hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
デジタル遺伝子発現解析による微細藻類 CO2 濃縮・水素発生関連遺伝子の同定と利用

微細藻類における物質生産の基盤である光合成は、CO2濃縮機構によって支えられている。異なるCO2環境で培養した細胞からmRNA発現情報を次世代シーケンサーで取得し、ゲノム発現データベースを構築した。CO2濃度の低下に伴って誘導される遺伝子、ならびに水素発生の培養環境である嫌気的イオウ欠乏時に誘導される遺伝子を網羅的に同定した。CO2欠乏誘導性遺伝子の中には無機炭素輸送体や炭酸脱水酵素をコードする遺伝子が含まれていた。無機炭素輸送体候補遺伝子の過剰発現によって光合成特性の有意なレベルでの向上が認められた。微細藻類におけるデンプンや脂肪酸の合成を律速する要因であるCO_2輸送の改良と,水素発生の機構解明を目指して以下の点について明らかにした。(1)CO_2応答性遺伝子の網羅的同定を目指して,細胞が低CO_2ストレスにさらされた時と従属栄養的に生育している時における遺伝子発現を次世代シーケンサーを用いて解析した。野生型株5Dの連続高CO_2条件(HC:5%CO_2を通気,120microE m^<-2>S^<-1>),低CO_2ストレス条件(LC:0.04% CO_2を通気,120microE m^<-2>S^<-1>)へ移行後,20分,1時間,2時間,4時間の細胞から全RNAを抽出して,36ヌクレオチド長の総計48, 200, 758リードを取得し,クラミドモナスゲノム上にマッピングを行った。100塩基ごとにリード数を集計し,サンプル間でリード数が変動するゲノム領域を検索したところ,リード数がLC条件で5倍以上に上昇する遺伝子を250個同定することができた。その中には,これまでに,LC条件で誘導されることが知られている炭酸脱水酵素遺伝子CAH1などの他に,転写因子や膜結合型輸送体の相同遺伝子が含まれていた。(2)CO_2欠乏ストレス応答に必須な因子CCM1は,少なくとも3ヶ所リン酸化を受けていることが明らかになった。そこで,それらの部位について変異を導入した変異型タンパク質をccm1変異株に導入したところ,変異を相補したことから,これらのリン酸化部位は,機能的に重要ではないことが判明した。(3)野生型C9株の細胞を嫌気的でイオウ欠乏培地に移すと,水素ガスを発生することを確認した。この水素生産誘導前と後でヒドロゲナーゼ遺伝子の発現を比較をノザンブロット法で比較したところ,転写レベルではHYD1の発現誘導は起こっていないことが明らかになった。そこで,トランスクリプトーム解析によって網羅的に水素発生に関する遺伝子を同定することは困難であることが判明した。(1)米国JGIによりクラミドモナスのゲノム解析に用いられたCC-503株は、複数の挿入・欠失変異が含まれている事が判明している。一方、野生株C9は変異の報告は無く、光合成・生殖・鞭毛運動・走光性など,ほぼすべての生理学的特徴を保持する。そこでC9株ゲノムを、次世代シーケンサーHi-seqで再シーケンスし、CC-503株をレファレンスゲノムとしてアセンブルを行い、現在その解析を進めている。また、CO2濃度変化に関わる17種類の培養条件からRNAを抽出し、RNA-seqによる網羅的な転写応答を調べた。これまでに384,233,715リードの配列を取得し、ゲノム配列にマッピングし、CO2の濃度変化に応答する遺伝子群を同定した。アデニル酸/グアニル酸シクラーゼとリン酸化酵素や、PYP-1ikeセンサードメイン、F-boxドメイン、SETドメイン、BTB/POZドメインを持つタンパク質など、制御タンパク質をコードする多くの遺伝子がCO2欠乏環境において誘導されることが分かった。これらの発現情報を用いて、C9ゲノム情報と同時に表示できるKyoto Chlamydomonas Genome Database (KCGD)の構築・データ拡充を進めた。(2)クラミドモナスは2つのヒドロゲナーゼ遺伝子を持ち、両者とも嫌気性条件下で発現が誘導されるという報告がある。クラミドモナスの水素発生機構を制御する因子を明らかにするため、細胞を嫌気的かつ硫黄欠乏条件に移し、RNA-seqにより遺伝子発現プロファイルを解析し、水素発生時に発現する遺伝子を網羅的に同定した。過去に報告された硫黄欠乏誘導性遺伝子は、今回同定した硫黄欠乏かつ嫌気条件下でも全て発現しており、嫌気性条件が加わることによって発現が抑制されるような遺伝子は見出されなかった。また2つのヒドロゲナーゼ遺伝子は、硫黄欠乏かつ嫌気条件下での発現誘導は見られず、従来の研究結果と一致しなかった。微細藻類におけるデンプンや脂肪酸の合成を律速する要因であるCO2輸送の改良を目指して、無機炭素濃縮の調節因子と無機炭素輸送体を網羅的に探索した。培養中のCO2濃度を5%から0.04%に変化させた前後の細胞から経時的にRNAを抽出し、RNA-seq法による転写応答を調べた。

30倍以上の発現誘導を示す新規な膜タンパク質遺伝子を7種類同定した。その中のヒトHCO3-/Cl-アニオンチャネルの相同性遺伝子について、過剰発現株の単離に成功した。無機炭素濃縮の調節に関わる因子としては、アデニル酸/グアニル酸シクラーゼ、リン酸化酵素、亜鉛フィンガードメインを持つタンパク質の遺伝子が、無機炭素濃縮のマスター因子CCM1の下流で誘導された。これらの調節因子と膜タンパク質遺伝子の情報は、無機炭素濃縮機構の強制発現や高効率の光合成を達成するために有用であると考えられる。低CO2条件で顕著に誘導されるミトコンドリア型炭酸脱水酵素CAH4のプロモーター配列を取得し、人工ルシフェラーゼ遺伝子と連結したキメラ遺伝子を保持する株5-54を取得した。本株は、低CO2条件でルシフェラーゼ活性が安定的に上昇した。CO2濃縮の制御に関わる制御因子の単離を目的として、5-54株からDNAタギングにより低CO2条件でルシフェラーゼ活性が低下する変異株を11株得た。その中には光依存的CO2ガス交換活性が低下する株が含まれていた。今後はこれらの変異株の原因遺伝子を同定することで、無機炭素濃縮を制御する新規な因子が同定できると考えられた。低CO2誘導性遺伝子の2個を同時に強制発現する株を作出したところ、特定の培養環境で光合成能が上昇するという予備的結果を得たので、更に検証を進めている。これまでに17種類のCO2濃度変化に対する遺伝子の転写応答を網羅的に調べたことで、クラミドモナスが持つCO2応答性の遺伝子については、網羅的な遺伝子カタログを得ることができた。またこれらの発現情報を整備したデータベースの構築が進んでおり、このデータベースを用いることで、CO2に応答する新奇な転写因子や、新奇な無機炭素輸送体の候補を複数得た。硫黄欠乏に関しては、水素発生時に誘導される新奇な遺伝子群を同定することは難しかった。24年度が最終年度であるため、記入しない。2つのヒドロゲナーゼ遺伝子が嫌気性条件下で誘導されるという従来の研究結果は、本研究では再現しなかった。我々が整備した発現データベースを調べたところ、2つのヒドロゲナーゼ遺伝子は非硫黄欠乏条件下でも充分に発現量が蓄積していたことから、ヒドロゲナーゼはタンパク質レベルでの調節を受けているという可能性と、酸素により酵素活性が阻害されている可能性が考えられる。いずれにしても、ヒドロゲナーゼの転写誘導を制御するシグナル伝達を明らかにする研究を遂行するのは難しいと判断した。今後は、本研究課題でデータ拡充が進んでいるデジタル遺伝子発現データベースを利用した研究をすすめる。具体的には、CO2だけでなく他の環境因子(光、窒素、リンなど)の変化に伴う網羅的な遺伝子発現をRNA-seqにより取得する。これらの発現プロファイル情報から、クラミドモナス遺伝子の強制発現及び遺伝子誘導系に用いることができる有用プロモーターを探索する。さらに、既存の無機炭素輸送体候補であるLCI1, LCIA, LCIB, HLA3, CCP1/2に加えて、今回新奇に同定された無機炭素輸送体候補遺伝子の機能解析をすすめる。
HSP90によるニワトリ胚発生の人為的制御と機能解析

多くの鳥類の種卵は、適切な温度管理により胚の発生を停止、再開できる長期保存機構を備えている。この長期保存機構には、細胞周期や細胞分化の停止が考えられるが詳細な分子メカニズムは不明である。研究代表者は、この長期保存機構をニワトリ胚の発生の停止と再開機構に着目し、発生の制御に関与する148個の分子の抽出に成功した。さらにこれらの分子の解析からHeat shock protein 90 (HSP90)は、発生を制御する候補分子であることを見いだした。ニワトリの発生過程は哺乳類に類似し分子レベルでは、本質的に脊椎動物と同じ基本過程が生じていることから、発生の停止と再開に関与する分子の発見は、養鶏業への応用のみならず発生生物学、組織工学の分野においても応用が期待できる。本研究では、HSP90によるニワトリ胚の発生停止と再開の人為的制御と機能解析を実施しHSP90による発生制御機構を解明することを目的とする。昨年度はHSP90のmRNAおよびタンパク質ともに胚全体で発現していることを明らかにしたが、さらに心臓や肝臓、翼、脚における詳細なHSP90の発現を確認した。また、心臓におけるHSP90の発現は温度刺激の経過時間とともに増加する傾向があった。次にニワトリ肝臓由来LMH細胞株を用いて培養温度変化時およびHSP90の阻害剤添加時における細胞周期をフローサイトメーターで検討したところ、ニワトリ胚で発生の停止・遅延が観察された低温条件下で約90%の細胞において細胞周期が停止していた。さらにこの細胞を孵卵条件下に近い37度に移行した際において、HSP90阻害剤の添加は約12%の細胞分裂を阻害した。これらの結果より、HSP90の阻害剤は細胞周期の制御に関与していると考えられたが、全ての細胞の周期を制御できなかったことから阻害剤の反応時間やHSP90の過剰発現細胞を用いて検討する必要がある。平成30年度実施計画は、II. HSP90による細胞周期の制御である。始めにニワトリ胚の肝臓および心臓由来の初代培養細胞を用いてHSP90の阻害剤による細胞周期の検討を行った。in vitroの細胞培養系の確立はできているものの、HSP90の阻害剤のなかでも特に特異性の高い阻害剤を用いて容量依存的な試験を実施したところHSP90の阻害剤の細胞毒性が強く細胞周期の制御の詳細までは解析できなかった。そこで、初代培養細胞は継代維持により細胞の形質も変わることがあるためニワトリ肝臓由来の細胞株を用いて、別のHSP90阻害剤の検討に時間を有したため平成30年度の実施計画であるHSP90の過剰発現細胞を用いた検討まで至らなかった。しかしながら、ニワトリ肝臓由来の細胞株においても細胞周期の制御が検討できる可能性が見いだせたため、この結果を踏まえて次年度のin vivoにおけるHSP90による発生制御の解明に応用できると考えている。平成30年度の計画でHSP90の阻害剤により細胞周期を制御できる可能性があるが、全ての細胞の細胞周期を制御できなかった。そのため、HSP90の阻害剤の反応時間や細胞周期のS期の指標となるBrdUの取り込み時間を検討しHSP90による細胞周期の制御の再検討を行う。また、HSP90を発現する発現ベクターを構築しHSP90遺伝子を一過性に過剰発現させることにより、HSP90による細胞周期進行の制御について解析を行う。発現ベクターの構築の準備は既に整っている。この発現ベクターは、ウイルスベクターを用いるため引き続き令和元年度の研究計画であるIII. in ovo投与を用いたHSP90による発生制御の機能解析に用いる。具体的には、HSP90を発現するレンチウイルスを作成しニワトリ胚(E8)にin ovo投与する。in ovo投与後、ニワトリ胚を低温条件下で24時間孵卵させHSP90により低温条件下で発生が進行できるのかを検討する。次にHSP90の働きを平成30年度で検討したHSP90阻害剤によりin ovoノックダウンする。孵卵温度で発生を延期、停止できるのか検討を行い、HSP90が発生の停止と再開のどちらにあるいは両方に関与しているのか同定を行う。以上を実施しHSP90によりニワトリ胚の発生の停止と再開が制御できるのかを明らかにする。申請者は、この長期保存機構をニワトリ胚の発生の停止と再開機構に着目し、発生の制御に関与する148個の分子の抽出に成功した。さらにこれらの分子の解析からHeat shock protein 90 (HSP90)は、発生を制御する候補分子であることを見出した。ニワトリの発生過程は哺乳類に類似し分子レベルでは、本質的に脊椎動物と同じ基本過程が生じている事から、発生の停止と再開に関与する分子の発見は、養鶏業への応用のみならず発生生物学、組織工学の分野においても応用が期待できる。HSP90は、全ての細胞に存在し全タンパク質の1-2%を占めることから、HSP90は、発生の停止と再開時の全ての組織で発現変動されていることが考えられた。そこで、発生の進んだE8のニワトリ胚を15度、湿度75%で24時間

低温保存し発生を停止させたのちに37.5度、湿度75%の孵卵温度に移行し発生を再開させた際の0時間、6時間におけるHSP90の各組織の発現様式をホールマウントin situハイブリダイゼーションおよびホールマウント免疫染色により調べたところ、HSP90のmRNAおよびタンパク質ともに胚全体で発現していることが明らかになった。このことより、HSP90は、胚全体で発生の制御に関与していることが推察された。平成29年度実施計画は、I.孵卵温度刺激下における各組織のHSP90の発現様式、II. HSP90による細胞周期の制御である。IIに関しては、in vitroの細胞培養系が確立できていること、30年度の研究計画でもあり計画が完了していないが、Iに関してこの研究テーマを遂行する上で重要なポイントであるHSP90が胚全体で機能している可能性を示唆する結果が得られていることから、おおむね順調に進展している。多くの鳥類の種卵は、適切な温度管理により胚の発生を停止、再開できる長期保存機構を備えている。この長期保存機構には、細胞周期や細胞分化の停止が考えられるが詳細な分子メカニズムは不明である。研究代表者は、この長期保存機構をニワトリ胚の発生の停止と再開機構に着目し、発生の制御に関与する148個の分子の抽出に成功した。さらにこれらの分子の解析からHeat shock protein 90 (HSP90)は、発生を制御する候補分子であることを見いだした。ニワトリの発生過程は哺乳類に類似し分子レベルでは、本質的に脊椎動物と同じ基本過程が生じていることから、発生の停止と再開に関与する分子の発見は、養鶏業への応用のみならず発生生物学、組織工学の分野においても応用が期待できる。本研究では、HSP90によるニワトリ胚の発生停止と再開の人為的制御と機能解析を実施しHSP90による発生制御機構を解明することを目的とする。昨年度はHSP90のmRNAおよびタンパク質ともに胚全体で発現していることを明らかにしたが、さらに心臓や肝臓、翼、脚における詳細なHSP90の発現を確認した。また、心臓におけるHSP90の発現は温度刺激の経過時間とともに増加する傾向があった。次にニワトリ肝臓由来LMH細胞株を用いて培養温度変化時およびHSP90の阻害剤添加時における細胞周期をフローサイトメーターで検討したところ、ニワトリ胚で発生の停止・遅延が観察された低温条件下で約90%の細胞において細胞周期が停止していた。さらにこの細胞を孵卵条件下に近い37度に移行した際において、HSP90阻害剤の添加は約12%の細胞分裂を阻害した。これらの結果より、HSP90の阻害剤は細胞周期の制御に関与していると考えられたが、全ての細胞の周期を制御できなかったことから阻害剤の反応時間やHSP90の過剰発現細胞を用いて検討する必要がある。平成30年度実施計画は、II. HSP90による細胞周期の制御である。始めにニワトリ胚の肝臓および心臓由来の初代培養細胞を用いてHSP90の阻害剤による細胞周期の検討を行った。in vitroの細胞培養系の確立はできているものの、HSP90の阻害剤のなかでも特に特異性の高い阻害剤を用いて容量依存的な試験を実施したところHSP90の阻害剤の細胞毒性が強く細胞周期の制御の詳細までは解析できなかった。
アンチセンスRNAによる大腸癌の新規診断法の開発とサイレンシング治療への応用

本研究では大腸癌患者の末梢血中のRNAを抽出して網羅的解析を行い、アンチセンスRNAによる新しい診断法の開発を目的とする。大腸癌患者28例と健常者6例を対象として、アンチセンスRNAの網羅的解析を行った。大腸癌患者の血液中で健常人と変化しているアンチセンスRNAを20種同定した。これらのRNAは大腸癌患者と健常人を明確に区別することが可能であった。末梢血液中のアンチセンスRNAの測定が大腸癌の診断に有用である可能性が示唆された。大腸癌は年々増加の一途をたどっており、本邦での罹患数は第2位、死亡数は第3位である一方で、早期に発見できれば治癒可能な疾患である。現在行われている大腸癌のスクリーニング検査である便潜血検査は感度が約70%と低く、スクリーニング検査としては十分とは言えないため、新たな大腸癌スクリーニング法の開発は社会的急務である。近年、DNAからメッセンジャーRNAの転写が起きる際約70%の遺伝子においてその相補的なRNAであるアンチセンスRNAが同時に転写されていることが明らかになってきた。更にアンチセンスRNAが一部の癌抑制遺伝子を制御して蛋白質の発現を抑制していることが報告された。このように癌の研究においてアンチセンスRNAが重要性を帯びてきたが、現在までのところヒトの癌に関してアンチセンスRNAの網羅的解析の報告は皆無である。近年臨床応用の観点から、血液中のRNAに関する研究が盛んに行われ末梢血中には臓器に発現している遺伝子の80%以上が存在していることが報告された。これら遺伝子発現の検査を、末梢血で行うことができれば、他の検査法に比べより簡便に疾患の早期発見につなげることができると考えられた。本研究では大腸癌患者の末梢血中のRNAを抽出して網羅的解析を行い、アンチセンスRNAによる新しい診断法の開発を目的とした。大腸癌患者28例と健常者6例を対象として、アンチセンスRNAの網羅的解析を我々が独自に開発したマイクロアレイを用いて行った結果大腸癌患者の血液中で健常人と変化しているアンチセンスRNAを20種同定した。またHDHD1という遺伝子のアンチセンスRNAが健常人と癌患者で最も発現に差が認められた。これらのことから末梢血液中のアンチセンスRNAの測定が大腸癌の診断に有用である可能性が示唆された。本研究では大腸癌におけるアンチセンスRNAの関与を明らかにし、健常人及び大腸癌患者の末梢血中のRNAを抽出して網羅的解析を行い、血液検査による大腸癌の新しいハイスループットスクリーニング法を開発し、さらに細胞株を用いた機能解析を行いアンチセンスRNAによるサイレンシング法の開発を目的とする。大腸癌術前患者18例と健常者6例を対象として、末梢血液中からPAX gene blood RNA kitを用いてtotal RNAを抽出し、ランダムプライミング法によってラベリングを行い、カスタムマイクロアレイを用いてセンス/アンチセンスRNAの網羅的解析を行った。発現解析にはGene Spring GX10を用いた。また、大腸癌症例6例で術後1週間と3ヶ月の血液中のセンス/アンチセンスRNAを同様の方法で測定し、術前との比較を行った。大腸癌患者の血液中で健常人の血液中より転写量が有意水準で変化しているセンスRNAを18種、アンチセンスRNAを35種同定した。階層的クラスター解析(hierarchical clustering analysis)を行うと、これらの35種のアンチセンスRNAは大腸癌患者と健常人を明確に区別することが可能であった。また、術前と術後の比較でも、これらのセンス/アンチセンスRNAに有意な発現変化を認めた。末梢血液中のセンス/アンチセンスRNAの測定が大腸癌の診断に有用である可能性が示唆された。今後、症例数を増やしてさらなる検討を進めることで、血液を用いた大腸癌の新規診断法の開発が期待できる。大腸癌患者の末梢血中のセンス/アンチセンスRNAのカスタムマイクロアレイによる網羅的解析に関しては、現在までに、大腸癌患者18症例、健常人6症例の解析を終えている。当初予定していた症例数には達していないが、現在も症例を蓄積中であり、これまでの症例数でも大腸癌患者の末梢血特異的なセンス/アンチセンスRNAを同定している。今後症例数を増やすことにより、大腸癌患者末梢血特異的なバイオマーカーの同定が期待される。低コストで迅速診断が可能な新しい癌スクリーニング診断用カスタムマイクロアレイの開発、ヒト大腸癌細胞株におけるアンチセンスRNAのknock down, transductionによる機能解析、3次元培養大腸癌塊に対するアンチセンスRNAを用いたサイレンシング治療の確立を目指す。癌組織および血液RNAの解析で明らかになったセンス/アンチセンスRNAの発現プロファイリングから、癌スクリーニング診断に有用と思われる遺伝子を100200個に厳選し、ハイスループット処理に対応できるように、より低コストでのスクリーニング検査を実現する。

大腸癌のスクリーニング診断に有用と思われる候補アンチセンスRNAのうち、発癌・増殖関連のアンチセンスRNAのシークエンスを行い、センスRNAとオーバーラップする領域にsiRNAを設計する。癌特異的糖鎖抗体を表面に持つマイクロカプセルに封入して培養大腸癌株に添加し、アンチセンスRNAを選択的にsiRNAでknock downもしくは、transductionさせ、細胞増殖速度の変化やアポトーシスの程度を検討し、サイレンシング療法に使える遺伝子の候補を絞る。大腸癌を3次元培養した集塊にアンチセンスRNAを局注することによるサイレンシング効果を確認し、大腸癌に対するアンチセンスRNA直接投与の可能性も検討する。
システムズアプローチの適用による文学研究

文学研究への橋渡しとなる理論研究としての情報社会論のモデル構築を継続し,分析モデルの詳細化を行った.具体的には,一昨年度の成果である論文「オートポイエティック情報社会論」に基づき,オートポイエティックなシステムの二元性を考慮したモデルの詳細化を行った.また,昨年度の論文「ネットワーク社会とオートポイエティック情報システム」に基づき,ネットワーク社会においてオートポイエティックな機能を期待されているロボティクスを,モデルを詳細化して分析した.研究成果を論文「オートポイエーシス・システムの二元性と情報社会システム」と「ネットワーク社会における人とロボットの共生」にまとめた.文学研究にシステムズアプローチを導入するための先駆的理論として,ルーマンの芸術一般へのシステムズアプローチの適用として、『社会の芸術』がある。しかし,文学一般における、言語一般からの文学の創出emergenceという観点から見た場合,ルーマンの理論には満足できない点が多い.ルーマンの理論に代わる,文学におけるシステムズアプローチ適用の可能性を探るために,実例として小林秀雄の散文、マラルメの詩と散文をテクストとして取り上げ,詩的創出としてのポエジーの成立と,散文における文体の<声>の創出をオートポイエーシスの観点からモデル化する研究を行い、その成果を論文「ポエジーと文体におけるオートポイエーシス」にまとめた。研究期間の最終年度にあたり、西洋古典や古代中東の文芸作品を分析するための手法についての見解をまとめた。西洋古代、とりわけ古代ギリシアの文化については、近年メソポタミアやエジプトからの強い影響が指摘される傾向が強く、その独自性を再検討する必要が出てきている。この問題を扱うための手法を、システムズアプローチの観点から検討した。そしてその手法を、創世神話の構成要素、賢者観念の定型表現、物語の話型とメッセージの連関、などの具体的事例の分析に適用することを試みた。最終年度として,研究成果を四論文にまとめ,研究報告書を刊行した.論文1:ポエジーと文体の<声>におけるオートポイエーシス論文2:構成要素の関係性から見た神話の比較研究論文3:オートポイエーシス・システムの二元性と情報社会システム論文4:ネットワーク社会における人とロボットの共生システムズアプローチに関する研究状況を調査した.第三世代のシステム論の第一人者である河本英夫氏を新潟大学に招待し,「精神のオートポイエーシス」をテーマとする研究会を開催した.第一三世代のシステム論に関する資料を収集し,研究と応用状況を整理した.これらの調査研究に基づき,、情報社会論を題材として.文学研究への橋渡しとなる理論研究として社会情報論のモデル構築を行い,論文「オートポイエティック情報社会論」を執筆した.研究を推進するため,関連する英国の研究者を訪問し,研究交流と調査を行った:Univ. of Edinburgh, Napier Univ., Open Univ., Univ., of Hullの研究者.「さまよう人間」を主題とするヨーロッパ文学の系譜、すなわち、『オデュッセイアー』から、『アエネーイス』『神曲』『パルチファル』『真夏の夜の夢』『ユリシーズ』にいたる文学が生まれてくるにいたるプロセスが、システムズアプローチの理論を応用できる可能性について考察した。すなわち,「さまよう人間」という心理的な物語元型が、その運動の過程として、以上に列挙して文学作品を産物として生み出してゆくそのプロセスが、第三世代のシステムズアプローチによって解明できる可能性についてである。また,修士論文において、俳句と写真を身体行為として捉え、オートポイエーシスの立場からその共通性を解明しようとした学生の指導を行った。システムズアプローチの適用があまり進んでいない分野である図像表象研究について、当該方法論の可能性を探る事例研究として、地域別セルティックパターンの比較研究を行った。アイルランド南部およびウェールズ南西部の中世美術に見られる図象の事例を集めるための出張を行った。他方、西洋古典学におけるシステムズアプローチ適用の可能性についても平行して研究を進めた。その成果の一部は論文「伝アリストテレス作『アテナイ人の国制』に見られる伝承操作の技法」(鈴木佳秀編『神話・伝説の成立とその展開の比較研究』,高志書院,2003年2月,6175頁)に盛り込まれている。文学研究への橋渡しとなる理論研究としての情報社会論のモデル構築を継続し,分析モデルの詳細化と修正改善を行った.具体的には,昨年度の成果である論文「オートポイエティック情報社会論」のモデルを拡充し,ネットワーク社会をシステムズアプローチで分析するモデルと研究を行った.研究成果を論文「ネットワーク社会とオートポイエティック情報システム」にまとめた.文学研究にシステムズアプローチを導入するための先駆的理論として,ルーマンの芸術一般へのシステムズアプローチの適用があげられる.しかし,文学特に詩における詩性(ポエジー)の成立という観点から見た場合,ルーマンの理論には満足できない点が多い.ルーマンの理論に代わる,文学におけるシステムズアプローチ適用の可能性を探るために,実例としてマラルメの詩を取り上げ,マラルメにおけるポエジーの成立を,オートポイエーシスの観点からモデル化する研究を行った.またヨーロッパ19世紀後半における文化システムのサブシステムとしての文学を,ヨーロッパ全体を視野において考察するために,オーストリア・ハンガリー二重帝国の主要都市であったウィーン,プラハ,ブダペストに赴き,この三都市の都市構造,建築様式,文化的影響関係を実地に確認するとともに,資料収集を行った.前年度に引き続きシステムズアプローチの適用があまり進んでいない分野である図像表象について取り上げた.具体的には,中世アイルランドの写本において書体と挿画が連動することによって一つのシステムとして一定の効果を生じている事例などを取りあげた.他方,西洋古典学からの知見を援用しっっ,特定の社会の中で「倫理」と「法」がシステム的に連動していく様態について考察を進めた.

その成果の一部は,共著で出版した『知の地平大学におけるマルチリテラシーと応用倫理』の「倫理と法」の章に示されている.第三世代のシステム論の第一人者である河本英夫氏を昨年度に引き続き招待し,「システムズアプローチからの文学研究」と「オートポイエティック情報社会論」をテーマとする研究討論会を開催した.テーマに関する討論と共に,河本氏から専門知識の提供を受けた:オートポイエーシス理論の適用を含む最新の研究動向等.研究成果を研究報告書にまとめた.論文1:マラルメの詩へのシステムズアプローチ論文2:ネットワーク社会とオートポイエティック情報システム文学研究への橋渡しとなる理論研究としての情報社会論のモデル構築を継続し,分析モデルの詳細化を行った.具体的には,一昨年度の成果である論文「オートポイエティック情報社会論」に基づき,オートポイエティックなシステムの二元性を考慮したモデルの詳細化を行った.また,昨年度の論文「ネットワーク社会とオートポイエティック情報システム」に基づき,ネットワーク社会においてオートポイエティックな機能を期待されているロボティクスを,モデルを詳細化して分析した.研究成果を論文「オートポイエーシス・システムの二元性と情報社会システム」と「ネットワーク社会における人とロボットの共生」にまとめた.文学研究にシステムズアプローチを導入するための先駆的理論として,ルーマンの芸術一般へのシステムズアプローチの適用として、『社会の芸術』がある。しかし,文学一般における、言語一般からの文学の創出emergenceという観点から見た場合,ルーマンの理論には満足できない点が多い.ルーマンの理論に代わる,文学におけるシステムズアプローチ適用の可能性を探るために,実例として小林秀雄の散文、マラルメの詩と散文をテクストとして取り上げ,詩的創出としてのポエジーの成立と,散文における文体の<声>の創出をオートポイエーシスの観点からモデル化する研究を行い、その成果を論文「ポエジーと文体におけるオートポイエーシス」にまとめた。研究期間の最終年度にあたり、西洋古典や古代中東の文芸作品を分析するための手法についての見解をまとめた。西洋古代、とりわけ古代ギリシアの文化については、近年メソポタミアやエジプトからの強い影響が指摘される傾向が強く、その独自性を再検討する必要が出てきている。この問題を扱うための手法を、システムズアプローチの観点から検討した。そしてその手法を、創世神話の構成要素、賢者観念の定型表現、物語の話型とメッセージの連関、などの具体的事例の分析に適用することを試みた。最終年度として,研究成果を四論文にまとめ,研究報告書を刊行した.論文1:ポエジーと文体の<声>におけるオートポイエーシス論文2:構成要素の関係性から見た神話の比較研究論文
膵液中のがん関連遺伝子異常の検出による膵がんの診断とその高危険群患者の選定

画像診断の進歩と共に発見されるようになってきた膵の小さな嚢胞だが、その性状が明らかでなく、又後に膵癌の発生を認めたとの報告もある。そこで、この膵嚢胞症例の膵液中の変異ras遺伝子を定量して各種疾患と対比検討した。膵液よりDNAを抽出後、変異K-ras遺伝子をキット化されたEnriched PCR+Enzyme Linked Mini-sequence Assay法により検出した。変異ras遺伝子量は(-),(+-),(1+),(2+),(3+)の五段階で判定され、それぞれ変異rasの含有量は0,0.2%未満,0.2-2%,2-20%,20%以上である。これまでに、膵癌66例、粘液産生膵腫瘍61例、膵嚢胞89例、慢性膵炎44例、他臓器癌15例、それ以外の非膵疾患42例を含めた計317例を解析した。疾患別膵液中の変異ras遺伝子の量は、膵癌、粘液産生膵腫瘍の膵腫瘍性疾患例では変異ras検出量が多く、それぞれ66例中39例(59%)、61例中33例(54%)は(2+)以上であった。一方、慢性膵炎を含むその他の症例では、胆管癌以外は(-),(+-)と少量であり、変異ras(2+)以上では膵に腫瘍性病変がある可能性が高いと考えられた。膵嚢胞例では89例中26例(29%)が(2+)以上であり、膵腫瘍症例に次いで変異遺伝子が多量に検出される症例が多かった。検出されたK-rasコドン12の変異型に関してはほとんどGAT、GTTで膵腫瘍性疾患例と比較して差は認めなかった。これらの症例は超音波内視鏡、MRCP、腹部CT等の画像診断を中心として経過観察中である。最長3年の経過では、変異ras検出量が多かった1例に嚢胞の増大を認めたが、膵癌の発生は認めていない。今後長期経過観察が必要と考えられた。【目的】内視鏡的に採取した膵液中に含まれる変異ras遺伝子を定量的に測定し、各種疾患で比較して、膵癌診療における有用性、問題点について検討した。【方法】膵液は、内視鏡的逆行性膵管造影後にセクレパンを静注し、膵管内に挿入した造影チューブより吸引して採取した。膵液よりDNAを抽出後、変異ras遺伝子をキット化されたEnriched PCR+Enzyme Linked Mini-sequence Assay法により定量的に検出した。具体的には変異ras遺伝子量は(-),(+-),(1+),(2+),(3+)の五段階で判定され、それぞれ変異rasの含有量は0,0.2%未満,0.2-2%,2-20%,20%以上である。【対象】これまでに、膵癌41例、粘液産生膵腫瘍26例、膵嚢胞42例、慢性膵炎16例、胆管癌8例、それ以外の非膵疾患35例を含めた計168例を解析した。【結果】疾患別膵液中の変異ras遺伝子の量は、膵癌、粘液産生膵腫瘍の膵腫瘍性疾患例では変異ras検出量が多く、それぞれ41例中22例(54%)、26例中16例(62%)は(2+)以上であった。

一方、慢性膵炎を含むその他の症例では、胆管癌1例以外は(-),(十-)と少量であり、変異ras(2十)以上では膵に腫瘍性病変がある可能性が高いと考えられた。例外的に膵に小さな嚢胞を認めた膵褒胞例では42例中17例(40%)が(2+)以上であり、膵腫瘍症例同様に変異遺伝子が多量に検出される症例が多かった。【結論】変異ras量の視点から見ると、現時点では非腫瘍性と考えられる、膵に小嚢胞を有する症例では変異遺伝子が多量に検出されることが多く、現在画像診断上明かではないが何らかの膵腫瘍性病変の存在を疑わせ、膵癌の高危険群となる可能性も考えられた。今後さらに多数の症例を解析し、またras遺伝子以外の膵癌関連癌遺伝子を解析するとともに、これらの患者の経過観察が必要であると考えられた。画像診断の進歩とともに膵に小さな嚢胞が発見されるようになってきたが、腫瘍性か非腫瘍性か明かではない症例は多い。そこで、この膵嚢胞症例の膵液中の変異ras遺伝子を定量して各種疾患と対比検討した。膵液は、ERCP時にセクレパンを静注し、膵管内に挿入した造影チューブより吸引して採取した。膵液よりDNAを抽出後、変異K-ras遺伝子をキット化されたEnriched PCR+Enzyme Linked Mini-sequence Assay法により検出した。変異ras遺伝子量は(-),(+-),(1+),(2+),(3+)の五段階で判定され、それぞれ変異rasの含有量は0,0.2%未満,0.2-2%,2-20%,20%以上である。これまでに、膵癌51例、粘液産生膵腫瘍44例、膵嚢胞76例、慢性膵炎32例、胆管癌8例、それ以外の非膵疾患39例を含めた計250例を解析した。疾患別膵液中の変異ras遺伝子の量は、膵癌、粘液産生膵腫瘍の膵腫瘍性疾患例では変異ras検出量が多く、それぞれ51例中29例(57%)、44例中24例(55%)は(2+)以上であった。一方、慢性膵炎を含むその他の症例では、胆管癌1例以外は(-),(+-)と少量であり、変異ras(2+)以上では膵に腫瘍性病変がある可能性が高いと考えられた。膵嚢胞例では76例中22例(29%)が(2+)以上であり、膵腫瘍症例に次いで変異遺伝子が多量に検出される症例が多かった。検出されたK-rasコドン12の変異型に関してはほとんどGAT、GTTで膵腫瘍性疾患例と比較して差は認めなかった。膵嚢胞症例を膵液中変異ras量に従って分類して検討すると、膵液中の変異rasが多い膵嚢胞症例は少ない例と比較して嚢胞部位は膵頭部が多い、ERCPでの造影にて膵管と交通例が多い、膵液細胞診Class3の比率が高まる傾向を認めた。これらの症例は超音波内視鏡、MRCP、腹部CT等の画像診断を中心として経過観察中である。この2-3年の短期経過では変異ras検出量が多かった1例の嚢胞の増大を認めたが、膵腫瘍性疾患の発生はない。今後のさらなる症例の蓄積と長期経過観察が必要と考えている。画像診断の進歩と共に発見されるようになってきた膵の小さな嚢胞だが、その症状が明らかでなく、又後に膵癌の発生を認めたとの報告もある。膵液よりDNAを抽出後、変異K-ras遺伝子をキット化されたEnriched PCR + Enzyme Linked Mini-sequence Assay法により検出した。変異ras遺伝子量は(-), (+-), (1+), (2+), (3+)の五段階で判定され、それぞれ変異rasの含有量は0, 0.2%未満,0.2-2%, 2-20%, 20%以上である。これまでに、膵癌66例、粘液産生膵腫瘍61例、膵嚢胞89例、慢性膵炎44例、他臓器癌15例、それ以外の非膵疾患42例を含めた計317例を解析した。疾患別膵液中の変異ras遺伝子の量は、膵癌、粘液産生膵腫瘍の膵腫瘍性疾患例では変異ras検出量が多く、それぞれ66例中39例(59%)、61例中33例(54%)は(2+)以上であった。
脊髄損傷修復作用をもつヒト型間質系幹細胞の樹立とその医学的応用

以前、ラットの脊髄損傷部に塩基性線維芽細胞成長因子(FGF-2)を投与すると、脊髄由来の間質系細胞(FIF)が増殖し運動機能が著明に回復することを見出した。この効果は増殖したFIF細胞によると考えられたので、ラットと同様の方法で霊長類の脊髄組織内にFIF様の活性を持つ細胞の探索を行った。その結果、サル脊髄組織からFIF様の形態を持つ細胞を誘導できたので同細胞をラット脊髄損傷部へ移植したが顕著な運動機能回復は認められなかった。しかし、特別な培養処理を施したヒト歯髄細胞を移植するとFIFに匹敵する修復効果を示すことを見出した。この成果は歯髄細胞の応用の可能性を強く示唆している。ラット脊髄組織から誘導したのと同様の手法により、サル脊髄からFIF細胞(FGF2-inducible fibronectin-positive cells)の誘導を試みたところ、サルの脊髄組織からもFIF細胞と形態的に類似した細胞が誘導された。このサル由来FIF様細胞を脊髄損傷モデルラットの脊髄損傷部に移植したところ、脊髄組織の空洞化は抑制されたが、顕著な運動機能回復効果は認められなかった。ラットFIF細胞と比べ、サルFIF様細胞は1増殖速度が遅い、2そのため脊髄組織から細胞が遊走するのに長い期間を必要とする、3継代回数を経ないうちに扁平化する細胞が多くみられた。この結果は、FIF様細胞はサルの脊髄組織からも誘導可能であるが、移植に適したFIF様細胞をサル脊髄組織から誘導するには、何らかの工夫が必要であると考えられた。昨年度までに、ヒト歯髄細胞がFIF細胞に類似の遺伝子発現を示すこと、基本培地で培養した歯髄細胞を脊髄損傷モデルラットに移植すると、顕著な運動機能の回復効果を示すことを明らかにした。さらに、特殊な培養法により、細胞の均質性を高めるとより顕著な運動機能回復が認められた。本年度は、異なるヒトドナー由来の歯髄細胞を培養して効果を検討した。その結果、由来ドナーの違いによって、細胞の均質性を高める操作が必要な場合と不要な場合があり、ドナーごとに歯髄細胞の性質が異なることが明らかとなった。しかし当初効果の無い場合でも処理を適切に加えることによって運動機能回復効果が観察された。すなわち、歯髄細胞による脊髄損傷治療効果はドナーの違いによって異なることが明らかとなった。今後、脊髄損傷治療効果に必要な特性を明らかにすることによって、移植する細胞の質保障が可能となることを期待している。1)ヒトのFIF様細胞について:これまでにラット脊髄から培養した線維芽細胞様細胞(FIF細胞)に強力な脊髄損傷修復効果があることを見出している。平成23年度はヒトのFIF様細胞をiPS細胞から樹立することを計画したが、その研究過程で、FIF細胞に類似の間葉系細胞の性質を持つヒトの特定細胞(知財保護の観点からヒトX細胞)を見出した。基本培地で増殖させたヒトX細胞を脊髄損傷モデルラットの損傷部に移植したところ、明らかな運動機能の改善が認められた。そこでさらに培養して細胞の均質性を高めてから移植すると、運動機能がさらに大きく改善した。2)サル脊髄からのFIF様細胞の樹立:ヒトの脊髄に機能的なFIF様細胞が存在するかどうかは脊髄損傷治療法の確立に必要な情報である。しかしヒトの脊髄を材料として用いることは不可能であるためサルの脊髄を用いて検討している。サルの脊髄は京都大学霊長類研究所との共同研究により提供を受けている。まだ例数は少ないが、サルの脊髄からFIF細胞に形態学的に類似した細胞を調製することに成功している。今後は、サルの例数を増やし、複数の個体由来の細胞を調製すること、ラット脊髄損傷モデルに移植することによって運動機能改善作用を検討する。3)FIF細胞の移植時期の検討:FIF細胞を機能させるには受傷後いつまでに移植すればよいのか、医学的応用のためには重要な問題である。ラットの脊髄損傷直後、1、3、7または14日後にFIF細胞を移植し、運動機能回復を調べた。その結果、1、3日後に移植すると損傷直後と同じかそれ以上(3日後)に運動機能は回復するが、7又は14日後に移植してもほとんど回復しなかった。このことより、FIF細胞の移植療法は受傷から3日以内なら効果があり、特に3日後に移植すると最大の効果が得られることが明らかとなった。平成23年度はiPS細胞からヒトのFIF様細胞を樹立することを計画していた。その理由は、ラットの場合、FIF細胞は脊髄から培養が可能であるが、ヒトの脊髄組織は入手が不可能なためである。しかし皮膚など採取可能な組織から調製したヒトの細胞をiPS化することは思いのほか容易ではなく、維持にも困難が伴う。

そこで現実的な方法としてiPS化されたヒトの細胞を購入し、FIF細胞へと分化させることとした。しかし、この研究を推進する過程で、FIF細胞に類似の間葉系幹細胞の性質を持つヒトの特定細胞(知財保護の観点からヒトX細胞と呼称)が、ラットのFIF細胞と類似の形態や遺伝子発現様式をもつことがわかった。そこで、基本培地で増殖させたヒトX細胞を脊髄損傷モデルラットの損傷部に移植したところ、明らかな運動機能改善が認められた。さらに培養法を工夫して細胞の均一性を高めてから移植するとさらに高い運動機能改善が認められた。平成23年度の研究目的は、「ヒトのFIF様細胞の樹立」であったので、ヒトX細胞の発見は、iPS細胞を経由するよりもはるかに容易にしかも個体別にFIF様細胞の調製を可能とした。当初の計画にはなかったが、サルの脊髄からFIF様細胞の樹立を試みた。ヒトの脊髄にFIF様細胞の存在を証明できれば、細胞移植ではなく内在する患者自身のFIF細胞を制御することによって脊髄損傷修復を達成できるかもしれない。培養したサルの脊髄から、ラットFIF細胞と形態の類似した細胞を得ることに成功した。今後、ラットの損傷部位に移植して機能性を検討する。ヒトの特定細胞(知財保護の観点からヒトX細胞と呼称)が、ラットのFIF細胞と類似の形態や遺伝子発現様式をもつことがわかった。しかも脊髄損傷モデルラットの損傷部に移植すると運動機能改善をもたらすことから、機能的にFIF細胞と同等の機能を持つ細胞であると結論できる。平成24年度は、第一に、このヒトX細胞に高い運動機能回復能を賦与する方法について、1)培養の方法、2)培養液に添加する因子の選別、3)細胞移植法、4)軸索再生の足場などを検討する。また、サル脊髄由来のFIF様細胞を脊髄損傷後のラットに移植し運動機能を改善する効果があるかどうかを検討する。ヒトX細胞とサルFIF様細胞の移植によって脊髄損傷後の運動機能の回復したラットについて回復のメカニズムを明らかにするため、1)軸索再生の有無、患部における細胞の分布等を免疫組織化学的に解析する、2)逆行性、順行性の軸索トレーサーを注入し、軸索再生を証明する。1)高い運動機能回復能をもつヒトX細胞の調製法の検討(1)培養器具、培養液、培養器へのコーティング基質などの購入に20万円程度必要、(2)培養液に添加する因子として、間葉幹細胞の増殖因子であるFGF-2、EGFなどの成長因子の効果を検討するために30万円程度必要。(3)培養細胞を患部に移植する際、コラーゲン、マトリゲルなどの軸索再生の足場となる分子の効果を検討するために20万円程度必要。(4)モデル動物作製にラット約50頭を使うので、10万円程度必要。2)サル脊髄由来のFIF様細胞を脊髄損傷後のラットに移植し運動機能を改善する効果の検討(1)細胞培養費用として5万円、(2)動物代としてラット50頭分で、10万円程度必要。3)細胞移植によって運動機能を回復したラットを組織化学的に解析し、作用メカニズムを明らかにする(1)軸索再生の有無、損傷患部における細胞の分布等を免疫組織化学的に解析するため、細胞マーカーの特異抗体や蛍光標識二次抗体などの購入費として15万円程度必要、
バイオマス資源の高度有効利用:直鎖多糖の分枝化による機能性アミノ多糖材料の創製

アミノ多糖であるキチンは未利用バイオマス資源として重要性が高く,多くの分野で有効利用を目指した研究が進められている。われわれは,機能性高分子素材としてキチンがもつ高い可能性に着目し,その特異な物性および生物活性を生かした非天然型の枝分かれ多糖を合成するとともに,その特性を解明することを目的として研究を進めた。結果の概略を以下に述べる。キチンの化学修飾は一般に困難をともなうが,反応前駆体としてN-フタロイルキトサンを用いることにより,位置選択的で定量的な修飾反応を可能にした。この手法を用いて合成した枝分かれ型キチン,キトサンは中性の水に溶解し,高い抗菌活性を発現した。また,キトサンのフタロイル化反応を特殊な条件下で行うことにより,1段階の反応でアミノ基のみを選択的に保護したN-フタロイルキトサンを合成することに成功し,反応前廓体としての利用価値をさらに高めた。キチンに溶解性を付与し,反応前駆体として評価するために,トリメチルシリル化を詳細に調べたところ,完全置換を達成することができた。シリル化キチンは一般有機溶媒に可溶であり,化学修飾の反応前駆体として高い可能性を示した。例えば,グルコサミン誘導体を用いてグリコシル化反応を行ったところ,アミノ糖側鎖を導入できた。この合成経路はN-フタロイル化キトサンを用いる経路よりもずっと短く,簡便であるため,実用化に適している。メルカプトキチンがラジカルを容易に発生することを利用して,メチルメタクリレートのグラフト共重合を行った。導入された側鎖はさらに加水分解などの化学修飾をすることが可能であり,これにより溶解性,吸湿・保湿性,生分解性などを制御することができた。最後のバイオマス資源といわれるキチンはアミノ多糖であるため,多くの分野での有効利用が期待されている。われわれは,特異な生物活性を示す機能性素材としてキチンに着目し,アミノ糖をベースとした非天然型の枝分かれ多糖を合成するとともに,その特性を解明することを目的として研究を進めている。まず,N-フタロイル化キトサンを用いて多段階の位置選択的な修飾反応を行い,分岐型キチンおよびキトサンを調製する方法を確立した。得られた分岐アミノ多糖は中性の水に溶解し,分岐型キトサンは特に高い抗菌活性を発現した。キチンの有機溶媒に対する親和性を高めるとともに,反応前駆体として評価するために,α-およびβ-キチンのトリメチルシリル化を行った。反応を詳細に調べたところ,いずれのキチンを用いても完全置換が達成された。シリル化キチンは有機溶媒に可溶であり,化学修飾の反応前駆体として高い可能性をもつことを確かめた。反応の一例として,グルコサミン誘導体を用いてグリコシル化反応を行ったところ,アミノ糖側鎖の導入に成功した。さらに,一段階の脱保護により,容易に分岐型キチン,キトサンへと変換できることを見いだした。この合成経路はN-フタロイル化キトサンを用いる経路よりもずっと短く,簡便であるため,実用化に向けた検討を進めている。また,側鎖のみにアミノ糖をもつ分枝型アミノ多糖を合成するため,セルロースおよびカードランを主鎖として選び,位置選択的ににグルコサミン側鎖を導入する研究も開始した。まず6位の水酸基をトリチル基で保護したのち,他の水酸基をフェニルカルバモイル化し,最終的に脱トリチル化して2種類のアクセプターを調製した。現在,グリコシル化反応を検討中であるが,この手法によって側鎖の導入が可能であることをすでに確認した。

アミノ多糖であるキチンは未利用バイオマス資源として重要性が高く,多くの分野で有効利用を目指した研究が進められている。われわれは,機能性高分子素材としてキチンがもつ高い可能性に着目し,その特異な物性および生物活性を生かした非天然型の枝分かれ多糖を合成するとともに,その特性を解明することを目的として研究を進めた。結果の概略を以下に述べる。キチンの化学修飾は一般に困難をともなうが,反応前駆体としてN-フタロイルキトサンを用いることにより,位置選択的で定量的な修飾反応を可能にした。この手法を用いて合成した枝分かれ型キチン,キトサンは中性の水に溶解し,高い抗菌活性を発現した。また,キトサンのフタロイル化反応を特殊な条件下で行うことにより,1段階の反応でアミノ基のみを選択的に保護したN-フタロイルキトサンを合成することに成功し,反応前駆体としての利用価値をさらに高めた。キチンに溶解性を付与し,反応前駆体として評価するために,トリメチルシリル化を詳細に調べたところ,完全置換を達成することができた。シリル化キチンは一般有機溶媒に可溶であり,化学修飾の反応前駆体として高い可能件を示した。例えば,グルコサミン誘導体を用いてグリコシル化反応を行ったところ,アミノ糖側鎖を導入できた。この合成経路はN-フタロイル化キトサンを用いる経路よりもずっと短く,簡便であるため,実用化に適している。メルカプトキチンはラジカルを容易に発生することを利用して,メチルメタクリレートのグラフト共重合を行った。導入された側鎖はさらに化学修飾することが可能であり,これにより溶解性,吸湿・保湿性,生分解性などが制御できることを見いだした。
MRE法による生体内部の仮想的触診に不可欠な数理解析法の確立に向けて

医者が、あたかも患者の体内を仮想的に触診することを可能にするようなMRE法とよばれる診断装置が、近年大きな注目を浴びている。これは生体表面に加えた振動で発生した生体内の波を可視化する技術であり、硬いところほど波の速度が大きいことから、硬さが調べられるのではという理屈である。2007年度の研究では、生体内の波からいかにして生体の硬さが求められるかという逆問題について研究することを目的とした。特に生体を粘弾性体と見た場合に、生体の弾性係数と粘性係数を同定する方法について研究することを計画した。また、MRE法の応用として最も期待されているのは初期乳ガンの診断であり、ガン組織と周辺組織とでは、弾性係数・粘性係数(以下未知係数とよぶ)が著しく異なるので、ガン組織と周辺組織の境界では未知係数は不連続に近い変化があり得ることも考慮する必要がある。2007年度の研究においては、このような想定をもとに、MRE法で観測される生体内の波(以下観測波とよぶ)より生体組織の未知係数を求めるデータ解析手法を与えた。そのより具体的な内容は次の通りである。即ち、未知係数を予想範囲内で変動させことにより、逆問題に付随する順問題を解いて得られる解(注:物理的には、この解は波を表す)と観測波との適当なノルムに関する残差の極小化を、共役勾配法により実現した。また、数値実験によりその有効性について検討した。その結果今後計算方法に改良を加える必要があるものの、データ解析手法としては有効な方法であることが分かった。この結果は、どのように波が人体表面より励起されてもデータ解析可能な一般的な方法であることに大きな利点がある。これは、臨床検査では人体境界が人により異なり、必ずしもどのような波が人体表面から加振装置により励起されるか分からない状況を考えると、応用上重要な結果であるとおもわれる。生体組織は弾性体と見なすよりも粘弾性体と見なすほうが自然である.菅は、Voigt型粘弾性体である寒天を用いて、MRE法による実験を行い、計測データを採集した。この計測結果をもとに所求のずれ弾性率と粘性率導出するのが、本研究の主たる目的である。中村、山本、久保は計測データから所求の区分的に一様なずれ弾性率と粘性率導出する一つの方法として、数値微分法の適用を考え、それに必要な公式を導いた。この公式の有効性を見るために、藤原はまず誤差が非常に小さい計測結果を数値計算により生成すると共に菅が行った実験結果を忠実に再現した。そして、藤原は前述の公式と差分法による数値微分法を使って、数値的に生成された計測結果より弾性率と粘性率を、高精度に求めた。また、中村とその共同研究著である主が考案した誤差に対してロバストな正則化手法による数値微分法を用いて、王は菅の計測結果より所求のずれ種性率と粘性率を求める数値実験を行った。いくつか注目すべき知見を得たが、満足の行く結果は得られなかった。さらに簡便な数値微分法の適用を継続して推進するには、もっと菅の実験を改良し、計測結果の精度を上げる必要がある。ところで所求のずれ弾性率と粘性率導出は、必ずしも区分的に一様とは限らない。そこで中村とその学生達は、所求のずれ弾性率と粘性率導出が滑らかな場合に、ずれ弾性率と粘性率を求める方法を考案した。この方法は数学的には厳密であるが、今のところ入力データが実際に生成できるかが不明であるため、実験と数値実験を行うに至っていない。また、ずれ弾性率と粘性率が区分的に滑らかというもっとも一般的な状況への対応も視野に入れると、ダイナミカルな計測結果に対する最小二乗法として誤差にロバストな代田の共役勾配法が有効であるとの知見に到達した。現在は、この方法による数値実験の遂行の準備を行っている所である。

この結果は、どのように波が人体表面より励起されてもデータ解析可能な一般的な方法であることに大きな利点がある。これは、臨床検査では人体境界が人により異なり、必ずしもどのような波が人体表面から加振装置により励起されるか分からない状況を考えると、応用上重要な結果であるとおもわれる。