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鉄道事業の民営化における最適な産業組織の考察

本研究では、民営化が進展する日本と英国など欧州の主要国の鉄道事業を対象として、各国の市場環境に応じた最適な産業組織のあり方を経済学の観点から考察した。その結果、鉄道事業の組織再編において、設備投資の喫緊性に対応させた組織分割が重要であること、また組織分割が事業者間の取引費用の増大を通じて安全性に影響を及ぼすこと、そして全国の鉄道ネットワーク規模に応じた産業組織の構築が必要となることが得られた。本研究は、民営化が進展する日本と欧州中でも英国の鉄道事業を対象とし、産業組織の再編と設備投資、安全性、そして全国規模の政策立案との関係を考察することにより、各国の市場環境に応じた最適な産業組織のあり方を経済学の観点から分析するものである。平成21年度は、この内、鉄道事業の民営化における産業組織の再編と設備投資の関係性という観点から研究を行った。まず、英国鉄道(BR)の民営化後に線路運営事業者としてレールトラック社と英仏海峡トンネル連絡鉄道(CTRL)社とが併存した背景について、CTRL社、ネットワーク・レール社、英国交通省、鉄道規制委員会そして英国議会の資料を用いて調査を行った。併せて、建設中のロンドン横断鉄道(クロスレール)計画をも検討した。その結果、リスクが高く多額の公的補助につながる事業に対する財務省の消極的な姿勢などにより、英国国鉄の組織再編とCTRLなど大規模な新設鉄道の整備が別個の枠組で実施されたことが示された。それゆえ、鉄道事業の産業組織の再編形態とレールトラック社に大規模な設備投資を求めない政策との間に密接な関係があることが確認された。また、他の欧州の鉄道事業の民営化当初および事後の産業組織の再構築状況について調査した。例えば、ドイツの事例の検討からは、EU諸国において競争促進を目的に上下分離が導入されたが、各国の拡張された線路容量を利用する形でドイツ鉄道の貨物事業が汎欧州的に拡大し、鉄道貨物事業の寡占化が進行したことなどが得られた。このように、欧州の議会資料や研究業績などに基づいて、鉄道事業の産業組織が再編される際の政策決定過程を調査し、組織再編の設備投資に対する影響を検討した結果、設備投資の喫緊性に応じた産業組織の修正が重要であることが明らかとなった。これらの考察内容を踏まえ、次年度は産業組織の再編と安全性の関係性という観点から引き続き研究を行う予定である。平成22年度は、この内、鉄道事業の民営化における産業組織の再編と安全性の関係性という観点から研究を行った。まず、英国鉄道(BR)の民営化後にロンドン郊外において列車事故が断続的に発生した背景について、英国交通省、鉄道規制局(ORR)、ネットワークレール社、英国議会、および線路保守事業の資料を用いて調査を行った。その結果、事業分割とそれに伴う組織間の取引費用の増大が安全性の担保を不充分にしたことが示されたが、自由化すなわち規制緩和が安全性を低下させたか否かについては有意な結論は得られなかった。それゆえ、鉄道事業の産業組織の再編形態と安全性との関係について内外の事例を含めた一層の分析が必要となる。また、昨年度に引き続き、欧州の鉄道事業の民営化後の産業組織の再構築状況について調査した。例えば、ドイツにおいて東西ドイツの両国有鉄道事業の統合および分割民営化以降の事例を調査する中で、東西ベルリンの空港事業の統合事例が鉄道事業の産業組織の修正においても参考となることが判明したことから併せて調査した。その結果、域内交通需要の多寡、安全性への評価、そして地域自治体の政策が事業統合に影響を及ぼすことなどが得られた。このように、欧州の議会資料や研究業績などに基づいて、鉄道事業等の産業組織が再編される際の政策決定過程を調査し、安全性に対する影響を検討した結果、安全性の評価に対応した産業組織の修正が課題となることが明らかとなった。これらの考察内容を踏まえ、次年度は主に産業組織の再編と全国規模の政策立案との関係性という観点から引き続き研究を行う予定である。平成23年度は、この内、鉄道事業の民営化における産業組織の再編と全国規模の政策立案の関係性という観点から研究を行った。まず、英国鉄道(BR)の民営化後に旅客鉄道のフランチャイズが営業区域および期間に関して再修正された背景について、英国交通省、鉄道規制局(ORR)、ネットワークレール社、鉄道事業者、地域自治体、英国議会などの資料を用いて調査を行った。

その結果、競争を重視して旅客フランチャイズを細分割した結果、事業協調を要する全国ネットワークや汎欧州交通網計画といった全国規模の政策との再調整が不可避となることが明らかとされ、また、市場環境に応じたフランチャイズの再設定を事後に柔軟に行えるような産業組織の制度設計が必要となることも明らかとなった。さらに、昨年度に引き続き、欧州の鉄道事業の民営化後の産業組織の再構築状況について調査した。例えば、フランスにおいてパリ都市圏の鉄道整備計画の事例を調査することで、地域自治体間の旅客流動の規模や中央政府と地域自治体の交通政策の関連性が産業組織に影響を及ぼすことなどが得られた。このように、欧州の議会資料や研究業績などに基づいて、鉄道事業の産業組織が再編される際の政策決定過程を読査した結果、全国ネットワークの規模に応じた産業組織の修正が課題となることが明らかとなった。本研究を通じて、鉄道事業の産業組織の構築に際して、設備投資、安全性、そして全国規模の政策立案に配慮する必要のあることが改めて確認された。これらの考察内容を踏まえ、産業組織の再編のあり方について交通事業全体に拡張させて引き続き研究を進めていく予定である。
多様体グラフの埋め込み

(1)3次元球面の3次元部分多様体について、1その中に含まれる結び目のホモトピーによる自明化、2ザイフェルト曲面の存在性と絡み目に沿ったデーン手術の関係、3ツイストによるFoxの再埋め込みの実現性について研究をし、結果を得た。(2)多重分岐曲面の3次元多様体への埋め込みから、種数を定義し、分岐数と区域数の和で上から抑えられることを示した。(3)任意に高い橋数のdestabilized橋球面をもつ結び目を構成した。平成26年度の研究実施計画(1)(5)のうち、(2)(3)(4)について、十分に満足できる結果を得た。それぞれ論文を執筆し、全て投稿中である。(4)2次元多様体グラフ(多重分岐曲面と呼ぶことにした)の3次元球面への埋め込み可能性については、早稲田大学の松崎尚作氏、日本工業大学の衛藤和文氏との共同研究を行った。多重分岐曲面が3次元球面に埋め込み可能である為の必要条件を与えた。この結果は、共著論文「An obstruction to embedding $2$-dimensional complexesinto the 3-sphere(arXiv:1503.02170)」としてまとめ、現在投稿中である。本研究の申請時に多様体グラフと呼んでいた多重分岐曲面について、早稲田大学の松崎尚作氏と引き続き共同研究を行った。先ず、多重分岐曲面が、ある向き付け可能閉3次元多様体に埋め込み可能であるための必要十分条件は、正則であることを示した。これにより、正則な多重分岐曲面全体からなる集合に対し、向き付け可能閉3次元多様体への埋め込みを介して、3次元多様体の不変量を多重分岐曲面の不変量に拡張することができる。この研究の方向性において、3次元多様体の最も基本的な不変量の一つであるヒーガード種数を多重分岐曲面へ導入した。正則な多重分岐曲面を3次元多様体に埋め込む際、分岐周りの区域の円順列、及び、スロープが基本的な量となる。円順列とスロープを指定する毎に、多重分岐曲面の近傍が一つ定まり、その近傍から3次元多様体への埋め込み全てを考え、ヒーガード種数の最小値を多重分岐曲面の近傍の種数と定める。本研究の主定理として、正則な多重分岐曲面の種数は、分岐数と区域数の和で上から評価されることを示した。この結果は、十分に大きい種数を持つ多重分岐曲面の分岐数と区域数は十分大きくなければならないということを示しており、自然かつ基本的な結果であると言える。一方、正則な多重分岐曲面の近傍に対して、埋め込み種数は、近傍の境界の種数の合計と、抽象的双対グラフの1次元ベッチ数の和で上から評価されることも示した。多重分岐曲面の3次元多様体への埋め込みについて、1次元ホモロジー群が障害となるが、本研究では、多重分岐曲面の1次元ホモロジー群を効率的に求める方法を得た。更に、いくつかの例について、1次元ホモロジー群の表示を求めた。多重分岐曲面は、グラフの2次元版であるとみなすこともできる。グラフ理論において、マイナーが定義されており、マイナーに関して閉じている性質に関する障害集合を決定することで、その性質を特徴付けることが主要な方法論である。そこで、多重分岐曲面にマイナーを定義し、マイナーに関して閉じている性質を調べることにした。先ず、3次元球面に埋め込み可能であるという性質がマイナーに関して閉じていることを示し、その障害集合のいくつかの要素を求めた。また、3次元球面への任意の埋め込みが結ばれた閉曲面を含む(または、絡んだ閉曲面を含む)とき、多重分岐曲面は内在的に結ばれている(または、絡んでいる)と定義した。内在的に結ばれた(または、内在的に絡んだ)グラフから、内在的に結ばれた(または、内在的に絡んだ)多重分岐曲面が自然に得られることを示し、グラフに対する障害集合が多重分岐曲面に対する障害集合に含まれることが分かった。しかし、グラフに対する障害集合のように、例えば、ΔYで得られる系列が障害集合に含まれることなどの系統立てた法則が、まだ多重分岐曲面については分かっていない。この為、進捗状況をやや遅れているとした。最終年度は、平成28年7月27日から8月13日までMario Eudave Munoz教授を招聘し、共同研究の打ち合わせ、及び、国際研究集会「International Workshop on Spatial Graphs 2016」での講演依頼をした。松崎尚作氏との共著論文「Genera and minors of multibranched surfaces, to appear in Topology and its Appl.」のExample 4.3で挙げた多重分岐曲面について、p>1ならば3次元球面には埋め込めないことを示していたが、そこで提起した問題「p=1ならば、3次元球面に埋め込めるか?」について考察した。gを十分に大きく取れば、この問題は成り立つことを証明できた。更に、平成29年2月18日から2月26日までメキシコ国立自治大学を訪問し、Mario Eudave Munoz教授との研究打ち合わせの続きを行なった。上記の問題において、「g=0とできるか?」について考察した。殆どの場合について、成り立つことが分かったが、今の所は完全解決には至っていない。これらの問題は、多重分岐曲面が3次元球面に埋め込めるならば、1次元ホモロジー群はトーションを持たないが、その逆は成り立つか?という意義を持ち、幾何と代数との相関関係という重要性を持つ。研究の目的で述べたクラトフスキーの定理の拡張に当たる問題「多重分岐曲面の3次元球面への埋め込み可能性に関する障害集合の決定」について、トーションによる特徴付けが先ず一歩となる。

「Sobre un articulo de J. Simon, Anales del Inst, de Mat. (Univ. Nac. Auto, de Mexico) 11 (1971), 43-54」において、連結な境界を持つコンパクト3次元多様体Mがホモロジー3次元球面に埋め込み可能である為の必要十分条件は、H_1(M)が自由かつH_2(M)=0であることが示されている。この文献において、多重分岐曲面で考えた場合、ホモロジー3次元球面でなく3次元球面で可能か?という問題が今後の課題である。(1)3次元球面の3次元部分多様体について、1その中に含まれる結び目のホモトピーによる自明化、2ザイフェルト曲面の存在性と絡み目に沿ったデーン手術の関係、3ツイストによるFoxの再埋め込みの実現性について研究をし、結果を得た。(2)多重分岐曲面の3次元多様体への埋め込みから、種数を定義し、分岐数と区域数の和で上から抑えられることを示した。(3)任意に高い橋数のdestabilized橋球面をもつ結び目を構成した。平成26年度は非常に順調に研究が進行し、3つの共同研究(2)(3)(4)において、満足の行く良い結果を得ることができた。今後は、以下で述べる多重分岐曲面の埋め込みの種類及び特徴付けについて研究を進めていきたい。これまでは、埋め込み可能であるという性質のみを扱ってきたが、この場合、圧縮可能な埋め込みも認めることとなる。圧縮可能な埋め込みは、圧縮不可能な埋め込みからチュービングで得られるので、より基本的な埋め込みは圧縮不可能な埋め込みであると言える。このことから、多重分岐曲面の本質的な埋め込みについて研究することは今後の課題の一つである。また、多重分岐曲面の3次元多様体への埋め込みに対し、その外部の成分がハンドル体から成るものは、全ての埋め込みの中でも単純なものであるといえる。このような埋め込みは、補空間の基本群が自由群であるので、自由であるという。これは、ヒーガード分解の一般化にもなっている。即ち、多重分岐曲面によって、3次元多様体がハンドル体へと分解されている。二つ目の課題としては、多重分岐曲面の自由な埋め込みに関する研究がある。最後に、別の研究方針として、埋め込みではなくはめ込みを考えることもできる。この方向性では、先ず、3次元球面にはめ込み可能であるという性質がマイナーに関して閉じていることを示したい。そして、はめ込みに関する障害集合を求めていきたい。Paperでこれまでの論文を、Talkでこれまでの講演を掲載している。結び目理論今後は平成26年度の研究実施計画の(1)と(5)、及び、平成27年度の研究実施計画に従い、研究を進めていきたい。旅費・宿泊費が予定より安く済んだ為。平成26年度は非常に学会出張が多かった為、直接経費800,000円では足りず、前倒し支払い請求を申請した。
ビッグバン元素合成の鍵７Ｌｉ問題の実験的検討

始原的元素合成(BBN)はビッグバン模型の重要な支柱であるが、7Liは観測とBBN予測に約3倍の差があり、宇宙のLi問題として重要課題である。本研究では、原子核物理の側面を検討した。当問題に関わる未知の最重要核反応である7Be+nチャンネルの寄与を実験的に調べた。(1)7Be(n,a)4He反応と(2)7Be(n,p1)7Li反応の断面積の測定に初めて成功した。(1)ではこれまで使われてきた仮の反応率の約1/10で、Li問題の解決にはならないことが判明した。(2)の反応はこれまで無視されてきたが、主要既知反応7Be(n,p0)7Liと比べて有意であり、Li問題の一部を説明することが分かった。平成26年度の当初計画は、(1) 4He(a,n)のテスト実験と、(2)トロイの木馬法(TH法)の適用性の検討であった。(1)のテスト実験は、阪大核物理研究センターで39.4 MeVのαビームを用いて行った。実験は、グランンドライデンの標的槽に、Heガス標的、その周りにNaIガンマ線検出器、下流に液体シンチレータを設置して、室内バックグランド、測定中性子の分解能等々の測定を行った。実験結果: 12C(a,n)反応を用いて、1.7 mの飛行距離で、中性子測定エネルギー分解能が0.50.6 MeVであったので、中性子検出器は、もう少し長い飛行距離が必要であるが分かった。また、この反応では、15Oの既知の準位が期待通り観測された。しかし、4He(a,n)反応からの中性子は低エネルギーであるので、αビームのダクト当たりなどのバックグランドに隠されて、あまり明確に観測されなかった。本実験に向けて、データの解析をさらに進めて、ガス標的の膜厚と種類の最適化などを検討する予定である。(2)のTH法の適用性については、同法の専門家であるカタニアグループを久保野が6月に訪問し、議論・検討した。大強度の7Beビームを用いれば、実験が可能であることがわかり、プロポーザルを準備中である。(3)また、この7Be(n,a)4He反応のビッグバン直後の始原的宇宙における重要性を一部現象的な模型を用いて評価し、論文にまとめ、投稿した。(4)一方、本研究課題の第2の核反応7Be(n,p)7Liを調べる実験研究を予定より早めて、準備研究を開始した。この反応研究の鍵となる、終状態の7Li(g.s)と7Li(1st ex.)の分岐比を実験的に決定するプロポーザルを原子力研究機構タンデム加速器研究施設に提案し、認められた。今秋実行を目指して、標的の製作、焦天面検出器の整備などを開始した。(5)更に、中性子検出器のエネルギー分解能を上げる技術検討なども並行して進めた。平成27年度の当初計画は、次の3課題であった。(1) 7Li(3He,d) 7Be反応の研究は、実際の3Heビームを用いたテスト実験を行う。(2) 4He(a,n)7Be反応断面積測定の本実験に向けたテスト実験を行う。(3)研究課題に関係する10B(a,p)反応の実験研究を行う。(1)については、2016年1月に、原子力エネルギー研究機構(JAEA)のタンデム加速器からの3HeビームとENMAスペクトログラフを用いて、テスト実験を行った。東日本大震災によってゆがんだビームラインが修理されていなことが判明し、焦点面検出器のテストができなかった。しかし、崩壊粒子を同時測定する半導体検出器は、実験条件に近いビーム強度で、テストを行い、計数率が実験に耐えることが分かった。ビームラインの問題は、JAEAと我々とで検討会を2016年2月に開催して問題を明らかにし、2016年の早い時期に修理するという結論を得た。課題(2)に関しては、大阪大学核物理研究センター(RCNP)の中性子飛行測定装置を使うことで、ビーム起因の中性子バックグラウンドを大幅に減らすことができて、当核反応からの中性子を明確に測定することができた。角度分布も測定できたので、現在データ解析中である。有意な結論を出すためにさらにデータが必要であれば、実験を行う予定である。(3)の実験は、理化学研究所のペレトロン加速器からのα粒子ビームを用いて、2015年8月に行った。限られた点数の入射エネルギーにおける断面積の測定を行い、現在データの解析中である。(4)なお、関連研究であるTH法の本課題研究核反応への適用については、feasibilityが高いという判断のもとに、理研の国際プログラム審査委員会にプロポーザルを提出し、A評価でマシンタイムが認められた。研究実績の(1)については、予定通り初めてのビームを用いたテストができた。これにより実験に使えるビーム強度と半導体検出器のシグナル・ノイズ比が得られた。しかし、ビームラインのゆがみの問題のために、焦点面検出器のビームテストができなかった。これは、想定外であり、急ぎ対応を進めている。実績(2)の課題は、実験研究の成果がほぼ見えてきた。解析と今後の追加測定で、研究成果としてまとめられる段階にある。実績(3)の課題は、現在データ解析を進めているが、得られたエネルギー点が少なかったので、さらに実験研究が必要となる可能性がある。

解析を急ぎ、今後の方策を決める予定である。(4)の課題については、理研施設のスケジュールによるが、今年度後半か、来年度の前半にマシンタイムを実行する予定である。平成28年度の計画は次の3課題であった。(a) 7Be(n,a)4He反応を調べる本実験を行う。(b) 7Be(n,p)7Li反応にかかわる共鳴状態の分岐比を調べる実験研究を行う。(c) THM (Trojan Horse Method)法を用いて上記2課題を間接的に調べるためのテスト実験を行う。(a)については、大阪大学核物理研究センターのTOF装置を用いることで、断面積の励起関数の測定を実施した。実験データの解析をもとに研究論文にまとめ、米国物理学会速報誌Phys. Rev. Lett.誌に出版した。研究結果については、記者発表も行い、当初の研究目的を達成した。結論として、課題とした7Be(n,a)4He反応は、7Liビッグバン元素合成の謎を解決するほど大きな断面積ではなく、現在一般に使われている反応率よりも一桁小さいことが分かった。(b)の課題については、まず研究に使うENMAスペクトロメータのビームラインの地震によるゆがみが修理された。この下で、スペクトロメータで使う焦点面検出器のビームによるテストを行い、必要な分解能を出せることを確認した。しかし、得られたテストデータから、標的7Liの不純物混入が大問題であることが判明した。検討の結果、問題の8Beの共鳴状態を別の反応9Be(p,d)8Be*で励起することにした。ここで、用いるBeは9Beが100%であり、耐ビーム性が強く、しかも空気中で不活性であるので、ほぼ純粋な標的となり、不純物によるスペクトルのバックグランド問題はなくなると考えられる。このために、Be標的の購入を実施した。(c)の実験研究は、検討の結果、東京大学原子核研究センターの低エネルギーRIビーム生成分離器CRIBを用いることで本実験が可能であることがわかったので、2016年11月に本実験を行った。現在データの解析中である。研究実績の(a)については、研究実績で述べたとおり、実験に成功し、所期の研究目的を達成した。この上で、これまでの報告された他の実験結果も併せて、総合的な解析ができないか検討中である。(b)については、原子力研究機構のタンデム加速器におけるビームライン整備、焦点面検出器の調整が成功した。標的のコンタミが問題であったが、ベリリウムを用いた(p、d)反応を用いることで、解決できる見通しが立った。タンデム施設が今年秋まで、長期メンテナンス期に入っているので、今年度前半のこの時期に、東北大学のサイクロトロンからのビームを用いで、9Be(p,d) 8Be*のテスト実験をまず行う準備を進めている。また、本年秋には、東北大でのテスト結果を基に最適化した条件の下で、原子力研究機構のタンデム加速器で本実験を行うための最終的なシミュレーションも進めている。(c) THM法による研究は、昨年度得られた実験データの解析をさらに進め、研究成果を論文にまとめることを目指している。始原的元素合成(BBN)はビッグバン模型の重要な支柱であるが、7Liは観測とBBN予測に約3倍の差があり、宇宙のLi問題として重要課題である。本研究では、原子核物理の側面を検討した。当問題に関わる未知の最重要核反応である7Be+nチャンネルの寄与を実験的に調べた。(1)7Be(n,a)4He反応と(2)7Be(n,p1)7Li反応の断面積の測定に初めて成功した。
多種の脳内神経伝達物質を同時検出するための蛍光プローブの創製と医療診断への展開

最終年度は、神経伝達物質を特異的に検出するための蛍光分子プローブの性能評価および開発した試薬の医療診断の適応の可能性について検討した。蛍光分子プローブの蛍光発色団は、標的物質との疎水性相互作用による複合体形成および分子内のICT状態の変化によって強い蛍光発光を誘起する部位として4-(ジシアノメチレン)-2-メチル-4H-ピランを有する化学物質および誘導体とした。さらに、神経伝達物質との結合部位として、ドーパミンに対してはイミノ二酢酸-鉄錯体、オキシトシンに対してはオキシトシンレセプターを模倣した24のアミノ酸残基を認識部位として採用した。これらの蛍光分子プローブが、それぞれ目的とする神経伝達物質を特異的に認識するかどうかを、蛍光光度法を用いて確認した。その結果、神経伝達物質添加前は、蛍光分子プローブからは微弱な蛍光が観察されたが、室温下、神経伝達物質を添加すると、目的の神経伝達物質と相互作用した時のみ、瞬時に蛍光強度の増加が確認され、検出感度を算出したところ、pMオーダーの神経伝達物質を検出出来ることが確認された。さらに、生きたラットの脳組織におけるin vivoイメージング測定を行った。具体的には、開発したプローブで脳組織を染色し、ドーパミンニューロンが集中する腹側被蓋野(VTA)を電気刺激することによる強制的な神経伝達物質の放出を行った状態で、蛍光顕微鏡を用いて観察したところ、ドーパミンの濃度変化を蛍光強度変化としてリアルタイムでモニタリングすることが出来た。さらに、ドーパミン濃度変化の大きい箇所と小さい箇所の分布も併せて観察することが出来た。平成27年度は、これまでに本申請者によって開発したタンパク質、核酸をはじめとする生体関連物質検出用蛍光分子プローブを改良し、ドーパミンおよびオキシトシンをそれぞれ特異的に検出するための化合物の設計及び合成を中心に行った。具体的には、ドーパミンに対してはイミノ二酢酸-鉄錯体、オキシトシンに対してはバソプレッシンを認識部位として採用した。さらに上記認識部位に蛍光発色団を導入する上で、1標的物質(ドーパミンおよびオキシトシン)との反応前後において蛍光強度が大きく変化すること、2ドーパミンとオキシトシンを2種類の分子プローブで同時に検出するため(最終的には1種類の分子プローブで同時検出を実施)、各々のプローブの励起波長および蛍光波長が重ならないこと、を考慮し、ドーパミン検出用蛍光分子プローブにおいては、蛍光発色団としてダンシル基等を有し、ドーパミン認識部位としてイミノ二酢酸-鉄錯体を併せ持つ複数の化合物を系統的に合成した。また、オキシトシン検出用分子プローブについては、認識部位としてバソプレッシンを、蛍光発色団として標的物質との相互作用による分子内のICT状態の変化によって強い蛍光発光を示すシアノピラニル基を有する化合物を系統的に合成した。また、ダンシル基の蛍光波長とシアノピラニル基の励起波長が重なる場合、蛍光の再吸収過程等によりダンシル基の蛍光が消光される恐れがあるため、シアノピラニル基側の二重結合の数を変えて共役系を伸長させることによって励起波長の長波長化を促し、互いのスペクトルが重ならないように出来ることも確認した。合成した化合物の確認は、1H-NMR、質量分析を用いて行った。今年度は、神経伝達物質を検出するための化合物の設計、合成を完了することであり、当初の目標を達成することが出来たため平成28年度は、ドーパミンおよびオキシトシンをそれぞれ特異的に検出するための化合物の設計及び合成を引き続き行うと共に、合成が終了した化合物の性能評価を中心に行った。具体的には、ドーパミンに対してはイミノ二酢酸-鉄錯体、オキシトシンに対してはオキシトシンレセプターを模倣した24のアミノ酸残基を認識部位として採用した。さらに、それぞれの蛍光分子プローブの蛍光発色団は、これまでに開発したタンパク質検出用試薬を改良し、標的物質との疎水性相互作用による複合体形成および分子内のICT状態の変化によって強い蛍光発光を誘起する部位として4-(ジシアノメチレン)-2-メチル-4H-ピランを有する化学物質および誘導体とした。これらの蛍光分子プローブが、それぞれ目的とするドーパミンまたはオキシトシンを特異的に認識するかどうかを、蛍光光度法を用いて確認した。その結果、標的物質添加前は、蛍光分子プローブからは微弱な蛍光が観察されたが、室温下、ドーパミンまたはオキシトシンを添加すると、目的とする標的物質と相互作用した時のみ、瞬時に蛍光強度の増加が確認された。検量線については、ドーパミン濃度またはオキシトシン濃度と蛍光プローブの蛍光強度との間には良好な直線関係が成立した。蛍光分子プローブと標的物質の解離定数を算出したところ、10-9 Mオーダーの値が算出された。また、妨害物質の影響について検討したところ、無機塩、還元剤、有機溶媒などは、蛍光プローブとドーパミンまたはオキシトシンとの反応に影響を与えないことが分かった。今年度は、神経伝達物質を検出するための化合物の設計、合成を行いつつ、合成が終了した化合物の性能評価を実施ししたところ、目標とする性能を確認することができ、当初の目標を達成することが出来たため平成29年度は、神経伝達物質を特異的に検出するための蛍光分子プローブ設計・合成および性能評価および開発した試薬の医療診断の適応の可能性について検討した。

蛍光分子プローブの蛍光発色団は、標的物質との疎水性相互作用による複合体形成および分子内のICT状態の変化によって強い蛍光発光を誘起する部位として4-(ジシアノメチレン)-2-メチル-4H-ピランを有する化学物質および誘導体とした。さらに、神経伝達物質との結合部位として、ドーパミンに対してはイミノ二酢酸-鉄錯体、オキシトシンに対してはオキシトシンレセプターを模倣した24のアミノ酸残基を認識部位として採用した。合成した化合物の確認は、1H-NMR、質量分析を用いて行った。これらの蛍光分子プローブが、それぞれ目的とする神経伝達物質を特異的に認識するかどうかを、蛍光光度法を用いて確認した。その結果、神経伝達物質添加前は、蛍光分子プローブからは微弱な蛍光が観察されたが、室温下、神経伝達物質を添加すると、目的の神経伝達物質と相互作用した時のみ、瞬時に蛍光強度の増加が確認され、検出感度を算出したところ、pMオーダーの神経伝達物質を検出出来ることが確認された。さらに、生きたラットの脳組織を開発したプローブで染色し、電気刺激による強制的な神経伝達物質の放出を試みた結果、in vivoイメージングの可能性を証明することができた。今後、in vivoイメージング測定の再現性、原理確認を含めた、より詳細な検討が必要である。平成29年度は、合成が終了し、in vitroの系において神経伝達物質を高感度かつ高選択的に認識することが出来た化合物を用いて、生きたラットの脳組織におけるin vivoイメージング測定を行ったところ、良好な結果を得ることが出来たため。最終年度は、神経伝達物質を特異的に検出するための蛍光分子プローブの性能評価および開発した試薬の医療診断の適応の可能性について検討した。さらに、生きたラットの脳組織におけるin vivoイメージング測定を行った。具体的には、開発したプローブで脳組織を染色し、ドーパミンニューロンが集中する腹側被蓋野(VTA)を電気刺激することによる強制的な神経伝達物質の放出を行った状態で、蛍光顕微鏡を用いて観察したところ、ドーパミンの濃度変化を蛍光強度変化としてリアルタイムでモニタリングすることが出来た。さらに、ドーパミン濃度変化の大きい箇所と小さい箇所の分布も併せて観察することが出来た。来年度以降は、神経伝達物質を検出するための蛍光分子プローブの合成を続けながら、合成が終了した分子プローブの性能評価を行う。来年度は、合成が終了した蛍光分子プローブの性能評価を行いつつ、良好な結果が得られた物質に対して医療診断への適応の可能性について評価を行う。
太陽白色光フレアと太陽型星スーパーフレアの比較研究

太陽面爆発(フレア)に代表される太陽活動は、地球環境「宇宙天気」に様々な影響や被害を及ぼすことが知られており、その宇宙天気の予報「宇宙天気予報」は、人類文明の緊急の課題である。本研究では、宇宙天気現象の中でも特に巨大な太陽白色光フレアと、太陽型星での「スーパーフレア」、つまり最大太陽フレアの1001万倍のエネルギーを解放する超巨大フレアについて、太陽フレア観測データと太陽型星の観測データの解析、および電磁流体シミュレーションを組み合わせることで、スーパーフレアの発生機構の解明に迫った。本研究では、宇宙天気現象の中でも特に巨大な太陽面爆発(フレア)と、ケプラー衛星により最近次々と発見されている太陽型星での「スーパーフレア」、つまり最大太陽フレアの10から1000倍ものエネルギーを解放する超巨大フレア、との比較研究を、観測と理論の両面から行うことを目的とする。またその研究成果に基づいて、スーパーフレアが太陽で発生する確率を明らかにすることを最終的な目的としている。平成25年度には、5月13日、14日、15日に起きた巨大太陽フレアなどの観測に成功した。これらについて、スペース観測と地上観測の観測データを用い、フレアのX線、極紫外線、可視光(白色光・Hα線)変動を詳しく調べた。特に、京都大学飛騨天文台SMART望遠鏡による、1秒間に約30フレームという高速撮像観測で白色光とHα線での太陽フレア画像が取得し、極めて短時間の変動を捉えた。また、スペース観測からは、地球大気による変動を受けない、安定した観測データを取得した。白色光フレアでの白色光増光のモデルを再現するための準備的研究を進めた。ケプラー衛星のデータについては、これまで30分の時間分解能データを用いており、これで検出できるスーパーフレアは規模の大きいものに限られていたが、1分の時間分解能データを用いることで、およそ30分の1の規模のスーパーフレアを検出することに成功した。加えて、すばる望遠鏡を用いて、平成25年6月に27個のスーパーフレア星の可視光高分散分光観測を行った。その中で、太陽とよく似た自転周期、温度、表面重力、金属量をもつ2個の星を発見した。ここまでの研究成果を、学術論文として出版し、国内外の学会および研究会で積極的に発表した。本研究では、巨大な太陽面爆発(フレア)と、太陽型星での「スーパーフレア」、つまり最大太陽フレアの10倍から1000倍ものエネルギーを解放する超巨大フレア、との比較研究を、観測と理論の両面から行うことを目的としている。またその研究成果に基づいて、「スーパーフレアが太陽で発生する確率」を明らかにすることを最終的な目的としている。平成26年度には、太陽フレアについては、京都大学飛騨天文台SMART望遠鏡により大フレア(Xクラスフレア)9例の観測に成功しており、白色光フレアに限っては合計4例の観測データを蓄積するに至った。太陽黒点やフレアと噴出現象との関係について、統計的に調べた。太陽型星スーパーフレアについては、ケプラー衛星による高時間分解能データ(1分)を活用することで、従来の30分の1という小規模のスーパーフレアの検出に成功し、これらの統計的な性質を調べた。また、すばる望遠鏡と用いた太陽型星の可視光高分散分光観測データを解析し、スーパーフレアを引き起こす太陽型星の回転速度や黒点の大きさ(磁場強度)などの関係について、詳細に調べた。これらの研究成果を、複数の学術論文として出版し、国内外の学会及び研究会等で積極的に発表した。本研究では、巨大な太陽面爆発(フレア)と、太陽型星での「スーパーフレア」、つまり最大級の太陽フレアの10倍から1000倍ものエネルギーを解放する超巨大フレアとの比較研究を、観測と理論の両面から行うことを目的としている。白色光フレアを引き起こすような巨大太陽フレアは、太陽活動が黒点極大期(平成26年4月ごろ)を過ぎてから観測されることが経験的に多いことから、平成27年度も引き続き、巨大太陽フレアの観測を行い、平成27年5月6日に白色光フレアなどの観測に成功した。フレアの数値シミュレーションモデルの推進も行った。2次元の電磁流体計算を行い、フレア時にフレアループ内の至る所に衝撃波が生成され、それらによる高エネルギー電子の観測の可能性を明らかにした。太陽型星スーパーフレアについては、ケプラー衛星の長時間データを解析し、スーパーフレアの発生頻度や恒星黒点の(太陽活動の11年周期に相当するような)長期的変動について調べた。スーパーフレアの発生頻度と黒点の極小期・極大期におけるフレアの頻度の比較研究を行うことで、スーパーフレアを引き起こす太陽型星での活動性の変動が太陽と比べてどう違うのかを明らかにした。

順調に太陽白色光フレアの観測データの蓄積が進んでおり、黒点とフレア、噴出現象の関係について統計的研究を推進することができた。太陽型星におけるスーパーフレアについても、観測データの解析が順調に進んでおり、研究成果が複数の学術論文としてまとめられている。27年度が最終年度であるため、記入しない。太陽・宇宙プラズマ物理学平成27年度は、太陽白色光フレアについて、蓄積された観測データの詳細解析を行い、その統計的な特徴を引き出す。また、地上・スペースの両面から得られた多波長観測データから、噴出現象や加速粒子からの非熱的放射について調べ、フレアにより解放されるエネルギーの、電磁波と白色光増光との割合を明らかにし、太陽型星のスーパーフレアへ応用する。フレアの数値シミュレーションを推進する。特にフレアでのエネルギー解放機構について、熱伝導効果を取り入れた詳細なモデルを構築することで調べる。ケプラー衛星の長時間データを解析することで、スーパーフレアの発生頻度や恒星黒点の(太陽活動の11年周期のような)長期的変動も検出できる可能性がある。スーパーフレアの発生頻度と太陽の極小期・極大期におけるフレアの頻度との比較研究を行うことで、スーパーフレアを発生する太陽型星の活動性を太陽と比べてどう違うのかを明らかにする。平成25年度には、太陽活動は極大期を迎え、5月13日、14日、15日の巨大太陽フレアなどの観測に成功した。太陽でスーパーフレアが発生する可能性について、ダイナモ理論に基づいた計算を行い、学術論文として発表するに至った。研究成果については、国内外での研究会・学会において招待講演を含む多数の講演や、天文学会誌『天文月報』で特集記事を執筆するなど、積極的に公表した。また、記者発表を行い、新聞2紙(日経新聞、赤旗新聞)に記事として掲載された。平成26年度は、京都大学飛騨天文台SMART望遠鏡の改修を行ったが、新たな不具合が10月に発生したため、太陽観測のための出張回数が想定よりも減ることとなった。このため、観測補助に係る謝金や旅費などに余剰が出た。引き続き、白色光フレアを引き起こすような巨大フレアの観測を行う。巨大フレアは、太陽活動が黒点極大期(H25年)を過ぎるころから観測されることが経験的に多いため、白色光フレアの研究がこの時期以降にタイムリーとなる。また、地上・スペースの両面から得られた多波長観測データから、噴出現象や加速粒子からの非熱的放射について調べ、フレアにより解放されるエネルギーの、電磁波放射(特に白色光増光)、噴出物、高エネルギー粒子などへの分配割合を明らかにする。これにより、巨大太陽フレアの総エネルギーと白色光増光の割合を明らかにし、太陽型星のスーパーフレアへ応用する。フレアの数値シミュレーションモデルを推進する。一つは、non-LTE放射輸送の効果も含めた1次元数値モデリングの発展である。またもう一つは、多次元(まずは2次元)化し、電磁流体効果も考慮することで、一層実際に近い状況を再現する。ケプラー衛星の長期間のデータを解析することで、スーパーフレアの発生頻度や恒星黒点の(太陽活動の11年周期のような)長期的変動も検出できる可能性がある。
円形シフト法による変形や運動を伴う微小体の三次元形状計測

マイクロスコープの先端に回転する合わせ鏡を取り付けることで,1台のCCDを用いて,動いている微小物体を三次元的に計測できる画像計測システムを試作した.本手法の利点は,回転角が小さい画像,つまり画像変位が少なく対応付けがしやすい画像から順次対応付けを行っていき,カメラが最も離れた回転角度,つまり精度が一番良い画像同士で三次元復元を行うことができる点にある.あらかじめ三次元的な形状が既知であるものを計測することで,計測性能を評価し,使用したシステム構成で5ミクロン程度の分解能で計測できることを確認した.この分解能は,レンズの倍率およびカメラの分解能によって変わり,レンズによってはサブミクロン単位の計測も可能となる.対象が動いている場合は,合わせ鏡の回転開始位置から一周した時点での追跡点の移動長さを考慮して計測する.つまり,短い時間では移動点は等速運動をしているので,合わせ鏡が半回転した時刻に合わせ鏡が一周した位置から画像を取り込んだと過程すると一周した時の移動長さの半分だけ移動した点の位置に見えると予想される.従って,合わせ鏡が半回転した時刻に見える計測点の位置と,一周した位置で同時刻に見えるであろう点の位置関係より計測点の三次元位置を計測することができる.また,合わせ鏡を回転し続けることで,対象の運動状態の変化を連続的に計測することができ,三次元運動解析が可能となる.性能評価を行うために,電動微動ステージを用いて計測対象を既知の速度で動作させ,その時の撮影した画像を用いて実験を行い良好な結果が得られた.また,今年度は,合わせ鏡の代わりにエッジプリズムを用いた実験も行ったが計測性能には違いが無かった.マイクロスコープの先端に,モータで回転する合わせ鏡を設置した装置を製作した.また,合わせ鏡の代わりに板状レンズをカメラに対して斜めに設置した装置やウェッジプリズムを用いた装置を試作した.板状レンズを用いた場合は,深さに対して描かれる円軌跡の径の変化が画像に現れにくい問題があったが,ウェッジプリズムの装置では,撮影される計測点の軌跡はカメラから計測点の距離に応じてなめらかならせん軌跡を描き,合わせ鏡の装置以上に良好なデータが得られることを確認した.また,ウェッジプリズムの装置は構成が簡単で,画像の回転速度もさらに上げることが可能になる.それに伴いさらに速い動きの計測対象の計測が可能になると予想される.合わせ鏡やウェッジプリズムの回転角は,エンコーダを用いて読みとる構成になっている.z軸ステージに目盛り板を乗せ,画像上でマウスによって指示したカメラ座標と目盛り板から読んだワールド座標間で対応をとりキャリブレーションを行う手法を開発した.カメラ座標とワールド座標間の関係をマトリックス表記し,キャリブレーションによって,マトリックス内の係数を算出した.これにより任意の座標系における計測が可能になる.また,計測点を相関処理によって自動的に追跡するアルゴリズムを開発した.静止した対象に関しては,1%程度の誤差でかなり高精度に計測できることを確認している.本計測器を用いて電子部品などの計測実験を行い良好な計測結果が得られることを確認した.マイクロスコープの先端に回転する合わせ鏡を取り付けることで,1台のCCDを用いて,動いている微小物体を三次元的に計測できる画像計測システムを試作した.本手法の利点は,回転角が小さい画像,つまり画像変位が少なく対応付けがしやすい画像から順次対応付けを行っていき,カメラが最も離れた回転角度,つまり精度が一番良い画像同士で三次元復元を行うことができる点にある.あらかじめ三次元的な形状が既知であるものを計測することで,計測性能を評価し,使用したシステム構成で5ミクロン程度の分解能で計測できることを確認した.この分解能は,レンズの倍率およびカメラの分解能によって変わり,レンズによってはサブミクロン単位の計測も可能となる.対象が動いている場合は,合わせ鏡の回転開始位置から一周した時点での追跡点の移動長さを考慮して計測する.つまり,短い時間では移動点は等速運動をしているので,合わせ鏡が半回転した時刻に合わせ鏡が一周した位置から画像を取り込んだと過程すると一周した時の移動長さの半分だけ移動した点の位置に見えると予想される.従って,合わせ鏡が半回転した時刻に見える計測点の位置と,一周した位置で同時刻に見えるであろう点の位置関係より計測点の三次元位置を計測することができる.また,合わせ鏡を回転し続けることで,対象の運動状態の変化を連続的に計測することができ,三次元運動解析が可能となる.性能評価を行うために,電動微動ステージを用いて計測対象を既知の速度で動作させ,その時の撮影した画像を用いて実験を行い良好な結果が得られた.また,今年度は,合わせ鏡の代わりにエッジプリズムを用いた実験も行ったが計測性能には違いが無かった.
機能的電気刺激(FES)とロボット操作による身体運動機能再建に関する研究

本研究は,脳卒中リハビリテーションを運動学習の視点からとらえ、脳波から得られる運動意図をもとにFESにより筋を収縮させ、その結果生じる感覚フィードバックを脳に戻すことによって学習を促進させるBCI(Brain-Computer Interface)リハビリテーションシステムを構築することを目的としている.本システムにより、擬似的に運動指令ループを構成することができ、運動学習による機能回復効果が高まる.運動野は,運動前野,補足運動野,大脳基底核を中心として生成される運動イメージ・プランを受けて,小脳との機能連携のもと,筋への運動指令を脳幹・脊髄系へ出力する.その際,運動前野を中心として生起される運動イメージと体性感覚・視覚からの感覚フィードバックが同時に入力されることが重要である.ここでは,麻痺肢を駆動するだけのレベルには達していないが,運動野から信号が伝達され,微弱ながら何らかの筋電位(EMG)が観測される患者を対象とする.本研究では、脳卒中片マヒ患者の随意性を反映するため、脳波事象関連電位(Event Related Desynchronization: ERD)に着目した.健常者を用いて運動想起時に発生する脳波(ERD)について検証した結果,視覚フィードバックによるオンライントレーニングを数日間実施することで,約60%の識別率を得られた.さらに,FESによって生じる感覚フィードバックが運動野の脳波に与える影響を解析し,運動意図検出への影響が少ないことを確認した.最後に,画面上のカーソルを脳波(ERD)とFESにより随意的に上下させるBCIリハビリテーションシステムを構築した.今後は,脳卒中片マヒ患者に対して適用して,訓練効果を確認する予定である.本研究は,脳卒中リハビリテーションを運動学習の視点からとらえ、脳波から得られる運動意図をもとにFESにより筋を収縮させ、その結果生じる感覚フィードバックを脳に戻すことによって学習を促進させるBCI(Brain-Computer Interface)リハビリテーションシステムを構築することを目的としている.本システムにより、擬似的に運動指令ループを構成することができ、運動学習による機能回復効果が高まる.運動野は,運動前野,補足運動野,大脳基底核を中心として生成される運動イメージ・プランを受けて,小脳との機能連携のもと,筋への運動指令を脳幹・脊髄系へ出力する.その際,運動前野を中心として生起される運動イメージと体性感覚・視覚からの感覚フィードバックが同時に入力されることが重要である.ここでは,麻痺肢を駆動するだけのレベルには達していないが,運動野から信号が伝達され,微弱ながら何らかの筋電位(EMG)が観測される患者を対象とする.本研究では、脳卒中片マヒ患者の随意性を反映するため、脳波事象関連電位(Event Related Desynchronization: ERD)に着目した.健常者を用いて運動想起時に発生する脳波(ERD)について検証した結果,視覚フィードバックによるオンライントレーニングを数日間実施することで,約60%の識別率を得られた.さらに,FESによって生じる感覚フィードバックが運動野の脳波に与える影響を解析し,運動意図検出への影響が少ないことを確認した.最後に,画面上のカーソルを脳波(ERD)とFESにより随意的に上下させるBCIリハビリテーションシステムを構築した.今後は,脳卒中片マヒ患者に対して適用して,訓練効果を確認する予定である.本研究の目的は,運動野損傷による片麻痺患者を対象として,機能的電気刺激(FES)とロボット操作による運動刺激を組み合わせて,身体運動機能マップを運動野に再構築する手法を開発することである.運動野は,運動前野,補足運動野,大脳基底核を中心として生成される運動イメージ・プランを受けて,小脳との機能連携のもと,筋への運動指令を脳幹・脊髄系へ出力する.その際,運動前野を中心として生起される運動イメージと体性感覚・視覚からの感覚フィードバックが同時に入力されることが重要である.ここでは,麻痺肢を駆動するだけのレベルには達していないが,運動野から信号が伝達され,微弱ながら何らかの筋電位(EMG)が観測される患者を対象とする.本年度はまず、意図する下肢の運動を想起することによって生じる脳波(EEG)の変化を実時間で検出する手法の開発を試みた.以下の手順で基礎実験を実施した.1)音声によるトリガニ信号に同期して、健常な被験者に脳内に目標とする運動パターンを想起させた(運動前野,補足運動野に運動の構成イメージが生成される)2)運動野上に貼付したCz電極より脳波を採取し,全波整流後,8-11Hzの帯域フィルターで平滑化した.4)テストデータに対して,運動想起後の0.51.0秒間のデータから,90%の割合で運動想起を検出できた.次年度は,運動想起に同期して,下肢に機能的電気刺激(FES)を加え,自己受容感覚(筋紡錘,腱器官,関節受容器他)を介して,感覚フィードバックを体性感覚野・運動野に投射させる.この訓練を繰り返すことによって,運動野からの運動指令が増強され,麻痺肢の筋群に対する適切な駆動信号が再構成させることを試みる.本研究は,脳卒中リハビリテーションを運動学習の視点からとらえ、脳波から得られる運動意図をもとにFESにより筋を収縮させ、その結果生じる感覚フィードバックを脳に戻すことによって学習を促進させるBCI (Brain-Computer Interface)リハビリテーションシステムを構築することを目的としている.本システムにより、擬似的に運動指令ループを構成することができ、運動学習による機能回復効果が高まる.運動野は,運動前野,補足運動野,大脳基底核を中心として生成される運動イメージ・プランを受けて,小脳との機能連携のもと,筋への運動指令を脳幹・脊髄系へ出力する.その際,運動前野を中心として生起される運動イメージと体性感覚

・視覚からの感覚フィードバックが同時に入力されることが重要である.ここでは,麻痺肢を駆動するだけのレベルには達していないが,運動野から信号が伝達され,微弱ながら何らかの筋電位(EMG)が観測される患者を対象とする.本研究では、脳卒中片マヒ患者の随意性を反映するため、脳波事象関連電位(Event Related Desynchronization: ERD)に着目した.健常者を用いて運動想起時に発生する脳波(ERD)について検証した結果,視覚フィードバックによるオンライントレーニングを数日間実施することで,約60%の識別率を得られた.さらに,FESによって生じる感覚フィードバックが運動野の脳波に与える影響を解析し,運動意図検出への影響が少ないことを確認した.最後に,画面上のカーソルを脳波(ERD)とFESにより随意的に上下させるBCIリハビリテーションシステムを構築した.今後は,脳卒中片マヒ患者に対して適用して,訓練効果を確認する予定である.
小児脳腫瘍に対する新規樹状細胞治療における抗原提示機序の分子免疫学的解析

本研究は、難治性小児脳腫瘍に対する新規樹状細胞治療の奏効機序や耐性獲得機序を明らかにし、より効果的ながん免疫療法を確立することを目的とする。本免疫治療は再生医療等の安全性の確保等に関する法律に基づき関東信越厚生局より平成30年2月に認可を得て症例集積を開始している。現在3例(上衣腫2例、膠芽腫1例)が登録され、2例が治療中である。本研究ではこれらの小児例に加え、先行して行われている成人症例も研究対象とし、分子免疫学的解析を行っている。昨年度からの継続実験として、腫瘍病理標本における免疫関連細胞や免疫関連分子の局在を免疫染色学的手法を用いた解析を行っており、特定の腫瘍関連ペプチドが他の癌腫と異なった発現パターンを呈していることが分かった。また上衣腫においては髄芽腫や膠芽腫と比べて腫瘍関連マクロファージ(TAM)が多く存在していることも明らかになり、末梢血単球から人為的に誘導したマクロファージやミクログリア様細胞と実際のTAMの遺伝子発現が相関するかを調べるべく、現在検体の集積および基礎実験を行っている。また、現在治療中の上衣腫の症例におけるネオアンチゲン解析も進行中である。具体的には培養腫瘍細胞を用いて次世代シークエンサーにより全エクソン解析および全トランスクリプトーム解析を行い、腫瘍特異的に発現している変異型蛋白リストを作成した。今後は変異ペプチドとHLAとの結合能を予測し、ネオアンチゲンの候補となる分子の同定を進める。本新規免疫治療の臨床研究の症例集積が予定よりも遅れており、小児患者における腫瘍細胞および末梢血単核球の検体量がまだ不十分な状況である。現在得られている2症例の腫瘍および末梢血単核球を用いた解析に加え、先行して開始している成人例や健常人を対象とした予備解析および実験系確立のための基礎実験が中心となった。今後は小児例の症例集積をさらに進め、実際の対象症例の検体を用いた解析を行っていく。具体的には、今回明らかになった腫瘍特異的ペプチドを用いたT-Select MHC Tetramer解析を行い、CTLの誘導効率を検証する。また、免疫治療前後の患者末梢血単核球と実際の腫瘍細胞を用いてキリングアッセイを行い、実際の免疫治療効果との相関や末梢血を用いた免疫モニタリングの実用性について検証する。最終的に得られたデータを実際の臨床情報と照合・吟味し、融合細胞からどのような抗原が提示され、細胞障害性T細胞がどのように腫瘍細胞を認識・攻撃しているかを検証し、それまでに得られた新たな知見を論文化する。本研究は、難治性小児脳腫瘍に対する新規樹状細胞治療を行った症例における本治療の詳細な奏効機序や免疫学的な耐性獲得機序を明らかにし、より効果的な小児がん免疫療法を確立することを目的とする。今回は主に既存の腫瘍検体を用いた免疫組織学的解析を中心に行った。対象症例は正中部発症の神経膠腫(Midline glioma)1例、髄芽腫9例、上衣腫11例にて腫瘍内の免疫担当細胞(T細胞やマクロファージ)や免疫調整因子(HLAクラス1・2)、または腫瘍関連ペプチド等の発現・分布を確認した。その結果、免疫担当細胞や免疫調整因子の染色パターンと予後との相関に明らかな傾向は見いだせなかったが、上衣腫に関しては腫瘍関連ペプチドの発現が他の癌腫と異なっていることがわかった。また、先行研究として行われている成人症例の検体を用いた解析にて、本免疫治療前後で細胞障害性T細胞やマクロファージの増加が確認できた。小児例における治療用融合細胞や患者由来リンパ球を用いた研究は臨床研究の進捗状況からまだ検体の取得が困難で開始できなかったが、培養細胞を用いた解析の基礎実験の準備として、神経膠腫と頭蓋内胚細胞腫瘍の新規例の腫瘍検体を用いて数種の培養条件にて初代培養を試みた。上衣腫に関しては今回明らかになった腫瘍関連ペプチドを用いてT細胞の特異的テトラマー解析などで免疫反応性のモニタリングができる可能性が示唆された。今後、前方視的に本解析も進めていく。また、融合細胞によって抗原提示されると考えられる未知のペプチド(ネオアンチゲン)の探索も並行して進めていく。本臨床研究は再生医療等の安全性の確保等に関する法律に基づき関東信越厚生局より平成30年2月に認可を得て症例集積を開始している。そのため平成29年度の症例としての検体確保は困難で、先行して開始している成人例および免疫治療を行っていない従来の小児脳腫瘍症例を対象とした基礎的な解析が中心となった。