hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
三次元原体照射における自動再計画システムの開発

前年度までに治療中の腫瘍の縮小や患者の体型変化を適切に推定するための変形画像位置合わせアルゴリズムの開発を行った。平成30年度は、3Dプリンタを用いて実患者を模擬したファントムを作製し、開発したアルゴリズムの検証に用いることが可能であるか検討を行った。放射線治療前と放射線治療後の患者CT画像を用い、体輪郭、骨構造、管腔構造の3次元的な形状をモデリングした。モデリングにより作成した3次元データを3Dプリンタで出力することにより、変形量が既知の1対のファントムを作成した。3Dプリンタの出力精度は0.1 mm以内であり、幾何学的な形状の再現精度が十分に高いことが確認された。作成したファントムを用いた場合の画像位置合わせ精度は2.7±1.8 mmであり、変形画像位置合わせの精度評価を行うことが可能であった。また本手法では、作成したファントムを他施設に郵送することにより、施設間での位置合わせ精度のばらつきを評価することも可能である。本研究は、三次元原体照射の治療計画を患者位置合わせ用のcone-beam CTを用いて再計画するソフトウェアを開発し、適応放射線治療を簡便に行うためのシステムを構築することを最終的な目的とする。本研究ではそのために必要な要素技術の開発を行った。これらの技術を統合することで、自動で再計画を行うことのできるシステムが作成可能である。将来展望として、このシステムを用いることで患者の治療成績向上及び副作用軽減に繋がることが期待される。根治的放射線治療では、治療期間中に患者の体型の変化、腫瘍の縮小や増大、腫瘍周辺の正常臓器の位置の変化が生じるため、あらかじめマージンを付加した上で照射を行うことでこれらの影響を補償している。そこで、治療期間中に患者や腫瘍の変化に応じ治療計画の修正を頻回に行う適応放射線治療により、このマージンを縮小し、正常組織への線量低減と腫瘍線量の担保が可能になると考えられる。本研究は、三次元原体照射の治療計画を患者位置合わせ用のcone-beam CTを用いて再計画するソフトウェアを開発し、適応放射線治療を簡便に行うためのシステム構築を目的とする。三次元原体照射は本邦で行われている放射線治療の7割以上を占めることから、本研究で開発したシステムを現在行われている放射線治療の多くに用いることができる。また、三次元原体照射は強度変調放射線治療に比べ計画自体が単純であるため、事前の線量検証も不要である。そのため、患者位置合わせ用のcone-beam CTを撮像したその場で修正した治療計画を照射することが可能であると考えられる。平成28年度は、治療中の腫瘍の縮小や患者の体型変化に応じ、治療計画を修正するプログラムの開発を行った。Cone-beam CTは計画CTに比べ一般に画質が劣るため、開発したプログラムのベンチマークとして初回治療時の計画CT画像とブースト治療時の計画CT画像を対象とし、患者の治療期間中の変形量を変形画像位置合わせにより算出した。変形画像位置合わせにはB-spline関数を用いた画像変形技術を用いた。また、開発したプログラムを用い、腫瘍近傍の変形量から多葉コリメータ位置の修正を行い、治療計画装置上で線量分布の評価を行った。開発したアルゴリズムにより再計画された治療計画が、多葉コリメータの進行方向と垂直な方向に対する変形を正確に反映できないことが判明した。これは、変形量を多葉コリメータ位置に直接適用してしまうことにより生じると考えられる。また、再計画に要する計算時間も当初の目標とする5分を超えてしまっている。本研究は、三次元原体照射の治療計画を患者位置合わせ用のcone-beam CTを用いて再計画するソフトウェアを開発し、適応放射線治療を簡便に行うためのシステムを構築することを目的とする。平成29年度はまず、体内の変形量を多葉コリメータに対し適用するアルゴリズムの修正を行った。これにより、患者の変形に合わせた多葉コリメータ位置の修正を適切に行うことができた。次に、治療中の腫瘍の縮小や患者の体型変化を適切に推定するための変形画像位置合わせ技術の開発を行った。従来、変形画像位置合わせは3次元的な画像情報に基づいて位置合わせを行うが、今回、治療の進行具合という時間軸を追加することで、4次元的な画像位置合わせを可能とするアルゴリズムを開発した。Cone-beam CTは画質が悪いため、画像変形の際に過変形や異常変形が発生しやすいが、開発されたアルゴリズムは画像の過変形や異常変形を抑制することが可能であった。当初、開発した位置合わせアルゴリズムは4次元的な情報を扱うために計算量が増大し、位置合わせに3時間を超える時間を要していた。

これをアルゴリズムの変更により1時間程度まで短縮したが、未だ適応放射線治療を行う上での時間的なボトルネックになり得る時間である。前年度までに治療中の腫瘍の縮小や患者の体型変化を適切に推定するための変形画像位置合わせアルゴリズムの開発を行った。平成30年度は、3Dプリンタを用いて実患者を模擬したファントムを作製し、開発したアルゴリズムの検証に用いることが可能であるか検討を行った。放射線治療前と放射線治療後の患者CT画像を用い、体輪郭、骨構造、管腔構造の3次元的な形状をモデリングした。モデリングにより作成した3次元データを3Dプリンタで出力することにより、変形量が既知の1対のファントムを作成した。3Dプリンタの出力精度は0.1 mm以内であり、幾何学的な形状の再現精度が十分に高いことが確認された。作成したファントムを用いた場合の画像位置合わせ精度は2.7±1.8 mmであり、変形画像位置合わせの精度評価を行うことが可能であった。また本手法では、作成したファントムを他施設に郵送することにより、施設間での位置合わせ精度のばらつきを評価することも可能である。本研究は、三次元原体照射の治療計画を患者位置合わせ用のcone-beam CTを用いて再計画するソフトウェアを開発し、適応放射線治療を簡便に行うためのシステムを構築することを最終的な目的とする。本研究ではそのために必要な要素技術の開発を行った。これらの技術を統合することで、自動で再計画を行うことのできるシステムが作成可能である。将来展望として、このシステムを用いることで患者の治療成績向上及び副作用軽減に繋がることが期待される。体内の変形量を多葉コリメータに対し直接適用するこれまでのアルゴリズムを、変形量を多葉コリメータの投影輪郭に対し適用し、それを多葉コリメータ位置の修正に用いることで、間接的に多様コリメータ位置の修正を行うよう変更する予定である。また、現在は変形画像位置合わせを画像全体に適用しているため計算時間が長くなっているが、これを必要な範囲に絞り、最適化のパラメータを調整することで計算時間の短縮を図る。それでも不十分な場合にはプログラムコードの最適化及び並列化により高速化を図る。開発した位置合わせアルゴリズムは未だ計算時間が長大なため、変形のパラメータ調整や最適化アルゴリズムの変更により、更なる計算時間の短縮を図る。また、過変形ファントムを作成し、開発した多葉コリメータ自動修正アルゴリズムや画像変形位置合わせアルゴリズムが正しく動作するか検証を行う。また、患者画像を用いて同様に、今回開発したシステムの検証を行う。平成28年度に予定していたプログラム開発環境の導入が予定より安価に実施できたため、次年度使用額が生じている。プログラム開発に時間を要し、平成29年度に予定していたファントム制作を行うことができなかったため、次年度使用額が生じている。実験用の過変形ファントムの製作及び実験結果の解析に使用する予定である。平成29年度に行う予定である実験用ファントムの製作及び実験結果の解析に使用する。
オキシトシナーゼサブファミリーの細胞内膜系局在の意義およびそのメカニズムの解明

昨年度の解析において、脂肪細胞由来ロイシンアミノペプチダーゼ(A-LAP)が小胞体内腔においてMHCクラスI抗原ペプテドの生成酵素として機能することを明らかにした。本年度は、本酵素の小胞体内腔での貯留機構について解析を行った。A-LAPの分子内には小胞体内腔可溶性タンパク質の分子内に認められる小胞体貯留配列は存在していなかった。そこで、A-LAP分子内の小胞体局在に必要なドメインの絞込みを行うため、A-LAPの類縁酵素であり小胞体には貯留しない胎盤性ロイシンアミノペプチダーゼ(P-LAP)/オキシトシナーゼと本酵素とのキメラタンパク質を種々作製し、その細胞内局在の検討を行った。その結果、A-LAPの小胞体貯留には、485番から615番までの分子内領域が重要であることが明らかとなった。A-LAPの小胞体貯留機構として,本領域に他の小胞体タンパク質が結合することによる可能性が考えられる。そこで、本領域に結合しうる小胞体タンパク質を酵母Two-Hybrid法を用いて検索したその結果、候補タンパク質としてo-マンノース転移酵素の類縁分子が同定された。現在、A-LAPと本候補分子とのin vivoにおける結合の確認、各タンパク質分子の結合領域の同定、さらにはA-LAPの生理機能である抗原ペプチドの生成能に本分子がどのようにして関与しているかについて検討を進めている。A-LAPおよびP-LAPと相同性の高い新規酵素の単離についても行った。この結果、白血球細胞から新しい酵素遺伝子の単離に成功し、これを白血球由来アルギニンアミノペプチダーゼ(L-RAP)と名づけた。これら3酵素は互いに極めてよく似ており、さらにヒトの各酵素遺伝子は第5染色体上でクラスターを形成していることから、本酵素群はM1アミノペチダーゼファミリーの中で「オキシトシナーゼサブファミリー」を形成していると提唱するに至った。また、L-RAPの生理機能について解析を行ったところ、L-RAPもA-LAPと同様にMHCクラスI抗原ペプチドの生成酵素として機能しうることを見い出した。我々が既に単離した脂肪細胞由来ロイシンアミノペプチダーゼ(A-LAP)の生理機能を解明する目的で、A-LAPの細胞内の局在を検討した結果、小胞体内腔に存在するという他のアミノペプチダーゼには全くみられないユニークな特徴を持つことを見いだした。次に、A-LAPの小胞体内における役割として、A-LAPが近年その存在が示唆されてきた内在性抗原ペプチド前駆体を消化する「N末端トリミング酵素」として機能する可能性について検討した。その結果、組み換え型A-LAPの酵素学的性状はこれまでに報告しされているN末端トリミング酵素のそれと非常によく似ていた。また、細胞小胞体画分から抗A-LAP抗体を用いてA-LAPを除去した際には、同画分における抗原ペプチド前駆体消化能が著しく低下した。これらの結果から、A-LAPがこれまでにその分子実体が不明であった小胞体内腔の内在性抗原ペプチド前駆体N末端トリミング酵素であることをはじめて明らかにした。さらにA-LAPはインターフェロン-γによって発現亢進を受けることも見いだした。このことは、A-LAPがウィルス感染細胞やガン細胞内で積極的に機能することで、細胞障害性T細胞に対して異常タンパク質の存在を提示し、不要な細胞の除去効率を上げるという、生体防御機構が存在する可能性を示唆する結果である。A-LAPの反応機構や小胞体局在のメカニズムを解き明かすため、本酵素の立体構造の解明を進めている。昆虫細胞を用いた大量発現系の構築が完了し、得られた組み換え型酵素を用いたタンパク質の結晶化を試みている。結晶化条件を種々試みているものの、まだX線構造解析に十分な結晶は得られていない。今後も継続して結晶化・構造解析を進める予定である。また、オキシトシナーゼサブファミリーに属し、小胞体内腔に存在するA-LAPとは異なる新規酵素の単離にも成功した。この新規酵素についても内在性抗原ペプチド生成への関与を中心にその生理機能の解明に関する解析を進めている。

A-LAPおよびP-LAPと相同性の高い新規酵素の単離についても行った。この結果、白血球細胞から新しい酵素遺伝子の単離に成功し、これを白血球由来アルギニンアミノペプチダーゼ(L-RAP)と名づけた。これら3酵素は互いに極めてよく似ており、さらにヒトの各酵素遺伝子は第5染色体上でクラスターを形成していることから、本酵素群はM1アミノペチダーゼファミリーの中で「オキシトシナーゼサブファミリー」を形成していると提唱するに至った。また、L-RAPの生理機能について解析を行ったところ、L-RAPもA-LAPと同様にMHCクラスI抗原ペプチドの生成酵素として機能しうることを見い出した。
シェイクスピア演劇におけるキルケ神話の表象に関する考察

本研究では、古典古代以来、人を獣の姿に変える力を持つとされた魔女キルケとこれに関連する神話が、ウィリアム・シェイクスピアにより16ー17世紀に英国で書かれた演劇作品において、どのように書き直されているかを考察した。具体的には、キルケ神話の発祥の地である地中海を舞台とする劇作品、ならびに、イングランドを舞台とする劇作品を考察の中心とし、それぞれにおけるキルケ表象の様相を検討した。本年度は、研究実施計画に基づき、主としてヴェニスを舞台とするシェイクスピアの劇作品である『オセロー』と『ヴェニスの商人』について研究を進めた。1『オセロー』については、まず、この劇のキルケ表象におけるヴェニスという空間の重要性を初期近代の文脈において検証した。さらに、キルケ神話を下敷きに、初期近代の地中海におけるアイデンティティの流動性とこの劇との関係についての研究を進めた。特に注目したのが、劇の中で語られる様々な地名であり、その中でもエジプトの魔術師への言及への考察は、次年度に主たる対象とする『アントニーとクレオパトラ』との比較を可能にするものとなっている。2『ヴェニスの商人』については、古典古代から既にキルケ神話と関連する形で存在した黄金の羊毛神話のこの劇における表象について詳細に検討した。特に、後者が中世から初期近代に至る間に獲得した、宗教的、経済的、文化的関連を分析し、両神話の比較・対照に基づいた劇の解釈、さらにはエリザベス朝イングランドにおけるキルケ神話の意味の探求を試みた。両劇に関する研究については、後述のとおり、国際学会等における研究発表ならびに講演において、広くその成果を公表し、そこで得た知見を基に、論文等の形での刊行準備を進めている。その他、これら両劇と比較する形で歴史劇におけるキルケ神話についての考察を一部開始すると共に、本研究課題の実施における電子化されたデータベースの有用性に着目し、意見交換を開始した。本年度は、昨年度実施したヴェニスを舞台としたシェイクスピア劇におけるキルケ表象についての研究を更に進展されると共に、今年度の研究の中心である、『アントニーとクレオパトラ』ならびに『トロイラスとクレシダ』における主に東地中海におけるキルケ像の諸相についての考察を進めた。具体的な研究実績は以下の3点の出版物と1点の口頭発表として発表された。1.Katherine Heavey, _The Early Modern Medea_の書評を_Cahiers Elisabethans_に掲載。本書は、キルケ神話と密接な関係にあり、一部重なり合う伝統を有するメデア神話の初期近代英文学における書き直しならびに発展に焦点を当てた著作であり、本研究の遂行に対して大きな助けとなるものである。2.論文'Two Triangles for Denmark: International Relations in _Hamlet_'を、この研究を通じて得られたシェイクスピア劇における地政学の表象の重要性を適用しつつ完成し、日本シェイクスピア協会機関紙であるShakespeare Studiesに発表。4.平成27年12月12日開催の京都大学文学研究科シンポジウムにおいて、「イングランド人と文芸共和国ーモア、シドニー、ミルトン、シェイクスピア(?)」と題する口頭発表を担当。キルケ神話とそのシェイクスピア演劇における表象の考察を通じて得られた知見を含む書評、論文等を出版すると共に、IRCL(Universite Paul-Valery)との共同研究がおおむね順調に進行している。前年度の研究対象であったヴェニスを舞台とする劇について、継続して研究を進め、その一部を論文等にまとめ、出版に向けた作業をする一方で、本年度の主たる研究対象である『アントニーとクレオパトラ』ならびに『トロイラスとクレシダ』について、特にhybridityとbastardyいう概念を軸に研究を進展させることができた。さらに、次年度の主たる研究対象である歴史劇の内、『ヘンリー八世』について、平成28年5月に開催される日本英文学会におけるシンポジウムでの成果発表を目指した考察を開始することができた。本年度は、過去2年間進めてきた研究に基づき『ヴェニスの商人』に関する論考を完成させると共に、主として本年度の研究の中心をなす歴史劇について考察を進めた。主な実績は具体的には以下の通りである。3.『ハムレット』における神話の取り扱いについての考察をし、その成果の一部を、共同主宰者を務めた9th World Shakespeare CongressにおけるセミナーHamlet 5.1において提示。このセミナーにおいて得られた知見を基に、第55回シェイクスピア学会におけるセミナーThe Second Folio Revisitedにおいて、'Hamlet's `Mobled Queene': The Second Folio and Memories of Texts'を発表。本年度の主たる研究対象である『オセロー』と『ヴェニスの商人』について、キルケ神話の扱われ方についてそれぞれ一定の分析を行い、その成果をまとめて、国際的に評価されうる形で発表することが出来た。さらに、口頭発表時における質疑応答等を通じて、新たな知見を得、論文等にまとめる作業を進めた。中には刊行の見込みがついたものもある。また、これらの発表の機会を通じて、神話とシェイクスピア、神話と初期近代文学に関わる国際プロジェクトに参加するよう招待を受けた。このプロジェクトに関わる中で、本年度の研究を一層発展させる可能性が開けたことも成果の一つとして挙げられる。

前記のとおり『オセロー』に関する考察を通じて、エジプトの魔術をキーワードに、来年度の中心的な研究対象の一つである『アントニーとクレオパトラ』との関連が明らかになりつつある一方、『ヴェニスの商人』について考察を進める中で、黄金の羊毛神話の中核をなすアルゴー号の航海に『トロイラスとクレシダ』の登場人物であるネストールが参加していることを知り、この登場人物を中心に、神話との関係という側面から両劇を比較考察する可能性に着眼するに至った。同様に、前述した歴史劇との比較や、データベース活用を含めて、本年度の研究は、このように本研究課題を今後進めていくための複数の筋道を提示した点でも評価できるものであると考える。以上より、平成26年度の研究はおおむね順調に進展していると評価する。平成28年度の研究推進方策は以下の三点になる。1.過去二年間の研究の成果を、特に国際的な批評を受けうる論文等の形で公表する。2.本年度の主たる研究対象である歴史劇におけるキルケ表象の考察を進める。あわせて研究成果の一部を、学会発表等の形で公表する。3.本研究の最終年度であることから、三年間の研究成果をまとめる。この際、国際的な評価を受けうる形での公表のために、以下を実施する。a) IRCLとの共同研究を更に進め、このプロジェクトのメンバーであるフランス国立科学研究所Jean-Christophe Mayer教授を招聘して助言を受ける。b)ブリストル大学のJohn Lee博士とともにWorld Shakespeare Congressにおいてセミナーを共同で実施する。英文学平成27年度は、ヴェニスを中心とした平成26年度から発展し、地中海全体をカヴァーする形で、主として以下の2点から研究を推進する。1『アントニーとクレオパトラ』におけるキルケ神話。特に(男性中心の)ローマの視点から見た、クレオパトラに代表されるエジプト、さらには、これと共に「他者」として扱われる東方のこの劇における扱われ方をキルケ神話を手がかりに考察する。2『トロイラスとクレシダ』における神話的伝統。この劇は、『イリアス』に描かれたトロイ戦争を劇化したものであるが、そこには、古典古代から中世を経て、初期近代に至る様々な文化的、文学的伝統が積み重なっている。この重層性の中でキルケ神話がどのように扱われているかについて、特にトロイ、ギリシャ両陣営の境界を越える女性登場人物に着目し、前述のネストールを手がかりに、黄金の羊毛神話の関わり方とも併せて考察する。
脆弱X染色体症候群の病因と病態の解明

脆弱X症候群の日本人集団における頻度,その臨床症状と病能を明らかにするために,茨城県下13の県立養護学校の協力を得て,在校生約1500名の父兄にアンケート調査を行い, 894名の父兄より解答を得た.その内,以前に染色体分析の結果, Down症候群を初めとする染色体異常に基づく精神発達遅滞を指摘された者は95名で,全体の10.6%を占めていたが,本疾患を診断された者は1名もいなかった.一方,白人集団において明らかにされている臨床症状を伴う者は53名,約5.9%であった.更に,家族歴調査によって親族に在校生と同様の症状を伴う者が32名,約3.6%にみられた.以上の事から,本疾患の日本人集団における頻度は,精神発達遅滞者の約5%と推定された.次に, 1つの養護学校の在校生において,家族歴を有する者,又は,臨床症状を有する者8名について,染色体分析を試み, 1名の本症患児を診断する事が出来た.本症例は,中等度の精神発達遅滞,多動,大きな耳,突出した顔がみられ,母親も軽度の知的レベルの低下がみられる他に, 3才の男児の従兄弟に自閉傾向を伴う精神発達遅滞がみられ,染色体分析の結果,本症である事が確認された.又,母親は本疾患の保因者である事も確認できた.一方,本疾患の病態解明の一助として,成人例を含む10名の本疾患患者と年令の一致した正常人に聴性脳幹反応検査を行った所,本疾患患者においては,波形,各波潜時,各波頂点間潜時間が正常者とは異なり,聴性脳幹反応域値の上昇,第III第V波潜時間の延長が認められ,本疾患においては中等度の二次的聴覚障害を伴う脳幹白質部の異常のあることが示唆された.これらの結果は,本症患児の経過観察,機能訓練,日常の生活指導において,聴覚障害に留意する必要のある事を明らかにした.脆弱X症候群の日本人集団における頻度,その臨床症状と病能を明らかにするために,茨城県下13の県立養護学校の協力を得て,在校生約1500名の父兄にアンケート調査を行い, 894名の父兄より解答を得た.その内,以前に染色体分析の結果, Down症候群を初めとする染色体異常に基づく精神発達遅滞を指摘された者は95名で,全体の10.6%を占めていたが,本疾患を診断された者は1名もいなかった.一方,白人集団において明らかにされている臨床症状を伴う者は53名,約5.9%であった.更に,家族歴調査によって親族に在校生と同様の症状を伴う者が32名,約3.6%にみられた.以上の事から,本疾患の日本人集団における頻度は,精神発達遅滞者の約5%と推定された.次に, 1つの養護学校の在校生において,家族歴を有する者,又は,臨床症状を有する者8名について,染色体分析を試み, 1名の本症患児を診断する事が出来た.本症例は,中等度の精神発達遅滞,多動,大きな耳,突出した顔がみられ,母親も軽度の知的レベルの低下がみられる他に, 3才の男児の従兄弟に自閉傾向を伴う精神発達遅滞がみられ,染色体分析の結果,本症である事が確認された.又,母親は本疾患の保因者である事も確認できた.一方,本疾患の病態解明の一助として,成人例を含む10名の本疾患患者と年令の一致した正常人に聴性脳幹反応検査を行った所,本疾患患者においては,波形,各波潜時,各波頂点間潜時間が正常者とは異なり,聴性脳幹反応域値の上昇,第III第V波潜時間の延長が認められ,本疾患においては中等度の二次的聴覚障害を伴う脳幹白質部の異常のあることが示唆された.これらの結果は,本症患児の経過観察,機能訓練,日常の生活指導において,聴覚障害に留意する必要のある事を明らかにした.
Super ECMを用いた新しい移植組織作成

心筋細胞特異的な細胞外マトリックスであるラミニン221を付加した3次元心筋組織はその代謝・運動機能を向上させ、ラット心筋梗塞モデルにおいて移植後治療効果の向上をきたす事を本研究の仮説として研究を行っている。In vitroでは、hiPS由来心筋細胞(hiPS-CM)を用いて、収縮弛緩機能、ミトコンドリア機能、低酸素ストレスに対する耐性、免疫染色、心筋構造・Caチャネル・ミトコンドリア関連遺伝子の発現について、ラミニン221付加の有無で評価した。In vivoではhiPS由来3次元心筋組織を免疫不全ラットの梗塞心に移植し、移植後心機能評価、移植4週後に梗塞心におけるサイトカイン関連遺伝子の発現を評価した。結果、In vitroでは、ラミニン221群では、hiPS-CMの収縮速度、拡張速度有意な増加を認め、ミトコンドリア機能では最大呼吸量の増加を認めた。また、ラミニン221群では低酸素条件下における生存細胞数の増加や細胞障害性低下を認め、低酸素耐性の向上が示された。ラミニン221群は、RT-PCRにてCa関連遺伝子(RYR2)、ミトコンドリア関連遺伝子(PPARGC)の発現増加を認めた。In vivoでは、8週齢のヌードラットの心臓前下行枝を結紮し心筋梗塞モデルを作成した。10週齢時にhiPS由来3次元心筋組織を移植した(ラミニン付加hiPS由来心筋組織群vshiPS由来心筋組織群vsフィブリンシート群)。心エコー検査では、ラミニン付加hiPS由来心筋組織群は、左室駆出率の有意な改善を認め、移植4週間後に傍梗塞部位におけるサイトカイン関連遺伝子の発現量(VEGF)も他の2群と比較して有意な増加を認めた。小括として、心筋細胞特異的な細胞外マトリックスラミニン221を付加した3次元心筋組織はその代謝・運動機能が向上し、ラット心筋梗塞モデルに移植後治療効果の向上を認めた。ラミニンに因る、心筋細胞への影響、また移植後の影響を評価できており、十町な経過と考える。実験が順調に進み一部必要な物品等が少なく済んだ為、実験での物品購入に充てる予定。
パワーエレクトロニクス応用に向けた新規ダイヤモンド電界効果デバイスの基礎的研究

本研究の目的は、半導体ダイヤモンドを用いた電子デバイスを作製することで、パワーエレクトロニクス応用におけるダイヤモンドが本来備える物性の優位性を明らかにするものである。初年度においてはデバイス形成の基礎実験として、光電子分光による絶縁体/ダイヤモンド界面の分析を行い、MOSデバイス形成に至る理論的検討を行った。プラズマCVD法で形成した水素終端{111}リンドープn型およびホウ素ドープp型ダイヤモンド表面に誘電体薄膜としてアルミナをALDにより成膜し、その界面をXPSにより分析した。その結果、世界で初めてp型およびn型ダイヤモンド{111}表面での価電子帯エネルギースペクトル、誘電体との価電子帯バンドオフセットを系統的に定量評価することに成功した。特に重要な成果として、水素終端{111}n型ダイヤモンド表面ではエネルギーオフセットが2.7eVと大きく、この界面構造が反転モードで動作可能なpチャネルMOSFETの形成に適していることがわかった。これはダイヤモンドにおいてこれまで不可能であったパワーMOSFETの実現に重要なステップとなる成果である。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
海産魚における代理親魚養殖の確立に向けた生殖細胞の異種間移植技術の開発

申請者は、近年、魚類における異種間での生殖細胞移植技術(代理親魚養殖)を開発し、"ニジマスの卵や精子を生産するヤマメ"を作出した。この結果は、大型魚種の卵や精子を小型魚種に作らせることで、短期間かつ省スペースで、大型魚種の種苗生産が可能であることを示している。本研究では、小規模かつ周年での種苗生産が可能なニベを用いて、海産魚における生殖細胞移植技術を確立した。ニベは、マグロ類を含む多くの海産魚と類似した分離浮遊卵を産するため、本研究のマグロ類への応用を考えたうえで優れたモデル魚である。今年度は、ニベ同種間での精原細胞移植を行い、宿主仔魚サイズの最適化と移植後のドナー生殖細胞の挙動を追跡した。ドナー精原細胞は、2ヵ月齢ニベの未成熟精巣を分散後、蛍光試薬PKH26により標識することで調整した。生殖腺の組織学的な観察より、未熟な生殖腺原基を持つ全長3、4、5、6mmの個体を宿主に用いて移植を行い、移植3週間後において、各宿主魚の生残率、宿主生殖腺内へのドナー細胞の生着率を調べた。移植3週間後での宿主仔魚生残率は、移植時の全長が3,4,5,6mmのとき、それぞれ3,21,39,63%であった。また、生殖腺内にドナー細胞の生着が確認できた宿主個体の割合は、移植時の全長が3,4,5,6mmのとき、それぞれ50,52,10,0%であった。続いて、PKH26陽性細胞を有する宿主生殖腺より細胞塗抹標本を作成し、生殖細胞マーカーであるvasaを用いたin situ hybridization(ISH)を行ったところ、PKH26陽性細胞がvasa陽性であったことから、宿主生殖腺内に生着していたドナー由来細胞が生殖細胞であることが判明した。以上の結果から、全長4mmのニベ宿主を用いることで、高生残率かつ高効率で宿主生殖腺にドナー生殖細胞を生着させることが可能であり、精原細胞移埴が海産魚へ応用可能であることが明らかとなった。申請者は、近年、サケ科魚類を用いて、異種間での生殖細胞移植技術(代理親魚養殖)を開発し、"ニジマスの卵や精子を生産するヤマメ"を作出した。本研究では、代理親魚養殖を海産魚へ応用することで、"マグロの卵や精子を生産するサバ"の作出を目指す。本申請期間内では、小規模かつ周年での種苗生産が可能なニベを用いて、海産魚における生殖細胞移植技術を確立する。具体的には、海産仔稚魚において生殖細胞移植実験を行うためには、どのような日齢の個体が宿主として適しているのか?に焦点を当て、宿主の腹腔内へ移植したドナー細胞の追跡、宿主腹腔内でのドナー細胞の生残、および、ドナー細胞の宿主生殖腺内への移動と取り込みについて詳細な解析を行った。ドナーには、ニベおよびオオニベ(ニベの同科異属)の未成熟精巣より得られた精原細胞を用いた。酵素処理により分散した各精巣由来の細胞は、赤色蛍光色素(PKH26)を用いて標識した後、顕微注入法により様々な大きさのニベ仔稚魚腹腔内へ移植した。移植実験に最適な宿主の発生段階を調べるため、1)細胞移植時のハンドリングに耐えうる、2)宿主の腹腔内でドナー細胞が免疫拒絶されない、3)宿主の生殖腺内にドナー細胞が取り込まれる、の3点を指標として移植後の観察を行った。移植後蘇生槽へのBSA添加により、全長4mmの宿主に対し、生残率80%(移植後24h)で移植操作が可能となった。また、移植時の宿主全長15mmのとき、移植後3週間にわたり、同種・異種由来のドナー細胞が拒絶されなかったことから、全長4-15mmの宿主に対して、物理的かつ免疫学的に移植が可能であることが判明した。これらの宿主に対し、ニベ精原細胞を移植し、3週間後に観察した結果、全長10mmの宿主136尾に移植した場合、5尾(3.6%)において、宿主生殖腺へのドナー由来細胞の生着を観察した。本研究により、海産仔稚魚を宿主とした精原細胞の異種間移植実験が可能となったことから、代理親魚養殖の海産魚への展開が期待される。

今年度は、ニベ同種間での精原細胞移植を行い、宿主仔魚サイズの最適化と移植後のドナー生殖細胞の挙動を追跡した。ドナー精原細胞は、2ヵ月齢ニベの未成熟精巣を分散後、蛍光試薬PKH26により標識することで調整した。生殖腺の組織学的な観察より、未熟な生殖腺原基を持つ全長3、4、5、6mmの個体を宿主に用いて移植を行い、移植3週間後において、各宿主魚の生残率、宿主生殖腺内へのドナー細胞の生着率を調べた。移植3週間後での宿主仔魚生残率は、移植時の全長が3,4,5,6mmのとき、それぞれ3,21,39,63%であった。また、生殖腺内にドナー細胞の生着が確認できた宿主個体の割合は、移植時の全長が3,4,5,6mmのとき、それぞれ50,52,10,0%であった。続いて、PKH26陽性細胞を有する宿主生殖腺より細胞塗抹標本を作成し、生殖細胞マーカーであるvasaを用いたin situ hybridization(ISH)を行ったところ、PKH26陽性細胞がvasa陽性であったことから、宿主生殖腺内に生着していたドナー由来細胞が生殖細胞であることが判明した。以上の結果から、全長4mmのニベ宿主を用いることで、高生残率かつ高効率で宿主生殖腺にドナー生殖細胞を生着させることが可能であり、精原細胞移埴が海産魚へ応用可能であることが明らかとなった。
軟骨細胞の分化におけるmicroRNAの機能解析と分化制御メカニズムの解明

これまでにmicroRNAの標的遺伝子を同定する新しいレポーターシステムを構築しmiR-140とmiR-146について標的遺伝子候補をリストアップしてきた。そこで、これらの遺伝子群がmicroRNAの標的であることを別の方法で検討するとともに、バイオインフォマティクスを駆使したシステムアプローチとミュータジェネシスといった分子生物学的手法を用いて検討を行った。新しく同定した遺伝子群について、マイクロアレイ解析などの遺伝子発現データベース、遺伝子機能データベース(GO解析)との照合から、miR-146の標的とする遺伝子群は炎症、細胞増殖と関連する遺伝子群が多数含まれていることが分かった。これはこれまで報告されているmiR-146の標的遺伝子群の遺伝子機能と合致することから、miR-146が炎症関連の遺伝子発現調節に関わることがより一層強く示されるとともに、我々の標的同定システムの有効性を示すものであると考えられる。一方、miR-140の標的としては、細胞外マトリックスのメタボリズムに関する遺伝子がリストアップされた。この遺伝子のmiR-140の結合部位に変異を導入するとmiR-140による発現抑制が見られなくなり、またmiR-140のアンチセンス鎖を導入した場合もmiR-140の抑制が見られなくなることが分かり、この遺伝子mRNAにmiR-140が直接作用することが分かった。さらに、miR-140ノックアウトマウスにおいては、このタンパク質の発現が増えることが示され、生体内でもこの遺伝子がmiR-140によって調節されていることが分かった。この遺伝子はこれらの因子の機能を調節することでmiR-140は軟骨組織の維持に関わっていることを示した。microRNAの作用する遺伝子群をシステマティックに明らかにするための蛍光タンパク質発現レトロウィルスベクターの構築を行った。蛍光検出法はフローサイトメーターを用い単一細胞レベルでの蛍光強度の解析を行うため、単一細胞での蛍光タンパク質の発現量を一定かつ検出限界以上の蛍光強度が必要である。2種類の蛍光タンパク質を発現させるプロモーターの検討の結果、NIH3T3細胞においては細胞間における発現量のばらつきが最も小さかったCMVプロモーター、CAGプロモーターがアッセイには最適であると考えられた。また、2種類の蛍光タンパク質を単一のウィルスベクターにどのような向きにコードさせるかがそれぞれの遺伝子の発現強度に大きな影響を与えることから、それぞれ、順向き、逆向きにコードさせた場合に発現強度がどのように変化するかを検証した。その結果、2つの遺伝子発現カセットを互いに外側を向かせた場合に最も安定した発現を示すことが分かった。今後はより蛍光強度の強い改変型蛍光タンパク質を使った系を構築していく。また、より感度が優れる発光酵素(ルシフェラーゼ)によるアッセイ系の構築も開始した。これを用いることでより正確性の高いデータが得られると期待される。マウス培養細胞において軟骨特異的microRNAを含む転写産物の解析を行い、異なる複数の転写開始点候補を同定した。さらにこれらの転写開始点上流領域をルシフェラーゼ遺伝子のプロモーター部にクローニングした。今後はこれを用いてプロモーター活性について検討していく予定である。マウスの発生に置いて軟骨組織に置いて高い発現を示すmicroRNAの標的としている遺伝子を同定するための新規レポーターアッセイシステムを構築した。通常、miRNAを含む発現抑制複合体は標的mRNAの3'UTR部位に部分的な相補鎖形成により結合しmRNAの不安定化、もしくは翻訳を阻害することによりタンパク質への変換を抑制する。そこで、約5,000種類のヒトcDNA配列をルシフェラーゼ遺伝子の3'UTR部位に導入したレポーターライブラリーを構築した。ソースとしたcDNA配列は元となる遺伝子のタンパク質をコードするORF、5'UTR、3'UTRを含むが、そのすべてがルシフェラーゼ遺伝子配列の終止コドンとポリAシグナルの間に位置するためmRNAには含まれるが翻訳は起こらない。構築したルシフェラーゼレポーターライブラリーを用いて、miR-140/miR-146a/miR-424についてスクリーニングを行った。384ウェルプレートでのハイスループットスクリーニングにより、これらのmiRNAを同時に発現させた場合にルシフェラーゼ活性が低下する遺伝子を得た。さらに確認のために二次スクリーニングを行ない、miR-146aによって発現が抑制される標的候補遺伝子を17遺伝子得た。miR-140およびその前駆体(pri-miR-140)は軟骨細胞において発現が上昇することが分かっているが、どのように転写調節を受けているのかは明らかにされていない。そこでマウスmiR-140、pri-miR-140を含む転写産物を解析したところ、miR-140の上流6.2kbの種間での保存性が非常に高い領域から転写される転写産物が存在することが明らかとなった。また、この転写開始点から転写される異なるトランスクリプトがデータベースに登録されており、このトランスクリプトとmiR-140は同様の発現制御を受けている可能性が考えられる。また、miR-140はゼブラフィッシュからヒトまで脊椎動物で広く保存されており、共通の発現調節メカニズムを持つ可能性も考えられ、この領域にがmiR-140の転写調節に大きな役割を果たしていると考えられる。

新しく同定した遺伝子群について、マイクロアレイ解析などの遺伝子発現データベース、遺伝子機能データベース(GO解析)との照合から、miR-146の標的とする遺伝子群は炎症、細胞増殖と関連する遺伝子群が多数含まれていることが分かった。これはこれまで報告されているmiR-146の標的遺伝子群の遺伝子機能と合致することから、miR-146が炎症関連の遺伝子発現調節に関わることがより一層強く示されるとともに、我々の標的同定システムの有効性を示すものであると考えられる。一方、miR-140の標的としては、細胞外マトリックスのメタボリズムに関する遺伝子がリストアップされた。この遺伝子のmiR-140の結合部位に変異を導入するとmiR-140による発現抑制が見られなくなり、またmiR-140のアンチセンス鎖を導入した場合もmiR-140の抑制が見られなくなることが分かり、この遺伝子mRNAにmiR-140が直接作用することが分かった。さらに、miR-140ノックアウトマウスにおいては、このタンパク質の発現が増えることが示され、生体内でもこの遺伝子がmiR-140によって調節されていることが分かった。この遺伝子はこれらの因子の機能を調節することでmiR-140は軟骨組織の維持に関わっていることを示した。
拡張現実感を用いた簡易かつ高品質な質感提示の研究

本年度は、本研究の実応用を目指して、物体の三次元形状と反射特性を簡易に計測できるシステムを開発した。さらに、計測した物体を開発したシステムで表示することで、入力から出力までをすべて簡易な装置で実現できるようにした。開発した計測システムは、物体の3次元形状を正確に計測するため、デプスカメラを用いて物体の多視点からのデプス画像を取得し、物体の全周形状を再構成する。また、再構成された3Dモデルの各頂点に対して撮影されたフレーム間での頂点の輝度値変化を計算し、反射モデルと輝度値変化に最小二乗法を適用することで反射モデルのパラメータを推定する。これによって実物体の反射特性を取得することが可能である。さらに、計測によって得られた反射特性を再現した物体を前年度に構築したモバイルARによる質感提示システムで表示し手に取って操作できるようにすることで、実物体の質感を再現できるシステムを試作した。これらの成果は拡張現実感分野のトップ国際会議であるISMAR等で発表を行い、好評を得た。また、前年度未達成であった質感提示システムの評価も行った。マウス操作による提示との比較や、画面をシースルーにした場合とそうでない場合の比較を行った。実験の結果、マウス操作と比較しての優位性を示すことはできなかったが、画面内外の空間の見え方を一致させる場合に、一致させない場合よりもタスクの解答時間が有意に短くなり、ユーザの視覚と体性感覚を一致させることでシステムの使い勝手が良くなることを示すことができた。当初計画のとおり、物体形状・反射特性計測システムの構築と質感提示システムとの統合を行うことができた。また前年度未達成だった質感提示システムの評価も遂行することができた。当初計画では、最終年度の計画として質感再現性能を定量的に評価することを挙げていたが、研究を進めていくうちに、現行のアプローチでは計測できる物体の種類や再現精度に制約があることがわかった。そこで、最終年度はより多様な物体の質感を提示するための新しい方法論の模索と、計測システムの見直しによる再現精度向上を行い、新たな研究予算の獲得に向けた準備を行う。本年度は研究代表者らがこれまでに開発したシースルーモバイルARシステムをベースに、多様な質感を持つ仮想物体を提示し、手で動かせるようにするシステムを構築した。モバイルディスプレイの背面に取り付けたRGB-Dカメラを用いてマーカーを取り付けた手指の姿勢認識を行い、仮想物体に対し6自由度(並進3+回転3)の操作ができるようにした。また、BRDFモデルに基づいて物体の鏡面反射率と物体表面の粗さを変えることで、光沢やコントラスト、映り込みの鮮明度などを制御し、異なる材質の質感を再現することに成功した。本成果はモバイルユーザインターフェースの中堅国際会議であるInternational Conference on Mobile and Ubiquitous Multimedia (MUM 2017)でデモ発表を行い、参加者から好評を得た。当初予定していた質感向上効果の検証については、本年度中に行えるように準備は進めていたが、実験に使用する仮想物体の形状や材質パラメータをどのように決定するかが定まらなかったため、次年度への持越しとした。代わりに、次年度以降に予定していた物体形状・反射特性計測システムの構築を前倒しに進めた。RGB-Dカメラを用いて物体の全周囲の撮影を行い、形状データと頂点の輝度値を取得し、それらの情報と光源情報から反射モデルのパラメータを求め反射特性を取得することができた。さらに、得られた反射特性を再現した物体をモバイルARを用いて重畳表示し、手に取って動かせるようにすることで実物体の質感を再現した。実際に数種類の実物体を計測し、再現された物体をモバイルARを用いて手に取って操作することで、物体の光沢やつやの変化を感じ取ることができることを確認した。当初予定していた質感向上効果の検証については次年度への持越しとしたが、代わりに、次年度以降に予定していた物体形状・反射特性計測システムの構築と質感提示システムとの統合を前倒しに進めることができたため、総合的には順調に進んでいるといえる。

当初計画のとおり、物体形状・反射特性計測システムの構築と質感提示システムとの統合を行うことができた。また前年度未達成だった質感提示システムの評価も遂行することができた。次年度は今年度持越しにした、質感向上効果の検証実験を行う。それにより、身体動作が質感認知に与える影響や、視覚情報と体性感覚情報が一致することにより質感の認知が強化されるかどうかを明らかにする。また、今年度に前倒しに構築した物体形状・反射特性計測システムについても、より多様な物体の反射特性を計測できるように改良を加え、後の評価実験に耐えられるようにする。さらに最終年度には、それまでに構築した質感提示システムと物体形状・反射特性計測システムの統合を行い、どのくらい物体の質感が再現されているかを評価する被験者実験を行うことで、提案システムの有効性を検証する予定である。当初計画では、最終年度の計画として質感再現性能を定量的に評価することを挙げていたが、研究を進めていくうちに、現行のアプローチでは計測できる物体の種類や再現精度に制約があることがわかった。そこで、最終年度はより多様な物体の質感を提示するための新しい方法論の模索と、計測システムの見直しによる再現精度向上を行い、新たな研究予算の獲得に向けた準備を行う。効率的に研究を進められたため、予定額よりも少ない金額で研究を遂行できた。次年度に繰り越した金額については、学会等での成果発表を積極的に行うなどの使途に使用する予定である。
水押し出し法を用いた岩石間隙中の反応-輸送現象の評価

本年度の研究では,岩石内部の反応-輸送現象の総合的な理解を目指して,複数の岩石試料について水を流した後に水を押し出す実験を行うと共に,実験結果を説明するための理論モデルの改良を行った。昨年度までのBerea砂岩を用いた研究で,細い間隙ほど溶存元素濃度が増大するという実験結果をモデル計算で再現するには,細い間隙中の溶液と太い間隙中の溶液の混合の影響を考える必要があることや,太い間隙よりも細い間隙の方が流路の長さが短いと考えた方がよいことがわかっていた。これに加えて,本年度行った実験により,全体として流路がどのくらい曲がっているか(屈曲度)の情報が得られた。さらに,屈曲度の効果をモデル計算に加えることで,間隙中の流速や元素濃度分布の議論の妥当性が向上した。これらの実験・解析で得られた間隙内部の溶液の混合や間隙径毎の長さの違いなどの情報は,従来の間隙水全体の分析から推定することは難しい。本研究で用いた間隙径毎に水を押し出して分析する手法により,間隙内部の反応-輸送現象の実態を詳しく議論できるようになった。また,岩石内部の水の毛管上昇の研究にも力を入れた。粒径や間隙径が異なる3つの砂岩について実測された毛管上昇速度と,水押し出し法で得られる各岩石の間隙径分布との間にどのような関係があるかを調べた。その結果,間隙径分布から3つの特徴的な間隙径を各岩石について選択し,それを元に間隙径の変化や流路の分岐の効果を考慮した理論モデル計算を行うことで,毛管上昇の実験結果を良く再現できることがわかり,毛管上昇のメカニズムの理解が大幅に進展した。岩石間隙中で生じる反応-輸送現象は,間隙構造の制約を受けることで,バルク溶液中の現象とは異なる特徴を持つことが最近注目されている。本研究では,岩石内部の間隙水をさまざまな強さのガス圧で押し出して分析する「水押し出し法」を応用し,間隙径ごとに溶液を回収して溶存元素濃度を調べ,間隙中で起こる反応や輸送現象の速さやメカニズムを調べることを目的としている。岩石の浸透性の研究で広く用いられているBerea砂岩(アメリカ)のコア試料を用いて,試料内部に水を流した後,水押し出し法によりさまざまな径の間隙(半径>0.013 mm0.001 mm)から間隙水を回収し,溶存元素濃度を測定した。その結果,間隙径が減少するにつれて,元素濃度は増大傾向を示した。濃度の増大量は元素の種類によって異なり,Caでは約4倍,Siでは約1.4倍であった。このような濃度変化の原因を明らかにするために,間隙を屈曲した管と見なし,管の壁面の溶解速度と管内の水の流速に基づいて元素濃度を計算する反応-輸送モデルを作成した。その結果,間隙径が小さくなるにつれて濃度が増加することがモデル計算で再現できたが,計算から予測される濃度の増大量は実測値よりも大幅に大きいことが分かった。この結果は,岩石内部では異なる径の間隙同士が連結しており,低濃度の太い間隙中の水が細い間隙に流入することで細い間隙の濃度が下がり,逆に高濃度の細い間隙中の水が太い間隙に流入することで太い間隙中の濃度が上がる,ということが起きている可能性を示しており,岩石内部の反応-輸送現象の実態が明らかになりつつある。岩石間隙中の溶存元素の濃度分布の研究は,これまでは主に数値シミュレーションによって行われていた。一方,実際の間隙中の濃度分布を知るうえで,実験的手法により間隙水を直接分析することは大変重要であるが,そのような研究は非常に少なかった。平成28年度の研究により,間隙水をさまざまな強さのガス圧で押し出し,間隙径ごとに回収して溶液組成を分析するという独自の「水押し出し法」が,間隙中の元素濃度の分布の実態を定量的に把握する上で大変有効な実験方法であることが示された。実験においては,間隙径が減少するにつれてCa, Mg, Na, Siなどの溶存元素濃度が増大傾向を示し,さらにその増大量は元素の種類によって異なることが明らかになった。平成28年度に予定していた実験手法の確立については,おおむね問題無い段階に至ったと考えている。上述の実験結果が得られる原因についても,少なくとも定性的には説明できる反応-輸送現象の理論モデルが作成できた。現時点ではまだモデル計算値と実測値には大きな食い違いがあるが,その原因の理解も進みつつあり,全体として順調に研究が進展しているといえる。岩石内部には一般にさまざまな大きさの間隙が存在し,それらが複雑な間隙構造を形成している。岩石内部でどのように水が流れ,どのように反応が進むかを調べるために,岩石にさまざまなガス圧をかけて間隙水を外部に押し出し,間隙径毎に水を回収して分析する「水押し出し法」を用いた研究を進めてきた。砂岩(主要な間隙半径:約1 μm数十μm)のコア試料を用いて,間隙中に水を流して溶解反応を生じさせた後,さまざまなガス圧をかけて,太い間隙から細い間隙まで数段階に分けて間隙水を押し出して回収し,溶存元素濃度を測定した。その結果,まず,間隙径が小さいほど溶存元素濃度は増大傾向を示し,その増大率はNaとCaでは約46倍であったが,Siでは2倍に満たなかった。

また,間隙全体の体積に占める割合としてはそれほど多くない太い間隙中を流れる水の量が,全体の流量のかなりの割合を占めると推定された。実験で得られた溶存元素の濃度変化を解釈するために,任意の半径・長さの管状の間隙について,壁面の溶解速度と管内の流速から間隙中の元素濃度を計算する理論モデル(反応-輸送モデル)を作成し,計算値と実験値との比較を行った。その結果,モデル計算で実験結果を再現するためには,細い間隙中の溶液と太い間隙中の溶液の混合を考慮する必要があることや,細い間隙の長さは太い間隙の長さよりかなり短いと考えた方がよいことが分かった。また,砂岩への水の浸透挙動を理解するために,水押し出し法で間隙水のサイズを調整して水の浸透速度(毛管上昇速度)を調べる研究も進めた。その結果,より細い間隙が水の浸透経路として利用できる場合ほど,全体として毛管上昇が遅くなることが分かった。昨年度の時点では,間隙が細いほど溶存元素濃度が増大する現象について,水押し出し法による実測値とモデル計算結果との間で大きな食い違いが生じる原因がよく分かっていなかった。間隙内部の溶解や水の流れ方について,さまざまな条件のモデルを作成し実験結果との整合性を検討した結果,太い間隙同士を細く短い間隙が連結するようなモデルを考えると実験結果を比較的よく説明できる可能性が高いことが分かってきた。また,昨年度の時点では,水を押し出す間隙が細くなるにつれてSi, Na, Ca, Mgなどの濃度が増大する割合が元素によって異なる原因が不明であった。この原因を検討した結果,細い間隙で特に顕著な濃度増加が認められるのはCaやNaであり,これらの元素の溶出源は主に炭酸塩や塩化物など非常に溶けやすい鉱物である可能性が高いことから,流量が多く溶解量も多い太い間隙では風化やその他の影響で溶けやすい鉱物の存在割合が比較的低くなっており,逆に細い間隙ではこれらの鉱物の存在割合が高いことが原因の一つと推察された。全体として,昨年度の時点で原因がよく分かっていなかった問題の解明が進んでおり,順調に研究が進展しているといえる。本年度の研究では,岩石内部の反応-輸送現象の総合的な理解を目指して,複数の岩石試料について水を流した後に水を押し出す実験を行うと共に,実験結果を説明するための理論モデルの改良を行った。昨年度までのBerea砂岩を用いた研究で,細い間隙ほど溶存元素濃度が増大するという実験結果をモデル計算で再現するには,細い間隙中の溶液と太い間隙中の溶液の混合の影響を考える必要があることや,太い間隙よりも細い間隙の方が流路の長さが短いと考えた方がよいことがわかっていた。これに加えて,本年度行った実験により,全体として流路がどのくらい曲がっているか(屈曲度)の情報が得られた。さらに,屈曲度の効果をモデル計算に加えることで,間隙中の流速や元素濃度分布の議論の妥当性が向上した。これらの実験・解析で得られた間隙内部の溶液の混合や間隙径毎の長さの違いなどの情報は,従来の間隙水全体の分析から推定することは難しい。本研究で用いた間隙径毎に水を押し出して分析する手法により,間隙内部の反応-輸送現象の実態を詳しく議論できるようになった。また,岩石内部の水の毛管上昇の研究にも力を入れた。粒径や間隙径が異なる3つの砂岩について実測された毛管上昇速度と,水押し出し法で得られる各岩石の間隙径分布との間にどのような関係があるかを調べた。その結果,間隙径分布から3つの特徴的な間隙径を各岩石について選択し,それを元に間隙径の変化や流路の分岐の効果を考慮した理論モデル計算を行うことで,毛管上昇の実験結果を良く再現できることがわかり,毛管上昇のメカニズムの理解が大幅に進展した。
結核ワクチン開発を指向した抗酸菌特有の翻訳後修飾付加ポリペプチドの抗原性検証

結核は結核菌によって起因される感染症である。未だ猛威を振るい、年間1千万人程度の発症者と200万人近い死亡者をだし、エイズ、マラリアとならんで世界三大感染症のひとつに数えられている。現行の結核ワクチンBCGは小児に対して顕著な予防効果が認められているが、成人に対する効果は弱い。このため、新規結核ワクチンが希求され、多くの候補ワクチンで臨床試験が実施されているが、有効なワクチンはまだできていない。その理由のひとつはこれらのワクチンには結核菌本来の抗原がつかわれていないためであると考えられる。本研究はヒト免疫系が認識する翻訳後修飾を有した結核菌抗原のワクチンへの応用を検証する。