hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
特異的分子認識能を有する人工ヌクレオシドレセプターの合成と機能に関する研究

本年度は、より高いウリジン認識能をもつ非環状レセプターの開発およびシクロファン型レセプターの合成と機能について検討し、以下の成果が得られた。1、デカノイルクロリドおよびブロモアセチルブロミドを用いる2,6-ジアミノピリジンの段階的なアシル化反応により、前駆体の2-(ブロモアセトアミド)-6-デカナミドピリジンを合成した。この前駆体と3-ヒドロキシピリジンとの反応により、目的の非環状レセプターである6-デカナミド-2-(3-ピリジルオキシアセトアミド)ピリジン(DPP)の合成に成功した。DPPは、CDCl_3-DMSO-d_6(90/10)溶液中において、ウリジンと1:1水素結合性錯体を形成し、これまでに本研究で開発した非環状2,6-ジアミドピリジン型レセプターの中で最も高いウリジン認識能を発現することを明らかにした。2、トリル酢酸より誘導したクロロメチルフェニルアセチルクロリドと2,6-ジアミノピリジンとの反応により、前駆体の2,6-ビス(クロロメチルフェニルアセトアミド)ピリジンを合成した。この前駆体と2,7-ジヒドロキシナフタレンとの反応により、目的の環状レセプターであるナフタレノピリジノファン(NPP)の合成に成功した。NPPは、CDCl_3溶液中において、ヌクレオシドの構成単位のチミンおよびウラシル誘導体と1:1水素結合性錯体を形成することを明らかにした。さらに、NPPは錯形成時にゲスト分子に対して誘導適合して、ホスト-ゲスト間にπ-π相互作用のみならず電荷移動相互作用が働き得ることも見出した。また、錯体の安定性は、ゲスト分子中の2個のカルボニル酸素原子の電子密度に依存することも明らかにした。本研究では,ヌクレオシドレセプターの開発を目的として,2,6-ジアミノ(或いはジアミド)ピリジンと適切なオリジン環とを適当なスペーサーで架橋したアミノ-アミドピリジン型およびジアミドピリジン型レセプターの合成とウリジンに対する錯形成能について検討し,次のような成果が得られた。1,アミノ-アミドピリジン型レセプターの合成:DCC法による2,6-ジアミノピリジンとピリジル置換カルボン酸との縮合反応により,6-アミノ-2-(ピリジルアセト(或いはプロピオン)アミド)ピリジンの効率的な合成法を確立した。2,ジアミドピリジン型レセプターの合成:(1)前述のアミノ-アミド体のN-アシル化により,それぞれ対応する6-アセト(或いはバレロ)アミド-2-(ピリジル置換アミド)ピリジンの合成に成功した。(2)2,6-ビス(クロロメチル置換アミド)ピリジンと3-ヒドロキシピリジンとの反応により,2,6-ビス(ピリジルオキシチメル置換アミド)ピリジンの合成に成功した。3,ウリジンに対する錯形成能:(1)3-ピリジル置換のアミノ-アミドピリジン型は,ウリジンの核酸塩基・糖の両部位と位置選択的に多点水素結合して1:1錯体を形成し,他の位置異性体によりも高いウリジン認識能を発現することを見いだした。そのN-アシル化ジアミドピリジン型は対応するアミノ-アミドピリジン型と同様式で錯形成するが,より高いウリジン認識能を発現することを明らかにした。(2)2,6-ビス(ピリジルオキシメチル置換アミド)ピリジンは,前述のレセプターとは異なりウリジンの核酸塩基部とは水素結合せず,頭部のみと多点水素結合することを明らかにした。本研究では,前年度に引き続き非環状ヌクレオシドレセプターの開発を目的として,新規アミノ-アミドピリジン型およびジアミドピリジン型レセプターの合成、自己会合およびウリジンに対する錯形成能について検討し,以下のような成果が得られた。1)1-ヒドロキシベンゾトリアゾール触媒存在下のDCC法による2,6-ジアミノピリジンとtrans-3-(3-ピリジル)アクリル酸との縮合反応により,アミノ-アミドピリジン型レセプターである6-アミノ-2-ピリジル置換アクリルアミドピリジン(APAP)の効率的合成法を確立した。2)m-トリル酢酸から誘導したm-(3-ピリジルオキシメチル)フェニル酢酸と6-アミノ-2-アミドピリジンとの上述のDCC法による縮合反応により、ジアミドピリジン型レセプターである6-アミド-2-[m-(3-ピリジルオキシメチル)フェニル]アセトアミドピリジン(APPhAP)の合成に成功した。3)CDCl_3-DMSO-d_6(95/5)溶液中において、APAPおよびAPPhAPは分子間水素結合により弱く自己会合していることを明らかにした。さらに、APPhAPにおいてアミドプロトンとオキシピリジン環とが強く分子内水素結合していることを見出した。また、同溶液中におけるウリジンとの錯形成について検討した結果、APAPはウリジンのウラシル部と3点水素結合して1:1錯体を形成するのに対し、APPhAPは前述の分子内水素結合を保持したままウラシル部と2点水素結合して1:1錯体を形成することを明らかにした。この前駆体と3-ヒドロキシピリジンとの反応により、目的の非環状

レセプターである6-デカナミド-2-(3-ピリジルオキシアセトアミド)ピリジン(DPP)の合成に成功した。DPPは、CDCl_3-DMSO-d_6(90/10)溶液中において、ウリジンと1:1水素結合性錯体を形成し、これまでに本研究で開発した非環状2,6-ジアミドピリジン型レセプターの中で最も高いウリジン認識能を発現することを明らかにした。2、トリル酢酸より誘導したクロロメチルフェニルアセチルクロリドと2,6-ジアミノピリジンとの反応により、前駆体の2,6-ビス(クロロメチルフェニルアセトアミド)ピリジンを合成した。この前駆体と2,7-ジヒドロキシナフタレンとの反応により、目的の環状レセプターであるナフタレノピリジノファン(NPP)の合成に成功した。NPPは、CDCl_3溶液中において、ヌクレオシドの構成単位のチミンおよびウラシル誘導体と1:1水素結合性錯体を形成することを明らかにした。さらに、NPPは錯形成時にゲスト分子に対して誘導適合して、ホスト-ゲスト間にπ-π相互作用のみならず電荷移動相互作用が働き得ることも見出した。また、錯体の安定性は、ゲスト分子中の2個のカルボニル酸素原子の電子密度に依存することも明らかにした。
シェーグレン症候群の発症における分子機構解析

M3Rは4つの細胞外領域を有する受容体であり、唾液・涙液分泌に関与する。口腔および眼における乾燥症状を主体とするシェーグレン症候群患者血清中には、4つの細胞外領域に対する自己抗体が認められており、特に第二細胞外領域に対する自己抗体は細胞内シグナル抑制的な機能を有することを示した。他の自己抗体の存在および抗M3R抗体自体の量的な影響を除外できないため、M3R特異的なモノクローナル抗体を作製と機能解析を検討した。まず最初に、生物活性の中心である第二細胞外領域25mer (M3R_<25>)に対するモノクローナル抗体作製より着手した。M3R_<25>の合成ペプチドと等量のCFAで作製したエマルジョンを6週齢のC57BL/6マウスに2週間毎計3回免疫後、脾臓とマウスミエローマ細胞株を細胞融合し、HAT選択培地でコロニーのピックアップを行った。ELISA法にてスクリーニングし、M3R_<25>特異的なハイブリドーマのみを大量培養し、培養上清から抗M3R_<25>モノクローナル抗体を精製した。細胞融合は2回行い、4つのクローンを得ることができた。抗体のアイソタイプはいずれもIgG2b・Kであった。このモノクローナル抗体は、ウエスタンブロット法にてヒトリコンビナントM3R蛋白(hrM3R)と結合した。さらに、機能解析の実験として4種類のモノクローナル抗体をHSG細胞と12時間共培養させた後、M3R特異的アゴニストである塩酸セビメリンを添加したときの細胞内カルシウム濃度を蛍光プレートリーダーで測定したところ、すべての抗M3R_<25>モノクローナル抗体において細胞内シグナルを抑制する傾向が認められた。また、4クローンのV領域(CDR3)におけるアミノ酸配列のシークエンスを行ったところ、4クローンのうち3クローンは同一クローンであり、2種類のハイブリドーマ細胞を得たことが判明した。以上のことから、M3R_<25>モノクローナル抗体は、唾液腺組織において唾液分泌を抑制する可能性が考えられた。M3Rの第二細胞外ループ(M3R_<25>)に対する抗体を有するシェーグレン症候群患者血清中IgGは、ヒト唾液腺細胞株(HSG細胞)を用いた機能解析の実験において、増強または抑制性を示した。しかし、他の自己抗体やM3R抗体の量的影響を除外できないことから、我々はM3R_<25>特異的なモノクローナル抗体を作製することを試みた。方法はM3R_<25>の合成ペプチドと等量のCFAでエマルジョンを作製したものを6週齢のC57BL/6マウスに2週間毎計3回免疫後、脾臓を摘出しマウスミエローマ細胞株と細胞融合し、HAT選択培地でコロニーのピックアップを行った。その後培養上清をELISA法にてスクリーニングし、M3R_<25>特異的なハイブリドーマリみを大量培養し、その培養上清から抗M3R_<25>モノクロナル抗体を精製した。さらに、このクローンが産生する抗体のアイソタイプいずれもIgG2b・κであることが示された。このモノクローナル抗体を用いて、ヒトリコンビナントM3R蛋白(hrM3R)の検出をウエスタンブロット法にて検討したところ、いずれのモノクローナル抗体もhrM3Rと結合することが認められた。さらに、機能解析の実験として4種類のモノクロニナル抗体をHSG細胞と12時間共培養させた後、M3R特異的アゴニストである塩酸セビメリンを添加したときの細胞内カルシウム濃度を蛍光プレートリーダーで測定したところ、すべての抗M3R_<25>モノクローナル抗体において細胞内シグナルを抑制する傾向が認められた。以上のことから抗M3R_<25>モノクローナル抗体は、唾液腺上皮細胞において細胞内シグナルを抑制する可能性が考えられた。まず最初に、生物活性の中心である第二細胞外領域25mer(M3R_<25>)に対するモノクローナル抗体作製より着手した。抗体のアイソタイプはいずれもlgG2b・Kであった。さらに、機能解析の実験として4種類のモノクローナル抗体をHSG細胞と12時間共培養させた後、M3R

特異的アゴニストである塩酸セビメリンを添加したときの細胞内カルシウム濃度を蛍光プレートリーダーで測定したところ、すべての抗M3R_<25>モノクローナル抗体において細胞内シグナルを抑制する傾向が認められた。また、4クローンのV領域(CDR3)におけるアミノ酸配列のシークエンスを行ったところ、4クローンのうち3クローンは同一クローンであり、2種類のハイブリドーマ細胞を得たことがわかった。以上のことから、M3R_<25>モノクローナル抗体は、唾液腺組織において唾液分泌を抑制する可能性が考えられた。現在、残り3つの細胞外領域(N末端、第一、第三)に対するモノクローナル抗体の作製をよび機能解析を検討中である。M3Rは4つの細胞外領域を有する受容体であり、唾液・涙液分泌に関与する。口腔および眼における乾燥症状を主体とするシェーグレン症候群患者血清中には、4つの細胞外領域に対する自己抗体が認められており、特に第二細胞外領域に対する自己抗体は細胞内シグナル抑制的な機能を有することを示した。他の自己抗体の存在および抗M3R抗体自体の量的な影響を除外できないため、M3R特異的なモノクローナル抗体を作製と機能解析を検討した。まず最初に、生物活性の中心である第二細胞外領域25mer (M3R_<25>)に対するモノクローナル抗体作製より着手した。M3R_<25>の合成ペプチドと等量のCFAで作製したエマルジョンを6週齢のC57BL/6マウスに2週間毎計3回免疫後、脾臓とマウスミエローマ細胞株を細胞融合し、HAT選択培地でコロニーのピックアップを行った。ELISA法にてスクリーニングし、M3R_<25>特異的なハイブリドーマのみを大量培養し、培養上清から抗M3R_<25>モノクローナル抗体を精製した。細胞融合は2回行い、4つのクローンを得ることができた。抗体のアイソタイプはいずれもIgG2b・Kであった。このモノクローナル抗体は、ウエスタンブロット法にてヒトリコンビナントM3R蛋白(hrM3R)と結合した。さらに、機能解析の実験として4種類のモノクローナル抗体をHSG細胞と12時間共培養させた後、M3R特異的アゴニストである塩酸セビメリンを添加したときの細胞内カルシウム濃度を蛍光プレートリーダーで測定したところ、すべての抗M3R_<25>モノクローナル抗体において細胞内シグナルを抑制する傾向が認められた。また、4クローンのV領域(CDR3)におけるアミノ酸配列のシークエンスを行ったところ、4クローンのうち3クローンは同一クローンであり、2種類のハイブリドーマ細胞を得たことが判明した。
ゼロエミッション型浄化槽の細菌群集構造解析と機能向上

16年度までの研究では、実稼働トイレから実汚水を採取して実験室レベルの浄化槽に投入していた。実汚水は日々成分が異なり、BODにぱらつきが生じていた。そこで17年度は、ペプトン、酵母エキス、セルロース、NaClを成分とする人工汚水を用いた。また、浄化槽内に充填する担体として、これまでの木材チップの他にスポンジキューブを用いた。その結果、BOD除去率は木材チップで83%、スポンジキューブで67%と、木材チップの方が高かったが、木材チップも分解を受けて何度か補充する必要があった。また、スポンジキューブ槽ではしばしば流下方向の変化が観察された。このことで細菌が十分に繁殖できず、充分なBOD除去ができなかったと考えられた。そこで、18年度は劣化のほとんど無いスポンジキューブを用い、担体槽の構造を改良して、浄化槽内の細菌叢解析を行った。改良型担体槽は担体槽の最下部から逆U字型の排水管を接続し、その排水管の最高位を担体層の半分の高さに設定した。これにより、排水管の最高位を境に担体層の下部は常に液体で満たされた嫌気層となり、上部は水位の及ばない好気層となった。その際、サイフォンの原理が働かないように、U宇管の頂点に小穴を開けた。本装置でのBOD除去率は概ね90%を超え、17年度までの装置よりも効果的にBODを除去することが可能になった。PCR-DGGE解析およびBODの経日測定の結果、好気層ではphylum Bacteroidetesに含まれる細菌が常に優占種で、これら細菌がBOD除去の主要な役割を担うと考えた。嫌気層では、phylum Bacterioidetesの他にclass BetaproteobacteriaもBOD除去に関わると考えられた。今後は本研究により示唆されたBOD除去に関わる細菌の量的な変化を解析するためにFISH法や定量的PCRを行う予定である。昨年度までの研究では、実稼働トイレから実汚水を採取して実験室レベルの浄化槽に投入していた。実汚水は日々成分が異なり、BODにばらつきが生じていた。そこで今年度は、ペプトン、酵母エキス、セルロース、NaClを成分とする人工汚水を用いた。人工汚水の初期BODは4,200mg/lであったが、有機物は木材チップ槽においては最大で700mg/lまで、スポンジキューブ槽においては1,400mg/lまで浄化された。DGGEの泳動結果から、スポンジキューブよりも木材チップに多くのDNAバンドが見られ、その蛍光も強かった。現在、各DNAバンドを切り出してシークエンスを行っているところで、まだ少数のDNAバンドしか塩基配列が決定できていないが、木材チップ槽からは有機物の分解に関与していると思われるAcinetobacter属細菌やParacoccusalkeniferの存在が示唆された。また、スポンジキューブ槽からはDechloromonas属細菌、Chitinophaga属細菌の存在が示唆された。これらの細菌が浄化槽での有機物の分解に関わっていると考えられる。DGGEの泳動結果から、木材チップ槽に比ベスポンジキューブ槽はほぼ全てのDNAバンドの蛍光が弱かった。この原因として浄化槽内の流下方向の変化が挙げられる。スポンジキューブ槽では浄化槽から細菌叢解析のため、担体をサンプリングする際、しばしば流下方向の変化が観察された。

このことで細菌が十分に繁殖できなかったと考えられる。従って、今後、浄化槽の構造を改良する必要があると考えられる。昨年度は木材チップまたはスポンジキューブを充填した担体槽の上部より人工汚水を注入し、そのまま落水させ、その流路上に微生物が固定することによって浄化を行っていた。この方式の浄化装置のBOD除去率は木材チップで83%、スポンジキューブで67%と、木材チップの方が高かったが、木材チップも分解を受けて何度か補充する必要があった。そこで、今年度は劣化のほとんど無いスポンジキューブを用い、担体槽の構造を改良して、浄化槽内の細菌叢解析を行った。改良型担体槽は担体槽の最下部から逆U字型の排水管を接続し、その排水管の最高位を担体層の半分の高さに設定した。これにより、排水管の最高位を境に担体層の下部は常に液体で満たされた嫌気層となり、上部は水位の及ばない好気層となった。その際、サイフォンの原理が働かないように、U字管の頂点に小穴を開けた。本装置でのBOD除去率は概ね90%を超え、昨年度の装置よりも効果的にBODを除去することが可能になった。今後は本研究により示唆されたBOD除去に関わる細菌の量的な変化を解析するためにFISH法や定量的PCRを行う予定である。
地中海北東部のムギ類とその野生近縁植物の系統分化に関する比較生態遺伝学的研究

本研究は約20年前から企画し,1988年の共同研究者との最終合意により計画が具体化した。平成2年度:イタリア国立植物生殖質研究所の若手研究者パンタレオディテルリッチ氏の参加を得て,イタリア半島最南部バシリカ-タとカラブリア地方およびシシリ-島全島を縦横にムギ類を中心に植生を調し,栽培方式・利用などについて情報を収集し,種子を採集し,さく葉標本を作製した。イタリアでは18科892サンプルにおよぶ植物が採集できた。在来品種だけを栽培している畑はみられなかったが,しばしば在来品種と改良品種の混成栽培集団で多数のパンコムギとマカロニコムギの在来品種を採集できた。またイタリア半島南西部ではAegilops triaristataとAe.triuncials,シシリ-島ではAe.ovatavataがみつかった。中でも,シシリ-島では2ケ所のマカロニコムギ畑の脇でマカロニコムギとAe.ovataの自然雑種を発見した。ギリシャでは,固有の生態環境をもつカルパトス島,ナクソス島,ペロポネス半島北部およびギリシャ北西部を調査した。予期した通り地域あるいは島固有の特徴を観察・比較でき,ムギ類在来種および近縁野生植物を中心に総数682サンプルを採集した。エ-ゲ海の2島で収集したAe.biuncialisはエ-ゲ海地域に固有の変種archipelagicaで,過去の調査結果と今回の調査結果により,その分布の全容を明らかにし,分布全域のサンプルを収集することができた。大田はギリシャ北西部を調査し,さらにユ-ゴスラビアを列車と車で予備調査し,ユ-ゴスラビア側研究者と事前に打ち合わせ次年度実施計画を詳細に検討し次年度の準備をした。平成3年度:ユ-ゴスラビア西部と南部のコムギとオオムギならびにそれらに近縁な植物の生態学的ならびに栽培方式や利用形態などの農学的調査とそれらの種子を採集し,さく葉標本の作製を中心に実施した。ユ-ゴスラビアでは10科637サンプルにおよぶ植物が採集できた。主要対象としたイネ科とくにムギ類でについては一粒系栽培型14,野生型2,二粒系皮性栽培型12,二粒系栽培型27,および普通系パンコムギ62系統を採集できた。特に野生一粒系コムギの新たな分布と皮性栽培二粒系の存在は意義深いものとなった。しかし,皮型栽培二粒系や在来品種だけを栽培している畑はみられず近代品種土は混植で主としてオオムギとともに飼料として用いていた。また,しばしば在来品種と改良品種の混成栽培集団で多数のパンコムギとマカロニコムギの在来品種を採集できた。コムギに近縁植物としては二倍体のAegilops comosa(2系統),Ae.uniaristata(5),四倍体のAe.cylindrica(A),Ae.triuncialis(32),Ae.ovata(33),Ae.triaristata(38)およびAe.biuncialis(35)がみつかった。さらに,ライムギは49,オオムギは28,野生のオオムギ20系統を採集した。野生植物の分布は固有の生態環境との関係が示唆される。この点は昨年調査したエ-ゲ海の小島やシシリ-島あるいはその他の地域からの保存系統との比較研究の恰好の材料となろう。現在これらの収集品を栽培し,その遺伝的特性を詳細に分析しつつある。近い将来英文報告書にまとめ,採集系統の子孫種子を有用遺伝資源として適切に保存し,世界の研究者が活用できるようにしたい。将来計画:1950年初頭に始まった故木原均博士を中心としたコムギとその近縁植物の系統発生の研究と遺伝子資源の探索と保存にかかわる一連の現地調査で残された所として西地中海沿岸地域があげられる。すなわち,今回の調査で一層スペインや北アフリカそしてアルプス山脈の谷筋に沿った調査が望まれる。

大田はギリシャ北西部を調査し,さらにユ-ゴスラビアを列車と車で予備調査し,ユ-ゴスラビア側研究者と事前に打ち合わせ次年度実施計画を詳細に検討し次年度の準備をした。平成3年度:ユ-ゴスラビア西部と南部のコムギとオオムギならびにそれらに近縁な植物の生態学的ならびに栽培方式や利用形態などの農学的調査とそれらの種子を採集し,さく葉標本の作製を中心に実施した。ユ-ゴスラビアでは10科637サンプルにおよぶ植物が採集できた。主要対象としたイネ科とくにムギ類でについては一粒系栽培型14,野生型2,二粒系皮性栽培型12,二粒系栽培型27,および普通系パンコムギ62系統を採集できた。特に野生一粒系コムギの新たな分布と皮性栽培二粒系の存在は意義深いものとなった。しかし,皮型栽培二粒系や在来品種だけを栽培している畑はみられず近代品種土は混植で主としてオオムギとともに飼料として用いていた。また,しばしば在来品種と改良品種の混成栽培集団で多数のパンコムギとマカロニコムギの在来品種を採集できた。コムギに近縁植物としては二倍体のAegilops comosa(2系統),Ae.uniaristata(5),四倍体のAe.cylindrica(A),Ae.triuncialis(32),Ae.ovata(33),Ae.triaristata(38)およびAe.biuncialis(35)がみつかった。さらに,ライムギは49,オオムギは28,野生のオオムギ20系統を採集した。野生植物の分布は固有の生態環境との関係が示唆される。この点は昨年調査したエ-ゲ海の小島やシシリ-島あるいはその他の地域からの保存系統との比較研究の恰好の材料となろう。現在これらの収集品を栽培し,その遺伝的特性を詳細に分析しつつある。近い将来英文報告書にまとめ,採集系統の子孫種子を有用遺伝資源として適切に保存し,世界の研究者が活用できるようにしたい。将来計画:1950年初頭に始まった故木原均博士を中心としたコムギとその近縁植物の系統発生の研究と遺伝子資源の探索と保存にかかわる一連の現地調査で残された所として西地中海沿岸地域があげられる。すなわち,今回の調査で一層スペインや北アフリカそしてアルプス山脈の谷筋に沿った調査が望まれる。イタリア国立植物生殖質研究所の若手研究者パンタレオディテルリッチ氏の協力を得て,イタリア半島最南部バシリカ-タとカラブリア地方およびシシリ-島全島を縦横にムギ類を中心に植生を調し,栽培方式,利用などについて情報を収集し,種子を採集し,〓標本を作製した。イタリアでは18科892サンプルにおよぶ植物が採集できた。在来品種だけを栽培している畑はみられなかったが,しばしば在来品種と改良品種の混成栽培集団で多数のパンコムギとマカロニコムギの在来品種を採集できた。イタリア半島ではAegilops triaristataとAe.triuncialis,シシリ-島ではAe.ovataがみつかった。中でも,シシリ-島では2ケ所のマカロニコムギ畑の脇でマカロニコムギとAe.oVataの自然雑種を発見した。ギリシャでは,固有の生態環境をもつカルパトス島,ナクソス島ペロポネス半島北部およびギリシャ北西部を調査した。予期した通の地域あるいは島固有の特徴を観際・比較でき,ムギ類在来種およびその近縁野生植物を中心に総数682サンプルを採集した。
土地利用計画のための意思決定支援システムの開発

土地利用計画に関連する様々な意思決定を支援するツールとしての「土地利用計画のための意思決定支援システム」の開発に関する研究を行った。今年度得られた主な成果は以下の通りである。1.地域の土地利用計画策定の第一段階として,地域構造を把握するために,GIS(地理情報システム)を利用して地域データのデータベース化のための手順を整え,コンピユ-タ・マップ上でビジュアルに地域構造を理解するためのサブシステムを構築した。2.地域データベースを利用して,既に開発された種々の地域分析のためのサブシステムを利用した一連の手順(データ変換及び種々の地域分析モデルによる解析)を確立した。3.土地利用の変化過程を分析するための土地利用モデルをシステム・ダイナミックスを用いて開発し,地域構造の変化に伴う土地利用の変化及び土地利用変化が地域構造に与える影響を分析するためのサブシステムを構築した。4.上記のデータベース及び土地利用モデルを利用して,土地利用計画構想案をGIS上で計画図の形で提示するサブシステムを構築した。5.以上の「土地利用計画のための意思決定支援システム」の適用事例として,大阪府和泉市の土地利用変化分析及びタンザニア共和国ムビンガ県の土地利用構想の策定について検討を行なった。今後は,本年度成果を踏まえて,モデルの精緻化を進め,発展途上国の地域計画策定のための支援システムへと拡張を図っていく予定である。
新規セリンスレオニンキナーゼ阻害剤による胆管癌・膵癌治療法の開発

相互マシンラーニング法およびZ'-LYTE Kinase Assay法を用いて新規セリンスレオニンキナーゼ阻害剤T5467374を選定した。阻害剤T5467374は膵癌細胞株において増殖抑制および細胞死に誘導を認め、ヒト膵癌の皮下発癌モデルにおいても抗腫瘍効果を認めた。またセリンスレオニンキナーゼであるAKTに対して阻害作用を有するビサボロールの誘導体を開発した。ビサボロールの誘導体は、ヒト膵癌の皮下発癌モデルにおいて抗腫瘍効果を有し、皮下腫瘍でのAKT発現も減弱させた。新規セリンスレオニンキナーゼ阻害剤の開発:胆管癌細胞株、膵癌細胞株に対する増殖能、浸潤能などの機能解析により増殖能、浸潤能に関連するキナーゼ遺伝子を同定した。このセリンスレオニンキナーゼに対して相互マシンラーニング法により新規セリンスレオニンキナーゼ阻害剤の候補化合物を150種類選択した。選択した候補化合物に関してin vitroキナーゼアッセイを行ない、セリンスレオニンキナーゼ活性の抑制効果を持つ新規セリンスレオニンキナーゼ阻害剤を選択した。胆管癌、膵癌細胞株を用いた新規セリンスレオニンキナーゼ阻害剤の機能解析:新規セリンスレオニンキナーゼ阻害剤を胆管癌細胞株、膵癌細胞株に導入し、MTTアッセイによる増殖能とトリパンブルー色素排出試験による細胞死誘導能について検討した。その結果、新規セリンスレオニンキナーゼ阻害剤に癌細胞に対する増殖抑制能と細胞死誘導能のあることを確認した。また増殖抑制能と細胞死誘導能は濃度依存的であった。担癌動物実験モデルを用いた新規セリンスレオニンキナーゼ阻害剤の機能解析:先行実験としてヒト胆管癌、膵癌のマウス皮下発癌モデルに新規セリンスレオニンキナーゼ阻害剤を経口にて週1回で3週連続投与し、その抗腫瘍効果を検討した。いずれの皮下発癌においても新規セリンスレオニンキナーゼ阻害剤投与群において腫瘍の増殖抑制効果を認めた。軽度の体重減少を認めたが、新規セリンスレオニンキナーゼ阻害剤投与に伴う死亡例などは認めなかった。今後、副作用やその作用機序の解明を進めていく予定である。相互マシンラーニング法にて選択した150種類の候補化合物よりセリンスレオニンキナーゼ活性の抑制効果を持つ新規セリンスレオニンキナーゼ阻害剤を選択した。新規セリンスレオニンキナーゼ阻害剤の投与濃度を変更し膵癌細胞株KLM1、KP4、Panc1、正常膵細胞由来細胞株RI515に投与し、MTTアッセイによる増殖能とトリパンブルー色素排出試験による細胞死誘導能、ボイディンチャンバー法による浸潤能について検討した。新規セリンスレオニンキナーゼ阻害剤は正常膵細胞由来細胞株RI515と比較して膵癌細胞株KLM1、KP4、Panc1において有意な増殖抑制と細胞死誘導を示した。また浸潤能についても抑制効果を認めた。また正常膵細胞由来細胞株RI515より低濃度での膵癌細胞株KLM1、KP4、Panc1の増殖抑制が可能であった。膵癌細胞株KLM1によるマウス皮下発癌モデルに投与量を変更し新規セリンスレオニンキナーゼ阻害剤を経口にて週1回で3週連続投与し、その抗腫瘍効果を検討した。新規セリンスレオニンキナーゼ阻害剤投与群において腫瘍の増殖抑制効果を認めたが、高濃度投与群においては死亡例を認めた。相互マシンラーニング法にて選択した150種類の候補化合物より選択した新規セリンスレオニンキナーゼ阻害剤に関する研究を継続した。ヒト膵癌細胞株KLM1、KP4、Panc1に対して新規セリンスレオニンキナーゼ阻害剤の投与24時間後の各細胞の網羅的遺伝子解析データを用いてパスウェイ解析を行なった。その結果、新規セリンスレオニンキナーゼ阻害剤に関連する遺伝子群を同定した。胆管癌、膵癌症例の手術標本を用いてシグナル関連遺伝子の発現をreal time PCRを用いて解析した。胆管癌、膵癌における複数の遺伝子発現を確認した。新規セリンスレオニンキナーゼ阻害剤と細胞周期の機能解析をすすめるために細胞周期の進行をリアルタイムで観察可能な蛍光プローブであるFucci (Fluorescent Ubiquitination-based Cell Cycle Indicator)を導入したヒト胆管癌細胞株を樹立した。ヒト膵癌細胞株については樹立できなかった。ノコダゾールおよびチミジンを用いた細胞周期の同調によりFucciを導入したヒト胆管癌細胞株での細胞周期の進行に伴う発光変化の確認が可能であった。またFucciを導入したヒト胆管癌細胞株を用いて、新規セリンスレオニンキナーゼ阻害剤による細胞周期停止について検討を行ったが、細胞死のため細胞周期停止については確認できなかった。新規セリンスレオニンキナーゼ阻害剤による直接的な細胞死の可能性があり濃度、条件を変更して行なう。阻害剤の誘導体を36種類作成した。ヒト膵癌細胞株KLM1、ヒト正常膵臓由来細胞株RI515へ誘導体を100μMと10μMで投与し、MTTアッセイにて増殖能の検討を行なった。KLM1では100μMの11種類の誘導体で増殖抑制効果を認め、10μMでは2種類の誘導体で増殖抑制効果を認めた。RI515では100μMの11種類の誘導体で増殖抑制効果を認めたが、10μMでは増殖抑制効果のある誘導体はなかった。癌細胞株において、より低濃度での有効性が明らかになった。

10μMで増殖抑制能を有した2種類の誘導体をそれぞれ膵癌皮下発癌モデルの腹腔内へ投与し皮下腫瘍の増殖抑制効果の検討を行った。1種類の誘導体で皮下腫瘍の増殖抑制効果を認めたが、もおう1種類の誘導体では有意な増殖抑制効果は認めなかった。膵癌皮下発癌モデルで有効であった誘導体を膵癌細胞株KLM1、KP4、Panc1に投与し、MTTアッセイによる増殖能の検討を行った。膵癌細胞株KLM1、KP4、Panc1のいずれにおいても誘導体による増殖抑制効果を認めた。また膵癌細胞株KLM1、KP4、Panc1において誘導体投与後の細胞携形態の検討を行った。誘導体により細胞間の接着が減弱し形態の異常を認めた。膵癌細胞株KLM1、KP4、Panc1に選択した誘導体を投与し、細胞死をトリパンブルーテストで検討した。誘導体による細胞死の誘導が確認でき、アポトーシスが誘導されていた。阻害剤の誘導体を36種類作成した。ヒト膵癌細胞株および膵癌皮下発癌モデルへの抗腫瘍効果により1種類の誘導体を選択した。担癌動物実験モデルを用いた阻害剤の機能解析: BALB/cヌードマウス7週齢雄の大腿に膵癌細胞株KLM1を皮下注射してヒト膵癌の皮下発癌モデルを作成した。この膵癌皮下発癌モデルに対して阻害剤、誘導体(1000 mg/kg)の週2回合計5回経口投与を行ない、それぞれの大腿の腫瘍の大きさを測定して抗腫瘍効果を検討した。阻害剤投与群と比較して誘導体投与群において腫瘍の増殖抑制効果を認めた。また皮下腫瘍でのAkt発現も誘導体投与群で減弱していた。臨床に即した経静脈的投与法としてポートを用いた複数回の薬剤投与法の検討を行なった。マウス内頚静脈にカテーテルを挿入し、ポートを後頚部皮下に留置した。このポートを用いて阻害剤の複数回投与を行なった結果、ポートの閉塞および血管挿入部での組織変性の所見を認めた。また阻害剤の溶解度を高めるためにアルブミンとグルコースによるミセル化の検討を行なった。ミセル化により投与自体は容易となった。相互マシンラーニング法およびZ'-LYTE Kinase Assay法を用いて新規セリンスレオニンキナーゼ阻害剤T5467374を選定した。阻害剤T5467374は膵癌細胞株において増殖抑制および細胞死に誘導を認め、ヒト膵癌の皮下発癌モデルにおいても抗腫瘍効果を認めた。またセリンスレオニンキナーゼであるAKTに対して阻害作用を有するビサボロールの誘導体を開発した。ビサボロールの誘導体は、ヒト膵癌の皮下発癌モデルにおいて抗腫瘍効果を有し、皮下腫瘍でのAKT発現も減弱させた。網羅的遺伝子解析データを用いてパスウェイ解析により新規セリンスレオニンキナーゼ阻害剤に関連する遺伝子群を同定した。またFucciを導入したヒト胆管癌細胞株の樹立ができたが、ヒト膵癌細胞株については樹立できなかった。新規セリンスレオニンキナーゼ阻害剤の誘導体の作成がまだできていないことよりやや遅れている。阻害剤の基礎的研究:網羅的遺伝子解析データを用いたパスウェイ解析により同定した阻害剤に関連する遺伝子群の研究を継続する。これらの遺伝子発現をヒト胆管癌、膵癌組織でウェスタンブロッティング法、リアルタイムPCR法にて検討する。
群体ホヤ被嚢細胞における発光機構の解明

1.発光細胞の同定・スライドガラスに付着させた被嚢細胞を浸透圧やガラス針等によって破壊することで生じる発光を、超高感度ビデオカメラにより記録することにより発光細胞を同定した。・ガラスに付着させた同一の被嚢細胞を光学顕微鏡と電子顕微鏡によって観察することで、同定された発光細胞の微細構造を明らかにした。・発光細胞が発光と同色の自己蛍光を持つこと、酸性の成分を含む小胞を持つことがわかった。2.ルミカウンターによる被嚢組織の発光計測・低張液など被嚢中の細胞が破壊される条件で強い発光が認められる。・細胞内イオン環境を変化させる処理でも発光は認められたが、前項の発光と較べて発光量は著しく小さい→処理による細胞傷害によって発光が生じているのではないかと考えられる。・NH_3^+によって発光細胞内の酸性小胞を中性化しても発光は誘起できなかった。3.ルミカウンターによる凍結乾燥試料の発光計測・添加する水溶液が酸性の場合著しい発光量の低下が認められた。・ATP添加による発光量・発光時間の影響がない。←未知の発光システムである可能性4.発光現象が知られている浮遊性被嚢動物の被嚢の微細構造を記載・比較を行った。まとめ:本種の発光は被嚢が物理的刺激を受けて被嚢内の発光細胞が破壊され内容物が放出されることで生じると考えられる。細胞内の酸性小胞は発光系の保持に関係することが期待されるが、pHだけで発光制御は説明できない。細胞の持つ蛍光物質は発光系においてオワンクラゲのGFPと同様な役割を担っているのではないか。本年度はホヤ被嚢中に散在する発光細胞の性状観察と、凍結乾燥試料による発光系を用いた発光条件の検討を行った。発光細胞はB励起の条件下で黄緑色の自家蛍光を発する。発光色と蛍光色が似ているため、この蛍光分子が発光機構に関与していることが期待される。また、LysoSensorによる蛍光染色により、細胞中には強酸性の小胞が含まれていることがわかった。ノマルスキー像との対応から、この小胞は電子顕微鏡によって観察されるclear vesicleに対応するものと考えられる。凍結乾燥試料を用いた発光系では、pH3程度の酸性条件下では、中性条件下と比べて1/100程度の発光しか生じないことがわかった。一方、pH9程度の塩基性条件下では発光量に強い影響は認められなかった。さらに、酸性の緩衝液を添加した試料に、高濃度の中性緩衝液を添加した場合、低レベルであるが発光量の増加が認められる。すなわち、酸性条件下では発光を生じない化学反応で発光基質が消耗(分解?)するが、中性に戻すことで発光を伴う反応が回復すると考えられる。同様に、還元剤である2-mercaptethanol存在下においても発光の濃度依存的な阻害は認められた。阻害には高い濃度(5-10%)を必要とし、1%程度では殆ど阻害が認められない。また、10%2-mercaptethanolで発光を阻害した試料に、酸化剤として2%過マンガン酸カリウムを添加しても、発光は認められなかった。発光に関連する因子が、強い還元的条件下で不可逆に変性していると思われる。凍結乾燥試料による発光系が酸性下で阻害が認められたことと、発光細胞中に酸性小胞が認められたことから、酸性条件が発光の制御に関連している可能性が考えられる。
御崎馬における近交防止機構に関する行動学的ならびに遺伝学的解析

本年度も、平成3年度から継続している現地調査を行なった。現地調査項目としては、個体別の年間を通じての社会行動や行動域の調査、個体別の出生と死亡、出産記録、2つの集団間の馬の移動調査、本年度生まれの全子馬の血液型の分析と父子判定など従来から行なっている調査を継続すると同時に、集団間の馬の移動は、秋から翌年の春に起こるので、この時期に群れや親からの馬の分離や他の群れへの加入の仕方などについて詳細に調査した。本年度は本研究の最終年度であるので、前年度までに整理集計した1972年以降のデータとその予備的分析を基に、データの総合的解析を行なった。その結果、1972年から続けている頭数動態調査と行動調査によって、野生状態の馬と同様の社会が形成されていること、すべての子馬が性成熟前に生来群(両親)から分離すること、及び御崎馬は大きく2つの集団に分かれており、両集団間で子馬が移動していることが明らかになった。一方、1980年から開始した個体別の血液型による親子判定の結果、1978年から1990年の間に生まれた158頭のうち、近親交配の例は、父娘交配が2例、母息子交配が1例、兄妹(姉弟)交配が10例であった。近親間のハーレム群形成は、父娘間で2例、兄妹(姉弟)間で3例認められたが、母息子間のハーレム群の形成は1例もなかった。特別の抑制機構がないと仮定するならば、父娘間では39組-118例、母息子間では8組-30例、兄妹(姉弟)間では69組-222例で交配が起こる可能性が想定されたが、いずれの組合せでも、交配相手が他の集団に移動したために、その交配の可能性は50%減少した。以上の結果から、御崎馬においては、子馬が性成熟以前に生来のハーレム群から分離だけでなく、地理的、血縁的により遠い別の集団へ移動することによって、近親間の接触の機会が減少し、その結果として極端な近交が防止されていることが明らかになった。1972年から全御崎馬について,個体別の出生,死亡,出産を記録し,全馬の馬籍簿を作成するとともに,繁殖状況や頭数動態の調査を続けている。また1979年以降は,月に12回の割で現地で個体別に行動調査を行ない,全馬の行動域を記録している。1980年以降は,全御崎馬の血液型を分析し,1990年現在197頭分の個体別の血液型が判明している。本年度は,これまでの調査を継続すると同時に,これまでに得られた150頭分の馬籍簿,14年間分の個体別,群別社会行動記録及び197頭分の血液型の記録を新規購入したコンピュ-タ-で整理した。現地調査は毎月12回行ない,現地の監視員から全馬の出生や死亡及びその時の状況等を聞き,全個体について記録した。また御崎馬の全行動域を見て回り,発見されたすべての馬について,行動記録用の地図に個体別に生息場所や時間あるいは繁殖行動や妊娠の状況,他の馬との社会行動などの特徴を詳細に記録した。平成3年度は13頭の子馬が生まれ,その中で10頭が採血できたので,血液型の分析を行ないその父子判定を行なった。これまでに得られた成果としては,(1)繁殖と育成に関して,地理的機能の分化が起こり,これが子馬の移動の大きな原因になっていること,(2)子馬の約半数が生来の集団から別の集団へ移動し,そこで性成熟に達すること,(3)移動した子馬の一部は,性成熟に達した後再び生来の集団に戻り,新しい繁殖群(ハ-レム群)を形成すること,及び(4)158例の親子判定の結果,13例の近親交配(父娘が2例,母息子が1例,兄妹が10例)があることが判明した。1972年から全御崎馬について、個体別の出生,死亡,出産を記録し、全馬の馬籍簿を作成するとともに、繁殖状況や頭数動態の調査を続けている。また1979年以降は、月に12回の割で現地で個体別に行動調査を行ない、全馬の行動域を記録している。1980年以降は、全御崎馬の血液型を分析し、1991年現在216頭分の個体別の血液型が判明している。平成4年度に、それまでに得られた169頭分の馬籍簿、14年間分の個体別、群別社会行動記録及び216頭分の血液型の記録を整理・分析した。現地調査は毎月12回行ない、現地の監視員から全馬の出生や死亡及びその時の状況等を聞き、個体別に記録した。また御崎馬の全行動域を見て回り、発見されたすべての馬について、行動記録用の地図上に個体別に生息場所や時間あるいは繁殖行動や妊娠の状況、他の馬との社会行動などの特徴を詳細に記録した。平成3年度は10頭、平成4年度は11頭の子馬が彩血できたので、それぞれの血液型の分析を行なた。

これまでに得られた成果としては、(1)繁殖と育成に関して、小松ケ丘地区は繁殖の中心地として、扇山地区は育成の中心地として、地理的機能分化が起こり、これが子馬の移動の大きな原因になっていること、(2)子馬の約半数が生来の集団から別の集団へ移動、そこで性成熟に達すること、(3)移動した子馬の一部は、性成熟に達した後再び生来の集団に戻り、新しい繁殖群(ハーレム群)を形成すること、及び(4)169例の親子判定の結果、母子間、父子間、及び兄弟姉妹間で14例の近親交配の例が判明した。本年度も、平成3年度から継続している現地調査を行なった。現地調査項目としては、個体別の年間を通じての社会行動や行動域の調査、個体別の出生と死亡、出産記録、2つの集団間の馬の移動調査、本年度生まれの全子馬の血液型の分析と父子判定など従来から行なっている調査を継続すると同時に、集団間の馬の移動は、秋から翌年の春に起こるので、この時期に群れや親からの馬の分離や他の群れへの加入の仕方などについて詳細に調査した。本年度は本研究の最終年度であるので、前年度までに整理集計した1972年以降のデータとその予備的分析を基に、データの総合的解析を行なった。その結果、1972年から続けている頭数動態調査と行動調査によって、野生状態の馬と同様の社会が形成されていること、すべての子馬が性成熟前に生来群(両親)から分離すること、及び御崎馬は大きく2つの集団に分かれており、両集団間で子馬が移動していることが明らかになった。一方、1980年から開始した個体別の血液型による親子判定の結果、1978年から1990年の間に生まれた158頭のうち、近親交配の例は、父娘交配が2例、母息子交配が1例、兄妹(姉弟)交配が10例であった。近親間のハーレム群形成は、父娘間で2例、兄妹(姉弟)間で3例認められたが、母息子間のハーレム群の形成は1例もなかった。特別の抑制機構がないと仮定するならば、父娘間では39組-118例、母息子間では8組-30例、兄妹(姉弟)間では69組-222例で交配が起こる可能性が想定されたが、いずれの組合せでも、交配相手が他の集団に移動したために、その交配の可能性は50%減少した。以上の結果から、御崎馬においては、子馬が性成熟以前に生来のハーレム群から分離だけでなく、地理的、血縁的により遠い別の集団へ移動することによって、近親間の接触の機会が減少し、その結果として極端な近交が防止されていることが明らかになった。
物体表面の光沢性を利用した三次元形状計測技術の開発

本研究では,対象物体をカメラで撮影した際に得られる疎な特徴点と鏡面反射から密な三次元形状復元を行う手法を提案する.この手法は,既存のStructure from MotionとMulti-view stereoを組み合わせる方法では復元できないテクスチャが少ない光沢物体に対して,特に有効な手法として設計されている.提案手法ではまず,対象物体の表面を局所的に多項式曲面でモデル化し,疎な三次元点群と鏡面反射から得られる法線情報を用いてその係数を決定し,最後にこの局所曲面を統合して対象全体の表面形状を得る.また,この機能をモバイル端末から容易に利用できるためのシステムの開発も行った.三次元形状復元は,コンピュータビジョンにおける重要な課題の一つである.近年,Structure from Motion (SfM)やMulti-view Stereo (MVS)などの手法については,比較的安定に動作するオープンソースソフトウェアとしても提供されるようになり,これらの技術を誰もが容易に利用できるようになってきている.しかし,これらの手法が適用できるシーンはまだまだ非常に限定的であり,我々の日常生活の中でよく見かけるテクスチャの少ない物体や光沢物体,透明物体などには適用できない.本研究課題は,これらの物体を対象とした新たな三次元形状復元手法の構築を目的とする.平成23年度においては,対象物体を複数の視点から撮影した画像を用いて,そこから疎な三次元点群と鏡面反射ハイライトを獲得し,密な三次元形状復元を行う手法を提案した.この手法では,対象物体の表面形状を多項式曲面で表現し,特徴点ベースのSfMによって得られる三次元点群と鏡面反射ハイライトから得られる法線情報を同時に満たす曲面として算出する.この手法によって,光沢物体の形状復元において,その表面のテクスチャから得られる三次元点群のみを用いるよりも正確な復元が可能となった.この提案手法では,点光源がカメラの視点位置に存在しなければならないという制約があるが,これは一般的なフラッシュ内蔵型のデジタルカメラで対象物体を撮影する際に満たされるものなので,実用上の障壁となることは少ない.とはいえ,手法上の制約ではあるため,その緩和を図り手法を拡張し,カメラと光源が異なる場所にある場合にも三次元形状復元を可能とした.また,SfMを行う上で,処理速度や精度の低下の主要因となる対応点の誤対応の除去について,既存のヒューリスティックなアプローチではなく凸最適化を用いた手法を提案し,処理速度・精度の向上を図った.三次元形状復元は,コンピュータビジョンにおける重要な課題の一つである.近年,Structure from Motion (SfM)やMulti-view Stereo (MVS)などの手法については,比較的安定に動作するオープンソースソフトウェアとしても提供されるようになり,これらの技術を誰もが容易に利用できるようになってきている.しかし,これらの手法が適用できるシーンはまだまだ非常に限定的であり,我々の日常生活の中でよく見かけるテクスチャの少ない物体や光沢物体,透明物体などには適用できない.本研究課題は,これらの物体を対象とした新たな三次元形状復元手法の構築を目的とする.平成24年度までに,対象物体を複数の視点から撮影した画像を用いてそこから疎な三次元点群と鏡面反射ハイライトを獲得し,密な三次元形状復元を行う手法や,その手法のベースとなる特徴点ベースのSfMの安定化・高速化について取り組んできた.平成25年度は,それらの技術をモバイルデバイス上で利用可能にすることが主な目標であった.実現方法としては,モバイルデバイス上でこの処理を実行する方法と,別途サーバを設けモバイルデバイスから撮影画像をサーバに転送し,サーバ側で処理が実行され,得られた三次元モデルをモバイルデバイスに転送する,という2つを検討した.その結果,近年モバイルデバイスでも通信帯域が増大し,またクラウド化が進むことで,撮影画像が即座にクラウドに転送されることが一般的となったこと,また提案手法は計算量が多く電力容量や処理能力に制限のあるモバイルデバイス上で実行することが不向きであることから,後者の方針でシステムを構築することとした.また,近年,Google Glassのような新たなモバイルデバイスも登場してきており,そのような着用型のデバイスも利用可能なようにシステムを設計・開発した.本研究では,対象物体をカメラで撮影した際に得られる疎な特徴点と鏡面反射から密な三次元形状復元を行う手法を提案する.この手法は,既存のStructure from MotionとMulti-view stereoを組み合わせる方法では復元できないテクスチャが少ない光沢物体に対して,特に有効な手法として設計されている.提案手法ではまず,対象物体の表面を局所的に多項式曲面でモデル化し,疎な三次元点群と鏡面反射から得られる法線情報を用いてその係数を決定し,最後にこの局所曲面を統合して対象全体の表面形状を得る.また,この機能をモバイル端末から容易に利用できるためのシステムの開発も行った.三次元形状復元は,コンピュータビジョンにおける重要な課題の一つである.近年,Structure from Motion (SfM)やMulti-view Stereo (MVS)などの手法については,比較的安定に動作するオープンソースソフトウェアとしても提供されるようになり,これらの技術を誰もが容易に利用できるようになってきている.しかし,これらの手法が適用できるシーンはまだまだ非常に限定的であり,我々の日常生活の中でよく見かけるテクスチャの少ない物体や光沢物体,透明物体などには適用できない.本研究課題ではこれまでに,対象物体を複数の視点から撮影した画像を用いて,そこから疎な三次元点群と鏡面反射ハイライトを獲得し,密な三次元形状復元を行う手法を提案した.この手法では,対象物体の表面形状の局所領域を多項式曲面で表現し,その局所曲面を,特徴点ベースのSfMによって得られる三次元点群と鏡面反射ハイライトから得られる法線情報を同時に満たす多項式曲面として算出する.そして,得られた局所曲面を統合して,形状復元結果とする.

この手法によって,光沢物体の形状復元において,その表面のテクスチャから得られる三次元点群のみを用いるよりも正確な復元が可能となった.なお,この手法では,点光源がカメラの視点位置に存在するという条件を設けている.この条件は一見特殊に見えるが,一般的なフラッシュ内蔵型のデジタルカメラで対象物体を撮影する際には,近似的にこの条件を満たすものと捉えられるので,その適用範囲は広い.また,この提案手法は,任意の光源環境下で利用可能な汎用的な手法であるという点でも優れている.三次元形状復元は,コンピュータビジョンにおける重要な課題の一つである.近年,Structure from Motion (SfM)やMulti-view Stereo (MVS)などの手法については,比較的安定に動作するオープンソースソフトウェアとしても提供されるようになり,これらの技術を誰もが容易に利用できるようになってきている.しかし,これらの手法が適用できるシーンはまだまだ非常に限定的であり,我々の日常生活の中でよく見かけるテクスチャの少ない物体や光沢物体,透明物体などには適用できない.本研究課題は,これらの物体を対象とした新たな三次元形状復元手法の構築を目的とする.開始から2年間で,対象物体を複数の視点から撮影した画像を用いてそこから疎な三次元点群と鏡面反射ハイライトを獲得し,密な三次元形状復元を行う手法や,その手法のベースとなる特徴点ベースのSfMの安定化・高速化について取り組んできた.当初計画での最終年度である平成25年度は,それらの技術をモバイルデバイス上で利用可能にすることが主な目標であった.実現方法としては,モバイルデバイス上でこの処理を実行する方法と,別途サーバを設けモバイルデバイスから撮影画像をサーバに転送し,サーバ側で処理が実行され,得られた三次元モデルをモバイルデバイスに転送する,という2つを検討した.その結果,近年モバイルデバイスでも通信帯域が増大し,またクラウド化が進むことで,撮影画像が即座にクラウドに転送されることが一般的となったこと,また提案手法は計算量が多く電力容量や処理能力に制限のあるモバイルデバイス上で実行することが不向きであることから,後者の方針でシステムを構築することとした.しかし,このシステムに利用しようとしていた一部モバイル端末の入手が遅れたため,研究期間を延長し,最終システムの開発に取り組んだ.コンピュータビジョン当初計画では,平成24年度は前年度成果の改良および暗室を用いた光学解析を計画していた.しかし,本研究課題が一般的なデジタルカメラやスマートフォンを用いて身の回りの物体の三次元形状復元することを目的としていることを考慮し,後者の暗室を用いた解析よりも,手法の改善を優先すべきと判断した.改善の1つは,点光源がカメラの視点位置に存在しなければならないという制約の緩和である.