hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
光導波ラマン分光法・高感度フ-リエ変換赤外分光法による有機超薄膜の微細構造解析ー特にその光学的非線形との関連についての研究

本研究課題について以下にまとめる結果を得た。[1]光導波路(OWG)ラマン分光法によるリン酸鉄薄膜の構造解析通常のガラス導波路上にサブミクロンの厚さの有機、無機薄膜試料を調製し、後者の末端部分をテ-パ状とすることによって、ガラス導波路モ-ドを断熱的に試料に導き、そのOWGラマンスペクトルを測定する方法について、実験および理論の両面から検討した。通常のOWGラマンスペクトル法では、サブミクロンの膜厚の試料についてはTMー0またはTEー0モ-ドでしかOWGラマンスペクトル測定を行えないのに対して、この方法を用いれば、TMー1,2およびTEー1,2モ-ドでの測定も可能になることを明らかにした。この結果を1000ー2000Aのリン酸鉄薄膜に応用して、厚さ方向での構造変化を明らかにして、この方法の有用性を証明した。[2]LangmuirーBlodgett(LB)累積膜内でのスチルバゾ-ル誘導体の光二量化過程の解析全重水素化アラキジン酸(A)のLB累積膜にスチルバゾ-ル誘導体(S)を分散させ、340nm付近の光照射にともなう後者の二量化反応過程をフ-リエ変換赤外反射吸収スペクトル(FTーIRRAS)法で調べた。混合比(S/A=1/41/19)と累積膜作製時のpH変化によりAの解離状態を変えて、光照射時間によるスペクトル変化を測定した結果、(i)Aの非解離状態での二量化が解離状態に比して速やかに進行する、(ii)反応は、反応速度の大きな初期過程(0ー約40秒)とその後の反応速度の小さな過程(40秒ー約3分)から成る、(iii)Sのアルキル側鎖の配向が、(ii)に対応して初期過程で垂直方向に、つづいて水平方向への変化を示す、ことなどが明らかになった。特に、(iii)の結果は、初期過程で二量化に有利な配置を取るS同士の速やかな反応で生じた歪が、徐々に緩和される過程と解釈された。
スピンギャップを持つ低次元磁性体の量子臨界状態に関する研究

S=1とS=1/2からなるフェリ磁性分子が分子間相互作用によって2次元的なネットワークを形成しているスピンギャップ磁性体BIPNNBNOについて、昨年に引き続き^1H-NMR実験を推進した。臨界磁場領域(46テスラ)を含む広い磁場範囲で、液体ヘリウム3を用いた超低温域まで核磁気緩和率(1/T_1)の測定を行い、主に以下の2点を見出した。(1)臨界磁場領域の外ではギャップの存在を反映して熱活性型の振る舞いをみせる。(2)臨界磁場領域内では温度低下に伴って緩和率がわずかに増大し、一次元系のTomonaga-Luttinger液体(TLL)相で期待される温度のべき的な振る舞い(1/T_1T^<-α>)と類似性がある。理論面との整合性は明らかになっていないが、2次元系においてTLL状態に類似した振る舞いが期待されることがわかった。また、1次元ギャップ系として知られるS=1/2反強磁性はしご格子系の中で、ごく最近(CPA)_2CuBr_4はラダー方向に強い相互作用をもつ初めての現実物質であることが発見された。この^1H-NMRを行い、TLL状態に類似した振る舞いを観測した。また1次元性が強くなるためにギャップは小さくなるのに対してTLL相領域は高温まで広がる特徴があり、臨界状態を調べるのに都合がよいことを示唆した。また、ギャップレス状態の臨界状態を調べる上でS=1ボンド交替鎖Ni(333-tet)(μ-N_3)(ClO_4)は量子臨界点(交替比0.6)にあるギャップレス系であることから、本研究の目的に合致する。この錯体を含むシリーズについて^1H-NMRとμSR実験を行い、磁化率の折れ曲がりが見られる温度での秩序化を見出した。さらに、本研究の目的の一つである相関の発達と秩序化の関係に関連して、フラストレート系(かごめ格子,パイロクロア・スラブ格子,ダイアモンド鎖など)についてもNMR等の測定を行った。まずはじめに、高磁場中でのプロトンやフッ素核のNMRができるよう新たなNMR用プローブを作成し、これと購入した高周波用スペクトロメータとを用いて信号を観測することができた。また、2次元かごめ格子反強磁性体であるm-MPYNN・BF_4のプロトンNMRを液体ヘリウム3を用いた約0.4Kまでの超低温域まで、いくつかの磁場において詳細な緩和率(1/T_1)測定を行い、ちょうどギャップのつぶれる磁場の値を特定した。それよりも高磁場側ではべき的振る舞い(1/T_1T^<-α>)が観測され、2次元系におけるギャップレス状態のスピンダイナミクスについて重要な知見を得つつある。さらに、磁化過程に現れるプラトーも一種のギャップ状態と考えられることから、ごく最近発見されたS=1/2擬2次元反強磁性体Cs_2CuBr_4の1/3磁化プラトーに着目し、プラトー領域(1415テスラ付近)前後における^<133>Cs核の核磁気共鳴実験に着手した。相互作用のエネルギー程度の温度域と相転移温度が比較的接近しているためにギャップレス状態における緩和率のべき的振る舞いを相転移に伴うcritical slowing downと区別することができなかったが、秩序状態において、不整合スピン構造を反映してスペクトルが粉末パターンを示し、プラトー領域ではそのパターンが劇的に消失するという大変顕著な結果が得られた。なお、本研究の主たる対象としていたF_5PNNは、試料の再現性と保存性に問題があることがわかり、現在までの所、サンプル提供のめどがたたない状態である。低温に向かって非磁性になるスピンギャップ系と同様に、磁化過程にプラトーを持つ場合もギャップがひらいた状態である。磁化過程に1/3-プラトーを持つS=1/2反強磁性体Cs_2CuBr_4について、昨年度プラトー領域の内と外とでスペクトルや緩和時間に明確な違いがあることを発見したが、今年度はさらに、ギャップがひらいてからとじるまでの全体について臨界現象に対する知見を得ることを目的として、磁場をパラメータとして^<133>Cs-NMRを行った。プラトー両端の整合-不整合転移近傍で2相共存状態が観測され、1次転移であることを初めて示した。さらに緩和率(1/T_1)の温度変化から、整合相ではギャップの存在を反映した熱活性型であるのに対して、不整合相ではギャップレス状態のスピン波による緩和が支配的であることを示唆した。さらに詳しい議論をするためにCu-NMRにも着手した。S=1とS=1/2がフェリ磁性的に結合した分子が2次元的に配列したBIPNNBNOの磁場中臨界状態(27T)について調べるために^1H-NMR実験に着手した。臨界磁場領域における緩和率の増大が5テスラ付近で極大を持つことから、TLL状態の実現が期待されることがわかった。また、ギャップレス状態の臨界状態を調べる上でS=1ボンド交替鎖Ni(333-tet)(μ-N_3)(ClO_4)は量子臨界点(交替比06)にあるギャップレス系であることから、本研究の目的に合致する。この錯体を含むシリーズを比較することで、^1H-NMRからギャップレス系の特異性を示唆した。さらに、本研究の目的の一つである相関の発達と秩序化の関係に関連して、フラストレート系(Ba_2Sn_2Ga_<10-7p>ZnCr_<7p>O_<22>,CsFeBr_3)についてもNMR等の測定を行った。

なお、温度コントローラの故障により、当初外国旅費を使用する予定であった分を、急遽、備品費に充てた。S=1とS=1/2からなるフェリ磁性分子が分子間相互作用によって2次元的なネットワークを形成しているスピンギャップ磁性体BIPNNBNOについて、昨年に引き続き^1H-NMR実験を推進した。臨界磁場領域(46テスラ)を含む広い磁場範囲で、液体ヘリウム3を用いた超低温域まで核磁気緩和率(1/T_1)の測定を行い、主に以下の2点を見出した。(1)臨界磁場領域の外ではギャップの存在を反映して熱活性型の振る舞いをみせる。(2)臨界磁場領域内では温度低下に伴って緩和率がわずかに増大し、一次元系のTomonaga-Luttinger液体(TLL)相で期待される温度のべき的な振る舞い(1/T_1T^<-α>)と類似性がある。理論面との整合性は明らかになっていないが、2次元系においてTLL状態に類似した振る舞いが期待されることがわかった。また、1次元ギャップ系として知られるS=1/2反強磁性はしご格子系の中で、ごく最近(CPA)_2CuBr_4はラダー方向に強い相互作用をもつ初めての現実物質であることが発見された。この^1H-NMRを行い、TLL状態に類似した振る舞いを観測した。また1次元性が強くなるためにギャップは小さくなるのに対してTLL相領域は高温まで広がる特徴があり、臨界状態を調べるのに都合がよいことを示唆した。また、ギャップレス状態の臨界状態を調べる上でS=1ボンド交替鎖Ni(333-tet)(μ-N_3)(ClO_4)は量子臨界点(交替比0.6)にあるギャップレス系であることから、本研究の目的に合致する。この錯体を含むシリーズについて^1H-NMRとμSR実験を行い、磁化率の折れ曲がりが見られる温度での秩序化を見出した。さらに、本研究の目的の一つである相関の発達と秩序化の関係に関連して、フラストレート系(かごめ格子,パイロクロア・スラブ格子,ダイアモンド鎖など)についてもNMR等の測定を行った。
石英系プレーナ光波回路特性向上のための高空間分解能診断技術の開発

1.ブリュアン増幅を利用した屈折率分布測定法の開発(1)誘導ブリュアン増幅の測定:パルスのポンプ光によって石英系導波路内でブリュアン増幅されたストークス光のパワー変化を同期検波する系を構築した。ポンプ光の繰り返しをf_P=200KHzにすることにより、長さ5cmの石英系導波路のブリュアン利得スペクトルが測定可能となり、スペクトルのピーク値とバックグランドレベルの比をS/N=43まで改善できた。(2)温度変調特性:シリンドリカルレンズを用いて約3mm長の導波路部分を照射する光学系を構築した。光テロダイン干渉計で石英系導波路の温度変化を直接観測した結果、繰り返しf_L=100Hz、デューテイ10%にて3mm長の導波路部分に約100度の温度変化を誘起できることが分かった。この温度変化によってブリュアン周波数は約100MHzシフトする筈なので、今回構築した照射系によってブリュアン利得をON/OFFするのに十分な温度変化を誘起できたと結論した。(3)ブリュアン利得スペクトルの高空間分解測定:f_P=200KHzのポンプ光パルスを石英系導波路に入射させながら3mm長の導波路部分にf_L=100Hzで炭酸ガスレーザ光を照射した。両光の周波数差を変化させながらストークス光パワー中のf_P+f_L成分を同期検波した結果、特定の光周波数差にて検波出力にピークが現れることを観測したが、再現性が悪く、現時点では照射部分のみのブリュアン利得スペクトルを抽出できたとの確信は得られていない。原因はレーザ照射によって導波路の伝播損失が数%変化したためであると考えられる。2.OLCRによる屈折率分布測定法の開発プローブの先端に1.5μm通過/1.3μm反射のARコートを施し、1.3μmレーザ光を効率よく反射させる系を構築したが、ARコートによってASE光のスペクトルが変化してしまい、1.5μm帯インターフェログラムが歪んでしまった。そこで、低コヒーレンス光干渉計に1.3μm帯用のバランス検波回路を導入し、レーザ光の強度雑音を相殺した。その結果、ARコートを施さずプローブ端での反射率が-60dBでも1。3μm帯ビート信号をS/N=100で発生させることに成功した。1.OLCRによる屈折率分布測定法の原理確認(1)構成:2×2光ファイバカプラ3台を用いて低コヒーレンスリフレクトメータ(OLCR)を構築した。ステージのスパンは20cmであり、長さ10cmの石英系光導波路からの反射分布を測定できる。(2)感度とS/N:最小反射率検出感度は検波バンド幅100Hzにおいて-110dBであり、ショット雑音限界よりも20dB以上高かった。その結果、後方レーリイ散乱光から得られるリフレクトグラムを検波したときのS/Nは約10に留まった。雑音解析の結果、当該雑音が導波路の入射/出射端面における-40dBの反射光と参照光間で発生するビート雑音であることが判明した。

今後は導波路端面を斜研磨して反射を20dB以上低減することで、ビート信号のS/Nを一桁以上向上させる。前記リフレクトグラムのサンプリングには、1.3μm帯DFBレーザ光から得られる参照ビート信号が必要である。端面反射率を斜研磨で低減させると参照ビート信号のS/Nが現状の100から10まで低減してしまい、クロックを高精度に発生できなくなる。そこで、プローブの先端に1.55μm通過/1.3μm反射のARコートを施しS/N=100を維持する。2.ブリュアン増幅測定による屈折率分布測定法の原理確認(1):既設備品およびロックインアンプ、LN位相変調器、2台の光カプラを用いてブリュアン利得測定システムを構築した。周波数200Hzデューテイ5%で強度変調された炭酸ガスレーザ光(平均パワー120mW)を照射して、石英系光導波路に温度変調を印加した。当初、平凸レンズでレーザ光を集光したため導波路表面が破壊されてしまった。そこでシリンドリカルレンズを用いて1.6mm長の導波路部を照射した結果、πラジアンの位相変化を安定的に誘起することに成功した。導波路部での屈折率の温度係数を考慮すれば、本変調により50°Cの温度変調(ブリュアン利得ピークを50MHzシフト)を長さ1.6mmの導波路に印加できたと結論した。(2)誘導ブリュアン測定:測定用の石英系導波路を通過したDFBレーザ光のパワー中の、上記変調周波数に同期した成分を検波した。光導波路の短面反射が-35dBと大きかったので、光導波路を伝播した光と短面反射した光が干渉して予期せぬ変調周波数成分発生してしまい、ブリュアン利得変化を測定する障害となった。今後は、端面を斜研磨して当該反射を低減し、温度変調により利得変化を測定する。1.ブリュアン増幅を利用した屈折率分布測法の原理確認(1)誘導ブリュアン増幅の測定:パルスのポンプ光によって石英系導波路内でブリュアン増幅されたストークス光のパワー変化を同期検波する系を構築した。しかしながら、両光の周波数差に関係なく、ストークス光のパワーは約0.1%強度変調され、これが導波路のブリュアン利得スペクトルを測定する妨げとなった。当初、導波路端面でのポンプ光の反射が原因と考え、端面を斜研磨した後に残留反射を幅5GHzの光バンドパスフィルターで除去したが、この強度変調を低減できなかった。さまざまな要因について検討した結果、ポンプ光が(石英系導波路とファイバ間の)屈折率補償液の温度を周期的に変化させることが原因であるとの結論に達した。この変化の減衰時間は約50μ秒であったので、ポンプ光の繰り返しをf_P=200KHzに設定することにより、当該強度変調を大幅に低減できた。その結果、長さ5cmの石英系導波路のブリュアン利得スペクトルが測定可能となり、スペクトルのピーク値とバックグランドレベルの比は、当初のS/N=1から43に改善できた。(2)温度変調特性:ヘテロダイン干渉計を構築し、炭酸ガスレーザ照射による石英系導波路の温度変化を位相変化として直接観測した。その結果、繰り返しf_L=100Hzでデューテイ10%でも長さ3mmの導波路部分に100度の温度変化を誘起できることが分かった。(3)ブリュアン利得スペクトルの高空間分解測定:f_P=200KHzのポンプ光パルスを石英系導波路に入射させながら3mmの導波路部分にf_L=100Hzで炭酸ガスレーザ光を照射した。
第三のイタリアの産地システムと地域経済活性化の国際比較

この研究の目的研究結果は次の通りである。1.第三のイタリアの産地システムがイタリア南部にどのように形成されているか。第三のイタリアの産地システム柔軟な専門化を特徴としてきた。しかしグローバリゼーションによって伝統的な産地システムは崩れつつあるが、新しい型のイノベーション、生活文化と一体となった生産システムとして新たな展開が始まっている。1990年代後半から、南部では中央政府主導型の南部対策に替わって地方政府主導型の地域開発政策が進められているが、その際、第三のイタリアの産地システムの導入を強く意識して進められている。2.イタリア南部における新しい開発組織と開発方法イタリア南部における新しい地域開発組織を代表しているのがPatto Territoriale(地域協定)であるが、州政府、県、自治体そして民間の連携によって、産地のインフラ整備,都市再生,中小ビジネス起業,雇用拡大など6つのアクションプランを進めて、地域経済活性化に貢献しようとしている。今回のイタリア南部実態調査は、ナポリ南部サレルノ県ノッチェーラ・インフェリオーレ市にある"サルノ・ノッチェーラ地域農業関連就業のための地域協定"を事例に行った。3.イタリア南部の産地システムとEUやアメリカのそれとの比較ヨーロッパでは、RDA(地域開発エイジェンシー)と総称される新しいタイプの組織が地域開発に大きなカを発揮している。この研究では、Patto Territorialeもその一つであることを実証した。また、ボストン周辺企業集積の実績分析を通じて、シリコンバレー地域とは異なった歴史的に密度の高い企業集積と人的ネットワークの地域特性を明らかにした。ヨーロッパやイタリア南部の新しいタイプの地域開発組織は、日本において新しい時代の新しいタイプの地域開発を進めていく上で、多くの示唆に富んでいると考えられる。第一に、G.ベカティーニを始めとする第三のイタリアの産地システムに関するこれまでの概念規定の整理の上に立って、1990年代以降のグローバリゼーションの進展にともなう第三のイタリアの産地システムの変容に関するヨーロッパにおける議論及びEUの産業停滞地域における産地システムの導入に関する議論をフォローする作業を行った。第二に、イタリア中部,南部及びアメリカの幾つかの産業集積地域の実態調査を通して、産地システムの現状と課題を明らかにする作業を行った。(1)イタリア南部との比較を念頭において、中部特に産地システムの典型地域であるボローニャの実態調査を通して、産地システムが単に産業としてのみならず、多様な市民的・ボランタリー的活動と結びつきながら、新たな展開を遂げつつあることを実証する作業を行った。(2)イタリアにおける伝統的な南部政策の終焉後、南部では新たな産業創出を目指して、中部の産地システムの導入が試みられつつあるが、カンパーニア州ナポリ市及びその近郊のノッチェーラ平原に位置する2つの都市の産地形成途上地域、プーリア州レッチェ県の産地のヒアリングを通して、その現状と課題及び適応可能性を実証する基礎作業を行った。(3)アメリカ・マサチューセッツ州ボストン市及びカリフォルニア州サンノゼ市(シリコンバレー)の実態調査を通して、産業集積のための様々なネットワーク形成の試みと課題を明らかにする基礎作業を行った。また、沖縄からの移民とこうした産業ネットワーク形成を事例に、国際的なネットワークと産業形成との関連性を実証する試みの作業も行った。本研究は、産業集積地域の一つの型を代表する中部イタリアの産地システム(distretti industriali)を主な対象に、EU地域政策との関連やマサチューセッツ州ボストンの産業集積地域の国際比較を行う2年間にわたる研究である。平成17年度は、16年度に収集した文献・資料を整理し、16年度にフィールドワーク出来なかった南部の産地と、さらに深める必要のある形成途上産地の調査などを行った。研究代表者の高原一隆と佐々木雅幸は、中部ボローニャの文化産業の新たな集積を調査し、南部ではプーリア州とバシリカータ州にまたがって立地する家具産業(特にレザーソファ)の集積待機の視察と調査を行った。

また、カンパーニャ州サレルノ県の「農業関連雇用のための地域協定」(いわば、地域づくり会社)を再度訪問し、前年度はこの組織の調査に留まっていたが、この組織と連携して起業したり立地した企業のヒアリングをするなど前年度の調査をより深めた。調査内容はテープに収録し、研究成果報告書に掲載する予定である。なお、こうした調査の成果の一部は、平成17年度の研究発表欄に掲載した。研究分担者の佐藤郁夫と奥田仁は、平成17年度にはフィールドワーク出来なかったが、前者は、16年度のボストン産業集積地域などの調査をふまえ、17年度研究発表欄に掲載した業績を著した。奥田は、16年度のEU諸国のフィールドワークと収集した資料に基づいた成果を準備中であり、研究成果報告書に掲載予定である。本年度の研究費は、主に上述のイタリア産地調査とそれに伴う経費を中心に使用した。
放線菌ストレプトミセス・グリセウスのA-ファクター制御カスケードの網羅的解明

放線菌Streptomycesgriseusの抗生物質生産と形態分化は、自身の生産する化学調節物質A-ファクターによりスィッチ・オンされる。本研究は、A-ファクター制御カスケード内の遺伝子を網羅的に解明することであり、本年度の成果は以下のようにまとめられる。1.S.griseusのゲノム配列決定に着手し、これまで約40,000サンプルにつき塩基配列決定を行った。アセンブリーと平行して、コスミドクローンの末端配列の解析を行っており、来年度中には全配列決定、遺伝子のアノテーシヨンを終了できる見込みである。2.A-ファクター制御下にある黄色色素(グリキサゾン)合成遺伝子群につき、A-ファクターシグナルを受容するシスエレメント領域を同定した。また、6個の転写単位を同定し、これら全てがA-ファクターおよび培地中のリン酸濃度に応答することを見出した。3.A-ファクターカスケード内の正の転写因子AdpAの標的遺伝子として新たにトリプシン型プロテアーゼ2種キモトリプシン型プロテアーゼ3種を見出し、A-ファクターによる転写制御様式、AdpAの結合塩基領域および遺伝子破壊による形態分化に及ぼす影響を検討した。4.A-ファクター制御カスケードとcross-talkを行うたんぱく質リン酸化系であるAfsK/AfsRにつき、TOF-MSを用いてリン酸化残基を決定した。現在同定されたアミノ酸残基に部位特異的変異を行い、最終確認を続行中である。
半教師付き距離学習によるオンラインデータ分類

距離学習は,ネット上のニュース記事のカテゴリ分けやショッピングサイトにおける商品の推薦など様々なデータを機械的に分類するアルゴリズムの構築に役立つ要素技術である.本研究では,この距離学習における問題点として,訓練データ獲得のための人的コストと学習に要する計算コストを取り上げ,これらを削減するための各種アルゴリズムを構築した.また,応用例として,外れ値検出システムによるネットワークトラフィックデータからの異常発見システムを構築した.本年度は,本課題の研究目的の2.「逐次更新可能な距離学習アルゴリズムの構築」に関する研究を主として行った.具体的には,計算コストの削減および制約ペアの取捨選択により効率的な距離学習の実行が可能なアルゴリズムの構築を行った.まず,制約ペアを取捨選択する方法について,1) Co-trainingに基づく制約の自動拡張と2) Baggingに基づく能動的な制約ペアの選択の2つの方法について検証した.1)のCo-trainingに基づく制約の自動拡張方法では,2種類の特徴集合を利用した制約付きのクラスタアンサンブルをベースとして,各データペアが同一クラスタになる確率の高いものをmustリンク制約として,確率の低いものをcannotリンク制約として自動的に追加する方法を提案した.また,2)のBaggingに基づく能動的な制約ペアの選択では,1)と同じくクラスタアンサンブルをベースとして,各データペアが同一クラスタにグループ化されるかされないかの不確かさをエントロピーによって表現し,その推測が困難なものを人手によるラベル付け対象データペアとして選択する方法を提案した.1)と2)それぞれの手法について,実験によりその効果を確認した.次に,計算コストを抑えた距離学習を行うため,Boostingベースのクラスタアンサンブルによる距離学習アルゴリズムを構築した.この方法では,AdaBoostアルゴリズムに基づいて,クラスタアンサンブルの各ステップで実行される制約付きK-meansでの制約充足順序を制御しながら全体として制約充足率の高い距離学習(カーネル行列の学習)を行うことができる.様々なデータを用いて実験を行った結果,本手法により従来手法と比較して計算コストおよび性能の両面において同等またはそれ以上の効果が得られることを確認した.最終年度は,本課題の研究目的2.「逐次更新可能な距離学習アルゴリズムの構築」および3.「実用システムへの応用展開」に関する研究を主として行った.研究目的2については,前年度に構築したBoostingとクラスタアンサンブルに基づく距離学習アルゴリズムに関する性能について,実験的検証を進め論文としてまとめるとともに,このアルゴリズムに基づく能動的制約選択アルゴリズムの構築も行った.本アルゴリズムは,先述の距離学習アルゴリズムにおけるBoostingの途中結果を利用している.Boosting過程においては,制約付きk-meansアルゴリズムによってクラスタが複数生成されるが,その過程において各データペアが同一または別クラスタに属する確率に違いが生じる.提案した能動的制約選択アルゴリズムでは,これをmustリンクまたはcannotリンクのどちらであるかを推定するのが難しいものに正解ラベルを与えるのがよいとするUncertainty Sampling仮説における曖昧性基準の計算に利用し,実験によりその有効性を示すことができた.研究目的3については,外れ値検出に基づくネットワークトラフィックデータからの異常発見を行うためのシステムを構築し,実データを用いた検証を行った.本システムでは,異常通信を行っている学内ホストの発見を目的とし,ネットワークトラフィックデータとしてファイアウォールログを用いることとした.収集されたファイアウォールログはプロトコル別に分別され,IPアドレス毎に16次元の特徴ベクトルを生成する.この特徴ベクトルを元に外れ値アルゴリズムを実行し,異常検出を行う.また,本システムではWebベースのユーザインタフェースを構築し,人が対話的にログ分析を行える環境を構築した.試験運用では,本システムを用いてP2P通信などを発見可能であることが確認できた.距離学習は,ネット上のニュース記事のカテゴリ分けやショッピングサイトにおける商品の推薦など様々なデータを機械的に分類するアルゴリズムの構築に役立つ要素技術である.本研究では,この距離学習における問題点として,訓練データ獲得のための人的コストと学習に要する計算コストを取り上げ,これらを削減するための各種アルゴリズムを構築した.また,応用例として,外れ値検出システムによるネットワークトラフィックデータからの異常発見システムを構築した.本年度は,当該テーマの研究課題である,制約ペアが少数しか利用できない場合における逐次更新可能な距離学習アルゴリズムの構築に向けて,1)ペアワイズ分類による制約集合の拡張方法,および,2)能動学習による期待効用の高い制約ペアの選択方法に関する研究を行った.まず,1)については,既知の制約集合を訓練データとしたペアワイズ分類学習を行うことにより,任意のデータペアに制約ラベルを割り当てる方法を提案した.この研究では,データペアを表現する特徴ベクトルの生成方法として,ペアを構成する2つのデータの元々の特徴ベクトルの各次元の差の絶対値を新しいベクトルの要素とする方法を提案した.また,この新しい特徴ベクトルとサポートベクトルマシンにより生成した判別器を用いてすべてのデータペアに制約ラベルを割り振り,その結果から制約付きクラスタリングを行った.実験結果からはいくつかのデータセットにおいて提案手法による効果が確認できた.次に,2)については,距離学習における制約選択を行うための戦略獲得を目的として,人が制約を逐次的に選択・追加し,その効果を対話的に確認しながら分類学習を行えるシステムを試作した.このシステムの目的は主に2つあり,1)データの近接性をGUIを通して視覚的に確認することができ,マウス操作によってデータペアに用意に制約を付与することができるようにすること,2)制約追加による分析結果を逐次的に確認することができる対話的環境の提供により,選択に関する戦略のヒントを得やすくさせることである.

この試作システムを用いた実験では,人間の制約選択行動を観察することにより,ランダム選択よりも良い選択を行うための戦略を獲得できる可能性があることが確認できた.本年度の研究計画は,研究目的の2.「逐次更新可能な距離学習アルゴリズムの構築」を行うため,距離学習における計算コストの問題と制約の取捨選択問題に取り組むことであった.具体的には,半正定値計画問題をベースとした計算コストが高く大規模データへの適用が難しい従来手法の改良またはそれに変わる新たな距離学習方法の構築と,制約集合から不要なものを除去し,期待効用の高いラベル付け対象制約候補を選別する方法を構築することである.先に示したように,本年度の実績として,制約の取捨選択問題については,Co-trainingを利用して制約集合を擬似的に拡張する方法やBaggingに基づいて期待効用の高い制約ペア候補を選択する方法を開発することができた.また,計算コストの問題については,制約付きK-meansとAdaboostに基づくカーネル行列の学習方法を開発することで,コストの高い最適化処理を行う既存手法に比べ,同等以上の性能をより低い計算コストで達成することができた.これらの方法の可能性については更に精査する必要があるが,基礎的な開発・検証は完了しており,今後その改良に取り組んでいくことで成果を積み重ねていくことができると考えている.以上のように,本年度までの研究計画はほぼ達成できており,研究全体としておおむね順調に進展していると判断した.本年度は,3つの主な研究目的の中の2つ,1)半教師付き距離学習アルゴリズムの構築と2)逐次更新可能な距離学習アルゴリズムの構築に関して研究を進めることができ,研究全体としておおむね順調に進展している.1)については,実用システムにおいて距離学習を利用する際に問題となる,利用可能な制約数が少数の場合における効率的な学習方法を提案することが目的となる.より具体的には,ア)既知の制約集合を近傍データへ伝播させる方法とイ)ペアワイズ分類を利用した擬似的な制約ペアの追加方法を提案することの2つの目的を掲げている.ア)については,既に基本アルゴリズムは構築済みであり,パラメータの調整方法などについて更に研究を進めている.また,イ)についても,研究実績の前半に記述したように基本アルゴリズムは構築済みであり,より広範囲なデータにおいてその効果を検証している.
RNA農薬開発に向けた昆虫のfeeding RNAiの機構解明

1.ブロッコリー葉片にdsRNAを塗布してミカンキイロアザミウマ幼虫に摂食させるリーフディスク法を確立し、パラフィルム法によりdsRNAを投与した場合と比較したところ、リーフディスク法でもパラフィルム法と同等の致死効果が得られた。吸汁性害虫では、葉の表面にdsRNAを散布してもほとんど摂取されないためにRNAiの効果が得られない場合があるが、アザミウマの場合はdsRNAを植物体の表面に散布しても摂取されることが示唆された。2.リーフディスク法を用いて、ミカンキイロアザミウマでfeeding RNAiによる殺虫効果を増幅させる効果のある遺伝子を探索した。その結果、前年度明らかになった消化管内でのdsRNAを分解する酵素であるdsRNaseに加え、細胞膜からのdsRNAの取込みに関与する遺伝子や、細胞内においてエンドソームからのdsRNAの脱出を阻害すると推定される遺伝子のdsRNAを神経ペプチド受容体遺伝子のdsRNAと同時に投与すると、feeding RNAiによる発育阻害効果が上昇することが確認された。特に、エンドソームからのdsRNAの脱出を阻害する遺伝子と神経ペプチド受容体遺伝子のdsRNAを同時に投与すると致死率は約70%まで上昇した。このことから、dsRNAのデリバリーを阻害する遺伝子を抑制することで、feeding RNAiで実用的な致死効果を得ることが期待された。3.トビイロウンカの発育制御に関与するsmall ORF遺伝子を同定した。この遺伝子を注射によるRNAiで抑制したところ、トビイロウンカ若虫はアポリシスがおこる前に死亡したことから、この遺伝子は脱皮ホルモン合成または脱皮ホルモン感受性の制御に関与することが示唆された。1.トビイロウンカを用いて二本鎖RNA(dsRNA)の摂食によるRNA干渉(feeding RNAi)に有効な標的組織を解明するため、神経ペプチドや生体アミンの膜受容体を中心に、約90個の遺伝子を標的として注射とfeedingによるRNAiで発育阻害に有効な遺伝子を探索した。その結果、農薬開発に有望なfeeding RNAiで発育阻害効果がある遺伝子を9個同定した。これらは主に脂肪体や消化管、マルピーギ管で発現する遺伝子であった。2.トビイロウンカを用いて、脱皮ホルモンや幼若ホルモンの生合成器官である前胸腺やアラタ体、脳などの中枢神経系で特異的に発現する遺伝子を標的としたfeeding RNAiの効果を解析した。これらの遺伝子は注射によるRNAiでは高い発育阻害効果を示したものの、feeding RNAiでは発育阻害効果は低かった。3.トビイロウンカで発育阻害効果のあった遺伝子について、RNAseqのデータを利用してアザミウマ類やコナジラミ、カメムシ類から相同遺伝子を同定した。また、一部の遺伝子についてはパラフィルム法によるfeeding RNAiスクリーニング系の確立を検討した。4.RNAiスクリーニングの過程で、体色の黒化という同じ表現型を示す神経ペプチド(Elevenin)遺伝子と膜受容体(NlA42)遺伝子を同定した。培養細胞を用いた発現機能解析により、EleveninがNlA42のリガンドであることが証明した。Eleveninは軟体動物や節足動物の一部に存在する神経ペプチドであるが、生理機能を解明したのはこれが初めてである。トビイロウンカを用いてfeeding RNAiが有効な遺伝子を同定し、どの組織で発現する組織がfeeding RNAiが効くのかについて絞りこみができている。1.トビイロウンカで体色の変化に関与する神経ペプチドeleveninおよびその受容体Nl-A42の発現器官を定量PCRを用いて解析し、eleveninは脳で強く発現する神経ペプチドであること、およびNl-A42は皮膚で発現することを明らかにした。このことから、eleveninが直接皮膚に作用して体色の制御に関与することが示された。また、トビイロウンカには翅型と体色の多型がみられるが、翅型に関与するインシュリン様ペプチドシグナルの作用と体色を制御するeleveninのシグナルは相互に独立して作用することが明らかになった。2.コウチュウ目やバッタ目等でfeeding RNAiの阻害要因と推定されている消化管内のヌクレアーゼであるdsRNaseをトビイロウンカから同定し、dsRNaseのdsRNAと膜受容体のdsRNAを同時にトビイロウンカに投与したところ、致死率が20%以上上昇した。このことから、トビイロウンカのfeeding RNAiの効率を高めるにはdsRNaseの抑制が効果的であることが示された。3.トビイロウンカのfeedingRNAiにより得られた情報を基に、10個の膜受容体遺伝子等についてミカンキイロアザミウマでfeeding RNAiの効果を解析した。その結果、標的遺伝子のdsRNA単独では効果が低かったが、dsRNase等のfeeding RNAiを阻害する要因である遺伝子のdsRNAを同時に投与するとfeeding RNAiの効果が上昇することが明らかになった。アザミウマ類でfeeding RNAiが有効な標的遺伝子およびRNAiの効率を高める方法が見いだされている。

2.リーフディスク法を用いて、ミカンキイロアザミウマでfeeding RNAiによる殺虫効果を増幅させる効果のある遺伝子を探索した。その結果、前年度明らかになった消化管内でのdsRNAを分解する酵素であるdsRNaseに加え、細胞膜からのdsRNAの取込みに関与する遺伝子や、細胞内においてエンドソームからのdsRNAの脱出を阻害すると推定される遺伝子のdsRNAを神経ペプチド受容体遺伝子のdsRNAと同時に投与すると、feeding RNAiによる発育阻害効果が上昇することが確認された。特に、エンドソームからのdsRNAの脱出を阻害する遺伝子と神経ペプチド受容体遺伝子のdsRNAを同時に投与すると致死率は約70%まで上昇した。このことから、dsRNAのデリバリーを阻害する遺伝子を抑制することで、feeding RNAiで実用的な致死効果を得ることが期待された。3.トビイロウンカの発育制御に関与するsmall ORF遺伝子を同定した。この遺伝子を注射によるRNAiで抑制したところ、トビイロウンカ若虫はアポリシスがおこる前に死亡したことから、この遺伝子は脱皮ホルモン合成または脱皮ホルモン感受性の制御に関与することが示唆された。引き続きトビイロウンカを用いてfeeding RNAiにより実際に標的器官における遺伝子発現が抑制されることを定量PCRで確認を進めるとともに、トビイロウンカで得られたデータを応用して、アザミウマ類やカメムシ類でfeeding RNAiが有効な遺伝子を探索する。トビイロウンカとアザミウマ類でfeeding RNAiが有効な標的遺伝子の発現器官を比較するとともに、feeding RNAiの阻害要因となる遺伝子の探索を進め、昆虫で共通したfeeding RNAiの機構を解明する。物品購入時の見積もり額と、実際の購入額との差額。トビイロウンカの飼育に支障が生じ、論文作成に必要なとりまとめ実験ができなかったため。今年度はトビイロウンカを用いたRNAi実験のための試薬に使用する。実験に必要な試薬(dsRNA合成キット)を購入予定。
直噴式ディーゼル機関のエンジン性能、排出ガス特性の改善が可能な噴射ノズルの開発

実機に使用されている直噴式ディーゼル噴射ノズルは、同一噴孔径の噴孔が複数本、鉛直下方、斜め方向に不規則に空けられている。そのため、噴霧の微粒化状態、噴霧先端到達距離(噴霧の貫徹力)が異なり、燃焼室内において、不均質な噴霧が形成され、燃焼特性、排出ガス特性に影響を及ぼしている。本研究は、単孔ホールノズルの噴孔部のみを改良し、同一面上に分割した複数本(4本)の噴孔から噴射させる多噴孔微粒化促進ノズルを開発してきた。ノズルの設計、測定の効率化から、主に大気圧雰囲気下における定常噴射実験により、噴霧特性、流量特性を測定し、本研究の目的を達成する諸元のノズルを見出し、実機とほぼ同じ雰囲気密度下において、間欠噴射時における噴霧の評価を行った。不具合が生じていた間欠噴射装置、噴射弁は、申請書に対処方法として挙げていたとおり、有識者[FCデザイン(株)]の教示により、平成27年度に一新し、稼働確認、測定結果の信ぴょう性の確認も終えており、主に間欠噴射実験を行い、設計したノズルの評価を行った。その結果、実機シリンダ内に噴射した際、支障がない噴霧先端到達距離が得られ、これまでに設計したノズルよりも噴霧半径方向に大きく広がる噴霧(市販のノズルの約3倍)が得られた。また、平成27年度後半に導入したコモンレール式多段燃料噴射装置を既存のエンジンに装着し、エンジンの回転数を約2000 rpm、燃料の噴射圧、噴射期間および噴射タイミングをそれぞれ120 MPa、0.510 msおよび710°に固定し、負荷を全負荷から、1/4負荷ずつ変化させた時の主なエンジン性能項目を測定した。その結果、3/4負荷時に正味熱効率が最も高く(20数%)、燃料消費率が最も低く(約400 g/kW・h)なった。なお、正味熱効率が20数%であり、実機よりも低いため、燃料の噴射パターン等を変化させ、改良する必要がある。これまでに設計、開発してきた噴射ノズルよりも、改良するべき項目(噴霧粒径、噴霧の均質性)を目標に近づけるための研究は、ほぼ計画通りに進んでいる。また、実機の噴射圧、雰囲気圧とほぼ同じ条件下における研究も、一新した間欠噴射装置、噴射弁が良好に稼働しているため、予定以上のノズル諸元の実験ができており、噴霧特性の改善の判断に貢献している。実機に取り付けられている市販の噴射弁の代わりに、本研究で設計、開発した良好な噴霧特性が得られるノズルを装着し、エンジンに装着してエンジン性能試験を実施する計画であったが、高圧間欠噴射実験時から、ノズルの強度の問題が浮上したため、有識者による材料面、製作の可否の検討に時間を要し、当初の計画よりも、若干遅れている。燃焼に適していると思われる最適なノズルの幾何学形状・寸法の燃料噴射ノズル(微粒化促進ノズル)の設計は、平成28年度中にほぼ終えているが、今後の研究の推進方策として、以下のとおり実施していく。1.エンジン性能試験と並行して、考え得る形状・寸法のノズルの噴霧特性の測定、常温・高圧雰囲気下における間欠噴射実験を行う。2.正味熱効率が一般的な直噴式ディーゼル機関よりも低いため、燃料噴射回数、燃料噴射時期、燃料噴射期間を変化させ、エンジン性能特性に及ぼす影響を調べる。なお、平成29年度より、配属先異動に伴い、申請書の「研究計画の概要と研究体制」に記していた学生が配属されなくなり、研究代表者一名になったため、同一県内の研究機関、不測の事態における協力企業に研究補助を依頼する等、研究体制を見直す。実機の高圧噴射に耐え得る材質の確定、噴射ノズルの諸寸法を強度上、設計変更が可能になりましたら、当初の予定通り、既設のインジェクタの改造費の一部に補てんする予定です。ディーゼル機関の燃料噴射技術の改善を主として、1燃焼特性、2エンジン性能特性、3排出ガス特性の改善を実現するために、燃料が燃焼する前の噴霧特性を大幅に改善でき、高分散噴霧(噴霧半径方向に幅広く分散する噴霧)が得られる噴射ノズルを開発を進めている。本研究テーマにて申請する前に、各ノズル噴孔を傾斜させた斬新なアイデアのノズルを用い、噴霧の広がり(噴霧角)が約60°から70°(市販のインジェクタの噴霧角は、約10°から20°)得られ、圧力霧化式噴射ノズルにおいて考えられない噴射ノズルを設計した。現状において、改良の価値があるため、さらに小さな平均粒径(数μmから10μm)が得られ、均質な噴霧液滴が生成されるノズルの最適形状・寸法を調べている。また、実機とほぼ同じ雰囲気密度(常温・高圧雰囲気)下において、噴霧が広く分散し、噴霧の貫徹力(噴射軸方向に突き進む力)も重要になるため、間欠噴噴射行っている最中に不具合が生じ、代替品の準備のため、2016年度(平成28年度)にインジェクタの追加工を依頼し、設計したノズルプレートを装着できるように段取りを終えている。並行して、基準データとして2015年(平成27年)12月に納品したコモンレール多段燃料噴射装置を既存のエンジンに装着、設置し、これを用いた試運転、エンジンの稼働を行い、市販の噴射弁(エンジンに既設)を装着した状態において、負荷を変化させ、エンジン性能試験項目の測定確認をした。採択の初年度に大形装置を導入することにしており、初年度は、申請機器、装置の納期が当該年度の後半以降になることが多く、今回も、12月上旬であった。

既存の装置を改良し、申請した装置を取り付け、試運転を実施し、問題なく、仕様どおりの性能であった。大形装置の納品前は、当初の計画どおり、本予算申請をする前に、試作設計した噴射ノズルの噴霧特性を調べている。当該年度は、上半期にこの結果を踏まえて、噴射ノズルの最適形状・寸法を決定し、実機とほぼ同じ雰囲気密度にした常温・高圧雰囲気下において、間欠噴射して噴霧の広がり、噴霧先端の到達距離を調べ、設計→実験、測定→検証(フィードバック:再検討→設計→実験、測定→検証)を行った。当該年度の後半の時期に、間欠噴射装置が稼働しなくなり、現有する間欠噴射システム装置を一新し、作動確認を終えた。また、ほぼ同型のインジェクタを購入し、作動確認を終え、2016年度(平成28年度)早々に、インジェクタの先端部の追加工を施し、測定を再開する。実機に使用されている直噴式ディーゼル噴射ノズルは、同一噴孔径の噴孔が複数本、鉛直下方、斜め方向に不規則に空けられている。そのため、噴霧の微粒化状態、噴霧先端到達距離(噴霧の貫徹力)が異なり、燃焼室内において、不均質な噴霧が形成され、燃焼特性、排出ガス特性に影響を及ぼしている。本研究は、単孔ホールノズルの噴孔部のみを改良し、同一面上に分割した複数本(4本)の噴孔から噴射させる多噴孔微粒化促進ノズルを開発してきた。ノズルの設計、測定の効率化から、主に大気圧雰囲気下における定常噴射実験により、噴霧特性、流量特性を測定し、本研究の目的を達成する諸元のノズルを見出し、実機とほぼ同じ雰囲気密度下において、間欠噴射時における噴霧の評価を行った。不具合が生じていた間欠噴射装置、噴射弁は、申請書に対処方法として挙げていたとおり、有識者[FCデザイン(株)]の教示により、平成27年度に一新し、稼働確認、測定結果の信ぴょう性の確認も終えており、主に間欠噴射実験を行い、設計したノズルの評価を行った。その結果、実機シリンダ内に噴射した際、支障がない噴霧先端到達距離が得られ、これまでに設計したノズルよりも噴霧半径方向に大きく広がる噴霧(市販のノズルの約3倍)が得られた。また、平成27年度後半に導入したコモンレール式多段燃料噴射装置を既存のエンジンに装着し、エンジンの回転数を約2000 rpm、燃料の噴射圧、噴射期間および噴射タイミングをそれぞれ120 MPa、0.510 msおよび710°に固定し、負荷を全負荷から、1/4負荷ずつ変化させた時の主なエンジン性能項目を測定した。その結果、3/4負荷時に正味熱効率が最も高く(20数%)、燃料消費率が最も低く(約400 g/kW・h)なった。なお、正味熱効率が20数%であり、実機よりも低いため、燃料の噴射パターン等を変化させ、改良する必要がある。これまでに設計、開発してきた噴射ノズルよりも、改良するべき項目(噴霧粒径、噴霧の均質性)を目標に近づけるための研究は、ほぼ計画通りに進んでいる。また、実機の噴射圧、雰囲気圧とほぼ同じ条件下における研究も、一新した間欠噴射装置、噴射弁が良好に稼働しているため、予定以上のノズル諸元の実験ができており、噴霧特性の改善の判断に貢献している。実機に取り付けられている市販の噴射弁の代わりに、本研究で設計、開発した良好な噴霧特性が得られるノズルを装着し、エンジンに装着してエンジン性能試験を実施する計画であったが、高圧間欠噴射実験時から、ノズルの強度の問題が浮上したため、有識者による材料面、製作の可否の検討に時間を要し、当初の計画よりも、若干遅れている。1.常温・高圧雰囲気下において、現有ノズルよりもさらに高分散噴霧が得られるノズルの設計を並行して行い、間欠噴霧の微粒化状態を調べる。
アクロレインによる細胞障害の分子機構解明及び臨床応用への展開

細胞増殖必須因子であるポリアミンは蛋白質合成を促進することで細胞増殖を促進するが、酸化酵素により分解されると、毒性の高いアクロレイン及び過酸化水素を産生する。これまで脳梗塞の診断はMRI、CT等の画像診断に依存しており、有用なバイオマーカーは存在しなかった。申請者は脳梗塞のバイオマーカーとしてアクロレインが非常に優れていることを提唱および実証し、またアクロレイン除去作用を示す化合物に脳機能改善効果があることを見出した。本研究ではアクロレインの細胞毒性機構の分子レベルでの解明を遂行した。1.細胞をアクロレインに曝露した際、アクロレイン化される蛋白質としてグリセルアルデヒド-3-リン酸脱水素酵素(GAPDH)及びビメンチンを同定した。今年度はGAPDHについて詳細に解析を行い、GAPDHの活性中心であるシステインにアクロレインが付加することで、GAPDHの活性を低下させていることを見出した。また、アクロレイン化したGAPDHは核へ移行し、転写因子として働くこと、さらにTUNELアッセイの結果、アポトーシスが誘導されていることが明らかとなった。以上の結果から、アクロレイン添加により、GAPDHがアクロレイン化することがシグナルとなり、細胞増殖を抑制する一因であることを明らかにした。2.アクロレイン添加により変動する遺伝子を定量PCRにより解析したところ、老化抑制に関連する遺伝子の発現が抑制されることを見出した。また、培養細胞に紫外線(UV-B)を照射することにより、アクロレイン化蛋白質が変動することを見出した。これらの現象は、アクロレインが細胞の老化現象の一因となる可能性を示唆している。
フラボノイドが誘導するHO‐1を介した急性肺障害の新規治療法開発の基礎的検討

急性肺損傷/急性呼吸促迫症候群(ALI/ARDS)は肺内に過剰に集積した好中球による組織破壊が主たる病態であり、晩期には線維増殖も起こり、依然として薬物療法は確立していない。本研究ではHO-1の活性化能を指標として天然に存在する各種フラボノイドを用いたALI/ARDSに対する最初の薬物療法の開発を目指し、その基礎的検討を行った。その結果、フラボノイドのひとつであるケルセチンは転写因子Nrf2-HO-1の系を活性化させ肺傷害を抑制することが明らかとなった。予備実験で確認していたフラボノイドが活性酸素による肺胞上皮の傷害や膠原線維の増生を抑制する機序について確実にした。具体的に実施した研究はまずケルセチンによるHO-1誘導能ならびに細胞保護作用についてin vitroで検討した。肺胞上皮細胞株および線維芽細胞についてケルセチンによるHO-1誘導能を明らかにした。次にケルセチンの組織・細胞保護作用については線維芽細胞を用いてTGF-βによる膠原線維産生についてリアルタイムPCR法にてmRNAレベルならびにSircolアッセイによりタンパク質レベルで検討し、ケルセチンはTGF-βによる膠原線維産生をmRNAならびにタンパク質レベルで抑制することを明らかにした。このケルセチンによる膠原線維抑制効果の機序が細胞内シグナル伝達系に及ぼしている影響を検討した。TGF-βシグナル伝達のSmadの系およびnon-Smadの系の主たるMAPKの系のリン酸化をみたが、Smadのリン酸化にたいしてケルセチンは影響を持たなかった。しかしケルセチンはERKおよびJNKのリン酸化の著明に亢進し、阻害剤を使用して調べたが、関連は認められなかった。ケルセチンの抗原線維発現抑制の機序についてはSmadおよびMAPKの系以外のシグナル伝達の系であると考えられた。さらにケルセチンによるHO-1誘導における転写因子nuclear factor-erythroid 2 related factor 2(Nrf2)の関与について免疫染色法によりNrf2の核内移行を確認しNrf-2の関与の傍証を得た。同様の検討はヒトの肺線維芽細胞においても検討した。以上については米国胸部疾患学会雑誌Am J Respir Cell Mol Biol.の2011年5月号(44巻:614-20)に掲載されました。本研究の目的はHO-1の活性化能を指標として天然に存在する各種フラボノイドを用いたALI/ARDSに対する最初の薬物療法の開発を目指し、その基礎的検討を行うことである。平成23年度ではケルセチンの組織・細胞保護作用について肺胞上皮細胞株を用いて検討した。実際のALI/ARDSの病態では肺胞内に浸出した好中球や活性化された肺胞マクロファージからの活性酸素種が傷害を及ぼす大きな要因であると考え、H_2O_2曝露による細胞の傷害に対するフラボノイドの抑制効果を検討した。具体的にはまずケルセチンが肺胞上皮細胞においてHO-1を誘導することを確認した。さらに、HO-1誘導に重要な転写因子nuclear factor-erythroid 2 related factor 2 (Nrf2)の関与についてケルセチンによるNrf2の核内移行を免疫染色法により確認した。また、ケルセチンはERKおよびJNKのリン酸化を亢進させることを明らかにした。ケルセチンはH_2O_2曝露により起こるアポトーシスを抑制し、これらの抑制はHO-1を介していることも明らかにした。以上の研究結果ついてはBiochem. Biophys. Res. Commun.の2012年1月号(417巻:169-74)に報告した。また、実際にALI/ARDSについてin vivoの系でケルセチンの効果を確認するために、ALI/ARDSモデルマウスを作製し、肺のwet lung-to-body weight ratio、H&E染色による病理組織所見の炎症の重症度を確認し、モデルマウス作製の系を確立した。前年度に検討した肺胞上皮細胞株を用いてのケルセチンの組織

・細胞保護作用に加え、本年度は実際のALI/ARDSの病態でも問題となる活性化肺胞マクロファージに対するケルセチンの効果について、肺胞マクロファージ細胞株ならびにBAL(気管支肺洗浄)により得た肺胞マクロファージをex vivoで検討した。いずれの肺胞マクロファージでもmRNAレベルで細胞保護作用に関わるheme oxygenase-1(HO-1)の誘導がみられた。平成24年度では実際にin vivoの系でALI/ARDSに対するケルセチンの効果を確認するために、まず吸入や点鼻、気管内投与などの投与法による組織保護効果を、HO-1誘導能や気管支肺胞洗浄液中の肺内細胞分画、TNFαをはじめとするサイトカインの発現抑制能により検討し、この結果をもとに、LPSの気管内投与によるALI/ARDSモデルマウスを作製し、肺傷害の改善が見られるか検討した。生体で観察されるケルセチンの組織保護作用は決して強いものではなかったが、LPSによる肺傷害に対して肺のwet lung-to-body weightratioやIL-6産生においてどうにか有意差をもって、傷害の進行を抑えていた。本研究で用いたケルセチンによるALI/ARDSの肺傷害抑制効果は決して強いものではなかったが、異なるフラボノイドが薬物治療候補となる可能性は十分に考えられ、今後も検討する予定である。フラボノイドによるHO-1を介した生体での肺抑制効果を検討する上で、まず肺組織を細胞レベルで検討し、初年度は肺線維芽細胞を用いてフラボノイドの細胞保護作用、HO-1議導機序を検討し.Am J Respir Cell Mol Biol.に報告した。今年度はさらに病変の主座となる肺上皮細胞について精査し、Biochem.Biophys.Res.Commun.に報告した。これらの知見をもとにして、来年度は生体で検討でき、以上のことからおおむね順調に進展していると判断した。24年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度では実際にALI/ARDSについてin vivoの系でケルセチンの効果を確認する。具体的にはALI/ARDSモデルマウスを作製しケルセチン投与の有無により肺傷害の改善が見られるか検討する。評価項目は肺のwetlung-to-bodyweightratio、H&E染色による病理組織所見の炎症の重症度、気管支肺胞洗浄液中の細胞分画(特に好中球、マクロファージ)およびサイトカイン量、また肺機能についても測定し検討する。ケルセチンの投与方法も重要な検討課題であり、経口ならびに経気道的投与法を検討し実際にALI/ARDS症例に用いる際の具体的な方法を探索する。また可能なら吸収や生体内代謝に相違が生じる配塘体も用いて薬物治療候補となったフラボノイドによるALI/ARDSの肺傷害抑制効果を検討する。