hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高温高熱伝導性炭素系複合材料の開発

核融合装置または核融合炉のプラズマ対向材料として高温における浸食性を向上させる目的で高温高熱伝導性炭素複合材料の開発研究を行ってきた。まず、黒鉛化温度以上の温度で加熱すること及び加圧黒鉛化することにより、熱伝導率が向上することを確かめた。次に、炭素材料と化学反応を起こさず、かつ熱伝導率の大きい元素として銅と銀を選定し、微粒等方性黒鉛材料(IG-430無含浸材のIG-43SU)及びフェルト系炭素系複合材料(C/Cコンポジット;CX-2002U)にこれらの金属を含浸させ、IG-430+Cu,IG.430+Agなど6種類の金属含浸材料を試作した。試作材の熱伝導率を測定した結果、高温における熱伝導率は予想通り上昇し、温度依存性は小さくなったが、室温において出発材料よりも熱伝導率が小さくなる場合があった。この主な原因として、炭素と金属との界面の密着性のよくないことが考えられた。この点を解決するため、微量のチタンを添加し、密着性をよくすることをねらった。その結果、予想どおり、室温から高温まで熱伝導率が最初の材料より上昇し、かつ温度依存性も減少した。これらの材料について、アーク加熱試験とかたさ試験により熱伝導性と力学特性を評価し、それらの相関性を検討した。その結果良好な相関性があり、力学特性から熱伝導性を推定できることを明らかにした。チタンを添加した結果、銅とチタンの化合物(CuTi_2)と炭化チタン(TiC)が炭素と銅との界面にみられ、これによって炭素と銅との密着性がよくなり、その結果、熱伝導率も改善されるものと推論された。1.2次元フェルト型のC/Cコンポジットの試作と特性評価(1)2次元フェルト型のC/Cコンポジットの通常の熱処理材に加えて超高温熱処理材を試作し,熱伝導率の温度依存性を評価した。その結果、超高温熱処理によって熱伝導性が向上していることが確認された。今後、試作したアーク加熱装置によりエロージョンも含めて熱伝導性の評価を行う予定である。(2)上記の材料の力学特性に及ぼす超高温熱処理の影響は今後評価の予定である。(3)2次元フェルト型C/Cコンポジットの熱伝導性及び力学特性に及ぼす加圧黒鉛化の効果を評価するために、主として加圧条件を変化させてC/Cコンポジットを試作中である。(4)試作した材料の結晶性と微細構造をX線回折装置、電子顕微鏡等により解析評価中である。(5)エロージョン特性も含めて熱伝導性を評価するための、アーク加熱式計測ユニットを設計製作した。現在、試験片取り付け部の改造調整中であり、まもなく予備試験を実施の予定である。2.各種炭素繊維とマトリックスを用いたC/Cコンポジットの試作と特性評価(1)微細構造の異なる炭素繊維とピッチマトリックスを用いて、C/Cコンポジットを現在試作中である。(2)金属元素を添加したC/Cコンポジットを試作し、現在熱伝導性の評価中である。力学特性は今後評価する予定である。(3)それらの材料の結晶性と微細構造の評価は今後の予定である。1.2次元フェルト型のC/Cコンポジットの試作と特性評価(1)2次元フェルト型のC/Cコンポジットの通常の熱処理材に加えて超高温熱処理材を昨年試作したのに引き続き、高温加圧黒鉛化処理した材料を試作した。それらの材料の熱伝導率の温度依存性を評価した。その結果、超高温熱処理及び加圧黒鉛化によって熱伝導性が向上していることが確認された。また、試作したアーク加熱装置により単位熱負荷当たりの浸食体積を評価し、熱伝導率及び曲げ強度と比較検討し、相関性を見いだした。

(2)C/Cコンポジットに対する超高温熱処理と加圧黒鉛化は、黒鉛化を進行させる効果があり、そのため熱伝導率と強度の上昇が見られた。(3)試作した材料の結晶性と微細構造をX線回折装置、電子顕微鏡等により解析評価した結果、C/Cコンポジット(CX-2002U)のマトリックスはファイバーを取り囲むように成長していることを明らかにした。(4)今後、加圧黒鉛化した2次元フェルト型C/Cコンポジットの力学特性を評価するために、ダイナミック超微小かたさ試験を実施する予定である。2.金属含浸した黒鉛材料とC/Cコンポジットの試作と特性評価(1)CuとAgをそれぞれ黒鉛とC/Cコンポジットに含浸させた試作材料について、熱伝導率を測定した結果、金属含浸の効果が現れているものとそうでないものがあった。予想通りの結果が得られなかったひとつの大きな原因は、金属と炭素材料の界面の効果によるものと考察された。そのため、界面の接触をよくする目的で、CuにTiを若干入れた炭素複合材料を試作することにした。(2)上記のC/Cコンポジットについて、今後、熱伝導性及び力学特性を評価する予定である。(3)上記の材料の結晶性と微細構造の評価は今後の予定である。核融合装置または核融合炉のプラズマ対向材料として高温における浸食性を向上させる目的で高温高熱伝導性炭素複合材料の開発研究を行ってきた。まず、黒鉛化温度以上の温度で加熱すること及び加圧黒鉛化することにより、熱伝導率が向上することを確かめた。次に、炭素材料と化学反応を起こさず、かつ熱伝導率の大きい元素として銅と銀を選定し、微粒等方性黒鉛材料(IG-430無含浸材のIG-43SU)及びフェルト系炭素複合材料(C/Cコンポジット;CX-2002U)にこれらの金属を含浸させ、IG-430+Cu,IG-430+Agなど6種類の金属含浸材料を試作した。試作材の熱伝導率を測定した結果、高温における熱伝導率は予想通り上昇し、温度依存性は小さくなったが、室温において出発材料よりも熱伝導率が小さくなる場合があった。この主な原因として、炭素と金属との界面の密着性のよくないことが考えられた。この点を解決するため、微量のチタンを添加し、密着性をよくすることをねらった。その結果、予想通り、室温から高温まで熱伝導率が最初の材料より上昇し、かつ温度依存性も減少していた。これらの材料について、アーク加熱試験とかたさ試験により熱伝導性と力学特性を評価し、これらの相関性を検討した。その結果良好な相関性があり、力学特性から熱伝導性を推定できることを明らかにした。チタンを添加した結果、銅とチタンの化合物(CuTi_2)と炭化チタン(TiC)が炭素と銅との界面にみられ、これによって炭素と銅との密着性がよくなり、その結果、熱伝導率も改善されるものと推論された。
学びの目的に関する研究―「理科」と「社会科」の間―

本年度は、第一に、戦後日本の教育の目的がどのように論じられてきたかを、教育基本法や先行研究をもとに整理した。教育基本法(平成18年法律第120号)が掲げる教育の目的を見ると、「第一条教育は、人格の完成を目指し、平和で民主的な国家及び社会の形成者として必要な資質を備えた心身ともに健康な国民の育成を期して行われなければならない。」と示されている。日本の教育は「人格の完成」を目指して行われていることをおさえた上で、国民として求められている「平和で民主的な国家及び社会の形成者として必要な資質」とはいったい何だろうか。改正前の教育基本法(昭和22年法律第25号)を参照すると、その中身はもう少し具体的に示され、少なくとも教育基本法が改正された2006(平成18)年までは、「真理と正義を愛し、個人の価値をたつとび、勤労と責任を重んじ、自主的精神に充ちた」と表現されるような資質の育成が、教育の目的すなわち「人格の完成」の要素の一つとして明示されていたことになる。ここには、民主主義社会の形成という未来の社会像が反映されている。第二に、東京学芸大学で、教師教育を担う大学教員・附属学校教員が各教科の目的や意味をどのように捉え、学生に伝えているか、さらには、学生がそれをどのように受けとめているかを調査した。教育という課題を共有している大学教員が専門分野を超えて学びの目的を語りあうとき、共通していたのは、人間、自己、自由といったことと学ぶことの関係の自覚である。とりわけ社会科と理科は、異なる学問体系を背景とし相補的なものとして位置づけられることが多いが、私たちが生きているこの世界のありようを発見し、理解し、それに主体的にかかわっていこうとする資質を育てるという目的を共有している。また、初等教員養成課程の学生のほうが中等教員養成課程の学生に比べて、社会科と理科の相互関連性に自覚的な傾向がある。第二に、大学教員や附属学校教員の視点から、教科内容学習の教員養成における意味を明るみに出し、議論を促進することができた。第三に、各教科内容をあわせて学ぶことになる学生の視点から見ると、これらは学生の学習の中でどのように相互に関連し、教えることに生かされていくのかを検討するため、学生に対する質問紙調査とインタビュー調査を実施した。インタビュー調査については、1名の学生にしか行っておらず、次年度に引き継がれる課題である。質問紙調査は、2018年1011月に、東京学芸大学の社会科専攻と理科専攻の大学4年生231名を対象に実施した。次年度は、主に以下の二点に力点をおいて研究を推進したい。第一に、今年度形成した研究ネットワークを基盤として、教員養成大学の教員と学生に対する調査を拡大し、分析を進める。第二に、初等・中等教育で教えられている社会科と理科の学習指導要領や教科書に注目して、諸外国と比較しながら、各教科の目的と内容編成の特徴を明らかにする。研究代表者は、イギリスの前期中等教育段階の理科の学習指導要領や教科書を分析しており、これとの比較を行う。以上のデータを、教育社会学、物理学および理科教育、歴史学および社会科教育、教育学および環境教育、教育方法学および教師教育をそれぞれ専門とする研究メンバーで検討する作業を通して、教科学習の目的と教科間の関連性について新たな可能性を追究し、学校教育および教員養成の「未来のカリキュラム」を構想する。」と示されている。

本年度は、第一に、戦後日本の教育の目的がどのように論じられてきたかを、教育基本法や先行研究をもとに整理した。第二に、大学教員や附属学校教員の視点から、教科内容学習の教員養成における意味を明るみに出し、議論を促進することができた。第三に、各教科内容をあわせて学ぶことになる学生の視点から見ると、これらは学生の学習の中でどのように相互に関連し、教えることに生かされていくのかを検討するため、学生に対する質問紙調査とインタビュー調査を実施した。インタビュー調査については、1名の学生にしか行っておらず、次年度に引き継がれる課題である。質問紙調査は、2018年1011月に、東京学芸大学の社会科専攻と理科専攻の大学4年生231名を対象に実施した。次年度は、主に以下の二点に力点をおいて研究を推進したい。第一に、今年度形成した研究ネットワークを基盤として、教員養成大学の教員と学生に対する調査を拡大し、分析を進める。第二に、初等・中等教育で教えられている社会科と理科の学習指導要領や教科書に注目して、諸外国と比較しながら、各教科の目的と内容編成の特徴を明らかにする。研究代表者は、イギリスの前期中等教育段階の理科の学習指導要領や教科書を分析しており、これとの比較を行う。以上のデータを、教育社会学、物理学および理科教育、歴史学および社会科教育、教育学および環境教育、教育方法学および教師教育をそれぞれ専門とする研究メンバーで検討する作業を通して、教科学習の目的と教科間の関連性について新たな可能性を追究し、学校教育および教員養成の「未来のカリキュラム」を構想する。学内の教員の協力を幅広く得ることができたため、調査費用がかからなかった。翌年度への繰り越し分は、学生へのインタビュー調査費用、書籍やパソコン等の物品購入、調査旅費、アルバイト謝金等に使用する。
時空間変動高せん断流れ環境における血管内皮細胞のシグナル伝達機構の解明

本研究では、血管疾患好発部位の血流環境を模擬した流れ負荷培養系を用いて、時空間変動を伴う高せん断流れ刺激に対する血管内皮細胞の力学応答機構を調査した。流れ負荷直後の内皮細胞において、流れ刺激により発生する細胞内ひずみに対応した細胞間接着タンパク質の活性化局在が起こることを確認した。これにより、空間変動を伴うせん断流れ環境では、せん断応力と空間変動の組合せによって内皮細胞の流れ方向への配向性に違いが出ることがわかった。また、時空間変動を伴う高せん断流れ環境において、内皮細胞のプログラム細胞死の誘導過程が確認でき、血管疾患発症に対する時空間変動を伴う高せん断流れ刺激の影響を示唆した。血流に対する血管内皮細胞の応答は、動脈瘤などの血管病変の発症や進展に強い関連を持つことが指摘されているが、血流により生じる細胞周囲の力学環境と血管疾患を支配する細胞内シグナル伝達機構は未だ十分に理解されていない。本研究は、血管疾患好発部位の血流を模擬した流れ負荷培養系を用いて、これまで計測例のない内皮細胞近傍の流れ場の可視化計測を行い、計測融合シミュレーションにより細胞周囲の力学環境を明らかにする。さらに細胞内シグナル伝達機構を解明することで、血管疾患に対する流体力学的要因の正確な理解に基づく予防法や治療薬の開発に貢献することを目的とする。平成26年度は、時空間変動を伴う高せん断応力環境を再現可能な流れ負荷培養系の構築を行い、血管内皮細胞近傍の流れ場と細胞変形状態の可視化計測を試みた。構築した流れ負荷培養系を用いて、血管内皮細胞の形態応答を評価した。空間的せん断応力勾配がある流れ環境では、細胞が流れ方向に配向・伸長しないことが予備実験により明らかになっているが、高せん断応力環境においては勾配の有無に関係なく、細胞が流れ方向に配向・伸長することが明らかになった。また勾配環境下の配向・伸長にはせん断応力の閾値が存在し、それが細胞内のひずみ分布に関与することが簡易計算モデルにより示唆された。しかし、「現在までの達成度」に後述のように、可視化計測に必須である光学系における課題により、可視化手法の変更を余儀なくされたため、血管内皮細胞近傍の流れ場と細胞変形状態の可視化計測は未達の状況にある。平成27年度は、培養した血管内皮細胞モノレイヤーの3次元形状を共焦点レーザー顕微鏡により計測し、計測した3次元形状から再構築した計算モデルを用いて、内皮細胞近傍の流れ環境を明らかにした。また、前年度構築した流れ負荷培養系を用いた短時間流れ負荷実験により、流れ環境に曝された内皮細胞内ひずみ分布に相当するタンパク質局在の確認に成功した。長時間の流れ負荷実験においては、空間的勾配を有する高せん断応力環境で内皮細胞のアポトーシスが強く誘導されることを明らかにした。また、アポトーシスの誘導の有無に関連して、細胞内局在が変化するタンパク質の存在が示唆できる結果も得られた。細胞3次元形状を共焦点レーザー顕微鏡により可視化計測することで、比較的容易に細胞3次元形状を再現した計算モデルを得ることができ、前年度の遅れを取り戻すことができた。計測融合シミュレーションにより得られた細胞内ひずみ分布に一致するタンパク質局在を確認することができたため、前年度に未達成だった目標も概ね達成できたと言える。また、空間的勾配を有する高せん断応力環境において内皮細胞の強いアポトーシス誘導が確認でき、このアポトーシスの誘導の有無に関連して、細胞内局在が変化するタンパク質の存在が示唆できる結果も得られたため、空間的せん断応力勾配に対するメカノセンシング機構の解明に大きく近づいたと判断できる。前年度までに、流れ環境下の血管内皮細胞内歪み分布に相当するタンパク質局在の確認と空間的勾配の有無による内皮細胞のアポトーシス誘導の違いに関する結果を得た。平成28年度は、生体内の環境により近づけるために、時間変動を負荷した流れ負荷培養実験を行うこととした。従来のせん断応力空間勾配発生用フローチャンバーを改変し、より小流量(従来の20分の1)かつ時間変動(1 Hzの拍動)を負荷可能な新しいフローチャンバーを作製した。新しいフローチャンバーを独自開発の流れ負荷培養実験系に組み込むことで、大流量を必要とする従来のフローチャンバーと比較して、より安定した流れ負荷培養実験を実現した。この流れ負荷培養実験系を用いて時空間変動を伴うせん断流れ環境における細胞応答を観察し、その応答に対する細胞内シグナル伝達機構の解明を試みた。時空間変動を伴う流れ環境においては、高せん断応力環境で血管内皮細胞のアポトーシスが強く誘導されることを明らかにした。また、一様なせん断流れ環境と比較して時空間変動を伴うせん断流れ環境では、アポトーシス誘導に関連するタンパク質複合体NF-kappaBの細胞核内移行状態が長時間維持されることも明らかになった。特定のタンパク質がこのNF-kappaBの核内局在を制御することが示唆された。

免疫蛍光染色法により可視化し、顕微鏡観察を行ったが、流れ環境の違いによる特定タンパク質の発現・局在に顕著な変化は認められなかった。本研究では、血管疾患好発部位の血流環境を模擬した流れ負荷培養系を用いて、時空間変動を伴う高せん断流れ刺激に対する血管内皮細胞の力学応答機構を調査した。流れ負荷直後の内皮細胞において、流れ刺激により発生する細胞内ひずみに対応した細胞間接着タンパク質の活性化局在が起こることを確認した。これにより、空間変動を伴うせん断流れ環境では、せん断応力と空間変動の組合せによって内皮細胞の流れ方向への配向性に違いが出ることがわかった。また、時空間変動を伴う高せん断流れ環境において、内皮細胞のプログラム細胞死の誘導過程が確認でき、血管疾患発症に対する時空間変動を伴う高せん断流れ刺激の影響を示唆した。レーザー光源、高速度カメラ、顕微鏡レンズを用いた光学系を構築し、内皮細胞近傍の流れ場の可視化計測を試みた。フローチャンバーにより形成された流路の高さが最小で0.1mmと非常に薄く、光源であるレーザーがチャンバー壁面と干渉する問題が発生したため計測困難となり、可視化手法の再検討および変更の必要性が生じた。レーザー光源、高速度カメラ、顕微鏡レンズを用いた光学系の使用を断念し、共焦点レーザー顕微鏡による細胞変形状態の3次元計測および流れ負荷によって焦点接着斑に発生する牽引力の直接計測に手法を変更するのに時間を要したため、可視化計測の計画を延長せざるを得ない結果となった。空間的勾配を有する高せん断応力環境において確認された内皮細胞のアポトーシスと関連する細胞内タンパク質局在変化の結果を基に、関連するタンパク質の活性化、発現変化、相互作用を免疫蛍光染色法、ウェスタンブロット法、qPCR法により解析する。得られた研究成果を総括し、血管疾患に関する動物実験や臨床研究の文献調査結果と相互検証することにより、血管疾患の発症および進展に関わる細胞内シグナル伝達機構を解明する。メカノバイオロジー、設計工学静置培養の状態で計測試行を行い、目的とする計測が可能であると確認された「現在までの達成度」に前述の手法を採用し、共焦点レーザー顕微鏡を用いた細胞の断面像撮影および変形状態の3次元計測、流れ負荷による細胞牽引力の計測を引き続き行う。得られた結果を用いた計測融合シミュレーションを行う事で、細胞近傍の流れ場を推定し、細胞内部の応力分布、ひずみ分布を解明する。並行して細胞内部の応力分布、ひずみ分布に対応したタンパク質局在および活性化を免疫蛍光染色法およびウェスタンブロット法を用いて確認することで、血管疾患発症および進展に関わる細胞内シグナル伝達機構の解明を試みる。
パルスEPRおよびパルスENDORによる遷移金属錯体の光化学反応の動力学的研究

パルスEPR法における高い時間分解能と感度に着目、以前に我々が試作した電子スピンエコー装置を、光化学反応過渡過程の観測が出来るようなパルスEPR装置に改装し、新しい手法により全く新しい視点からの遷移金属錯体の光化学の研究を展開することを意図し、次の研究を行なった。2。CW一時間分解EPR法とパルス法との比較検討。反応中間体としてラジカルまたはラジカル性の強い金属錯体を生ずる場合にはパルス法はCW法に較べ期待以上の非常に優れた性能を発揮した。しかしスピン中心を金属上にもつ遷移金属錯体が反応過渡中間体となっている場合には、これの直接観測には今後検討工夫すべき問題を残した。3。パルス法の応用結果。パルス法を次の反応系に応用し反応初期過程について新たな多くの知見を得る事が出来た。(1)亜鉛ポルフィリン錯体とキノン類の間の光誘起電子移動反応。(2)亜鉛置換ミオグロビンとキノン類の間の光誘起電子移動反応。(3)ビス(ジエチルジチオカルバマト)銅(II)および関連錯体の光還元反応の過渡過程。(4)時間分解ENDORによるポルフィリン励起三重項状態の超微細相互作用。2。3。パルス法の応用結果。1.パルスEPRおよびパルスENDOR裝置の光化学反応研究用への改造:1)光照射用試料空胴の製作,本実験に最も適すると思われる試料空胴の試作をいろいろ試みてきたが,完成までに時間を要するため,取りあえず從来の光照射用ESR空胴のQ値を低下させることで測定を進めてきた。2)從来のスピンエコ-裝置をFID信号検出型に改造を進めている。3)S/N比の向上のためquadruTure検出型に裝置の改造を進めつつある。4)レ-ザ-光源を購入設置した。5)レ-ザ-パルスと同期したパルスEPRの測定が可能なように裝置を改造した。尚裝置の改良は今後も引き続き行う予定である。2.金属ボルフイリン錯体とキノンとの間の光誘起電子移動反応:主に亜鉛ボルフイリン錯体を用い,時間分解EPRによりレ-ザ-光誘起電子移動反応を検討してきた。その結果,ポルフイリンカチオンラジカル,キノンアニオンラジカル,これらの前駆体であるポルフイリンカチオンーキノンアニオンイオン対の同時測定に成功した。このためそれぞれの生成に対する溶媒,温度,無機塩,ポルフイリン軸配位子の効果を詳細に検討し,反応機構について興味ある知見をうることができた。今後パルスENDORによる実験を行い異なる視野からの知見をうる予定である。3.種々のジイミンとCN^-,SCN^-を配位子としてもつ鉄(III)錯体の光化学反応を検討した。その結果,アルコ-ル溶液中では溶媒,対アニオンからの電子移動による遷元反応と,引き続いて配位子置換反応がおこることを明らかにし,その機構の詳細を解明した。また凍結溶液系では可逆的遷元反応がおこることを見出し,その機構を考察した。4.種々のキノン存在下での金属カルボニル錯体の光化学反応を検討し生成常磁性錯体の構造,反応機構を解明した。本研究では、時間分解EPR法を用いて常磁性遷移金属錯体の光化学反応を研究してきた。なかでも、時間分解法の新しい手法として注目されるパルスEPR法とパルスENDOR法を利用することに力を注いできた。これは、パルス法が従来のCW時間分解法に較べ時間分解能が優れている点と、情報の多元化を得ることに大きな期待が持たれるからである。このため我々が自作したパルスEPR分光器とパルスENDOR分光器の整備・改良を進めながら以下の研究を行なつてきた。1)ポルフィリンとキノンとの間の光誘起電子移動反応:反応過程のポルフィリンカチオン、キノンアニオンと両者のイオン対の同時測定に成功し、反応機構に極めて興味ある知見をえた。2)ポルフィリンとその多量体の光励起三重項状態:ポルフィリン二量体の光化学反応は、植物光合成過程に関連し極めて興味ある系であるが、本研究では、光化学反応の初期過程である光励起状態におけるポルフィリン環相互作用等について興味ある知見をえた。

3)ポルフィリン光励起状態での光誘起軸配位反応:ポルフィリンの光誘起電子移動反応を支配する重要な一因子である軸配位の問題に関する研究で、基底状態における軸配位反応との違い等について興味ある知見をえた。4)プラストシアニン等銅蛋白の電子移動過程での動的構造:電子移動を触媒する銅蛋白の反応機構に関する研究で、従来の静的構造の研究に対して、反応過程での動的構造変化に着目して研究を進めており成果を挙げつつある。
抗HER2抗体エピトープペプチドワクチンのヒト化マウスを用いた有効性の検討

1乳癌患者PBMC(31名)をCH401MAPでin vitro刺激し特異抗体の産生を健常人と比較したところ、患者群では未刺激でも有意に産生が高かったが、刺激による変化は観察されなかった。2患者PBMCを同マウスに輸注しCH401MAPで免疫したところヒトIL-2の産生を認めヒト免疫系を構築できた。GVHDは1例も生じなかった。免疫系を観察する上での前臨床試験マウスとしての有用性が示された。3同マウスへ2名の乳癌患者の癌組織片を移植したが生着不可能であった。ヒト乳癌細胞株SKBR3を移植したが生着は不可能であった。さらに条件検討をする必要性が示された。申請者らは、乳癌患者に汎用性のHER2/neuペプチドCH401MAPの有効性をマウスおよびin vitroについて報告してきたが、本ペプチドは抗体産生も誘導する可能性が高く、その副作用を評価する動物モデルが必要である。そこで本研究では、乳癌患者末梢血単核球をhIL4TgNOGマウスに移植し新たなヒト免疫系再構築マウスを確立し、抗体産生に関連する患者免疫反応の解析を可能にすることを目的とした。乳癌手術当日の朝に患者採血を行い、手術標本摘出時に癌組織部分を一部切離した。患者血液は一部をHLA解析に使用し、残りは比重遠心分離し、単核球層を抽出する。以下の2つの実験を並行して行った。15X105ずつin vitroでCH401MAPペプチドの有無で刺激し、サイトカイン産生、特異抗体産生、リンパ球増殖反応、フローサイトメトリーの解析を行った。25x105ずつhIL-4TgNOGに経静脈的に移植する。背部皮下に癌細胞を移植した。マウスをCH401MAPペプチド刺激の有無で分ける。移植後2週目に腫瘍径を測定し、採血を行う。リンパ球の生着を確認し、サイトカイン・自己抗体の産生を解析した。移植後4週目にsacrificeし、腫瘍径・重量の測定、サイトカイン・特異抗体の測定を行った。12の結果を統合して解析し、CH401MAPペプチドの抗腫瘍効果を確認し、また、hIL-4TgNOGマウスの前臨床モデル動物としての有用性を評価している。現在乳癌患者3名から採血、腫瘍の一部を取得しhIL4Tg NOGマウスに移植したところ、ヒトサイトカインの産生とanti CH401MAP抗体の産生は確認できたが腫瘍自体が消失してしまい、抗腫瘍効果の確認が出来なかった。そのため一旦ヒト乳癌セルラインSKBR3を同マウスへ移植したがやはり生着できず、マトリゲルを用いても生着が困難であった。現在は腫瘍の生着をまずは試みている。並行して健常コントロールより8例のPBMCを採取しており、対象のサンプル、データをそろえているところである。我々は新規HER2ペプチドワクチンCH401MAPの抗腫瘍効果を確認するため、(1)in vitroにおけるCH401MAP刺激が乳がん患者末梢血単核球(PBMC)に及ぼす効果について、抗体産生を指標に明らかにする。(2)hIL-4TgNOGマウスという、ヒトの免疫系を再構築した免疫不全マウスを用いてin vivoでの特異抗体産生能を評価する。という2項目の研究を行った。結果は以下の通りである。2乳癌患者PBMCを同マウスに輸注しCH401MAPで免疫した系ではヒトIL-2の産生を認めた。同マウスでヒト免疫系を構築できたことが確認できた。また、通常の免疫不全マウスであれば長期間の観察でGVHDを生じることがほとんどであるが、本研究においては1例も生じることはなく、移植4週間後に特異抗体の検出が可能である事が明らかとなった。3hIL-4TgNOGマウスへ2名の乳癌患者の癌組織片を移植したところ、生着は観察されなかった。ついでヒト乳癌細胞株SKBR3を移植したがやはり生着は観察されなかった。腫瘍浸潤性リンパ球が影響した可能性、もしくは癌の組織型が増殖の遅いタイプであった可能性が考えられ、さらに条件検討をする必要性が示された。

以上の結果、抗体産生能の評価はin vitro刺激ではなくIL-4-Tg-NOGマウスへのPBMC移植により可能となった為、今後はさらに臨床検体数を増やしてペプチドワクチンの患者候補の選定に用いる事を検討している。一方、腫瘍組織の移植については、乳がん組織片の生着の条件検討を行う予定である。医歯薬学腫瘍の生着が確認できないため。また、マウスは実験動物中央研究所より提供され、当施設で交配を行ってきていたが、hIL4の産生が落ちていたことが確認され、再度同研究所よりマウスの提供を受けて実験を行っている。予想していたよりもhIL4の発現が早く落ちること、一度提供の依頼をしてから実際にマウスが届いて実験が開始できるようになるまで約2ヶ月かかったこと、週令8週に合わせて移植を行いたいがちょうどその時期に当研究に適した患者のサンプルが得られるとは限らなかったことがあげられる。セルラインを用いてhIL4TG NOGマウスに腫瘍を生着させる。マトリゲルを用いるもの、用いないものに分類する、また、移植細胞数も数グループに分類してより生着が確実に行える細胞数を検討する。並行して患者検体を用いて現在確認が出来るサイトカイン産生および特異抗体の測定を続ける。患者検体も今まではコラゲナーゼ処理をして移植していたが、むしろブロックで周りの正常組織も含めた状態での移植を試みる。セルラインでの腫瘍生着を確認し次第患者がん細胞の移植にスライドしてより確実にまずは患者がん組織をマウスに生着させることを試みる。ヒト乳癌セルライン、hIL4TgNOGマウス、各種抗体、消耗品の購入および設備使用料に必要となるため。
セルロースナノファイバーの成分選択的溶媒膨潤性を活用した表面化学修飾法の開発

酵素・湿式粉砕法で調製した水懸濁セルロースナノファイバー(CNF)の核磁気共鳴分析(溶液NMR)では、CNFを構成するセルロース鎖に由来する明確なシグナルが観察された。限外ろ過膜を通過したCNF画分のNMR分析では、セルロース構造に由来するシグナルの強度が限外ろ過処理前の試料に比べて著しく低かった。このことから、酵素・湿式粉砕法で調製したCNFの表面には比較的運動性の高いセルロース鎖が存在することが示唆された。このCNF懸濁液を凍結乾燥することで得られた乾燥CNFを各種溶媒に再度懸濁させたところ、再膨潤の度合いは特に水、DMSO中で高かった。水中で再膨潤させた乾燥CNFのNMR分析では、セルロース構造に由来するシグナルが明確には観察されなかったことから、乾燥工程を経ることでセルロース鎖の運動性に変化があることが示唆された。またDMSO中で再膨潤させた乾燥CNFのNMR分析では、キシランに由来するシグナルが観察された。乾燥工程を経た場合でもDMSO中では、キシランが運動性の高い構造としてCNFの再膨潤に関与していると考えられる。またCNFの凍結乾燥以外の方法で脱水、乾燥(気乾、凍結乾燥条件の変更の他メタノール中で沈殿等)したが、メタノール中で沈殿させる方法以外では、DMSO中での乾燥CNFの膨潤性に大きな違いはなかった。X線回折では、セルロースIの構造が確認できた。またセルロースナノクリスタル(CNC)の乾燥物では、セルロースIと共にセルロースIIの存在が確認できた。CNCのセルロースII型構造は、CNC調製中に膨潤・部分溶解したセルロースが再結晶化することで形成されたと考えられる。CNFの場合には溶媒中でセルロース鎖の一部が運動性の高い構造として存在するが、乾燥工程を経てもセルロースII型構造が確認できず、セルロースI型の構造を維持していることが明らかになった。今年度の目標が、酵素湿式法で調製したCNFの膨潤性に関するものと、膨潤によるセルロースの結晶構造の変化を明らかにすることであった。これら目的に関しては、概要で記述したとおり概ね精査できている。このことから進捗状況を「おおむね順調に進展している。」とした。今年度得られたCNFの膨潤構造をターゲットとしたCNFの化学的修飾法を開発する。また化学修飾する際には、セルロースI型の構造を維持する条件での修飾を行う。現状では当初の研究計画に変更をともなうような結果が得られていないことから、当初計画に従い研究を進める。」とした。不測の事態として、本科研費で使用している核磁気共鳴装置の検出器が故障し、予定していた試料の測定が不可能になった。核磁気共鳴装置による分析は本年度の中心課題であることから、当初使用を計画していた物品の購入費を核磁気共鳴装置の修理費用として変更した。

購入を予定していた物品を使用する課題は主として次年度以降に計画しているが、当初計画の物品を変更して研究計画に大きな変更を来すことがないように繰り越した経費を使用する。
QTLマッピング法を利用した実験進化生態学的研究

ハマカンゾウは昼に開花し、匂いのない赤い花をつけ、チョウやハナバチに送粉される。キスゲは夜に開花し、匂いのある黄色の花をつけ、夜行性のスズメガに送粉される。2種は異なる送粉昆虫に適応した対照的な花形態を持つが、交配可能であり、花の適応の遺伝的背景を調べるうえで格好の材料である。本研究では、2種を交配し、F1雑種・F2雑種を育成した。また、QTLマッピングのために、マイクロサテライトマーカーとESTライブラリーを開発した。これまでの遺伝解析の結果から、朝開花するか夕方に開花するかの違いは、1遺伝子座の2個の対立遺伝子によって支配されていると考えられる。ハマカンゾウの花の赤い色素であるアントシアニン合成も、1個の主要遺伝子によって支配されていると考えられる。ESTライブラリーから花関連遺伝子を探索し、アントシアニン合成系の鍵酵素であるカルコン合成酵素の遺伝子や、アントシアニン合成系の制御に関わる転写因子(MYB遺伝子)のホモログを決定した。2種の野外浸透交雑集団を用いて、花形態(めしべの長さ、花筒の長さなど)や開花時間と種子結実率の関係(ロジスチック重回帰)を調査した。その結果、年によるポリネータ組成の変動によって、花形質に作用する淘汰圧が変動することが明らかになった。ジェミニウイルスに感染しているヒヨドリバナ無性生殖型の黄化葉から、サテライトDNAを発見し、サテライトDNAとジェミニウイルスを連結し、ベクターに組み込み、パーティクルガンで健全な組織に導入することによって、ジェミニウイルスの感染が成立することを確かめた。その結果、世界最古のウイルス記録とされるジェミニウイルスのヒヨドリバナへの感染が、サテライトDNAの介在によって成立することが明らかになった。繁殖生態学との関連では、有性生殖型ではなく、無性生殖植物とウイルスとの共進化が、農耕成立後続いてきたことが明らかになった。本研究の目的は、実験集団による進化過程の実測と、QTLマッピング法による遺伝解析という2つのアプローチを統合し、送粉シンドロームの進化機構、および有性生殖の適応的意義を解明することにある。研究材料としては、昼咲きの蝶媒花種と夜咲きの蛾媒花種を含むキスゲ属、および有性型と無性型を含むヒヨドリバナを用いる。本年度は、送粉シンドロームの進化に関しては、キスゲ属2種のF1世代を育成し、QTLマッピングやF2世代育成に備える準備段階の年度にあたる。具体的には、以下の研究を実施した。●キスゲ属2種(蝶媒花のハマカンゾウと蛾媒花のキスゲ)の雑種集団における、花形態や開花時間に作用する淘汰圧について、3年目の調査を実施した。その結果、送粉昆虫の組成の年変動に応じて、どの形質にどの方向で淘汰が作用するかは、年変動することが明らかになった。●携帯型マルチチャンネル分光システムを購入し、2種の花の反射・透過波長特性の違いを定量的に測定した。また、芳香成分に関するガスクロマトグラフィによる分析を行ない、蛾媒花種のみが芳香成分を放出することを確認した。●F1個体を育成するとともに、親個体からDNAを抽出し、分子マーカーの開発に着手した。●2種間の人工交配にあたり、内的隔離機構の強化が生じている可能性を検討するために、キスゲ・ハマカンゾウの同所的な組合せと異所的な組合せの間で交配を行った。その結果、隔離の強化を支持する証拠は得られなかった。ヒヨドリバナに関しては、有性型にジェミニウイルスを接種し、個体間でウイルス耐性に変異があるかどうかを検討した。

今年度は、接種の実験条件を整備することに成功したが、接種した個体はすべて感染し、ウイルス耐性の表現型は確認できなかった。この結果は、ベクターであるコナジラミを用いずに、接木によって接種したためと思われる。顕花植物に見られる多様な繁殖システムの適応的意義に関するこれまでの研究では、最適化モデルの理論的予測が、自然集団における植物の形質状態と合致することが確かめられてきた。しかし、理論的予測と植物の形質状態が合致したとしても、科学的検証としては不充分である。より決定的な検証は、形質が最適状態からずれた実験集団を設け、予測される方向への進化が起きるかどうかを実測することである。これまでの研究ではまた、形質の遺伝的背景を考慮外に置き、トレードオフを仮定した表現型モデルに依拠して研究を進めてきた。しかし今やAFLPマーカーを用い、比較的短期間にゲノム地図を作成し、どんな形質であれ、その変異に関与している複数の遺伝子座(QTL)のゲノム地図上の位置を決め、各QTLの形質変異への寄与率を推定することができる(QTLマッピング法)。本研究の目的は、これらのアプローチを使って、送粉シンドロームの進化機構、および有性生殖の適応的意義を解明することである。平成15年度は、以下のような研究を行った。継続調査を行っているキスゲ属野外浸透交雑集団を用いて、花形態(めしべの長さ、花筒の長さなど)や開花時間と種子結実率の関係(ロジスチック重回帰)を調査した。その結果、年によるポリネータ組成の変動によって、花形質に作用する淘汰圧が変動することが明らかになった。H12年秋に播種したF1個体がH15年夏に開花したので、これらF1個体の両親への戻し交配により、F2世代の種子をとった。これらの種子を秋に播種し、F2世代を育成中である。F1個体の花からRNAを抽出し、ESTライブラリーを作成中である。ジェミニウイルスに感染しているヒヨドリバナ無性生殖型の黄化葉から、サテライトDNAを発見し、サテライトDNAとジェミニウイルスを連結し、ベクターに組み込み、パーティクルガンで健全な組織に導入することによって、ジェミニウイルスの感染が成立することを確かめた。その結果、世界最古のウイルス記録とされるジェミニウイルスのヒヨドリバナへの感染が、サテライトDNAの介在によって成立することが明らかになった。繁殖生態学との関連では、有性生殖型ではなく、無性生殖植物とウイルスとの共進化が、農耕成立後続いてきたことが明らかになった。
アルキルアミド型付加体をプローブとした脳内老化評価システムの確立と応用

ヘキサノイル及びプロパノイルリン脂質付加体の微量検出定量法の構築、特に、抗体チップ化を検討した。さらに、レビー小体病(LBD)におけるαシヌクレイン、アルツハイマー症(AD)におけるAβタンパク質の毒性増加のメカニズム解明を目的に、アミド型付加αシヌクレイン、Aβタンパク質の酸化修飾機構の解明を行った。また、脳内酸化ストレスの制御を目的に、アスタキサンチンとその立体異性体の機能解析を中心に行った。Alpha-synucleinを過剰発現させたレビー小体病モデル細胞をドコサヘキサエン酸(DHA)で刺激することで、プロパノイルリジン(PRL)およびスクシニルリジン(SUL)により修飾を受けたタンパク質が蓄積されることを見いだした。PRL、SUL修飾タンパク質の一部は凝集したalpha-synucleinであり、DHAの濃度依存的に細胞死が惹起された。ヘキサノイルエタノールアミン(HEEA)およびプロパノイルエタノールア(PREA)の微量検出定量法の構築を目的に、安定同位体を含む内部標準標品も合成、生体膜モデルとしてリポソームを用いたHEEA, PREAの検出を検討し、エイコサペンタエン酸(EPA)あるいはDHAを含むフォスファチジルコリンを組み込んだリポソームからはPREAが検出され、リノール酸を構成脂肪酸とするカルジオリピンを組み込んだリポソームからはHEEAの検出に成功した。さらに、直接、修飾リン脂質を対象に、HEEAおよびPREAのHILIC-MSによる検出法も構築した。しかし、HEPE, PRPEをエピトープとする抗体作成では、特異性の高い細胞株を得ることはできなかった。さらに、マクロファージ系細胞RAW264.7に取り込ませたヘキサノイルリジン(HEL)およびPRLの細胞内代謝についての検討も行い、経時的な取り込みが確認され、取り込み後、培養時間とともに細胞外に遊離のHELあるいはPRLが増加していることが明らかとなった。さらに、アスタキサンチンやゴマリグナン代謝物の脳内神経細胞変性の対する抑制作用の検討のために、神経細胞(SHSY-5Y細胞)を組み込んだ免疫賦活・抗酸化・抗炎症作用の評価システムの構築にも成功した。アミド付加体生成機構の検討として、プロパノイル型付加体(PRL)に特異的なモノクローナル抗体の作製、そして既存のヘキサノイル型付加体(HEL)とも併せて、脳組織の免疫染色の実施、脳髄液中および血液中での存在・定量のためのELISA法の確立を行うことができた。特に、PRLは、グルタミン受容体に結合し、細胞内カルシウム濃度を増加することにより、神経細胞死を引き起こすことが示唆された。また、リポソームにおけるについて化学的な解析を行った。方法は、リポソームを銅イオンと共存させた脂質過酸化反応系で生成した酸化リポソームをフォスフォリパーゼD(from Streptomyces chromofuscus)処理し、n6脂肪酸酸化のマーカーであるヘキサノイル化フォスファチジルエタノールアミン(NHPE)からNーヘキサノイルエタノールアミン(HEEA)を切り出し、四重極型の質量分析器により検出定量を行った。また、現在、n3脂肪酸酸化のマーカーであるプロパノイル化フォスファチジルエタノールアミン(NPPE)についても化学合成及び微量検出法の開発を行っている。さらに、このリポソームに抗酸化物質として代表的なビタミンE、クロロゲン酸、BHTをそれぞれ添加し、抗酸化評価法として活用出来ることを確認した。さらに、細胞内への取り込みを可視化するため、リポソームの調製時に蛍光脂質を封入して得られたリポソームをマウス由来の培養細胞RAW264.7に導入し、細胞内へのリポソームの取り込みを蛍光顕微鏡により確認することができた。また、ヒトレビー小体病(LBD)の黒質ドパミンニューロンでは顆粒状の酸化DHA修飾タンパク質の蓄積を見出し、αーシヌクレイン過剰発現培養細胞ではミトコンドリア機能障害が惹起されることを明らかにすることができた。丸山らは、神経細胞での細胞死の過程で選択的な過酸化脂質修飾タンパク質(アミド型付加体)の増加を認め、さらに、LBDモデルであるα-シヌクレイン(αSYN)過剰発現培養細胞に脂質過酸化ストレスを惹起した結果、レビー小体病様の封入体と細胞死が惹起され、オートファジーの機能障害を認めた。また、アミド型付加修飾を受けたAβタンパク質がグルタミン受容体に結合し、細胞内カルシウム濃度を増加することにより、神経細胞死を引き起こすことを示唆することができた。大澤らは、抗酸化ポリフェノールとともにカロテノイドの代表としてアスタキサンチンを対象に、浜松ホトニクス研究所との共同研究で開発されたヒト前骨髄性白血病由来の細胞HL-60による抗酸化・抗炎症・自然免疫賦活同時評価細胞試験法を中心に用いて、脳内でのミエロペルオキシダーゼの過剰発現に対するアスタキサンチンの検討を行ったところ、生体内代謝活性体と推定される9-cis体が食品成分として摂取するall-trans型よりも過剰な炎症反応に対して抑制効果を有することが明らかとなった。26年度が最終年度であるため、記入しない。

農学26年度が最終年度であるため、記入しない。細胞膜の構成成分である多価不飽和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid, PUFA)は脳に多量に含まれる。レビー小体病などの神経変性疾患では、変性に陥った神経細胞で酸化ストレスが増大している。DHAによる細胞死の機序にはその酸化物であるPRL、SUL修飾タンパク質の生成が関与していることが細胞実験およびヒト剖検脳の解析の結果示唆された。さらに、新たなバイオマーカーとして期待しているHEEA, PREAについては安定同位体を用いた微量検出定量法を構築でき、酸化リポソームからのそれぞれの検出に成功し、また、HEEA, PREAを含むPE体(HEPE, PRPE)をHILIC-MSにより検出することが出来たが、HEPE, PRPEに対するモノクローナル抗体作成については、成功しなかった。さらに、脳内に蓄積する修飾タンパク質の代謝を検討するため、モデルとして過酸化脂質修飾タンパク質をリポソームにより細胞に導入する系を構築した。細胞内で修飾タンパク質がアミノ酸レベルにまで分解され、修飾アミノ酸が細胞外に放出されていることを確認した。また、神経細胞(SHSY5Y細胞)を組み込んだ免疫賦活・抗酸化・抗炎症作用の評価システムの構築に成功し、アスタキサンチンやゴマリグナン代謝物の保護作用の検討のための準備は整った。プロパノイル型付加体(PRL)の化学合成、抗PRLモノクローナル抗体の作製、そして既存の抗ヘキサノイル抗体とも併せて、脳組織の免疫染色の実施、脳髄液中での存在・定量のためのELISA法の確立は終了することができた。また、フォスファチジルエタノールアミンを対象としたプロパノイル型付加体を化学合成に関しても、リポゾーム法を利用した人工脂質膜の調整法を確立、特異抗体の作製の準備も行うことができた。また、これらの過酸化脂質修飾(アミド型付加体)を受けたAβタンパク質がin vivo, in vitroで神経細胞に対し毒性を呈することも明らかにし、ヒトレビー小体病(LBD)モデル細胞系で、の酸化DHAの蓄積やミトコンドリア機能障害の惹起など興味ある結果を得ることができた。また、抗酸化食品因子として、アスタキサンチン、ゴマリグナンの活性体の大量調製のための準備も順調に進んでいる。PRL、SUL化タンパク質の中でもレビー小体病で蓄積する病因タンパク質であるalpha-synuclein、アルツハイマー病の病因であるamyloidbeta proteinが修飾されることにより、それらの毒性が増加、あるいはタンパク質の機能低下により細胞死が惹起される可能性について検討する。PRL、SUL修飾タンパク質がレビー小体病、アルツハイマー病の剖検脳において蓄積しているか否か検討する。また、培養細胞、動物組織、血液や尿などを用いて、HEEA, PREAなどを検出し、酸化ストレスのマーカーとして活用できるか検討し、HEPE, PRPEの直接的な検出について、さまざまな分子種を想定してmultiple-reaction monitoring(MRM)を設定し、リポソームや実際の細胞、組織における存在を検討する。また、HEPE, PRPEなどの修飾リン脂質がアミロイドタンパク質重合などを促進する可能性について検討を進める。
培養細胞を用いた再構成皮膚における基底膜構成成分の発現とその臨床応用

ヒト正常表皮細胞を種々の真皮モデル上で重層培養することによって、再構成皮膚の作製を試みた。真皮モデルとしては(1)ヒト線維芽細胞含有コラーゲンゲル、(2)ヒト血管内皮細胞含有コラーゲンゲル、(3)細胞不含コラーゲンゲル、(4)ヒト線維芽細胞含有アテロコラーゲンスポンジ、および(5)エラスチン-フィブリン構成人工膜を用いた。(1)、(2)のコラーゲンゲル三次元培養では、ヒト線維芽細胞、ヒト血管内皮細胞とも正常真皮内における形態に類似し、良好な増殖が認められたが、(4)コラーゲンスポンジ内でのヒト線維芽細胞の増殖は観察されなかった。次に各々の真皮モデルにヒト正常表皮細胞を播種し、その増殖、分化を検討した。(1)、(2)、(3)のコラーゲンゲル上では表皮細胞は敷石状のコロニーを形成し、次第に細胞は偏平化し始めコロニーは増大し、やがて分化、重層化が進行した。(4)、(5)では表皮細胞は接着せず、表皮シートは形成されなかった。組織学的検討では、(1)(3)のコラーゲンゲル上に12層の表皮細胞が広かっており、表皮細胞播種後2週目には重層化が顕著で57層の表皮層様構造を呈したが、(3)細胞不含コラーゲンゲルではその表皮シートの形成は(1)線維芽細胞含有コラーゲンゲルに比して遅延した。また、ラミニン、IV型コラーゲン、ファイブロネクチン、類天疱瘡抗原などの基底膜構成成分は表皮細胞とコラーゲンゲルとの境界部、基底膜に相当する部位に線状の発現を認めたが、(3)細胞不含コラーゲンゲルではその発現まで日数を要した。コラーゲンゲル上で正常ヒト表皮細胞を培養することによって再構成皮膚を作製することが可能であり、表皮細胞と真皮成分である線維芽細胞、血管内皮細胞との相互作用が示唆された。
超音波心臓断層像における心筋運動解析

従来左室心筋運動の解析手段としてよく用いられていた方法は,センターライン法とよばれる.この方法は,左室心筋の辺縁曲線を抽出し,その中線曲線(センターライン)のフレームごとの変化を観察,解析する方法である.しかし,この方法によって得られる情報は左室心筋全体の運動のみであり,心筋の局所的運動を抽出することは不可能であった.このことを克服するために,左室心筋曲線の抽出とオプティカルフロー法を併用し,左室辺縁に対する左室心筋の運動を局所相対的オプティカルフローとして抽出する方法を考案した.本方法は,最初に左室辺縁曲線の抽出を行なうので,従来のセンターライン法を同時に利用することも可能であり,そのうえ左室心筋断面内における局所的変形量を計測することが可能である.また,オプティカルフローの抽出には一般に膨大な計算量を必要とするが,本方法においては,対象とする心筋断面内の局所的領域のみ(極端な場合は関心点の近傍領域のみの)計算で十分であるから,きわめて小量の計算で所望の結果を得ることが出来るという利点も有している.この成果は,電気学会論文誌C. VoL118-C,No.3.(1998)に発表した.本方法を,超音波左室短軸および長軸断層像の一心博画像にわたり適用し,各フレームの心筋断面画像上で局所相対的オプティカルフローが良好に抽出出来ることを確認した.健常心筋と梗塞あるいは虚血性心筋の両方に対して本方法を適用し,局所相対的オプティカルフローによる運動の差異の比較検討を行うことが今後の問題として残されている.従来左室心筋運動の解析手段としてよく用いられていた方法は,センターライン法とよばれる.この方法は,左室心筋の辺縁曲線を抽出し,その中線曲線(センターライン)のフレームごとの変化を観察,解析する方法である.しかし,この方法によって得られる情報は左室心筋全体の運動のみであり,心筋の局所的運動を抽出することは不可能であった.このことを克服するために,左室心筋曲線の抽出とオプティカルフロー法を併用し,左室辺縁に対する左室心筋の運動を局所相対的オプティカルフローとして抽出する方法を考案した.本方法は,最初に左室辺縁曲線の抽出を行なうので,従来のセンターライン法を同時に利用することも可能であり,そのうえ左室心筋断面内における局所的変形量を計測することが可能である.また,オプティカルフローの抽出には一般に膨大な計算量を必要とするが,本方法においては,対象とする心筋断面内の局所的領域のみ(極端な場合は関心点の近傍領域のみの)計算で十分であるから,きわめて小量の計算で所望の結果を得ることが出来るという利点も有している.この成果は,電気学会論文誌C. VoL118-C,No.3.(1998)に発表した.本方法を,超音波左室短軸および長軸断層像の一心博画像にわたり適用し,各フレームの心筋断面画像上で局所相対的オプティカルフローが良好に抽出出来ることを確認した.健常心筋と梗塞あるいは虚血性心筋の両方に対して本方法を適用し,局所相対的オプティカルフローによる運動の差異の比較検討を行うことが今後の問題として残されている.超音波心臓断層像において、心内幕辺縁、心外幕辺縁を検出し、自動的に心筋部分を抽出する方法を開発した。この方法は辺縁曲線を34調波のフーリエ級数で表現し、この曲線上の評価関数を最大にするように定める。この方法はパラメトリックに定義された最も簡単なスネ-クスを用いる方法とみなすことも出来る。これによって、客観的な、かつ、医師が手作業で抽出した辺縁に劣らない辺縁検出が可能となった。さらに、rθ極座標系で表される超音波短軸心臓断層像上で抽出された2つの辺縁関数を用いて、これらに挟まれる左室心筋部分のみを、αθパラメータ座標系(0≦α≦1, 0≦θ≦2π)に1対1写像することにより左室心筋部分を規格化する。このαθパラメータ空間上に写像された心筋部エコー画像の引き続く2レ-ムを用いてオプティカルフローを推定した。このオプティカルフローを元のxy座標系に逆写像することによって、求めるべき超音波左室短軸断層像の心筋各部の移動量を計測することが可能となった。超音波短軸心臓断層像を用いて心筋の運動を計測する方法として、従来からセンターライン法が知られているが、センターライン法では心筋辺縁の半径方向の運動のみが計測できるにすぎず、かつその運動も2つの辺縁関数の中心の運動を表すにすぎなかった。本法によれば、半径方向のみならず、θ方向(回転)の運動も計測可能となり、かつ心筋画像上の任意の点の運動ベクトルが算出できる。また、この運動ベクトルは心筋辺縁の運動と心筋内部の運動の両方の運動から算出されており、従来のセンターライン法によって求められる心筋運動おも包含する方法である。2枚の画像を用いて画像上の運動ベクトルを推定する方法として、勾配法によるオプティカルフロー法が従来からよく用いられている。この勾配法によるオプティカルフローの基本式を、時変曲線座標系において詳しく検討し、このオプティカルフローの基本式の形が座標系の採り方に依存せず保存されることを導いた。このことによって、採用する任意の時変曲線座標系上で、同一の式を用いてオプティカルフローが算出可能なことを示し、これを局所相対的オプティカルフローとして定義した。

この局所相対的オプティカルフローは、関心領域内のみのフロー計算で十分であるから従来のオプティカルフロー推定に比べて計算量を著しく低減できる。のみならず、従来関心領域全体の運動によって隠蔽されて観測不可能であった局所的な運動をも推定することが可能となった。本法を超音波左室心臓断層像に適用した。すなわち、2つの心筋辺縁からの相対的距離を表すパラメータと極座標系の偏角を座標軸とする時変曲線座標系上で局所相対的オプティカルフローの算出が可能であることを示した。一方、近年開発されたtagged MRI画像は、心筋上にtagを打ち込むことによって直接心筋の局所的運動を観察することが出来る。しかし、MRI画像においては、時間の経過とともに、tagが消散する。このtagの消散の影響を受けないオプティカルフロー推定法を開発した。この結果は超音波心臓断層像において推定されたオプティカルフローのキャリブレーション値として有用である。従来左室心筋運動の解析手段としてよく用いられていた方法は,センターライン法とよばれる.この方法は,左室心筋の辺縁曲線を抽出し,その中線曲線(センターライン)のフレームごとの変化を観察,解析する方法である.しかし,この方法によって得られる情報は左室心筋全体の運動のみであり,心筋の局所的運動を抽出することは不可能であった.このことを克服するために,左室心筋曲線の抽出とオプティカルフロー法を併用し,左室辺縁に対する左室心筋の運動を局所相対的オプティカルフローとして抽出する方法を考察した.本方法は,最初に左室辺縁曲線の抽出を行なうので,従来のセンターライン法を同時に利用することも可能であり,そのうえ左室心筋断面内における局所的変形量を計測することが可能である.また,オプティカルフローの抽出には一般に膨大な計算量を必要とするが,本方法においては,対象とする心筋断面内の局所的領域のみ(極端な場合は関心点の近傍領域のみの)計算で十分であるから,きわめて小量の計算で所望の結果を得ることが出来るという利点も有している.この成果は,電気学会論文誌C.Vol.118-C,No.3.(1998)に発表した.本方法を,超音波左室短軸および長軸断層像の一心搏画像にわたり適用し,各フレームの心筋断面画像上で局所相対的オプティカルフローが良好に抽出出来ることを確認した.健常心筋と梗塞あるいは虚血性心筋の両方に対して本方法を適用し,局所相対的オプティカルフローによる運動の差異の比較検討を行なうことが今後の問題として残されている.