hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
2次形式と多変数保型形式について

1.考える問題は正値整係数対称行列A,Bに対しいつA〔X〕=Bが整数係数の行列解Xを持つか?である. m, nをA, Bの次元としておく.又, m≧nで局所的には整数解があるものと仮定しておく.2.m≧2n+3の時minBが十分大であれば整数解の存在はいえており又この条件が最良であろうと思われていた(n=1の時はそうなっている)がどうもそうではないらしいことがわかった.というのはn≧2とすると, Bと同じ次元のB^^でBを表わしAによって局所的には原始的にあらわされ,かつminBが十分大の時, minB^^も十分大となるものの存在がm=2n+2の時いえることが示せたからである.これは1での問題の仮定に更に局所的に原始的な解が存在することを加えた一見強い問題に帰着されてしまうことを意味し,この場合は問題が肯定的であることがより自然に予想されるからである.この様にn=1とn≧2の時に違いが生ずることは認識されていなかった.3.解析的方向としてはn=2, m=6の時ある種の指数和の評価の仮定の下に解の個数の漸近式が得られていたが今の所その評価を証明することは,かなりむつかしそうでBを特殊な形に制限してジーゲル保型形式の理論(n=2に特有の)を使って解の個数の漸近式を得た.4.2, 3に直接関連したことでも未だ解けてないことが多くこれからの目標でもある.1.考える問題は正値整係数対称行列A,Bに対しいつA〔X〕=Bが整数係数の行列解Xを持つか?である. m, nをA, Bの次元としておく.又, m≧nで局所的には整数解があるものと仮定しておく.2.m≧2n+3の時minBが十分大であれば整数解の存在はいえており又この条件が最良であろうと思われていた(n=1の時はそうなっている)がどうもそうではないらしいことがわかった.というのはn≧2とすると, Bと同じ次元のB^^でBを表わしAによって局所的には原始的にあらわされ,かつminBが十分大の時, minB^^も十分大となるものの存在がm=2n+2の時いえることが示せたからである.これは1での問題の仮定に更に局所的に原始的な解が存在することを加えた一見強い問題に帰着されてしまうことを意味し,この場合は問題が肯定的であることがより自然に予想されるからである.この様にn=1とn≧2の時に違いが生ずることは認識されていなかった.3.解析的方向としてはn=2, m=6の時ある種の指数和の評価の仮定の下に解の個数の漸近式が得られていたが今の所その評価を証明することは,かなりむつかしそうでBを特殊な形に制限してジーゲル保型形式の理論(n=2に特有の)を使って解の個数の漸近式を得た.4.2, 3に直接関連したことでも未だ解けてないことが多くこれからの目標でもある.
高次ゆらぎと粒子相関による高密度クォーク核物質の１次相転移と臨界点観測への挑戦

宇宙初期や中性子星内部の状態のような高温・高密度の物質状態であるクォーク・グルーオン・プラズマ(QGP)を、重イオン加速器による衝突実験で再現し、その性質を調べる事により、量子色力学(QCD)で決まるクォーク核物質のQCD相図を明らかにする。高エネルギー領域での原子核衝突実験により得られる高温領域の滑らかなクロスオーバー相転移から、高密度領域に予測されている豊富な相構造に注目し、特に、RHIC加速器を用いた低エネルギー限界領域(数GeV数10GeV)で、衝突のビームエネルギーを走査する事により、QCD相図の高密度領域に1次相転移が存在するのか、またその終点となる臨界点が存在するのかを調べる。
フランツ・ブレンターノ以来のオーストリア哲学と英米の分析哲学との比較研究

1.フランツ・ブレンターノおよびブレンターノ学派の哲学の一般的特徴は、客観主義的実在論である。これとは対照的に、時代を同じくするもう一人の重要なオーストリアの哲学者であるエルンスト・マッハの科学哲学における実証主義は主観主義的傾向を代表する。これらの思想の間の緊張関係を、バートランド・ラッセルの1910年代の現象論から同20年代の中性的一元論への移行に注意を払ひながら、これとの関連において研究した。2.ブレンターノにおける、「志向的内在」の概念による心的現象の特徴づけ、および彼自身によるこの見解の否認に到る経過を跡づけた。更にブレンターノによる心的現象の分類と、これに基づく哲学の諸領域の区分を明瞭にした。また一方、心的現象についてのブレンターノのもとの見解が、マイノングの対象論においてどのやうに発展せしめられたかを、その主要な論点について追求した。その上で、ブレンターノとマイノングの存在論,認識論,倫理学の思想を比較研究した。3.マイノングとラッセルの論争をふり返り、それを通じてマイノングの対象論を、現代のたいていの論理学者によって受け容れられてゐる存在論に照らして検討した。その際、クワインやフリー・ロジックの研究者達の存在論的立場とマイノングのそれとの相違を明らかにした。われわれはなぜマイノングが彼の対象論において非有の対象を認めざるをえないと考へたか、またさうした(非有の)対象がわれわれの観点からどのやうに評価されるかを考察した。われわれはまた、ブレンターノ,G・E,ムーア,ラッセル,新実在論者といったオーストリアと英米の哲学者達が、いはゆる「主観主義の論証」を構成する各命題にどのやうに反応したかを考察し、観念論的認識論に対する彼等の個別的な反論がいかなる主張を含むかを明らかにした。
多様な学生が混在したプロジェクト型学習を支援するメカトロニクス教材の開発

【目的】本研究では,多様な学生が混在したプロジェクト型学習を支援するメカトロニクス学習教材の開発を行った.これまで開発してきたプロジェクト型学習教材は,複数のサブ的な課題を1つに統合させ, 1つの課題を達成させる.これにより,複合的な問題解決能力を向上させることができた.しかし,多様な能力を持つ学生が混在した場合,理解に時間を要する学生がいると,その作業が終わるまで,システムの統合を行うことができない.実験に不慣れな学生の特徴として,制御対象が具体的に示されなかったり,対象間の信号が可視化されなかったりすると,それらの関係をイメージすることができないという特徴があった.そこで,これらの問題を改善させるため,プロジェクト型学習に不慣れな学生を支援する学習支援システムの構築を行った.【計画と開発】プロジェクト型学習教材で使用しているメカトロニクス機器で行う実験課題と同様の動作の表示や,課題を確認することができるエミュレータモジュールを開発した.また,エミュレータモジュール内で動作させるプロジェクト型課題の設定など容易に変更することができ,柔軟に対応が可能となる機能を持たせた.そして,プロジェクト型学習教材とエミュレータモジュールを連携させ,実機と連携させている時と同様に課題を達成させるための動作確認をすることができるようにした.【装置および全体の評価】今回の学習支援システムでは,様々な学習者が存在した場合でも,それぞれの能力に合った課題を提示することが可能となる.したがってそれぞれの学習者に合った課題解決を実現させることが可能となり,実験のスムーズな進行が期待できると考えられる.【目的】本研究では,多様な学生が混在したプロジェクト型学習を支援するメカトロニクス学習教材の開発を行った.これまで開発してきたプロジェクト型学習教材は,複数のサブ的な課題を1つに統合させ, 1つの課題を達成させる.これにより,複合的な問題解決能力を向上させることができた.しかし,多様な能力を持つ学生が混在した場合,理解に時間を要する学生がいると,その作業が終わるまで,システムの統合を行うことができない.実験に不慣れな学生の特徴として,制御対象が具体的に示されなかったり,対象間の信号が可視化されなかったりすると,それらの関係をイメージすることができないという特徴があった.そこで,これらの問題を改善させるため,プロジェクト型学習に不慣れな学生を支援する学習支援システムの構築を行った.【計画と開発】プロジェクト型学習教材で使用しているメカトロニクス機器で行う実験課題と同様の動作の表示や,課題を確認することができるエミュレータモジュールを開発した.また,エミュレータモジュール内で動作させるプロジェクト型課題の設定など容易に変更することができ,柔軟に対応が可能となる機能を持たせた.そして,プロジェクト型学習教材とエミュレータモジュールを連携させ,実機と連携させている時と同様に課題を達成させるための動作確認をすることができるようにした.【装置および全体の評価】今回の学習支援システムでは,様々な学習者が存在した場合でも,それぞれの能力に合った課題を提示することが可能となる.したがってそれぞれの学習者に合った課題解決を実現させることが可能となり,実験のスムーズな進行が期待できると考えられる.
微生物由来物質の抗マラリア剤への展開

人の感染治療に用いられていない抗生物質の中から、アミノグリコシド、テトロン酸、ペプチド、異常アミノ酸、ポリエーテル等の既存の抗生物質に分類される物質群と新規骨格を持つ物質群を選択しその抗マラリア活性を試験した。誘導体を含む35検体中、5検体が著効、6検体が有効であった(岡山大・綿矢ら)。著効を示した物質はポリエーテル系抗生物質群と環状チアゾリルペプチド系抗生物質であるアミチアマイシンAであった。ポリエーテル系抗生物質群の2剤はマウスを用いた実験系においてもその有効性が確認され、一般的なポリエーテル系抗生物質群の用途であるニワトリのコクシジウム症の治療にも用いられていないことから、抗マラリア剤としての用途特許出願の準備中である。また、本2剤に関してはその水溶性向上を目指した誘導体の合成にも着手している。アミチアマイシンAはきわめて高い選択性(>3,000)を示したが、その溶解性に問題があり、in vivoの有効性は確認できなかった。現在、溶解性を改善すべくその誘導体の合成を行っており、合成の完了している6検体中、2検体が著効、4検体が有効の結果を得ている。さらにいくつかの誘導体の合成を続行しており、in vivoでの有効性を確認する予定である。以上の成果はエコシステムの見地から微生物由来物質を研究対象とすることの妥当性を支持するものである。また、微生物を利用した大量生産の可能性等を加味するとその実用化に向けてのメリットは大きい。
がん悪性化に関与するＳｍａｄ　ｃｏｆａｃｔｏrの同定と機能解析

1)SmadとEts1の協調作用の解析CASTing法によって得られた内因性Smad結合配列の中に、Smad結合配列(SBE、CAGA)とEts転写因子結合配列(EBS)を含むものを見出した(以下、ECSと略記)。ECS配列をpGL4レポーターベクターに導入したところ、TGF-β依存的に良好な応答性を示した。また、SBA、CAGA、あるいはEBSの変異によりレポーター活性は消失した。一方、ECS配列とSmadタンパク質の結合はEBSの変異によりほとんど影響されなかった。以上の結果から、転写活性化においてSmadとEtsタンパク質は協調作用しているが、SmadとEtsタンパク質の相互作用はECS配列への結合には必要ないことが明らかとなった。これにより、従来の「SmadとDNAの結合にはSmad cofactorが要求される」との考え方は一部修正が必要であると考えられた。2)Smadによる転写活性化の必要条件の検討上記の結果を受けて、SmadのDNAへの結合と転写活性化能との対応について詳細な検討を進めた。その結果、Smad複合体もSmad cofactorも転写活性化に必要なhalf unitであり、各々、単独でDNAに結合しても転写は活性化できない。しかし、Smad複合体がDNAに2つ以上結合する、あるいはSmad cofactorと協調してDNAに結合することが転写活性化の条件である可能性を示唆する結果を得た。TGF-βによる細胞運動性亢進作用はシグナル伝達因子Smad3をノックアウトした細胞ではみられなくなる。この細胞にSmad3あるいはSmad3変異体遺伝子を再導入する実験により、Smad3タンパク質上で運動性亢進作用に関与する領域を同定した。この領域はRac1を活性化して細胞にラメリポディアという構造を形成させるために重要であることを突き止めた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。1.細胞応答阻害性ペプチドを用いたSmad cofactorの同定JygMC(A)細胞は自己分泌するTGF-β依存的にアポトーシス抵抗性を示す。Smad3-MH2ドメインの部分ペプチドがこの細胞応答を抑制することを見出しており、JygMC(A)細胞抽出液中のSmad3-MH2結合タンパク質の中からペプチドで結合が阻害されるタンパク質を探索した。しかし、候補タンパク質が非常に多く、同定には至らなかった。一方、siRNAを用いた実験により、あるbHLH型転写因子をノックダウンすることにより、TGF-β依存的なアポトーシス抵抗性が消失することを見出した。この候補因子に関して動物実験を行うため、現在、shRNAを用いた安定ノックダウン細胞の樹立を進めている。2.次世代シークエンサーを用いた内因性Smad結合配列の収集ヒト肝がん細胞株HepG2、およびヒト肺がん細胞株A549を用いてCasting法と次世代シークエンサーを組み合わせたSmad結合配列の収集を行い、ヒト正常角化細胞株HaCaTから収集した配列と比較検討した。その結果、典型的なSmad結合モチーフを持たないものも含め、細胞種にユニークな配列が収集できることが明らかとなった。これらの配列のうち、出現頻度が高いものをpGL4ルシフェラーゼレポーターベクターに組み込み、TGF-β刺激に対して活性上昇の応答性が良いものをピックアップし、Smad依存性の確認、応答に必須領域の絞り込みを進めた。こうして、未知のSmad cofactorに応答していると思われるSmad結合配列を複数、得ることができた。細胞応答阻害性ペプチドを用いたアプローチでは、当初、計画していたプロテオミクスの方法で期待した結果は得られなかったが、別の方法でTGF-β依存的なアポトーシス抵抗性に関与していると思わる候補因子を見出すことができた。したがって、実質的な遅れは生じていないと考えている。一方、次世代シークエンサーを用いた内因性Smad結合配列の収集に関しては、研究協力者(助教)が退職したこともあって、実験にやや遅れが生じた。現在では新たな協力者を得て体制を整えたので、今後は急速にキャッチアップできると考えている。1.細胞応答阻害性ペプチドを用いたSmad cofactorの同定本手法で乳がん細胞株JygMC(A)細胞のアポトーシス抵抗性に関与するSmad cofactorの同定を進めている。高度に精製したSmad3-MH2組換えタンパク質を用いて細胞の核抽出液からSmad結合タンパク質のpull-downを行ったが、質量分析にかけられるようなシグナルは得られなかった。一方、項目2からJygMC(A)細胞の各抽出液から内因性Smad結合配列を得ることができた。これらのDNA配列へのSmad結合に対する細胞応答阻害性ペプチドの効果を検定する実験系を作成している。2.次世代シークエンサーを用いた内因性Smad結合配列の収集前年度までのヒト細胞株(HaCaT、HepG2、A549)に引き続き、マウス乳がん細胞株4T1、JygMC(A)、マウス乳腺正常上皮細胞株NMuMG細胞を用いて内因性Smad結合配列の収集を進めた。得られた配列の多くは、MEME法によるモチーフ検索でSmad cofactorの候補となる転写因子を推定できた。これらの配列をpGL4ベクターに組み込み、TGF-β依存性の良好なレポーター活性を示す配列を複数、同定した。また、これらのレポーター活性はSmad結合モチーフ及びcofactor結合モチーフへの変異導入で顕著に低下した。したがって、SmadとSmad cofactorとの協調作用で転写活性化を行う配列であると判断した。

このうち、2つのSmad cofactor候補タンパク質について、publicなデータベースを用いた解析により、がん悪性化との関連が示唆されたので、今後の解析のためにcDNAを取得し、発現ベクターに組み込んだ。1.細胞応答阻害性ペプチドによるSmad cofactorの同定研究は、Smad3-MH2組換えタンパク質を高度に精製して用いても満足な結果を得ることができなかった。しかし、実験材料に用いていたJygMC(A)細胞から内因性Smad結合配列を収集できた。これら配列のSmad結合に対するペプチドの阻害効果を検定する実験系を導入することにより、適切にバックアップできると考えている。2.内因性Smad結合配列の収集は、がん悪性化に関与すると考えられるSmad cofactorの候補を2つ見出すことができたので、順調に進行したと考えている。1)SmadとEts1の協調作用の解析CASTing法によって得られた内因性Smad結合配列の中に、Smad結合配列(SBE、CAGA)とEts転写因子結合配列(EBS)を含むものを見出した(以下、ECSと略記)。ECS配列をpGL4レポーターベクターに導入したところ、TGF-β依存的に良好な応答性を示した。また、SBA、CAGA、あるいはEBSの変異によりレポーター活性は消失した。一方、ECS配列とSmadタンパク質の結合はEBSの変異によりほとんど影響されなかった。以上の結果から、転写活性化においてSmadとEtsタンパク質は協調作用しているが、SmadとEtsタンパク質の相互作用はECS配列への結合には必要ないことが明らかとなった。これにより、従来の「SmadとDNAの結合にはSmad cofactorが要求される」との考え方は一部修正が必要であると考えられた。2)Smadによる転写活性化の必要条件の検討上記の結果を受けて、SmadのDNAへの結合と転写活性化能との対応について詳細な検討を進めた。その結果、Smad複合体もSmad cofactorも転写活性化に必要なhalf unitであり、各々、単独でDNAに結合しても転写は活性化できない。しかし、Smad複合体がDNAに2つ以上結合する、あるいはSmad cofactorと協調してDNAに結合することが転写活性化の条件である可能性を示唆する結果を得た。TGF-βによる細胞運動性亢進作用はシグナル伝達因子Smad3をノックアウトした細胞ではみられなくなる。この細胞にSmad3あるいはSmad3変異体遺伝子を再導入する実験により、Smad3タンパク質上で運動性亢進作用に関与する領域を同定した。この領域はRac1を活性化して細胞にラメリポディアという構造を形成させるために重要であることを突き止めた。細胞応答阻害性ペプチドを用いたアプローチは手法として拡張性があるので、改良を試みる。また、得られた候補因子の機能解析を進める。Smad結合配列の収集は、高悪性度のがん細胞を中心に探索に用いる細胞株を増やすとともに、すでに得られた配列の解析を進める予定である。
油水急速混合機構を用いた高負荷燃焼による難燃性燃料バーナ燃焼のＣＯ２低減

重質油や廃油,バイオマス燃料などの難燃性燃料に対して,低汚染バーナ燃焼を確立することを目的に,油水急速混合機構を適用してバーナ燃焼場に水を導入することを試みた.このために,油水急速混合噴霧ノズルを製作して燃料の微粒化および空気との混合を促進させた.この油水急速混合噴霧ノズルによるバーナ燃焼実験を行って,難燃性燃料の油水急速混合燃焼によって窒素酸化物および微粒子がともに低減する排気低減効果を明らかにした.また,低排気の高負荷燃焼を実現すれば,ボイラーに適用時は排気損失の低減による高効率化が望めることを示した.本研究では,難燃性燃料のボイラ用バーナ燃焼において水エマルジョン燃料化せずに水を燃焼場で利用する.前年度はこのための内部急速混合噴射弁を開発した.本年度は大豆油を燃料とし,この噴射弁を用いたときの熱交換特性とNOx生成特性を調べた.まず熱交換特性の計測装置を製作した.バーナ燃焼実験炉は保炎器と火炎長より長い外筒を有しており,本研究では外筒内壁に厚さ20mmの断熱材を設置し,熱交換器として内径9mmの水管を20巻したものを外筒出口に設置した.熱交換特性は,この水管が燃焼ガスより回収する熱量を冷却管入口出口の水温,水量を測定して定量化することで求めた.この結果,(1)内部急速混合型油水噴射弁は,従来の外部混合型噴射弁と同程度,もしくはそれ以上の熱交換特性を有しており,また,(2)従来の外部混合型噴射弁によるエマルジョン燃料の場合と同等以上の熱交換特性も得られる.(3)バイオマス燃料の大豆油で,軽油と同程度の熱交換特性が得られた.(4)水導入割合が増加すると,凝縮による熱交換が促進されるが,これは,燃料種によらない.などの知見を得た.さらに,本燃焼におけるNOx排出特性を調べた.その結果,(1)内部急速混合型油水噴射弁で水を導入することにより,火炎温度を低下させてNOxを低減できる.(2)内部急速混合型油水噴射弁を用いたバーナ燃焼では,保炎器内部の温度と火炎の長さがNOx生成に関係する.(3)当量比の低下によって火炎長が短くなると,滞留時間が短くなって排気NOx濃度は低下する.(4)内部急速混合型油水噴射弁に導入する微粒化用空気流量を増加させた場合,保炎器内で温度が上昇してNOxは増加する.その一方で,火炎長が短くなるとNOxは低下する.これらが釣り合って,燃焼炉出口における排気NOx濃度は,従来の噴射弁で水エマルジョン燃料を燃焼させた場合と同等になる.ことなどを明らかにした.本研究では,重質油や廃油,バイオマス燃料などの難燃性燃料に対して,低汚染バーナ燃焼を確立することを目的に,油水急速混合機構を適用してバーナ燃焼場に水を導入することを検討した.このために,油水急速混合噴霧ノズルを製作した.このノズルでは,燃料と水を別々にノズル内に導入し,微粒化用空気ともに容量3.9ccの混合室内で三流体を急速混合した後,直径1mmの8つの噴孔から保炎器内の燃焼場に噴霧させる.研究では,燃焼中に自由に三流体それぞれの流量を変化させながら,このノズルによるバーナ燃焼実験を行い,大豆油の油水急速混合燃焼による排気低減効果を明らかにした.さらに,排気低減による熱収支の改善効果を示した.燃焼試験の結果より,油水急速混合噴霧によるバーナ燃焼では,輝炎がほとんどみられない無煙燃焼となり,当量比0.8以上の高負荷でも微粒子はほとんど排出されず,高負荷燃焼に有効であることを示した.また,水による二次微粒化で燃料の微粒化特性が向上し,水導入割合の増加により,NOxが低減するとともにPMの排出量は大きく低下した.これらの排気改善の結果,本ノズルで油水急速混合を行った場合,水割合を50vol%にすれば,難燃性燃料の燃焼に対して当量比1.4近くまで高負荷燃焼範囲を拡大できた.さらに,燃焼炉下流に熱交換器を設置して熱交換特性を調べた.熱交換器による熱回収割合は,水を導入しても大きく変化しない.さらに,当量比の高い高負荷燃焼を行うと,排気ガス温度が高くなるために,壁面からの熱損失割合は大きくなるが,排気ガス流量が低減できる効果により排ガス損失割合を低くできることが示された.このように,水管ボイラーにおける高負荷燃焼を実現したことで,同一量の燃料を少ない空気量で燃焼できた.これは高温の排出ガス量を減らして排気損失を低減することにつながり,ボイラー効率向上に有効となる.重質油や廃油,バイオマス燃料などの難燃性燃料に対して,低汚染バーナ燃焼を確立することを目的に,油水急速混合機構を適用してバーナ燃焼場に水を導入することを試みた.このために,油水急速混合噴霧ノズルを製作して燃料の微粒化および空気との混合を促進させた.この油水急速混合噴霧ノズルによるバーナ燃焼実験を行って,難燃性燃料の油水急速混合燃焼によって窒素酸化物および微粒子がともに低減する排気低減効果を明らかにした.また,低排気の高負荷燃焼を実現すれば,ボイラーに適用時は排気損失の低減による高効率化が望めることを示した.本研究では,難燃性燃料のボイラ用バーナ燃焼において水エマルジョン化をしないで水を燃焼場で利用することが特徴である.

このため難燃性燃料用の油水急速混合噴射弁を開発する.平成23年度は,菜種油を試験燃料とした燃焼試験を行い,油水急速混合機構を有する噴霧バーナの性能を,従来型の外部混合噴霧バーナの性能と比較した.燃焼試験では噴霧バーナに供給する燃料および空気の流量,燃料に対する水割合を任意に変更できる装置を製作し,火炎下流で熱電対および排気ガスサンプリングプローブを配置することにより排気ガス温度,排気ガス成分濃度(窒素酸化物NOx,一酸化炭素CO,二酸化炭素CO2,酸素O2,微粒子)が計測できる試験装置を確立した.これにより,初年度に計画していた油水急速混合装置の確立・最適化,およびバーナ燃焼試験方法の確立は達成した.研究の成果では,外部混合噴霧バーナの性能として以下のことを示した.1.内部急速混合型油水噴射ノズルには,水エマルジョン燃料と同等のNOxおよび微粒子低減効果がある.2.油水急速混合機構では,水導入割合の増加とともに,火炎温度は低下しNOx濃度が低下する.一方,二次微粒化により微粒化特性が向上して微粒子が低下する.3.菜種油燃料では燃焼が困難である高負荷領域において,内部急速混合型油水噴射ノズルにより水を導入すると,微粒子排出量を低下させる効果が大きい.この結果から,内部急速混合型油水噴射ノズルは難燃性燃料に有効であることが示唆された.また,次年度も引き続いて計画通り各種燃料について燃焼試験を進めて問題ないことを確認した.このほか,油水急速混合機構の解析について調べるために必要な装置として,23年度には噴霧可視化試験装置の製作にとりかかった.現在,本体装置の製作が完了し,光学系の構築を行っている.前年度の燃焼試験方法の確立に引き続いて,熱交換特性の評価方法を確立した.熱交換特性の評価により,本研究で開発した内部急速混合型油水噴射弁による燃焼の熱交換特性は,従来の外部混合型噴射弁による燃焼あるいは,水エマルジョン燃料化による燃焼と同等の特性を有することを示した.少なくとも最適化した燃焼では,燃焼が難しい高負荷条件でも水利用により,排気は改善しつつ,熱エネルギーの利用効率は低下しない,すなわち燃料消費量は増加せず,CO2も増加しないことがわかった.本燃焼炉における排気特性として,NOx排出特性を調べ,NOx生成の支配要因を火炎形態および燃焼過程と関連付けて明らかにできた.NOx排出特性の評価試験では,前年度に完成した噴霧可視化試験装置を適用した.これは外筒に観察窓を設けて実際の火炎長を計測できるようにしたもので,これにより,火炎形態とNOx排出特性を関連付けた考察が可能になった.またこの試験装置により,火炎温度やすす濃度の光学計測が可能となり,次年度に向けて研究内容の幅が広がった.当初の検討項目のうち,内部急速混合型油水噴射弁による噴霧の微粒化機構の解明,燃焼場のラジカル成分による化学反応機構の検討はまだ行っていない.このうち噴霧の微粒化機構を解明することが,これまでの結果を根拠付けるうえでとくに必要となってきた.燃焼試験方法が確立できた.燃焼試験により,排気性能の点から油水噴射ノズルの有用性を明らかにした.噴霧可視化試験装置は本体が完成した.これまでに内部急速混合型油水噴射弁の有用性を確認したことを受けて,今後の研究では,本噴射弁によって形成する三流体(燃料,水,微粒化用空気)混合噴霧における噴霧液滴の形成および挙動について詳細に調べて,微粒化特性を明らかにする.当初は,燃焼場におけるラジカル成分の計測による化学反応機構の解明を検討していたが,燃焼・排気計測の結果,物理現象である噴霧の微粒化機構の解明が必要であることが明らかになった.したがって,内部急速混合型油水噴射弁による噴霧の可視化解析を優先して実施することにする.
都市域における大気熱環境への緑地の影響

本研究では,都市の大気熱環境における緑地の影響を評価するため,緑地での大気加熱量の観測と,衛星観測データを用いた緑地温度と土地被覆の関係についての時間変化の特徴を調べた.一般に緑地が植生を含まない都市的土地被覆よりも低温であるが,冬季の農地では都市より高温となり,林地では夏季でも都市と匹敵する大気加熱がみられた.このため,季節性や緑地内の植物構成を考慮しないと緑地の冷却効果を過大評価するおそれがある.さまざまな都市緑地における植物活動に関するデータが得られれば,有用な緑地効果を評価する指標を提案できると期待される.都市の高温環境に対して緑地がもつ緩和効果の定量化を目的として,緑地を含む都市環境での大気加熱量と緑地の寄与の測定を試みた.「1.乱流変動法による広域大気加熱量の測定」都市域スケール(本研究では100-1000 mとする)測定の十分なデータが得られていないが,気象台の公開データ等や既往研究より対象地域の都市気象の特徴を調査した.「2.緑地と非緑地での大気加熱量の評価」緑地の寄与については,都市に生育する樹木の生理特性のうち,大気への水蒸気供給となる蒸散作用と光合成による二酸化炭素交換作用に着目して,都市内の異なる環境(周辺の建物や道路の分布)における樹木の測定を行った.「3.測定点の周辺地表面状態の評価」対象地域の人工物や緑地分布と風などの気象データを用いて,解析対象とする領域を選定した.「4.都市域スケールの大気加熱量の時間変動特性の評価」「5.都市域スケールの大気加熱量への緑地の影響の評価」これらについては,今年度に全体をとりまとめて考察を進める予定である.解析対象として,都市域の小スケールモデルとして大学構内での測定を行うことが3年間での研究を進めるために妥当と考え,観測準備と呼び解析を行った.平成24年研究実施計画の「1)観測準備」「2)都市域スケールの大気加熱量の測定」について,観測のための機器を購入し,大気加熱量(以下,熱フラックスとする),水蒸気輸送量(フラックス),日射量,大気放射量,気温,湿度を計測するシステムの設計,試験運転を実施した.これらの計測システムを設置する場所を選定するにあたり,測定条件と測定された熱フラックスに寄与する地表面領域との関係をあらかじめ評価する必要がある.とくに複雑な地物が分布する都市域においては,測定値に寄与する地表面領域を把握しておかないと観測地の解釈が困難であるため,観測に先行する必要があった.この結果は,「3)都市域スケールの地表面状態の評価」とも関連し,都市域スケール(たとえば名古屋市)の地表面の特徴に対して,観測対象の大学構内の地表面をどのように解釈できるかを検討する必要がある.「4)局地スケールの大気加熱量の測定」に関しては大学構内での測定を行うことにし,構内の地物分布と温度分布をもとに緑被条件の異なる測定地点を検討した.都市の高温環境に対して緑地が持つ緩和効果の定量化するために,緑地を含む都市環境での大気加熱量と緑地の寄与の評価を目指した研究を行なった.「1.乱流変動法による広域大気加熱量の測定」都市域スケールの測定が十分に行なえず,データが得られていないが,気象台の公開データや既往研究より対象地域の都市気象の特徴を調査した.「2.緑地と非緑地での大気加熱量の評価」緑地の寄与について,都市に生育する樹木の蒸散特性を計測して都市大気への水蒸気供給および冷却効果について検討した.大気加熱量そのものの測定はできていないが,周辺環境の異なる地点での温度計測を行い,都市内の温度環境形成の把握を試みた.都市内緑地の計測ができなかったので,都市近郊林の観測値を用いて森林の大気への影響評価を行なった.「3.測定点の周辺地表面の評価」対象地域の人工物や緑地分布と風などの気象データを用いて,解析対象とする領域を選定した.「4.都市域スケールの大気加熱量の時間変動特性の評価」都市域スケールの測定が実施できず未達成である.「5.都市域スケールの大気加熱量への緑地の影響評価」4の測定ができていないが,各地で実施されている既往研究や本研究の対象地域に関する都市気象の特徴を整理して,対象地域の位置づけを試みた.都市の高温環境に対して緑地が持つ緩和効果の定量化するために,緑地を含む都市環境での大気加熱量と緑地の寄与を現地観測の準備を進めてきたが,都市スケールの大気加熱量の実測は達成できなかった.このため,都市と緑地の熱環境の評価をするために,衛星観測データ(MODISデータセット)を使用した解析を行った.「1.乱流変動法による広域大気加熱量の測定」では前述のとおり観測が実施できなかった.「2.緑地と非緑地での大気加熱量の評価」では,観測は緑地の参照値として都市近郊の農地と林地で実施し,大気加熱量の時間変動と気象状況,地表面状況との関係を評価した.「4.都市域スケールの大気加熱量の時間変動特性,5.都市域スケールの大気加熱量への緑地の影響評価」では,都市域スケールの熱環境と緑地の影響評価のために,衛星観測によるデータを使用して緑地の温度緩和効果(冷却効果,クールアイランド効果)と緑地特性(植物指数)を解析した.対象都市域(名古屋市)とその郊外地域に存在する緑地について,最近15年間の年変動と季節変化を緑地間で比較した.対象地域においては,夏の日中に緑地が市街地よりも低温であったが,冬季には逆に緑地が高温となった.また,大規模緑地の低温傾向は解析期間において年々減少する傾向にあった.

本研究では,都市の大気熱環境における緑地の影響を評価するため,緑地での大気加熱量の観測と,衛星観測データを用いた緑地温度と土地被覆の関係についての時間変化の特徴を調べた.一般に緑地が植生を含まない都市的土地被覆よりも低温であるが,冬季の農地では都市より高温となり,林地では夏季でも都市と匹敵する大気加熱がみられた.このため,季節性や緑地内の植物構成を考慮しないと緑地の冷却効果を過大評価するおそれがある.さまざまな都市緑地における植物活動に関するデータが得られれば,有用な緑地効果を評価する指標を提案できると期待される.都市域スケールの大気加熱量の測定に関して,有効な測定データを得るための機材設置条件(建物の影響を避けるための測定高度の確保など)を整えることができず,本観測を開始できていない.この代替策として,都市内(大学キャンパス内)での温度観測結果を用いて,周辺環境の影響の違いを評価した.緑地の効果については,樹木測定を通年で実施して季節性の抽出を試みた.これらの二つのデータを総合的に解析して,都市環境への緑地の影響を評価することが本研究の目的であるが,データ収集が不十分なため達成できていない.森林気象都市域スケールの大気加熱量の測定実施の方策を進めると同時に,より実現可能性の高い緑地および非緑地の測定を行い緑地効果を評価する.また,これまでに測定した樹木の生理特性を考慮した緑地の効果を都市域スケールに拡張して評価する方法を検討する.観測データの不足は,既往研究や気象台の公開データを用いて行なう.都市域スケールの大気加熱量の測定が機器や設置場所の調整が遅れたため,十分なデータを得られていない.緑地の効果については樹木測定を実施して大気環境への影響評価を行うためのデータを集めてきた.これらの二つのデータを総合的に解析して,都市環境への緑地の影響を評価することが本研究の目的であるが,前者のデータ不足により達成できていない.研究計画では2年目に実施予定であった「観測値に寄与する地表面領域の推定」を観測開始前に進めるほうが効率的に進められるので先に実施したため,設置場所の選定にあたり事前調査に時間がかかり,本観測は今年度から実施することとなった.予定よりも半年程度遅れているが,観測機材の準備は終わっているので,今年度からの観測実施でも研究期間内に目的とする通年データを取得できる見込みである.計画していた学会旅費(海外)を使用しなかったため.気象観測を継続してデータを蓄積するとともに,樹木の生理特性を考慮した緑地の効果を都市域スケールに拡張して評価する方法を検討する.観測データの不足は,既往研究や気象台等の公開データを用いて補う.H25年度には観測を実施継続して,都市域スケールの大気加熱量の時間変動特性と局地スケールとして緑被条件の異なる複数の地点での大気加熱量の空間変動特性についてそれぞれ評価を行う.これらの結果をもとに,H 26年度には局地スケールの大気加熱量のスケールアップと都市域スケールの大気加熱への緑地の影響を推定評価する.主に学会旅費として用いる.昨年度に計画していた学会旅費(海外)を使用しなかったため.学会旅費(海外)として使用する.申請時に記載した通り,観測継続のための消耗品の購入と,成果発表のための学会参加の旅費を中心に使用する.
局所的1分子操作によるF1-ATPaseのトルク発生機構の解明

1分子操作によってF1-ATPaseの反応速度定数と平衡定数を回転角度の関数として決定する事に成功し、ATPの結合過程において大きな力を発生する事を明らかにした。また、トルク発生部位であるβサブユニットの構造変化を非常に高い時空間分解能で計測する手法を確立し、βの構造変化がパワーストローク型である事を明らかにした。変異体解析で示唆されていた固定子リング内における3つのβサブユニット間の協同性を、高速原子間力顕微鏡を用いて実証した。F_1-ATPaseは、極めて高い効率でATP加水分解のエネルギーを回転運動に変換していることが知られている。しかしながら、なぜ高効率に化学エネルギーを力学的仕事に変換できるのかは分かっていない。これは、F_1のトルク発生ユニットである、βサブユニットの解析が遅れているからに他ならない。βサブユニットはATPの結合や解離に伴い大きく構造変化していることが知られており、この構造変化とトルクの関係を明らかにすることを目的とする。また、βサブユニット1分子を操作できる系を開発し、βサブユニットの構造変化の大きさと回転がどのように相関するかも明らかにする。本年度はβサブユニットの1分子操作・計測系の開発に注力した。βサブユニットの最も大きく構造変化すると考えられているC末部分にCys残基を遺伝子的に導入し、Biotin-streptavidinを介して、長鎖DNAを結合させた。また、DNAの反対側の末端には光ピンセットで操作するためのビーズを結合させてある。これ以外にも、F_1ATPaseの回転を可視化するためのビーズもγサブユニットに結合させている。このような状態で、回転しているF_1ATPaseのを見つけ、その近傍にあるビーズを光ピンセットを用いて引っ張り、βサブユニットに力を加えたところ、回転速度に変化が見られた。しかしながら、この現象が真にβサブユニットに力が加わって見られた変化であるか確認できていないため、その検証を行っている。ATP合成酵素のF_1モーターは、極めて高い効率でATP加水分解のエネルギーを回転運動に変換する分子モーターである。そのため、生体分子機械による化学-力学エネルギー変換のしくみを理解するうえで理想的な研究試料といえる。しかし、「なぜF_1が高効率で化学エネルギーを力学的仕事に変換できるのか?」という根源的課題は解かれていない。その原因は、これまでの1分子計測が回転子γに集中していた一方で、肝心のトルク発生部位であるβサブユニットの構造変化とそれによるトルク発生との関係が不明なためである。そこで本研究では、トルク発生ユニットを1個しか持たない単気筒F_1を開発する。さらに、βの構造変化に伴うトルクを実測し、さらにβの構造を直接操作する系を開発する。そして、この二つを組み合わせることで、「βの触媒反応・構造・トルクの関係」を明らかにしF_1モーターのトルク発生のメカニズムを解明する。研究項目1「βの新しい計測・操作技術の開発」βの1分子操作の基盤となる技術開発をおこなった。具体的にはβのC末ドメインの様々な部位にCys残基を導入し、biotinもしくはDNA等を共有結合させる。ここに、streptavidinもしくは相補的DNAを介して光ピンセットとの間をつなぐ長鎖DNA、アクチン線維、または長鎖ポリマーへの接続を試た。この過程において回転子γに長鎖DNAを接続し、DNAを糸巻きのように巻き取ることで2本鎖DNAの曲げ弾性の計測に成功した。本結果は論文として投稿している。研究項目2「単気筒F_1の開発と応用」「トルクを発生しないβ」の開発を行った。まずγと相互作用しているC末ドメインのループの大規模改変をおこなった。C末ループ領域の22アミノ酸残基をGlyに置換し、その構造を破壊した。すると、本来のトルクより50%低下した。本成果も論文として投稿している。ATP合成酵素のF1モーターは、極めて高い効率でATP加水分解のエネルギーを回転運動に変換する分子モーターである。しかし、「なぜF1が高効率で化学エネルギーを力学的仕事に変換できるのか?」という根源的課題は解かれていない。そこで本研究では、トルク発生ユニットを1個しか持たない単気筒F1を開発する。そして、この二つを組み合わせることで、「βの触媒反応・構造・トルクの関係」を明らかにしF1モーターのトルク発生のメカニズムを解明する。回転子γに長鎖DNAを接続し、DNAを糸巻きのように巻き取ることで2本鎖DNAの曲げ弾性の計測に成功した。本結果はNucleic Acids Researchに掲載された。研究項目

2「単気筒F1の開発と応用」F1モーターのトルク発生に関わる、betaサブユニットc末にあるhelix-loopーhelix構造をアミノ酸置換により破壊した。具体的には22残基のアミノ酸をGlyに変換したところ、その発生トルクは50%低下した。本発見は、有意に回転トルクが減少した変異としてBiophys Jに掲載された。本結果で得られた変異体とWTのハイブリッドF1を作成することで、単気筒F1を作成する。以上のことより、1分子の局所操作技術を開発し、局所操作可能なF1も開発できた。今後はこれら変異体の操作を実際に行いたい。本年度までの成果により、F_1に長鎖DNAを接合し、操作する手法が確立された。また、F_1変異体の作成もほぼ完了し、その性質も調査している。最終年度に向け、これらを組み合わせてトルク発生機構の研究を推進する下地がそろったと言える。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後は計画通り、変異体F_1の1分子操作をおこないトルク発生機構に関する研究を推進する。
異なり数計測アルゴリズムを多分野に適応するための最適パラメータの設定手法の開発

異なり数解析は,ネットワークの不適切な利用の発見手法として有益である.様々な事例に異なり数解析を適用することにより,異なり数計測アルゴリズムにおいて設定すべきパラメータの一つである閾値に対する適切な値の調査を行なった.その結果より,閾値の決定は,異なり数解析の結果の利用方法や,適応する属性値の取りうる値域など,様々なことを考慮する必要があることがわかった.また,適用する属性値が連続値である場合には,アルゴリズムにより求めた部分集合の各要素の属性値の分散と平均が,異なり数と同様の特徴を示すことがわかった.平成27年度は、異なり数計測アルゴリズムを適用すべき入力データ収集の仕組みの開発を行った。1)WebメールサーバシステムにおけるWebサーバのログとMTAサーバのログを統合して保存する仕組みを開発した。また、その仕組みを筑波大学内で実際に運用しているサーバに対して適用し、データ取集できることを確認した。2)DNSのフルリゾルバへのパケットを収集する仕組みを開発した。また、その仕組みを筑波大学内で実際に運用しているサーバに対して適用し、収集を行った。3)筑波大学内で運用しているファイアウォールログの収集を行った。また、連続値となる属性の異なり具合を表す指標を求められるように異なり数計測アルゴリズムを拡張した。この拡張したアルゴリズムを、上記3)で収集したファイアウォールログの転送量や、上記1)にて収集したメールサーバログにおけるメールサイズに適用し、それらの異なりを調査し、特徴的な集合を発見することができた。これにより、離散化に対するパラメータ設定を行う必要がなくなった。また、異なり数計測の応用範囲を広げられるようになった。計画では、2種類のデータの収集を行う予定であったが、収集するデータに変更があったものの、3種類のデータの取集が可能となった。また、異なり数計測を行う上で問題となっていた、連続値となる属性値の取り扱いについて、解決策の検討を行い、アルゴリズムの改良が行えた。以上より順調に進展しているといえる。平成28年度は、前年度までに開発したシステムのほかに、筑波大学に導入されているフロアスイッチ等に搭載されている、スイッチを通過するパケットをサンプリングで収集する技術であるsflowに対応したプログラムを開発することにより、フロアスイッチを通過するサンプリングパケットを収集できる仕組みを開発した。また、異なり数解析アルゴリズムの実装方法を見直して、より高速に計算できる方法による実装を行った。さらにハードウェアによる実装方法についても検討を行った。また取り扱うデータの種類を増やすことにし、以下に示す4種類のデータを投入できるようにするためのデータ形式を変更するプログラムを作成して、動作確認までを行った。また、それら必要となるデータについての入手方法も確立した。1)筑波大学内のWebメールサーバのログに対して、システムを用いてデータ形式を変更させて、異なり数解析のアルゴリズムに適用するための実験を行った。2)筑波大学内のDNSフルリゾルバのログに対して、システムを用いてデータ形式を変更させて、異なり数解析のアルゴリズムに適用するための実験を行った。3)筑波大学内のファイアウォールのログに対して、システムを用いてデータ形式を変更させて、異なり数解析のアルゴリズムに適用するための実験を行った。4)筑波大学内のフロアスイッチを通過するパケットをサンプリングにより収集するための仕組みを開発し、異なり数解析のアルゴリズムに適用するための実験を行った。計画を変更し、連続値となる属性値の取り扱いについて、アルゴリズムの改良を行い、また、その作成したプログラムへのデータを導入するプログラムの作成も終了しているが、それらのデータを対象とした分析に時間がかかっている。また、新たにパケットレベルに関する実験も行うために、データ変換プログラム等の作成は終了しているが、それらのデータを対象とした分析に時間がかかっている。平成29年度は、前年度までに開発したシステムに加えて、1)DNSフルリゾルバに対する問い合わせログ、2)学内の未使用IPアドレス宛の通信のログ、3)メールサーバへのアクセスログを開発した。特に3)については、アクセス元のIPアドレスを直接解析するのではなく、アクセス元が所属するAS(Autonomous System)の番号に変換して解析するようにした。これらに対して異なり数解析を適用した。2)の解析結果により学内において、不適切な設定をしている端末を特定することができた。また3)においては、不適切な利用を行なっている利用者の特定をすることができた。また、前年に引き続き、スイッチを通過するパケットをサンプリングにより収集する方法については、異なり数解析に適したサンプリング手法についての検討を行った。通常のランダムサンプリングを使った場合、サイバー攻撃の際に現れる特徴がサンプリングにより見えなくなってしまうことがわかり、そのデータをそのまま異なり数解析をしても良い結果が出ないことがわかった。いずれのデータ群に対しても、異なり数解析を行う際の閾値については、様々な値に設定し、それらの試行実験により、適切であろう閾値を求めることができた。しかしながら、解析結果の利用方法などにより、最適なな閾値の値は異なることがわかった。すなわち、解析対象となるデータを分析しただけでは、適切な閾値を定めることは非常に難しいことがわかった。一方、連続値を取り扱う方法については、いろいろな分野に応用できることが確認できた。これにより、属性値をいくつかの区間に分けて離散値にすることを行わずに解析できることがわかった。さらに、異なり数解析をハードウェアによる実装方法について検討を行い、現在の技術をもちいることにより、100Gbps程度のトラフィックの全てをリアルタイムに異なり数解析することの可能性を示すことができた。異なり数解析は,ネットワークの不適切な利用の発見手法として有益である.

様々な事例に異なり数解析を適用することにより,異なり数計測アルゴリズムにおいて設定すべきパラメータの一つである閾値に対する適切な値の調査を行なった.その結果より,閾値の決定は,異なり数解析の結果の利用方法や,適応する属性値の取りうる値域など,様々なことを考慮する必要があることがわかった.また,適用する属性値が連続値である場合には,アルゴリズムにより求めた部分集合の各要素の属性値の分散と平均が,異なり数と同様の特徴を示すことがわかった.平成28年度には、計画において平成27年度に実施予定であったsflow技術を用いたパケット収集の仕組みの開発を行うとともに、収集された実環境データの統計量を元に、最適なパラメータ設定を求める大まかな方針を立てる。具体的には、各属性値がどのような分布となるかの調査を行い、その分布に従って、パラメータ(特に閾値)を求める方法を検討する。平成29年度は、1)webメールサーバのログ、2)DNSサーバのログ、3)ファイアウォールのログ、4)フロアスイッチのサンプリングパケットの4種類のデータに対して、連続値となる属性も取り扱った異なり数分析を行い、その結果をまとめる予定である。情報工学プログラム開発を依頼する時期が若干遅れたため、人件費として使用を予定した経費に未使用額が生じたため。平成28年度には、データ収集の作業を行うために、人件費・謝金を積算していたが、作業依頼を予定していた人が体調を崩してしまったことで依頼できなくなってしまい、年度内に代わりの人材を探すこともできなかったため、未使用額が生じた。作業自体は、研究代表者が行った。平成28年度以降の経費と合わせて、人件費として執行する予定である。データ収集作業をしてもらえる人材を探し、その作業を行うための人件費、謝金に充てる予定である。
ナノバブルと超音波を用いた肝がん、膀胱がんへの遺伝子治療法の開発

本研究では,局所療法およびEPR効果が有効な膀胱癌および肝癌を対象に,ナノバブルと超音波を用いた遺伝子治療法の開発をおこなった.音響性リポソーム(ナノバブル),二重超音波照射法による膀胱内壁への癌蛍光分子とプラスミドDNAの導入の実現, TNF.遺伝子による腫瘍組織への導入と抗腫瘍効果の達成,肝癌治療評価のためのナノバブルと高周波超音波を組合せた3次元血管構築法の開発をおこなった.本成果により,膀胱癌および肝癌に対する新しい遺伝子治療法の可能性が示唆された.本研究では,局所療法およびEPR効果が有効な膀胱癌および肝癌を対象に,ナノバブルと超音波を用いた遺伝子治療法の開発をおこなった.音響性リポソーム(ナノバブル),二重超音波照射法による膀胱内壁への癌蛍光分子とプラスミドDNAの導入の実現, TNF.遺伝子による腫瘍組織への導入と抗腫瘍効果の達成,肝癌治療評価のためのナノバブルと高周波超音波を組合せた3次元血管構築法の開発をおこなった.本成果により,膀胱癌および肝癌に対する新しい遺伝子治療法の可能性が示唆された.本研究では,局所投与とEPR(Enhanced Permeability and Retention)効果が有効な「膀胱がん」と「肝がん」を遺伝子治療の対象に, 1)長期発現治療用プラスミドDNAを内包する治療・標的ナノバブルを開発し,2)試作するナノバブル衝撃圧制御装置でこのナノバブルを破壊して,作成したプラスミドDNAを導入し, 3)抗腫瘍効果を超音波の腫瘍形態とナノバブルの移動軌跡から再構築された腫瘍新生血管の三次元的な構造変化から定量することを目的とする.本年度は,レンチウイルスベクターを骨格にもつ長期発現性治療用プラスミドDNAの作成をおこない,長期発現治療用プラスミドDNA(pTNFα)をした.つぎに,内部に液体とガスを含有し,腫瘍マーカーに対するリガンドを膜に組み入れた治療用・標的脂質ナノバブルを作成する. EPR効果の定量をおこなうために,直径が異なる二つのナノバブルを作成する.各バブルの膜組成と平均直径はDistearoyl-Phosphocholine(DSPC)+Distearoyl Phosphoethanolamine(DSPE)-PEG-OMe(平均直径5O-200mm)およびDistearoyl phosphatidylcholine(PC)-PEG(平均直径400-800nm)を作成した.本手法の有効性を確認するために,抗がん剤導入にともなう治療効果を確認した.本研究では,遺伝子治療の対象に局所投与とEPR(Enhanced Permeability and Retention)効果が有効な「膀胱がん」と「肝がん」をそれぞれ選択し,以下の課題を目的にする.(1)長期発現治療用プラスミドDNAを内包する治療・標的ナノバブルを開発する.(2)試作するナノバブル衝撃圧制御装置を使用してナノバブルを破壊し,作製したプラスミドDNAを導入する.(3)超音波の腫瘍形態とナノバブルの移動軌跡から再構築された腫瘍新生血管の三次元的な構造変化で抗腫瘍効果の定量化をおこなう.本年度は,これまで開発してきた液体とガスが同時に封入可能な音響性リポソームの形態を透過型電子顕微鏡で調べた.気液封入効率は20%であった.次に,液相リポソームの場合には,蛍光測定法からDNAへの封入効率は30%程度であることが示された.膀胱がん治療法の開発では,膀胱内をナノバブルと蛍光分子からなる混合溶液で満たし,内尿道口から膀胱尖に向けて超音波を照射し,膀胱尖部位への局所的な分子導入を目指した.蛍光分子は膀胱尖部位のみに導入され,その導入効率は超音波エネルギーに比例し増加した.同手法でルシフェラーゼ発現性プラスミドDNAも膀胱尖部位に導入することが可能であった.一方,肝転移治療では,ルシフェラーゼ発現性がん細胞を使用し,脾臓から肝臓する肝転移モデルの作製をおこなった.生体発光イメージング法および免疫染色法により,肝転移モデルの作製に成功したことを確認した.ナノバブルと高周波超音波を使用することで,肝臓内の血管像を抽出し,血管体積を評価した.腫瘍増殖に比例し腫瘍新生血管の体積の増加が示された.血管体積はがんの早期診断の指標になる可能性があることが示唆された.本研究では,遺伝子治療の開発を目的に,局所投与とEPR(Enhanced Permeability and Retention)効果が有効な「膀胱がん」と「肝がん」をそれぞれ選択した.本年度において,膀胱がん治療法の開発では,ナノバブルと超音波による腫瘍壊死因子α(TNFα)遺伝子のがん細胞への導入実験をおこなった.ナノバブルの組成はDistearoyl-Phosphocholine(DSPC)+Distearoyl Phosphoethanolamine(DSPE)-PEG-OMeである.細胞実験では,EMT-6細胞およびColon26細胞にTNFα遺伝子を導入し,アポトーシスの誘導が蛍光顕微鏡で確認された.In vivo実験では固形腫瘍をマウス側腹に作製し,ナノバブルと超音波によってTNFα遺伝子を固形腫瘍に導入した.生体発光イメージング装置,CD31免疫染色,蛍光顕微鏡観察,定量PCRにより抗腫瘍効果が確認された.この事実から,TNFα遺伝子を膀胱がんに導入することで抗腫瘍効果が得られるものと判断された.肝転移治療では,ナノバブルと高周波超音波を組合せた腫瘍新生血管の三次元的な構造変化による肝転移進行度の評価法の開発を目指した.臨床で使用されているソナゾイドをコントロールに使用した.肝転移部位でのナノバブルの安定性を高周波超音波の輝度値で評価した.

輝度値はナノバブルの濃度に依存し,10μg/mLで最大値が得られた.生体内での安定性は,ソナゾイドでは尾静脈注射後600秒後でも一定の輝度値を保持するのに対して,ナノバブルでは尾静脈注射後,約100秒程度で輝度値が半減した.腫瘍新生血管の三次元的な構造変化は,ソナゾイドで有意差が確認されたが,ナノバブルでは確認されなかった.この結果は,生体内のバブルの寿命時間を増加させることで,腫瘍新生血管の三次元的構造変化から,肝転移の早期診断法の開発が可能性であることが示唆された.