hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
作用素平均を用いた作用素不等式の研究とその量子情報理論への応用

また,これらの結果からLiang-Shi (2015)の結果の拡張も得ることができた.本研究の結果は,論文雑誌に掲載予定となっている.2. Petz-Bregman divergenceと呼ばれる作用素ダイバージェンスや,以前の研究で導入した作用素エントロピーの差として定義されるダイバージェンスの拡張として, n-th divergenceを導入し,考察を行った.本研究は,伊藤(研究代表者)と連携研究者の渡邉氏,遠山氏,伊佐氏,研究協力者の亀井氏との共同研究により行われ,現在,論文作成中である.3.作用素単調関数として知られるPetz-Hasegawa関数を拡張した関数の上限と下限についての結果を得た.また,Petz-Hasegawa関数の拡張の作用素単調性については渚-和田(2015)によって示されているが,本研究ではその簡単な別証明を与えた.本研究は古田氏,山崎氏,柳田氏との共同研究として行われ,論文雑誌に掲載済である.これらの研究成果について,海外での国際学会と国内での学会,研究集会において計7件の口頭発表を行った.本研究では,具体的な研究項目として次の3点を掲げている.1.作用素平均と関連した新たな作用素不等式の開発,2.作用素エントロピーの性質についての研究,3.量子情報理論の作用素論的基礎付け.平成29年度に得られた「Lehmer meanをHeron meanで評価する不等式」,「Petz-Hasegawa関数を拡張した関数の性質」は主に1に関する成果であり,「n-th divergenceの性質」は主に2,3に関する成果である.よって,平成29年度は3点の研究項目全てに関する成果が得られており,その意味で,本研究はおおむね順調に進展していると考えられる.本研究では,ヒルベルト空間上の有界線形作用素を扱う.その中でも,特に作用素不等式や作用素平均に関する研究,それらの応用としての量子情報理論や作用素エントロピーの性質に関する研究を行っている.2つの実数あるいは作用素の平均として相加平均,相乗平均,調和平均が知られており,これらの平均を含んだいくつかの拡張も知られている.作用素平均については,1980年に発表された久保-安藤による一般的な理論が知られており,その中で,作用素平均と作用素単調関数の対応関係が示されている.近年,作用素単調関数について調べることにより作用素平均の性質を得る研究が盛んに行われている.これまでの私の研究における成果として,power difference meanやLehmer meanをHeron meanで評価する不等式が得られている.平成30年度(2018年度)に実施した本研究の成果として,新たなに2つの実数あるいは作用素の重み付きpower meanを重み付きHeron meanで評価する不等式を得ることができた.
神経細胞の生理機能におよぼす通信領域の高周波電磁波の影響

ウシ副腎髄質由来のクロマフィン細胞(1,2)とマウス骨芽細胞(3)の実験を試みた。1.クロマフィン細胞を低張溶液にインキュベートすると、その直後にその細胞容積は一過性の増加を引き起こし、その後次第に液交換前の容積に回復した。1.5Tの変動磁界曝露およびサイトカラシンDを添加すると、F-actin量が減少したが、低張溶液への置換は交換直後の容積増加の最大値の増加と、回復時間の遅延が認められた。この影響は複数のF-actin重合阻止剤添加でも確認された。このことは磁界がactinの重合、脱重合に影響を及ぼすことを示唆する。2.高周波電磁界曝露がアセチルコリン添加および高K^+溶液置換による細胞内Ca^<2+>濃度増加に及ぼす影響を調べた。細胞内Ca^<2+>は両者において一過性の増加を示し、時間経過と共に次第に減少する傾向を示した。このとき周波数は438.5MHzに一定とし、電磁場強度を26.6から54.6Wに変化させた。行ったすべての実験で、高周波電磁場曝露は上記の細胞内Ca^<2+>増加には有意の影響をおよぼさなかった。これらの結果は438.5MHzの高周波電磁場は小胞体からのCa^<2+>放出および細胞膜のCa^<2+>チャネルを介するCa^<2+>influxには影響をおよぼさないことを示した。3、マウス骨芽様MC3T3-E1細胞の分化における極低周波磁界(ELF-EMF : 3mT, 60Hz)の影響を調べた。ELF-EMF曝露によりコラーゲン合成が刺激されるが、これはp38MAPK経路の介入により引き起こされる。またPI3K経路はこのELF-EMF曝露により誘導されるコラーゲン合成の抑制に関与し、このPI3K経路の抑制はコラーゲン合成を促進する可能性があり、磁界の関与を示唆した。研究目的にもとついて現土以下の2項目を明らかにした。1、ウシ副腎髄質クロマフィン細胞に及ぼす電磁波(周波数438.5MHz)の影響を調べた。実験では細胞を種々の時間この電磁波に曝した後、アセチルコリンの添加による細胞内小胞体から細胞質へのCa^<2+>放出と、培養液を等浸透圧ではあるが高いK^+濃度溶液に交換による細胞膜Ca^<2+>チャネルを介する外液Ca^<2+>の細胞質への流入の両機構を細胞内Ca^<2+>濃度の時間的変化を測定した。対照群はいずれの測定とも一過性のCa^<2+>濃度上昇を示した後、徐々に減少し正常細胞レベルに回復した。電磁波曝露群はいずれの実験でもその最大値および回復時間ともに対照群と有意な差は認められず、この細胞ではこれら2つの機構による細胞内Ca^<2+>濃度上昇に対しては影響を及ぼさないとみられる。2、同細胞を6秒間隔の最大1.5テスラの変動磁界に2時間曝露後低浸透圧溶液に交換し、この時見られる容積変化への磁界影響を調べた。低張液への交換は初期の一過性の細胞容積増加とその後の正常値への回復を示した。磁界曝露細胞では初期の増加が促進され、さらに回復を遅延した。また、細胞容積調節機構には重要な働きをする細胞内アクチン蛋白質は、対照群では一過性の減少と正常値へ回復の傾向を示した。

磁界曝露により細胞内アクチン量が有意に減少することを確認した。また曝磁細胞において、低張液交換後もアクチン量の低下が測定されたが、この低下から液交換以前の値への回復だけでなくその傾向も認められなかった。また、共焦点レーザー顕微鏡による形態にも磁界影響が認められた。これらの磁界曝露による影響は、アクチンの重合阻止剤作用細胞でも同様に確認された。これらの結果から、この変動磁界曝露は細胞内アクチン蛋白質の重合や脱重合機構に影響を及ぼすものと考えられる。ウシ副腎髄質由来のクロマフィン細胞(1,2)とマウス骨芽細胞(3)の実験を試みた。1.クロマフィン細胞を低張溶液にインキュベートすると、その直後にその細胞容積は一過性の増加を引き起こし、その後次第に液交換前の容積に回復した。1.5Tの変動磁界曝露およびサイトカラシンDを添加すると、F-actin量が減少したが、低張溶液への置換は交換直後の容積増加の最大値の増加と、回復時間の遅延が認められた。この影響は複数のF-actin重合阻止剤添加でも確認された。このことは磁界がactinの重合、脱重合に影響を及ぼすことを示唆する。2.高周波電磁界曝露がアセチルコリン添加および高K^+溶液置換による細胞内Ca^<2+>濃度増加に及ぼす影響を調べた。細胞内Ca^<2+>は両者において一過性の増加を示し、時間経過と共に次第に減少する傾向を示した。このとき周波数は438.5MHzに一定とし、電磁場強度を26.6から54.6Wに変化させた。行ったすべての実験で、高周波電磁場曝露は上記の細胞内Ca^<2+>増加には有意の影響をおよぼさなかった。これらの結果は438.5MHzの高周波電磁場は小胞体からのCa^<2+>放出および細胞膜のCa^<2+>チャネルを介するCa^<2+>influxには影響をおよぼさないことを示した。
ゲノム不活化機構の異常に基づく小児疾患-レット症候群の病態解明

【研究目的】MeCP2遺伝子の異常が遺伝性自閉症疾患(レット症候群)の原因になっていることが明らかにされたが、遺伝子異常がどのような過程を経て自閉症を発症せしめるかは不明であった.よってこれを明らかにすることが本研究の目的であった.【平成15年度の研究成果】MeCP2異常による神経細胞の形態変化:MeCP2欠失マウスの脳皮質由来の初代培養細胞で、正常マウスと比較したところ、神経細胞の樹状突起伸長が低下していることを見い出した(現在、他の所見とともに論文投稿準備中).【平成16年度の研究成果】MeCP2発現低下時の神経細胞ならびに神経膠細胞の機能異常:MeCP2発現異常が神経膠細胞に生ずると、細胞増殖が低下することを明らかにし報告した(Nagai et al.,Dev Brain Res 2005).【平成17年度の研究成果】MeCP2蛋白の核外発現と局在変化メカニズム:従来核に局在していることが知られていたMeCP2蛋白が神経培養細胞においては、細胞質でも発現していることを見い出した.またMeCP2の核と細胞質問の移動にMeCP2蛋白質の各種修飾が関係しうることを見い出した(論文投稿中).【研究成果のまとめ】以上3年間で、これまで知られていないMeCP2蛋白の2つの面を明らかにした.すなわち(1)MeCP2蛋白は神経細胞でしか発現していないと考えられてきたが、実はこれ以外の脳細胞であるグリア細胞においても発現し機能していた、(2)MeCP2蛋白は細胞核の中でしか発現していないと考えられてきたが、実はその外側である細胞質においても発現していた.知見(1)はグリア細胞機能不全が精神症状を来しうるという最近の知見と相まって自閉症発症メカニズムのさらなる理解に、知見(2)は核の中に入ってからMeCP2は遺伝子調節機能を発揮することから本症の発症時期の理解に、それぞれ貢献すると考えられた.【研究目的】MeCP2遺伝子の異常が遺伝性自閉症疾患(レット症候群)の原因になっていることが明らかにされたが、遺伝子異常がどのような過程を経て自閉症を発症せしめるかは不明であった.よってこれを明らかにすることが本研究の目的であった.【平成15年度の研究成果】MeCP2異常による神経細胞の形態変化:MeCP2欠失マウスの脳皮質由来の初代培養細胞で、正常マウスと比較したところ、神経細胞の樹状突起伸長が低下していることを見い出した(現在、他の所見とともに論文投稿準備中).【平成16年度の研究成果】MeCP2発現低下時の神経細胞ならびに神経膠細胞の機能異常:MeCP2発現異常が神経膠細胞に生ずると、細胞増殖が低下することを明らかにし報告した(Nagai et al.,Dev Brain Res 2005).【平成17年度の研究成果】MeCP2蛋白の核外発現と局在変化メカニズム:従来核に局在していることが知られていたMeCP2蛋白が神経培養細胞においては、細胞質でも発現していることを見い出した.またMeCP2の核と細胞質問の移動にMeCP2蛋白質の各種修飾が関係しうることを見い出した(論文投稿中).【研究成果のまとめ】以上3年間で、これまで知られていないMeCP2蛋白の2つの面を明らかにした.すなわち(1)MeCP2蛋白は神経細胞でしか発現していないと考えられてきたが、実はこれ以外の脳細胞であるグリア細胞においても発現し機能していた、(2)MeCP2蛋白は細胞核の中でしか発現していないと考えられてきたが、実はその外側である細胞質においても発現していた.知見(1)はグリア細胞機能不全が精神症状を来しうるという最近の知見と相まって自閉症発症メカニズムのさらなる理解に、知見(2)は核の中に入ってからMeCP2は遺伝子調節機能を発揮することから本症の発症時期の理解に、それぞれ貢献すると考えられた.【研究目的】レット症候群は自閉症を主徴とする小児発達障害疾患で、MeCP2が責任遺伝子であることが近年判明した.MeCP2タンパクはメチル化された遺伝子DNAに結合し発現を抑制する。また生体内では神経細胞(ニューロン)で高い発現を示す.したがってレット症候群の病態は、MeCP2タンパク異常によるニューロン内でのメチル化遺伝子の発現抑制不全と想定され、この仮説を実証するために、以下の研究を行った.【平成15年度の研究成果】1)ノックアウトマウス神経培養細胞系の樹立とX染色体不活化現象の解析レット症候群と同様の症状・経過を示すMeCP2遺伝子ノックアウトマウス(以下MeCP2マウス)を入手し、その大脳皮質を材料にニューロンの分散培養系を樹立した.ヘテロのメスマウスの分散培養系では、約半数のニューロンがMeCP2陽性、残りの約半数が陰性であった.この結果より、MeCP2発現していないニューロンでも死滅することはなく、大脳皮質においてランダムなX染色体不活化が起こっていることが明らかにされた.2)ノックアウトマウスのニューロンとシナプスの形態的解析ヒト患者の死後脳の観察ではシナプス形成不良が示唆されていることから、シナプス後終末マーカータンパク抗体による染色を行った。その結果、正常マウスとMeCP2遺伝子ノックアウトマウスのニューロン培養細胞の比較において、樹上突起100μmあたりのマーカータンパクのドット数に著明な差はみられなかった.これよりニューロンとシナプスに明らかな形成不良所見はないと考えられた.【次年度の課題】1)ノックアウトマウスのシナプスの機能的解析を行う.

具体的には本年度の研究費で購入した倒立型蛍光顕微鏡システムを用いてMeCP2マウスのニューロンの成熟度の異常の有無を明らかにする.2)RGLS法またはクロマチン免疫沈降法を用いて、ニューロン内で異常発現を呈するメチル化遺伝子を探索する.【研究目的】レット症候群は自閉症を主徴とする小児発達障害疾患で、MeCP2が責任遺伝子であることが近年判明した.MeCP2タンパクはメチル化された遺伝子DNAに結合し発現を抑制する。また生体内では神経細胞(ニューロン)で高い発現を示す.したがってレット症候群の病態は、MeCP2タンパク異常によるニューロン内でのメチル化遺伝子の発現抑制不全と想定され,この仮説を実証することが本研究の目的である.昨年度はノックアウトマウスを用いて神経細胞の形態的な変化を明らかにしたので、今年度は機能的な異常等を明らかにした.【平成16年度の研究成果】1)神経細胞以外の脳細胞におけるMeCP2の発現神経細胞におけるMeCP2の発現に加えて、他の細胞における発現も調べた.その結果、マウスの胎児脳において、神経膠細胞においても明瞭な発現が観察された.2)神経膠細胞の機能的解析上記結果をふまえ、神経膠細胞においてMeCP2発現が低下した際に、どのような機能の異常が見られるかを調べた.その結果、siRNAにより神経膠細胞内の発現低下時、神経膠細胞の増殖が低下することが判明した.このことより、MeCP2機能不全症であるレット症候群の小頭症状は、神経膠細胞の増殖低下が関係していることが推測された(論文投稿中).不全の影響を調べた.【次年度の課題】1)MeCP2の細胞内の挙動に関する解析:神経細胞分化の過程でMeCP2蛋白が細胞質から核内に移行することが観察された.次年度は、このメカニズムについて、とくに蛋白修飾の面から明らかにする.2)神経膠細胞におけるMeCP2異常とレット症候群の症状との関係を更に明らかにするために、MeCP2蛋白を神経膠細胞特異的に欠失するマウスを作成し、その症状や脳組織細胞所見を明らかにする.【研究目的】本研究の目的は、DNAメチレーションに基づくゲノム不活化機構に係わるMeCP2遺伝子の変異を原因とするレット症候群の精神神経症状の発症メカニズムを明らかにするために、マウス脳を用いて神経細胞におけるMeCP2遺伝子蛋白の機能を明らかにすることである.【初年度と次年度の研究成果】初年度はMeCP2遺伝子改変マウスにおける神経細胞の形態変化を明らかにし、次年度はマウス脳における神経膠細胞における発現を確認した.【最終年度(当該年度)の研究成果】1.神経膠細胞におけるMeCP2機能の同定:MeCP2の遺伝子発現調節異常が神経膠細胞生ずると細胞増殖が低下することを明らかにし、この所見とそのRett患者の小頭症状形成への関与の可能性について報告した(Nagai et al.,Dev Brain Res 2005).2.神経細胞におけるMeCP2の核移行:MeCP2が核だけでなく細胞質でも発現があることを見い出し、核-細胞質間移動に蛋白質修飾が関与しうることを見い出した(論文投稿中).【本研究に係わる今後の課題】
水溶性ポリペプチドゲルの形状記憶能と膨潤・収縮機構に関する研究

水溶性の非イオン性ポリペプチドに結晶性のアルキル側鎖を導入し、架橋剤により化学架橋したポリペプチドゲルを調製した。このゲルは、60°Cの温度で軟化して変形させた後に冷却すると、一時的な変形の状態で固定化するが、再び昇温して軟化すると、調製時の形状に自発的に復元する、形状記憶能を有することが分かった。一次構造の異なる試料を各種調製し、形状記憶のメカニズムについて検討した。本研究課題では、水溶性のポリ[N^5-(2-ヒドロキシエチル)L-グルタミン](PHEG)の側鎖に、結晶化を起こすような長鎖アルキル基(炭素数n)を導入した、PHEG-graft-Cnの化学架橋型のゲルを研究の対象とする。本年度はまず、化学架橋型のポリペプチドゲルの調製手法を確立するために、以下の手順で実験を行った。出発物質であるポリ(γ-ベンジルL-グルタメート)(PBLG)を溶媒であるN,N-ジメチルホルムアミド(DMF)に溶解し、結晶性のC18基を有するオクタデシルアミン(ODA)と架橋剤のヘキサメチレンジアミン(HMDA)を加えて80°Cに加熱し、ゲル化した試料を作成する。このゲルをDMFに浸漬させて不純物を除いた後、2-アミノエタノールと2-ヒドロキシピリジンを加えて37°Cで反応させ、PBLGをPHEGに変換させた。ゲルを再びDMFに浸漬させて不純物を除いた後、蒸留水に浸漬させて溶媒置換を行うことで、最終的なゲル化試料を得た。以上の操作を、PBLG残基に対するODAとHMDAの割合を変えながら行った結果、ある限られた組成の範囲でのみゲル化試料が得られることが分かった。そのうち、ODA、HMDAともにPBLG残基の3.0倍モルの仕込み量で調製したゲルでは、室温では固くもろいが、65°Cでは軟化して変形を与えることが出来、その状態で5°Cまで冷却すると固化した。この変形状態を固定化したゲルを再び65°Cに昇温したところ、軟化したのち変形前の元々の形状に復元した。すなわち、昇温・冷却により形状を変化・固定化でき、かつ最初の形状は記憶している、形状記憶ゲルを調製することができた。示差走査熱量測定の結果、ODA(C18)側鎖の結晶融解に相当すると思われるピークを確認し、このゲルの形状記憶能が、HMDAによる架橋とC18の結晶化により発現していることが示唆された。本研究課題では,水溶性のポリ[N^5-(2-ヒドロキシエチル)L-グルタミン](PHEG)の側鎖に,結晶化を起こすような長鎖アルキル基(炭素数n)を導入した,PHEG-graft-Cnの化学架橋型のゲルを研究の対象とし,アルキル鎖の結晶化による形状記憶能の発現を目指すものである。本年度は,昨年度とは異なる新たな調製手法を確立し,また側鎖の組成や架橋度を明確にする目的で,PHEGにアルキル側鎖を導入した後,濃厚溶液をゲル化する手法を試みた。まず,PHEGの側鎖末端に存在するヒドロキシル基に,オクタデカノイルクロライドを反応させて,長鎖アルキル基を有するPHEG-graft-C18を得る。ジメチルスルホキシド(DMSO)に溶解させた10%溶液に,架橋剤としてドデカンジオイルジクロライドを加え,よく攪拌した。ガラス管中に溶液を満たした後,加熱することでゲル化させた。反応終了後,ゲルをガラス管中から取り出し,DMSO中で浸漬させ不純物を除き,さらに蒸留水中に浸漬して溶媒置換を行い,最終的なロッド状のゲル試料を得た。以上の調製方法で,側鎖導入率が5mol%,26mol%の二種類のPHEG-graft-C18を用いてゲル化を行ったところ,前者は非常に柔らかく形状記憶試験を行うことができなかったが,後者は,架橋剤を60mol%以上加えた場合にゲル化し,形状記憶試験を行うことが可能であった。ロッド状のゲルを60°Cで約30%延伸し,2°Cに冷却するとその長さで固定化した。再び60°Cに昇温すると,自発的にもとの長さまで戻ることから,形状記憶能があることを確認した。示差走査熱量測定の結果,2°Cでの延伸状態の固定化は,アルキル鎖の結晶化によるものであることが示唆された。本研究課題では、水溶性のポリ[N^5-(2-ヒドロキシエチル)L-グルタミン](PHEG)の側鎖に、結晶化を起こすような長鎖アルキル基(炭素数n)を導入した、PHEG-graft-Cnの化学架橋型のゲルを研究の対象とし、アルキル鎖の結晶化による形状記憶能の発現を目指すものである。本年度は、結晶性のオクタデシルアミン(ODA)を側鎖に導入したPHEG-graft-C18を、ヘキサメチレンジアミン(HMDA)で架橋したゲルについて検討した。

出発物質であるポリ(γ-ベンジルL-グルタメート)(PBLG)に対してODA、HMDAを各々3等量加えてアミノリシス反応させ、その後ベンジル側鎖をヒドロキシエチル基に置換し、水で膨潤させて試料を得た。ODAの導入率は数%で、仕込み量に比較して低いことが分かった。このゲルは、60°Cで圧縮変形した後5°Cに冷却すると、負荷を除いた後も変形を固定化した。その後30°Cまで昇温すると、自発的に元の形状の95%まで回復し、形状記憶能を有することが分かった。この試料の低温での広角X線回折および示差走査熱量測定を行ったが、ODA鎖の結晶化を確認することはできなかった。しかし温度を変化させて行った動的粘弾性測定の結果から、低温で貯蔵弾性率が大きく増加する傾向が見られた。また、同様の形状記憶試験や粘弾性測定を、ODAを加えないで調製したゲルについても行ったが、形状記憶能は示さず、低温での弾性率の増加量も小さかった。以上の結果から、本研究で取上げたようなポリペプチドハイドロゲルでは、形状記憶能を示すためには結晶性側鎖が必要であり、実験的には確認できなかったが、おそらくはその結晶化が低温での変形の固定化に寄与していると考察した。
咬合変化が顎関節軟骨におけるマトリックス分解酵素の発現と局在に及ぼす影響について

本研究の目的は、実験的に垂直的な咬合変化を惹起させたときのラット下顎頭軟骨における細胞外マトリックス成分の動態とマトリックス分解酵素の発現について免疫組織化学的に検討することである。材料は4週齢および12週齢のWistar系雄性ラットを用いた。各週齢において、1)上下顎切歯、上顎臼歯削合による咬合低下群、2)無処置群(対照群)の2群に分類し、計4群の実験群を作製した。各群とも固形飼料を用いて飼育し、実験開始後1、2、3および4週目に、全身麻酔下に4%パラホルムアルデヒド固定液を用いて潅流固定し、両側顎関節部を摘出した。摘出物を同固定液に浸漬固定、10%EDTAを用い脱灰後、スパーレジンに包埋し、下顎頭の矢状断切片を作製した。トルイジンブルー染色ならびに免疫染色により下顎頭を観察した。免疫染色には、コラーゲンに対する抗体として抗I型、抗II型コラーゲン抗体を、プロテオグリカンに対する抗体として5-D-4、2-B-6、3-B-3抗体を、マトリックス分解酵素に対する抗体として抗MMP3抗体、抗TIMP2抗体を用いた。その結果、咬合低下群は対照群と比較し、前方部軟骨層の厚径が菲薄化し、コラーゲンおよびプロテオグリカンの各免疫抗体に対する反応も著しく低下したのに対し、後方部軟骨層の厚径は増大し、増殖層から移行層での2-B-6抗体および成熟層での抗II型コラーゲン抗体に対する反応性が増大していた。しかし、抗MMP3抗体、抗TIMP2抗体を用いた免疫染色では、固定条件の問題や抗ヒト抗体のためか、非特異的反応が強く、マトリックス分解酵素の発現と局在について明らかにすることはできなかった。現在、最良の固定液と固定条件、抗ラット抗体の準備、抗体の希釈について検討中である。
血管内皮細胞を標的とした放射線増感剤としてのL-アルギニンの至適投与法の研究

Balb/c nude mice臀部皮下に移植したHepG2細胞に放射線照射実験にて30Gy照射単独群よりも30Gy照射+L-アルギニン添加飼料群にて腫瘍増殖能が有意を認めないものの抑制されたことよりL-アルギニンの経口投与は放射線増感剤となる可能性が示唆されたBalb/c nude mice臀部皮下に移植したHepG2細胞に放射線照射実験にて30Gy照射単独群よりも30Gy照射+L-アルギニン添加飼料群にて腫瘍増殖能が有意を認めないものの抑制されたことよりL-アルギニンの経口投与は放射線増感剤となる可能性が示唆された研究者はこれまで、in vitroでの放射線照射した血管内皮細胞(BAECあるいはHUVEC)とHepG2をL-arginine存在下で共培養することによりHepG2にアポトーシスが誘導され、この現象には放射線照射により血管内皮細胞に発現したiNOS由来の過剰な一酸化窒素NOが関与することを研究成果(Cancer Research 62:1450-1457, 2002,平成17, 18年度科学研究費補助金(若手研究(B)課題番号17790866)として報告してきた。本研究では、上記の研究成果をin vivoで検証することを目的としている。すなわち、HepG2細胞をヌードマウスに移植し放射線照射を施行し、各条件にてL-アルギニンを投与することで、HepG2腫瘍の増殖能への影響を検証するIn vivoの実験を計画していた。当初計画では、平成19年4月-6月実験準備、平成19年7月-11月HepG2細胞の増殖、平成19年12月-平成20年3月ヌードマウス実験としていた。しかしながら、研究開始後、ヌードマウスに移植する腫瘍細胞HepG2細胞を目的の細胞数まで増殖過程で、平成19年8月頃、培養施設にコンタミ(実験室汚染)、培養液の不良等の事象が生じ、細胞の増殖ができなくなった。その原因検索および培養施設の調整に3ヶ月を要し、当初予定していた期間での細胞のストックが得られなかった。そのため、HepG2細胞をヌードマウスに移植し放射線照射を施行し、L-アルギニンを投与することで、HepG2腫瘍の増殖能への影響を検証するIn vivoの実験が当初予定通り実施できなくなった。それにより年度内の補助事業の完了が困難となり、平成19年度は実験自体を、施行することが不可能であったため、平成20年度に実験計画を再編し、実験予定とした。研究成果は、平成20年度の報告書にてあわせて報告することとした。研究者は、in vitroでの放射線照射した血管内皮細胞(BAECあるいはHUVEC)とHepG2をL-arginine存在下で共培養することによりHepG2にアポトーシスが誘導され、この現象には放射線照射により血管内皮細胞に発現したiNOS由来の過剰な一酸化窒素NOが関与することを研究成果(Cancer Research 62 : 1450-1457, 2002,平成17, 18年度科学研究費補助金(若手研究(B)課題番号17790866)として報告してきた。平成19年度に、実験系トラブルで予定実験不可能となった為、平成20年度に予定実験を繰り越して実験計画を立てたが、研究者の異動と研究環境整備に伴い、実験開始に約5ヶ月を要した。実験は、Balb/c nude mice臀部皮下にHepG2細胞5×10^6個移植し、移植後2週間で、長径約1cmとなった腫瘍に総線量2Gy, 10Gy, 30Gyを1回X線照射した。照射後、通常餌群、L-アルギニン添加飼料群、通常餌+生理食塩水腹腔内投与、通常餌+L-アルギニン添加生理食塩水腹腔内投与群にて腫瘍の増殖能をIn vivo tumor growthdelay assayで検討した。結果は30Gy照射単独群よりも30Gy照射+L-アルギニン添加飼料群にて腫瘍増殖能が有意を認めないものの抑制された。結果より、L-アルギニンの経口投与は放射線増感剤となる可能性が示唆された。近年、がん治療における放射線治療は重要性を増しており、治療効果を増大させる放射線増感剤としてL-アルギニンの有効性を示したことは、今後の放射線治療で重要と考えられた。
エバネッセント顕微鏡を用いたインスリン開口放出の分子機構研究

インスリンは分泌顆粒に貯蔵され、開口放出により細胞外へ分泌される。私達は、ヒトインスリンのC末端にGFPを融合したキメラ蛋白質を初代培養膵β細胞に発現させることでインスリン顆粒を標識し、TIRFMを用いて顆粒の供給、docking、fuisonを単一顆粒レベルで画像解析することに成功し、以下の点を明らかにした。1)インスリン顆粒は予め形質膜にdockingしており、高グルコース刺激を行うと、はじめの240s間は予めdockingしている顆粒からのfusionが見られ(第1相)、その後は、新たに供給されて形質膜上にdockingした顆粒からのfuisonが10min以上にわたって観察され(第2相)、膵β細胞におけるインスリン分泌の2相性が単一顆粒レベルで明らかとなった。2)第1相で観察される予めdockingしている顆粒に比べて、第2相で観察される新たに供給された顆粒のdocking時間は50ms以下と非常に短く、第1相と第2相におけるインスリン顆粒の開口放出機構が異なっている可能性が示唆された。3)2型糖尿病モデルGKラットでは正常ラットに比べて、第1相におけるfusion event数は大きく低下したが、第2相におけるfusion event数は正常ラットと同程度であった。GKラットでは予めdockingしているインスリン顆粒数が正常ラットに比べて大きく減少しており、このことがGKラットでの第1相におけるfusion event数減少を引き起こしている可能性が示唆された。4)t-SNAREクラスターがdockingしているインスリン顆粒数を調節しており、インスリン分泌第1相を調節していることを明らかにした。また、t-SNAREクラスターの減少、それに伴うdocking顆粒の減少が2型糖尿病と関連していることを明らかにした。5)TAT-conjugated Cy3標識抗体を用いて生細胞内形質膜上のt-SNARE(syntaxin, SNAP25)クラスターをラベルしたところ、t-SNAREクラスターに選択的にdockingしているインスリン顆粒よりfuisonが起こることがわかった。この様に、分子生物学的手法と画像解析技術を組み合わせることにより、単一インスリン顆粒開口放出の素過程を明らかにすることができた。本研究では、ヒトインスリンのC末端にGFPを融合したキメラ蛋白質を初代培養膵β細胞およびMIN6β細胞に発現させることでインスリン穎粒を標識し、エバネッセント顕微鏡下で顆粒の供給、docking、fusionをリアルタイムでかつ単一顆粒レベルで画像解析し、以下の点を明らかにした。(1)インスリン分泌穎粒は予め、形質膜にdockingしており、高カリウム刺激により予めdockingしている顆粒と形質膜のfusion(300ms以内)が観察された。一方、高グルコース刺激を行うと、初めの120s間は予めdockingしている顆粒(previously docked granules)からのfusionが見られ(第1相)、その後は主に刺激後新たに供給され、形質膜上にdockingした顆粒(newly recruited granules)からのfusionが10min以上にわたって観察され(第2相)、グルコース刺激に対する2相性インスリン分泌を単一顆粒レベルで明らかにすることができた。(2)2相性インスリン分泌におけるSNARE complexの役割を明らかにするために、syntaxin SNARE

motif(H3 domain)とTAT蛋白との融合蛋白(TAT-H3)を作成し、これを導入したMIN6β細胞にグルコース刺激を行い、エバネッセント顕微鏡下でインスリン開口放出を単一顆粒レベルで画像解析した。TAT-H3導入細胞では、インスリンfusionの数が阻害され、1)第1相ではpreviously docked granulesのfusionが抑制され、2)第2相ではnewly recruited granulesのdocking数が大きく減少していた。これらの結果より、インスリン分泌第1相、第2相に対してSNARE complexが異なる形式で関与していることが明らかとなり、第1相、第2相においてインスリン開口放出機構が異なる可能性が示唆された。本研究では、ヒトインスリンのC末端にGFPを融合したキメラ蛋白質を初代培養膵β細胞に発現させることでインスリン顆粒を標識し、エバネッセント顕微鏡下で顆粒の供給、docking、fusionをリアルタイムでかつ単一顆粒レベルで画像解析し、以下の点を明らかにした。1)インスリン顆粒は予め形質膜にdockingしており、高グルコース刺激を行うと、はじめの240s間は予めdockingしている顆粒からのfusionが見られ(第1相)、その後は、新たに供給されて形質膜上にdockingした顆粒からのfuisonが10min以上にわたって観察され(第2相)、膵β細胞におけるインスリン分泌の2相性が単一顆粒レベルで明らかとなった。2)第1相で観察される予めdockingしている顆粒に比べて、第2相で観察される新たに供給された顆粒のdocking時間は50ms以下と非常に短く、第1相と第2相におけるインスリン顆粒の開口放出機構が異なっている可能性が示唆された。3)2型糖尿病モデルGKラットでは正常ラットに比べて、第1相におけるfusion event数は大きく低下したが、第2相におけるfusion event数は正常ラットと同程度であった。GKラットでは予めdockingしているインスリン顆粒数が正常ラットに比べて大きく減少しており、このことがGKラットでの第1相におけるfusion event数減少を引き起こしている可能性が示唆された。4)TAT-conjugated Cy3標識抗体を用いて生細胞内のsyntaxin, SNAP25をラベルしたところ、syntaxin, SNAP25はともに約400nmのクラスターを形成して形質膜に局在しており、このクラスターに選択的にdockingしているインスリン顆粒よりfuisonが起こることがわかった。このexocytosis部位とCAZ(cytomatrix at the active zone)蛋白質との関係は現在検討中である。この様に、分子生物学的手法と画像解析技術を組み合わせることにより、単一インスリン顆粒開口放出の素過程を明らかにすることができた。
孤立特異点の代数幾何的不変量と可換環論的分類

泊は、いわゆる95の分類から外れる超曲面単純K3特異点の方程式が、あと5つのクラスに限られるための、十分条件を見つけた。そのうち、4つのクラスはすでに存在がベロネーゼ環を付随する次数付き環に用いて見つける方法で知られているものだったが、完全な新発見の特異点がひとつ見つかった。渡辺は、F-thresholdとイデアルの整閉包、密着閉包との関係、F-thresholdと重複度の関係などを研究し、多くの成果を得た。特異点の代数幾何的不変量を、特異点解消を通じて可換環論的に決定しようという問題意識の下に、A :特異点の局所環のHilbert-Samuel関数から定まる重複度や埋め込み次元などの不変量; B :特異点の局所コホモロジーに関係する不変量; Cohen-Macaulay性、標準加群の生成元の数(Cohen-Macaulay type)、やGorenstein性; C :局所環の因子類群、そのtorsion元から定まる巡回被覆、さらにその反復によって得られるアーベル被覆; D:いわゆる特異点の種数と呼ばれる不変量;幾何種数、多重種数、そして; E : 2次元特異点の例外集合を表現する重み付き双対グラフと、そのグラフを固定した際に存在しうる全ての局所環の構造の決定、それら全体をモジュライと考えた全体空間、これらを想定し、以下の問題を考えている。(1)正標数の2次元2重点の分類、特に楕円型特異点(算術種数が1である場合)の幾何学的特徴づけ。(2)重み付き双対グラフによる特異点の幾何種数の下限の決定。(3)次数付き特異点のアーベル被覆のPinkham-Demazure表示の決定。更に、これまで扱ってきたfiltered blowing-upが直接登場する問題も継続して探求する。(4)filtered ringの立場から,特異点の多重種数の接錐のデータによる評価。標題に掲げている問題と関連して、メンバーそれぞれに以下のような研究の進展と結果が得られた。代表者の泊は、2次元楕円型などについての詳しい分類をあげていたが、研究過程において、関連する3次元特異点についての具体的な分類に大きな進展があった。いわゆる95の分類から外れる超曲面単純K3特異点の方程式が、あと5つのクラスに限られるための、十分条件が見つかった。今回想定された十分条件の妥当性は、exceptional log canonical singularityの分類論でも問題にされているものである。渡辺は、正標数の環のイデアルの組に対するF-thresholdの研究が主要課題であった.F-thresholdの概念は1c thresholdの概念と深く関係し,multiplier idealのJumping coefficientと関連している。昨年度はF-thresholdとイデアルの整閉包,密着閉包との関係,F-thresholdと重複度の関係などを研究した。松浦は、Algebraic stackの基礎理論の整備を目指し、特異点解消とモジュライ空間について、ファンクトリアリティについての考察をおこなった。内外の研究との関連から、一年目として目的となる命題の定式化に前進があった。これらの結果はそれぞれ著者別に論文にて発表が予定されている。代表者泊は、課題に挙げてきたsimple K3特異点の分類問題をいくつのセミナーや研究集会で出席者と討論しながら、関連する問題が複数得てこれを進展中である。Simple K3特異点のニュートン境界のタイプを最小埋め込みにかぎらない方程式系からとらえる問題について、早川、廣門、斎藤(夏雄)らと議論をした。特に、早川からは、端末特異点の経済的部分特異点解消の決定に類似の現象がみられた。また、議論の紹介の中でフィルター付きブロウイングアップによる不変量の制限に関する議論を2次元正標数有理2重点の方程式系の分類に応用が可能であることが判明した。極大イデアルによる幾何種数加群へのフィルトレーションの長さLと幾何種数や算術種数の不等式予想を基礎にした2次元特異点の分類地図の一つの類似として、次数付き2次元特異点の幾何種数加群の次数付き構造の「微分係数」という不変量を導入した。これは算術種数に近いものと考えているが、比較が今の問題である。渡辺は、様々な研究集会にてフロベニウス写像を用いた特異点の可換環論に関する講義を行ない内外の特異点理論の進展の原動力となる活躍をしたが、特にF-thresholdsを用いた彼の重複度の基本予想について、次数付き環の場合の成功を得た。松浦は、代数的スタックの観点から特異点解消理論の進展を再認識しつつ、有限写像性などの判定基準をとらえ直した。議論はまだ進展中の段階にある。これらの内容は、論文の形で公表される予定である。実施計画に記した目標および関連事項に関して、以下の研究成果が得られた。

(1)代表者の泊は、超曲面3次元単純K3特異点であって、その単純K3特異点が著名な95の重み付きK3曲面の分類より外れるものである「発見されている5種類」について、それぞれの有理特異点に見える非退化完全交差式の複数方程式と見なしたクラスの分類計算を進んだ。これらを一つの方程式になおしたとき(ニュートン境界の意味では5クラスは単一になるが、)高次の展開項の表れ方により分類表の対応物を表すための詳細な情報が、得られた。また、2次元星型例外集合をもつ超曲面特異点について、その中心フィルトレーションから決まる接錐のゴレンスタイン性を、同等特異性と絡めて調べ、泊・渡辺の論文にて未解決な例として挙げたp_a=2特異点について、2重点という少し強い前提のもとに接錐が2重点になる事を証明した。同じグラフをもつ超曲面特異点は3重点になる可能性もあるが、それを排除する予想が、特異点解消過程の不変量の解析より可能性の分類のもと部分的に示された。(後者については、奥間智弘によるグラフから決まるヒルベルト関数の母関数公式を用いた助力が有効性をあらわしており、共同研究へ向けての準備中である。)(2)渡辺は、C.Huneke,高木らと共同研究として、F-thresholdsについて、次数付き環のパラメーターイデアルについてのCohen-Macaulayの仮定を外しての重複度予想の成立を確かめた。また、F-thresholdの定義において, F-pureの仮定が必要だったが,この仮定がかなり弱めることを示した。(渡辺の結果Huneke-Mustatr-Takagiとの共同研究として公表すべく準備中である.)実施計画に記した目標および関連事項に関して、以下の研究成果が得られた。(1)代表者の泊は、2次元正規特異点の特異点解消におけるArtinの基本サイクルと極大イデアル因子の同一視に関して、1997年に泊が得た結果を精密化する事ができた。「2次元特異点の一般的超平面切断として現れる1次元特異点が重複度分の既約成分を持つ(*)」と仮定すると,任意の特異点解消上で上記の同一視問題が肯定的に成立する。この(*)は正規化ブロウイングアップについての接錐が被約であることと同値である。2重点についてのJ.Dixonの結果の拡張となる。また、隣接する問題として、星型特異点が次数付き特異点と同等特異性を持つ場合の重複度の同一性に関する一つの十分条件の考察に進展があった。フィルター付きブロウイングアップの後の極大イデアルの逆像に因子的が成り立つかという良い条件の成立・不成立について2重点の場合に具体的ないくつかの例での検証ができた。(2)渡辺は、正標数の環の2つのイデアルの組に対するF-thresholdの概念は起源を乗数イデアルの跳躍数に発するものだが,純環論的にも意味がある概念と思われる.今年度はこの概念とイデアルの重複度との関係をあらわす不等式に挑戦し,次数付き環における次数付きイデアルに対して不等式の証明に成功した(Huneke,高木俊輔との共同研究).イデアルの組(I,J)に対する係数イデアル
糖鎖修飾改変による高増殖性・高免疫原性狂犬病ウイルスワクチンの開発

本研究では、狂犬病ワクチンに応用可能な性質を有するGタンパク質をN型糖鎖修飾改変により見出すことを目的とした。街上毒株Gタンパク質へのN型糖鎖の単独追加はウイルス産生性を亢進させたが、複数個追加してもさらに亢進することはなかった。5個追加ではウイルス産生性は著しく低下するものの、糖鎖関連酵素阻害剤処理によりウイルス産生性は回復し、制限増殖性型の安全な生ワクチン株作出への応用が期待できた。街上毒株Gタンパク質へのN型糖鎖の追加は免疫原性を亢進させ、特に第194位への追加では顕著に亢進させることが判明した。前年度末に、街上毒株Gタンパク質にN型糖鎖を4もしくは5個追加した場合に、G遺伝子欠損ウイルスを用いたシュードタイプ法において、通常の細胞ではウイルス産生がほとんど抑制されるが、細胞に糖鎖関連酵素阻害剤を処理することでウイルス産生性が回復することを見出した。これより、Gタンパク質N型糖鎖修飾改変によって、特殊な培養細胞では増殖可能であるが動物体内では困難な株、つまり高度に安全な生ワクチン種株の開発への応用が期待できた。しかし、前年度末の時点で阻害剤存在下でのウイルス産生性は回復したものの効率は悪く、産業ベースで使用するためには改善が必要であった。そこで本年度は、高い効率で制限増殖性を示すようなGタンパク質におけるN型糖鎖修飾の組み合わせをシュードタイプ法でスクリーニングし、選別した組換えGタンパク質について免疫原性の評価も行った。スクリーニングの結果、一定の効率で制限増殖性を示すN型糖鎖修飾の組み合わせ(5ヵ所追加)を得ることができた。続いて、この選別したGタンパク質変異体とN型糖鎖を1ヵ所追加した各種変異体(第37位、146位、158位、194位、204位もしくは247位)についてDNA免疫法およびウイルス中和試験により免疫原性を検討したところ、単独追加では第194位への追加が最もGタンパク質の免疫原性を亢進させた。今回選別した複数のN型糖鎖追加を有する(第194位も含む)Gタンパク質変異体も第194位単独追加変異体と同程度の免疫原性を示した。以上、今回得られた成果は、基礎的・予備的ではあるものの、Gタンパク質N型糖鎖修飾改変による免疫原性に優れた安全な生ワクチン用種株の開発に繋がるものとなった。また、Gタンパク質第37位もしくは第146位へのN型糖鎖追加もウイルス増殖性の亢進に関与することについて報告も行った(Virus Res. 179: 169-176, 2014)本研究では、狂犬病ワクチンに応用可能な性質を有するGタンパク質をN型糖鎖修飾改変により見出すことを目的とした。狂犬病はワクチンで予防可能な感染症であるにもかかわらず、途上国・新興国では今もなお狂犬病が流行している。この一因として、現行の狂犬病ワクチンは不活化ワクチンであるため、その製造コストが高いことが挙げられる。最近、我々は狂犬病ウイルスGタンパク質へのN型糖鎖の追加が、増殖性と中和抗体誘導能を著しく亢進させることを見出した。そこで本研究では、Gタンパク質にN型糖鎖を遺伝子工学的に複数個導入することで、高免疫原性・高増殖性を有する不活化ワクチン用シード株の開発を目指す。高免疫原性・高増殖性は、ワクチンの低コスト化に寄与し、狂犬病制圧に貢献できると考えられる。そこで本年度は、まずN型糖鎖を複数個追加した狂犬病ウイルスGタンパク質発現プラスミドを網羅的に構築し、G遺伝子欠損狂犬病ウイルスを利用して高増殖性を有する変異Gタンパク質のスクリーニングを行った。その結果、N型糖鎖単独追加(第37位、146位、158位、194位もしくは第247位)によりウイルス産生量が亢進されることが再確認されたが、2箇所追加した場合ではいずれも単独追加よりウイルス産生能が亢進されることはなかった。またN型糖鎖を4もしくは5個追加した場合には逆に野生型Gタンパク質よりもウイルス産生能が著しく低下した。さらに、構築したGタンパク質発現プラスミドについて、全ての株で保存されている第319位のN型糖鎖を欠損させた一連のプラスミドを構築し、それらのウイルス産生能を評価したところ、いずれも野生型より低下していた。したがって、第319位のN型糖鎖はGタンパク質の機能発現に必要不可欠であることが再確認された。一方、構築したプラスミドを針無しインジェクターによりマウスに投与することでウイルス中和抗体価の顕著な上昇が認められ、一連のGタンパク質変異体の免疫原性の評価において有用な方法であることが確認された。

当初の予定通り、N型糖鎖を複数個追加したGタンパク質発現プラスミドを網羅的に構築し、ウイルス産生量を著しく増大させる変異体を選択するため、G遺伝子欠損狂犬病ウイルスを利用したアッセイ系によりスクリーニングを行ったが、目的とする変異体は得られなかった。同様に、弱毒生ワクチン用種株作製に向け、第319位のN型糖鎖を欠失しつつもウイルス産生能が損なわれていない変異体の取得も試みたが、成功しなかった。マウスへのプラスミド免疫法によりGタンパク質の免疫原性を評価可能であることは確認できたが、N型糖鎖複数個追加Gタンパク質の免疫原性の比較・評価は行えず、次年度に持ち越された。以上のように、当初の計画に従い研究は概ね遂行させることができたが、期待した成果を今のところ得るには至っていない。H24年度では想定したような、高増殖性を有したN型糖鎖修飾改変狂犬病ウイルスGタンパク質を得ることができなかった。しかし、N型糖鎖を4もしくは5個追加したGタンパク質はin vitroにおいて通常の条件ではウイルス産生能が大幅に損なわれていたが、ある条件下でウイルス産生能が回復されることを発見した。このことは、Gタンパク質N型糖鎖改変により特殊な培養細胞では増殖可能であるが生体内では増殖が困難である株、すなわち高度に安全な弱毒生ワクチン株の開発が可能であることを示す。そこで、最終年度であるH25年度では、当初の計画(スクリーニングにより得られた候補N型修飾改変Gタンパク質を有するウイルスの作製とワクチン種株としての有用性の評価を行う)を若干変更し、特殊な条件下でのみ増殖性を示し、かつ高増殖性を示すN型糖鎖修飾改変Gタンパク質の開発を目指す。さらにそのGタンパク質の免疫原性についても評価する。H24年度の年度末にマウスへのDNA免疫法によりN型糖鎖修飾改変Gタンパク質の免疫原性について比較および評価を行う予定であったが、ちょうどその時期に動物実験室への立入調査および研究代表者の海外出張があったため、マウスを使用した実験を遂行できなかった。その結果、マウスを購入するための研究費が次年度への繰越となった。H25年度に繰越となった研究費は、H24年度に計画していたGタンパク質の免疫原性の評価のためのマウス購入に充てる予定である。さらに、H25年度では当初の計画を変更して、特殊な条件下でのみ増殖性を示し、かつ高増殖性を示すN型糖鎖修飾改変Gタンパク質の開発およびその免疫原性の評価を行うこととした。したがって、H25年度の予算はその改変Gタンパク質用プラスミドの網羅的構築、制限増殖性に関するスクリーニングおよび免疫原性評価にかかる消耗品費・人件費に充てることを計画している。
重度肢体不自由児のためのコミュニケーションエイド機器の開発

重度肢体不自由児・者にとって最近のGUI環境の進化は自立生活の大きな支援となっているが、その場合入力インターフェイスとなるポインティングデバイスの操作性の改善は決定的な重要性をもつ。四肢麻痺をはじめとした重度障害では精密な2次元ポインティングによるマウスカーソル操作が不可能である。その際、随意動作可能な身体部位が任意の場所であっても入力できること、姿勢保持をしながらも過重な負荷をかけずに入力できることなどが求められる。このため本研究では第1にRFID方式による「1入力オートスキャン型非接触スイッチ」を開発した。このシステムは専用タグ(送信器)を被験者の可動部に貼り付け、近傍に専用アンテナ(受信器)を設置して、タグが移動した場合にセンサーが感知して入力情報とするものである。これを利用しマウスカーソルを任意の位置にポインティングさせたいとき、画面四方に置かれたLEDの発光(またはカーソル方向の回転)に対応してon/off入力すればこれによりカーソルが自動的に進行し、または停止、もしくは(ダブル)クリック入力する方式で1入力という制約の下でGUI環境でのマウスエミュレーションを実現した。またこのスイッチによる実測評価ソフトを開発し、計測評価を行った。第2の研究開発はこのシステムを用いて障害者の環境制御を統合的に行うものである。すなわち赤外線コード用いて制御信号を学習させ、PC環境下で赤外線コード送出を行うことによりCRT画面上から選択すれば周囲にある環境(家電制御やPC上のアプリケーション操作)をon/offの2値入力で制御可能となった。これを利用しやすくするため、Webデザイン形式のソフトを開発し、1つのソフト上からで利用者が予め制御コードを学習させておけば身の回りの赤外線制御機器やアプリケーションをページ切り替えによって操作できるようになった。本研究では健常者による機器性能評価は行われたが、脳性麻痺成人を対象とした評価は実施上の困難が累積したため今後の課題として残された。脳性マヒに代表される重度肢体不自由児・者は可動域や手指の巧緻性の制限を受けており、書字、音声表出などによるコミュニケーションが不自由である。しかし市販のコンピュータのポインティングデバイスとエミュレーションするためのインターフェースの開発により、言語的・非言語的なコミュニケーションを支援することが可能となる。研究第1年度では四肢麻痺肢体不自由者2名を対象として、「非接触型カードマウス」の開発を行った。「非接触型」のポインティングデバイスを開発することにより、ポインティングデバイス操作時の荷重負荷を軽減すること、及び広範囲の残存動作系利用を可能とするためである。開発されたインターフェースは専用タグを被験者の可動部に貼り付け、近傍に専用マウスパッドを設置して、タグが移動した範囲を、専用マウスパッドに埋め込まれたマトリックス状に配列したセンサーが感知してCPUがXY座標軸上の位置を計算するものである。機器構成は125Khz系IDタグリードシステム、PS/2マウスコントローラーシステム、タグリードアンテナアレー、専用タグカードからなる。これにより、障害者の微細な運動によってPS/2マウスエミュレーションが可能となり、重度の身体障害者がマウス操作に類似したコンピュータ操作を行うことが可能となった。この機器を用いて、大津市成人障害者施設へ通所する2名の脳性麻痺成人が長期にパソコンを使用することを目的として、現在、機器性能評価のための基礎データ取得と、応用ソフト(メールソフトなど)の使用時における諸問題を定量的に把握する実証が行われている。

四肢麻痺をはじめとした重度障害では精密な2次元ポインティングによるマウスカーソル操作が不可能である。その際、随意動作可能な身体部位が任意の場所であっても入力できること、精密動作でなく粗大運動であっても入力できること、姿勢保持をしながらも過重な負荷をかけずに入力できることなどが求められる。このため本研究では第1に「非接触型」のポインティングデバイスを開発した。このシステムは専用タグ(送信器)を被験者の可動部に貼り付け、近傍に専用マウスパッド(受信器)を設置して、タグが移動した場合にセンサーが感知して入力情報とするものである。研究の第2段階はマウスカーソルを任意の位置にポインティングさせたいとき、画面四方に置かれたLEDの発光(またはカーソル方向の回転)に対応してon/off入力すればこれによりカーソルが自動的に進行し、または停止、もしくは(ダブル)クリック入力するマウスエミュレーションが実現した。第3の研究開発はこのシステムを用いて障害者の環境制御を統合的に行うものである。すなわちテレビ、ビデオ、DVD,住宅機器等赤外線制御機器を改訂版赤外線学習リモコンを用いて制御信号を学習させたものを、CRT画面上から選択すれば周囲にある環境(テレビ、インターネットなど)をon/offの2値入力で制御可能となった。これを利用しやすくするため、Webデザイン形式のソフトを開発し、1つのソフトでWebナビゲーター等のコンピユータソフトをはじめ、利用者が予め制御コードを学習させておけば身の回りの赤外線制御機器をページ切り替えによって操作できるようになった。この機器を用いて、現在大津市成人障害者施設へ通所する2名の脳性麻痺成人を対象として長期に及ぶ、機器性能評価を行っている。
食道癌のCRT後再発の遺伝的機序解明とパネルによるctDNA評価法の実装性の検討

食道扁平上皮癌に対する化学放射線療法(CRT)は標準治療であるが、予後は不良で再発も多い。再発を予測する確立されたバイオマーカーはなく、治療の個別化や再発リスクに応じた治療戦略の検討も困難である。近年我々は、進行大腸癌の原発巣内における遺伝子変異の多様性を明らかにした。食道癌でも、単一腫瘍内の多様なサブクローンのうち特定のものが治療に耐え再発に至ると予想される。再発に関わる遺伝子変異の同定が望まれるが、通常の生検は腫瘍の部分的な評価に過ぎず、少ないサブクローンは物理的に評価困難である。この克服に向け、癌細胞から血中に漏出する循環腫瘍DNAを用いた腫瘍の包括的評価が見込まれる。