレイにより解析したところ、アポミクシス性の発現と同調して発現が増加/減少しているクローンは得られなかった。4.雑種致死性は育種の障害となる現象であると同時に分化制御を研究する上で重要な鍵を握っているものである。育成温度を制御することで致死の発現機構を研究した。種間雑種を実生レベルで検討するだけでなく、培養細胞系を樹立し、細胞レベルでも検討したところ、この致死の過程では、核の凝縮、核DNAのヌクレオソーム単位での切断、核の断片化が生じていることから、個々の細胞がいわゆるプログラム細胞死(アポトーシス)を発現していることを明らかにした。また、致死に関わる因子は特定の染色体に座乗していること、細胞質因子は致死の発現に関与しないこと、エチレンの生成が直接的に致死に関わっていることなども明らかにした。