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膵管内乳頭粘液性腫瘍(IPMN)における発癌予測技術の開発

膵癌は予後不良の難治癌である。定期的に人間ドックを受診しているにも関わらず、切除不能な膵癌が見つかることがあり、早期膵癌や膵発癌する受診者を正確に見つけることが急務である。このため、申請者らは、これまで、膵臓の前癌病変と言われる膵管内乳頭粘液腫瘍(IPMN)患者を対象に、膵癌を超早期に捕捉する技術の開発を試み、前向きに観察して来た。IPMN患者では、膵発癌のみではなく他臓器発癌(大腸癌、胃癌などの腺癌)の頻度が高いことが判明した。膵発癌に限らず、発癌するIPMN患者を発見することは有用と考えた。発癌率が数%/年と高頻度であり、癌発見率(担癌比率)が0.3%と低い人間ドック受診者を対象にするよりも、医療経済的にも注目できる。なお、IPMN患者は、大阪市立大学単施設だけでも2014年5月から2019年3月までに980名以上登録され、決して稀な疾患ではない(UMIN No. 17958)。さて、エクソソームは、細胞が細胞間情報伝達物質として血液などに放出する。エクソソーム中のmiRNAを解析すると放出元の細胞の情報が明らかになる。また、エクソソーム中のmiRNAは比較的安定な状態で血中に存在する。血液から癌細胞由来のエキソソームを適切に分離することで超早期癌の診断ができる。磁気ビーズ(MACSTMシステム)を用いたCD326陽性エクソソーム分離方法では、膵管上皮のみならず他の消化管由来のエクソソームを選択的に抽出できることが示唆された。IPMN患者では、膵発癌のみではなく他の消化管発癌(大腸癌、胃癌などの腺癌)の頻度が高いとされ、発癌するIPMN患者を発見するのに、この方法が、有効と考えられた。一方、ゲノム網羅的なメチル化解析では、腫瘍性病変で高頻度にメチル化し、正常や非腫瘍性病変では低頻度しかメチル化していない遺伝子がわかり、腫瘍性病変の早期発見法への応用が期待できる。大阪市立大学において、同意をいただいているIPMN患者の循環血中のエクソソーム含有miRNAの発現パターンとDNAメチル化状態を解析した上で(UMIN No. 17958)、前向きに3年間観察し発癌についての調査を行っている。miRNAの発現パターン及びDNAメチル化状態と発癌結果から発癌リスクの高いIPMN患者におけるmiRNAの発現パターン及びDNAメチル化状態の同定を試みている。平行して発癌メカニズムを究明している。決して稀な疾患ではないIPMN患者において、膵癌のみならず他臓器癌の発癌予測を目指す点が独創的である。消化器癌の早期発見という点では、癌発見率(担癌比率)が0.3%と低い人間ドック受診者を対象にするのではなく、発癌頻度が高い集団(数%/年)を対象とする点が、医療経済的に意義がある。既に登録されている患者データから、年数%の発癌が見込んでいる。発癌予測には、統計学的解析手法である主成分解析をまず試みるが、研究が当初計画どおりに進まず優位差がでない場合、「機械学習」のうち、「半教師あり学習」という手法を用いる。人がプログラムしなくても、超高性能のコンピュータである人工知能が自ら、ビッグデータから反復的に学習(機械学習)し、そこに潜むパターンを見つけ出し、それを新たなデータに当てはめることでパターンに従って予測出来る。過去のデータから将来を予測する時には「半教師あり学習」が汎用される。即ち発癌の有無が既に判明している少量のラベル付きデータと、未だ発癌の有無が不明な多量のラベルなしデータを使う。これにより統計学的に優位差が出なくても、発癌予測が可能である。決して稀な疾患ではないIPMN患者において、なんらかの発癌を認めた患者とそうでない患者のmiRNA発現パターンとDNAメチル化パターンを比較すれば、発癌にかかわるmiRNA発現とDNAメチル化状態が見つかるだけではなく、そのメカニズム究明も出来得ると予想される。膵癌のみならず他臓器癌の発癌予測が出来れば臨床的に有意義であるだけではなく、そのメカニズムを明らかにすることで、基礎研究の分野にも貢献することが出来る。このため、申請者らは、これまで、膵臓の前癌病変と言われる膵管内乳頭粘液腫瘍(IPMN)患者を対象に、膵癌を超早期に捕捉する技術の開発を試み、IPMN患者を前向きに観察して来た。なお、IPMN患者は、大阪市立大学単施設だけでも2014年5月から2018年3月までに600名以上登録され、決して稀な疾患ではない(UMIN No. 17958)。

エクソソーム中のmiRNAを解析すると放出元の細胞の情報が明らかになる。また、エクソソーム中のmiRNAは比較的安定な状態で血中に存在する。血液から癌細胞由来のエキソソームを適切に分離することで超早期癌の診断ができる。より高率なmiRNA回収手段を検討する課程で、磁気ビーズ(MACSTMシステム)を用いたCD326陽性エクソソーム分離方法では、膵管上皮のみならず他の消化管由来のエクソソームを選択的に抽出できることが示唆された。IPMN患者では、膵発癌のみではなく他の消化管発癌(大腸癌、胃癌などの腺癌)の頻度が高いとされ、発癌するIPMN患者を発見するのに、このCD326陽性エクソソーム分離方法が、有効と考えられる。大阪市立大学において、同意をいただいているIPMN患者の循環血中のエクソソーム含有miRNAの発現パターンを解析する(UMIN No. 17958)。前向きに2年間観察し発癌についての調査を行っている。miRNAの発現パターンと発癌結果から発癌リスクの高いIPMN患者におけるmiRNAの発現パターンの同定を試みている。平行してDNAメチル化解析の観点からメカニズムを究明している。決して稀な疾患ではないIPMN患者において、膵癌のみならず他臓器癌の発癌予測を目指す点が独創的である。消化器癌の早期発見という点では、癌発見率(担癌比率)が0.3%と低い人間ドック受診者を対象にするのではなく、発癌頻度が高い集団(数%/年)を対象とする点が、医療経済的に意義がある。膵癌は予後不良の難治癌である。定期的に人間ドックを受診しているにも関わらず、切除不能な膵癌が見つかることがあり、早期膵癌や膵発癌する受診者を正確に見つけることが急務である。このため、申請者らは、これまで、膵臓の前癌病変と言われる膵管内乳頭粘液腫瘍(IPMN)患者を対象に、膵癌を超早期に捕捉する技術の開発を試み、前向きに観察して来た。IPMN患者では、膵発癌のみではなく他臓器発癌(大腸癌、胃癌などの腺癌)の頻度が高いことが判明した。膵発癌に限らず、発癌するIPMN患者を発見することは有用と考えた。発癌率が数%/年と高頻度であり、癌発見率(担癌比率)が0.3%と低い人間ドック受診者を対象にするよりも、医療経済的にも注目できる。なお、IPMN患者は、大阪市立大学単施設だけでも2014年5月から2019年3月までに980名以上登録され、決して稀な疾患ではない(UMIN No. 17958)。さて、エクソソームは、細胞が細胞間情報伝達物質として血液などに放出する。磁気ビーズ(MACSTMシステム)を用いたCD326陽性エクソソーム分離方法では、膵管上皮のみならず他の消化管由来のエクソソームを選択的に抽出できることが示唆された。IPMN患者では、膵発癌のみではなく他の消化管発癌(大腸癌、胃癌などの腺癌)の頻度が高いとされ、発癌するIPMN患者を発見するのに、この方法が、有効と考えられた。一方、ゲノム網羅的なメチル化解析では、腫瘍性病変で高頻度にメチル化し、正常や非腫瘍性病変では低頻度しかメチル化していない遺伝子がわかり、腫瘍性病変の早期発見法への応用が期待できる。
都市高速道路のプール採算制と密接関連性の判断基準の実用的解釈

今年度が最終年度であり,とくに集中的に計測研究を行った。前年度は従来研究の整理と,現行の法制度(道路整備特別措置法)とプール採算制度の問題点について考察した。詳しくは研究成果報告書(第1章,第2章)に記述している。本年度は,(1)新しく提案した「密接関連指標」の理論的性質の考察と具体的事例への適用,およびそこから得られる指標の性質の吟味,(2)密接関連分析ツールの一般道路整備への適用,すなわち整備優先区間判定指標としての活用,そして(3)都市圏における広域的な高速道路体系状況への展開,の3点が研究の重点となった。研究成果報告書ではそれぞれ第3章,第4章,第5章に対応している。(1)では2道路の補完性と代替性の両方を勘案した整合的な新たな定量評価式を導いた。また,試算を通して提案式の有効性を確認するとともに,従来式との関連も明確にした。これにより,従来の法律にもとづく密接関連の判断基準の厳しさが明らかとなった。(2)では,この提案式を用いて都市内街路網の整備優先順位の決定に応用できることを明らかにした。(3)では,広域化する都市高速道路網と,それに従って都市周辺部での都市間高速道路網とのリンケージにともない,高速道路が一体化するという状況にたいして密接関連概念をいかに構成するかという大問題にアプローチした。ここでは自動車トリップを吸収マルコフモデルで追跡し,1日全体でのトリップ連鎖と高速道路区間の利用に着目し,各種道路区間の関連性について仮想的ケースで試算した。こんごさらに深めるべき課題がいくつか発見された。密接関連性の判断基準を、当該道路の共通性と代替性(競合性)の観点から指標化する既存研究の整理および阪神高速道路の内部資料の存在確認作業を行い、モデルの記号統一なども行った。明らかになったことは、判断基準どおりの道路区間は実際にはほとんど存在しないこと、したがって法律に明記された判断基準が実態からは随分とかい離していることである。次にモデル化の状況であるが、まずランプ間高通量が与件となる場合の判断基準の変数記号表現が完成した。これにより、ランプ間交通量と判断基準、さらに当該路線や当該区間と判断基準の数学的関係が明確になり、その意味からは、法律に明記された判断数値は随分と厳しい(高めの)数値であることも浮き彫りになった。さらに、配分結果を利用しての密接関連性の定義と計測についてであるが、従来は共通性と代替性という2つの別々の指標で評価していたが、実際の局面ではこれらを分離することが困難であることと、本来1つの路線なり区間はこれら両方の効果の混在したものであるから、どちらがより強く発現しているかが重要になるので、両効果を1つの式で表現する方法について考察した。従来から、板倉モデルと戸松モデルの2つが提案されてきたが、これらのさらなる改良方向についても考察した。また、胃常時の判断基準についても、目下関係データを収集中であり、揃い次第分析を開始する予定である。加えて、密接関連の延長上にある地域の一体性についても交通流動データを利用してそれを計測することを試みている。
線虫C.elegansのフコース転移酵素遺伝子の生化学的・遺伝学的解析

我々は、糖鎖の機能を知る上において、まず糖転移酵素に着日してこれに的を絞り、線虫C.elegansの系を用いて研究している。線虫のゲノム上にはα1,3フコース転移酵素遺伝子と考えられるものが5個存在し、これらのcDNAをRT-PCRによってクローニングした。これらがフコ-ス糖転移酵素であることを確認し、さらに酵素間の基質特異性の違い、発現組織・時期などを明かにするため、これらを発現させ活性を測定した。哺乳類細胞の系、あるいは、系統的に哺乳類よりも線虫により近い昆虫の系:pBacPAK(Baculovirus)-Sf細胞(夜盗蛾)を用いて分泌発現させ、細胞抽出液のLeX合成活性を測定したが高い活性は見られず、線虫のこれらのフコ-ス転移酵素は、基質特異性等の特性が、哺乳類のものとは大きく異なることが明らかになった。現在、天然の線虫のアクセプター基質、あるいはそれらと同じ構造を持つと推定される昆虫等のものをアクセプター基質としてフコース転移活性の測定を試みている。さらに、それらの遺伝子の生物学的機能を推定する日的で、対応する遺伝子の突然変異体を分離するため、The C.elegans Gene Knockout Consortiumと共同で、欠失処理した線虫ライブラリーからこれら5個の遺伝子の欠失変異体をPCRで検出する方法を試みている。また、RNA interference(RNAi)は、二本鎖のRNAを個体に導入することにより、対応する遺伝子ノックアウ卜と同様の表現型が観察される現象である。この方法を用いるため、これら5個のフコース転移酵素遺伝子を、RNAを合成するためのベクターにサブクローンした。現在、最も簡便なソーキング法を用いてRNAiを試みている。我々は、糖鎖の機能を知る上において、まず糖転移酵素に着目してこれに的を絞り、線虫C.elegansの系により研究している。これらがフコース糖転移酵素であることを確認し、さらに酵素間のの基質特異性の違い、発現組織・時期などを明かにするため、これらを発現させ活性を測定している。まず、pAMof2およびNamalva細胞の系では高い活性が得られなかったので、系統的に哺乳類よりも線虫により近いと考えられる昆虫の系に変えることにした。pBacPAK(Baculovirus)-Sf細胞(夜盗蛾)の系を用いて分泌発現させ、細胞抽出液の酵素活性を測定したが、現在までのところこれらも高い活性は見られない。線虫のフコース転移酵素の1つCEFT1は、哺乳類の酵素と比較してLeX合成活性は非常に低いので、天然の線虫のアクセプター基質、あるいはそれらと同じ構造を持つと推定される昆虫等のものも試みている。次に、それらの遺伝子の生物学的機能を推定する目的で、対応する遺伝子の突然変異体を分離するため、The C.elegans Gene Knockout Consortiumと共同で、欠失処理した線虫ライブラリーからこれら5個の遺伝子の欠失変異体をPCRで検出する方法を試みている。また、RNA interferenceは、double strand RNAを個体に導入することにより、遺伝子ノックアウトと同様の表現型が観察される現象で、この方法を用いるためのサブクローンを構築中である。我々は、糖鎖の機能を知る上において、まず糖転移酵素に着目してこれに的を絞り、線虫C.elegansの系を用いて研究している。これらがフコース糖転移酵素であることを確認し、さらに酵素間の基質特異性の違い、発現組織・時期などを明かにするため、これらを発現させ活性を測定した。

哺乳類細胞の系、あるいは、系統的に哺乳類よりも線虫により近い昆虫の系:pBacPAK(Baculovirus)-Sf細胞(夜盗蛾)を用いて分泌発現させ、細胞抽出液のLeX合成活性を測定したが高い活性は見られず、線虫のこれらのフコース転移酵素は、基質特異性等の特性が、哺乳類のものとは大きく異なることが明らかになった。現在、天然の線虫のアクセプター基質、あるいはそれらと同じ構造を持つと推定される昆虫等のものをアクセプター基質としてフコース転移活性の測定を試みている。さらに、それらの遺伝子の生物学的機能を推定する目的で、対応する遺伝子の突然変異体を分離するため、The C. elegans Gene Knockout Consortiumと共同で、欠失処理した線虫ライブラリーからこれら5個の遺伝子の欠失変異体をPCRで検出する方法を試みている。また、RNA interference(RNAi)は、二本鎖のRNAを個体に導入することにより、対応する遺伝子ノックアウトと同様の表現型が観察される現象である。この方法を用いるため、これら5個のフコース転移酵素遺伝子を、RNAを合成するためのベクターにサブクローンした。現在、最も簡便なソーキング法を用いてRNAiを試みている。
子の権利保護のためのシステムの研究―実体親権法と児童福祉法制の連動のあり方―

子の権利の保護のための司法と児童福祉法制の連動のあり方を研究するため、その基礎モデルとしてドイツの児童保護法制を検討することとし、その基礎作業として、ドイツの実体親権法と児童福祉の架橋となるドイツ社会法典第8編「児童ならびに少年援助」(2007年1月現在)の全条文を翻訳した。その翻訳については、別掲の平成17年度・18年度科学研究費補助金研究成果報告書「子の利保護のためのシステムの研究-実体親権法と児童福祉法制の連動のあり方-」に公表した。また、同じく基礎作業として、2006年11月に公表された、ドイツ連邦司法省の作業グループ報告書「子の福祉の危険の場合の家庭裁判所の処置」(2006年11月)を全訳し、これも前掲報告書に掲載、公表した。これらは、わが国では初めての作業であり、研究代表者と分担者の共同作業である。その他、この作業と平行して個別に研究を進め、研究代表者は、これも別掲のとおり、「ドイツの家庭裁判所」、「暴力によらずに教育される子の権利-ドイツ民法のアピール-」、「ドイツにおける『子どもの代弁人』(Anwalt des Kindes)」など、ドイツ親権法少年援助法、家事手続法等に関する論文を、また研究分担者鈴木博人は、「ドイツ法における交流権」、同高橋由紀子は「里親による監護と親権」などの論文を、逐次発表した。これらの研究を通じ、ドイツの児童の権利保護のシステムが、裁判所と児童福祉行政当局(少年局)との密接かつ体系的な連携によって組み立てられていること、児童の福祉に危険が及ぶ場合の対応においては、親の養育に対する介入よりも援助を先行させ、可能な限り親と子の関係の維持を図ろうとしていること、危険が危急に迫る場合には、手続の迅速ときめ細かい回避処置の実施が企図されていることなどが、明らかとなった。マンパワー、予算などの面で隔たりがあるとはいえ、これらの仕組みと対応姿勢は、わが国でも十分に参考となると考えられる。従来より継続してきたドイツ少年援助法全訳作業をすすめ、本研究が目的としてきた残存部分第60条から105条までを完訳し、「比較法学」(早稲田大学比較法研究所)誌に発表する(2006年3月出版予定)。本年度の計画では、すでに発表済みの条文訳を加えて、一冊の条文集として刊行する予定であったが、2005年度に同法に大規模改正があったため、現在その改正部分の翻訳作業を進めている。したがって条文集刊行は来年度に行う予定である。上記翻訳作業と平行して、代表者ならびに各分担者は、わが国ならびにドイツの親権法およびそれに関連する児童福祉法制および司法手続に関する法の研究を進めた。代表者岩志は、ドイツの家庭裁判所およびドイツの暴力排除法について、別掲論文を発表し、また研究会において、ドイツの手続保護人に関する報告を行った(2006年5月に判例タイムズ誌掲載予定)。分担研究者鈴木は、児童虐待についての研究を進め、とりわけ児童虐待に対する学校の対応について論文をまとめた。分担研究者高橋は、2005年度家族<社会と法>学会において、「里親による子の監護と親権-法的福祉的課題-」という報告(2006年度「家族<社会と法>」誌掲載予定)を行ったほか、養子および里親に関して別掲論文を発表した。本研究の目的は、父母による子に対する親の責任の懈怠や、親の権限の濫用に対する、現行親権法制および児童福祉法制の限界を直視したうえで、親権法や児童福祉法制のあるべき連携を追求するところにあり、その方法として、ドイツの法制研究に重点を置いてきた。

ドイツでは、1979年に民法典親権規定が、従来の親の支配権的色彩が残るものから、子の健全な生育に配慮する親の責任という理解の規定へと大きく改正され、さらに1998年の改正では、子の権利という観念が明確な形で規定の文言に現れるようになってきた。しかし、実体親権法に盛り込まれた内容を実現するには、それを可能にする適切な手続と、具体的実現を側面で支える諸種の行政的支援と、そのシステムが必要であり、それらはいわば三位一体のものとして機能しなければならない。ドイツでは、1990年代に至って従来の公権力の監督・介入型の児童福祉法制を転換し、父母や子、そして家族に対する諸種の支援を通じて子の福祉を実現、向上させることを目的とした「児童並びに少年援助法」が制定され、いち早くそのシステムが構築された。本研究代表者らは、この少年援助法の重要性に注目し、同法を全訳し、順次公表してきたが、2005年および2006年に同法の主要理念にかかわる改正があったため、すでに翻訳公表済みの部分を含め、大幅な修正改訂を行い、2007年1月現在のテキストに沿った翻訳を完成させた。この翻訳は、科研費の成果として報告書に掲載する。また、この翻訳作業と平行して、研究代表者らは、要保護児童の受け入れ先としての里親制度の研究、裁判過程における子の意思の反映のシステム、被虐待児に対する緊急保護の制度などについて分担して研究を進め、実体親権法の理念を実現するためには、行政や司法の措置や手続の充実が不可欠であることが実証できた。それらの個別成果は雑誌論文欄に示したとおりである。
Tタウリ型星に於ける原始惑星系ディスクの理論的研究

近年の観測技術の向上によってTタウリ型星には、幾何学的に薄い円盤の存在が強く示唆されている。この円盤は惑星形成の母体である原始惑星系円盤であると考えられている。しかし、この円盤の構造や進化は充分に解明されていない。このため本申請研究では、原始惑星系円盤モデルを構築して、その安定性及び進化を摂動計算と数値シミュレーションによって解析することを目的とした。まず、原始惑星系円盤の安定性については、線形解析による解析を実行した。この結果、安定性は、ToomreのQ値(局所的重力安定性のパラメータ)の円盤内での最小値(Qmin)によって判断されることがわかった。Qminが1より小さい円盤は不安定で、その成長率は回転角速度の程度に大きくため、この不安定性は自己重力的不安定性と解釈される。一方Qminが1より大きい円盤もやはり不安定であった。その成長率が小さい点や固有関数の形から判断して、差動回転系特有の不安定性であると推測された。線形解析より円盤が不安定であることがわかると、次に問題となるのは不安定円盤の最終状態である。無限に薄い円盤の場合に、その進化を数値シミュレーションによって解析した。結果は、線形解析で重力不安定な円盤は、十数個の分裂片に分かれ、それぞれの質量は、円盤の質量を1とすると、褐色矮星の質量程度となることが示された。一方、差動回転系の不安定を持つ円盤は、非軸対象モードの成長が見られたが、円盤の分裂にまでは至らないことが示された。以上の研究によって、原始惑星系円盤の自己重力的安定性についての限界がはじめて定量的に明らかにすることができた。近年の観測技術の向上によってTタウリ型星には、幾何学的に薄くてほぼ100AU程度の大きさの円盤の存在が強く示唆されている。この円盤は惑星形成の母体である原始惑星系円盤であると注目されている。このため本申請研究では、原始惑星系円盤モデルを構築して、その安定性及び進化を摂動計算と数値シミュレーションによって解析することを目的しした。まず、原始惑星系の安定性については線形解析による解析を実行した。無限に薄い円盤近似の元に、回転則と温度分布を中心星からの距離の巾関数と仮定して重力的に平衡な円盤を用意した。この非摂動解に対して、成長率に対する2階の積分・微分固有値方程式を行列法によって解いた。この結果、安定性は、円盤の局所的安定性のパラメータであるToomreのQ値の円盤内での最小値(Qmin)によって判断されることがわかった。線形解析の結果を知って、次に問題となるのは不安定円盤の最終状態である。つまり、不安定円盤はいかに進化するかという問題である。このため、まず円盤の厚さ方向の構造や運動は無視することにして無限に薄い円盤場合に、その進化を数値シミュレーションによって分析した。状態方程式はポリトロープを仮定してその指数はN=3/2とした。結果は、円盤の質量Mdと中心星M_<(] SY.sun [)>の質量の比であるq(=Md/M_<(] SY.sun [)>)によって分類された。特にq=1の場合は、極めて不安定で初期からm=8程度の非軸対称モードが急速に成長し、それぞれの腕は数個に分裂する。最終的には十数個の分列片に分かれる。それぞれの質量は、円盤の質量を1M_<(] SY.sun [)>とすると、褐色矮星の質量程度となる。現在その結果を論文にまとめている。

しかし、この円盤の構造や進化は充分に解明されていない。このため本申請研究では、原始惑星系円盤モデルを構築して、その安定性及び進化を摂動計算と数値シミュレーションによって解析することを目的とした。まず、原始惑星系円盤の安定性については、線形解析による解析を実行した。この結果、安定性は、ToomreのQ値(局所的重力安定性のパラメータ)の円盤内での最小値(Qmin)によって判断されることがわかった。Qminが1より小さい円盤は不安定で、その成長率は回転角速度の程度に大きくため、この不安定性は自己重力的不安定性と解釈される。一方Qminが1より大きい円盤もやはり不安定であった。その成長率が小さい点や固有関数の形から判断して、差動回転系特有の不安定性であると推測された。線形解析より円盤が不安定であることがわかると、次に問題となるのは不安定円盤の最終状態である。無限に薄い円盤の場合に、その進化を数値シミュレーションによって解析した。結果は、線形解析で重力不安定な円盤は、十数個の分裂片に分かれ、それぞれの質量は、円盤の質量を1〓とすると、褐色矮星の質量程度となることが示された。一方、差動回転系の不安定を持つ円盤は、非軸対象モードの成長が見られたが、円盤の分裂にまでは至らないことが示された。以上の研究によって、原始惑星系円盤の自己重力的安定性についての限界がはじめて定量的に明らかにすることができた。
連鎖球菌産生毒素の機能解析と感染症制御への応用

2)ヒト咽頭口腔内の常在細菌であるStreptococcusanginosussubsp. anginosus(SAA)には溶血株を示すサブグループが存在し、これらの株はペプチド溶血因子であるstreptolysin S(SLS)を産生することによってβ溶血性を示す。このSLSについては、これまでに「溶血因子ではあるが細胞障害性には寄与しない」ことが他の研究グループから報告されていたが、我々は評価系の再検討を行い、遺伝子組換えの手法を用いて作製したSLS非産生株を用いた検討によって、SAAが産生するSLSも細胞障害因子としての機能を示すことを明らかにした。本課題で用いるウェット系実験手法はこれまでに十分運用実績のある遺伝子操作、細胞培養、タンパク質生成・修飾などであり、実施過程で不具合が生じにくい。また、各種ライブラリーも整備されてきており、柔軟迅速に対応出来る。ドライ系実験手法である分子力学法、分子動力学法、分子軌道法、ホモロジー解析、ドッキング解析、キャビティー解析などが整備されており、研究に進捗に応じてきめ細かく対応可能である。共同研究者、研究協力者との定期的な打ち合わせによって得られたデータを開示して議論することで、問題点や研究の進め方が明確にできた。これらの理由から概ね順調に進展している。1) Chiral-2-nitroimidazole骨格を有するTX-2036誘導体の立体異性と放射線増感能の相関解析。TX-2036は強い放射線増感能を有し、その誘導体は分子中に不斉炭素を持ち、R-体(TX-2043、TX-2030、TX-2036)とS-体(TX-2044、TX-2031、TX-2037)が存在する。TX-2043とTX-2044、TX-2030とTX-2031、TX-2036とTX-2037、がキラルペアとなる。これらの放射線増感能への効果を検証する。SAAが産生するSLSが細胞障害因子として機能発現する際の急性的膜溶解、亜急性的膜溶解について検証する。例年3月に開催される細菌学会が、札幌開催のため時期が4月に変更されたため、旅費宿泊費を調整したため、一部予算を次年度に繰り越した。
高次システムとしての膵島機能の発現機構とその破綻

我々は新たな膵β細胞株MIN6-Kを樹立した。複数の細胞株を単層培養し、インスリン分泌を比較したところ、MIN6-K8細胞はグルコースとcAMP産生ホルモンであるインクレチンに応答するのに対し、MIN6-K20細胞はグルコースだけに応答した。しかしMIN6-K20細胞を3次元構築(偽膵島)するとインクレチン応答性は正常膵島レベルまで誘導された。また3次元構築は膵腺房細胞からの膵β細胞への分化転換に必要であった。したがって膵β細胞の3次元構造は高次システムとしてのインスリン分泌能の発現に重要であることが示された。2次元および3次元レベルでの膵島機能発現機構の解明(1)新たに樹立したマウス膵β細胞株のインスリン分泌特性を2次元、3次元レベルでトランスクリプトームおよびメタボローム解析を行った結果、膵β細胞におけるインクレチン/cAMPシグナルの獲得は、細胞内cAMP濃度の増加だけでなく、その下流シグナルの増強によって生じることを見出した。今回樹立した細胞株とこれらを用いた培養系は、インクレチン/cAMPシグナルの解明に有用であると考えられる。(2)Rab3の標的分子Rim2のインスリン分泌過程での役割を2次元レベルで解析できる全反射型蛍光顕微鏡TIRFMを用いて検討したところ、Rim2はプライミングとドッキングのステップに重要であることを明らかにした。(3)2次元レベルで膵β細胞機能を解析するために、cAMPセンサーEpac2のFRETプローブを膵β細胞株に発現させたところ、血糖降下薬として広く用いられているスルホニル尿素(SU)薬によってFRET活性が低下し、さらにSU薬がEpac2と結合することを見いだした。またEpac2欠損マウスから単離した膵島ではSU薬によるインスリン分泌作用が低下し、個体レベルでは血糖降下作用が明らかに減弱することを3次元レベルで明らかにした。(4)Ins2-Cre-ERT2マウスとKir6.2-floxマウスを交配して時間的・空間的にKir6.2の発現を制御できるマウスモデルを作製した。このマウスを利用することによって、任意のタイミングで膵β細胞特異的にKir6.2を欠損させることが可能となり、膵β細胞におけるATP感受性K^+チャネルの役割を4次元レベルで詳細に解析することができる。2次元および3次元レベルでの膵島機能発現機構の解明(1)新たに樹立したインクレチン応答性と不応性のマウス膵β細胞株を用いて細胞内代謝や遺伝子発現の比較解析を行った。2次元培養時には両細胞株間で遺伝子発現に大きな差異は認められなかったが、3次元培養によって偽膵島を形成させると、ともにインスリン含量が正常膵島に匹敵するレベルまで増加した。さらに、偽膵島形成によってインクレチン不応性の細胞株でもインクレチン応答性を示した。これらの細胞株は膵β細胞におけるインクレチン/cAMPシグナルを解析するための有用なツールとなり得る。(2)Rim2α欠損マウスから樹立した膵β細胞株の2次元レベルの解析から、細胞膜にドッキングしたインスリン顆粒数は減少し、さらにグルコース応答性インスリン分泌が障害されることが明らかになった。この細胞株にRab3と結合できないRim2α変異体を導入したところ、ドッキングしたインスリン顆粒数は増加したが、インスリン分泌は回復しなかった。一方、Munc13-1と結合できないRim2α変異体を導入した細胞株では、ドッキングしたインスリン顆粒数は増加しなかったが、インスリン分泌は回復した。したがってRim2αはRab3およびMunc13-1と相互作用することでインスリン顆粒のドッキングおよびプライミングステップを決めることが明らかになった。(3)Ins2-Cre-FRT2マウスとR26R-YFPマウスを交配して、任意のタイミングで膵β細胞を標識し追跡できるモデルマウスを作製し、膵β細胞の運命を解析した。その結果、正常加齢時や膵β細胞傷害時には、非β細胞からの新たなβ細胞の新生は認められなかった。一方、出生後14日から28日の間で膵β細胞の標識率が有意に低下したことから、この時期には自己複製以外のメカニズムで膵β細胞が生じていると考えられた。(1)インクレチン応答性と不応答性のマウス膵β細胞株間で遺伝子発現にほとんど差はなかったが、細胞内代謝の比較では一部の代謝物に差が認められた。またEpac2を欠損させた膵β細胞株ではcAMPシグナルによるインスリン分泌増強が障害されていた。さらにEpac2欠損膵β細胞株では野生型膵β細胞株と異なり、偽膵島を作製することが出来なかったことから、Epac2はインスリン分泌増強とともに、膵β細胞間の相互作用にも関与することが示唆された。(2)2次元培養時ではインクレチン不応答性の細胞株でも、3次元培養によって偽膵島を形成させると、膵島と同レベルまでインクレチンによるインスリン分泌増強が上昇した。

偽膵島の細胞内代謝の解析からインスリン分泌に関与する細胞内シグナルが上昇することが明らかになった。また、膵外分泌細胞を単離して単一細胞化すると前駆細胞様の細胞に脱分化した。EGFシグナルを活性化することによってカドヘリン依存性細胞接着を介した3次元のspheroidを形成し、インスリン産生細胞へ分化転換した。分化転換した細胞はグルコース応答性インスリン分泌反応を示し、インクレチン応答性も示した。(3)膵β細胞毒であるアロキサンを投与して糖尿病(高血糖)状態にしたマウスに、インクkチンシグナルを活性化する市販のGLP-1受容体作動薬であるリラグルチドを1カ月間連日投与した。その結果、リラグルチドを投与したマウスでは血糖値の上昇が有意に抑制され、血清インスリン値は上昇傾向が認められた。膵組織の免疫化学的解析から、リラグルチド投与マウスでは、膵β細胞墨が増加していることが示された。このことから、インクレチンシグナルの活性化によって膵β細胞の再生が誘導された可能性が示唆された。さらに、任意のタイミングで膵β細胞を特異的に標識できるマウスを用いて、時間軸(4次元)も考慮してインクレチンシグナルによる膵β細胞再生のメカニズム解析を実施している。
ヒト小児眼球由来細胞を用いた網膜の形成・再生に関する研究

小児網膜芽細胞腫の患者から摘出された眼球から、分化能を有する神経前駆細胞を含む細胞集団を単離後、浮遊状態でこれら多分化能を有する細胞を増やし(neurosphere法)、その後、これまでに蓄積したニワトリやマウス研究からの知見や技術を応用して、ヒト網膜を構成する複数種類の神経細胞へ分化誘導することを目的し、以下の実験を行った。本研究の特色は、モデル生物を用いた研究成果に基盤をおきながら、臨床から得られるヒト組織を用いて研究を展開する点にある。1)neurosphere法でヒト細胞が増殖するか否かの検討:ヒト眼球由来虹彩細胞、網膜グリア細胞、毛様体上皮細胞などは、neurosphere法で数ヶ月間、培養を維持することが可能であった。Sphereの免疫染色では、神経幹細胞マーカーの発現がみられた。2)Pax6遺伝子による効果:ヒト眼球由来虹彩細胞にPax6遺伝子を導入すると、神経系マーカーの発現が上昇し(RT-PCR),さらに継代することによって、自己複製能と神経分化能を持った神経前駆細胞様の細胞が得られた。また、Pax6遺伝子の導入によって視細胞マーカーの発現上昇を促進した。3)bFGFなど液性因子や転写因子の遺伝子導入の効果:ヒト眼球由来の種々の細胞をhanging drop法によってsphereを作成後にB27とbFGFを含む培養液で数週間培養することによって、神経誘導が可能であった。また、虹彩細胞、網膜グリア細胞、毛様体上皮細胞から網膜視細胞が分化誘導されたが、bFGFなどの液性因子に加え、複数の網膜関連遺伝子の導入が必要であることが示唆された。そこで、網膜分化を決定する転写因子遺伝子群に属する多数の遺伝子を作成、エントリーベクターに組み込み、ウィルスベクターを作成。これらをヒト小児眼球由来細胞に導入し、目的とする網膜細胞を作成した(direct reprogramming)。4)分化誘導された網膜細胞の機能評価をカルシウムイメージングによって行った。以上から、ヒト網膜神経細胞への分化誘導に必要な因子は、モデル生物を用いた研究成果から推測されるものとほぼ一致することがわかった。
神経ペプチドのＩｇＥ依存性アレルギー反応に対する調節作用の解析

【目的】表皮に恒常的に発現する神経ペプチドNeuromedin U (NMU)とIgE依存性のアレルギー反応の相互の関係を明らかにする。【方法と結果】耳翼ハプテン繰り返し塗布によるアトピー性皮膚炎マウスモデルでの検討および足蹠へのIgE transferの系で、NMUはIgE依存性のアレルギー反応を抑制していた。マウス骨髄からのBMMCと結合織型肥満細胞(CTLMC)を用いたin vitroの検討では、主にCTLMCにおいてIgEはNMUによる脱顆粒を抑制していた。【まとめ】NMUを介した肥満細胞の活性化とIgE/FcεRIを介する肥満細胞の活性化は相互に作用していることが明らかになった。本研究において我々は、表皮に恒常的発現する神経ペプチドNeuromedin U (NMU)がIgE依存性のアレルギー反応に果たす役割を明らかにすることを目的としている。前年度にはNMU-/-マウスを用いた検討を行い、NMUの欠損はIgE依存性のアレルギー反応を増強させることを明らかにし、NMUはIgE依存性のアレルギー反応を抑制すると考えられた。本年度は、NMUのIgE依存性アレルギー反応の抑制効果を更に証明するために、1NMU-/-マウスの足蹠を用いたIgE transferの系、2マウス肥満細胞を用いたin vitroの系を施行した。その結果、1ハプテン特異的IgEで前処理した足蹠にハプテン塗布を行うと、NMU -/-マウスでは、同様に処理したWTマウス(B6)に比較して即時型反応が有意に増強していた。2マウス骨髄由来肥満細胞(BMMC)はNMUにより脱顆粒し、その反応はIgEで前処置した場合には抑制された。以上より、NMUはIgE依存性の肥満細胞を介する即時型のアレルギー反応を抑制することを明らかにできたと考えている。本研究において我々は、表皮に恒常的に発現する神経ペプチドneuromedin U(NMU)がIgE依存性のアレルギー反応にはたす役割を明らかにすることを目的としている。平成23年度にはNMU knouckout (KO)マウスを用いて、NMU KOマウスではIgE依存性のアレルギー反応が増強することをハプテンを用いた系で明らかにした。平成24年度には平成23年度の結果を元に、ハプテン特異的IgEの前処理によるIgE依存性のアレルギー反応がNMU KOではWTよりも増強することを示した。さらに、NMU自身が肥満細胞を脱顆粒させうるmediatorであることから、肥満細胞を介したNMUおよびIgEの直接的な相互作用を明らかにするために骨髄から誘導した肥満細胞(BMMC)を用いて検討を行った。その結果、BMMCとBMMCからサイトカイン環境をかえることにより得られる結合式型肥満細胞(CTLMC)では反応性が異なり、さらにIgEはNMUによる脱顆粒を抑制しうることを明らかにした。そこで本年度は、NMUとIgEの関係をハプテン特異的・非特異的IgEを遺伝学的に発現しているマウスでの検討およびNMUとIgEの相互関係を明らかにするために各種遺伝子改変マウスを用いてin vitro/ in vivoでの検討を行った。その結果、1ハプテン特異的IgEのみならずハプテン非特異的IgEにおいても低濃度ではNMUによる即時型反応は抑制された2NMUでの肥満細胞の脱顆粒はTLR2との関係がある可能性が示唆された。以上の結果から、自然免疫およびIgE依存性のアレルギー反応が皮膚を反応の場として相互に生じることで過度の炎症や局所破壊を制御していると考えられた。本研究において我々は、表皮に恒常的に発現している神経ペプチドNeuromedin U(NMU)が肥満細胞を活性化する機序を明らかにするとともに、この反応とIgEとの相互関係を明らかにすることを目的とし各種検討を行う予定である。本年度は、(1) NMUの欠如が表皮構築に及ぼす影響を明らかにするために、NMU-/-マウス耳翼の角質水分量(SSH)および経表皮水分蒸発量(TEWL)の測定、(2) NMUがIgE依存性のアレルギー反応に及ぼす影響を確認するために、NMU-/-マウスの耳翼を用いてハプテン(TNCB; 2,4,6-trinitro-chrolobenzene)繰り返し塗布を行い、耳翼厚、ITH、血清IgEレベル、掻破数の経時的測定を行った。その結果、(1) NMU-/-マウス耳翼はC57BL/6や他の遺伝子改変マウスの耳翼と同程度のTEWLを示しバリア機能の異常はないと考えられたが、SSHは著明に低下し水分保持能の低下があることが示唆された。(2) NMU-/-

マウスではC57BL/6に比較して、耳翼へのハプテン繰り返し塗布によるIgE依存性のアレルギー反応が顕著であり、NMUの欠損はIgE依存性のアレルギー反応を起こしやすくすることを明らかにした。つまり、NMUはIgE依存性のアレルギー反応を抑制していることを意味し、IgE依存性の肥満細胞の脱顆粒を抑制していると考えられた。遺伝子改変マウスを用いたin vivoでの実験は概ね予定通りに遂行されている。マウス骨髄由来肥満細胞を用いた脱顆粒の系も確立されており、今後はNMUを介した脱顆粒の反応のpathwayの検討なども行う予定にしている。本年度の達成目標として(1) NMUの欠如が表皮構築に及ぼす影響を明らかにする(2) NMUがIgE依存性のアレルギー反応に及ぼす影響を確認する(3) NMUの欠損が他の神経ペプチドの発現に及ぼす影響を明らかにするの3つを予定していた。(1)、(2)は実験は終了しており、また、(3)に関しても(2)の実験と同時進行で検体を採取が終了している。以上から、概ね順調に遂行できていると考えている。前年度同様にNMUによるIgE依存性アレルギー反応の抑制作用を明らかにするために、NMUによる肥満細胞脱顆粒のpathwayを検討する。従来より、NMUはNMUレセプターを介して肥満細胞を脱顆粒させることが知られているが、我々の予備実験ではTLRが関与している可能性が示唆されている。そこで、B6、NMU-/-に加え、各TLRノッックアウトマウス群(TLR2-/-、TLR4-/-、TLR6-/-、TLR9-/-)、同一肥満細胞上に発現するIL-1R-/-、MyD88-/-およびB細胞を欠損しIgE/FceRIのシグナルを欠くμ-/-、TNP特異的IgEを有するTNP-IgE TGマウスを用いてハプテン塗布によるITHの検討を行う。各マウス骨髄から肥満細胞を誘導し、in vitroでのNMUによる脱顆粒の違いの有無も確認するとともに、IgE処理による脱顆粒の抑制も確認する予定にしている。本年度の結果から、NMUはIgE依存性のアレルギー反応を抑制している可能性が示唆されている。そこで、(1) NMUによるIgE依存性アレルギー反応の抑制を直接的に明らかにするために、NMU-/-の足蹠にハプテン特異的IgEを局注後ハプテン誘発による即時型反応(ITH)を検討する。(2) NMUとIgEの関係を肥満細胞を中心として検討を加える。肥満細胞に発現する各種レセプターの遺伝子改変マウスを用いてITHを比較検討する。これにより、NMUとIgEの関係を肥満細胞活性化という観点から明らかにしたいと考えている。各種ノックマウス購入およびin vitroでの実験の試薬購入に充てることを計画している。上記に記載したように、主にマウスを用いた実験を行う予定である。具体的にはC57BL/6やNMU-/-マウス、各種遺伝子改変マウス(主にTLR knock-outマウス)を用いマウスの購入および試薬の購入に使用する予定である。
歴史的建造物における塗装の変遷に関する研究

歴史的建造物が、それが立てられた時代に、当時の人々の目にどのような色で見えていたかを系統的に検証した。まず、古代における建造物塗装は、瓦に付着する顔料に基づいて検討した。塗装の際にはみ出して付着したと考えられる顔料をもとに推定すると、奈良時代以前の日本においては、建造物塗装に用いられた赤色顔料としてはいわゆるベンガラによる塗装しか今のところ認められず、水銀朱や鉛丹による塗装は確認されなかった。また、ベンガラの中でも、地方寺院で確認される塗装顔料は、今のところ全てが不純物を多数含む、丹土と呼ばれる範疇に近い色を呈し、いわゆるパイプ状ベンガラと呼ばれるような発色の良いベンガラによる塗装は、地方寺院では見つからなかった。ベンガラが退色する際の色変化の傾向に基づき、古代寺院が塗られた当時の彩色を復元すると、博物館や遺跡などで見かける復元模型や復元建物などで表現されているような鮮やかな赤色ではなく、我々の感覚で言えば地味に感じられる、範疇としては茶色に感じられる概念の色味をしていた可能性が高いと判断された。その後、平安頃になると、一部で鮮やかな純粋なベンガラで塗装されるケースも観察された。ベンガラ以外の外装塗装としては、平等院鳳鳳堂の外扉が平安時代後半頃に水銀朱で塗られたと考えられるのが古い例であり、鉛丹で外装塗装がなされたと考えられる事例は、これまでのところ近世以降のものしか確認でさていない。以上はあくまでもこれまで調べた範囲での傾向に過ぎないが、建物の塗装顔料には時代ごとに変遷があったことが確認され、一つの建物でも時代によって異なる見かけをしていた可能性があることが、具体的に明らかになってきた。この他に赤以外の塗装として注目されるものとして、含コバルト青色顔料が挙げられ、徳川家光に関係した時代に一部の限られた建物において用いられた形跡がある。建造物の彩色を二次元的に捉えるために、二次元分光計を開発し、建造物内でどの彩色がどこに分布しているかを平面的に調査する方法を確立した。これは、従来から分光光度計によって行っていた可視光反射スペクトル測定を、メッシュを切りながら連続的に行っていくことにより、平面上の任意の場所の反射スペクトルを一度に計測できるシステムである。開発された装置を用い、試みに日光文化財とほぼ同時代の彩色を豊富に留める、鎌倉市英勝寺の祠堂内部の須弥壇に残る彩色を調査した。その結果、それぞれの箇所の測色結果は一枚の画像に統合され、あたかも対象物のデジタル写真を見るような画面上に、厳密に測定された色を再現することができた。過去の研究によって報告されている通り、反射スペクトルの情報は単なる色情報のみならず顔料の成分とほぼ一対一対応していることから、このことにより建造物上で、どの部分にどの顔料が用いられているかという使用顔料の分布を一枚の画像にて表現することが可能となった。特に英勝寺においては、青の部分の表現に、通常の群青ではなく、コバルトを含んだ特徴的な顔料(便宜的にスマルトと呼ぶ)が用いられていることが確認され、その使用分布が判明した。スマルトは、日光東照宮でも認められており、それぞれが当初彩色だと仮定すれば、時代的にごく近接した日光文化財と同様の技法で、この英勝寺の青色も塗装されていると考えられ、従来から指摘されていたこの建物の特徴がさらにはっきりと明らかになってきたことになる。また、そうしたスマルトがどのような時代的、そして地位的分布をもって塗装に用いられているかを明らかにするために、近接した時代に建てられた高野山・徳川家霊台や、専修寺御影堂などでも調査を行った。

こうした視点から、近世建造物の塗装の特徴を明らかにしつつある。宇治市の平等院鳳凰堂において、現存する扉に残されている顔料を、塗り重ねられている層ごとに分析し、また出土した各時代の瓦に付着する顔料を分析することから、同建物の外装塗装史を解明した。確認された限りでは、漆塗り→朱塗り→ベンガラ(または丹土)塗りという変遷があったことが判明した。また、和歌山市の重要文化財・旧中筋家住宅において、雨漏りにより著しく変色している部分や塗装後に表面を別の物質に覆われていて新鮮な状態部分など、同一塗装でその後の変色度合いが異なる箇所を系統的に調査し、ベンガラ系の顔料が変色する際の色の変化傾向を調査した。こうしたデータを蓄積することにより、現在は変色してしまっている顔料であっても、その色の傾向を調べることから、当初の塗装の色、すなわち当初の建物の見え方を検討することが可能になることが期待される。さらに、初年度である2002年度の成果としで近世初期の青色塗装に、通常の群青ではなくコバルトを含んだ特徴的な顔料(便宜的にスマルトと呼ぶ)が用いられる場合があることがわかったが、今年度は当該時期の青色塗装の調査事例を蓄積した。その結果、鎌倉や京都市内に残る同時代の青色塗装では、スマルトが確認される場合と確認されない場合のいずれもが認められ、普遍的な傾向ではないことが判明した。この時期の塗装でスマルトが認められたケースは、日光の事例を始め、鎌倉では英勝寺、京都では仁和寺など、これまでのところ何かしらの形で徳川家光が関与しており、逆に鎌倉の建長寺のように格の高い寺院でも認められないケースも存在した。こうした点から、この時代の青色塗装のなされ方についてさらに考察を進める予定である。前年度までは、主として中世・近世の建造物塗装に関して、その変遷を明らかにしてきていたが、今年度は古代の建造物塗装について検討を試みた。現存する古代の建造物が、築造当初の塗装を留めている事例は皆無に等しいが、出土品などの分析から、当時の状況を推定することは不可能ではない。特に出土した軒平瓦で、板と接していた考えられる箇所には、その板を塗装するときに付着してしまった赤色顔料が残存していることがある。この顔料はまさに建造物塗装の顔料と判断されるため、全国各地の遺跡から出土した、そうした軒平瓦に付着する顔料を系統的に調査した。その結果、今回、北は白河市の借宿廃寺から南は宇佐市の虚空蔵寺・法鏡寺まで、東北、関東、近畿、中国、四国、九州で調査した限りの白鳳または奈良時代とされる瓦に付着していた顔料は、例外なくベンガラであった。既に前年度までに明らかにしていたように、建造物塗層における赤色顔料としては、大きく分けてベンガラ、朱、鉛丹の三種類があり、さらにベンガラの中には、純粋で色鮮やかなタイプの「狭義のベンガラ」と、不純物が多くどちらかと言えば茶色に近い落ち着いた色の「丹土」とがある。しかし、奈良時代以前で調べた範囲では、これまでのところいずれも丹土と思われる事例しかない点が注目される。これは、塗装の概念の変遷を考える上で、極めて重要な情報であり、このような視点から、さらに次年度も検討を進めていく予定である。歴史的建造物が、それが立てられた時代に、当時の人々の目にどのような色で見えていたかを系統的に検証した。まず、古代における建造物塗装は、瓦に付着する顔料に基づいて検討した。
再構成低線量CT画像と仮想観察者実験システムを用いた被ばく低減の診断能評価

本研究の目的は,コンピュータ断層撮影(CT)検査における撮影線量(医療被ばく)の最適化を行う際に,必然的に伴う撮影線量の減少による診断能の低下を評価するための,簡便で再現性が高い評価手法を開発し,同時にその評価手法の正当性の検証を試みることである.平成27年から29年の3年間で,最初に低線量CT画像をシミュレーションにより作成する手法を開発し,論文で発表した.また,2年目にはヒトに代わってコンピュータが診断能の比較の観察者実験を行う手法(iReaderシステム)を開発し,その初期検討として,本手法を表示性能の異なる2機種の液晶モニタの性能評価に用いた.3年目には,ROC・FROC解析のように信号検出作業を必要としない一対比較法を容易に実施するための読影評価システムを新規に開発した.最終年度である平成30年度は,そのシミュレーションにより作成した低線量CT画像の精度を,開発した一対比較法の読影評価システムを用いて検証し,その成果を論文で発表した.また,iReaderシステムにおいては,コンピュータが信号を検出する過程を,機械学習により構築した人工知能で置き換える手法について検討し,その有用性に関する初期実験を行い,学会発表を行った.さらに,以前から開発を進めていたROC・FROC解析の作業を簡略化させるソフトウエアの開発に関連して,20年以上前に開発されたROC解析ソフトウエアを改良し,最近のPC上でも問題なく動作するようにいくつかのソフトウエアのパッケージ化を行い,その内容について,論文で発表した.本研究は,コンピュータ断層撮影(CT)検査における撮影線量(医療被ばく)の最適化のための診断能の簡便で再現性の高い比較評価法を開発することを目的としている.初年度の平成27年は,この比較評価を具現化するため,すでに開発済みであったCT画像から低線量CT画像を再構成する新しい手法の有用性について検討した.具体的には本研究で用いる新しい再構成法を用いて,初回の精密検査時には通常線量(182mAs)で撮像された胸部CT症例の画像データから低線量CT画像を作成し,その後のフォローアップ検査において実際に低線量(50mAs)で撮像されたCT画像と比較し,本手法により得られたシミュレーションの低線量CT画像と実際に低線量で撮像されたCT画像がほぼ同等の画質であることを証明した.そして,これらの本研究で用いる低線量CT画像再構成法の有用性についての結果と考察を論文として発表した.また,本研究でもう一つの目的としているヒトに代わってコンピュータが診断能の比較の観察者実験を行う手法の開発については,既存のファントム画像を用いて行われた複数の観察者によって実施された観察者実験のデータを元にして,その個々の観察者の読影能力をコンピュータに学習させたシステムの開発を試みた.この基礎研究からは,ヒトの信号検出に関する評定結果と,そのヒトの観察能力を学習させたコンピュータの出力(読影結果)との間にある程度の相関が認められることが証明された.これらの基礎的な実験・検討のけっかについては,学会で研究発表を行った.本研究の初年度となる平成27年には,本研究の低線量CT画像再構成法を用いて作成した低線量CT画像と実際に低線量で撮像したCT画像との画質の比較を一対比較法により評価する予定であったが,一対比較法の観察者実験に必要なだけの症例数が集まらず,観察者実験を実施するには至らなかった.通常検査の場合は,同一患者に対して線量を変化させて同一部位を撮影することがないため,本研究で使用可能な症例は,本研究の実施機関で行われている特殊な症例(肺に異常陰影が認められ,その病変部の良悪性の判定のために肺生検が実施された症例で,初回のCT検査は通常線量で行われ,その後,フォローアップ検査では低線量で検査が行われる)に限定されるためである.また,前述の一対比較法によるシミュレーション画像の有用性評価が実施されていないので,その後の研究として予定していたシミュレーション低線量CT画像を用いた診断能の評価も実施できていない状況である.本研究は,コンピュータ断層撮影(CT)検査における撮影線量(医療被ばく)の最適化を目的として,撮影線量を減少させた場合に低下する可能性がある診断能を評価するための,簡便で再現性が高い手法を開発し,同時にその評価手法の正当性の検証を試みている.2年目となる平成28年は,ヒトに代わってコンピュータが診断能の比較の観察者実験を行う手法(iReaderシステム)を開発し,その初期検討として,本手法を表示性能の異なる2機種の液晶モニタの性能評価に用いた.この研究では,既存のファントム画像(信号あり20画像,信号なし20画像)を表示性能の異なる2機種の液晶モニタに表示し,その表示された画像をカメラで取り込み,得られた試料画像上の信号の有無とその程度をコンピュータが解析し,ヒトと同じように評定スコアを出力し,その評定スコアをROC解析で評価した.このiReaderシステムでは,ヒトの目のレスポンス関数をフィルタに応用することで,ヒトの観察者の検出能が観察距離によって変化するという現象を再現することが可能となり,さらに,試料画像の画像特徴量を入力データとして、人工ニューラルネットワーク(ANN)を学習させることで信号の見えやすさの違いを段階的に表現することが可能になった.そして,2機種の液晶モニタの検出能をiReaderシステムによって評価した結果,一般用の液晶モニタと医療用の高精細液晶モニタでは,医療用モニタの方が信号の検出能が高いということが,ヒトによる観察者実験を行わずに証明された.これらの成果は複数の学会において研究発表を行った.