hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
革新的組換えアデノウイルスの開発と疾病治療・予防・診断への応用

研究成果の概要(和文):本研究では、我々が先駆的に開発を進めてきたアデノウイルス(Ad)ベクター改変技術やマイクロRNAによる遺伝子発現制御技術を駆使して、遺伝子治療やワクチン、癌の診断等に利用可能な革新的な組換えAdの開発とその応用を進めた。具体的には、ゲノム編集を目的としたCas9発現Adベクター、Adベクターワクチンを全身投与した場合の粘膜面でのCTL誘導のメカニズム解明、末梢循環腫瘍細胞(CTC)を高感度に検出可能なGFP発現制限増殖型Adの改良を行い、良好な結果を得た。本研究では、我々が先駆的に開発を進めてきたアデノウイルス(Ad)ベクター改変技術やマイクロRNA(miRNA)による遺伝子発現制御技術を駆使して、遺伝子治療やワクチン、癌の診断等に利用可能な革新的な組換えAdの開発とその応用を進めている。H26年度は以下の成果を得た。1.ゲノム編集技術として注目されているCRISPR/Cas9システムを搭載したAdベクターの開発を進めた結果、Cas9発現Adベクターはウイルス複製中のCas9発現のために、ベクターを得ることができないことが判明した。そこで、ウイルス複製中はCas9発現を抑制できるベクター系の作製を開始した。2.Adベクターのワクチン効果向上を目指し、Adベクター投与後の獲得免疫応答誘導メカニズムについて、自然免疫活性化の観点から種々の検討を行った。その結果、Adベクター投与後にType I IFNシグナル依存的に発現上昇するIL-6によって、ヘルパーT細胞亜集団のTh17が誘導され、粘膜面での抗原特異的な細胞傷害性T細胞の誘導を促進している可能性を明らかにした。3.新しい癌の診断法として注目されている末梢循環腫瘍細胞(CTC)を感度良く正確に検出できる新規Adとして、(i)E3欠損領域へのGFP発現カセットの挿入、(ii)癌細胞特異的なhTERTプロモーター制御下にE1遺伝子を挿入することで癌細胞特異的なAd増殖能の付与、(iii)ほとんど全てのヒト細胞で発現がみられるCD46を認識する35型Adのファイバータンパク質の付与、(iv)血液細胞でのAd複製を抑制するために、血液細胞特異的miRNAであるmiR-142-3pの標的配列をE1およびGFP遺伝子の3'非翻訳領域に挿入した改良型Adを作製し、その特性を詳細に解析した。また、本系の更なる改良に向けて、miRNAとAd複製に関するメカニズム解析を行った。H27年度は以下の成果を得た。1.これまでに研究で、ゲノム編集のためのCas9発現Adベクターは、ウイルス複製中のCas9発現のために、ベクターを得ることができないことが判明した。そこで、テトラサイクリンの遺伝子発現制御系を付与して、ウイルス複製中はCas9発現を抑制できるベクター系を開発し、Cas9発現Adベクターの作製に成功した。その結果、Adベクター投与によって、ヘルパーT細胞亜集団のTh17が誘導されている可能性を明らかにした。さらに、そのTh17誘導がType I IFNシグナル依存的である可能性も明らかにした。3.開発した新規CTC検出用Adの有用性を癌患者の臨床検体を用いて検討を進めた。その結果、本研究で改良に成功した新規CTC検出用Adでは偽陽性の出現を劇的に抑制可能であることが示された。さらに本Adの応用に向けて、ウイルスタイターを増やすための検討を進めている。1.テトラサイクリンの遺伝子発現制御系(Tet-Offシステム)を用いることで、十分な力価のCas9発現Adベクターの作製に成功した。作製したCas9発現AdベクターとgRNA発現Adベクターを培養細胞に共作用させたところ、標的ゲノム配列の2030%が切断されていた。またシークエンス解析により、標的ゲノム配列に変異が導入されていることを確認した。以上より、CRISPR/Cas9システム搭載Adベクターは、高効率なゲノム編集に向けて有用な基盤技術となりうることが示唆された。2.AdベクターによるTh17誘導能に関して、種々の検討を行った。Th17分化に重要なIL-6やTh17の生存に重要なIL-23の発現について検討したところ、Adベクター投与後のそれらのmRNAの発現は、Type I IFNシグナル依存的であることを明らかにした。また、in vitroの検討から、Adベクターを感染させた樹状細胞は、ナイーブT細胞からTh17へと誘導する能力が高いことを明らかにした。以上のように、当初の計画どおりAdベクターのTh17誘導能について解析を行い、重要な知見を得ている。3.非小細胞性肺癌患者より採取した血液細胞に、作製した新規CTC検出用Adを作用させ、GFP陽性細胞の出現を評価した。従来型CTC検出用Adを作用させた場合には、平均すると500を超えるGFP陽性細胞が検出されたが、それらのほとんどはCD45陽性の血液細胞であり、従来型Adを用いた場合には血液細胞におけるGFP発現を抑制できないことが示された。一方で新規CTC検出用Adを用いた場合には、1サンプルあたり2.7個のGFP陽性細胞が検出され、その約43%がCD45陰性であったことから、CTCを効率よく検出可能であることが示唆された。

本研究では、我々が先駆的に開発を進めてきたアデノウイルス(Ad)ベクター改変技術やマイクロRNA(miRNA)による遺伝子発現制御技術を駆使して、遺伝子治療やワクチン、癌の診断等に利用可能な革新的な組換えAdの開発とその応用を進めている。H28年度は以下の成果を得た。1.テトラサイクリンの遺伝子発現制御系(Tet-Offシステム)を用いて作製したCas9発現AdベクターとgRNA発現Adベクターを培養細胞に共作用させたところ、標的ゲノム配列の1530%が切断され、さらにAdベクターをマウスへ尾静脈内投与してマウス肝臓でのゲノム編集効率を検討したところ、約20%のマウス肝細胞のターゲット遺伝子で変異が生じていることをシークエンス解析等で確認した。従って、CRISPR/Cas9システム搭載Adベクターは、高効率なゲノム編集に向けて有用な基盤技術となりうることが示唆された。2.Adベクターのワクチン効果向上を目指し、Adベクター投与後の獲得免疫応答誘導メカニズムについて、自然免疫活性化の観点から種々の検討を行った。その結果、Adベクター投与後のTh17誘導に、炎症性樹状細胞が関与している可能性を明らかにした。さらに、Adベクター投与後の所属リンパ節における炎症性樹状細胞の増加がType I IFNシグナル依存的であることも明らかにした。3.本研究で新規に開発したCTC(Circulating Tumor Cells;血中循環腫瘍細胞)検出用Adのひとつの問題点として、従来のCTC検出用Adと比べ若干GFP発現強度が低く、生物学的タイター/物理学的タイターが低い傾向にあった。そこで、GFPカセットの位置等を変更した組換えAdを作製し、上記問題の克服が可能か否かを検討した。その結果、GFPカセットをE1領域に挿入することでGFP発現強度の増強が可能になった。研究成果の概要(和文):本研究では、我々が先駆的に開発を進めてきたアデノウイルス(Ad)ベクター改変技術やマイクロRNAによる遺伝子発現制御技術を駆使して、遺伝子治療やワクチン、癌の診断等に利用可能な革新的な組換えAdの開発とその応用を進めた。具体的には、ゲノム編集を目的としたCas9発現Adベクター、Adベクターワクチンを全身投与した場合の粘膜面でのCTL誘導のメカニズム解明、末梢循環腫瘍細胞(CTC)を高感度に検出可能なGFP発現制限増殖型Adの改良を行い、良好な結果を得た。1.Cas9発現Adベクターが得られないことは当初の予想通りであり、テトラサイクリンの遺伝子発現制御系を付与したAdベクターにCas9発現カセットを搭載させることにした。即ち、Adベクター複製中はCas9発現を抑制させ、ゲノム編集技術を行うときだけ、Cas9発現を誘導できるベクター系の開発を現在行っており、当初の計画通り研究は進んでいる。なお、本系ではテトラサイクリンの遺伝子発現制御系を単一のAdベクターに搭載しており(我々が以前に開発済み)、その汎用性は極めて高い。2.Adベクターの体内分布について検討し、大腿四頭筋への投与後初期では筋肉内や鼠径部リンパ節に多く分布していることを明らかにした。また、Adベクター投与8時間後の鼠径部
人間を超える囲碁ＡＩの研究

Google傘下のDeepMind社が作ったAlphaGoによって「人間を超える囲碁AI」という目標は達成されてしまった。AlphaGoは2016年末2017年初めにかけて、Masterという名前で世界トッププロを相手にインターネット対局場で60勝0敗という結果を残し、もはや人間プレイヤーにはほぼ勝ち目のない域に達してしまったことを示した。加えて、本研究で取り組んで来た「Simulation Adjusting」については、理論の見直し、幾度もの実験を行ったが、有意性のある実験結果を出すことが出来なかった。そのため、理論のみをICGAジャーナルに投稿中であるが、この2年間に目標としていた成果どころか、実用的な成果を出せなかったため、本研究自体は失敗に終わったと言わざるを得ない。しかし、AlphaGoによってDCNN(Deep Convolutional Neural Network)の囲碁における有効性が示された後、本研究と並行して行った「CNN(Convolutional Neural Network)を用いた囲碁における一局の棋譜からの棋力推定」は一定の成果を収めることが出来た。AlphaGoの登場以降も囲碁AIは強さを求めるものが殆どであるが、そのような中で強さを求める以外の(D)CNNの用途の可能性を示すことが出来た。この研究については、情報処理学会論文誌に採録された。そのため、当初とは予定が大幅に変わってしまったが、我々の研究は一定の社会貢献に成功したと言える。また、博士論文としてこれまでの研究をまとめ、審査を受け、博士号を取得することが出来た。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の中心であるSimulation Adjustingを安定動作させるまでに予定よりかなり時間がかかってしまったが、ようやくジャーナル論文を投稿する目処がついた(2016年4月時点)。Simulation Adjustingの研究の遅れにより、博士号取得も出来なかったが、今年度中には取得する予定である。また、GoogleのDeepMindチームが作ったAlphaGoが人間トップ棋士に勝ち越してしまい、本研究の当初の目的である「人間を超える」という目標は、DeepMindチームが先に達成してしまったこととなる。AlphaGo登場前から少しずつ、「囲碁にはDeep Learningが有効」ということが分かり始めており、AlphaGoもDeep Learningをフルに使ったものである。このような流れを受けて、我々もDeep Learningを使った様々な実験に取り組んでおり、2016年2月に情報処理学会論文誌のゲーム情報学特集号に「畳み込みニューラルネットワークを用いた囲碁における着手からの棋力推定」という論文を投稿した。なお、UEC杯の順位は10位と、昨年より落としてしまった。理由は2点ある。一つは論文執筆が忙しく、プログラムの強化に時間を割けなかったこと、もう一つは、他のチームがDeep Learningを本格的に導入しており、全体のレベルが昨年よりかなり上がったことである。私のプログラムも強くはなったのであるが、囲碁AIの世界の全体的なスピードには追いつけなかった。時間はかかってしまっているが、Simulation Adjustingが形になったという面から見て、研究には進捗があったと言える。また、Simulation Adjusting以外にもDeep Learning関係の論文を一つ投稿できたので、全体としては進捗があったと言える。やはり、囲碁をやるからには、Deep Learningを導入しなければならないと考えている。Simulation AdjustingにそのままDeep Learningを組み込むことは速度の面から出来ないので、Simulation Adjusting以外の手法に切り替えるべきか指導教員の方々と相談中である。
フレネル変換データ内挿法を用いた単一受信コイル系高速MRIの開発

位相拡散フーリエ法で収集データ数を減らすことによりデータ収集時間を短縮し、ポスト処理的にフレネル変換信号に変換、データ内挿してエイリアスレス画像を得る高速MRIの基礎的開発研究を行い、1/2のデータ収集の場合であれば、ほぼ完全にエイリアスのない画像が再構成できること、多少分解能が低下することを容認すれば4倍高速化まで可能であること等を明らかにした。位相拡散フーリエ法で収集データ数を減らすことによりデータ収集時間を短縮し、ポスト処理的にエイリアスレス画像を得る高速MRIの基礎的開発研究として以下の諸検討を行った。・MR画像を用いた数値シミュレーションにより、位相拡散フーリエ法信号から生成したフレネル換データを内挿多項式によりデータ内挿する場合について、内挿精度の位相拡散パラメータと分解能との関係を調べ、内挿精度が最も高くなるパラメータ値があることを明らかにした。最適な位相拡散パラメータ近傍では、多くのMR画像について、データ数を半分にしても再構成像の残留エイリアスは僅かであることを確かめた。・多項式では完全にはデータ内挿ができないため、僅かではあるが、エイリアスが残留する。このエイリアスを除去するため、超解像法として知られるGerchberg反復法を修正した方法により、粗いサンプリングの位相拡散フーリエ法信号の内挿を行うことを検討し、1/2のデータ収集の場合であれば、ほぼ完全にエイリアスのない画像が再構成できることを明らかにした。これらの結果により、2倍の高速化はほぼ実現可能であることが明らかになった。・現有の0.018テスラ超低磁界位相拡散フーリエMRIを用いて野菜、果物、卵などを試料として撮像実験を行い、多少分解能が低下することを容認すれば4倍高速化までは可能であることを確かめた。・これらと並行してNMR信号受信機を購入し、臨床用MRIにも使われる0.2テスラ帯の位相拡散フーリエMRIの試作・整備を進め、ほぼそのシステムを完成した。次年度内には小型試料についての高速MRIの実験的検討ができるようになる見通しである。位相拡散フーリエ法による高速MRIの基礎的開発研究として平成20年度は以下の検討を行った。1.臨床用高磁界MRIへの適用に有利と考えられる、2次関数非線形勾配磁界の発生に必要な電流が磁界強度に無関係な円盤形非線形勾配磁界発生コイルの設計、製作を行った。このコイルを0.2テスラMRIシステムに組み込んで実験し、位相拡散フーリエ変換映像法が高磁界臨床用MRIでも十分実現可能であることを確認した。さらにフレネル変換データ内挿エイリアスレス画像再構成の撮像実験を行い、単一受信コイルMRIで2倍速高速MRIが実現可能であることを明らかにした。2.(1)シミュレーションにより、サンプリング形態とデータ内挿精度の関係について調べ、市松格子状サンプリングが正方格子状サンプリングの場合より内挿精度が高く、再構成画像の残留エイリアスが少ないことを明らかにした。市松格子状サンプリングは、パルスシーケンスを工夫する必要があり、より実施は困難であるが、位相拡散フーリエ変換MRIの高速化には非常に有望である。(2)多項式では完全にはデータ内挿ができないことによる残留エイリアスの除去のため、Gerchberg法を修正した反復法により、粗いサンプリングの位相拡散フーリエ法信号の内挿を行うことを検討し、併せて反復法の収束速度についても検討した。その結果、位相拡散フーリエ法信号の正規化位相拡散パラメータが大きい程反復法の収束速度は速く、適切にパラメータ値を選べば残留エイリアスもほぼ完全に除去できることが明らかになった。臨床用MRIへの本法の適用は、今後の検討課題として残されたが、0.2テスラMRIで実現可能性が確かめられたことにより、臨床用高磁界MRIでもその実現可能性が非常に高いものと考えられる。
共鳴増幅配線による低損失伝送線の開発

パソコンやモバイル機器などの動作周波数はGHzに達しているが,今後の性能向上のためには,さらに動作速度を向上する必要がある.一方,GHzの領域では,これらの機器を構成するプリント基板上の配線の損失が大きくなり,配線上を伝搬するディジタル信号の品質が劣化するという問題がある.このため,周波数を向上することが困難になる.本研究の目的は,損失による信号品質の低下を新たな配線構造によって解決することである.本研究では,新たな配線構造であるセグメント分割伝送線,および,信号反射理論に基づく設計により,この問題を解決する手法を提案した.そして,その有効性をシミュレーションと試作基板で実証した.プリント基板やLSIの配線のGHz級高速信号伝送では,配線の伝送損失によって信号品質が大きく減少することが問題となっている.このため現在は,配線にイコライザやエンファサイザ等の能動回路を付加することで減衰劣化したディジタル信号を回復する技術が用いられている.一方,イコライザ等を用いることでコストと消費電力は増加し,実装密度も低下する.本研究では,既に我々が提案している新たな配線構造である“セグメント分割伝送線"をこの信号品質低下問題に適用する.これによりイコライザ等を用いず,配線構造の変更のみで信号品質を改善することが本研究の目的である.平成26年度は,セグメント分割伝送線を伝送損失によって劣化した信号の品質改善に適用すべく,その基本スケールアッププリント基板設計を行った.ここで,セグメント分割伝送線について学会発表の場で関連研究者の方々から,“セグメント分割伝送線は,何故,波形を整形できるのかを解析すべきである"ことや“その解析にあたっては,周波数領域での評価が不可欠である"との指摘を受けた.このため,基本スケールアッププリント設計においては,そのsパラメータ解析ができることを条件とした設計を行った.設計対象は,スケールアップ比を4.0として,1GHzクロック信号(振幅1V)とした.また,配線長は15cmとして,34pFの容量性負荷と34nHの誘導性負荷を持つ伝送系とした.この系では信号は大きく歪み,論理マージンは0.26V程度まで減少した.これに対して,設計したセグメント分割伝送線では,信号品質劣化を大幅に改善することができ,論理マージンは約0.84Vまで回復した(改善率は約3.2).また,この設計を元にプリント基板を試作し実測したところ,ほぼ設計と同じ改善率を得ることができた.これより,sパラメータの解析を行いつつ,スケールアップ評価ができることもわかった.これまで,セグメント分割伝送線の周波数領域での解析は行われておらず,学会等でも周波数領域でのその特徴について多くの質問を受けていた.これに対し,本年度,周波数領域解析で最も重要とされるsパラメータをはじめて実測で得ることができた.これにより,本伝送線の設計手法である“遺伝的アルゴリズム"がどのような最適化(学習)を行っているかが明らかになった.具体的には,対象とするディジタル信号伝送の基本周波数,およびその高調波において,反射波s11を低減し,透過波s21を増加するように本伝送線の各セグメント幅と長さを最適化するように(準)最適化されていることが分かった.なお,sパラメータについては,500Mbpsのスケールアップ試作伝送線を作成し,実測を行った.また,シミュレータによるsパラメータ測定も行い,実測とシミュレーションがほぼ一致することを確認できた.これまで,セグメント分割伝送線の設計には,1本当たり,10時間20時間の計算時間(設計時間)がかかっていた.これは,遺伝的アルゴリズムの各世代において,毎回,回路シミュレータ(HSPICE)を起動し回路シミュレーションを行う必要があることが原因である.一方,このシミュレーションは,遺伝的アルゴリズムの各染色体(ゲノム)毎に並列実行することが可能である.これより,各染色体をマルチスレッド化して計算することにより,計算時間を従来のほぼ1/2まで低減することが可能であるとの見通しを得ることができた.なお,遺伝的アルゴリズムを用いずに,決定論的な設計手法で信号品質改善が可能な伝送線を設計できるのではないかとの発想が生まれ,その予備実験にも着手した.一部,シミュレータを用いる必要があるが,従来より約1.2倍程度の信号品質改善が可能な決定論的設計手法が実現できる見通しを得た.周波数領域(sパラメータ)におけるセグメント分割伝送線の解析が,試作による実測も含めてほぼ順調に進んだ.特に,クロック信号入力に対するsパラメータ特性は,シミュレーションとも良く一致して,“遺伝的アルゴリズムは何を最適かしているのか"という問いに周波数領域から定量的な解答を導くことができた.一方,ランダム信号入力に対しては,一部,セグメント分割伝送線でも信号品質改善が困難な系もあることがわかり,その理由をsパラメータから解析する必要がある.この点で,セグメント分割伝送線の解析はほぼ予定通り進んでいるものの,一部,未解決な課題も残っている.一方,設計時間の高速化については,マルチスレッド化が効果的に働く見通しを得ることができ,H28年度(最終年度)中にはプログラム実装が終了し,予定通り高速化(2倍の高速化)が可能であると考えられる.また,研究着手当時予定していなかった“決定論的な設計手法(印伝的アルゴリズムを用いない設計手法"についてアイデアが生まれ,新たな研究展開ができる見通しを得ることができた.決定論的な手法で共鳴配線を設計し,損失による信号品質劣化を改善する手法について検討を行った.その結果,共鳴配線(スタブ配線)の特性インピーダンスZと長さL,さらに共鳴配線の終端抵抗Rの3つの変数について,伝送線の反射理論を適用することにより,信号品質を改善できる決定論的な設計手法を提案することができた.

具体的には,共鳴配線によって発生する反射波形を受信端の歪んだ波形に重ね合わせることにより,歪み成分を低減する.提案手法を,ビットレート8Gbps,配線長75cmの伝送系(ハイエンドサーバのバックプレーンPCBを想定)に適用し,Z=120Ω,L=13.1cm, R=34.5Ωの共鳴配線を設計した.これをシミュレーションにより,評価したところ,共鳴配線が無い配線(従来配線)に比べて,アイパターンの開口高さ(電圧)が1.7倍,開口幅(時間)が1.4倍改善できることを示せた.さらに,実測基板を試作(スケールアップ比は12)し評価したところ,共鳴配線が無い配線では,損失による信号劣化が激しく,アイ開口は完全に閉じてしまい開口径を観測することができなかった.これに対し,本設計による共鳴配線を付加したところ,アイ開口(開口高さ121mV,開口幅0.988ns)を得ることができた.これにより,本提案手法による共鳴配線(スタブ配線)が損失による劣化波形を飛躍的に改善できることを示した.なお,シミュレーションと実測により測定波形に差が出たが,これは,試作基板の配線(銅製)の表面粗さの影響により,損失がさらに大きくなったことが考えられる.また,共鳴配線の無い配線とこれを付加した配線について,その透過特性(SパラメータS21)をシミュレーションと実測で評価したところ,共鳴配線により,平坦な透過特性を得ることができ,これがアイ開口の改善に寄与していることがわかった.パソコンやモバイル機器などの動作周波数はGHzに達しているが,今後の性能向上のためには,さらに動作速度を向上する必要がある.一方,GHzの領域では,これらの機器を構成するプリント基板上の配線の損失が大きくなり,配線上を伝搬するディジタル信号の品質が劣化するという問題がある.このため,周波数を向上することが困難になる.本研究の目的は,損失による信号品質の低下を新たな配線構造によって解決することである.本研究では,新たな配線構造であるセグメント分割伝送線,および,信号反射理論に基づく設計により,この問題を解決する手法を提案した.そして,その有効性をシミュレーションと試作基板で実証した.平成26年度の研究途中に学会で受けた指摘(“セグメント分割伝送線は,何故,波形を整形できるのかを解析すべきである"ことや“その解析にあたっては,周波数領域での評価が不可欠である"との指摘)を評価するために,当初研究目的の設計に加えて,sパラメータ評価ができる条件を加えてセグメント分割伝送線を設計できた.この点では,当初研究目的以上のセグメント分割伝送線を設計することができた.一方,当初予定では,ランダム信号を対象とした基本スケールアッププリント基板を設計予定であったが,実際には,クロック信号を対象とした基本スケールアッププリント基板の設計に変更した.これは,セグメント分割伝送線の設計CADの一部動作不良が原因である.本来はランダム信号で評価する方が汎用性は高い.このため次年度は,あらためてランダム信号による基本スケールアッププリント基板を設計,試作予定である.
革新的ユビキチンシステムイメージング法の開発

本研究の目的は、in vivo(インビボ)光イメージング技術を用いて、ユビキチン・プロテアソーム系によるTGF-β/BMPシグナル調節機構を生体で解析する革新的システムを構築することである。具体的には、TGF-β/BMPシグナルを伝達するSmadとそのE3ユビキチンリガーゼSmurf1/2の結合、SmadのSmurf1/2によるユビキチン化をSplit GFP技術を用いて可視化するトランスジェニックマウス、さらにTGF-βとBMPのシグナル伝達を可視化するGFPトランスジェニックマウスとSmurf1/2のノックアウトマウスを掛け合わせ、E3ユビキチンリガーゼの機能を動物個体レベルで解析する。まず、本年度は、SmadとSmurf1/2の結合、さらにSmadのユビキチン化のイメージングに適切な組み合わせのSmadとSmurf1/2のGFP-NとGFP-Cとの融合蛋白質を恒常的に発現するベクターの作製をおこなった。次に、GFP-NとGFP-Cとの融合蛋白質を同時に発現するようにIRESシステムを用いた発現系の構築をおこない、トランスジェニックマウスの作製を進めた。TGF-β/BNP応答ルシフェラーゼ遺伝子のトランスジェニックマウスについては、ベクター作製が終わり、トランスジェニックマウスの作製の準備を始めた。Smurf1/2のノックアウトマウスマウスについては、Smurf1Floxマウス、Col1CreマウスとSmurf2KOマウスそれぞれのバッククロスを進め、掛け合わせを始めた。Smurf1FloxとSmurf2KOマウスの掛け合わせにおいて、Smurf1Floxがhypomorphicであることが示唆されたので、次年度に確認するとともにその点に留意して注意深く進めることとした。
高分子結晶化の制御と機能構造の構築：流動による加速とトポロジカル抑制

高分結晶化の詳細な分子機構を解明することは高分子材料設計の基礎である。近年、様々な分子シミュレーション研究が大きな成果を挙げており、特に単純な分子構造を有する直鎖状高分子(ポリエチレンなど)の研究は飛躍的に発展した。本研究では、直鎖状高分子が示す結晶化挙動,特に流動場での配向結晶化と巨視的な繊維構造の形成過程の解明、および非常に複雑で興味深い結晶化を示す螺旋高分子やトポロジカル高分子の結晶化における分子幾何学の効果の解明に注目した。前者の直鎖状高分子に対しては、十分に大きなシステムにおける流動結晶化の分子動力学シミュレーションを行った。結晶化初期過程での特異な核形成機構とそれに続く結晶成長過程の詳細なメカニズム(特に成長の異方性)などを解明した。さらに、巨視的な繊維構造の発現過程を詳細に解析し、微結晶を結節点とする特徴的な分子ネットワークの形成過程を明らかにすることも成功した。成果は論文として発表した(2019年)。より複雑な分子構造を有し興味深い結晶化挙動を示す螺旋高分子に対しても、非常に興味深い結果を得ることが出来た。らせん高分子が結晶を形成するときには、ミクロなキラリティ(分子鎖の右巻と左巻)が増幅され巨視的なキラル結晶が形成されると考えられるが、その分子機構は全くの謎であった。我々は大規模な分子動力学シミュレーションにより、キラル結晶の発現過程を直接観察することに成功し、現在その分子機構を解析している。裸のらせん高分子(ポリオキシメチレン)では、結晶化初期過程では明瞭な螺旋選択は行われず、キラル結晶の発現は結晶形成の後期過程での固相転移を経て完成されることを見出した。また、より複雑な螺旋構造を有するアイソタクチックポリプロピレンに対しても、流動結晶化による明確なキラル結晶の再現に成功した。これらに関しては現在論文を執筆中である。高分の結晶化を分子レベルで理解し制御することは、高分子材料設計の基礎である。近年、高分子結晶化メカニズムの解明において、分子シミュレーションは大きな貢献を成し遂げてきた。特に、単純な分子構造を有するモデル高分子の振る舞いの研究は飛躍的に発展した。しかし今後は、単純な構造を有するモデル高分子の研究から、現実の高分子の個性的で特異的な振る舞いの解明へと進化しなければならない。本研究では、個性的な振る舞いを示す螺旋高分子とトポロジカル高分子の結晶化に焦点を絞り、実験的にも手掛かりの少ないこれら高分子の結晶化のメカニズムを、分子シミュレーションによって明らかにすることを目指している。そこでは、緩慢な結晶化を如何にして加速するかという問題と、高分子のトポロジーが結晶化を巧妙に抑制する過程の解明という、二つの対照的な課題が焦点になる。本年度は、主に流動場での結晶化の研究に力を注いだ。我々はこの課題に対して先駆的な研究を行ってきたが、我々の従来の研究では、用いたシステムサイズが十分でなく、結晶化における支配的な二つの過程(核形成と結晶成長)を明確に分離することが出来なかった。本年度の研究では、モデル線状高分子(ポリエチレン)および螺旋高分子(アイソタクチックポリプロピレン)夫々に対して、システムサイズを10倍から数倍程度拡大した系を用いて、流動場での結晶化初期過程の詳細な研究、および生成される繊維構造の解析を行った。特異なトポロジーを有するくし型高分子の自己組織化の過程に関しても、様々な試行的な計算を始めた。先ず、くし型高分子と線状オリゴマー(n-alkane)の混合系の結晶化はうまく再現できること、くし型高分子がアルカン結晶化を巧妙に制御すること(wax inhibition)などを確認することが出来た。また、くし形高分子自体の融液からの結晶化の解明のための手掛かりも見出した。本研究プロジェクトでは、結晶化の制御に関して、以下の二つの大きなテーマを設定した。すなわち、結晶化の流動による加速(流動結晶化の分子機構の解明)、および結晶化のトポロジー制御、である。1流動場での結晶化:既にモデル高分子および螺旋高分子の流動場での結晶化に関して先駆的な報告を行ってきたが、本年度は従来の研究結果をより確かなものとするために、大規模系での研究に取り組んでいる。線状モデル高分子の流動結晶化を系のサイズを十倍程度(7万原子系)に拡大して、結晶化における核形成と結晶成長を明瞭に分離評価し、流動場が夫々に対してどのような影響を与えるかを研究している。核の派生頻度、一次核の形体、結晶化温度・応力への依存性などのデータが集積され始めている。らせん高分子に対しては、流動場の観測は非常に有望な手法である。予備的な研究論文を発表したが、より大規模な系への挑戦により、螺旋高分子の結晶化の本核的な取り組みを始めた。2トポロジカル高分子の結晶化:以下の二点が現在の手掛かりである。くし形高分子は低分子アルカンの結晶化を阻害することが古くから知られている(Wax inhibition)。我々は、モデル系(モデルくし形高分子+n-アルカン)を作成し、計算機を用いた結晶化の研究を始め、くし形高分子がアルカンの結晶化を明瞭に阻害することを確認した。くし形高分子単体の融解液からの結晶化は、計算機で再現することは難しい。しかし、結晶化が主鎖の柔軟さ・長さなどによって大きく影響されることを見出した。モデルの更なる改良とアルゴリズムの工夫に取り組んでいる。高分子の結晶化を分子レベルで理解し制御することは、高分子材料設計の基礎である。近年、高分子結晶化メカニズムの解明において、分子シミュレーションが大きな成果を挙げている。特に単純な分子構造を有するモデル高分子の振る舞いの研究は飛躍的に発展した。

今後は、単純な構造を有するモデル高分子の研究から、現実の高分子の個性的で特異的な振る舞いの解明へと進化しなければならない。本研究では、個性的な振る舞いを示す螺旋高分子とトポロジカル高分子の結晶化に焦点を当て、実験的にも謎の多いこれら高分子の結晶化の分子メカニズムを、シミュレーションによって明らかにすることを目指している。そこでは、緩慢な結晶化を如何にして加速するかという問題と、高分子のトポロジーが結晶化を巧妙に抑制する過程の解明という、二つの対照的な課題が焦点になる。本年度は、昨年に引き続き、流動場での結晶化の研究に力を注いだ。我々はこの課題に対しても先駆的な研究を行ってきたが、従来の研究では用いたシステムサイズが十分ではなく、結晶化における支配的な二つの過程(核形成と結晶成長)を明確に分離することが出来なかった。本年度の研究では、モデル線状高分子(ポリエチレン)および螺旋高分子(アイソタクチックポリプロピレン)に対して、システムサイズを数倍から10倍程度拡大した系を用いて、流動場での結晶化初期過程の解明や生成される繊維構造の詳細な解析などを行った。既に、データ取集は最終段階に至っている。他方、特異なトポロジーを有するくし型高分子の自己組織化の過程に関しては、くし型高分子と線状オリゴマー(n-アルカン)の混合系の結晶化を詳細に検討し、くし型高分子がn-アルカンの結晶化を巧妙に制御すること(wax inhibition)を明らかにした。今後、くし形高分子自体の融液からの結晶化の解明にも取り組みたい。本研究プロジェクトでは、結晶化の制御に関して、以下の二つの大きなテーマを設定した。すなわち、結晶化の流動による加速(流動結晶化の分子機構の解明)、および結晶化のトポロジー制御である。1流動場での結晶化:既にモデル高分子および螺旋高分子の流動場での結晶化に関して先駆的な報告を行ってきたが、本年度は従来の研究結果をより確かなものとするために、大規模系での研究に取り組んだ。モデル高分子に関しては、系のサイズを十倍程度(7万原子系)に拡大して、結晶化における核形成と結晶成長を明瞭に分離評価し、流動場が夫々に対してどのような影響を与えるか(核派生頻度、一次核の実態解明、結晶成長の温度・応力依存性など)に関してデータ収集を終えた。また、らせん高分子に対しても、比較的短鎖の螺旋オリゴマーの大規模系、および分子量の大きな螺旋高分子系での流動結晶化に取り組み、結晶化の観測に成功した。2トポロジカル高分子の結晶化:以下の二点に取り組んだ。くし形高分子は低分子アルカンの結晶化を阻害することが古くから知られている(Wax inhibition)。我々は、モデル系(モデルくし形高分子+n-アルカン)において、くし形高分子がアルカンの結晶化を明瞭に阻害することを確認した。そこでは、統計的な誤差を低減するために多くの繰り返し計算を行い、信頼性の高いデータを得ることが出来た。くし形高分子単体の融解液からの結晶化は、計算機で再現することは現在でも非常に難しい。
気候・植生の変遷と文明盛衰

本研究での成果は以下のごとくである。1、福井県三方湖・水月湖・黒田低地からボーリングによって採取した堆積物の火山灰層序の分析の結果、過去15万年のあいだに24枚の広域火山灰層が検出され、新発見の火山灰層も何枚も含まれており日本の第四紀研究の標識地・模式地なることが明かとなった。2、三方湖・水月湖・黒田低地の堆積物の花粉分析・珪藻分析、同位体地球化学的分析、有機地球化学的分析、年代測定などを実施した結果、過去15万年間の気候・植生の変遷や湖水位の変動が明かとなった。特に最終間氷期は1万年前後の長さしかなく、現在は間氷期の終末期に位置していることがあきらかとなった。3、水月湖の堆積物からは過去5万年にわたって連続した年稿が発見された。これは世界で最も長い年稿の記録である。この年稿の分析は過去2000年について終了した。さらに屋久島の屋久杉の年輪の炭素同位体比の分析結果を実施した。その結果、過去2000年間の気候変動について新発見があいついだ。5、水月湖の年稿分析と屋久杉の年輪の分析から明らかになった寒冷・乾燥期は1)紀元前35-紀元後0年2)紀元150-180年、3)紀元380-750年、4)紀元1070-1330年、5)紀元1380-1460年、6)紀元1550-1850年、7)紀元1890年以降の7期が確認できた。この気候寒冷・乾燥期はたとえば2)紀元150-180年の気候悪化は倭国大乱の動乱期と対応しているなど、文明の興亡と対応関係においていくつかの注目すべき事実の発見があった。6、温暖・湿潤期のピークは1)3世紀後半、2)9世紀後半、3)16世紀前半で温暖期のピークには700年前後の周期がみとめられていることが明かとなった。1)ボーリング調査:平成4年7-8月の間、北海道稚内市大沼湖底のボーリング調査を実施し、35.1mの不攪乱連続試料を採取した。平成4年10月、山口県阿武郡宇生賀地区のボーリング調査を実施し、20.5mの不攪乱連続試料を採取した。2)堆積物の各種分析と結果の発表:平成4年4月-平成5年3月のあいだこれまでに採取した三方湖、水月湖ほかの各地の堆積物の層序分析、火山灰分析、花粉分析、珪藻分析、古地磁気分析、ダスト分析、地球化学的分析、年代測定を実施し、その分析結果を発表した。分析結果の発表状況は研究発表一覧にしめすごとくである。3)研究会の開催:平成4年5月5日京都市において、平成4年6月9日京都市において、平成4年7月25-26日京都市において、平成4年10月7日京都市において、平成4年12月7-8日長崎県雲仙において、平成4年3月8-12日京都市において、サンプルの分配および研究会を開催した。4)研究成果報告会:平成4年5月23-24日に山形県鶴岡市にて開催した公開シンポジウム「森の思想と文明」、平成4年6月22-23日東京都で開催した「古代文明と環境」、平成4年12月5-6日長崎市で開催した「民族移動と環境」、平成5年3月27-28日に鹿児島市で開催した「火山・環境・文明」でその研究成果の一部を報告した。5)特記すべき成果:福井県水月湖ならびに鳥取県東郷池より採取した堆積物にみられる縞縞を花粉・珪藻・地球化学・年代測定などにより、こまかく分析した結果、過去1万年間の気候・植生変遷を数年単位で復元できる見通しをえた。平成5年度にはそうした気候・植生の復元結果と人類史との対応関係について考察する。

5、水月湖の年稿分析と屋久杉の年輪の分析から明らかになった寒冷・乾燥期は1)紀元前35-紀元後0年2)紀元150-180年、3)紀元380-750年、4)紀元1070-1330年、5)紀元1380-1460年、6)紀元1550-1850年、7)紀元1890年以降の7期が確認できた。この気候寒冷・乾燥期はたとえば2)紀元150-180年の気候悪化は倭国大乱の動乱期と対応しているなど、文明の興亡と対応関係においていくつかの注目すべき事実の発見があった。6、温暖・湿潤期のピークは1)3世紀後半、2)9世紀後半、3)16世紀前半で温暖期のピークには700年前後の周期がみとめられていることが明かとなった。
口腔衛生指標による動脈硬化および骨粗鬆症性椎体骨折リスクの推定に関する研究

パノラマエックス線写真上で下顎骨皮質骨が正常の被験者に対し、中等度および高度粗鬆化の皮質骨を有する被験者が骨粗鬆症診断を受けるリスクは各々1.4倍および2.6倍であった。一方で、両被験者で骨折を有するリスクは増加しなかった。同様にパノラマエックス線写真上で総頸動脈石灰化が見られない被験者に対して、見られる被験者が骨粗鬆症診断を受けるリスクは1.8倍であったが、骨折のリスクは増加しなかった。以上のことから、パノラマエックス線写真上の下顎骨下縁皮質骨指標および総頸動脈石灰化所見は、骨粗鬆症と診断される40歳以上男女を予測することはできるが、骨折は予測できない可能性が示唆された。25年度はまず、パノラマX線写真から得られる骨粗鬆症および動脈硬化スクリーニング指標の妥当性について、病院コホートを形成し検証を行った。松本歯科大学病院を20072012年に受診し、歯科治療のためパノラマX線写真を撮影した50歳以上の患者1195名に対して、骨粗鬆症を初めとする種々の全身疾患や栄養摂取状況、生活習慣に関する質問表と質問に関する同意書を送付し、回収を行った。本研究は松本歯科大学倫理委員会の承認を受けて行われた。書類を送付した全ての患者のパノラマX線写真について、経験年数24年の歯科放射線専門医が骨粗鬆症スクリーニングの皮質骨形態指標をこれまでの報告に従い、3型(1型:正常、2型:軽度中等度粗鬆、3型:高度粗鬆)に分類した。また動脈硬化の指標となるパノラマX線写真上の総頚動脈石灰化所見について、上述の放射線専門医が「あり、なし」を判定した。骨粗鬆症診断歴(未骨折症例)および大腿骨骨折歴を各々独立変数として、関連因子を補正因子として、二項ロジステイック解析により、骨粗鬆症スクリーニング指標との関係を評価した。これらの検討から、3型分類の高度粗鬆において骨粗鬆症診断歴のリスクが有意に高くなることが示された。大腿骨骨折歴との関連は見られなかった。動脈硬化指標については、骨粗鬆症診断歴との有意な関連が示された。本年度は被験者数をさらに1114名増やして最終分析を行う。現在すでに約1000名のデータの集計が終了した。これとは独立して行っていた口腔衛生指標のうち歯周病の指標とラクナ梗塞との関連について110名の被験者について検討を行い(松本歯科大学倫理委員会承認済み)、世界で初めて両者に関連があることを証明した(Gerontology論文掲載)。ラクナ梗塞は痴呆のリスク因子であることから、痴呆のリスク推定に使用できる可能性が示された。今年度はまず、パノラマX線写真の骨粗鬆症および動脈硬化スクリーニング指標の妥当性について、病院コホートを形成し検証を行った。当大学病院を20072012年に受診し、パノラマX線写真を撮影した50歳以上の患者1195名に対して、骨粗鬆症を初めとする種々の全身疾患等の質問表と質問に関する同意書を送付し、回収を行った。本研究は松本歯科大学倫理委員会の承認(0152号)を受けた。書類を送付した全ての患者のパノラマX線写真について、歯科放射線専門医が骨粗鬆症スクリーニングの皮質骨形態指標をこれまでの報告に従い、3型に分類した。動脈硬化の指標となるパノラマX線写真上の総頚動脈石灰化所見について、同様に放射線専門医がを判定した。骨粗鬆症診断歴および大腿骨骨折歴を各々独立変数として、近年WHOで開発されたFRAXの骨折リスク因子を考慮して、共変量を補正因子として、ロジステイック解析により、骨粗鬆症スクリーニング指標との関係を評価した。未骨折の骨粗鬆症診断歴(42名があり)では、皮質骨形態指標のオッズ比は、2型で1.70(95%信頼区間[CI]、0.53ー5.43)、3型で4.80(95%CI、1.51ー15.26)であった。

一方で、大腿骨骨折歴(48名があり)については、2型で0.73(95%CI、0.34ー1.59)、3型で1.58(95%CI、0.66ー3.79)であった。一方、総頚動脈石灰化所見を有する同意者で未骨折の骨粗鬆症診断歴を有するオッズ比は2.03(95%CI、1.06ー3.89)であったが、大腿骨骨折歴については1.65(95%CI、0.65ー4.15)であった。以上のことから、骨粗鬆症スクリーニング指標については、骨粗鬆症診断については関係はあるが、将来の大腿骨骨折については関係はないことが示された。一方で、動脈硬化は骨粗鬆症と関連を有することが示唆された。前年度まではパノラマX線写真上の下顎骨下縁皮質骨形態指標と骨粗鬆症診断歴およびそのアウトカムである骨折歴との関係について詳細な検討を行い、下顎骨下縁皮質骨形態指標は骨粗鬆症と診断されるリスクとは関連するが、骨折の発生リスクとは関連を有さないことが示された。本年度はパノラマX線写真で観察される総頚動脈石灰化所見と骨粗鬆症診断歴およびそのアウトカムである骨折歴との関係について検証を行った。松本歯科大学病院を20072013年に受診し、パノラマX線写真を撮影した40歳以上の患者2186名のうち、研究への参加に同意が得られた1021名(男性371名、女性650名)の患者のパノラマX線写真を用いた(学内倫理委員会承認済み)。これら対象者に対して、骨粗鬆症を初めとする種々の全身疾患や栄養摂取状況、生活習慣に関する質問を行った。パノラマX線写真で観察される総頚動脈石灰化所見は経験年数27年の歯科放射線専門医が評価した。骨粗鬆症診断歴(未骨折)および骨粗鬆症性骨折歴を各々独立変数として、年齢、性別、体格指数、喫煙歴、関節リウマチの有無、糖尿病の有無および現在歯数を共変量として、二項ロジステイック解析により、総頚動脈石灰化所見との関係を評価した。未骨折の骨粗鬆症診断歴を有する88名の被験者について、総頚動脈石灰化所見ありの被験者が骨粗鬆症診断歴を有するオッズ比は、なしの被験者比して1.84(95%信頼区間、1.06ー3.17)であった。一方、骨粗鬆症性骨折歴を有する55名の被験者では、骨折と総頚動脈石灰化所見との関連は見られなかった。以上の解析より、パノラマX線写真における総頚動脈石灰化所見は未骨折の骨粗鬆症診断歴とは関係を有するが、骨粗鬆症性骨折歴とは関係を有さない可能性が示された。歯科放射線学25年度に収集したデータから口腔衛生指標と骨粗鬆症および動脈硬化との関連を示唆する有用な知見が多く得られた。最終年度はこれまでの被験者を2倍にして、統計学的パワーを十分にして結果を出す予定となっている。当初骨折については、三分の四の患者さんが無症状と言われている椎体骨折をターゲットにしているため、側面エックス線写真を撮影する予定であった。しかしながら、側面エックス線写真は被曝の問題が各被験者に出てくるため、代替骨折部位として初年度は大腿骨骨折で検討を行ってみた。その結果、従来のパノラマX線写真では大腿骨骨折のリスク推定を行うことはできないことが判明した。その反面、明らかに病院で「骨粗鬆症」と診断された既往とは関連を有することが示されたことから、日本人では比較的多いとされる椎体骨折患者と関連を有する可能性が考えられた。次年度からは椎体骨折のサロゲートマーカーとして、自己申告の腰の曲がりを指標に導入する予定としている。この自己申告の腰の曲がりと椎体骨折との関連は強い。これまでに得られた有用な口腔衛生指標は、歯周病検査指標、パノラマエックス線写真の骨粗鬆症スクリーニング指標およびパノラマエックス線写真の頚動脈分岐部石灰化指標である。これまではこれらの指標を単独に解析してきたが、最終年度では統合した解析を行い、将来的な自動スクリーニングシステムの基礎データとする予定である。第1点は、これまでの被験者に対しての再度の質問により、サロゲートマーカーの「腰の曲がり」について調査し、昨年度と同様に分析を行うことである。それとともに、現在の被験者数をあと500増やすため、再度アンケート調査表の配布を行う。
星間塵上の化学反応シミュレーション

超高真空排気装置に10Kまで冷却可能な極低温冷凍機,プラズマスプレー用グロー放電管,四重極質量分析計,排気用にタンデムターボ分子ポンプを取り付けた。プラズマスプレーにより,窒素,一酸化炭素,アセトン,コープロパノールなどを冷却した基板上に蒸着した。これを水素ガスをプラズマ分解して生成した水素原子と反応させた。N_2マトリックス中に捕捉されたN原子とH原子の反応においては,H原子がN_2マトリックス中を少なくとも200Å以上拡散移動し,膜中のN原子を水添して,アンモニア分子を生成することが分った。COとH原子の反応においては,H原子がトンネル反応機構でCOのC側に付加し,HCOを生成し,これが逐次,H原子と反応して,ホルムアルデヒド,さらにはメタノールを生成することが分った。また反応CO(a^3π)+CO(a^3π)→C+CO_2を利用して,冷却基板上にC原子をCO_2マトリックスと共に蒸着し,H原子と反応させた。反応生成物の昇温脱離マススペクトルの測定により,極めて効率よく,メタンが生成することが分った。これらの実験結果は,星間空間に存在する冷えた星間塵が宇宙における化学進化に重要な役割を果たすことを世界に先駆けて検証したものである。
レーザー散乱を用いた生体の深さ方向の血流測定に関する研究

本研究では、LSFGシステムにおいて3次元的な血流分布測定を目指し、奥行き方向の血流分布を測定することを目的として研究を行った。前年度に行った基礎研究より、照射するレーザーの波長を変更し血流分布を測定する事で、得られた血流分布には生体の表面付近と真皮内装の血流情報に差異が表れることを確認した。しかしこの差異が、日内変動など経時的に血流が変動したものか、レーザー波長の違いによる組織への進達度により組織の深さ方向の血流の変動なのか区別が困難であるので、深さによる影響であることを特定するための測定装置の改良及び測定実験を本年に行った。具体的には波長650nmの赤色レーザーと、波長830nmの近赤外のレーザーと波長の異なる照射用レーザー血流測定装置を2台分用意した。この2台の測定装置にて同一の部位を同一時刻に測定するようにダイクロイックミラーを使用した光学システムを構成した。ここでシステム的な要因によりシステムに影響が出ないようにするため、使用する検出器であるCCDカメラの画素サイズと光学系と波長に依存するスペックルサイズの影響や、波長感度特性など使用する波長による測定システムへの影響を詳しく調査するための特性評価実験を行った。製作したシステムを用いて、生体内部の血流分布と表層部の血流分布とを区別できる事を確認し、更に汗や汚れなど生体表面に存在する介在物による影響などを詳しく解析を行った。今回の研究のみでは内層のみの血流分布を分離させるまでには至らず3次元的な血流分布を得ることはできなかった。しかしながら当初の目的である、照射するレーザーによる進達度の違いによる深さ方向に対する血流分布の差異は確認する事ができた。本年度は、生体に対して照射するレーザーのパワーと進達度の関係、波長、照射時間、検出するセンサーの露光時間、及びセンサーの露光時間とレーザー照射のタイミングについて血流測定実験と解析基礎研究を主に進めた。波長による血流測定実験においては、生体皮膚表面と深層部との血流変化を確認する事が出来、研究課題である深さ方向に対する血流測定の研究の方向性を示す事が出来た。またレーザーの照射時間とセンサーの露光時間の関係に関して、本研究で用いている血流評価量に対する影響が確認され、悪影響が出ないような検討を今後進めていく必要性を確認した。この他レーザーのパワーと進達度に関しては生体を対象とするため、照射レーザーパワーに大きな差を取れなかったことなどで有意な変化を観察できなかった。この件に関しては現在照射方法やインコヒーレント光を照射するなどの工夫を行い、検証している。来年度は、今年度の研究によって明らかになった問題を解消すると共に、レーザー波長の違いによる血流の差異を明らかにしていく。現在は2波長のレーザーに対して同時に血流を測定できるシステムを研究・開発中である。本研究の成果の一つである波長に関する内容は現在公表準備中であるが、本内容の一部は現在別に進めている研究のうち特許化にからむ内容が含まれており、現在検討中である。特許申請が済み次第、論文公表する予定である。また従来の研究で特許化した部分などで、特許化に影響しない部分などについては、日本光学会主催のOptics Japan 2004およびレーザー学会主催の学術講演会にて口頭発表を行った。
サイクロデキストリン合成酵素におけるドメイン構造と生物活性

サイクロデキストリン合成酵素(CGTase)はデンプンやアミロ-ス等から環状構造を持つオリゴ糖,テイクロデキストソン(CD),を合成する。CGTaseを培地中に分泌生産する好アルカリ性Bacillus sp#1011の染色体DNAより,CGTase遺伝子をクロ-ン化し,解析したところ,本CGTaseは686アミノ酸残基よりなり,4つのドメイン構造(ドメイン14)を持っていると推定された。ドメイン1および2より成り立つN末端側約500アミノ酸部分の構造はαーアミラ-ゼの構造と非常に良く類似して居り,デンプンやアミロ-ス中のαー1,4グルコシド結合の切断に関係していると予想された。CGTaseにおけるこの領域には,全てのαーアミラ-ゼに存在し,活性中心を形成すると考えられている保存領域(A,B,B',C)と同じアミノ酸配列が存在していた。そこで保存領域に存在し,しかも触媒反応の中心となるB領域のAsp,B'領域のGlu,C領域のAspを部位特異的変異によってそれぞれAsu,Gln,ASnに変換した。得られた変異酵素はいずれの場合もデンプン分解活性とCD合成活性の両活性を失っていた。しかし基貭との結合活性は残されていた。また同保存領中のHis残基(A,B,C領域中)をAsuに変換した酵素についても解析した。その結果、CGTaseのN末端側半分はαーアミラ-ゼとほぼ同じ構造と機能を持っていると予想された。次にCGTase中でαーアミラ-ゼのアミノ酸配列とは全く異るドメイン4の構造を考察するために,ドメイン4の欠失した酵素,およびドメイン4のアミノ酸変異酵素についてそれらの酵素の性貭を解析した結果,変異酵素の中に鎖長の短いマルトオリゴ糖に対する反応が抑制されるもの,酸性側pHにおける安定性が低下したもの等が得られた。