hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
卵巣癌腹膜播種への遺伝子治療の応用を目指して

人工ヒト腹膜組織を用いてCarbonyl reductase 1 (CR1)の発現程度によってヒト卵巣癌細胞の動態がどのように変化するのか検討することを目的とした。CR1-DNAを導入して強発現させたHRA細胞(ヒト漿液性卵巣癌細胞),CR1-siRNA導入によって発現を低下させたHRA細胞,遺伝子導入を行わなかったHRA細胞(コントロール)の3種類を人工ヒト腹膜組織に播種させ,癌性腹膜炎形成までの過程を6,24,48,72時間後と経時的に観察した.またTUNEL法,電子顕微鏡を用い,コントロール群,CR1-DNA導入群,CR1-siRNA群の人工腹膜組織上のアポトーシス細胞を比較した.培養細胞を用いて,1)フローサイトメトリーでアポトーシス細胞の割合,2) Ki-67陽性細胞数,3)ウエスタンブロット法でcaspase-3の発現強度を比較した.6時間後では,コントロール群,CR1-DNA導入群,CR1-siRNA群いずれも癌細胞の中皮への接着には差を認めなかった.24時間以降では中皮下に侵入した後の細胞増殖が,CR1-DNA導入群では他の2群に比べて有意に抑制されていた.48時間後では,CR1-siRNA群で細胞増殖が有意に亢進しており,72時間後ではCR1-siRNA群で癌細胞の間質への浸潤を認めた。CR1-DNA導入群で有意なアポトーシス細胞の増加を認め,電子顕微鏡でアポトーシス小体が確認された.培養細胞ではCR1-DNA導入群でアポトーシス細胞の有意な増加が確認された.また,CR1-siRNA群ではKi-67陽性細胞が有意に発現していた.caspase-3はCR1-DNA導入群で発現が増加しCR1-siRNA群では発現が低下していた.CR1の発現程度による腫瘍増殖の差を,in vitro組織モデルである人工ヒト腹膜組織でも同様の結果を得ることができた.平成30年度の目標は、癌細胞の接着、増殖と浸潤、脈管浸潤の各過程における癌細胞の挙動、微小環境の変化をリアルタイムで追跡するために、人工腹膜の断片を連日作製し、HE染色、電子顕微鏡で観察することとした。その一方で、癌細胞のコロニー形成前からCマウントCCDカメラを搭載した顕微鏡で癌細胞の広がりを連続撮影する。すなわち、腹膜組織に対して癌細胞の縦軸方向広がり、横軸方向の広がりを同時に観察する。以下の条件の細胞で腹膜転移過程を観察することであった。具体的には1HRA細胞の腹膜転移過程、2HRA細胞にCBR1 DNA-PAMAMデンドリマー複合体を48時間毎に添加した場合の腹膜転移過程、3コントロールとしてHRA細胞にPAMAMデンドリマーのみ48時間毎に添加した場合の腹膜転移過程、4CBR1 DNA導入HRA細胞の腹膜転移過程、5CBR1 siRNA導入HRA細胞の腹膜転移過程、の検討である。平成30年度の研究では、CR1を強発現,発現低下させても卵巣癌細胞はいずれも中皮への接着には影響しなかったが,CR1発現の程度は中皮下での増殖,浸潤に作用していた.すなわち、CR1を強発現させると細胞増殖は抑制され,CR1を発現低下させると細胞増殖は亢進され間質への浸潤も認めた.これは,先行研究のマウスin vivoの実験と同様の結果であった.また,TUNEL法,電子顕微鏡の結果からCR1の腫瘍抑制効果にはアポトーシスが関与していることが今回の結果から示唆された.またCR1発現低下群では,Ki-67陽性細胞が増加していたことより腫瘍増殖能の亢進も獲得していると考えられるという研究成果が得られ、一定の成果が得られたと思われる。CBR1 DNA導入卵巣癌細胞の腫瘍増殖は抑制され、CBR1 siRNA導入細胞では腫瘍増殖、転移とも活発になる。CBR1の作用としては、アポトーシスの誘導と血管新生因子の不活化を通して腫瘍増殖を抑制することを申請者は証明してきた。その一方で、CBR1強発現細胞では腫瘍細胞と間質細胞に貪食細胞に対するeat-me signalであるMilk fat globule EGF factor 8 (MFG-E8)が強発現しており、これはコントロール群では認められなかった現象である。低分子であるアミノ酸、有機酸、脂肪酸を含めた低分子の代謝産物をメタボローム解析によって解析することは、CBR1投与後の癌細胞内の変化のみならず生体機能の変化の理解となる。1)CBR1発現の多寡による癌細胞内での低分子代謝産物の変化1卵巣癌細胞HRA、2CBR1 DNA導入HRA、3CBR1 siRNA導入HRAの3者間の低分子代謝産物のメタボローム解析を行い、腫瘍増殖との関連のある代謝産物を考察する。2)CBR1 DNAを静脈内投与した場合の生体機能の変化ヌードラットを用いて、1CBR1 DNA-PAMAMデンドリマーを静脈内投与後48時間で採血を行う、2デンドリマーのみ静脈内投与後48時間で採血を行う。血中の低分子代謝産物の変化を調べ、アミノ酸、有機酸、脂肪酸の生体機能の変化について検索する。人工ヒト腹膜組織を用いて上皮性卵巣癌腹膜播種モデルを作製し、Carbonyl reductase 1 (CR1) DNA-デンドリマー複合体導入による癌腹膜播種初期動態の変化から、CR1による遺伝子治療効果の機序を明らかにすることを目的に研究を進めた。方法として、1)人工ヒト腹膜組織に漿液性卵巣癌細胞(HRA)を播種し、播種動態を形態学的に解析した。

2)その播種過程をマウスin vivoモデルと比較し、本卵巣癌播種モデルの妥当性を検証した。3)本モデルにCR1DNAを導入し、癌細胞播種の抑制効果を経時的に解析した。結果として、1)癌細胞は穿孔を形成しながら中皮層に侵入し、中皮間および中皮下で増殖して集塊を形成した。24時間後にはリンパ管への侵襲がみられ、48から72時間後には癌細胞が集塊を形成しながら組織深部に浸潤していた。2)マウスin vivoモデルにおける癌細胞浸潤では人工ヒト腹膜での所見と形態的類似性が認められ、本in vitroモデルにおける卵巣癌腹膜播種動態の再現性を確認した。3)このモデルに対してCR1DNAを導入すると、人工ヒト腹膜組織上の癌細胞増殖が有意に抑制され、ネクローシスの誘導を示す結果を得た。しかし中皮下への浸潤は抑制されていなかった。平成29年度の目標は、卵巣癌組織型別の至適N/P ratioの確立であり、CBR1とPAMAMデンドリマーの複合体作成はすでに確立されており、細胞内導入効率とその抗腫瘍効果を検討することで至適N/P ratioを調べること、CBR1とPAMAMデンドリマーの複合体の静脈内投与の有効性と安全性を調べること、卵巣漿液性腺癌HRA細胞への至適導入条件はN/P ratio 20:1であるのでこの条件でCBR1 DNA複合体を卵巣漿液性癌性腹膜炎ラットの尾静脈から投与し抗腫瘍効果と副作用(食餌摂取量、体重の推移、排泄状態)を観察すること、人工ヒト腹膜を用いた播種病巣の経時的変化としてCBR1 DNA投与の有無による播種病巣周囲組織の経時的変化を電子顕微鏡で観察するとともにCBR1 DNA投与の有無による腹膜播種の動態をCCDカメラで48時間連続撮影することであったが、癌細胞は穿孔を形成しながら中皮層に侵入し、中皮間および中皮下で増殖して集塊を形成し24時間後にはリンパ管への侵襲がみられ、48から72時間後には癌細胞が集塊を形成しながら組織深部に浸潤していた。さらにマウスin vivoモデルにおける癌細胞浸潤では人工ヒト腹膜での所見と形態的類似性が認められ、本in vitroモデルにおける卵巣癌腹膜播種動態の再現性を確認した。このモデルに対してCR1DNAを導入すると、人工ヒト腹膜組織上の癌細胞増殖が有意に抑制され、ネクローシスの誘導を示す結果を得た、という当初の予想を上回る成果が得られた。人工ヒト腹膜組織を用いてCarbonyl reductase 1 (CR1)の発現程度によってヒト卵巣癌細胞の動態がどのように変化するのか検討することを目的とした。CR1-DNAを導入して強発現させたHRA細胞(ヒト漿液性卵巣癌細胞),CR1-siRNA導入によって発現を低下させたHRA細胞,遺伝子導入を行わなかったHRA細胞(コントロール)の3種類を人工ヒト腹膜組織に播種させ,癌性腹膜炎形成までの過程を6,24,48,72時間後と経時的に観察した.またTUNEL法,電子顕微鏡を用い,コントロール群,CR1-DNA導入群,CR1-siRNA群の人工腹膜組織上のアポトーシス細胞を比較した.培養細胞を用いて,1)フローサイトメトリーでアポトーシス細胞の割合,2) Ki-67陽性細胞数,3)ウエスタンブロット法でcaspase-3の発現強度を比較した.6時間後では,コントロール群,CR1-DNA導入群,CR1-siRNA群いずれも癌細胞の中皮への接着には差を認めなかった.
微小気泡-超音波照射による虚血心筋への骨髄細胞のdeliveryと血管新生 -慢性虚血心筋モデルにおけるContrast echocardiographyによるdrug-delivery systemの基礎的検討-

交雑犬の左前下行枝、回旋枝にAmeroid Constrictorを植え込み、イヌ慢性虚血性心筋症モデルを作成した。植え込み4週間後に、腸骨より骨髄液を採取し、密度勾配法により分離・濃縮した。perfluoropropane封入albumin microbubbleを冠動脈内投与し同時に、1MHz,2W/cm^2のtherapeuticultrasoundを1分間照射した。照射直後に蛍光染色を施した骨髄単核球(2×10^8個)を冠動脈内投与した(治療群;n=5)。対照として、perfluoropropane封入albumin microbubbleを冠動脈内投与し同時に、1MHz,2W/cm^2のtherapeuticultrasoundを1分間照射のみ施行したnegative control群(n=5)、骨髄単核球(2×10^8個)を冠動脈内投与のみ施行したpositive control群(n=5)を作成し、治療4週間後に心機能、免疫組織染色による骨髄単核球細胞の新生血管への取り込みを比較検討した。イヌ3頭を対象とし、左開胸下にameroid constrictorを左前下行枝、回旋枝に植え込み、イヌ慢性虚血性心筋症モデルを作成した。植え込み4週間後に、治療前の心機能計測を行った。腸骨より30mlの骨髄液採取を行い、骨髄細胞を密度勾配法により分離・濃縮した。冠動脈造影により左前下行枝、回旋枝の亜完全閉塞を確認した後、perfluoropropane封入albuminmicrobubbleを冠動脈内投与し同時に、1MHz,2W/cm^2のtherapeuticultrasoundを1分間照射した。照射直後に分離・濃縮し蛍光染色を施した骨髄単核球(1×10^9個)を冠動脈内投与した。治療4週間後に再度、心機能計測を施行し、sacrifice後に免疫組織染色により骨髄単核球細胞の心筋への取り込みおよび、新生血管を評価した。結果:骨髄単核球細胞は新生血管の70-80%に取り込まれていた。左室駆出分画は37.8±6.8%から59.7±7.9%へと改善した。Dobutamine負荷時の%wall thickeningは13.6±5.2 to 50.7±17.8%へと増大した。microspherにより算出した心筋血流量は治療後、約1.5倍に増加していた。照射直後に蛍光染色を施した骨髄単核球(2×108個)を冠動脈内投与した(治療群;n=5)。対照として、perfluoropropane封入入albumin microbubbleを冠動脈内投与し同時に、1MHz,2W/cm^2のtherapeuticultrasoundを1分間照射のみ施行したnegative control群(n=5)、骨髄単核球(2×108個)を冠動脈内投与のみ施行したpositive control群(n=5)を作成し、治療4週間後に心機能、免疫組織染色による骨髄単核球細胞の新生血管への取り込みを比較検討した。
癌悪液質に伴う代謝異常を改善するための血しょう浄化療法に関する研究

癌悪液質状態に認められる体重減少と血液灌流によるその抑制効果が家兎を用いた動物実験で見い出され、その機序を明らかにするため筋肉細胞および脂肪細胞において調べた。筋肉細胞については、家兎の大腿部より採取した初代筋芽細胞を培養し、坦癌患者および坦癌家兎の血漿画分を添加して細胞増殖が低下する結果を得た。また坦癌家兎より採取した筋芽細胞は健常家兎より採取したものに比較して増殖能が低下しており、血液灌流をおこなった坦癌家兎の筋芽細胞はその増殖能が回復していた。筋肉細胞のmRNA産生についても検討をおこなっており、myosinなどの構成タンパクの減少が血液灌流をおこなった坦癌家兎の筋肉で回復していないかを調べている。坦癌家兎の筋肉では、apoptosisが増加していることを示唆する所見も認められ、これについても検討している。脂肪細胞については、マウス由来の脂肪産生能を有する3T3-L1細胞を用いて、坦癌患者および坦癌家兎の血漿画分を添加して細胞増殖、細胞内triglyceride産生、培養液へのglycerolの放出などに変化を及ぼす血漿画分を認めている。血液灌流をおこなった坦癌家兎の血漿画分についても調べている。以上の様に坦癌患者または坦癌家兎の血漿画分には、筋肉細胞および脂肪細胞に影響を及ぼしてその機能を低下させる物質が含まれていると考えられ、血液灌流をおこなうことにより除去される可能性がある。本物質が、進行癌患者の赤血球脆弱化をひきおこしているAnemia-inducing substanceと同じものかについても調べている。
ケテンアセタール型活性アシル化剤の実用的応用研究

従来アシル化反応には、酸ハライドなどの活性型カルボン酸誘導体が用いられてきたが、その反応条件や副生する酸性物質や不揮発性物質のために、副反応の進行、生成物の分解、目的物の精製方法など多くの問題点があった。本研究では、反応条件が緩和で副生成物が低沸点のエステルであるケテンアセタール型アシル化剤1を用いることで、従来法の問題点や欠点を解決し、その実用化を図ると共に、1型反応剤を利用する独自の新手法の開発を目的とし、研究計画に基づき、以下の成果を得た。1.ルテニウム触媒存在下、エトキシアセチレンに種々のカルボン酸を付加させる方法で、種々のアシル化剤1の合成に成功した。更に、シリルケテン類から、新規1型反応剤の合成に有用なシロキシアセチレン類を効率良く合成できることを見出した。2.酵素触媒下でのアルコール類のアシル化による光学分割法には、現在ビニルエステル(VE)が汎用されているが、副生するアルデヒドによる酵素の不活性化が問題である。我々は、反応剤1を用いると、この欠点は無く、かつ、VEと同等以上の反応性と分割効率を有し、汎用性のある光学分割法になることを明らかにした。更に、本法を従来困難であったプロキラルな2, 2-二置換-1, 3-ジオール類の非対称化法など応用し、その有用性を明らかにした。3.種々のアシル基を有する1は、光学活性スルホキシドの高立体選択的不斉プメラ-型転位反応や閉環反応を起こすこと、また、アシル基の電子供与性が高いほどその選択性が高いことを明らかにした。p-スルフェニルフェノール類のトリフルオロ酢酸無水物を用いるプメラ-型反応により、芳香環上で硫黄官能基から酵素官能基への全く新しいipso-置換反応を見出し、キノン類の新合成法を開発した。さらに、アシル化剤1を用いて、本反応中間体のキノンモノO, S-アセタールの単離に初めて成功した。従来の、酸無水物や酸クロリドをはじめ数多くの活性型カルボン酸誘導体のアシル化剤を用いると、塩基の共存が必要であったり、反応で副生する不揮発生物質の除去のために、副反応の進行、生成物の分解、精製が困難などの問題を生じることがしばしばあった。本研究では、従来法の問題点や欠点をケテンアセタール型アシル化剤(1)を用いることで解決し、その実用化を図ると共に、本反応剤の特長を生かした新手法の開発等を目的とし、本年度は、研究計画に基づき以下の研究を行った。1.ルテニウム触媒存在下、エトキシアセチレンに種々のカルボン酸を付加させる方法で、反応活性や嵩高さの異なる種々のアシル化剤(1)の大量合成に成功した。更に、安定で取扱い易いシリルケテン類から、新規1型反応剤の合成に有用なシロキシアセチレン類を効率よく合成できることを見出した。2.リパーゼを利用するアルコール類の光学分割法では、現在ビニルアセタート(VA)がアシル化剤として最も汎用されているが、反応で副生するアルデヒドが酵素の触媒毒になる場合が有り、必ずしも有効な手段ではない。我々は、アセチル化剤(1)を用いると、VAと同様の反応活性を有し、かつ、触媒毒の問題がないため、従来法に代わるより安全で効率的な光学分割法になることを明らかにした。

3.我々はこれまで、反応剤(1)に関連したケテンアセタール型シリル化剤(2)を用いて、種々の光学活性スルホキシド類の高立体選択的不斉プメラ-型転位反応を多数見出してきたが、同様のシリル化剤(2)でも、シリル基上の置換基を小さくすると(例えば、SiMe3)、反応剤由来のエステルエノラートがプメラ-中間体に求核攻撃し、転位反応よりも炭素-炭素結合形成反応を立体選択的に起こすことを見出した。現在、アシル化剤(1)とシリル化剤(2)の両方を用いて、これらの立体選択的な反応の拡張を遂行中である。従来、アシル化反応は、酸無水物や酸クロリド等の活性型カルボン酸誘導体が用いられてきたが、その反応条件や反応で副生する酸性物質や不揮発性物質ために、副反応の進行、生成物の分解、目的物の精製方法など多くの問題点があった。本研究では、反応条件が緩和で、副生成物が低沸点のエステルであるケテンアセタール型アシル化剤(A)を用いることで、従来法の問題点や欠点を解決し、その実用化を図ると共に、A型反応剤を利用する独自の新手法の開発を目的とする。本年度は、昨年度の成果を発展させ、以下の研究を行った。1.種々のアシル基を有する反応剤(A)は、光学活性スルホキシドの高立体選択的不斉プメラ-型転位反応を起こすこと、また、アシル基の電子供与性が高いほどその選択性が高いことを明らかにした。一方、本反応剤を芳香環族プメラ-型転位反応に適用し、反応中間体のキノンモノO,S-アセタールの単離に初めて成功した。これら2種の成果は、いずれも従来の酸無水物を用いる方法では困難であり、A型アシル化剤の有用性を実証することがきでた。2.酵素触媒下でのアルコール類のアシル化による光学分割法に反応剤(A)を用いると、これまで汎用されていたビニルエステル(VE)の持つ、副生するアセトアルデヒドによる酵素の不活性化の問題点を解決し、かつ、VEと同等以上の反応性と分割効率と有することを見出し、効率的で安全な汎用性のある光学分割法になることを明らかにした。更に、種々のアシル基を有するAを利用することで、従来困難であったプロキラルな2,2-二置換-1,3-ジオール類の非対称化が効果的に進行することを見出した。3.更に現在、新規A型反応剤の調製とその利用、不斉ポロノフスキー型反応への適用、酵素反応の拡張等についても順調に進行中である。
ミトコンドリアDNA複製開始の新規制御機構に関する研究

ミトコンドリアDNA(mtDNA)のコピー数は細胞がおかれている生理条件に応じて増減することが知られているが、その制御機構については不明な点が多い。出芽酵母においてmtDNAの複製は主に相同組換えを介したローリングサークル型複製に依存し、その開始は複製開始点での二本鎖切断によることをこれまでの研究によって明らかにしてきた。本年度は前年度に引き続き、ローリングサークル型複製による欠失変異mtDNAの優勢複製を抑制し、mtDNA複製開始点での二本鎖切断の生成を一定レベルに抑える機能をもつ蛋白質、Imrlについて解析を行った。Imrlの局在を調べるために、Imrlを過剰発現させた細胞からミトコンドリアを単離し、前年度に作製したImrlに特異的な抗体を用いてウェスタンブロットを行った。その結果、発現させない細胞と比較してImrl由来のシグナルが顕著に増加した。このことから、Imrlはミトコンドリアに局在していることが考えられる。また、サザンブロットによる定量解析でmtDNAコピー数を調べたところ、欠失変異mtDNAを持つ細胞においてImrlを過剰発現させると過剰発現させない細胞と比較して、mtDNAコピー数が5分の1程度まで顕著に減少することが判明した。さらに、二次元電気泳動で欠失変異mtDNAの分子種について調べたところ、Imrlを過剰発現した細胞では、直鎖状多量体(ローリングサークル型複製の中間体であり、単位長さのmtDNAが直列に連結したmtDNA分子種)、及び環状多量体の合成量が顕著に減少することを明らかにした。本年度の研究成果を通して、Imrlがミトコンドリアにおける相同組換えを介したローリングサークル型複製を抑制する機能をもつ因子として同定することに成功した。また、Imrlの過剰発現がローリングサークル型複製に依存する欠失変異mtDNAの優勢複製を抑制するという観察事実に合理的な解釈を与えた。ミトコンドリアDNA(mtDNA)の組換えは二本鎖の切断から始まることが知られている。本研究では酸化損傷塩基を除去する修復酵素Ntg1が、mtDNAの複製開始点で二本鎖DNAの切断を誘起し、コンカテマー(直鎖状直列多量体)状のmtDNAの合成に関与することを見出した。Ntg1の働きで二本鎖DNAの切断が誘起され、組換え酵素Mhr1に依存したローリングサークル型mtDNAの複製が開始される結果、mtDNAのコピー数が増大すると考えた。また、mtDNAの複製開始点での二本鎖切断の生成がImr1タンパク質の過剰発現によって抑制されたことから、mtDNAコピー数調節にImr1タンパク質が寄与すると考えられる。組換え反応においてMhr1による相同DNA対合には、二本鎖切断の末端を加工し、3'単鎖末端を生成させる酵素が必要なため、5'-3'エキソヌクレアーゼIのホモログであるDin7というミトコンドリア局在のタンパク質に着目した。このDin7を過剰発現するとmtDNAの複製開始点での二本鎖切断の量とmtDNAコピー数、及びモノマーに対するコンカテマーの相対量が増加した。このようなことから、Din7が二本鎖切断の末端を加工することでコンカテマー形成を促進しmtDNAコピー数を増加させることが示唆された。また、発現が誘導されるDIN7とNTG1遺伝子の発現調節機構を解明するために、プロモーターアライメントを行ったところ、二つの遺伝子のプロモーター領域に相同性の高い塩基配列を見出した。この塩基配列はシスエレメントとしてDIN7の発現調節を通してmtDNAの複製に関与すると考えられる。さらに、二本鎖切断部位におけるImr1タンパク質の作用機構を解明にするために大腸菌におけるIMR1遺伝子発現系を構築し、Imr1タンパク質を精製した。精製標品はSDS-ポリアクリルアミドゲル電気泳動上で単一のバンドを示した。

ミトコンドリアDNA(mtDNA)のコピー数は細胞がおかれている生理条件に応じて増減することが知られているが、その制御機構については不明な点が多い。出芽酵母においてmtDNAの複製は主に相同組換えを介したローリングサークル型複製に依存し、その開始は複製開始点での二本鎖切断によることをこれまでの研究によって明らかにした。本年度は前年度に引き続き、ローリングサークル型複製による欠失変異mtDNAの優勢複製を抑制し、mtDNA複製開始点での二本鎖切断の生成を一定レベルに抑える機能をもつImrlについて解析を行った。Imrlの局在を調べるために、Imrlを過剰発現させた細胞からミトコンドリアを単離し、前年度に作製したImrlに特異的な抗体を用いてウェスタンブロットを行った。その結果、過剰発現さなかった細胞と比較してImrl由来のシグナルが顕著に増加した。このことから、Imrlはミトコンドリアに局在することが考えられる。また、サザンブロットによる定量解析でmtDNAコピー数を調べたところ、欠失変異mtDNAを持つ細胞においてImrlを過剰発現させると過剰発現させない細胞と比較して、mtDNAコピー数が5分の1程度まで顕著に減少することが判明した。さらに、二次元電気泳動で欠失変異mtDNAの分子種について調べたところ、Imrlを過剰発現した細胞では、ローリングサークル型複製の中間体である単位長さのmtDNAが直列に連結した直鎖状多量体及び環状マルチマーの合成量が顕著に減少することを明らかにした。本年度の研究成果を通して、Imrlがミトコンドリアにおける相同組換えを介したローリングサークル型複製を抑制する機能をもつ因子として同定することに成功した。また、Imrlの過剰発現がローリングサークル型複製に依存する欠失変異mtDNAの優勢複製を抑制するという観察事実に合理的な解釈を与えた。
Riemann多様体の中のKirchhoff弾性棒について

本年度は大きくわけて次の3つの研究を行った.3次元定曲率球面内のKirchhoff弾性棒について(昨年度に引き続いた研究),3次元双曲空間内のKirchhoff弾性棒について,そしてKirchhoff弾性棒の変分問題の外微分式系による定式化である.まず第一に,3次元定曲率球面内のKirchhoff弾性棒についてであるが,これについては昨年度よりJacobiの楕円関数及び楕円積分によるexplicitな表示式を得ており,閉Kirchhoff弾性棒になるための必要十分条件も得られていた.本年度はその条件を用いて,閉Kirchhoff弾性棒の非自明な例(閉螺旋ではない閉Kirchhoff弾性棒からなる滑らかな族)を構成した.そして昨年度より得られていた結果とあわせて,プレプリント"Kirchhoff elastic rods in the 3-sphere"にまとめて,2002年9月にTohoku Material Journalに投稿した.第二に,3次元双曲空間内のKirchhoff弾性棒についてであるが,これに関しては,ある種の特別な曲面に含まれないという条件の下でJaoobiの楕円関数及び楕円積分によるexplicitな表示式を得た.この「ある種の特別な曲面に含まれない」という条件は不自然なものであるので,現在,この条件を外して全ての場合で表示式を得ることを試みている.第三に,Kirchhoff弾性棒の変分問題の外微分式系による定式化について,筑波大学の守屋克洋氏と共同で研究を行った.これに関してはまだ具体的な結果は得ていないが,この定式化ができれば3次元空間形の場合に解がexplicitに求まる仕組みが明確に理解できるとともに,他の多様体内の場合への応用が期待できる.本年度は大きくわけて次の3つの研究を行った.3次元定曲率球面内のKirchhoff弾性棒について(昨年度に引き続いた研究),3次元双曲空間内のKirchhoff弾性棒について,そしてKirchhoff弾性棒の変分問題の外微分式系による定式化である.まず第一に,3次元定曲率球面内のKirchhoff弾性棒についてであるが,これについては昨年度よりJacobiの楕円関数及び楕円積分によるexplicitな表示式を得ており,閉Kirchhoff弾性棒になるための必要十分条件も得られていた.本年度はその条件を用いて,閉Kirchhoff弾性棒の非自明な例(閉螺旋ではない閉Kirchhoff弾性棒からなる滑らかな族)を構成した.そして昨年度より得られていた結果とあわせて,プレプリント"Kirchhoff elastic rods in the 3-sphere"にまとめて,2002年9月にTohoku Material Journalに投稿した.第二に,3次元双曲空間内のKirchhoff弾性棒についてであるが,これに関しては,ある種の特別な曲面に含まれないという条件の下でJaoobiの楕円関数及び楕円積分によるexplicitな表示式を得た.この「ある種の特別な曲面に含まれない」という条件は不自然なものであるので,現在,この条件を外して全ての場合で表示式を得ることを試みている.第三に,Kirchhoff弾性棒の変分問題の外微分式系による定式化について,筑波大学の守屋克洋氏と共同で研究を行った.これに関してはまだ具体的な結果は得ていないが,この定式化ができれば3次元空間形の場合に解がexplicitに求まる仕組みが明確に理解できるとともに,他の多様体内の場合への応用が期待できる.
イプシロン毒素遺伝子における新規Bent DNAの転写調節機構について

イプシロン毒素遺伝子のBent DNAはプロモーターから下流にかけて存在し、さらに構造遺伝子内にも第2の弱いBent DNAを含む領域があり、上流とともに発現制御に関与することが明らかとなった。この領域をPCRにより増幅してプラスミドに組み込み、大腸菌からプラスミドを回収したところ、下流のBent DNAの中の8つのadenineからなるA-tractの最後のadenineが欠失していた。この特殊なBent構造は、プラスミドを不安定にすると考えられた。ウエルシュ菌のLrpCとHis-tag付きのLrpCの遺伝子を、発現ベクターpFFに組み込み、ウエルシュ菌のstrain 13,SM101株を形質転換した。形質転換株での産生量は、ともにわずかであり、この系による精製は困難であった。精製を困難にする理由の一つは、精製の際にプロテアーゼの混入により分解が起きることである。活性の強いチオール・プロテアーゼの欠失変異株を構築したので、この菌を用いて精製を試みている。野生株と形質転換株の性状を比較検討したところ、枯草菌と同様に、LrpCの芽胞形成への関与が示され、その機能を確認した。イプシロン毒素遺伝子のBent DNAを含むDNA断片をPCRで増幅して、LrpCとの結合性を検討した。強制発現した形質転換株と野生株の菌体破砕物(細胞質画分)を用いて、gel retardationを行ったところ、特異的な反応を証明する結果は得られなかった。His-tagを持つLrpCも機能性を有することが示唆されるたので、大量培養の菌体からNi-Chelating Sepharoseを用いて精製することを進めている。一方、枯草菌と同様に、大腸菌系での発現が可能であると考えられるので、その精製を進めている。その一方で、菌体の破砕物を用いた実験を行うために、LrpCのノックアウト株を構築した。現在その変異株と野生株からの菌体破砕物を用いてgelretardation assayを行っている。イプシロン毒素遺伝子(etx)のプロモーター活性化に必要なBent DNA領域について、CATをレポーターとして検討したところ、新規の3つのA-tractのさらに下流で、コーディング領域(+33+51)に存在する2つのA-tractも活性化に必要なことが明らかとなった。活性化の強さは、フェレドキシン遺伝子のBent DNAよりも大きく、これまでのベントDNAでは最も強い活性化を示した。Bent DNA効果を種々の温度で比較したところ、37°Cで最も強く活性化され、ホスホリパーゼC遺伝子のBent DNAでの低温依存性や、フェレドキシン遺伝子のBent DNAでの温度非依存性とは異なっていた。このことは、環境から動物に侵入し、体温を感知して遺伝子の発現を誘導するための機構と考えられ、ベント構造による病原因子の発現調節機構とし興味ある現象である。低温において折れ曲がりが増すことから、etx遺伝子では、Bent DNAに親和性を持つ蛋白が結合し、RNAポリメラーゼの結合を阻害する可能性が考えられる。そのような結合蛋白の候補として、LrpCが考えられるので、その精製と機能解析を試みた。精製を容易にするため、C末端側にHis-tagを付加した蛋白を組換えによりウエルシュ菌に発現させた。その機能の1つと考えられる芽胞形成阻害は、野生型のLrpCと同様に機能することが確認された。etx遺伝子との結合性を調べてためにその精製に着手したところである。さらに、LrpCのノックアウト変異株を作成中である。

イプシロン毒素遺伝子のBent DNAはプロモーターから下流にかけて存在し、さらに構造遺伝子内にも第2の弱いBent DNAを含む領域があり、上流とともに発現制御に関与することが明らかとなった。この領域をPCRにより増幅してプラスミドに組み込み、大腸菌からプラスミドを回収したところ、下流のBent DNAの中の8つのadenineからなるA-tractの最後のadenineが欠失していた。この特殊なBent構造は、プラスミドを不安定にすると考えられた。ウエルシュ菌のLrpCとHis-tag付きのLrpCの遺伝子を、発現ベクターpFFに組み込み、ウエルシュ菌のstrain 13、SM101株を形質転換した。形質転換株での産生量は、ともにわずかであり、この系による精製は困難であった。精製を困難にする理由の一つは、精製の際にプロテアーゼの混入により分解が起きることである。活性の強いチオール・プロテアーゼの欠失変異株を構築したので、この菌を用いて精製を試みている。野生株と形質転換株の性状を比較検討したところ、枯草菌と同様に、LrpCの芽胞形成への関与が示され、その機能を確認した。イプシロン毒素遺伝子のBent DNAを含むDNA断片をPCRで増幅して、LrpCとの結合性を検討した。強制発現した形質転換株と野生株の菌体破砕物(細胞質画分)を用いて、gel retardationを行ったところ、特異的な反応を証明する結果は得られなかった。His-tagを持つLrpCも機能性を有することが示唆されるたので、大量培養の菌体からNi-Chelating Sepharoseを用いて精製することを進めている。一方、枯草菌と同様に、大腸菌系での発現が可能であると考えられるので、その精製を進めている。その一方で、菌体の破砕物を用いた実験を行うために、LrpCのノックアウト株を構築した。現在その変異株と野生株からの菌体破砕物を用いてgelretardation assayを行っている。
農業用水を放射性物質高汚染地帯から流出する河川に依存する農地の汚染回避取水技術

福島の農地では、放射性物質のおもな流入源のひとつが河川から取水している農業用水であると考えられ、地元農家では農地の汚染の上昇が懸念されている。本申請では、放射性物質の高い時期の河川水を回避するシステムの構築を計画し、基礎的なテータの収集を主な目的とした。平常時および増水時における放射性セシウムの溶存態および粒子態の割合を実測し、また農業用水を介した水田への放射性セシウム流入負荷量を実測した。用水を介して水田に流入した放射性セシウムの負荷量は、水田土壌に残留している放射性セシウム負荷量の1%以下であった。新田川下流の農業用水取水口付近および用水路に定点を設定し、河川水に関する基礎データである流速や濁度を定期測定した。また放射性セシウムの大半は懸濁粒子と共に移動することが知られていることから、定期的に懸濁粒子を捕集して放射能を測定した。本年度は河川水の溶存態および粒子態を分けた形で放射能を分析するより効率的な分析手法を検討した。また本研究では新田川上流の森林内に雨量計と土壌水分計を設置し、遠隔地からデータを採取できるようリモートコントロールシステムを立ち上げることを計画していた。しかし試料の輸送費および分析手法の検討に予想以上の経費を要したことから、計器類の購入は不可能となり、地元気象台のデータを活用することとした。これまでも河川水中の放射能を測定している調査例は多いが、地方気象台のデータとの関係を解析し、放射能濃度の予測にまで踏み込んだ調査例は多くはない。将来的には気象情報から河川水中の放射能濃度を予測できるシステムを構築し、水田に流入する放射能を可能な限り低減させることを計画している。本年度は河川水の溶存態および粒子態を分けた形で放射能を分析するより効率的な手法を検討した。本年度は河川水中の放射能分析手法を検討しているが、検出に必要な水試料の量が予想していた以上に多く輸送費がかさんだこと、試料前処理用の試薬および器具類が想定以上に必要となったことから、前倒し制度を活用することで分析法の検討を推進した。本研究では新田川上流の森林内に雨量計と土壌水分計を設置し、遠隔地からデータを採取できるようリモートコントロールシステムを立ち上げることを計画していた。しかし試料の輸送費および分析手法の検討に予想以上の経費を要したことから、計器類の購入は不可能となった。しかし観測器機の監視に代えて、地元気象台のデータを活用することとした。昨年度に設置した、新田川下流の農業用水取水口付近および用水路の定点において、河川水に関する基礎データである流速や濁度を継続的に測定した。昨年度に検討済みである、河川水の溶存態および粒子態を分けた形で放射性セシウム濃度を分析する手法を活用し、定期的に採取した河川水および農業用水の放射能を測定した。今年は台風時における増水時の河川水採取を実施できたことから、平常時と増水時における河川水中放射性セシウム濃度の違いについて比較検討する。また地元農家の提案により、H27年度より耕作を開始している水田を試験圃場として提供を受けたことで、農業用水を介した水田への放射性セシウム濃度乳乳に関する実測試験の実施が可能となった。水田に流入する用水中の放射性セシウム濃度および耕作期間を通じた取水量を求めることで、耕作期間中に水田に流入する放射性セシウム量を推算できる。あわせてすでに対象水田に蓄積している土壌中放射性セシウム濃度の総量と比較することで、河川水を介して流入する放射性セシウムの寄与率を推算することが可能となると期待される。加えて、今年に採取できた台風時における増水時の河川水のデータも、水田への放射性セシウム流入量を推算する際のパラメーターとして活用する。本調査によって、地元農家や農協が懸念している、高レベル汚染地域を通過する河川水を農業用水として利用することによる、農地の放射能汚染の悪化に対して、実測による答えを提供できる。地元に望まれている情報を提供し、地域貢献に寄与できると期待される。本調査は継続的なデータ収集が重要であることから、今後も継続していく予定である。また地元農家の提案により、H27年度より耕作を開始している水田をもちいた実測試験を実施が可能となった。あわせてすでに対象水田に蓄積している土壌中放射性セシウム濃度の総量と比較することで、河川水を介して流入する放射性セシウムの寄与率を推算することが可能となる。今年に採取できた台風時における増水時の河川水のデータも、水田への放射性セシウム流入量を推算する際のパラメーターとして活用する。福島の放射能汚染問題は徐々に収束しつつあるが、高汚染地帯を上流にもつ河川水中の放射能レベルは依然として高い。

南相馬地区の農地では、放射性物質のおもな流入源のひとつが河川から取水している農業用水であると考えられ、地元農家では農地の汚染の上昇が懸念されている。本申請では、放射性物質の高い時期の河川水を回避するシステムとして、高汚染水が発生した場合に取水に対する警報を発する「取水警報システム(Sアラート)」の構築を計画した。本研究ではSアラートの開発に向け、基礎的なテータの収集を主な目的とした。まず河川水中の放射性セシウム濃度を、溶存態と粒子態に分離して測定する手法を最適化した。新田川下流の農業用水取水口付近および用水路の調査定点において、流速や濁度、放射能を継続的に測定し、くわえて台風時における増水時の河川水採取を実施した。その結果、平常時における放射性セシウムの溶存態および粒子態の割合が実測され、また増水時には粒子態の放射性セシウム濃度は10倍以上に増加するが、溶存態の濃度に大きな変化はみられないことも明らかとなった。次に地元農家より耕作を開始している水田の提供を受け、農業用水を介した水田への放射性セシウム流入負荷量を実測した。水田に流入する用水中の放射性セシウム濃度および耕作期間を通じた取水量を求め、水田に流入する放射性セシウム負荷量を推算した。あわせて対象水田土壌に残留する放射性セシウム濃度を測定して負荷量を推算した。結果として、用水を介して水田に流入した放射性セシウムの負荷量は、水田土壌に残留している放射性セシウム負荷量の1%以下であった。また該当水田で生育した水稲の籾に残留する放射性セシウムを測定したところ、ほとんどが検出下限値以下であった。現状においては、農業用水を介して水田に流入する放射性セシウム負荷量はほぼ無視し得ると推察された。福島の農地では、放射性物質のおもな流入源のひとつが河川から取水している農業用水であると考えられ、地元農家では農地の汚染の上昇が懸念されている。本申請では、放射性物質の高い時期の河川水を回避するシステムの構築を計画し、基礎的なテータの収集を主な目的とした。平常時および増水時における放射性セシウムの溶存態および粒子態の割合を実測し、また農業用水を介した水田への放射性セシウム流入負荷量を実測した。用水を介して水田に流入した放射性セシウムの負荷量は、水田土壌に残留している放射性セシウム負荷量の1%以下であった。初年度に確立した分析法を活用し、河川水中の放射能を測定する。河川水中の放射能は梅雨や台風、雪解けなどの気象イベント時に上昇すると予想されるため、季節ごとの気象イベントに際して濁度と放射能の変化を時系列的に実測する。本研究では新田川上流の森林内に雨量計と土壌水分計を設置し、遠隔地からデータを採取できるようリモートコントロールシステムを立ち上げることを計画していた。しかし試料の輸送費および分析手法の検討に予想以上の経費を要したことから、計器類の購入は不可能となった。観測器機の監視に代えて、地元気象台のデータを活用することとしたため、気象データと放射能の変化を解析することでその利用法について検討していく。これまでも河川水中の放射能を測定している調査例は多いが、地方気象台のデータとの関係を解析し、放射能濃度の予測にまで踏み込んだ調査例は多くはない。将来的には気象情報から河川水中の放射能濃度を予測できるシステムを構築し、水田に流入する放射能を可能な限り低減させることを計画している。
高周波波動およびマイクロ波反射計を用いた高波数TAE計測模擬実験

本研究の目的は、高電力高周波をプラズマに入射し、TAEを模擬する密度振動をプラズマ中に発生させ、それを反射計で測定することである。反射計は揺動に対して、非常に鋭敏であるため、目的の性能を発揮するためには、揺動による回折効果の評価と抑制が必要である。そこで、キルヒホッフ積分を用いた波動計算をおこない、イメージング光学系の設計の最適化を行った。また、さまざまな波数・振幅の揺動に対して位相応答を計算し、測定限界を予測した。設計に基づき、光学系を製作し、さらに、マイクロ波部品を組み立てて、システム全体を完成させた。製作した反射計の焦点面付近の入射ビーム分布は、波動計算と一致し、意図したとおりの光学系が実現できたことを確認した。今年度後半に高周波アンテナの改造、高周波源の調整、伝送系・整合器の整備が終了し、100kW以上の電力をプラズマに入射できるようになった。高周波(21MHz、約100kW)入射時に反射計から26.5GHzのマイクロ波を入射し、反射波の位相を測定したところ、高周波ピックアップによるノイズが大部分であり、信号はノイズの数分の一程度であることがわかった。測定された位相変動から密度揺動、高周波電場の振幅を評価した結果、高周波による電場振幅の上限は1kV/m程度であることがわかった。この値は簡単なオーダー評価による予測と矛盾しない。現在、ピックアップノイズに対する対策を行い、次回の実験の準備を行っている。
農業の環境動態と生態リスク評価に関する研究

水田から水路に流出した農薬は、水生生物に影響を与える可能性があるが、水中濃度は底質との吸着や水中での分解性によって異なる。昨年茨城県北浦周辺の水田水路20ケ所から採取した底質を用いて、物理化学性の異なる数種農薬との吸着について試験管内で基礎的検討を行った。その結果、(1)吸着は短時間(30秒)に起こる、(2)吸着量は農薬の水溶解度と負の相関、オクタノール・水分配係数と正の相関があり、水に溶けにくい農薬ほど吸着しやすい傾向がある、(3)粘土質系底質と砂質系底質への吸着を比較すると、粘土質系底質への吸着量の方が大きい、(4)供試した農薬の中では最も吸着しやすいクロロピリホスは、粘土質系および砂質系底質にあまり関係なく、吸着量は大きい、(5)吸着は底質の有機炭素量と正の相関がある、(6)各農薬の吸着等温線は経験的なフロイントリッヒの式に適合し、各農薬の吸着係数(Kf)は底質ならびに農薬の種類によって大きく異なる、(7)先にある農薬が吸着した底質では、追加した他の農薬の吸着阻害が見られたことから、農薬の底質への吸着は底質粒子の同じ場所に吸着されるか、あるいは吸着に関してお互いに競合関係にある、ことを明らかにした。また、混住地域では水田水路に家庭の雑排水が流入することがあるが、洗剤に含まれる抗菌物質ジンクピリチオンをダイアジノンを吸着した底質に添加すると、ダイアジノンの脱着が見られることを明らかにした。このことは、家庭雑排水の流入は水田水路の水生生物に対する農薬の毒性を増強する可能性を示唆するものである。また、底質への農薬の吸着は底質中の有機物含量に影響されることから、有機物の化学的組成を明らかにするためにCPMAS^<13>CNMR解析を行ったところ、底質によって大きな違いが見られた。千葉県大網白里町砂田の谷津田休耕田に造成したビオトープにおいて、農薬(ネオニコチノイド剤のイミダクロプリド)を投入後、水生生物ならびに底生生物の相対的密度の変化を経時的に調査した。その結果、一部の生物(アメンボ、コミズムシ、アメリカザリガニ、ユスリカ幼虫)については農薬投入によって明らかに中毒あるいは致死症状が見られたが、時間の経過とともに回復した。水中および底質中の農薬濃度を分析したところ、濃度分布に不均一性が見られ、また比較的速やかな減衰が見られた。従って、野外環境下では水だけを入れたガラス水槽を用いる室内試験と異なり、農薬濃度と生物の分布の不均一性により生存個体が出現し、また周辺環境からの再移入も可能なので、農薬の生態影響は緩和されて、密度回復が比較的容易に起こることを示唆した。一方、イミダクロプリドは甲殻類に対して低毒性と言われているにもかかわらず、野外ではアメリカザリガニに対して大きな影響を及ぼした原因を明らかにするために、水だけを入れたガラスの水槽内で水深を変えて毒性検定を行った。その結果、中毒状態のアメリカザリガニ個体は水深が浅い場合は脚を水上に出して酸素を取り込む行動を示すのに対して、水深が深い場合はそれができないために溺死し、高い毒性につながることが示唆された。茨城県北浦周辺の水田水路から底質を採取し、各種物理化学的性質を測定したところ、多様な性質の底質が採取できたので、室内の容器内試験で農薬の吸着・脱着・分解などを調べるための基礎実験を行った。水田で使用された農薬が水路に流出した場合の実際の水中濃度と、それによる水系生態系に及ぼす影響について今後調査を行う予定である。

また、底質への農薬の吸着は底質中の有機物含量に影響されることから、有機物の化学的組成を明らかにするためにCPMAS^<13>CNMR解析を行ったところ、底質によって大きな違いが見られた。
都市域突発性災害時の緊急避難を支援する即時応災型情報通信システムの開発

本研究は,都市域突発性災害発生直後に、被災者緊急避難を支援する非常時情報通信(ERUC)システムの開発を目指し、以下の成果を得た。1)SVM(サポート・ベクター・マシン)を基本に、その時系列処理の課題を解決するため新たにバッファリングSVMの提案と、時系列データをフーリエ変換処理することで、災害発生の検知機能・種類識別機能を実現した。2)開発した上記の新機能を組み込んだERESS端末プロトタイプV.3を作成し、災害時緊急避難シミュレーション実験によりその有効性を検証・確認した。本研究は,火災・爆発や無差別殺傷テロなど都市域において突発的でパニックを誘引する災害発生直後に,発生現場から被災者の緊急避難を支援するという,応災型情報通信システムの開発を目的とする.一般に突発性重大災害発生時には,高々数分以内に災害現場から緊急避難できるかどうかが生死を分ける,と言われている.本研究では,災害現場の被災者の時々刻々の動きから,リアルタイムに災害発生位置や災害状況・種類の特定を試み,避難経路情報を瞬時(高々数10秒程度)に獲得し,被災者の救援や脱出経路誘導などを行う.このためパニック型災害発生時の発生位置と災害種類の特定アルゴリズム開発が必要である.本年度はSVM(サポート・ベクター・マシン)を導入し,災害の発生を自動的に検出するアルゴリズムを作成した。次にアルゴリズムや通信機能を実装した非常時緊急通信端末のプロトタイプを4台試作した.開発システムの有効性を検証するため,関西大学中央体育館内に都市域構造体モデルなどを構築し,被験者約150名の協力によりパニック型災害時避難実験を行なった.現時点では災害発生検知アルゴリズムがリアルタイムで動作していないため,緊急避難実験によって得た被験者の避難行動の動きを9軸センサでデータ収集し,実験後データ処理することにより,災害発生の自動検出の可能性を確認した.23年度以降,アルゴリズムを被験者(被災者)の保有端末に実装し,緊急救命避難支援システム(ERESS)の実装化を行うとともに,ERESS端末数を少なくとも10台以上製作し,避難実験時でのデータ収集の精度向上と,災害発生時刻の検出,災害種類の特定化の実現に向けて,研究開発を鋭意進めていく所存である本研究は,火災・爆発や無差別殺傷テロなど都市域において突発的でパニックを誘引する災害発生直後に,発生現場から被災者の緊急避難を支援するという,応災型情報通信システムの開発を目的とする.一般に突発性重大災害発生時には,高々数分以内に災害現場から緊急避難できるかどうかが生死を分ける,と言われている.本研究では,災害現場の被災者の時々刻々の動きから,リアルタイムに災害発生位置や災害状況・種類の特定を試み,避難経路情報を瞬時(高々数10秒程度)に獲得し,被災者の救援や脱出経路誘導などを行うことを目的としている.このため本研究では,パニック型災害発生時の発生位置と災害種類の特定アルゴリズム開発が中心となる.昨年度はSVM(サポート・ベクター・マシン)を導入し,災害の発生を自動的に検出するアルゴリズムを作成し,アルゴリズムや通信機能を実装した非常時緊急通信端末のプロトタイプを4台試作した.本年度は,新たにバッファリングSVMを提案しシステム化を行った.さらに通信機能やより高度なセンサ機能などの周辺機能を強化した非常時緊急通信端末プロトタイプV.2を8台作成した.開発システムの有効性を検証するため,関西大学中央体育館内に都市域構造体モデルなどを構築し,被験者約250名(関西学生,近隣の小・中・高校生,関西大学OB)パニック型災害時避難実験を行なった.本年度は,昨年度不可能であった災害発生検知アルゴリズムのリアルタイム動作を実現し,緊急避難実験によって得た被験者の手段的な避難動作を9軸センサでデータ収集し,災害発生の自動検出を即時に可能とした.さらに災害の種類の特定として,火災による避難と,単独/複数テロ犯人による避難との差異を85%の精度で即時に認識可能とし,大きな進展を得た.本研究は,地震・火災・爆発や無差別殺傷テロなど都市域において突発的でパニックを誘引する災害発生直後に,発生現場から被災者の緊急避難を支援するという,応災型情報通信システムの開発を目的とする.一般に突発性重大災害発生時には,高々数分以内に災害現場から緊急避難できるかどうかが生死を分ける,と言われている.本研究では,災害現場の被災者の時々刻々の動きから,リアルタイムに災害発生位置や災害状況・種類の特定を試み,避難経路情報を瞬時(高々数10秒程度)に獲得し,被災者の救援や脱出経路誘導などを行うことを目的としている.本年度は,パニック型災害発生時の発生位置と災害種類を特定する特別なアルゴリズム開発が中心となる。SVM(サポート・ベクター・マシン)をベースに,災害の発生を自動的に検出するアルゴリズムとしてバッファリングSVMを提案し、本年度新たにフリーエ変換を導入したデータ解析アルゴリズムを導入し、システム化を行った。さらに提案アルゴリズムや通信機能を実装しさらに位置情報認識機能を強化した非常時緊急通信端末のプロトタイプV3.0を10台製作した。

開発システムの有効性を検証するため,関西大学中央体育館などで都市域構造体モデルなどを実際に構築し,被験者総計約200名によりパニック型災害時避難実験を行なった。この結果、本年度では昨年度不可能であった災害発生検知アルゴリズムのリアルタイム動作を実現し,災害発生の自動検出を即時に可能であることを実証した。本研究の中心課題は,都市域パニック型災害発生に対する緊急避難者を災害発生直後からリアルタイムに支援する緊急救命避難支援システムの開発である。本年度はその核となるアルゴリズムとしてバッファリングSVMを新たに提案し,大規模な災害避難実験により本アルゴリズムがリアルタイムで災害発生そのものの検知と、災害が火災かテロかという2種類の判定をリアルタイムで可能とすることを実証した.これは本システムの実現する上での最大の課題に対して、そのソリュージョンを創生・実証した点で大きな進展を得たと言える.24年度が最終年度であるため、記入しない。昨年度(23年度)において,本研究目的の役80%が解決されたため,システムの実現性を含めて,大きく力強い進展があったといえる.本年度は、さらに提案アルゴリズムであるバッファリングSVMの改良を行い,その判定速度と判定精度を向上させるとともに,判定可能な災害の種類を地震や爆発などのより多様なものに対応できるように,システム開発や災害実験方法などを改良発展させ、当初研究計画以上の120%程度の目的達成を目標として、鋭意研究を進めていく所存である。24年度が最終年度であるため、記入しない。