hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
電子基準点とRTK-GPSによる新・旧測地系地図の位置合わせとリアルタイムGIS

地理院では2001年にRTK-GPSを公共測量に用いることを公認し(RTK-GPSを利用する公共測量作業マニュアル発行)、2002年5月から一部の電子基準点リアルタイムデータの民間開放もおこなっている。これに伴い、VRS(仮想基準点方式技術の構築など、広範囲におけるRTK-GPS測位を行うための環境も整備されてきている。2.リアルタイムGISの提唱我々は高精度で即時性のあるRTK-GPSを用いて即時にGISの電子地図に反映させる技術をこの研究テーマで提案している(従来のGISと区別するため、我々はこれを「リアルタイムGIS」と定義した)。これらの技術の活用により、大縮尺電子地図の更新作業が格段に改善されることが期待できる。3.本年度の成果自治体は平成14年4月1日の測量法の改正に伴い、世界測地系へ切り替えていく必要が生じている。現在、世界測地系へ移行するための変換プログラム等も公開されているが、旧座標系(日本測地系)で作成されている基本図や主題図等の大縮尺(1/500レベル)に適応可能な程度の精度が得られないのが現状である。そこで本年度は、前年度の補助金による研究の継続として、RTK-GPSとVRS-GPSを用いた「リアルタイムGIS」の実現について実証実験を実施すると共に、GPS測位データと自治体が保有する大縮尺電子地図を正確に重ね合わせる座標の変換方法について昨年度に引き続き検証をおこなった。特に、新しい実験地域を設定して実証実験を行い、変換パラメータの有用性を確認した。また、VRS-GPS実験では、RTK-GPSとほとんど誤差のない高精度情報が得られることを確認した。これらの結果については学会および論文などで報告した。1.国の方針国土地理院では2001年にRTK-GPSを公共測量に用いることを公認し(RTK-GPSを利用する公共測量作業マニュアル発行)、2002年5月から一部の電子基準点リアルタイムデータの民間開放もおこなっている。これに伴い、VRS(仮想基準点方式)技術の構築など、広範囲におけるRTK-GPS測位を行うための環境も整備されてきている。3.本年度の成果これまでの研究では位置情報が明確である点(土地区画整理等によって整備された基準点など)を利用し、その地点においてGPS観測を実施し、座標変換用の基準点を設置した。それらの基準点データから高精度地域変換パラメータを求め、既存の大縮尺地図を日本測地系から世界測地系へ座標変換し、狭領域において高精度な重ね合わせを検証する実験を行った。また、国土地理院が提供している座標変換ソフトウエア(TKY2JGD)を用いた変換結果と基準点で実際にGPS観測を行った座標値との比較を行った。その結果、GPS観測値と変換結果では、地域によって特徴のある誤差が生じることが明らかになった。
特発性間質性肺炎におけるdruggableリン酸化酵素の網羅的解析

特発性間質性肺炎に対する個別化医療を確立するため肺線維症に対する肺移植治療や肺癌治療における摘出肺を包括的にキナーゼ発現解析を行った。5患者合計13サンプルの遺伝子発現解析の結果、そのプロファイルは非常に多様性に富み不均一であった。同一患者の複数部位の比較においても、その遺伝子発現は不均一で、肺線維症が非常に多様な疾患であることが示唆された。ERBB4やSFK発現亢進している症例があり、治療標的の候補と考えられた。マルチキナーゼ阻害剤であるニンテダニブは、特発性肺線維症の進行抑制効果があることが複数の第III相試験で示されている。特発性肺線維症の進展にkinase遺伝子が関連している可能性があることから、次世代シーケンサーを用いて、特発性肺線維症肺と正常肺のkinase遺伝子発現について網羅的に比較検討を行った。RNAlaterで保存した特発性肺線維症肺13サンプルおよび正常肺(肺癌手術摘出肺の残余部)8サンプルからRNAを抽出し、SureSelect Human Kinome RNA Kit(Agilent Techonologies)を用いてライブラリを作成した。MiSeq(illimina)を用いてシーケンスを行い、特発性肺線維症肺において発現量に有意な差のあるkinase遺伝子を複数見出している。これらの遺伝子発現は蛋白レベル(免疫染色)でも確認を行い、概ねシーケンス結果と矛盾の無い結果であった。ただし、様々な細胞を含む肺組織ブロックでの遺伝子発現解析では、特発性肺線維症肺と正常肺の細胞構成の違いが、遺伝子発現解析結果に大きく影響する事が判明した。この影響を取り除くためには、単一の細胞集団を抽出して、それぞれの細胞種ごとに解析を行う必要がある。慢性的な肺胞上皮の障害が特発性肺線維症のトリガーとなるとされていることから、今回は肺胞上皮に着目した。レーザーマイクロダイセクション法(LMD7000、Leica Microsystems)を用いて、特発性肺線維症および正常肺の肺胞上皮を切り出し、RNAを抽出した。抽出したRNAを用いてTruSeq RNA access(illumina)でライブラリを作成し、遺伝子発現解析を行った(HiSeq 4000、illimina)。シーケンスはすでに終了しており、現在データ解析中である。次世代シーケンサーを用いたキナーゼ遺伝子発現解析およびレーザーマイクロダイセクションを用いた遺伝子発現解析は当初の予定通りである。シーケンスはすでに終了しており、データ解析も終了し論文作成中である。マイクロダイセクションを用いた遺伝子発現解析では、RNA抽出の過程でのRNAクオリティーの低下が不可避であり、それに起因する出力データの低下が生じた。現在シーケンスデータを解析中であるが、十分なデータ出力の為に、RNAのクオリティーを向上させた上で再度シーケンスを検討している。また、今回の検討において抽出された遺伝子発現差のあるkinaseについて、その阻害剤を用いて、ブレオマイシンモデルでも抗線維化作用を確認する予定である。抗線維化作用が確認できれば、特発性肺線維症に対する新規薬剤候補として臨床応用の可能性が見いだせる。呼吸器
遺伝子配列に刻まれた宿主と病原体の攻防を読み解くビックデータ生態学の創成

ビッグデータに値する情報として蓄積しつつある病原体の遺伝子配列を利用し、「流行予測」を実現させる。本研究では、バイオインフォマティクス解析を用いて、遺伝子配列データを詳細に解析した。特に、正の選択がインフルエンザウイルスの抗原決定基のどの部分で検出されるのかを詳細に解析した。また、過去40年間に流行したA香港型インフルエンザのHAアミノ酸配列を用いてその変化をMSDで視覚化した。さらに、遺伝子配列データに加えて、赤血球凝集阻止試験等のデータをバイオインフォマティクスの手法により解析し、株間の遺伝的距離および免疫学的距離を定量化した。これらの情報を実装した、進化シミュレータの開発にも着手した。具体的には、A/U/G/Cからなる1047塩基の配列を持つ親株をコンピュータ内で変異させ子孫プールを作り、各子孫株の適応度を宿主集団の免疫状態及び親株との類似性などを規定する要因を計算し、翌年の流行株を選んだ。この操作を繰り返し計算する事でインフルエンザ進化をシミュレートできる。シミュレータから生成した配列データを再びバイオインフォマティクスの手法により解析する事で、実配列データと同様の傾向を再現できているかも確認した。これらの解析を通じてウイルスの進化ルールを一部明らかにできた。また、基礎研究の成果を一般社会に還元するアウトリーチ活動にも注力し、ワークショップの開催やアプリケーションの開発も視野に入れて活動を行った。インフルエンザウイルスの進化は抗原決定基(特にA及びB)に蓄積される変異が主な駆動力になっている可能性を見出している。さらに、抗原決定基及び非抗原決定基をコードする配列を別々に準備し、描いた2つの進化系統樹を比較した。その結果、非抗原決定基配列の系統樹であってもいわゆる“インフルエンザの系統樹"のトポロジーを維持することを発見した。興味深いのは、宿主免疫の標的になっていないにも関わらず、非抗原決定基にインフルエンザウイルスの進化の歴史が同様に刻まれている点である。この反直感的な発見に「進化ルール」が内包されている可能性がある。これらの結果は世界初である。開発した手法により計算された流行可能株の候補の中から実際に流行する株を予測する。この「流行予測」を実現するためには、ハイブリッド力学系が持つ各種パラメータの適切な確率分布を推定する必要がある。データ同化の手法を用いて、過去40年間の遺伝子配列の推移と開発した数理モデルによるMCシミュレーションが示す流行株の推移が一致するようなパラメータを探索する。そして、現在までの人口集団に蓄積された集団免疫を計算し、翌年最も流行しそうな株を適応度に基づいて提示する。予測される難点は、力学系が極めて高次元になる点である。計算時間を激減できる本ハイブリッド力学系を活用してもなおその時間が現実的でない場合、自由度可変力学系の考えを基にハイブリッド力学系を再考する。即ち、各seasonにおいて予測に真に必要な次元を担保するように力学系の次元(変数)を変化させていく。また、流行予測の妥当性は年度毎の遺伝子配列データを訓練データとテストデータに分け、予測精度を検証する事で評価できる。病原体の遺伝子配列には、長年にわたる宿主との攻防の歴史が刻まれている。本課題ではデータ同化を念頭に置いてビッグデータに値する情報として蓄積しつつある病原体の遺伝子配列を利用し、「流行予測」を実現させるための生態学理論を構築してきた。データ同化とは、主に地球科学分野で用いられている手法で、数値モデルに実際の観測値を入力してより現実に近い結果がでるようにする作業である。ここでは、データ同化の手法を効果的に使うために“病原体と宿主の進化的攻防"をハイブリッド力学系によりモデリングする必要があった。病原体の適応度地形は宿主の免疫応答により変化し、宿主の集団免疫は流行する病原体により変化するからである。従来の個体群動態の枠組みを理論的に発展させる事で、生態学におけるビックデータを取り扱う新たな研究領域を展開してきた。感染症の流行を捉える上で重要な要素の一つに「季節性」が挙げられる。特に、インフルエンザは相対湿度が低い冬季ほど伝播が起こりやすい。本研究では、インフルエンザの流行期と非流行期をON-seasonとOFF-seasonとしたハイブリッド力学系を考えた。ON-seasonを連続力学系で、OFF-seasonを離散力学系で記述し流行動態をseason-to-seasonで捉えていく。一方、インフルエンザウイルスやデングウイルス等は、多様な変異株集団を構成し、宿主の免疫応答はその感染履歴に依存する事より、「多流行株」を考慮する必要がある。インフルエンザの流行モデリングの難点はこの多流行株にもある。宿主が感染株以外の株への交差免疫を確率的に獲得できると仮定する事でこの困難を回避した(状態ベースモデル)。以上、病原体と宿主の進化的攻防をメカニスティックに記述した数理モデルを開発した。連続力学系の枠組みでインフルエンザ流行の季節性を考える場合、β(t)=β_0 (1+αcos(2πt))の様に感染力のパラメータを周期関数にする方法が取られてきた。この様な仮定の下では、力学系は一般的に複雑な振る舞い示すが、必ずしも現実の現象を捉えきれていない事が指摘されている。また、力学系の初期値やパラメータに対する鋭敏性は予測の精度を大きく下げる。本研究では、この点をハイブリッド力学系により記述する事で簡略化する事に成功したから。

また、過去40年間に流行したA香港型インフルエンザのHAアミノ酸配列を用いてその変化をMSDで視覚化した。さらに、遺伝子配列データに加えて、赤血球凝集阻止試験等のデータをバイオインフォマティクスの手法により解析し、株間の遺伝的距離および免疫学的距離を定量化した。これらの情報を実装した、進化シミュレータの開発にも着手した。具体的には、A/U/G/Cからなる1047塩基の配列を持つ親株をコンピュータ内で変異させ子孫プールを作り、各子孫株の適応度を宿主集団の免疫状態及び親株との類似性などを規定する要因を計算し、翌年の流行株を選んだ。この操作を繰り返し計算する事でインフルエンザ進化をシミュレートできる。シミュレータから生成した配列データを再びバイオインフォマティクスの手法により解析する事で、実配列データと同様の傾向を再現できているかも確認した。これらの解析を通じてウイルスの進化ルールを一部明らかにできた。また、基礎研究の成果を一般社会に還元するアウトリーチ活動にも注力し、ワークショップの開催やアプリケーションの開発も視野に入れて活動を行った。インフルエンザウイルスの進化は抗原決定基(特にA及びB)に蓄積される変異が主な駆動力になっている可能性を見出している。さらに、抗原決定基及び非抗原決定基をコードする配列を別々に準備し、描いた2つの進化系統樹を比較した。その結果、非抗原決定基配列の系統樹であってもいわゆる“インフルエンザの系統樹"のトポロジーを維持することを発見した。興味深いのは、宿主免疫の標的になっていないにも関わらず、非抗原決定基にインフルエンザウイルスの進化の歴史が同様に刻まれている点である。この反直感的な発見に「進化ルール」が内包されている可能性がある。これらの結果は世界初である。遺伝子配列には病原体と宿主の進化的攻防の歴史が刻まれている。ビッグデータに値する情報として蓄積しているインフルエンザの遺伝子配列を利用し、バイオインフォマティクスと数理科学の手法を駆使して、ウイルス進化という時空間を超えたマクロな振る舞いを捕捉する新たなデータサイエンスを繰り広げ、複雑なエコ・スフィアーの本質を理解してきた。特に、宿主免疫にさらされるヘマグルチニンの遺伝子配列をdN/dS解析や共変動解析により詳細に分析することで、インフルエンザウイルスと宿主の共進化を舞台にした「進化ルール」を探索した。インフルエンザウイルスの進化は抗原決定基(特にA及びB)に蓄積される変異が主な駆動力になっている可能性を見出した。そして、HA1の非抗原決定基配列の系統樹であってもいわゆる“インフルエンザの系統樹"のトポロジーを維持することを発見した。
易感染性宿主におけるBacteroides fragilis感染成立因子の解明

B.fragilis YCH46株の全ゲノム配列決定の結果、複合糖鎖の利用に関与する遺伝子群に著しい遺伝子重複が認められた。また、莢膜生合成遺伝子領域および外膜タンパク質などの菌体表層構造の構築に関与する遺伝子群の発現が、プロモーター領域のDNA inversionによってon-off制御されていることが明らかとなった。シアロ複合糖鎖の取り込み・分解に関与すると考えられるsguクラスター内には、B.fragilisの病原因子の一つとして考えられているシアリダーゼをはじめとする糖鎖分解酵素や複合糖鎖結合夕膜タンパク質をコードする遺伝子が13個存在していた。B.fragilis菌株間におけるsguクラスターの構造多様性をPCRを用いて検討したところ、試験した12株全ての菌株においてこの領域は保存されていた。sgu群クラスターの各遺伝子の発現は、複合糖鎖の種類に応じて複雑に制御されていた。マウス腹腔内膿瘍形成モデルを用いた検討の結果、sguクラスターの構成遺伝子であるnanH3、estAおよびestS遺伝子は、B.fragilisの膿瘍形成能に寄与していることが示唆された。B.fragilisは各菌株に特有の制限-修飾システムにより遺伝子操作が極めて困難であったが、DN受容菌となるB.fragilis菌株の無細胞抽出液により異種菌株から単離したプラスミドDNAをメチル化することによってB.fragilisの形質転換効率が改善された。易感染性モデル動物を使ってB.fragilis敗血症成立の機序を明らかにするために、我々は様々な生命現象に関与する複合糖鎖を分解する複合糖鎖分解酵素に着目した。本年度は、複合糖鎖分解酵素遺伝子およびプロテアーゼ遺伝子等の微生物の感染成立および宿主内における増殖・生存に関与する遺伝子群がpathogenicity islandとしてクラスターを形成しているか否かをB.fragilis YCH46株の全ゲノム配列情報を基に解析した。さらに、これらの遺伝子群の遺伝子破壊株を作製するために本菌種における遺伝子操作システムの確立を試みた。1.B.fragilis YCH46株の全ゲノム配列決定の結果、5.27Mbからなる1本の環状染色体中には4,578個のORFが存在し、その内複合糖鎖の利用に関与する遺伝子群に著しい遺伝子重複が認められた。99個の糖鎖分解酵素遺伝子および54個の糖鎖の取り込みに関与すると考えられる外膜タンパク質ホモログのうち、それらの多くが数個単位のクラスターを形成していた。2.B.fragilis NCTC9343株およびYCH46株の制限・修飾システムを比較したところ、両菌株ともに14種類の制限・修飾システムを保有していた。しかしながら両菌株に共通の制限・修飾遺伝子は僅か4遺伝子しか認められなかった。したがって、B.fragilisは菌株毎に特有の制限・修飾システムを有しており、これが形質転換の障壁になっていると考えられた。2.B.fragilis菌株間におけるsguクラスターの構造多様性をPCRを用いて検討したところ、試験した12株全ての菌株においてこの領域は保存されていた。3.sguクラスターの各遺伝子の発現をRT-PCRによって解析したところ、nanH3,nahA, estA, estS遺伝子の発現は、シアル酸やムチン・fetuinなどのシアロ複合糖鎖によって誘導されたが、グルコースやアシアロ複合糖鎖によって抑制された。また、bmnA, nahB, nahC, BF1737およびbgaA遺伝子は糖の種類に関係なく構成的に発現していた。BF1735,BF1739,BF1740およびbgaB遺伝子もまた構成的に発現していたが、グルコースの添加により発現が抑制された。4.B.fragilisの病原性におけるnanH3、estAおよびestS遺伝子の役割を検討するためにマウス腹腔内膿瘍形成モデルを用いたところ、pNhAF1(nanH3,estA, estS)、pH3F-2(nanH3)あるいはpVNAND241(estS)を保有するB.uniformisはpVAL-1(control)を保有するB.uniformisと比較して膿瘍形成率が有意に高かった。
障害児の画像認識・選択能力抽出のためのシステム開発研究

近年、新教育機器を組み合わせた教材が障害児教育で注目されつつある。しかし、障害児の視知覚、弁別などの研究が不十分なため、その教材開発は健常児の場合にくらべて極端に滞っている。障害児の学習は画像デ-タの注視に始まると考えられる。教材開発の一つの中心課題は、具体物や抽象的概念を視覚化するための図形やイメ-ジなどを十分貯え、それを学習教材に適宜利用することが重要となる。本研究は画像の特性である、動き、形、明るさ、布置関係、調和性、呈示時間、さらに画面の輝度などが障害児の注視、弁別、記憶にどのような影響を及ぼすかを検討するため、障害児の画像認識・選択能力の抽出のためのシステムを試験的に開発した。なお、本研究は、主としてコンピュ-タ-グラフィクスや双方向的なレ-ザディスクなどの技術的知見を導入し、視知覚過程を解明しながら、画像認識・選択能力抽出システム開発を次の手続きによって行った。1)障害児の視知覚特性に基づくモデル的な画像を作成し、デ-タベ-ス化した。2)画像と注視行動とのデ-タ収集のため、学習教材づくりのための画像選択システム開発を行った。3)研究協力校において障害児にさまざまな属性を組み合わせた画像を提示し、画像特性とその認識・選択能力の検出関係のデ-タを一部収集した。4)画像選択システムの改良を行い、システムの有効性に関する一部基礎デ-タを収集した。
半導体微小共振器中の励起子ポラリトンのエネルギー緩和過程の研究

フレーリッヒ相互作用による縦光学フォノンとの相互作用が大きなII-VI族半導体の量子ドット構造上のエネルギー緩和過程を連続光場中で検討を行った。更に、光波長程度のサイズを持つ微小な共振器構造を導入することで光場を離散化し、その内部での励起子と光場の相互作用の研究を行った。連続場中においては、ZnSe上にMOVPE法により形成した平均ドット高さ1.7ML6.6ML(密度約2x10^9cm^<-2>)のCdS自己組織化量子ドット構造を用いて発光及び励起スペクトルを測定した結果、発光スペクトルの励起波長依存性より、エネルギー的にフォノンと結合可能な準位を持つドットにフォノン放出過程による高速な励起子の分布が生じること、また、励起スペクトルにより検出するエネルギー(ドット集団の中から特定のサイズを持つドットを選択することに対応)をチューニングして緩和効率を検討した結果、励起子とLOフォノンに結合強度はドットサイズに強く依存し、より小さなドットの場合に高効率なエネルギー緩和が生じることが判った。更に、CdS自己組織化量子ドットをDBRミラーを含めた全構成要素をII-VI族半導体で形成した微小共振器構造の電場振幅の最大部分に埋め込んだ構造を形成し、その発光スペクトルを共振器モードとドット発光との離調度の関数として測定及び解析した結果、約3meVのRabi分裂を明瞭に観測した。これは量子ドットと共振モードとの間の強い結合を示す初めての成果であり、II-VI族半導体における振動子強度がIII-V族半導体に比べて約200倍増大するとの理論的予見に基づき実現されたと解釈される。これらの成果は、キャビティポラリトンを利用して無閾値VCSELへ道を拓くものであり、今後更なる高性能化を図るべくより励起子-光場相互作用を増進出来る3次元的な光場の閉じ込めが可能な高Q値を有するピラミッド型微小共振器への移行を目指していく。当該研究では、離散化された光場と零次元励起子の混成励起状態である共振器ポラリトンのエネルギー緩和過程を、少数個(数個十数個)の零次元構造からの発光を検出、解析することにより明らかにすることを目的とする。平成13年度では、まず連続光場モード中のII-VI族半導体量子ドット構造のエネルギー緩和過程を対象とし、検討を行った。II-VI族半導体量子ドット構造のエネルギー緩和過程を調べるに当たり、ZnSe上にMOVPE法により形成した平均ドット高さ1.7ML6.6ML(密度約2×10^9cm^<-2>)のCdS自己組織化量子ドット構造を用いた。これらの試料の発光及び励起スペクトル測定を行い、自由空間中でのII-VI族半導体量子ドット構造のエネルギー緩和に関する検討を行った。発光スペクトルの励起波長依存性より、エネルギー的にフォノンと結合可能な準位を持つドットにフォノン放出による高速な励起子の分布が生じること、また、励起スペクトルにより検出するエネルギー(ドットサイズ)をチューニングして緩和効率を検討した結果、励起子とLOフォノンの結合強度はドットサイズに強く依存し、より小さなドットの場合に高効率なエネルギー緩和が生じることが判った。(投稿中)更に、このCdSドットを一次元微小共振器構造中に埋め込んだ構造を作製し、共振器ポラリトンを観測することに成功した(文献1)。これまで共振器ポラリトン研究に際しては、試料作製時にDBR層に誘電体膜を利用することが多く、共振器部分とミラー部分を別々に作製する必要がある等、試料作製プロセスが複雑であった。当該研究では、上下のDBR層も含め試料構造全体をII-VI族半導体で構成することにより一貫した試料作製が可能であり、表面や界面に生成する欠陥を抑えられるといった利点を持つ。このため、平成14年度の研究では、共振器ポラリトンのエネルギー緩和過程を今年度の成果を基にして効果的に議論できると考えられる。

これらの成果は、キャビティポラリトンを利用して無閾値VCSELへ道を拓くものであり、今後更なる高性能化を図るべくより励起子-光場相互作用を増進出来る3次元的な光場の閉じ込めが可能な高Q値を有するピラミッド型微小共振器への移行を目指していく。
ロボット運動の位相的複雑さの研究

与えられたロボットの姿勢をどの程度連続的に変えることができるかを有効に記述する幾何学的量として位相的複雑さがある。有名なロボットの両輪として多角形のモジュライ空間とクモの巣装置があるが、これらのロボットを含む統一的ロボットを構成し、その上の関数を調べた。この関数はボット・モース関数という非常にいい関数であることを解明し、既知の諸定理を統一する結果を得た。モース関数の臨界点と位相的複雑さには相互関係があるので、位相的複雑さの情報が得られたことになる。1.近年ロボット運動の配置空間の幾何学的性質を精密に研究するという試みが盛んに行われている。特に有名なロボットとして多角形のモジュライ空間とクモの巣装置の配置空間がある。ロボットの姿勢をどの程度連続的に変えることができるかを有効に記述する量として位相的複雑さというものがある。しかしこれを実際に計算することは非常に困難である。平成22年度は多角形のモジュライ空間の位相的複雑さを下から評価する際に鍵となる事実を発見した。2.位相的複雑さは多様体上のモース関数と密接に関係する。そのモース関数が精密であればあるほど、位相的複雑さについてもより精密な結果が得られる。一般に与えられた多様体上のモース関数のうち、最も効率のよいセル分割を与えるものをパーフェクトなモース関数という。しかしパーフェクトなモース関数を実際に構成することは非常に困難で、知られている多様体の例は多くない。平成22年度は多角形のモジュライ空間上にパーフェクトなモース関数を構成した。その際、本科学研究費補助金で購入したコンピュータを駆使した。3.トーリックトポロジーという分野の研究において、モーメント角複体は中心的役割を果たしている。ロボット運動の配置空間とトーリックトポロジーは一見無関係のように思われていた。しかし、クモの巣装置の配置空間がモーメント角複体と同一視できることを発見した。このことはトーリックトポロジーの研究者に非常に注目された。平成22年11月にCanadaのBanffで"Topological Methods in Toric Geometry, Symplectic Geometry and Combinatorics"という国際会議が開催された。これは主催者が研究者の業績を調査し、選ばれた人だけに招待状が送られるものであった。この会議に招待され、11月11日のAnderson氏とPuppe氏の講演の座長を務めた。4.多角形のモジュライ空間に関するもう一つの成果として、その普遍被覆空間のホモロジーを決定した。一般に多様体のホモロジーについて十分な情報があっても、その普遍被覆空間のホモロジーが知られているのは等質空間など限られた場合である。その意味でこの成果は興味深い新たな例である。この量は自然数に値を取るので非常に簡潔である反面、実際に計算することは極めて困難である。本研究課題ではロボットとしてクモの巣装置を考える。ここでクモの巣装置とは、正多角形または正多面体の頂点ごとにロボットアームを接合させて得られるロボットである。クモの巣装置の重要性は以下の点にある。トーリックトポロジーという他の幾何学では、モーメント角複体という空間が盛んに研究されている。実はクモの巣装置の可能な姿勢全体は、モーメント角複体と同一視される。1.本年度の主な研究成果は以下の通りである。位相的複雑さを決定するための重要なアプローチとして、空間の対称性に着目するというものがある。正多角形または正多面体の中心まわりの回転で、その図形を自分自身に重ね合わせるようなもの全体を正多面体群と呼ぶ。正多面体群はモーメント角複体へも作用するので、商空間が得られる。本年度は多角形の角数が12以下の場合について、ホモロジーを計算した。ここでホモロジーとは、位相的複雑さを計算する上で不可欠な量である。セル分割という非常に複雑な計算が必要であり、手計算では困難である。そこで、本年度の補助金でコンピュータ及びMathematicaという計算ソフトを購入して行った。2.上記のコンピュータ計算には思わぬ副産物があった。微分幾何学で最も美しい定理であるガウス・ボンネの定理を考える。これは閉曲面のガウス曲率の積分が、オイラー標数と一致するという主張である。しかし、ガウス曲率の積分を直接計算することは難しく、球面とトーラス以外は未知である。プログラムを改良することにより、種数が小さい閉曲面の具体例に対してガウス曲率の積分を直接計算できた。これは計算機数学として興味深い。近年、ロボットの姿勢をどの程度自由に変えることができるかを、幾何学の手法を駆使して記述しようという試みが盛んに行われている。用いる幾何学的量は種々あるが、最も精密な記述を与えるものは位相的複雑さである。

この量は自然数に値をとるので非常に簡潔である反面、実際に計算することは極めて困難である。本年度はロボットとして多角形のモジュライ空間を考え、その位相的複雑さを決定するために鍵となる問題を解決した。この問題は、コホモロジー環における、ある元の高さの問題と呼ばれ、長年この方面の研究者の間での懸案であった。問題の概略は以下の通りである。多角形のモジュライ空間には、コホモロジー環と呼ばれる、多項式全体をイデアルというもので割った代数的な構造が対応する。コホモロジー環には、多角形のモジュライ空間の幾何的性質をデリケートに表す元が存在する。この元を何乗すると初めてゼロになるかという、その何乗のことを高さという。本年度の研究実績は、この高さを決定したということである。一般に、与えられた空間のコホモロジー環において、ある元の高さを決定する問題はそれ自身興味ある問題である上に、その空間の位相的複雑さを決定する上で、最も重要な考察である。その意味で、本年度の研究成果の意義は非常に大きい。なお、高さの決定は最終的には手計算で行い、論文も数学の査読付き雑誌に受理されて出版された。それにこぎつけるために、本年度の補助金で購入したコンピュータを駆使して実験を繰り返し、結論を予想した。上記のコンピュータ計算には思わぬ副産物があった。多角形のモジュライ空間の間には、微分同相写像が多数存在する。写像が簡単な表示を持っていたとしても、それがモジュライ空間の向きを保つかを判定することは容易ではない。コンピュータの補助により、かなり一般的な写像について、それが向きを保つかどうかの判定を与える定理を証明できた。与えられたロボットの姿勢をどの程度連続的に変えることができるかを有効に記述する幾何学的量として位相的複雑さがある。本年度はロボットとしてクモの巣装置を考えた。ここでクモの巣装置とは、正多角形の頂点ごとにパワーショベルの腕の一端を接合し、もう一端は全て接合することにより得られる平面ロボットである。本年度の主な研究成果は次の1, 2である。1.クモの巣装置がどの程度対称であるかを正確に記述することに成功した。正二面体群の正多角形への作用は、クモの巣装置の配置空間への作用を引き起こす。これにより配置空間のホモロジー群は正二面体群の表現空間となる。本年度の目標の一つは、この表現を既約表現を用いて記述することであった。レフシェッツの不動点公式が非常に有効であるという事実を発見し、問題を簡明に解決することができた。2.クモの巣装置の配置空間の正二面体群作用による商空間も、装置の対称性を測る上で重要である。商空間の整係数ホモロジー群を過去に10角形まで計算したが、不思議なことにホモロジーにトーションは生じなかった。本年度の補助金でコンピュータ及びMapleという計算ソフトを購入し、具体例の計算を続けた。その結果、角数が多くなると確かにホモロジーにトーションが生じることが分かった。
難治性根尖性歯周炎局所における血管内皮細胞の一酸化窒素合成および同阻害剤の検討

本研究では、排膿の止まらない難治性根尖性歯周炎の病態を把握する目的で、血管内皮細胞による一酸化窒素(Nitric Oxide:NO)合成能に関する病理組織学的、分子生物学的検討を行った。また、NO合成阻害剤によるNO合成の抑制効果を比較することで、治療薬としての可能性を検討することを計画した。昨年度は、難治性根尖性歯周炎患者から採取した根尖部病巣組織を試料とし、血管内皮細胞による誘導型NO合成酵素(inducible NO synthase:iNOS)の産生ならびにIL-1あるいはE-セレクチン(CD68E)の産生を確認した。本年度は血管内皮細胞を分離したのちNOならびにiNOS産生を検討し、加えてNO合成阻害剤の効果について検索したところ、以下の結果を得た。1.臍帯静脈をコラゲナーゼ処理し、得られた細胞浮遊液から通法に従い臍帯静脈血由来血管内皮細胞(HUVEC)を採取した。2. P.gingivalis-LPS、IL-1およびインターフェロンγによる混合刺激を行ったHUVECを用いてGriess試薬または免疫染色によって検索したところ、NOならびにiNOSの産生を認めた。3. 2.の培養HUVECにL-アルギニン誘導体(L-NMMA、L-NIO)を加えたところ、コントロールに比較して著明なNO合成の低下を認めた。4. 2.で得られた培養HUVECからRNAを採取し、ヒトiNOS特異的プライマーを用いたRT-PCR法による遺伝子発現を検索したところ、そのほとんどで明らかなiNOS遺伝子の発現が確認された。本研究では、排膿の止まらない難治性根尖性歯周炎の病態を把握する目的で、炎症性細胞による一酸化窒素(Nitric Oxide:NO)合成能に関する病理組織学的、分子生物学的検討を行うことを計画した。また、NO合成阻害剤のin vitroにおけるNO合成の抑制効果を比較することで、治療薬としての臨床応用を検討する予定である。今年度は、難治性根尖性歯周炎患者から採取した根尖部病巣組織を試料とし、誘導型NO合成酵素(inducible NO synthase:iNOS)タンパクの産生ならびにIL-1あるいはE-セレクチン(CD68E)産生との関連を検索したところ、以下の結果を得た。1.外科的に摘出した根尖部病巣組織のパラフィン切片をヘマトキシリンーエオジン重染色したところ、27症例中16例が歯根嚢胞で、11例が歯根肉芽腫であった。2.ヒトiNOSを特異的に認識するアミノ酸の塩基配列をもとに、ペプチドを合成しウサギに免疫した。その後、腹腔内溶液を精製し、SDS-PAGEで分析を行った。3.歯根嚢胞(上記20例)の凍結切片を免疫染色した結果、炎症性細胞のiNOS産生を検出し、特に血管周囲に著名な局在が観察された。4.歯根嚢胞の凍結切片に対し、抗ヒトiNOS抗体と抗ヒトIL-1またはCD68E抗体を用いた二重染色をおこなったところ、血管周囲の細胞や血管内皮細胞でiNOSおよびIL-1の著名な産生を認めた。また、血管内皮細胞におけるiNOSの発現とCD68Eの発現は一致する傾向にあった。
ヒトＥＳ／ｉＰＳ細胞からの機能的三次元膵オルガノイド誘導

ES細胞やiPS細胞を用いて膵島細胞を作製し、糖尿病の再生医療を開発するという試みは、過去30年にわたり多くの研究者たちが挑んできた課題である。研究開発の根本理念が「発生研究の知見に基づき、発生過程を培養皿上で再現する」事にある点は共有されており、多能性幹細胞からβ細胞に至る多段階分化ステップがin vitroで再現されてきた。しかし結果として出来たものは“インスリン陽性ではあるがブドウ糖濃度応答性を欠く、再生医療に使えない細胞"に留まっていた。この事は既報の膵発生研究ではβ細胞機能獲得のメカニズムを明らかに出来なかった事を端的に示しているだけでなく、これまでの研究は発生過程を不完全な形でしか再現していない事を示している。上記既存研究の限界を超える為に、胎生期膵形成をより実際に近く再現することを試みた。膵発生は、(1)三次元構造の形態的変化を伴いながら、(2)内分泌細胞は、外分泌細胞とほぼ同時に形成されて終生外分泌組織に囲まれて存在する。従って、β細胞だけでなく、外分泌組織も含んだ立体的膵組織作製を目指す事がより良い機能の獲得に重要であると考えるからである。ヒトES/iPS細胞は発生学上、桑実胚(内部細胞塊)に相当する。本研究では、ここから順序立てて内胚葉、原始腸管、後方前腸、膵決定、膵芽、分枝構造(tip-trunk)、内分泌/外分泌/膵管への分化を再現した。再生医療への応用を考えたときに、量産化という課題が存在し、これを解決する一つのアイデアとして、途中、原腸オルガノイド(三次元立体上皮構造)の段階でexpansionする方法を確立した。引き続き、原腸オルガノイドから、どの組み合わせのモルフォゲンセットが膵運命を決定することができるかを同定することができた。最終的に、内分泌、外分泌、膵管を含めた3上皮成分を同時に立体で誘導することが可能となった。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
随意運動介助型電気刺激を用いた咀嚼嚥下動作の再建

舌骨上筋上に表面電極を装着し,随意運動介助型電気刺激を用いた咀嚼運動の三次元動作解析を行った.咀嚼では,オトガイと喉頭の上下の周期運動の停止後に嚥下反射が生じていた.咀嚼嚥下と液体嚥下における嚥下反射のタイミングは異なり,脳卒中患者においても咀嚼嚥下の場合は嚥下反射遅延が誤嚥の原因にはならなかった.頭部挙上訓練に電気刺激を加えることで,短期間に筋力増強効果を得ることができた.嚥下障害の愁訴,脳卒中,神経・筋疾患,喉頭・咽頭の器質的疾患,頸椎疾患,呼吸器疾患,上部消化器疾患の既往がなく,研究協力に同意し,署名が得られた健常成人10名にクッキーを咀嚼させ,オトガイ,喉頭などにカラーマーカをつけ,咀嚼運動の三次元動作解析を行った.咀嚼動作ではオトガイ,喉頭の周期的な運動が繰り返され,終期運動が停止してから嚥下が生じていた.その結果を基に咀嚼運動から嚥下運動に切り替わるタイミングを検出する回路を作成しているが,まだ試行錯誤の段階であり,十分に咀嚼と嚥下を区別できる回路は完成していない.今後,両者を区別するシステムの作成を引き続き行っていく予定である.摂食嚥下障害の愁訴,脳卒中,神経・筋疾患,喉頭・咽頭の器質的疾患,頸椎疾患,呼吸器疾患,上部消化器疾患の既往がなく,研究協力に同意し,署名が得られた健常成人10名にクッキーの咀嚼嚥下を行わせた.研究を行うにあたっては,当院の倫理委員会で承認を得た.オトガイ,喉頭などにカラーマーカをつけ三次元動作解析装置KinemaTracer(キッセイコムテック社)を用いて咀嚼運動の三次元動作解析を行った.さらに,透視下に舌骨の動きを画像解析ソフトImage-J(NIH米国国立衛生研究所)を用いて解析した.咀嚼運動では周期的な運動が繰り返され,周期運動の停止後に嚥下反射が生じていた.咀嚼と嚥下反射のタイミングを計測し,嚥下反射の遅延が誤嚥に繋がるかどうかを健常人と摂食嚥下障害患者で比較した.Stage transition duration (STD)中央値は健常者では1.9秒,摂食嚥下障害患者では誤嚥のある場合3.6秒,誤嚥のない場合3.1秒であり,摂食嚥下障害患者では健常者に比して遅延はみられたが,誤嚥の有無では有意差はなく,咀嚼嚥下においては,嚥下反射遅延があっても直接的に誤嚥には結びつかないことが明らかとなった.今後,随意運動介助型電気刺激装置(integrated volitional control electrical stimulator;IVES)を用いて電気刺激による咀嚼動作の介助を行い,咀嚼運動の再建を行っていく予定である.健常成人10名にクッキーの咀嚼嚥下を行わせた.オトガイ,喉頭などにカラーマーカをつけ三次元動作解析装置KinemaTracer(キッセイコムテック社)を用いて咀嚼運動の三次元動作解析を行った.さらに,透視下に舌骨の動きを画像解析ソフトImage-J(NIH米国国立衛生研究所)を用いて解析した.咀嚼運動では周期的な運動が繰り返され,周期運動の停止後に嚥下反射が生じていた.咀嚼と嚥下反射のタイミングを計測し,嚥下反射の遅延が誤嚥に繋がるかどうかを健常人と摂食嚥下障害患者で比較した.Stage transition duration (STD)中央値は健常者では1.9秒,摂食嚥下障害患者では誤嚥のある場合3.6秒,誤嚥のない場合3.1秒であり,摂食嚥下障害患者では健常者に比して遅延はみられたが,誤嚥の有無では有意差はなく,咀嚼嚥下においては,嚥下反射遅延があっても直接的に誤嚥には結びつかないことが明らかとなった.舌骨上筋上に表面電極を装着し,随意運動介助型電気刺激を用いた咀嚼運動の三次元動作解析を行った.咀嚼では,オトガイと喉頭の上下の周期運動の停止後に嚥下反射が生じていた.咀嚼嚥下と液体嚥下における嚥下反射のタイミングは異なり,脳卒中患者においても咀嚼嚥下の場合は嚥下反射遅延が誤嚥の原因にはならなかった.頭部挙上訓練に電気刺激を加えることで,短期間に筋力増強効果を得ることができた.咀嚼運動において,嚥下反射遅延が誤嚥に直接には結びつかないことが明らかとなり,嚥下反射を急いで生じさせる必要がないことがわかったため.リハビリテーション舌骨・喉頭挙上障害があり,研究協力に同意し,署名が得られた摂食・嚥下障害患者を対象に,電気刺激を用いた咀嚼嚥下運動の再建を行っていく.このとき用いる食塊は,個々の患者が安全に食することができると嚥下造影検査または嚥下内視鏡検査で確認済みのものとする.

その効果は嚥下内視鏡検査および嚥下造影検査を用いて確認する.25年度中に作成予定であった,咀嚼運動から嚥下運動に切り替わるタイミングを検出する回路がまだ未完成であるため.消耗品購入,学会発表,論文作成などに充てる金額を残している.今後は,咀嚼運動から嚥下運動に切り替わるタイミングを検出する回路を完成させ,その検証を行っていく予定である.検証の結果,実用性があることが確認できれば,摂食嚥下障害患者に対して,同様に動作確認していく予定である.消耗品購入,学会発表,論文作成などに使用する予定である.概ね計画通りに使用したが,消耗品購入などに充てる金額を残している.消耗品や論文作成などに使用する予定である.
幼児・児童の認知特性に適したナヴィゲーションシステムの情報提示スタイルの開発

本研究では子ども向けポータブルナビの開発に向けた情報提示スタイルについて検討した。研究1では、現行機のコンテンツ分析と共にモニター調査を行った。結果、音声誘導やバイブレーション指示機能の併用が必要なこと、子ども向けランドマークを別途検討すべきこと等が見出された。研究2では、日常鳥瞰的視点の3タイプの情報による経路移動ついてCG空間実験した。結果、ヘッドアップ機能の理解容易性等を見出すことができた。本研究では、近年における幼児・児童に対する防犯・安全教育の必要性を鑑み、大人による危機的状況からの保護のみならず、子どもが自主的に危険回避行動に利用できるためのポータブルナヴィゲーションシステム(PNS)の開発を目的としている。ただし、子どもが実際に利用するためには、子どもの利用可能性を考慮し、さらに子どもの認知特性に配慮した情報提示スタイルについて検討する必要性がある。そこで、本年度は子どものメディア利用のあり方やその教育方法などについて幅広い視点から意見を収集し、さらに現状で普及が進められているGPSシステムの利用のあり方やPNSの利用条件についてのアンケート調査を実施し、具体的な実験的検討を進めるための基盤となる基礎資料を整備している。これは技術的開発の進展に対し、ユーザの利用意識が伴わないことを防止するため重要であると考えている。各種調査の結果より、1.幼児教育者にとってめディアの利用は消極的な意見が多いことはあまり変わっていないが、これまでに多く指摘されてきた古典的保育思想の影響にかかわらず、実際のところユーティリティ感覚の低さが起因して回避されている可能性が高いため、PNS導入には利便性の提示など具体的な情報提供などの配慮が求められること、2.GPSによる子どもの現在地確認は保護者からの支持は高いものの、子ども自身のプライバシーに関しては否定的に捉えられていることが調査データから明らかになり、早急に倫理的観点から使用ルールなどを学会レベルで提言する必要があると思われること、3.低年齢児がPNSを利用するためには、操作部のインタフェース配慮についての指摘が最も多く見られ、開発にあたって画面上の提示情報と共にユーザビリティへの配慮が求められることなどが明らかになった。これらの結果をユーザ側の配慮事項として含めることができ、ユーザの実情に即した開発が可能になったと考えている。本研究は、現代生活における子どもの防犯・安全対策の重要性を考え、中でも子どもの自衛的な避難行動に資するようにポータブルナヴィゲーションの情報提示スタイルについて検討した。研究1では、現行のポータブルナヴィゲーション機器の情報表示などコンテンツ分析を行うと共に、幼児一児童期の子どもを対象としたモニター調査を行った。その結果、元来、現行の機器は子どもの利用を想定したものではないが、音声誘導やバイブレーション指示機能の併用により利用可能性が高まること、子どもにとって利用しやすいランドマークを別途検討する必要があること、コンテンツの詳細さが混乱を招くことなどが検討課題として見出された。研究2では、「日常的視点」「斜角俯瞰視点(45°)」「鳥瞰的視点(真上)」の3タイプのナヴィゲーション情報による経路移動の理解特性についてCG空間実験により検討した。その結果、幼児は日常的視点(ウォークスルー・ビュー)が最も理解しやすいことが明らかになり、想定しうる結果ながらも、ヘッドアップ機能の理解容易性や日常的視点から鳥瞰的視点への視点変換における文脈提示の有効性なども併せて見出すことができた。研究3では、日常的視点におけるナヴィゲーション情報の開発を視座に、方向指示情報のデザインについて検討し、さらに幼児を対象としたモニター調査を実施した。その結果、遠近法の理解が伴う日常的視点によるナヴィゲーション情報の場合、「天井吊下型」の方向指示パネルでは、方向が正しくても遠近の誤認が生じやすいためルートを誤る可能性があること、「床上矢印型」の方向指示は、遠近による奥行理解が正しくなる反面、方向変換に注意が及びにくくなる可能性があることなどが明らかになった。その他、上記の利用に関する情報スキルの育成や利用に関する意識調査を行っており、今後、さらに、コンテンツ開発と共に大規模空間での検討を計画している。
病院での人件費発生原価の標準的測定方法確立手法の開発

医療の効率化と医療サービスの向上の両立を図るために、医療スタッフの労働による人件費の低減化と配置の最適化を定量的に解決する方法を探った。まず、医療人件費の計算手法の確立と最適化、医療スタッフの能力・業務の難易度・業務遂行状況、病棟環境の諸因子の正規化、最適人員配置、最適フロアレイアウトなどについてモデル化を行った。ここで業務遂行状況とは医療スタッフにより遂行される業務要素の時系列配列である。即ち医療スタッフの成した仕事を時刻順に並べ、仕事の流れを表現した実測によるデータベースである。このモデル化により医療スタッフの総業務量、業務発生傾向・特徴が把握されるので、摂動法的計算手法により異なる条件でのシミュレーションができる。従って現状を正確に反映した実測データを大量に蓄積したデータベースを構築することにより、得られる最適化モデルの実現可能性をより大きくできる。本研究により、24時間連続他計式タイムスタディにで得られた実測データを決定木を用いて業務分類し、ヒストグラム・周波数解析して得られた業務の発生傾向を用いて、複数の業務間の相関を件数振幅のRMS誤差から調査して業務の発生傾向を分類出来る様になった。即ち種々の業務の影響を考慮に入れた医療スタッフの新しい業務遂行状況の最適化を出来るようにした。その例として、看護師の勤務帯および看護度が患者へのケア提供時間に及ぼす影響をMultilevel Analysisにより分析し、その結果を基に病棟入院患者の看護度別患者割合をシミュレーションし、看護業務時間のOverrunポイントについて検討した。その結果、日勤帯で看護度Aの患者一人につき2時間15分の平均業務時間となった。又、各看護度の患者数を病棟の実情に合わせたMonte-Carloシミュレーションにより、一日総平均業務時間帯は、規定勤務時間を越えてOverrunする事を明らかにした。主たる疾患別に職種毎の人件費を直接経費の原価として測定する方法を提案した。疾患の選出はアメリカのDRG番号1495に相当するものから重要な疾患を選出して始めていった。特にケアマップの概念を導入したタイム・スタディによる人件費の測定方法を提案した。これらを複数の病院で応用できるように標準化,一般化し,我国での発生原価測定方式として普及させる目途を立てた。提案した方式をソフトウェアを含めたシステムとして開発し,その応用性を実証した。即ち分担研究者らの病院で,このシステムをランすることによって収集したデータの有効性を実証した。タイムスタディの実行の回数を増やし,レコード数の母集団が増加するほど計算精度と信頼性が加速度的に向上するという特色を持たせることができた。医学的に体系化されたDRS(診断群別)のような医学的モデル(DRG番号1.495.)では把握できない医療従事者の勤務の実態を測定できるようにした。患者の状態による類型化を可能にして測定しデータベースに入れるので母集団のレコード数の増加とともに精度の高い類型化を可能とした。データベースの構築方法,利用方法も含めてソフトウェアを含めたシステムとして一般化し,ランすることにより確立された測定方法を他の病院でも実行できるようにした。既存の看護密度や看護度別患者分類などの内外での研究成果をタイムスタデイという測定方式に集約して単純化・明確化することにした。日本における実態の利点とアメリカの測定方式の利点の両方を相乗的に生かすフレキシビリティを持たせることとした。本手法は既存の内外の研究領域である患者のQuality of Life QOLの測定結果をデータベース化する方法に応用でき、発展性を有するようにした。
蝸牛特異的遺伝子の同定に関する分子生物学的研究

本年度も、内耳の特異的遺伝子を解明する研究課題に、前年度に引き続き取り組んだ。Differential display法によって得られた蝸牛特異的遺伝子の断片と考えられるDNAを用いて、現在ラット蝸牛のcDNAライブラリスクリーニングを精力的に進めている。この中で、目的遺伝子は高く蝸牛特異的であり、その正常発育に重要であることがわかった。サイズの大きな遺伝子のため、未だ遺伝子の全長決定には至っていないが、より長いcDNA断片の獲得に成功しており研究は着実に進行している。また本年度は蝸牛の機能に重要なイオンポンプ、ホルモンレセプターなどの蝸牛における発現の局在を決定した。この結果そのものは蝸牛特異的遺伝子の解明に直接は結びつかないものの、内耳の生理、病理において重要な役割を担っている遺伝子が多く、解明されることによって蝸牛の機能解明に寄与すると考えている。まず、カルシウムポンプの蝸牛における詳細な遺伝子発現様式を明らかにした。蝸牛の内有毛細胞、外有毛細胞、血管条、ラセン神経節にはそれぞれ異なったカルシウムポンプのアイソフォームが発現しており、蝸牛とくに有毛細胞機能においてこのイオンポンプが重要であることを解明した。また、蝸牛におけるホルモンレセプターの研究においては、腎臓において水、電解質の恒常維持に重要なバゾプレッシン、ANPのレセプターが蝸牛に発現していることを解明した。このことは、他の全身臓器と同様に、蝸牛の機能が循環血液中のホルモンによって厳密に制御されていることを示すもので興味深い。多くの研究者の研究にもかかわらず、正常、病的蝸牛の分子機構はほとんど解明されていない。その理由として、その器官の特殊性によるところが多い。蝸牛は小さいのみならず、その中に多種類のお互いに全く違った細胞が骨胞に囲まれた状態で存在している。このため蝸牛から生化学的、分子生物学的分析に耐えるサンプルを得るのは困難を極める。Differential Display PCR法は各種疾患における遺伝子発現の動態を検出可能にした点で画期的である。この手法は必要なサンプル量が、旧来の手技に比べ非常に少なく、特に内耳の研究を遂行する上で有利である。我々はこの手法を用いて、内耳に特異的に発現している可能性のある遺伝子関連クローンをこれまでの研究によって得ている。本年度、これらのクローンを蛍光指標し、まずラットの遺伝子の一部であることを確認するためサザンハイブリダイゼーションを、実際のラット蝸牛での発現を確認するためにノーザンハイブリダイゼーションを施行した。現在は、ライブラリースクリーニングにて、より長いクローンを得るプロジェクトが進行中である。本年度はこれに加えてラット内耳におけるホルモンレセプター(アルドステロンレセプター、ANPレセプター、バゾプレッシンレセプター)の同定を行った。各種ホルモンレセプター、成長因子レセプターは内耳に多く発現しており、この結果も蝸牛特異的遺伝子の同定に向けた一助になる。また本年度は、来年度の研究に向けて、遺伝子を電気生理学的に検討する準備を行った。さらに、アミノ酸糖体、騒音負荷による難聴のモデル作成の準備を行った。
MTAP酵素欠損を利用したATL治療の基礎的研究

私は[Leukemia 2002]の中で以下の結果を報告している。1.患者ATL細胞において、MTAP遺伝子の欠損が13.8% (9/65)に認められた。2.患者ATL細胞は健常人末梢血単核球細胞に比べ、MTAPmRNA発現畳の有意な低値を示した(p=0.0007)。3.MTAP遺伝子を欠損する患者ATL細胞はもちろん、保持する患者細胞でも、健常人末梢血単核球細胞と比べIC_<20>が有意に低く(p=0.0724)その様な症例ではMTAPmRNA発現量が低かった。4.L-alanosineとMTAP酵素の基質5'-deoxyadenosineとの併用により、正常細胞に与える毒性を軽減しつつ、MTAP酵素欠損細胞への殺細胞効果を維持することが可能であった。そこで私は、MTAPmRNA発現量の低下の原因として、p16の発現低下の原因にプロモーター部位のメチル化が考えられるとの報告から、MTAP遺伝子のプロモーター部位にもメチル化が生じているのではないかと推測し、ATL患者細胞を対象に検討を行った。結果、38%(8/21)にメチル化が認められたが、mRNA発現量との有意な相関関係は認められなかった。また、MTAP酵素欠損細胞はメチオニン依存性でもあることから、メチオニン分解酵素methioninase (rMETase)に対するATL株細胞の感受性を調べたが、MTAP遺伝子の有無とIC_<50>に差はなく、しかも正常細胞への毒性も誰められた。しかしrMETaseを修飾したPEG-rMETaseによる他腫瘍への有用性が報告されており、今後も検討が必要である。L-alanosineの臨床応用ついては、MTAPの欠損が確認された患者のみを対象とした治験が新たにアメリカで開始されており、今後はATLに限らずMTAPの欠損が報告されている他の腫瘍の中で、欠損の確認により対象となる治療薬として期待される。私は、今回Adenosine monophosphate(AMP)合成阻害剤L-alanosineに対するATL患者と健常人の末梢血由来細胞の感受性実験を行ったところ、ATL患者のIC_<20>が有意に低く(p=0.0724)、よってATL患者細胞のL-alanosineに対する感受性が高くなっていることが明らかとなった。しかも、MTAP遺伝子を欠損しているATL患者細胞はもちろん、遺伝子の保持が確認されたにも関わらず、L-alanosineに対し高感受性を示すATL患者細胞も存在した。そこで、MTAPのmRNA発現量をReal-time quantitative PCR法を用いて検出し、健常人との比較を行った。結果、RNA 1μgあたりのMTAP mRNAの発現量でも(p=0.0440)、GAPDHにより標準化した値でも(p=0.0007)、健常人と比べ有意な発現量の低下が認められた。このことからATL患者細胞において、MTAP遺伝子の欠損の他にも何らかの異常によりMTAP mRNAの発現量が低下していることが示唆され、よって、MTAP酵素に対する分子標的療法が広範囲のATL患者に対して有効であることが推測された。また、L-alanoineの正常細胞に対する毒性を回避するために、様々なMTAP酵素の基質の同時投与実験を、細胞増殖能試験および造血幹細胞のコロニー形成試験により検討した。その結果、基質として5'-deoxyadenosineを用いることで、MTAP酵素を保持する細胞をより特異的に毒性を回避させることが可能であることが明らかとなった。今後は、L-alanosine以外のMTAP酵素の代謝経路に関与する代謝阻害剤(Methioninaseなど)でATL細胞に特異的な抗腫瘍効果が得られるか、また、既存の抗癌剤と併用することによる相乗効果が得られるか、検討する予定である。