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ランダム行列の深い研究と量子情報理論への応用

まず第一に,研究代表者はCharles Bordenaveとともにランダムテンソルの解析とそれらの強漸近的自由性の問題について非常に大きな進展を遂げた.研究代表者らはユニタリランダム行列のテンソルに対して強漸近的自由性を証明することができる見通しが立った.現在,その結果をまとめ,論文を執筆している.また, Luca Lionniとテンソル積構造に対する自由確率論について研究を大きく進めた.具体的には,通常の自由確率論でランダム行列のサイズ極限におけるスペクトル分布を研究する道具立てでキーであるR変換と呼ばれるものについて,ランダムテンソルのR変換を求める方法を見出した.これにより,量子情報理論や量子物理学のlocal unitariesの理論に自由確率論を用いて研究する道具立てができたこととなり,それらの問題への応用が期待できる.他方, Michael MageeとDoron Purerらと、自由群の自己同型群について自由確率論を用いて調べ,プレプリントをほぼ完成させた.研究代表者はこの研究をさらに発展させるため, Michael Mageeとsurface wordsの漸近的自由性を証明するという長期プロジェクトを開始した.2018年度には多くの研究を進めることができ,研究は順調に進んでいると言えるだろう.いくつかのプレプリントの準備は,研究代表者ら様々な制約(大学の管理運営業務,特に博士課程の学生の指導,学位申請)により少し遅れている.2019年度はまず,完成間近のいくつかのプレプリントを完成させる.具体的には,ランダム行列理論と自由確率論に関する, Camille MaleとPierre Yves GaudreauLamarreとの共同研究、Charles Bordenaveとの共同研究, Michael MageeとDoron Puderとの共同研究である.これらのプレプリントを執筆しつつ, Sushma KumariとVladimir Pestovらと共同研究であるランダム行列と機械学習のプロジェクトを完成させ、Mathieu Fevre、福田素久,佐久間紀佳らとともに,漸近的ランダムテンソルに関する研究プロジェクトを進めていく予定である.またCharles Bordenaveとのランダム置換やテンソル積に関わる強漸近的自由性に関する長期的な研究プロジェクトを継続する.平成29年度はランダム行列の研究の中でも特にランダム置換に関するものに取り組んだ。具体的にはトゥールーズ第三大学のCharles Bordenaveとの共同研究で独立同分布なランダム置換が強漸近的自由性を持つということを示した。この結果はボルドー大学のCamille Maleと研究代表者の過去の共同研究の一般化であり自然な帰結にも見えるが、一方で、その証明には新しいアイデアが必要であり、operator valued non-backtracking theoryと呼ばれる技術を改良することにより、その証明がようやく可能となった。研究の進捗は極めて良い。この研究課題に研究代表者のエフォートを最も多く割いており、それに見合った結果が得られていると考えている。Charles Bordenaveとの共同研究で独立同分布なランダム置換が強漸近的自由性を持つということを示した論文については結果をまとめプレプリントを書き、現在投稿中である。研究代表者らはユニタリランダム行列のテンソルに対して強漸近的自由性を証明することができる見通しが立った.現在,その結果をまとめ,論文を執筆している.また, Luca Lionniとテンソル積構造に対する自由確率論について研究を大きく進めた.具体的には,通常の自由確率論でランダム行列のサイズ極限におけるスペクトル分布を研究する道具立てでキーであるR変換と呼ばれるものについて,ランダムテンソルのR変換を求める方法を見出した.これにより,量子情報理論や量子物理学のlocal unitariesの理論に自由確率論を用いて研究する道具立てができたこととなり,それらの問題への応用が期待できる.他方, Michael MageeとDoron Purerらと、自由群の自己同型群について自由確率論を用いて調べ,プレプリントをほぼ完成させた.研究代表者はこの研究をさらに発展させるため, Michael Mageeとsurface wordsの漸近的自由性を証明するという長期プロジェクトを開始した.2018年度には多くの研究を進めることができ,研究は順調に進んでいると言えるだろう.いくつかのプレプリントの準備は,研究代表者ら様々な制約(大学の管理運営業務,特に博士課程の学生の指導,学位申請)により少し遅れている.第一に、Charles Bordenaveとの共同研究を継続する予定である。前述の平成29年度のCharles Bordenaveとの共同研究の手法には多くの応用があり、これを使って他にも様々な問題が解決できるであろうと見込まれるからである。例えば、ユニタリ行列のテンソル積が強漸近的自由性をもつ、ということを証明することができると我々は予想している。現在、研究代表者はこの問題に取り組んでおり、Weingarten calculusをCharles Bordenaveとの共同研究に適用できるよう改良することが必要であると考えている。また、平成30年度5月、京都大学でランダム行列に関する大規模な国際会議を開催する。世界中から多数のランダム行列の専門家(100人規模)が一斉に集結する予定である。このランダム行列に関する大規模な国際会議では海外の著名なランダム行列の専門家が講演予定であり、研究代表者や研究連携者、その他の日本人研究者らに最近の重要な結果について研究者から直接情報収集できる機会を与えることとなるだろう。また研究代表者はカリフォルニア大学ロサンゼルス校での大規模な研究会に参加し、研究課題についての研究打ち合わせおよび情報収集を行うことを予定している。また平成31年3月、モントリオール大学数学研究所(CRM)に数週間滞在し、研究代表者が共同開催者の一人である自由確率論に関する1ヶ月のプログラムを開催・参加する。研究代表者はその機会に共同研究らと本研究課題の多くの部分を推進させる予定である。2019年度はまず,完成間近のいくつかのプレプリントを完成させる.

具体的には,ランダム行列理論と自由確率論に関する, Camille MaleとPierre Yves GaudreauLamarreとの共同研究、Charles Bordenaveとの共同研究, Michael MageeとDoron Puderとの共同研究である.これらのプレプリントを執筆しつつ, Sushma KumariとVladimir Pestovらと共同研究であるランダム行列と機械学習のプロジェクトを完成させ、Mathieu Fevre、福田素久,佐久間紀佳らとともに,漸近的ランダムテンソルに関する研究プロジェクトを進めていく予定である.またCharles Bordenaveとのランダム置換やテンソル積に関わる強漸近的自由性に関する長期的な研究プロジェクトを継続する.
未熟児における新たな腸管発育評価法の確立と腸保護戦略

極低出生体重児の母乳の消化・栄養状態、腹部所見などの臨床経過を分析し、腸管発育促進作用を持つと考えられる血液・尿サイトカインを臨床検体で測定した。Bio-Plexサイトカインアッセイを用いて生後1か月以内の血清・尿中サイトカイン27種を測定し、血清IL-6、IL-8、IL-10、IL-12、IL-17、VEGFの上昇を消化不良群で認めた。未熟児の消化管発育には炎症サイトカインが関与し抗炎症反応を持つ薬剤の投与が有効である可能性が考えられた。また、新生児乳児消化管アレルギーの超低出生体重児において、症状出現時に血清IL-5とIgEの一過性上昇を認め、即時型アレルギーが関与した症例を報告した。本研究では未熟児に生後早期から安定して経腸栄養を実施するため、消化管発育の評価法を確立し、消化管発育・運動促進物質の胃腸内投与による治療介入の可能性の探求を目的とする。より積極的で安全な未熟腸管の発育促進、腸管蠕動コントロールをすることにより、経腸栄養を推進するための治療介入法の確立が喫緊の課題と考えた。腸保護、腸管発育の評価確立を目的とした臨床研究を2015年7月に福井大学医学系研究倫理審査委員会の承認を得て開始し、現在は症例蓄積を行い、18例のデータ集積を行った。具体的には、福井大学医学部附属病院新生児集中治療室に入室する極低出生体重児に対し、超音波検査で、上腸間膜動脈の流速、腸管壁厚などをを測定し、嘔吐、便の性状と量、胃内容物の性状と量、腹囲の変化、腹部の皮膚色、血圧、脈、呼吸数、施行されている治療を詳細に記録しスコア化を行っている。また、日齢0、4、7、14、28の患者の便、胃液、血清、尿を採取し、冷凍保存を行い、IL-1β、IL-6、TGFα、IFNγ、IL-10、VEGF、G-CSF、エリスロポエチン、胃内容液および便中のサーファクタント関連物質の測定に備えている。消化が良好で、哺乳量を順調に増加可能であった極低出生体重児と、消化不良のため哺乳量を増加させることが困難であった極低出生体重児の臨床スコアと、腸管炎症、抗炎症、保護に関わると考えられる生体マーカー産生との相関の有無を検討し、未熟児の経腸栄養に影響を与える因子を同定する予定である。症例蓄積数が、当初の予定より遅いペースであり、研究協力施設である福井県立病院の協力を得て、症例蓄積を重ねる予定である。本研究では極低出生体重児に出生直後から安定して経腸栄養を確立するため、消化管発育の評価法確立、消化管発育・消化管運動促進物質の胃内投与による治療介入の可能性の探求を目的としている。福井大学医学部附属病院、総合周産期母子医療センター新生児集中治療室に2015年7月から2017年3月に入室となった極低出生体重児25例において、日齢014まで超音波検査、血液採取、胃液採取とあらかじめ定められた診察項目についての評価を行った。児の属性(出生週数、出生体重、性別、分娩様式、母体への薬剤投与歴、母体感染症の有無、羊水過多・過少の有無)、児の治療経過(呼吸器管理の有無・方法、循環作動薬の使用の有無・種類、血管拡張薬の使用の有無・種類、動脈管開存に対するインドメサシン使用の有無、合併症の有無・種類)を合わせて記録した。日齢10までに経腸栄養100ml/kg/日を達成した群(消化達成群)と達成できなかった群(消化非達成群)の臨床データ、血液検査データを比較検討した。消化非達成群で、「在胎週数が27週未満」、「出生体重が1000g未満」、「子宮内感染兆候」、「母乳の初回投与が日齢3以降」の項目で消化達成群に比べ有意差を認めた。性別、分娩様式、母体への薬剤投与歴、羊水過多・過少、呼吸器管理、循環作動薬の使用・種類、動脈管開存に対するインドメサシン使用については消化達成群と消化非達成群で有意差は認めなかった。腸管の超音波検査で、日齢を経ると小腸壁厚が薄くなる傾向があったが(任意の2点で測定:日齢0の平均12mm、日齢7の平均0.9mm)、消化達成群と消化非達成群で有意差は認めなかった。本研究は患者データを取り扱うため、福井大学医学部倫理審査委員会の承認を受け、研究内容説明書および、検体・検査結果利用に関する同意書を作成し、個々の患者(保護者)に説明を行い、同意を得て実施している。極低出生体重児の出生が予測より少なく、症例を集積するために時間を要した。28年度末までに研究の最低目標症例数に達しており、現在、症例のデータ整理、解析を行っている。本研究では、未熟児の母乳およびミルクの消化・栄養状態、腹部所見などの臨床経過を分析し、腸管発育促進作用を持つと考えられる血液・尿サイトカインを臨床検体で測定した。2015年から2016年までに新生児集中治療室で治療を行った合計25名の極低出生体重児で、日齢10までに経腸栄養100ml/kg/日を達成した群(消化達成群)12名と達成できなかった群(消化非達成群)13名の臨床データ、血液検査データを比較検討した。消化非達成群で、「在胎週数が27週未満」

「出生体重が1000g未満」「母の感染兆候(絨毛膜羊膜炎)」「児の出生時の血清IgM値の上昇(>5.3mg/dl)」「母乳の初回投与が日齢3以降」消化達成群より多く認めた。性別、分娩様式、母体への薬剤投与歴、羊水過多・過少、呼吸器管理、循環作動薬の使用・種類、動脈管開存に対するインドメサシン使用については消化達成群と消化非達成群で差は認めなかった。未熟児の消化管発育には周産期の母児状態、母乳投与環境、炎症関連サイトカインの関与があり、周産期管理の改善と抗炎症反応を持つ薬剤の投与が有効である可能性が考えられた。また、研究の過程で新生児乳児消化管アレルギーの超低出生体重児において、症状出現時に血清IL-5、IL-10、IL-13、IL-17、IgEの一過性上昇を認め、非即時型の発症が典型的とされる新生児乳児消化管アレルギーのなかに即時型アレルギーの関与が考えられる症例がみられること報告した。極低出生体重児の母乳の消化・栄養状態、腹部所見などの臨床経過を分析し、腸管発育促進作用を持つと考えられる血液・尿サイトカインを臨床検体で測定した。Bio-Plexサイトカインアッセイを用いて生後1か月以内の血清・尿中サイトカイン27種を測定し、血清IL-6、IL-8、IL-10、IL-12、IL-17、VEGFの上昇を消化不良群で認めた。未熟児の消化管発育には炎症サイトカインが関与し抗炎症反応を持つ薬剤の投与が有効である可能性が考えられた。また、新生児乳児消化管アレルギーの超低出生体重児において、症状出現時に血清IL-5とIgEの一過性上昇を認め、即時型アレルギーが関与した症例を報告した。症例蓄積数を増やすため、研究協力施設である福井県立病院の倫理審査委員会に申請し承認を得られており、症例蓄積を重ねる予定である。今後は、未熟児の腸管発育促進作用を持つと考えられるVascular endothelial growthfactor(VEGF)などの血液中サイトカイン、胃内のサーファクタント蛋白質Dなどを測定し、超音波検査所見や臨床症状のスコア化により半定量化した消化管発育程度との相関を明らかにする予定である。また、消化管運動促進作用のあるエリスロマイシンおよび腸保護作用が期待されるサーファクタントの腸管内投与を、未熟腸管モデルマウスおよび腸管感染モデルマウスに対し行い、その効果を検討する準備を行う。臨床研究対象症例で収集した血清、尿、胃液の解析を進める。少量の検体で多項目のバイオマーカーを測定できるBio-plexを使用し、消化管発育、消化管運動促進に関わるバイオマーカーの探求を行っており、継続する。窒素、寒冷刺激、LPSの胃内投与により壊死性腸炎未熟児マウスモデルを作成し、サーファクタントやテプレノンの胃内投与による腸管保護の可能性、エリスロマイシンの胃内投与による腸管運動促進作用の検討を行う。新生児学本年度は臨床研究の臨床スコアと検体の蓄積を行っており、集積した検体で、バイオマーカーを測定する薬品購入費を次年度で申請する予定であるため。臨床研究の症例数を獲得するのに期間を要し、バイオマーカー測定キットの購入が次年度となったため。本年度と次年度に蓄積した臨床データとバイオマーカーを解析するため使用する予定である。臨床研究症例で収集した血清、尿、胃液などのバイオマーカーを測定する測定キットの購入に使用する。実験用マウス購入と飼育、壊死性腸炎未熟児マウスモデルの作成のための薬品購入のため使用する。
動脈硬化症に関連する長鎖ノンコーディングRNAの探索と核酸創薬

動脈硬化は死因の上位を占め、既に形成してしまった動脈硬化を縮退させる治療法が切望されている。本研究は、動脈硬化の治療法開発を目的として、動脈硬化形成過程で中心となるマクロファージの極性化・泡沫化に関与する長鎖ノンコーディングRNA(lncRNA)の探索を行った。マウスよりマクロファージを回収する方法を確立することに成功した。また様々な因子を用いて、マクロファージのM1型およびM2型への変換を試み、これに成功した。さらに、この極性転換に伴って変動するlncRNAを同定することにも成功した。これらのlncRNAを制御することで、今後動脈硬化症の治療法の開発につながることが期待される。本研究は、既に形成してしまった動脈硬化の縮退を目的として、動脈硬化形成過程で中心となるマクロファージの極性化・泡沫化に関与する長鎖ノンコーディングRNA(lncRNA)の探索を行うものである。本年度は、まずマウスより単球やマクロファージの単離を試みた。C57Bl/6J雄マウスの後肢の筋肉組織を剥離し、大腿骨を取り出し、骨髄マクロファージを回収した。L929細胞の培養上清に含まれる成長因子M-CSFを用いてM0型マクロファージへ分化誘導を行った。M0型フェノタイプを確認するために、蛍光免疫染色によりCD11bなどのフェノタイプマーカーを染色し、フローサイトメーターによる解析を進めている。他方でM1型への誘導を行うために、LPS(リポポリサッカライド)とIFN-γ(インターフェロンガンマ)を用いてこれらのマクロファージを刺激し、他方で、M2型への分化を目的としてIL-4(インターロイキン4)を用いた分化を行った。M1型およびM2型への変換を確認するためにフェノタイプの確認を行うとともに、M1型からM2型への極性転換に伴って変動する既知のlncRNAをPCRアレイを用いて解析を行う予定である。長鎖ノンコーディングRNA(lncRNA)は、タンパク質に翻訳されない200塩基長以上のRNAとして認知され、近年、癌を中心とした様々な疾患関連lncRNAも見出されている。そこで本研究では動脈硬化を安定化・縮退するための新しい方法論として、本疾患に関わるlncRNAを探索し、制御することにより動脈硬化症を治療する方法を探索する。すなわち、動脈硬化形成過程で中心となるマクロファージの性質を悪化させうるlncRNAを探索し、独自の人工核酸技術を用いて活性を制御することにより、動脈硬化抑制の可能性を検証することとした。初年度には、マウスより単球の単離、マクロファージへの分化を試みた。マウスの大腿骨より取り出した単球をマクロファージへ分化誘導をした後、各種薬剤を用いて極性化を試みた。極性化マクロファージに特徴的なマーカーの発現を確認することができた。本年度は、引き続きマクロファージの安定的培養を目指し、培養条件の最適化を行った。マクロファージの極性化を見極める代表的なマーカーであるArginaseを用いて検討を進めていたが、発現量が少なく正確な判断が困難であったため、種々のマーカータンパク質について検討を行い、発現量が高くシグナルノイズ比が十分に確保できる幾つかのマーカーを同定することができた。極性化細胞からRNAを抽出し、lncRNAの探索を進めた。アレイを用いた解析の結果、発現量が大きく異なる興味深いlncRNAを見出すことに成功した。他方で、我々の開発してきた人工核酸の単球、マクロファージへの移行性について検討したところ、効率良く細胞内へ取り込まれ活性を示すことを明らかにした。今後は、lncRNAの機能を効率良く阻害する化学修飾法について検討を進めていきたい。核酸医薬本年度は、計画通りマウスより骨髄マクロファージを単離し、M0型、M1型、M2型のそれぞれへの分化誘導や極性転換を行い、フェノタイプの確認を行った。他方で、泡沫化細胞の作成に向けた酸化LDLの調製なども可能となり、泡沫化細胞への分化誘導を進めている。マウス骨髄単球マクロファージから得られたM0型、M1型、M2型それぞれの細胞のフェノタイプの確認を行った後に、各細胞からtotal RNAを回収し、lncRNAのPCRアレイを用いて定量RT-PCRを行うことにより既知lncRNAの変動を確認する。同様にマイクロアレイを用いた包括的なlncRNAの探索を行い、変動するlncRNAについてアノテーションデータベースなどを利用して機能を予測・検索する。さらにlncRNAの機能阻害を目指し、アンチセンスオリゴヌクレオチドを設計し、in vitroトランスフェクションによりフェノタイプの変化を確認する。
機械的伸展負荷によって生じる心肥大の発生機序の解明とそれに基づいた治療薬の開発

13週齢自然発症高血圧ラット(SHR)に1型アンジオテンシンII(AngII)受容体拮抗薬TCV-116あるいはHydralazine,Nifedipineを連続経口投与した。4、8、12週の心室重量、心筋細胞横径を測定し、心エコー法を用いて左室壁厚を経時的に測定した。また、ミオシン重鎖アイソフォーム(MHC)、心筋間質コラーゲン量を解析した。一方、10^<-6>MのSaralasinまたはTCV-116の活性体CV11974で前処置した培養心筋細胞を伸展し、MAPkinase活性、c-fosの発現、phenylalanineの取り込み能を測定した。さらに、伸展負荷を加えた心筋細胞の培養上清で新たに心筋細胞を培養し、MAPkinase活性を解析した。その結果、SHRへのTCV-116の投与で、左室重量、心筋細胞横径、左室壁厚の増加が抑制され、MHCのV1からV3への変換と心筋間質線維化が抑えられた。Hydralazine,Nifedipineにはこのような心室リモデリング抑制作用は認められなかった。また、培養心筋細胞をSaralasin、CV11974で前処置した後伸展刺激を加えると、伸展負荷によるMAPkinaseの活性化、c-fosの発現、phenylalanineの取り込みの亢進が約70%抑制された。また、伸展負荷を加えた心筋細胞の培養上清を別の培養心筋細胞に加えると、MAPkinaseの一過性の活性上昇がもたらされたが、その上昇は、Saralasin、CV11974のいずれかを培養液に添加すると完全に消失した。以上、TCV-116のみが、SHRの心肥大を退縮させ、心室リモデリングを予防したことから、1型受容体を介して作用する内因性AngIIが高血圧性心肥大および心室リモデリングを形成し、その作用をブロックする薬剤が心肥大および心室リモデリングを抑制する新しい治療法となると考えられた。
超音波照射およびピエゾ振動子を用いたメタンハイドレートの分解特性に関する研究

メタンハイドレートは次世代のエネルギー資源として期待されており、生産時の分解促進方法として超音波照射法が考えられる。本研究ではR-11を用いて塊状ハイドレートと砂層孔隙充填型ハイドレートを作製し、地下状態におけるハイドレートの生成分解特性および超音波照射による分解特性を明らかにした。ハイドレート生成時には発熱反応が、分解時には吸熱反応が確認され、塊状よりも砂層孔隙充填型ハイドレートのほうが生成および分解効率が高い、また超音波照射によるハイドレート分解は低周波数のほうが分解効率は高い、南海トラフのようなハイドレート充填率が6080%の砂層孔隙充填型ハイドレートでは効果的であることが分かった。R-11ハイドレート生成は、R-11(液体)の水へ難で)、比重も1.45と大きいため容易ではないが、冷蔵庫内でバイブレーターによって継続的に混合溶液に振動を与えるなど、生成方法は概ね確立した。さらに、天然の産状を模した砂堆積物の粒子間孔隙中にR-11ハイドレートを約60%、80%および100%の飽和率で生成することができた(孔隙充填型ハイドレート)。28KHzおよび200KHz2種類の周波数の超音波を用いて塊状R-11ハイドレートに照射したところ、ハイドレートが不均一に分解することが確認でき、その際の温度分布をサーモグラフィーによって把握した。分解の圧力変移分布を把握するために、圧力画像解析システムを導入する予定であったが、当該製品は水中での使用ができないことが判明したため、水中でも使用可能にするべく試行錯誤的に工夫を重ねている。超音波照射によるハイドレート分解で発生する微小振動音を、圧電フィルム(ピエゾ振動子)を用いて検出して周波数/音圧レベル分布を解析することによって、ハイドレート分解挙動と超音波照射の効果が評価できる。しかし、圧電振動子によるRー11ハイドレートの分解時の振動音の検出を試みた。しかし,感度不足のため圧電フィルムセンサによるハイドレート分解で発生する振動音の検出は困難であったが、計測用コンデンサーマイクロフォン+電圧増幅器によって非接触状態で計測することができた。その振動音信号の周波数解析によって、ハイドレート分解速度の増加に伴って周波数ピークが増幅することがわかった。現段階では、圧電センサではR-11ハイドレート分解による振動音の検出ができなかったものの、計測用マイクロフォンによって計測することができた。圧電センサによって検出できなかった原因を検討するとともに、今後も圧電センサによるアプローチを続けたいと考えている。メタンハイドレートと同じ構造I型を持ち、常圧で生成が可能なR-11ハイドレートを用いて生成分解実験を行った。R-11(液体)は水に難溶で比重も1.45(25°C)と大きくR-11ハイドレート生成にはさまざまな工夫が必要であったが、生成方法は概ね確立し、塊状ハイドレート(日本海に分布するチムニー型)だけではなく天然(南海トラフに分布する砂層型)に近い砂堆積物粒子間孔隙中に約60%、80%および100%飽和率の孔隙充てん型ハイドレートを生成できるようになった。超音波を水に照射すると振動子の垂直方向に放射圧が加わり、音圧変化が著しい腹では微細気泡が生成し音圧変化に伴って膨張収縮を繰り返し、圧壊すると局所的に衝撃波が生ずる。微細気泡は定常波の腹で水の分子間力を上回る負圧状態になったときに生成することから、この負圧状態を利用することによってハイドレートの分解を促進できる。負圧により生じた微細気泡の働きを確認するため、シート状プレスケール(圧力分布画像解析システム)を用いることとしたが、水中でも使えるように工夫し投げ込み型の振動子を用いて圧力分布を測定した結果、腹において(3/4波長の位置)圧力は0.2から0.75MPaであることが分かった。超音波照射による放射圧の影響を除去するためにプレスケールを振動子面に垂直に設置したところ、腹の位置だけではなく全体にキャビテーションによる圧力分布(1MPa以下)が確認された。厚さ25mmと50mmのR-11ハイドレートを大気中で10 °Cにて分解させ、昨年度に実施した計測用コンデンサーマイクロフォンに続いてアコースティックエミッション(AE)信号の測定を行って周波数解析を行うとともに、分解時におけるAE発生数を測定した結果、分解時に発生するAEが大きくなるにつれて1MHz以下の周波数成分が増加することが確認された。メタンハイドレートとほぼ同じクラスレート構造を持ち、常圧で生成が可能なR-11を用いてハイドレートの生成および分解実験を行った。1.塊状ハイドレート(日本海に分布する表層型に相当)だけではなく天然に近い砂堆積物粒子間孔隙中に約60%、80%および100%飽和率の孔隙充てん型ハイドレート(南海トラフに分布する砂層型に相当)試料を実験的に作製した。ハイドレート生成および分解時の温度変化を測定したところ、生成時には発熱反応、分解時には吸熱反応が見られた。塊状ハイドレートよりも砂層孔隙充填型ハイドレートのほうが、生成および分解効率が高い。また、超音波照射によるハイドレート分解は、低周波数のほうが分解効率は高く、さらにハイドレート充填率が6080%の砂層孔隙充填型ハイドレートでは効果的であることが分かった。2.超音波を水に照射すると音圧変化が著しい腹では微細気泡が生成して膨張収縮を繰り返し、圧壊すると局所的に衝撃波が生じ、微細気泡発生時の負圧状態によってハイドレートの分解が促進される。

微細気泡の働きを評価するため、シート状プレスケール(圧力分布画像解析システム)を水中でも使えるように工夫するとともに投げ込み型の振動子を用いて、超音波照射によって生じる微小圧力分布を調べた。腹の位置において(3/4波長の腹の位置)、プレスケールにかかる圧力は0.2から0.75MPaであり、超音波照射による水中の物体に与える圧力には音波による放射圧とキャビテーション現象による衝撃波があることから放射圧の影響を除去するようプレスケールを振動子面に垂直に設置したところ、全体に微小圧(1MPa以下)が発生することを確認した。3.異なる(25mmと50mm)厚さのハイドレート試料を大気中10 °Cにおいて分解させ、AE信号を測定して周波数解析を行った結果、分解時に発生するAEが大きくなるにつれて1MHz以下の周波数成分が増加することを確認した。メタンハイドレートは次世代のエネルギー資源として期待されており、生産時の分解促進方法として超音波照射法が考えられる。本研究ではR-11を用いて塊状ハイドレートと砂層孔隙充填型ハイドレートを作製し、地下状態におけるハイドレートの生成分解特性および超音波照射による分解特性を明らかにした。ハイドレート生成時には発熱反応が、分解時には吸熱反応が確認され、塊状よりも砂層孔隙充填型ハイドレートのほうが生成および分解効率が高い、また超音波照射によるハイドレート分解は低周波数のほうが分解効率は高い、南海トラフのようなハイドレート充填率が6080%の砂層孔隙充填型ハイドレートでは効果的であることが分かった。1.ハイドレート試料作製:常圧で生成が可能なR-11ハイドレート生成は、塊状の試料だけではなく、天然を模した砂堆積物粒子間孔隙中に異なる飽和率で生成することができるようになった。また、実体鏡によってハイドレート生成と分解を観察しているが、微小なハイドレートは室温ではすぐに分解してしまうため、工夫策を検討中である。2.超音波発振装置による分解実験:超音波を液体水に照射すると振動子の垂直方向に放射圧が加わり、音圧変化が著しい腹では微細気泡が生成して物理的不安定となると圧壊して局所的に衝撃波が生ずる。負圧により生じた微細気泡の働きを確認するため、シート状感圧紙であるプレスケールを用いて超音波照射による圧力分布の把握を試みた。当該製品は水中での使用ができないため、試行錯誤的にプレスケールを水中でも使えるように工夫した。その結果、腹において(3/4波長の位置)プレスケールにかかる圧力は0.2から0.75MPaであり、放射圧の影響を除去したところ全体にキャビテーションによる圧力変化(1MPa以下)が確認された。3.メタンハイドレートの分解特性の把握:ハイドレートの分解特性を把握するため、昨年度に実施した計測用コンデンサーマイクロフォンに引き続きAE信号の測定を行って周波数解析を行うとともに、分解時におけるAE発生数を測定した結果、分解時に発生するAEが大きくなるにつれて1MHz以下の周波数成分が増加することが確認された。分解時におけるAE発生数は、AEセンサからの熱伝導の影響を受けて、ハイドレートが厚くなるとAE発生数が少なくなった。
細胞核の構造的特性を理解するためのin vitro再構築系の開発

「核の構造的特性」の理解を本研究の目的とし、本年度は主に、実験手法の整備・改善と、核内の特徴量に着目した核のサイズの増大速度の制御機構に関する解析を進めた。手法の整備・改善に関しては、前年度整備した実験環境において、アフリカツメガエル卵抽出液による核のin vitro無細胞再構築系を用い、核の構成材料の供給能力を改善させる実験条件を検討した。さらに、上記無細胞系で培養予定のDNA結合ビーズの作製を試みた。予備実験の段階ではあるが、従来法によるDNA結合ビーズを作製することに成功した。また、DNA結合ビーズより再構成される核の構築状態を大きく改善する実験条件を探索した。上記手法の整備・改善と同時に、核のin vitro無細胞再構築系、ならびにライブイメージング法を用いて、核のサイズが増大する制御機構に関する解析を進展させた。これは、先行研究とは異なる観点である、核が内包する遺伝情報であるDNAの「量」が核サイズの制御に与える影響に着目したものである。核内DNAの量に実験的摂動を与えた上で、核サイズの増大速度への影響を解析することで、核内のDNA量依存的に核サイズの増大を制御する特徴を示すことに成功した。さらに、この特徴の背後に潜む核サイズの制御機構を示唆する実験的証拠を得た。これは新規の核サイズの制御機構であり、当該領域に大きなインパクトを与える結果と言える。今後は、手法として整備を進めるDNA結合ビーズを用いた実験系を応用することで、より詳細なDNA量依存的な制御機構、ならびに分子機構の理解を試みる。1.(当初計画)卵抽出過程の改善・核の構成材料の供給能力の改善: DNAの量が核サイズの制御に影響を与えることを発見した。核の構築に最適なその他実験条件の探索を行うことは出来なかったが、DNAの量依存的な核サイズの制御機構に関して解析を進めることが出来た。本研究室の大学院生・学部生が本研究テーマを遂行しており、設備・実験遂行の人的な環境の両面で進展に十分な研究環境が整えられている。2.(当初計画)DNAビーズ核の改良:既知の手法を基にDNA結合ビーズの作製を試み、予備的な実験結果ではあるがDNA結合ビーズの作製に成功、さらに再構築した核をより効果的に拡大させる条件を同定することに成功した。しかし、未だ実験条件の不安定な部分が存在し、実験結果の再現性に不安を残す。1.DNAビーズ核の操作と条件検討:現状のDNA結合ビーズ作製法を応用し、ビーズに結合するDNAの量や質の操作、さらにビーズ自体の物理的特性の操作可能な実験条件の整備を行う。それと同時に、ビーズ上のDNAが操作できない場合のバックアップとして、生物由来のDNA材料の応用とそのDNA物理特性の操作、さらにビーズ以外の人工DNA材料を用いる手法についても探索する。DNA結合ビーズの操作に関しては、他目的でビーズを使用経験のある研究者からの助言を基に進めていく事も念頭に入れる。2.DNA量依存的な核サイズの増加速度の制御機構の解析:これまでに得られた特徴の制御機構の解析を進める。方策1のDNAビーズによるDNA量の操作から得られる結果との関連性も非常に高く、方策1・2の結果をフィードバックし研究課題を推進する。この結果をまとめ、年度内に論文投稿を行う準備を進める。方策1・2のどちらに関しても、研究代表者(原)と共に、本研究の基本実験技術を既に習得した大学院生が主体となり、研究協力体制を整え研究を進める。「核の構造的特性」の理解を本研究の目的とし、1年目は主に2年目以降用いる実験手法の整備と、核内の特徴量に着目した核のサイズの増大速度の制御機構に関する解析を行った。手法に関しては、アフリカツメガエル卵抽出液による核のin vitro無細胞再構築系を用いた、核の長時間・高頻度でのライブイメージング法を所属機関で常用的に行うための設備を整えた。また、核の構成材料の供給能力を改良するため、用いる生物材料の調整法や細かな実験条件を検討し、従来の無細胞再構築系における核の構造を構築する上での最適な実験条件を探索した。さらに、DNA結合ビーズの作製の予備実験を開始したと共に、DNAビーズとは異なるDNA材料の使用の検討も行った。これら無細胞再構築系の基礎と改良、ライブイメージング法、DNAビーズの作製は、本研究課題において2年目以降使用する手法であり、今後の研究促進が期待できる状態にある。上記手法の整備・改善の際に、ある実験条件を操作すると、核のサイズが増大する様子が異なることが明らかになった。計画した主たる目的とは異なるが、この核サイズ増大の特徴は、核のサイズ制御に関わる先行研究とは異なる制御機構の存在を示唆するものである。今後、この制御機構を明らかにすることが出来れば、当該領域での研究テーマとしてのインパクトが期待できることに加え、本研究目的である最適な核の構築条件を考察する上での情報を提供することにも繋がりうる。1.(当初計画)核のサイズの増加速度の詳細な測定法の確立:おおかた順調に進展した。所属研究室の環境のみでライブイメージングを行う設備は整えられていないものの、所属機関の共通機器の共同利用により十分遂行することが可能となった。設備面に加え、本研究室所属の大学院生が同手法を習得しており、実験を遂行する人的環境の面でも、本研究の遂行に十分な環境を整えることが出来た。2.(当初計画)

既存手法の改善:本研究実施中に報告のあった手法や情報を基に、新たな手法・実験条件の導入を試みた。残念ながら、それら手法が大きな改善策とはならなかったものの、その条件検討の過程から新たな核サイズの増大に関わる制御機構の存在を示唆する実験結果を得た。3.(当初計画)DNAビーズ核の使用:既知の手法を基にDNA結合ビーズの作製を試み、予備的な実験結果ではあるがDNA結合ビーズの作製に成功した。この手法とは別に、新たにDNA工学のアプローチを応用した異なるDNA材料の使用を検討した。「核の構造的特性」の理解を本研究の目的とし、本年度は主に、実験手法の整備・改善と、核内の特徴量に着目した核のサイズの増大速度の制御機構に関する解析を進めた。手法の整備・改善に関しては、前年度整備した実験環境において、アフリカツメガエル卵抽出液による核のin vitro無細胞再構築系を用い、核の構成材料の供給能力を改善させる実験条件を検討した。さらに、上記無細胞系で培養予定のDNA結合ビーズの作製を試みた。予備実験の段階ではあるが、従来法によるDNA結合ビーズを作製することに成功した。また、DNA結合ビーズより再構成される核の構築状態を大きく改善する実験条件を探索した。上記手法の整備・改善と同時に、核のin vitro無細胞再構築系、ならびにライブイメージング法を用いて、核のサイズが増大する制御機構に関する解析を進展させた。これは、先行研究とは異なる観点である、核が内包する遺伝情報であるDNAの「量」が核サイズの制御に与える影響に着目したものである。核内DNAの量に実験的摂動を与えた上で、核サイズの増大速度への影響を解析することで、核内のDNA量依存的に核サイズの増大を制御する特徴を示すことに成功した。さらに、この特徴の背後に潜む核サイズの制御機構を示唆する実験的証拠を得た。これは新規の核サイズの制御機構であり、当該領域に大きなインパクトを与える結果と言える。今後は、手法として整備を進めるDNA結合ビーズを用いた実験系を応用することで、より詳細なDNA量依存的な制御機構、ならびに分子機構の理解を試みる。1.(当初計画)卵抽出過程の改善・核の構成材料の供給能力の改善: DNAの量が核サイズの制御に影響を与えることを発見した。核の構築に最適なその他実験条件の探索を行うことは出来なかったが、DNAの量依存的な核サイズの制御機構に関して解析を進めることが出来た。本研究室の大学院生・学部生が本研究テーマを遂行しており、設備・実験遂行の人的な環境の両面で進展に十分な研究環境が整えられている。2.(当初計画)DNAビーズ核の改良:既知の手法を基にDNA結合ビーズの作製を試み、予備的な実験結果ではあるがDNA結合ビーズの作製に成功、さらに再構築した核をより効果的に拡大させる条件を同定することに成功した。しかし、未だ実験条件の不安定な部分が存在し、実験結果の再現性に不安を残す。1.DNAビーズ核の操作と条件検討:現状のDNA結合ビーズ作製法を応用し、DNAの状態を操作する実験条件を探索する。そのなかでも、ビーズに結合するDNAの量や質の操作、さらにビーズ自体の物理的特性を操作可能な実験条件の探索に集中する。
思春期前・思春期における体型認識の歪みと生活習慣に関するコホート研究

20052009年に埼玉県I町の中学1年生を対象に、体型認識の歪みと生活習慣との関連について検討した。体型認識の歪みには男女差が認められ、男子では過少評価、女子では過大評価する傾向がみられた。また、体型認識の歪みは、男子では運動、女子では夜食との関連が認められた。さらに、2002年2007年の小学4年生を対象に、小4時の体型認識の歪みがその後の体型に影響を及ぼすのか縦断的検討を行った。小学4年生の普通体重児において、男女ともに体型を過大評価することが、3年後の過体重と有意に関連することが示された。また、男女ともに体型を過小評価することが、3年後のやせと有意に関連することが示された。やせ志向によって太っていなくても自分の体型を太っているとするなどの体型認識の歪みが、子どもの生活習慣に影響を及ぼす可能性が考えられる。しかし、これらの関連についての疫学研究は少ない。そこで、1994年から埼玉県伊奈町のすべての小学4年生および中学1年生に実施されている小児生活習慣病予防検診データのマイニングによって、思春期前・思春期の児童・生徒における体型認識の歪みと生活習慣との関連を明らかにすることを目的とした。まず、小児の体格の現状を把握するために、小児の「やせ」・「肥満」の判定基準に関する文献を収集した。我が国では文部科学省学校保健統計の「肥満度」(性別・年齢別・身長別標準体重から算出)を用いて、肥満度ー20%以下を「痩身傾向児」、20%以上を「肥満傾向児」と定義していた。また、海外では身長、体重から算出したbody mass index(BMI)を用いるのが一般的で、International Obesity Task Force(IOTF)やCenters for Disease Control and Prevention(CDC)などが、それぞれ性別・年齢別のBMI基準値を設定していた。これらの判定基準に基づき、対象者(小学4年生及び中学1年生)の「やせ」の現状を比較検討した。「やせ」の割合は基準値によって異なっており、男子では29%、女子では211%であった。「肥満度」による「やせ」の判定は、BMIに基づいたIOTFの判定に比較して過小評価された。さらに、対象者の「やせ」・「肥満」の動向(1994年2013年)について、「肥満度」を用いて判定し、全国調査と比較検討した。肥満傾向児の出現率は概ね減少傾向にあるが、痩身傾向児は、肥満傾向児の出現率よりは少ないものの毎年増加傾向にあった。以上の結果を、昭和学士会雑誌にて発表した。2003年から2012年における日本の児童集団における痩身と過体重/肥満の割合と傾向について、肥満指数(BMI)と肥満度(POW)の定義を用いて検討した。POW基準値による痩身と過体重の割合は、BMI基準値と比較して、日本の児童において過小評価されたが、痩身と過体重/肥満の割合の傾向は、POW基準値とBMI基準値では類似することが示唆された。以上の結果を論文投稿(Journal of Epidemiology)し、掲載されることになった。また、20052009年に埼玉県I町の中学1年生を対象に、体型認識の歪みと生活習慣との関連について、性差に注目して検討した。中学1年生は、体型認識の歪みには男女差が認められ、男子では過少評価、女子では過大評価する傾向がみられた。適正な体型認識のためには、性差を考慮した健康教育が適切であると考えられる。また、これらの結果について、第23回日本健康教育学会学術大会にて発表した後、論文にまとめ、投稿し、現在審査中である(Archives of Public Health)。さらに今年度は、小学4年生時のデータ(20022007年、ベースライン時)と3年後(20052010年)の中学1年生時のデータをリンクさせ、小学4年生時の自己の体型認識の歪みがその後の体型に影響を及ぼすのか、生活習慣との交互作用についての縦断的検討を行った。その結果、小学4年生の普通体重児において、男女ともに体型を過大評価することが、3年後の過体重と有意に関連することが示された。学童における体型認識の歪みはその後の体格に影響を与えることが示唆された。以上の結果を、第74回日本公衆衛生学会総会にて「学童における体型認識の歪みとその後の体格との関連:3年間のフォローアップ研究」発表した。また、論文化し、国際誌に投稿する予定である。

「中学1年生男女における体型認識の歪みと生活習慣の関連」についての横断的な検討を行い、学会発表及び論文作成を行った。論文については、現在投稿し、審査中である。公衆衛生小学4年生時のデータと中学1年生時のデータをリンクさせ、小学4年生時の自己の体型認識の歪みがその後の体型に影響を及ぼすのか、生活習慣との交互作用についての縦断的な検討を行い、学会発表及び論文作成を行う予定である。既存データに対するデータマイニングによる小児の「やせ」の実態、最近の小児の「やせ」・「肥満」の動向について、学会発表および論文にて報告した。さらに、現在1編は投稿中である。体型認識の歪みと生活習慣の関連についての横断的な検討は、計画より遅れ気味ではあったが、中学1年生男女についてはすでにデータの解析を終え、学会発表の準備をしており、概ね順調に進展している。掲載された論文1編(Journal of Epidemiology)の発行が遅れており、雑誌掲載料の支払いが平成27年度での処理になった。また、3月末での学会出張(日本衛生学学会総会)における経費精算が平成27年度での処理になったため。体型認識の歪みと生活習慣の関連についての横断的な検討を行い、学会発表、論文作成を行う予定である。また、あわせて小学4年生時のデータと中学1年生時のデータをリンクさせ、小学4年生時の自己の体型認識の歪みがその後の体型に影響を及ぼすのか、生活習慣との交互作用についてのデータ解析を行い、縦断的に検討する。平成27年度は、現在投稿中の論文「中学1年生における体型認識の歪みと生活習慣との関連」の掲載にむけて作業を進める。また、「小学4年生時の自己の体型認識の歪みがその後の体型に影響を及ぼすのか」に関する縦断的な検討を行い、学会発表(第74回日本公衆衛生学会総会:長崎を予定)、論文作成・投稿する予定である。学会発表のための旅費、宿泊費、英文校正代、論文掲載費として研究費を使用する計画である。平成25年度、第3回国際肥満学会での発表を予定していたが、日程が合わずに参加ができなかったため。また、掲載された論文1編の雑誌発行が遅れ、掲載料の支払いが平成26年度での処理となったため。平成26年度は、第23回日本健康教育学会学術大会(札幌)にて「中学1年生における体型認識の歪みと生活習慣との関連ー性差に注目して」を学会発表し、論文作成・投稿する予定であり、学会発表のための旅費、宿泊費、英文校正代、論文掲載費として研究費を使用する計画である。
新生児期の脳血行動態の異常とその後の脳の形態的発達障害との関係について

今年度は、1)早期産低出生体重児を含めた新生児における前大脳動脈(ACA)並びに中大脳動脈(MCA)のPulsatility Index(PI)の正常値の作成と、2)早期産低出生体重児と正期産児における乳児期の脳梁の形態的発達の差異を明らかにすることを研究の主眼とした。2)神経学的に正常に発達したPretermとTerm Infants群を対象とした。乳児期(生後013ヶ月、Preterm群では修正月齢)のMRIより正中矢状断像をパーソナルコンピューターに取り込みNIH image(ソフト)を用い、脳梁の幅(Pediatric Neurology 1994;10;141-144で既報)、長さ、面積を計測した。その結果、Preterm群長さYmm=1.45X(month age)+44.81、R=0.67、P<0.001)面積Ymm^2=16.51X+129.21、R=0.79、P<0.001、Term群長さYmm=1.00X+45.39、R=0.70、P<0.001面積Ymm^2=17.03X+135.95、R=0.74、P<0.001で両群間に共分散分析で有意差を認めなかった。又、精神運動発達遅延児では脳梁が有意に薄いことが明らかであり(Pediatric Neurology 1994;11:219-223で報告)、今後、脳血流速度に異常を呈した児における脳梁の形態について検討していく予定である。
道路網における地理的行動モデルを実装したエリアマーケティングGISの研究

この研究では,道路網における地理的行動モデルを実装したエリアマーケティングGISの開発提案を目指してきた。エリアマーケティングを目的として,消費者の購買行動を考える場合,最もよく利用されるモデルにハフのモデルがあり,昨年度からこれを現実の都市道路網空間に拡張することを試みてきた。その試みの中で,いくつかの問題点も浮かび上がり,それを克服することを含めて検討を進めてきた。本研究で検討してきたことは,実際にSANET(Spatial Analysis on a NETwork)と呼ばれる統合分析ツールの一ツールとして組み込んで一般に公開してきており,その利用者も増加しつつある。SANETそのものは,点分布パターンの数理的分析手法などを実装したツールの集合体であり,GISソフトウェアArcView8のプラグインシステムとして開発されたものである。国土地理院の提供する数値地図2500をベースマップに使ったテストも行っており,そうしたテストでも都市道路網におけるエリア分析や需要分析を行いかつ図示することに成功している。2年間の研究によって,一般の研究者が利用できるエリアマーケティングGISツールを提供することができた。しかしながら,まだ改善する余地が多々あることに加え,こうしたツールの存在を一般社会に知らしめる作業が残っている。研究期間終了後も,こうした点を踏まえた研究活動を続けていく所存である。この研究では,道路網における地理的行動モデルを実装したエリアマーケティングGISの開発提案を目指している。エリアマーケティングを目的として,消費者の購買行動を考える場合,最もよく利用されるモデルにハフのモデルがあり,本年度はこれを現実の都市道路網空間に拡張することを試みた。その試みの中で,新たな問題点が浮かび上がり,その問題を克服する検討を進めている。具体的には,分析を行う地域の境界線が分析結果にもたらす影響について,その定性的傾向を把握し,それを踏まえた分析方法の検討を行っている。すでに,エリアマーケティングGISのプロトタイプはできあがっており,SANET(Spatial Analysis on a NETwork)と呼ばれる統合分析ツールの一ツールとして組み込んで一般に公開している。プロトタイプではあるものの,数値地図2500をベースマップに使ったテストを現在進めている途中であり,そうしたテストでも都市道路網におけるエリア分析や需要分析を行いかつ図示することに成功している。とはいえ,まだ改善する余地が多々あり,次年度は,そうした点を踏まえた課題の克服などを重点的に行う予定である。
間欠的な低酸素暴露による運動効率の改善に関する研究

間欠的低酸素暴露による最大下運動時の呼吸循環応答ならびに持久的パフォーマンスの変化を明らかにするために,以下の実験を実施した.実験1)被験者を15名の持久的鍛練者とした(低酸素群8名,コントロール群7名).低酸素暴露:には簡易式低酸素テントを用い(酸素濃度:約12%)時間及び期間は3時間/日,2週間とした.間欠的低酸素暴露前後に最大及び最大下運動テスト,3,000mタイムトライアルを実施した.2週間の間欠的低酸素暴露後,最大運動テストにおける呼吸循環応答は両群共に変化が認められなかった.低酸素群では,最大下運動時に酸素摂取量及び心拍数の有意な低下が認められた.3000mランニングタイムは,低酸素群で向上傾向が認められたが統計的に有意な差は認められなかった.各個人の最大下運動時における酸素摂取量の変化と3000mランニングタイムの変化との関係を見るために,それぞれの変化値(Δ)を求め,単純相関にてそれぞれの関係を求めた.その結果,最大下運動時の酸素摂取量の変化と3000mランニングタイムとの間に有意な相関関係が見られた.これらの結果から,間欠的低酸素暴露による持久的パフォーマンス向上に運動時の酸素摂取量の低下が寄与することが示唆された.実験2)被検者を13名の持久的鍛錬者とし,低酸素群6名,コントロール群7名とした.低酸素暴露の方法は実験1と同様とし,時間を3時間/日,期間を1週間とした.間欠的低酸素暴露前後に最大及び最大下運動テストを実施した.1週間の間欠的低酸素暴露後,最大及び最大下運動時における呼吸循環応答には両群共に変化が認められなかった.これらの結果から,3時間/日,1週間の間欠的低酸素暴露では運動時の呼吸循環応答に影響を及ぼさないことが明らかとなった.低酸素発生装置及び簡易式テントを設置し,テント内の酸素及び炭酸ガス濃度の変化を測定した.炭酸ガス濃度の増加を抑えるため,炭酸ガス吸収剤をテント内に設置した.その結果,酸素及び炭酸ガス濃度はそれぞれ12,0%,0.1%で維持可能であることを確認した.間欠的低酸素暴露による最大下運動時の呼吸循環応答の変化を明らかにするために,以下の実験を実施した.被験者を15名の持久的鍛練者とし,低酸素群8名,コントロール群7名とした.間欠的低酸素暴露には簡易式低酸素テントを用い,時間及び期間を3時間/日,2週間とした.2週間の間欠的低酸素暴露前後に最大及び最大下運動テストを実施した.また,安静時において採血を行い,血液成分の分析を行った.2週間の間欠的低酸素暴露後,両群共に血液成分に変化が認められなかった.最大運動テストにおける呼吸循環応答にも両群共に変化は認められなかった.低酸素群では,最大下運動時に酸素摂取量及び心拍数の有意な低下が認められた.これらの結果から,短期間の間欠的低酸素暴露により運動時の酸素摂取量の低下,すなわち運動効率が改善することが示唆された.間欠的低酸素暴露による最大下運動時の呼吸循環応答ならびに持久的パフォーマンスの変化を明らかにするために,以下の実験を実施した.実験1)被験者を15名の持久的鍛練者とした(低酸素群8名,コントロール群7名).低酸素暴露:には簡易式低酸素テントを用い(酸素濃度:約12%)時間及び期間は3時間/日,2週間とした.間欠的低酸素暴露前後に最大及び最大下運動テスト,3,000mタイムトライアルを実施した.2週間の間欠的低酸素暴露後,最大運動テストにおける呼吸循環応答は両群共に変化が認められなかった.低酸素群では,最大下運動時に酸素摂取量及び心拍数の有意な低下が認められた.3000mランニングタイムは,低酸素群で向上傾向が認められたが統計的に有意な差は認められなかった.各個人の最大下運動時における酸素摂取量の変化と3000mランニングタイムの変化との関係を見るために,それぞれの変化値(Δ)を求め,単純相関にてそれぞれの関係を求めた.その結果,最大下運動時の酸素摂取量の変化と3000mランニングタイムとの間に有意な相関関係が見られた.これらの結果から,間欠的低酸素暴露による持久的パフォーマンス向上に運動時の酸素摂取量の低下が寄与することが示唆された.実験2)被検者を13名の持久的鍛錬者とし,低酸素群6名,コントロール群7名とした.低酸素暴露の方法は実験1と同様とし,時間を3時間/日,期間を1週間とした.間欠的低酸素暴露前後に最大及び最大下運動テストを実施した.1週間の間欠的低酸素暴露後,最大及び最大下運動時における呼吸循環応答には両群共に変化が認められなかった.これらの結果から,3時間/日,1週間の間欠的低酸素暴露では運動時の呼吸循環応答に影響を及ぼさないことが明らかとなった.
界面活性剤を含まないナフタロシアニンナノ粒子の作製と光音響イメージングへの応用

近年注目されている有機化合物で、近赤外光を吸収して生体適合性が高いものの1つにナフタロシアニンがあり、これを微粒子化すれば医療等の様々な分野で利用できるため微粒子化が期待されている。しかしながら、これまでの方法では作製した微粒子に界面活性剤が含まれてしまうため、生体内での界面活性剤の毒性や、界面活性剤の存在による微粒子の光学特性低下が問題となってきた。そこで本研究では、ナフタロシアニン粉末の懸濁液にレーザー光照射することによって、界面活性剤を含まない微粒子を作製し、これを次世代バイオイメージング手法として期待されている光音響イメージングに用いることを目的とする。