hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ウェアラブル掻破行動モニタリングシステムの開発

マップ前年度に開発した引っ掻き振動計測センサを装着した7名の被験者に上記のシステムに対して引っ掻き動作を行ってもらい、引っ掻き動作の特徴と引っ掻き音の同時計測を行った.その際、皮膚モデルに対する垂直力とその目標値を被験者に提示し、速度についても電子メトロノームを用いてテンポを提示して、4種類(垂直力2種類、速度2種類)の目標動作に対して引っ掻き音および実際の動作特徴を取得することができた。計測実験によって取得したデータから、動作については、垂直力、せん断力、速度それぞれの平均値と最大値を、センサ出力については、分散値と周波数解析した結果得られた150Hzの範囲のパワースペクトル密度を加算した値Spを計算した。これらの結果を基に、動作の特徴と評価パラメータ間で相関行列を作成した結果、分散値とせん断方向力の最大値、およびSp値と速度の最大値の間に強い相関関係が得られ、分散値とSp値を2軸とする評価マップを作成することで、引っ掻き動作の1回ごとの個別の強度を評価することが可能になった。東日本大地震の影響によりセンサシステムが破損し、再度、製作することになり、本年度予定していた数値解析の実施がやや遅れている.しかしながら,引っ掻き振動計測センサ、指先力計測センサ、指角度計測センサの基礎特性を確認することができ,成果は得られている.24年度が最終年度であるため、記入しない。次年度は,引っ掻き動作の力学的な特性とセンサ出力の関連性を解明するために,実験では,人主皮膚モデルに対する引っ掻き動作の力情報とともに,高速度カメラで撮影することで指の姿勢情報を得ながらセンサ出力を計測する、また,その力情報,姿勢情報を基に,数値解析を実施し,引っ掻き時の皮膚内部のより詳細な力学情報を得ることで,皮膚ダメージの推定手法の検討を行う.24年度が最終年度であるため、記入しない。
金属酸化物修飾電極による糖類の高感度検出法の開発

1.電極表面を酸化第二銅で修飾すると、糖類は強塩基性条件下で効率よく酸化されることを明らかにした。この反応にはより酸化の進行したCu(III)と酸解離したアルコール性水酸基との複合体形成が重要であることが示唆された。こうした酸化銅による触媒的酸化反応により、グルコースの場合12電子酸化され、ギ酸となることを明らかにした。酸化銅はこの多電子移動を効率よく触媒するので、糖類の高感度直接検出に用いることが期待される。さらに、副生成物が少なく、それによる電極過程の吸着阻害がないため定電位アンペロメトリーへの適用に相応しいものであることを明らかにした。2.銅電極ならびにその酸化処理による糖酸化活性能の変化に関して詳細に検討した。その結果、(1):十分に研磨した銅電極は、糖酸化活性能を有しない、(2):電解酸化により銅表面上に亀裂が生じ、そこに酸化第二銅の微結晶が析出し、このミクロ構造は、ある程度電極内部にまで発達しており多少の研磨では除去出来ない、さらに(3):電解酸化電極を穏やかに研磨後、100°Cで空気酸化すると、光沢のある酸化層が形成され、電解酸化処理電極と同等の糖酸化活性を発現することを見いだした。3.2-(3)の方法で作成した電極をHPLC法に適用した結果、グルコースに対して100フェムトモルオーダーまでの検出限界を達成した。これは糖の直接的検出法に関する報告を見る限り最高感度である。また、電極の安定化に要する期間も従来の1/10以下になる長所もあることを見いだした。さらに1ヶ月の長期連続使用に対しても、大きな感度の低下が認められないことがわかった。4.今後の問題点として、(1)酸化銅による糖酸化触媒反応の素反応過程の解明、(2)酸化銅電極表面のミクロ構造のキャラクタリゼーション、(3)オリゴ糖に対する高感度検出への改良、(4)アミノ酸等妨害物共存下での選択的検出への改良等が挙げられる。1.電極表面に酸化第二銅が存在すると、強塩基性条件下で糖類は効率よく電解酸化されることを明らかにした。この知見を基に、カーボンペースト基材に電着させた銅薄膜を電解酸化した酸化第二銅修飾カーボンペースト電極、および銅電極表面を空気および電解により酸化した酸化第二銅修飾銅電極の作成法を確立した。2.酸化第二銅修飾電極を用いた電解酸化において、キシロース、グルコース、ソルビトールはそれぞれ10、12、14電子移動により、5、6、6分子のギ酸に酸化されることを明らかにした。また、電解生成物による吸着阻害は観測されなかった。このような電気化学的多電子酸化反応の実現は、高感度定電位アンペロメトリーの実現を裏付けるものである。3.このした糖類の電解酸化反応において、糖類の水酸基の存在が必須であることを明らかにした。一方、この反応はアミノ酸に対しても酸化活性を有することがわかった。これらの事象を統合し、酸化第二銅が関与した表面触媒反応機構の概略を明らかにした。4.酸化第二銅修飾電極を高速液体クロマトグラフ系に適用したところ、グルコースを例にとれば、10mu1注入時において、検出限界サブピコモルレベルの高感度直接検出を実現した。5.今後は、この電極の長期安定化のための更なる条件検討と、本触媒反応における糖類とアミン類の至適pHの違いを利用した両者の分別検出法を開発することが重要な課題であると考えている。1.前年度の成果に基づき、銅電極ならびにその酸化処理による糖酸化活性能の変化に関して詳細に検討した。

その結果、(1):十分に研磨した銅電極は、糖酸化活性能を有しない、(2):電解により酸化を行うと、糖酸化活性能の著しい向上が観測されるが、表面が粗となり、フロー法の電極としては不適である、(3):1度電解酸化処理を施した銅電極は、多少の研磨ではその糖酸化活性能を失わない、さらに(4):(3)の銅電極を100°Cで空気酸化すると、光沢のある酸化層が形成され、電解酸化処理電極と同等の糖酸化活性を発現することを見いだした。2.上記(1)ならびに(3)の結果より、電解酸化により、銅表面上に亀裂が生じ、そこに酸化第2銅の微結晶が析出し、このミクロ構造は、ある程度電極内部にまで発達しており多少の研磨では除去出来ないと考えた。これらの実験結果ならびに提案は、従来の研磨銅電極の糖酸化活性能に関する矛盾を明確に説明するものである。3.1-(4)の方法で作成した電極をHPLC法に適用した結果、グルコースに対して100フェムトモルオーダーまでの検出限界を達成した。これは、糖の直接的検出法に関する報告を見る限り最高感度である。また、1ヶ月の長期連続使用に対しても、大きな感度の低下が認められないことがわかった。4.長期間使用後の電極は、1-(4)に準じて比較的簡単な研磨と空気酸化処理を施せば、容易に再生出来ることを明らかにした。この場合、電極の安定化に要する期間も従来の1/10以下になる長所もあることを見いだした。5.今後の問題点として、(1)酸化銅による糖酸化触媒反応の素反応過程の解明、(2)酸化銅電極表面のミクロ構造のキャラクタリゼーション、(3)オリゴ糖に対する高感度検出への改良、(4)アミノ酸等妨害物共存下での選択的検出への改良等が挙げられる。
標的の非均質性と動きを考慮したロバストな陽子線スキャニング治療技術の開発

平成28、29年度の研究成果に基づき、実際の臨床における標的マーカの呼吸性移動データを用い、陽子線照射スポット位置誤差の統計的/確率的評価に基づく線量分布解析、ロバスト性評価技術を開発した。また、標的移動と陽子線ビーム照射方向との相関を考慮し、一方向、多方向照射に対応した照射ゲーティングの方法、4次元線量分布最適化方法を開発した。線量誤差を考慮したがん病巣と重要臓器(Critical Organ)のロバストな線量分布評価方法を開発し、標的がん病巣線量・正常臓器線量ならびに照射効率(治療時間)のトレードオフスタディの方法を検討した。(1)スポットスキャニングの特徴を活かした標的目標線量分布の設定と照射方法:実際の臨床における標的マーカの呼吸性移動データを用い、ゲーティングで生じるスポット位置誤差の確率的/統計的評価を実施した。その結果に基づき、線量分布誤差低減と照射効率向上の観点でロバストなスキャニング線量分布形成方法を提案した。また、生物学的効果等を考慮した一方向、多方向照射陽子線線量分布形成法に基づくロバストな治療計画策定方法を検討した。(2)動く標的の空間移動方向とビーム照射方向を考慮した線量分布最適化方法:実際の臨床における標的マーカの呼吸性移動をモデル化し、移動方向と照射ビームの方向の相関に基づいて、4次元線量分布誤差を統計的に評価し、線量分布誤差を低減する陽子線特有の照射ゲーティング法による線量分布最適化方法を提案した。(3)臨床的観点からの治療計画最適化とトレードオフスタディの実現:位置誤差の確率的/統計的評価に基づき、線量誤差と照射効率(治療時間)をパラメータとしたトレードオフスタディの方法を開発した、臨床データを用いて比較検討した。本研究課題に対する研究計画に対応する平成30年度の進捗状況を以下に要約するが、いずれも当初の年度研究計画に沿って目標の研究結果が得られており、順調に進展している。・位置決め誤差、呼吸等で移動する動きの誤差等、種々の要因による位置誤差と、粒子線照射装置の持つ特有な非等方線量誤差等を統計的に評価する方法を開発し、線量分布誤差低減と照射効率向上の観点でロバストなスキャニング線量分布形成方法を提案すると共に、IMPTの考え方をもとに生物学的効果も考慮した線量分布最適化も実施している。・動く標的の動きに対して、移動方向をビーム照射方向とスキャニング平面方向に分解した新たなモデルに基づき、統計的/確率的誤差評価、照射効率を推定する方法を提案した。・これらの検討結果に基づいて、呼吸等で移動するがん病巣と隣接臓器の線量分布、照射効率(治療時間)に対するトレードオフスタディの方法を提案した。本研究は、北海道大学病院陽子線治療センターを主な研究実施場所として、関連する北大病院医学物理部、工学研究院量子理工学部門、医学研究院放射線医学分野が協力し、医工連携体制で実施している。また、陽子線治療におけるIMPT治療計画、陽子線治療特有の動体追跡ゲーティング照射法を開発するため、すでにX線治療でIMRT、動体追跡を実施している北大病院放射線部とも連携して研究を推進している。今後もこれらの密接な連携を通じて課題を解決し、実用化していく。また、国内はもとより、米国医学物理学会、米国/欧州放射線腫瘍学会、スタンフォード大学との共同研究等において、さらなる海外の研究者との交流、情報交換を実施し、研究内容を推敲すると共に、北大の陽子線治療装置の最大の特徴である、呼吸などによる標的の移動を計測してゲーティング照射する動体追跡装置を活用し、特徴的な研究を推進すると共に、その結果を世界に発信していく予定である。次世代のがん放射線治療を担うスキャニング照射方式を採用した陽子線治療システムを対象に、がん病巣の形状や性質に合わせて標的内3次元線量分布を自在にコントロールし、かつ位置決めや標的の動きに起因する誤差も考慮して正常組織への影響を最小化するロバストな治療最適化技術を開発している。平成28年度は、治療室における透視画像装置を用いた場合の位置決め誤差、呼吸等で移動する動きの誤差等、種々の要因による腫瘍の位置誤差と、粒子線照射装置の持つビーム方向、平面方向の非等方な線量誤差を統計的な方法を用いて評価した。さらに、動く腫瘍に対して照射できる範囲を限定するゲート照射の効果を評価した。IMPT(強度変調陽子線治療)の考え方に基づき、各照射方向において非一様な線量分布を策定した場合の線量分布の形成方法を策定すると共に、生物学的な効果を考慮した生物線量付与の考え方を検討した。腫瘍の呼吸性移動の実測データに基づき、動く標的の分析を実施し、腫瘍近傍に埋め込んだマーカの位置に基づいた呼吸移動の数理モデルを開発した。上記の位置誤差、呼吸等で移動する動きの誤差の統計的評価に基づき、がん病巣と隣接臓器の線量分布変化を評価し、設定する空間的マージンとの関係を検討した。本年度の研究により、将来の放射線治療の切り札として期待されているスキャニング方式の粒子線治療に対して、最も適切な治療計画を策定するための基礎的な研究結果が得られた。位置決め誤差、呼吸等で移動する動きの誤差等、種々の要因による位置の誤差と、粒子線照射装置の持つ非等方な線量誤差を可能な限り統計的に捉え、ロバストな最適化していく方法を検討できた。本研究課題に対する研究計画に対応する平成28年度の進捗状況を以下に要約するが、いずれも当初の年度研究計画に沿って順調に進展している。

位置決め誤差、呼吸等で移動する動きの誤差等、種々の要因による位置誤差と、粒子線照射装置の持つ非等方な線量誤差等を統計的に評価する方法を考案、実施している。IMPTの考え方をもとに非一様な線量分布策定の指針を検討し、当初は検討項目に明記していなかった生物学的効果を考慮した線量分布策定の考え方についても検討中である。また、動く標的の動きの数理モデルを考案し、実測データを用いて精度を評価中である。さらに、呼吸等で移動するがん病巣と隣接臓器の線量分布変化の評価方法を検討し、トレードオフスタディ実現に向けた方向性を得た。次世代のがん放射線治療を担うスキャニング照射方式を採用した陽子線治療システムを対象に、がん病巣の形状や性質に合わせて標的内3次元線量分布を自在にコントロールし、かつ位置決めや標的の動きに起因する誤差も考慮して正常組織への影響を最小化するロバストな治療最適化技術を開発している。平成29年度は、(1)スポットスキャニングの特徴を活かした標的目標線量分布の設定と照射方法の開発においては、IMPT(強度変調陽子線治療)の考え方に基づき、正常組織への線量を下げつつ腫瘍への線量集中をより高めた、一方向、多方向照射による標的目標線量分布の形成方法を検討した。また、統計的/確率的評価に基づく位置誤差に基に、スキャニングに対してロバストな線量分布形成方法を検討し、同時にLET、RBE等の生物学的効果等の可視化方法、それらの効果を考慮した標的陽子線線量分布最適化方法を検討した。(2)動く標的の空間移動方向とビーム照射方向を考慮した線量分布最適化方法の開発においては、治療時の実測データに基づく腫瘍の移動(主に呼吸性移動)に対して、移動方向をビーム照射方向とスキャニング平面方向に分解した幾何学的モデルを開発し、動く標的の空間移動方向とビーム照射方向の相関を考慮した線量分布誤差を統計的/確率的に評価した。(3)臨床的観点からの治療計画最適化とトレードオフスタディの実現においては、統計的/確率的評価に基づく位置誤差を考慮した腫瘍と隣接重要臓器の線量分布に基づき、臨床的観点からの治療計画における線量最適化とトレードオフスタディの評価モデル/方法を検討した。これらの開発と並行して、海外の粒子線治療研究者との情報交換、交流を深め、スキャニングを用いた陽子線(粒子線)治療におけるガイドラインを共同で執筆して国際専門誌に投稿し、掲載された。本研究課題に対する研究計画に対応する平成29年度の進捗状況を以下に要約するが、いずれも当初の年度研究計画に沿って研究結果が得られており、順調に進展している。位置決め誤差、呼吸等で移動する動きの誤差等、種々の要因による位置誤差と、粒子線照射装置の持つ特有な非等方線量誤差等を統計的に評価する方法を開発し、IMPTの考え方をもとに生物学的効果も考慮した線量分布最適化の指針を検討している。また、動く標的の動きに対して、移動方向をビーム照射方向とスキャニング平面方向に分解した新たなモデルを開発し、統計的/確率的誤差評価を実現した。これらの検討結果に基づいて、呼吸等で移動するがん病巣と隣接臓器の線量分布に基づくトレードオフスタディを治療計画で実現する方法を検討している。平成28、29年度の研究成果に基づき、実際の臨床における標的マーカの呼吸性移動データを用い、陽子線照射スポット位置誤差の統計的/確率的評価に基づく線量分布解析、ロバスト性評価技術を開発した。
補綴物に応用される金属への口腔内細菌の付着機序に関する研究

補綴材料表面に対する口腔内細菌の吸着の機序を明らかにすることを目的とし、in vitroにおいて補綴材料への口腔内細菌の吸着実験を行い,細菌と補綴材料のゼータ電位を測定し,それらの相互関係の究明を試みた。II.結果と考察吸着菌数とゼータ電位の実験結果から,ゼータ電位が大きな負となる菌株ほど材料への吸着菌数が少ない傾向が認められ,またゼータ電位が大きな負の傾向を示した材料ほど同一菌株における吸着菌数が多くなる傾向が認められた。菌株のゼータ電位が負に小さく,材料のゼータ電位が負に大きいものほど吸着菌数が多くなることが明らかになった。これらの研究成績は理論的背景との一致が認められた。以上のことから補綴材料表面に対する口腔内細菌の吸着には,静電的相互作用が関与していることが明らかとなり,ゼータ電位が陶材やレジンなどの補綴材料への口腔内細菌の吸着現象の重要な因子であることが示された。
工学的読唇の実現のための口形画像抽出と高速母音識別アルゴリズムの研究

工学的読唇を実現するためには、口形を正確に画像として取り込むことが必要である。そのための手段としては、1つは、顔の動きを追従するビジュアルサーボによって、常時、正面から口形画像を取り込み可能にすること、もう、1つは、画像の撮像方向に起因する歪み補正を行い、標準口形とのバタン・マッチングを可能にすることである。第1、第2年度は、ロボットのハンドにCCDカメラを取り付け、顔の動きを追従するビジュアルサーボの開発を行った。実際の口形の代わりに、口形を模擬した一次元および二次元マーカーを追尾するニューラル・ネットワーク・リアルタイム追従制御系を設計し、実験を行った。実験の概要と主な実験結果は次の通りである。ニューラル・ネットワークとして入力数6、中間層のニュロン数20、出力数5を用いている。入力としては、初期画像と目標画像の特徴点を各3点とし、出力として、位置誤差をゼロとするための関節角度駆動量5個を用いて、BP学習をおこなわせた。この方法によって、未学習の初期値に対しても、その誤差範囲が小さければ、ほぼ1回の動作で目標位置と一致させることが出来た。第3年度は主として、歪み補正を左右上下の振れ角の3次の多項式を用いて行った。その係数は最小自乗法で定める。また、標準形とのマッチングには、ファジィ類似度法とニューラル・ネットを用いた識別法を用いて、同一人物については、高い識別率を得ることが出来た。3次の多項式による歪み補正は、管内検査写真画像の歪み補正にも用いて有効であることを確かめ、別途管内写真画像合成法として発表を行った。なお、工学的読唇についての文献調査を行いまとめを行った。ビジュアル・サーボに必要なロボット、CCDカメラ、画像処理ボードを整えたので、今年度は2つの実験を行った。1つは画像合成へのビジュアル。サーボの応用である。視野の狭いカメラを用いて得られた複数の画面を逐次、画像重複部の情報を用いて合成し、全体像を復元する実験で神経細胞などの医用画像処理や目視検査に使うことが出来る。画像合成の高速化を実現するため、近似分岐点の概念をファジィ論理で演算可能にしている。結果は第38回自動制御連合講演会およびHuman Interface News and Reportに発表した。また、第12回ファジィ・システム・シンポジュウムに発表する。2つ目は2次元画像の追跡の研究である。当初は座標変換を含む非線形方程式を解析的に解くことを予定したが、困難なので、ニューラルネットを利用して、位置決めを行うようにした。マーカー3点の6個の座標と目標座標との差を3層のニューラルネットの入力とし5要素の関節角度駆動量を学習結果出力させるものである。差が小さいならば追従可能なことを確かめた。工学的読唇を実行するためには、口形を正確に画像として取り込むことが必要である。しかし、普通は、顔は上下左右に動くものであり、この動く顔から、常時、的確に口形画像を取り込むためにロボットのハンドにCCDカメラを取り付け、顔の動きを追従するビジュアルサーボの開発を行った。本年は、実際の口形の代わりに、口形を模擬した一次元および二次元マーカーを追尾するニューラル・ネットワーク・リアルタイム追従制御系を設計し、実験を行った。ロボットはム-ブマスターEX、画像処理ボードTRP-IMG,トランスピュータTRPM-401を用いている。

この方法によって、未学習の初期値に対しても、その誤差範囲が小さければ、ほぼ1回の動作で目標位置と一致させることが出来た。また、ニューラル・ネットワークの出力値として、関節角度変位の場合とマニピュレータ状態変位の場合の2通りに対して行ってみたが、マニピュレータ状態変位として行った方が少ない学習回数で誤差を少なく、スムーズにマニピュレータを移動させることが出来た。工学的読唇を実現するためには、口形を正確に画像として取り込むことが必要である。そのための手段としては、1つは、顔の動きを追従するビジュアルサーボによって、常時、正面から口形画像を取り込み可能にすること、もう、1つは、画像の撮像方向に起因する歪み補正を行い、標準口形とのパタン・マッチングを可能にすることである。本年度は、主として、歪み補正を左右上下の振れ角の3次の多項式を用いて行った。その係数は最小自乗法で定める。また、標準形とのマッチングには、ファジィ類似度法とニューラル・ネットを用いた識別法を用いて、同一人物については、高い識別率を得ることが出来た。3次の多項式による歪み補正は、管内検査写真画像の歪み補正にも用いて有効であることを確かめ、別途管内写真画像合成法として発表を行った。なお、工学的読唇についての文献調査を行いまとめを行った。
ゲージ理論の低次元電子系の物理への応用

近年、量子ホール効果の研究を通して物性物理におけるゲージ場の役割の重要性が広く認識されるようになった。実際、スキルミオンのようなトポロジカルな励起が現実に2次元ホール電子系で観測されていることに見るように、低次元電子系はゲージ理論の実用の場となっている。このような状況を踏まえながら,平成10年から13年の4年度にわたり、量子ホール効果を中心に低次元電子系に特有な諸現象をゲージ理論の考え方と手法を用いて研究した。その内容は以下の通りである.1.ホール電流分布:ホール電流分布を理論的に特定することは、量子ホール効果の基盤に関わる重要な課題である。これに関して、局在が原因となってホール電流のかなりの部分が系の端を流れるようになるという考えを以前に提唱した。今研究期間の初めには計算機を用いた数値実験を行ない、この端ホール電流の描像を検証した。2.量子ホール効果の消失:上記の数値実験を通して、ホール電場は試料中の電子の局在を解くように作用するという事実から「量子ホール効果の消失」に関する実験結果が説明できることに気づいた。そこで、新たな数値実験を実施し、細部にわたる検討と微視的な機構の解明を試みた。3.分数量子ホール効果の研究:W_∞ゲージ理論の枠組と汎関数ボゾン化の手法を組み合わせて、量子ホール状態の電磁的特性を忠実に表す実効ゲージ理論を構成し、分数量子ホール効果に固有な長波長領域における普遍性や複合フェルミオンの描像を考察した。この理論の特徴は、量子ホール状態が非圧縮性状態であるという特質に着目して、通常のChern-Simons理論とは独立した論理で分数量子ホール効果の実効理論を構成する点にある。今最終年度にはこの理論を二層量子ホール系へ適用し、その真価を確認した。4.上述の研究についてはオタワとプラハで開催された2次元電子系の国際会議にてその成果を報告した。保存則と密接に結びついた対称性とゲージ原理は現代の素粒子物理の基幹をなす概念であるが、超伝導のような量子力学的輸送現象も本来力学系の対称性との関わりが深く、その記述にゲージ理論が有効に適用できる場合が少なくない。実際、素粒子物理において考察されたスキルミオンのようなトポロジカルな励起が現実に2次元ホール電子系で観測されていることに見るように、低次元電子系はゲージ理論の実用の場として様相を呈している。このような現状を踏まえながら、平成10年度には主として量子ホール効果の根幹に関わる諸問題をゲージ理論の考え方と手法を用いて研究した。その内容は以下の通りである。1.ホール電流が試料の内部を流れるのかそれとも試料端に限るのか理論的に特定することは、量子ホール効果の基盤に関わる重要な課題である。今回、計算機を用いた数値実験を比較的大きい試料(電子数300程度)について行ない、この端ホール電流の描像を検証した。そして、その結果を論文として発表した。2.上記の数値実験を通して、ホール電場は試料中の電子の局在を解くように作用するという事実から「量子ホール効果の消失」に関する実験結果が説明できることに気づいた。そこで、(電子数500以上の)比較的大きい試料について数値実験を実施し、より細部にわたる検討と微視的な機構の解明を試みた。(その際、本年度に備品として購入したパーソナルコンピュータが役立った。)その結果は間もなく論文として発表する。近年、量子ホール効果の研究を通して物性物理におけるゲージ場の役割、およびその背景にあるゲージ原理の重要性が広く認識されるようになった。

実際、素粒子物理において考察されたスキルミオンのようなトポロジカルな励起が現実に2次元ホール電子系で観測されていることに見るように、低次元電子系はゲージ理論の実用の場としての様相を呈している。このような現状を踏まえながら,平成11年度には量子ホール効果の根幹に関わる諸問題をゲージ理論の考え方と手法を用いて研究した。その内容は以下の通りである.1.量子ホール効果の消失現象:平成10年度に実施したホール試料中の電流分布に関する数値実験を通して、「量子ホール効果の消失」に対する重要なヒントが得られた。そこで、新たに数値実験を実行し、試料内部に於けるホール電場と不純物の競合という「準位内遷移」により量子ホール効果の消失現象に関する実験結果、特に臨界電場の大きさと磁場依存性が説明できることを検証した。さらに、臨界状況を支配する微視的な機構の解明を試みた。その成果は論文として発表し、また昨夏カナダで開催された2次元電子系の国際会議(EP2DSー13)にても報告した。2.上記の研究に引き続き、(1)ホール伝導率プラトーに対する温度の効果、(2)縦方向伝導率のプラトーの消滅について理論的、および数値的な考察を進めた。現在、論文を準備中である。近年、量子ホール効果の研究を通して物性物理におけるゲージ場の役割、およびその背景にあるゲージ原理の重要性が広く認識されるようになった。実際、素粒子物理において考案されたスキルミオンのようなトポロジカルな励起が現実に2次元ホール電子系で観測されていることに見るように、低次元電子系はゲージ理論の実用の場としての様相を呈している。このような現状を踏まえながら,平成12年度には量子ホール効果の根幹に関わる諸問題をゲージ理論の考え方と手法を用いて研究した。その内容は以下の通りである.1.整数量子ホール効果の消失現象:量子ホール効果の消失現象が試料内部におけるホール電場と不純物の競合という基礎機構により説明できることを前年度に検証した。引き続き今年度は、ホール伝導率と縦方向伝導率プラトーに対する温度の効果について理論的、および数値的な考察を進めた。現在、論文を準備している。2.分数量子ホール効果の研究:ホール電子系の電磁的な構造はW_∞ゲージ理論という普遍的な枠組に集約できることを以前に指摘した。この理論と(2+1)次元におけるボゾン化の手法を組み合わせて、分数量子ホール状態(および、それに付随する準粒子)のマクロな電磁的特性を忠実に表す実効ベクトル場理論を構成した。その結果、分数量子ホール効果に固有な長波長領域における普遍性や複合フェルミオンの描像をより明確にすることができた。論文は既に完成し、現在投稿中である。近年、量子ホール効果の研究を通して物性物埋におけるゲージ場の役割とゲージ原理の重要性が広く認識されるようになった。実際、素粒子物理において考案されたスキルミオンのようなトポロジカルな励起が現実に2次元ホール電子系で観測されていることに見るように、低次元電子系はゲージ理論の実用の場となっている。
生体組織内を伝播する衝撃波の挙動解明に向けた各種媒体の状態方程式の決定

医療応用を視野に入れた模擬物質について、Tait型の表示に従う各種媒体の状態方程式(EOS)を明らかにする目的で、脱気超純水、生理食塩水、濃度3 wt.%から20 wt.%のNaCl水溶液、濃度10 wt.%から30 wt.%のゼラチンゲル、高粘性液体である水飴(還元澱粉糖化物)中で微小爆薬の爆発に伴う衝撃波の発生初期の伝播速度と最大過剰圧を計測した。上記実験で得られた衝撃波伝播速度と圧力の関係から近似式の定数を求めた。さらに、質量保存測および運動量保存測から導かれる式に定数を代入して、圧力と密度の関係式を得た。医療応用を視野に入れた、濃度の異なるゼラチンについてレオロジー特性を明らかにする目的で、5 wt.%から40 wt.%の範囲でゼラチン濃度を調節し、ストレス制御型レオメータを用いて、温度制御下での動的粘弾性を測定した。また、サンプルの違いによる測定誤差を抑えるために、サンプルの形状を均一に成型するための器具を作製し、信頼性のある測定法を見出し、得られた測定結果からゼラチンと豚レバーの物性を比較した。ゼラチンは50°Cから58°Cの蒸留水に十分に溶解させた後、容器に流し込んだ。粗熱を取った後、冷蔵庫で18時間保存し、実験前に室温に戻した。測定直前にシャーレの蓋をはがしてシート状のゼラチンを取り出し、穴あけポンチでサンプルの形状を整えた。豚レバーは冷凍後、φ30mmの穴あけポンチで打ち抜き、簡易ミクロトームで厚さ1mmにスライスした後、φ25mmの穴あけポンチで打ち抜いた。動的粘弾性測定は以下の手順で行なった。サンプルをレオメータのジオメトリにセット後、サンプルの内部構造が破壊されない変形量(線形粘弾性領域)を確認するため、変形量を0.01%から1%程度に変化させ、貯蔵弾性率(G')と損失剛性率(G")が一定になる変形量の範囲を測定したゼラチンは濃度の高いものほど貯蔵弾性率(G')と損失剛性率(G")が高い傾向が認められた。また、角速度が7から100 rad/sの範囲で、豚レバーの貯蔵弾性率(G')および損失剛性率(G")はゼラチン30wt.%と40wt.%との中間の値をとるが、100 rad/s以上では豚レバーとゼラチン30wt.%はほぼ同じ値をとる。これらの結果は、触診など比較的低周波領域の外部応力に対しては、豚レバーはゼラチン30wt.%より硬く、40wt.%より柔らかいが、100 rad/s以上の高周波領域ではゼラチン30wt.%とほぼ同じ硬さであることを示す。医療応用を視野に入れた高粘度流体と塩水など各種液体及び、ブタ心筋細胞や血液等の生体組織について、Tait型の表示に従う各種媒体の状態方程式(EOS)を明らかにする目的で、3 wt.%NaCl水溶液、蒸留水、20wt.%水飴中で微小爆薬による衝撃波の発生初期の伝播速度と最大過剰圧を計測した。圧力変換器と爆心の距離を変化させ、衝撃波波面の到達時間と距離の関係から衝撃波伝播速度を求めた。衝撃波の圧力履歴は、ピエゾ型圧力変換器または光ファイバー圧力変換器により測定し、出力信号はデジタルメモリに記録した。また、小型の衝撃波発生装置を製作し、収束衝撃波を家畜ブタの心筋に照射した。衝撃波強度を変化させ、焦点における過剰圧が30MPa以上のときに壊死を確認した。衝撃波の圧力履歴は、ピエゾ型圧力変換器により測定し、出力信号はデジタルメモリに記録した。生理食塩水は、0から200 MPaの圧力範囲で純水ときわめて近いユゴニオ曲線を示す。NaCl水溶液については、3wt.%水溶液は純水及び生理食塩水に近いユゴニオ曲線を示し、濃度が高くなるにつれて圧縮されにくい傾向を示す。濃度30 wt%のゼラチンゲルも同様の傾向を示す。水飴は今回の試験媒体中で最も圧縮されにくい傾向を示すが、高い粘弾性に起因するものと考えられる。また、小型の衝撃波発生装置を製作し、収束衝撃波を家畜ブタの心筋および男爵イモに照射した。衝撃波強度を変化させ、焦点における過剰圧と壊死した組織の深さに相関があることを確認した。

医療応用を視野に入れた模擬物質について、Tait型の表示に従う各種媒体の状態方程式(EOS)を明らかにする目的で、脱気超純水、生理食塩水、濃度3 wt.%から20 wt.%のNaCl水溶液、濃度10 wt.%から30 wt.%のゼラチンゲル、高粘性液体である水飴(還元澱粉糖化物)中で微小爆薬の爆発に伴う衝撃波の発生初期の伝播速度と最大過剰圧を計測した。上記実験で得られた衝撃波伝播速度と圧力の関係から近似式の定数を求めた。さらに、質量保存測および運動量保存測から導かれる式に定数を代入して、圧力と密度の関係式を得た。火薬の使用場所を大学病院内に設置し、アジ化銀を使用した実験を開始した。高速度カメラを利用した衝撃波の可視化計測が実施できず、衝撃波伝播速度の計測に圧力変換器の取付位置に由来する誤差が生じた。衝撃波工学衝撃波伝播速度の計測には高速度カメラを利用する方法が簡便かつ計測誤差も少ないと考えられるので、レンタルも含めて利用する手段を講じたい。流体科学研究所の共同利用施設が使用できず、火薬の使用場所を大学病院内に変更する必要が生じたため、火薬の使用申請に時間がかかり、平成25年度内にアジ化銀を使用した実験が出来なかった。また、医学部動物実験施設の耐震工事により、昨年6月から半年間の実験休止を余儀なくされたため、動物実験を要する研究に大幅な遅れが生じた。参加学会「21st International Shock Interaction Symposium(ラトビア・リガ)」の参加に係る経費が、当初見込額よりも削減することができたため。流体科学研究所の共同利用施設が使用できないことから、高速度カメラを使った実験に支障が生じる可能性がある。衝撃波の可視化は実施せずに圧力計測のみでも、媒体のウゴニオ計測は可能であるため、高速度カメラをレンタルできない場合は圧力計測の実験回数を増やす代わりに、可視化実験をしない可能性がある。平成27年度も海外学会および国内学会への参加を予定しており、平成26年度分と併せて執行を行う。
芳香族ポリエステルＰＥＴ分解菌の代謝解析と利用

ポリエチレンテレフタレート(PET)資化菌Ideonella sp. No. 201-F6株のPET代謝能に関与する酵素群の同定を目指した。本菌のゲノムを解読したところ、テレフタル酸を含む芳香族化合物の代謝に優れた菌株であることが示唆された。ゲノム、及びトランスクリプトーム情報を基に目的候補遺伝子を絞り込み、最終的に2種の新規酵素(PET加水分解酵素、モノヒドロキシエチルテレフタル酸加水分解酵素)の機能同定に成功した。本菌は、これらの加水分解酵素、およびテレフタル酸代謝系酵素群により、PET資化能を発揮していることが強く示唆された。(1) No. 201-F6株の全ゲノム解析ー初年度に引き続き、No. 201-F6株の全ゲノム解析を進めた。初年度よりさらに約1500個の遺伝子を追加し、5529の遺伝子からなるドラフトゲノムを作製した。(3) PET代謝酵素群の同定ー本菌をPETフィルムを唯一の炭素源として生育させた時に誘導される遺伝子をトランスクリプトーム解析により探索した。その結果、PET加水分解酵素遺伝子が、本条件下で大幅に誘導されることが分かった。また、本遺伝子と類似の発現パターンを示した遺伝子の組み換え型タンパク質が、MHET加水分解活性を有することを明らかにした。本酵素はMHETに対する基質特異性が極めて高かった。これらの結果より、これまで自然界で分解されないと考えられてきたPETが微生物による2段階の酵素反応を受け、比較的多くの微生物が利用できるテレフタル酸、エチレングリコールまで代謝されうることが明らかとなった。現在、本成果について論文作成中である。(1)次世代シークエンサー(イルミナ社Genome Analyzer IIx)を用いてNo. 201-F6株の全ゲノム解析を行った。その結果、合計5 Mbpの塩基配列、3960のORFを同定することができた。これらは近縁種のゲノム配列とほぼ同等であったため、No. 201-F6株の大多数の遺伝子情報を得ることができたと考えている。(2)得られたゲノム情報を基に、PET分解酵素遺伝子候補の探索を行った。PET主鎖を加水分解する酵素を標的にin silicoスクリーニングを行った。その結果、PET分解活性が副反応として報告されているThermobifida fusca由来クチナーゼと51%の相同性を示す遺伝子を見出した。本遺伝子の組み換え型タンパク質の発現、精製を行い、PETフィルムと数日間インキュベートしたところ、フィルム表面に多数の亀裂を作ることが明らかとなった。また、反応上清に分解産物であるテレフタル酸を検出した。これにより、目的の新規PET分解酵素の同定に成功したと考えられる。現在、本酵素の詳細な機能解析を行っている。本研究で見出した酵素は極めて新規性の高いものである。今後の詳細な解析により、その酵素学的諸性質を同定することで、学術的に大きく貢献することができる。また、本酵素はPETのバイオリサイクル、表面高機能化などの応用面でも期待している。現在、得られたゲノム配列を活用したトランスクリプトーム解析による本菌の新たなPET分解関連遺伝子の探索を計画している。初年度に計画したNo.201-F6株の全ゲノム解析を行い、本菌の大多数の遺伝子を同定することができた。そして、本ゲノム情報に基づくPET分解酵素の探索から、有力なPET分解酵素遺伝子の候補を同定した。そのため、次年度に予定した組み換え型タンパク質を用いた生化学的解析前倒しして実行した。その結果、本酵素がPETフィルムを分解することがわかり、本研究の大きな目的の一つであったPET主鎖分解酵素の同定を達成した。ただし、初年度に予定したPET代謝遺伝子群のトランスクリプトーム解析による探索については、PET分解酵素の解析を先に行ったため、後回しとした。本解析については、現在、準備中である。初年度にPET主鎖加水分解酵素を同定した。No.201-F6は株PETを完全に、そして効率的に分解することができることから、そのために必要なタンパク質(群)が本酵素以外にも多数存在すると考えている。これらのタンパク質を網羅的なRNA解析により明らかにする。本菌はPETの部分構造であるテレフタル酸や数種の糖を資化できる。そこで、PET、テレフタル酸、糖を炭素源として本菌を培養する。次に、次世代シークエンサーによる網羅的なmRNA発現解析を行い、PETにより誘導される遺伝子群の探索を行う。候補遺伝子については組み換え型酵素の作製を行い、PETへの酵素活性、結合活性などの評価を行う。さらに、これまで得られたゲノム情報、トランスクリプトーム情報、PET分解酵素群の生化学的解析の情報を基に、No. 201-F6株のPET代謝機構の推定を行う。

すなわち、本菌がPETを認識し、分解酵素(群)を分泌し、分解産物を取り込み、二酸化炭素と水にまで代謝するまでに関与する遺伝子の推定、同定を行う。これにより、本菌による難分解物質PETの効率的な利用法を解明し、PETのバイオリサイクル、表面高機能化への基盤を構築する。初年度はPET加水分解酵素の同定に成功したため、次年度の予定を前倒しして、本酵素の生化学的解析を先に行った。それに伴い、初年度に予定していたトランスクリプトーム解析を次年度に行うよう変更した。トランスクリプトーム解析用の予算については、直ちに使用したい。
微小重力環境下でのランニング動態に関する学際的研究

平成30年度には、体重を免荷した条件下でのランニング時の生体応答に関する以下の研究を実施した。本研究の目的は、体重免荷の割合を任意に設定することが可能なトレッドミルでの前方および後方ランニング時の速度の変化が、生理学的応答(酸素摂取量および心拍数)、下肢筋活動動態および主観的運動強度に及ぼす影響について明らかにすることであった。健常成人を対象として、最初に、異なる体重免荷の割合(0%、20%および50%)および異なる走行方向(前方および後方)の条件下でのランニング時の自己選択速度(PS)を測定した。その後、異なる体重免荷の割合、異なる走行方向および異なる速度(PS、PS+10%およびPSー10%)条件下でのランニング時の生理学的応答、下肢筋活動および主観的運動強度を測定した。その結果、ランニング時の速度の変化は、生理学的応答、主観的運動強度および下肢筋活動に影響を及ぼす可能性が示唆された。また、ランニング時の走行方向の変化は、大腿直筋の筋活動に影響を及ぼす可能性が示唆された。さらに、ランニング時の体重免荷の割合の変化は、生理学的応答、主観的運動強度および下肢筋活動に影響を及ぼす可能性が示唆された。平成30年度には、体重を免荷した前方および後方ランニング時の生理学的応答に関する学術論文の執筆も行った。本研究成果は、International Journal of Sports Medicine誌に掲載された。また、平成30年度には、体重を免荷した前方および後方ランニング時のストライド頻度の変化が、生理学的応答、筋活動動態および主観的運動強度に及ぼす影響に関する学術論文の執筆も行った。平成30年度の研究成果については、現在、詳細な解析を進めており、学術論文として、国際誌への投稿準備を進めているため。次年度も、継続して、体重を免荷した条件下でのランニングの運動処方の開発に寄与するための学術的研究を実施する。平成28年度には、体重を免荷した環境下におけるランニング時の生体応答に関する以下の研究を実施した。本研究の目的は、体重免荷の割合を任意に設定することが可能なトレッドミルでの、前方および後方ランニング時における自己快適ペースの再現性について明らかにすることであった。健常成人6名を対象として、異なる体重免荷条件下(0%、20%および50%)での自己快適ペース(被験者が最も快適であると感じるペース)における、前方および後方ランニングの運動試験を、異なる試験日に実施した(各運動様式:3試行/日×4日間)。各運動中の酸素摂取量、心拍応答、主観的運動強度、歩数および速度を測定した。その結果、前方および後方ランニング時における体重免荷の割合の変化は、酸素摂取量、心拍応答、主観的運動強度、歩数および速度に影響を及ぼす可能性が示唆された。また、体重を免荷したランニング時の移動方向の変化は、歩数および速度に影響を及ぼす可能性が示唆された。さらに、自己快適ペースでの、体重を免荷した前方および後方ランニング時の酸素摂取量、心拍応答、主観的運動強度、歩数および速度には、試験日間で、有意差は認められなかった。本研究結果は、現在、詳細な解析を進めており、学術論文として、国際誌に投稿準備中である。また、平成28年度には、体重を免荷したランニング時の筋活動動態に関する学術論文も執筆した。本研究成果は、既に、国際誌に投稿中である。本年度実施した研究結果に関しては、現在、詳細な解析を進めており、学術論文として、国際誌への投稿準備を進めているため。平成29年度には、体重を免荷した条件下でのランニング時の生体応答に関する以下の研究を実施した。本研究の主な目的は、体重を免荷した条件下での前方および後方ランニング時の歩数の変化が、生理学的応答、主観的運動強度(RPE)および筋活動に及ぼす影響について明らかにすることであった。健常成人9名を対象として、はじめに、種々の体重免荷条件下(体重免荷の割合:0%、20%および50%)での前方および後方ランニング時の歩数(PSF)を測定した。得られたPSF値に基づいて、異なる体重免荷の割合および異なる歩数条件下(PSFおよびPSF±10%)での各運動中の酸素摂取量、心拍数、RPEおよび筋電図等を測定した。その結果、前方および後方ランニング時の歩数の変化は、酸素摂取量、心拍数および筋活動に影響を及ぼす可能性が示唆された。また、ランニング時の移動方向の変化は、酸素摂取量、心拍数および筋活動に影響を及ぼす可能性が示唆された。さらに、前方および後方ランニング時における体重免荷の割合の変化は、酸素摂取量、心拍数、RPEおよび筋活動に影響を及ぼす可能性が示唆された。これらの研究結果は、現在、学術論文として、国際誌に投稿準備中である。さらに、平成29年度には、平成28年度に実施した、体重を免荷した前方および後方ランニング時における自己快適ペースの再現性に関する論文の執筆も行った。平成29年度に実施した研究結果に関しては、現在、詳細な解析を進めており、学術論文として、国際誌への投稿準備を進めているため。

健常成人を対象として、最初に、異なる体重免荷の割合(0%、20%および50%)および異なる走行方向(前方および後方)の条件下でのランニング時の自己選択速度(PS)を測定した。その後、異なる体重免荷の割合、異なる走行方向および異なる速度(PS、PS+10%およびPSー10%)条件下でのランニング時の生理学的応答、下肢筋活動および主観的運動強度を測定した。その結果、ランニング時の速度の変化は、生理学的応答、主観的運動強度および下肢筋活動に影響を及ぼす可能性が示唆された。また、ランニング時の走行方向の変化は、大腿直筋の筋活動に影響を及ぼす可能性が示唆された。さらに、ランニング時の体重免荷の割合の変化は、生理学的応答、主観的運動強度および下肢筋活動に影響を及ぼす可能性が示唆された。平成30年度には、体重を免荷した前方および後方ランニング時の生理学的応答に関する学術論文の執筆も行った。本研究成果は、International Journal of Sports Medicine誌に掲載された。また、平成30年度には、体重を免荷した前方および後方ランニング時のストライド頻度の変化が、生理学的応答、筋活動動態および主観的運動強度に及ぼす影響に関する学術論文の執筆も行った。平成30年度の研究成果については、現在、詳細な解析を進めており、学術論文として、国際誌への投稿準備を進めているため。今後も、継続して、体重を免荷した環境下におけるランニングの運動処方の開発に寄与するための学術的研究を実施する。今後も、継続して、体重を免荷した環境下でのランニングの運動処方の開発に寄与するための学術的研究を実施する。次年度も、継続して、体重を免荷した条件下でのランニングの運動処方の開発に寄与するための学術的研究を実施する。
天然由来シグナル伝達阻害物質の探索と医薬への応用

今年度はNF-κB阻害物質(-)-DHMEQの標的分子を解明することができた。1)(-)-DHMEQの標的分子の解明。私達が発見した(-)-DHMEQは様々な病態動物モデルで強い治療効果を示した。しかし、その標的分子は未解明であった。今回、(-)-DHMEQはp65に直接結合して、DNA結合能を失わせることを明らかにした。recombinant p65に対して(-)-DHMEQは1:1量で、in vitroでDNA結合を抑制した。SPRにおいてresponseがあり、MALDI-TOF MSにおいて1:1の共有結合が示された。さらに特定のアミノ酸に結合することもわかった。さらに制限プロテアーゼを用いたprotein mass fingerprintを応用したMALDI-TOF MS測定からも特定のアミノ酸への結合が示された。以上より、(-)-DHMEQはNF-κB構成因子の特定のアミノ酸に共有結合することでNF-κBのDNA結合能を抑制することがわかった。この結果は、より有効なNF-κB阻害剤創製の指標となると考えられる(論文投稿中)。2) conophyllineの標的分子ARL61Pの機能を調べるためにSiRNAによるノックダウンマウスを作成した。3)新しいNF-κB阻害剤の発見。微生物よりNO産生阻害活性、NF-κB阻害活性のある既知物質を微生物から得た(論文準備中)。4) (-)-DHMEQを光学分割する方法として酵素リパーゼを用いる方法を見出したが、その溶液をかえることでより効率よく光学活性体が得られるようになった。5) (-)-DHMEQによる癌細胞の転移・浸潤能の抑制。高転移性乳癌細胞であるMDA-MB-231細胞において(-)-DHMEQは、CXCR4の発現を抑制することにより、転移部位へのchemotaxisを抑制するほか、autocrine機構により自身の遊走・浸潤能を低下させることが示唆された。1)NF-κB阻害剤DHMEQによる癌の抑制および破骨細胞分化・活性化の抑制:私達はNF-κBを阻害する新しいシグナル伝達阻害剤としてDHMEQを分子デザインした。DHMEQは動物実験において乳癌モデルと甲状腺癌の増殖を抑制することがわかった。さらにDHMEQを使って骨代謝におけるNF-κBの役割を調べた。DHMEQは、マクロファージ細胞株RAW264.7および骨髄細胞由来マクロファージ(BMM)においてRANKL刺激でのNF-κB活性化を抑制し、さらに破骨細胞分化を抑制した。分化抑制の機構を解析したところ、DHMEQは、BMMにおいてRANKL刺激によるNFATc1の発現を抑制することが分かった。さらに、DHMEQは成熟破骨細胞の骨吸収作用を抑制した。最後に、DHMEQは、in vivoにおいてLPS誘導骨破壊モデルを抑制した。このようにRANKシグナルにおいて、NF-κBがNFATc1の発現を誘導していることが明かになり、DHMEQは、in vitroとin vivoの系において破骨細胞分化ならびに活性化を抑制した。2)血管内皮細胞の活性化を阻害する新規物質ヘプタデプシンの作用機構:LPS刺激により活性化した血管内皮細胞への白血球の接着を測定する実験系で抑制物質を探索し、前年度に新規物質ヘプタデプシンを発見した。今年度はヘプタデプシンの作用機構を解析した。ヘプタデプシンはLPS及びその活性部分であるlipid Aが誘導するHUVECへのHL-60細胞の接着を抑制した。表面プラズモン共鳴センサーを用いた解析によりヘプタデプシンはlipid Aと直接結合することが見出された。このようにヘプタデプシンはLPSと直接相互作用することでLPSが誘導する細胞内シグナル伝達を阻害することがわかった。天然由来低分子のヘプタデプシンは抗炎症剤等として有用性が期待される。3)チロシンキナーゼ阻害剤による固形癌細胞のPML nuclear bodiesの活性化:ATRAは白血病APL細胞においてPML nuclear bodies (PML-NBs)を活性化するが、同様に固形癌細胞においてチロシンキナーゼ阻害剤がPML-NBsを誘導することを見い出した。1.NF-κB阻害剤(-)-DHMEQによるVEGF-Cの発現抑制:私達の創製した(-)-DHMEQのキラル対合成はまだ検討中である。新しい活性として、ヒト乳癌MDA-MB-231細胞においてVEGF-Aに影響を与えることなく、VEGF-Cのみの発現と分泌を抑制することがわかった。またTNF-αで刺激したMCF-7細胞においてもVEGF-Cの発現を特異的に阻害することがわかった。VEGF-Cはリンパ管生成に重要なのでin vivoにおいても(-)-DHMEQはリンパ管による癌転移の抑制効果が期待される。2.9-methylstreptimidoneによるNF-κB活性の阻害:LPSによる細胞のNO産生の阻害を指標に新しいNF-κB阻害剤の探索をしたところ、放線菌から既知物質の9-methylstreptimidoneが得られた。この化合物はマクロファージ細胞においてNO産生を阻害し、ヒトT細胞白血病Jurkat細胞においてTNF-αによるNF-κBの活性化を阻害した。またNF-κBが活性化している成人T細胞白血病細胞に選択的にアポトーシスを誘導した。3.コノフィリンの標的タンパク質の検出:コノフィリンは私達が抗糖尿病活性を見出し、福山らが最近、初めての全合成に成功した複雑な構造のアルカロイドである。

コノフィリン類似体を準備してより強力な化合物を探索したが、まだ得られていない。今回、コノフィリンのプローブになる誘導体を合成して、標的タンパク質の新しい知見を得た。4.SurfactinによるLPS活性の阻害:LPSはグラム陰性菌の細胞壁成分由来の毒素であり、グラム陰性菌感染による炎症性疾患の原因になる。そこでLPSが誘導するヒト臍帯静脈内皮細胞とヒト急性骨髄球性白血病細胞株HL-60細胞の接着を阻害する物質の探索を行い、細菌株の培養液から既知環状リポペプチドsurfactinを得た。本年度は構造の確認をしてさらに表面プラズモン解析などからsurfactinはlipid Aに直接結合してLPSを不活性化することを見出した。1)NF-κB阻害剤(-)-DHMEQによる非小細胞肺癌細胞のE-cadherin発現増強:E-cadherinは上皮細胞間接着因子で、その発現低下によって癌細胞の細胞間接着能が低下し転移が促進される。NF-κB阻害剤(-)-DHMEQはE-cadherinの発現を増強し、細胞間接着能の低下を抑制することを見出した。その機構としてE-cadherinの抑制性転写因子の発現を低下させることが示唆された。2)(-)-DHMEQによるmatrix metallo proteaseの発現抑制:昨年度までにDHMEQは癌細胞のVEGF-C発現を抑制することを見出した。今年度、(-)-DHMEQは乳癌細胞において浸潤に重要なMMP-9、MT1-MMPの発現を抑制し、in vitro浸潤能を低下させることを見出した。3)conophyllineによる膵β細胞の分化誘導と新しい活性:Ervatamia microphylla蜘の葉から抽出されるconophyllineは膵β細胞の分化誘導作用に加えてマクロファージ活性を阻害する新しい作用を発見した。conophyllineは、マクロファージの産生する炎症誘起物質を抑制することでも2型糖尿病を抑制する作用があることが示唆された。4)conophyllineの標的分子の探索:conophyllineはβ細胞の分化誘導のほか、抗癌活性などが知られているが、標的分子はわかっていない。そこでconophyllineをbaitとするfishing rod and stringをつくって細胞抽出液から特異的に結合するタンパク質を探索した。Conophyllineのアミン体をlinkerのついたlatex nano beadsに結合させることでconophyllineを固定化した。これを用いてconophylline感受性細胞の抽出物から結合分子を探索したところ、特異的に結合する既知タンパク質ARL6ipが同定された。このタンパク質のcDNAをクローンして、組換え体として大量に調製し、conophyllineとの物理的な相互作用を確認した。結合してからのconophyllineの機能に与える活性も解析した。今年度はNF-κB阻害物質(-)-DHMEQの標的分子を解明することができた。1)(-)-DHMEQの標的分子の解明。私達が発見した(-)-DHMEQは様々な病態動物モデルで強い治療効果を示した。しかし、その標的分子は未解明であった。