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光遺伝学とiPS細胞技術を応用したパーキンソン病の新規治療法の開発

パーキンソン病における中絶胎児由来ドパミン細胞移植は、オフ・ジスキネジアや腫瘍化の問題のため、一般的な治療法となっていない。本研究では、これらの問題を解決するために、制御可能なiPS細胞由来ドパミン神経移植療法を開発することを目的とした。光反応性蛋白を発現したiPS細胞由来ドパミン神経を作成し、ジスキネジアモデルマウスに移植し、細胞の生着および症状の改善を確認した。進行期パーキンソン病ではウェアリングオフやジスキネジアといった運動合併症が問題となる。進行期パーキンソン病におけるニューロモジュレーションとして、視床下核または淡蒼球内節を電気刺激する脳深部刺激療法(DBS)が有効である。しかし、従来の電気刺激では、刺激強度によっては刺激範囲が広がってしまい、目的神経核以外に刺激がおよぶことによる副作用が問題となる。induced pluripotent stem (iPS)細胞由来の神経細胞移植においても、移植細胞のドパミン放出をコントロールしない限り、ジスキネジアの問題は解決しない。そこで、本研究では、光活性化イオンチャネル蛋白をiPS細胞由来ドパミン神経細胞に発現させた「光反応性ドパミン神経細胞」を移植することによって、移植細胞のドパミン放出を光ファイバー経由で外部から自由にコントロールできるようにした調節可能神経細胞移植療法によるパーキンソン病に対する新規ニューロモジュレーション法の開発を目的とした。初年度は、in vitroでiPS細胞由来ドパミン神経細胞の光刺激によるドパミン放出を測定すると同時に、免疫不全マウスの線条体にiPS細胞由来ドパミン神経細胞を移植を行い、in vivoで光刺激によるドパミン放出を測定した。その結果、iPS細胞由来ドパミン神経の移植に成功し、移植細胞の生着を確認することができた。しかし、これまでのところ、移植したiPS細胞由来の光刺激によるドパミン放出はまだ十分に確認できていない。in vitroにおいても光刺激に対する反応はやはりまだ十分に確認できていない。従って、光反応性蛋白の発現に問題があると考えられ、今後は光反応性蛋白の発現条件を工夫し、光によるドパミン放出制御機構を確立する予定である。当初の予定よりも早く、iPS細胞由来ドパミン神経の移植に成功している。一方で、これまでのところ、in vivo、およびin vitro、いずれにおいても光刺激に対する反応が十分に確認できておらず、光反応性蛋白の発現条件を工夫する必要があり、そのための準備を進めているところである。従って、総合的にはおおむね順調に進展していると判断した。進行期パーキンソン病(PD)ではウェアリングオフやジスキネジアといった運動合併症が問題となる。これまで、視床下核または淡蒼球内節を電気刺激する脳深部刺激療法(DBS)の有効性がしめされているが、従来の電気刺激では、刺激強度によっては刺激範囲が広がってしまい、目的神経核以外に刺激が及ぶため副作用が問題となった。本研究では、光活性化イオンチャネル蛋白をiPS細胞由来ドパミン神経細胞に発現させた「光反応性ドパミン神経細胞」を移植することによって、移植細胞のドパミン放出を光ファイバー経由で外部から自由にコントロールする調節可能神経細胞移植療法によるPDに対する新規ニューロモジュレーション法の開発を目的とした。前年度は、初年度同様、in vitroでiPS細胞由来ドパミン神経細胞の光刺激によるドパミン放出を測定すると同時に、免疫不全マウスの線条体にiPS細胞由来ドパミン神経細胞移植を行い、in vivoで光刺激によるドパミン放出を測定した。また、iPS細胞由来ドパミン神経の移植に成功し、移植細胞の生着を確認でき、さらに半年間、腫瘍化せずに生着することを確認できた。しかしながら、これまでのところ、移植したiPS細胞由来の光刺激によるドパミン放出はまだ十分に確認できていない。この原因として、光反応性蛋白の発現が不十分であることが考えられ、in vitroにおいて光反応性蛋白の発現性について追加検討を行った。その結果条件を変更することで、in vitroで光反応性蛋白の発現が確認できた。また、フリームービング下での光刺激実験も行った。次年度は新たな条件のもと、光によるドパミン放出制御機構を確立する予定である。当初の予定よりも早く、iPS細胞由来ドパミン神経の移植に成功しているが。一方で、光反応性蛋白の発現条件の検討に時間を要した。次年度からは移植細胞の光調整によるドパミン放出の調整および症状の調整実験が行える状態になったため、総合的にはおおむね順調に進展していると判断した。そこで、本研究では、光活性化イオンチャネル蛋白をiPS細胞由来ドパミン

神経細胞に発現させた「光反応性ドパミン神経細胞」を移植することによって、移植細胞のドパミン放出を光ファイバー経由で外部から自由にコントロールした調節可能神経細胞移植療法によるパーキンソン病に対する新規ニューロモジュレーション法の開発を目的とした。本研究では、in vitroにおける光反応性蛋白の発現条件の検討を行い、in vitroで光反応性蛋白の発現を確認した。さらにin vitroでiPS細胞由来ドパミン神経細胞の光刺激によるドパミン放出の測定を行うと同時に、免疫不全マウスの線条体にiPS細胞由来ドパミン神経細胞移植を行い、in vivoで光刺激によるドパミン放出を測定した。その結果、iPS細胞由来ドパミン神経の移植に成功し、移植細胞の生着を確認することができた。さらに半年後も腫瘍化せずに生着していることを確認できた。本研究によって、確立した光刺激によるドパミン放出制御機構を用いることで、将来は人における「光反応性ドパミン神経細胞」移殖療法の実現につながる可能性がある。パーキンソン病における中絶胎児由来ドパミン細胞移植は、オフ・ジスキネジアや腫瘍化の問題のため、一般的な治療法となっていない。本研究では、これらの問題を解決するために、制御可能なiPS細胞由来ドパミン神経移植療法を開発することを目的とした。光反応性蛋白を発現したiPS細胞由来ドパミン神経を作成し、ジスキネジアモデルマウスに移植し、細胞の生着および症状の改善を確認した。神経内科次年度使用額が生じた主な理由として、当初初年度に購入予定であった、レーザー光光源を、以前から所有していたもので代用できたため、購入せずに済んだことがあげられる。2016年度には、当初予定になかった光反応性蛋白のvitroでの発現条件の検討を行わざるええなかったため、移植実験は当初の予定よりも件数が少なかったため、マウスの分、未使用額が生じた。本年度はジスキネジアモデルマウスでの行動実験も予定するため、追加でワイヤレス光刺激装置を中心に購入する予定である。2017年度では2016年度で行わなかった移植実験を取り戻して行うため、未使用額はその経費とする予定である。
革新的な光応答性薬剤担持型バルーンの開発と冠動脈疾患治療への展開

効率的な薬剤送達を可能にする薬剤溶出バルーン(DEB)を実現するためには、患部まで安定に薬剤を保持し狙ったタイミングで確実にリリースさせることが不可欠である。そこで、当該年はバルーン表面に薬剤を担持させ、光刺激によって薬剤をリリース可能な光応答性薬剤担持型バルーンのコンセプトを証明することを目的とした。まず、医療用バルーンと同素材であるラッテクス粒子に対して光開裂基(PC)を導入した後、モデル薬剤として蛍光分子であるCy5を結合させたCy5-PC-Latexを作成した。Cy5-PC-Latexに対して共焦点顕微鏡(LSM)を用い、Latex表面にCy5が導入されていることを確認した。さらに、光開裂を誘発させる波長の光を一定時間照射した後、再びLSMを用いた評価を行なったところ、光照射箇所のみのCy5の蛍光が消失した。この結果から、目的とする箇所、狙ったタイミングでの薬剤リリースを可能する本コンセプトの有効性が証明された。さらに、in vitro実験から光開裂によってリリースしたCy5が細胞に取り込まれることを確認した。また、本システムの安定性を検討するために、従来のDEBに対しても適用されているshake testを行なった。コントロールとして、既存のDEBと同様の方法でラテックス粒子にCy5を搭載したCy5-int-Latexを作成し、Cy5-PC-Latexとの比較を行った。その結果、Cy5-int-Latexについては実験直後からCy5が剥離したのに対し、Cy5-PC-Latexに関してはCy5の減少は見られずLatexに残存することが確認された。本課題のコンセプトを証明するために重要な光応答性薬剤担持型ラテックス粒子の作成、光機能性評価、in vitro実験を予定通りに実施した。その結果、光開裂基を介して蛍光物質を粒子に搭載させること、また光照射によって短時間でリリースさせることに成功し、in vitro実験によりリリースした蛍光物質の細胞への取り込み挙動を確認した。さらに、担持した蛍光物質の安定性評価により血流中でも高い安定性を保持できる可能性を示すことができたことから、おおむね順調に進展していると考えている。2018年度において、光照射によってのみ薬剤をリリース可能なシステムの作成に成功した。しかしながら、ラテックス表面は疎水性が高いために血液適合性の低さが想定される。そこで2019年度は、血液適合性の向上を目的として高分子の導入を行う。Cy5-PC-Latexと同様にLSMを用いた評価により高分子の導入を確認した後、マウスの血液と接触させ血液適合性を評価するとともに、in vivoでの評価を検討している。また、担持可能な蛍光物質の量と高分子の量はトレードオフの関係にあるため最適化を行う。さらに、血液中におけるCy5-PC-Latexの光応答性を確認し、開裂速度や挙動に課題が生じた際には、PCリンカーの構造を適宜変えることで改善を試みる。

さらに、血液中におけるCy5-PC-Latexの光応答性を確認し、開裂速度や挙動に課題が生じた際には、PCリンカーの構造を適宜変えることで改善を試みる。次年度は、マウスから採取した血液を用いた評価やin vivoでの評価を多く行うため、費用が多く必要となる。また、血液適合性を付与するために導入する生体適合性高分子であるポリエチレングリコール(PEG)は高価な試薬であるが、最適化のために異なる分子量種を揃える必要があり、さらに、粒子への導入を確認するために蛍光分子を有したPEGを購入する必要があり費用がかかる。以上の理由から、研究を遂行するために次年度に予算を多く残した。
円周の微分同相群と共形場の理論

1.円周の微分同相群の群のコサイクルとして知られているGodbillon-Vey類について研究し、高次元多様体上の余次元1葉層構造について、その有理性、非有理性の問題を研究した。3次元球面の2つの直積X上の葉層構造に対して、その3次元コホモロジー群にあるGodbillon-Vey特性類(a,b)を考えると、葉層の変形に際してa/bは不変に保たれることがわかる。横断的に区分線型なX上の葉層構造に対するGodbillon-Vey特性類(a,b)については、a/bは有理数または無限大であることを示していたが、X上のLipschitzかつ微分が有界変動という微分可能性をもつ余次元1葉層構造では、Godbillon-Vey特性類(a,b)が、a/bとして任意の無理数を取り得ることを示した。2.3次元多様体の余次元1葉層の種数2以上のコンパクト葉の安定性について研究し、Bonatti-Firmoによりこれまで知られていたC0級位相による不安定性を改良し、C1級位相による不安定性を示した。そのために種数2以上の閉曲面の基本群の局所微分同相の芽のなす群への表現が可換な表現に摂動できることを示した。3.Sergiescu氏と共同で、いろいろな位相的等質空間の位相同型群について研究し、各次元のメンゲ普遍コンパクト空間の位相同型群はホモロジー的に自明であることを示した。4.佐藤篤之氏と共同で曲面上の円周束のファイバーに横断的な接触構造を研究し、このような接触構造の存在のための円周束のオイラー類についての必要十分条件を示した。これは、独立にGhys-Girouxによっても得られている。
Ｐｒｏｂｉｎｇ　Ｓｉｎｇｌｅ　Ｃｈａｎｎｅｌｓ　ｂｙ　Ｆｏｒｃｅ

チャネルの電位センサーはどのように電位差を感知するのか?また、どのように電位センサーの動きとチャネルのゲート開閉を共役させているのか?これら詳細は未だ解明されていない。ここで、電位依存性チャネルのゲート開閉に関与する構造変化を明らかにするために、外力によるイオンチャネルの操作と同時にチャネルコンダクタンス測定を行っていく。そのために、遺伝子工学を用いてチャンネル上にマイクロンサイズプローブを結合、外力を加えていく。ごく稀に特異的な結合は確認できており、チャンネル開閉への影響も確認できている。電位依存性イオンチャネルでは、電位センサー部位(voltage sensor domain: VSD)が膜電位に応じて構造変化を起こすことで、イオンチャネルの開閉を制御していると考えられている。そこで、イオンチャネルの一部分に力を加え、VSDの構造変化を起こすと同時に、イオンチャネルのコンダクタンスを計測することを目指している。そのために、遺伝子工学を用いてVSD上に結合部位を組み込んだイオンチャネルに、ミクロンサイズのプローブを結合させることを試みている。現在まで、結合部位としてビオチンやタンパク質が組み込まれたイオンチャネルを作製してきた。このイオンチャネルに大きなプローブの結合が可能であると確認できた。ごく稀に特異的な結合は確認できており、チャネルの開閉への影響も確認できている。抗体のような小さな分子がイオンチャネルへ結合していることは確認できたが、より大きなプローブの結合は確認できていない。また、プローブとパッチクランプ上の細胞膜との結合を適切に観察するシステムを開発してきた。今後もこのシステムを用いて、よりよい結合を判断していく。現在まで何回か特異的な結合は確認できているが、チャネルの開閉への影響は確認できていない。一方で、プローブと結合させるために何種類ものミュータントを作製してきたが、ミュータントの特徴自体が興味深いものもある。ナノバイオサイエンス当初予想していなかったが、本研究においてカギとなるミクロンサイズのプローブとイオンチャネルの特異的な結合に問題があることが研究過程でわかった。この結合を確認するために、プローブとパッチクランプ上の細胞膜の結合を観察できるシステムを構築した。本研究においてカギとなる、ミクロンサイズのプローブとイオンチャネルの特異的な結合に問題があるためである。この結合を確認するために、プローブとパッチクランプ上の細胞膜の結合を観察できるシステムを構築してきた。その結果、特異的な結合の割合は低いことがわかっている。非特異的な結合もしばしばみられる。特異的な結合の問題は解決し、有益な研究結果につながり始めている。引き続きより多くのデータを集め、コントロール実験も行っていく。現在まで試してきた結合と異なる相互作用を用いた方法を、すでに試し始めている。また、現在まではイオンチャネルのVSDの細胞外側のループへプローブを結合させることを試みてきたが、今年度はイオンチャネル上の異なる場所へ結合させることも合わせて探求していく。現在までプローブの特異的な結合を観察できるようなシステムの開発を進めてきたが、そのことによって今後の様々な方法を試した際に、特異的な結合かどうかをすぐに見極められることができる。このシステムを今後も用いて、よりよい結合をすばやく判断していく。加えて、イオンチャネルを操作する際に間接的な力を加える方法も試している。タンパク質やリガンドがイオンチャネルの一部分に結合することや、イオンチャネルの一部分に酵素が結合し酵素が構造変化することによって、力を加えることができる。今までに作製してきたミュータントの中にはそのような影響が見受けられるものもある。当初予想していなかったが、本研究においてカギとなるミクロンサイズのプローブとイオンチャネルの特異的な結合に問題があることが研究過程でわかった。研究計画の見直しのため、未使用額が生じた。当初目的を達成するために、引き続き実験に必要な抗体やビーズ、細胞培養試薬の購入、顕微鏡備品の購入、加えて、国内外の学会に行くための費用に未使用額を充てることとしたい。ほとんどの予算は、新たなイオンチャネルを作製するための分子生物学の仕事と、結合に使用するタンパク質や、抗体、そして抗体がコートされたビーズなどのプローブを購入するために使用する予定である。加えて、一部の予算は国内外の学会に行くための費用として使用する。
向神経・精神薬による電位依存性Naチャンネル遺伝子発現の変動

A.電位依存性Naチャンネルのdensityが、神経細胞の興奮性を支配することが知られている。今回、培養ウシ副腎髄質細胞を用いて、Naチャンネルの変動とその機序について検討した。1)ベラトリジン(Naチャンネル、アクチベーター)で細胞を前処置すると、その濃度・時間に依存して、ベラトリジンによる細胞内への^<22>Na流入は減少した。^<22>Na流入に対するベラトリジンのEC_<50>、テトロドトキシンのIC_<50>は、処理細胞と対照細胞との間に有意差はなかった。2)ベラトリジン処理細胞では、Naチャンネルへの^3H-サキシトキシン(STX)結合のBmaxが低下した(Kdは不変)。3)ベラトリジン処理細胞では、ジアシルグリセロール(DAG)が増加し、プロテイン・カイネースC(PKG)の膜へのtranslocationが促進された。これらの効果は、Ca除去液中では認められなかった。以上、Naチャンネルを介するNa流入に伴っておこる脱分極により、電位依存性Caチャンネルが開口し、その結果、細胞内にCaが流入し、DAG産生、PKCの膜へのtranslocationが促進されること、さらに、PKC活性化がNaチャンネルのdown-regulationに関与していることを示唆した。B.Naチャンネルには、薬理学的に異なる数多くのサブタイプの存在することが、近年報告されている。ブレベトキシンなどのトキシンによる^<22>Na流入に、アロステリックな調節機構の存在することを報告した。
瀬戸内海における異常潮位・濃霧に起因する船舶運航と海難の防止に関する検討

港湾計画においては構造強度や海洋環境など様々な観点から多面的に検討されるが,その中でも最も重要な指標の一つに港内静穏度,特に波浪や風による影響の検討がなされる.瀬戸内海など外洋に面していない海域の港湾の場合,波浪条件が静穏であることから外洋性港湾ほど詳細な安全性の検討がなされているとは言い難い.しかし,著者らは瀬戸内海における港湾において,強潮流時にも船舶が運用困難となる事例から潮流による運用困難な影響も詳細に検討する必要性を示した.当初は潮流による船体運動への影響評価として,静止した船舶が潮流を受けた場合に移動する距離を潮流条件ごとに比較検討した.しかし,実際には船体が桟橋に着桟する局面では舵とプロペラの力を用いて姿勢制御を行う操船方法であり,これらの影響を考慮した船体運動の数値解析法は検討できていない.潮流が卓越する中で運用せざるを得ない港湾の運用限界を定量的に評価するため,舵とプロペラによる操船制御の動作を考慮した船体運動の解析手法へ改良する必要があると考えられる.瀬戸内海の船舶運航者を対象に潮流下での運用の困難度をアンケート調査で把握し,港湾運用の現状を改めて整理した.これをもとに前報で対象とした潮流影響が顕著な離島航路のフェリー港湾まわりの潮流・水質調査を大潮日に数回実施した.さらに潮流中における着桟操船時の船体運動について,舵力,プロペラ推力,ポンツーン衝突時のエネルギー吸収などの影響を再現できる数値計算法の開発を実施し,再現精度を検証するとともに強潮流下における港湾での新たな運用限界の検討方法を提案した.この結果,実際の着桟局面での船体運動を定量的に評価することが可能となり,強潮流が卓越する港湾での運用の困難度を評価する一手法を確立することができた.港湾計画においては構造強度や海洋環境など様々な観点から多面的に検討されるが,その中でも最も重要な指標の一つに港内静穏度,特に波浪や風による影響の検討がなされる.瀬戸内海など外洋に面していない海域の港湾の場合,波浪条件が静穏であることから外洋性港湾ほど詳細な安全性の検討がなされているとは言い難い.しかし,著者らは瀬戸内海における港湾において,強潮流時にも船舶が運用困難となる事例から潮流による運用困難な影響も詳細に検討する必要性を示した.当初は潮流による船体運動への影響評価として,静止した船舶が潮流を受けた場合に移動する距離を潮流条件ごとに比較検討した.しかし,実際には船体が桟橋に着桟する局面では舵とプロペラの力を用いて姿勢制御を行う操船方法であり,これらの影響を考慮した船体運動の数値解析法は検討できていない.潮流が卓越する中で運用せざるを得ない港湾の運用限界を定量的に評価するため,舵とプロペラによる操船制御の動作を考慮した船体運動の解析手法へ改良する必要があると考えられる.瀬戸内海の船舶運航者を対象に潮流下での運用の困難度をアンケート調査で把握し,港湾運用の現状を改めて整理した.これをもとに前報で対象とした潮流影響が顕著な離島航路のフェリー港湾まわりの潮流・水質調査を大潮日に数回実施した.さらに潮流中における着桟操船時の船体運動について,舵力,プロペラ推力,ポンツーン衝突時のエネルギー吸収などの影響を再現できる数値計算法の開発を実施し,再現精度を検証するとともに強潮流下における港湾での新たな運用限界の検討方法を提案した.この結果,実際の着桟局面での船体運動を定量的に評価することが可能となり,強潮流が卓越する港湾での運用の困難度を評価する一手法を確立することができた.瀬戸内海は従来から静穏な海域であるとの一般認識により、混雑した海域の安全性という以外の観点から船舶運航に関する問題点があまり議論されていないように思われる。しかし、船舶の運航実務者を対象に実施したアンケートを分析したところ、潮位(異常潮位を含む)、潮流、濃霧、風波によって船舶が運航困難となる現状が把握された。この背景より、本年度はまず瀬戸内海に位置する大崎上島での気象海象の連続観測を実施するシステムを構築し、1年間2年間のデータにより、潮位観測システムの改良および濃霧発生の状況との相関調査を実施した。潮位の連続観測を実施するにあたり、空中発射式の超音波潮位計を設置したが、当該潮位計は安価で設置が容易である反面、空中での超音波信号の処理にノイズが混入することによる誤差、超音波が伝播する空間をシールドした鐘管内の温度が極めて不均一になることの測定誤差への影響が問題点として残されていた。本年度はまず当該潮位計による連続観測によるデータ蓄積、さらに水圧式潮位計による同時観測によるデータ比較を実施した。これより、潮位差が大きな瀬戸内海において、当該潮位計と水圧式の誤差は標準偏差で5cm程度ということが明らかになった。この原因として考えられる管内温度をモニタリングしたところ、管内の鉛直温度分布が極めて不均一であることが分かり、34本の較正棒を挿入する必要性が確認された。さらにノイズが混入する反射信号の処理において、ノイズのパターンを識別した上でゼロ点をこれまで以上に正確に判定できるプログラムを作成した。これにより、測定誤差がかなり低減できることが確認され、実用化に向けての方向性が確認できた。濃霧の問題については、過去数年間のフェリー会社の欠航記録を整理し、春夏の時期で早朝あるいは夕方に集中していることが分かった。これをもとに水温、気温、湿度、塩分を大崎上島付近で連続観測し、長期的および短期的な変動傾向を整理した。

これより、湿度だけでなく、海水温度と気温の関係、特に海水温度が複雑な潮流に影響されている可能性を見出し、これが濃霧発生と深い相関があることをさらに次年度以降の研究にて検討していきたいと考えている。今年度は実施の2年目であり、瀬戸内海における気象海象に起因する船舶運航の困難さについて、現地観測を中心としたデータ観測を広範囲に実施した。大崎上島のベース地点で水温、塩分濃度、水位、気圧、気温、湿度の連続観測を計測したほか、同島の北部に位置するT港における強潮流に起因するフェリーの運航困難を対象に広範囲な現地観測を実施した。まずフェリー乗組員を対象に潮流による影響、運用の困難さをヒアリング調査し、大潮前後には操船が非常に困難となるとの回答を得た。つぎにT港の近くの海域にて小型の流向・流速計を設置し、潮流特性を3ケ月にわたって連続観測したほか、夏と冬の大潮日に小型観測船を用いてT港周りの流れ場を移動しながら空間的な観測も実施した。この結果、大潮時には最大で23ノットの潮流がNESWにて卓越していることが分かり、これを考慮した船体運動のシミュレーションを実施した。港と潮流の位置関係より、ほぼ真横から潮流を受ける形となり、着岸に必要となる1分間の時系列解析を実施したところ、2ノットでは80m、3ノットでは170mも圧流される結果となり、現状にて経験と勘による操船にて何とか対応しているが、非常に運航が厳しい状況が明らかとなった。一方、バース法線を変えた場合を仮定して検討したところ、船首尾方向からの潮流とすれば船体の圧流量は極めて少なく、港湾計画において潮流の特性、船体運動の特性を数値的に検討することによって瀬戸内海に多く存在する強潮流域に位置する港湾の安全性が向上できることが明らかとなった。港湾計画においては構造強度や海洋環境など様々な観点から多面的に検討されるが,その中でも最も重要な指標の一つに港内静穏度,特に波浪や風による影響の検討がなされる。瀬戸内海など外洋に面していない海域の港湾の場合,波浪条件が静穏であることから外洋性港湾ほど詳細な安全性の検討がなされているとは言い難い。しかし,著者らは瀬戸内海における港湾において,強潮流時にも船舶が運用困難となる事例から潮流による運用困難な影響も詳細に検討する必要性を示した。昨年度は潮流による船体運動への影響評価として,静止した船舶が潮流を受けた場合に移動する距離を潮流条件ごとに比較検討した。しかし,実際には船体が桟橋に着桟する局面では舵とプロペラの力を用いて姿勢制御を行う操船方法であり,これらの影響を考慮した船体運動の数値解析法は検討できていない。潮流が卓越する中で運用せざるを得ない港湾の運用限界を定量的に評価するため,舵とプロペラによる操船制御の動作を考慮した船体運動の解析手法へ改良する必要があると考えられる。本研究では瀬戸内海の船舶運航者を対象に潮流下での運用の困難度をアンケート調査で把握し,港湾運用の現状を改めて整理した。これをもとに前報で対象とした潮流影響が顕著な離島航路のフェリー港湾まわりの潮流・水質調査を大潮日に数回実施した。さらに潮流中における着桟操船時の船体運動について,舵力,プロペラ推力,ポンツーン衝突時のエネルギー吸収などの影響を再現できる数値計算法の開発を実施し,再現精度を検証するとともに強潮流下における港湾での新たな運用限界の検討方法を提案した。
C型肝炎ウイルス複製におけるスフィンゴ脂質の役割と動態変化・恒常性維持機構の解析

ヒト肝臓型キメラマウスを使用し、C型肝炎ウイルス(HCV)感染、スフィンゴ脂質合成阻害剤の処置の際の肝臓内脂質変化をLC/MSにより比較解析することで、HCVが感染することでスフィンゴ脂質代謝が亢進すること明らかにした、さらには、HCV複製に必要不可欠なスフィンゴミエリン分子種を同定し、これらスフィンゴミエリン分子種がウイルスヒト肝臓型キメラマウスを使用し、C型肝炎ウイルス(HCV)感染、スフィンゴ脂質合成阻害剤の処置の際の肝臓内脂質変化をLC/MSにより比較解析することで、HCVが感染することでスフィンゴ脂質代謝が亢進すること明らかにした、さらには、HCV複製に必要不可欠なスフィンゴミエリン分子種を同定し、これらスフィンゴミエリン分子種がウイルス平成20年度は、(1)C型肝炎ウイルス複製に関わるスフィンゴミエリン分子種及びスフィン糖脂質の同定、(2)スフィンゴ脂質の動態解析を行った。(1)C型肝炎ウイルス複製に関わるスフィンゴミエリン分子種及びスフィンゴ糖脂質の同定SPT阻害剤処理によるC型肝炎ウイルスに与える影響をHCVレブリコン細胞及びヒト肝臓型キメラマウスにおいて検討した。すると、HCVレプリコン細胞、ヒト肝臓型キメラマウスの両者で強力な抗HCV効果を示し、さらには他剤と併用することで相乗効果を示した。以上の結果は、SPT阻害剤がC型肝炎ウイルスに対する有望な治療薬である強い可能性を示唆するものであった。また、スフィンゴミエリンは、我々が既に報告しているようにC型肝炎ウイルス複製に寄与しているが、分子種レベルでの解析は行われていない。そこで、まずレプリコン細胞・ヒト肝臓型キメラマウスでのスフィンゴミエリン分子種をLC/MSで同定し、さらにSPT阻害剤投与時の変化について解析した。今後、変化が認められたスフィンゴミエリン分子種を分離精製し、それぞれの分子種とHCV蛋白質との関係を解析する予定である。他方で、HCVレプリコン細胞において、スフィンゴ脂質合成酵素の発現プラスミドを使用した強制発現系や、siRNAを使用したノックダウンを行うことにより、HCV複製に必要なスフィンゴ脂質を同定した。今後、同定したスフィンゴ糖脂質とHCV蛋白質との関係を解析していく。(2)スフィンゴ脂質の動態解析各種阻害剤投与時の変化やsiRNAを使用したノックダウン実験からスフィンゴ脂質がセラミドを中心として恒常性を維持していることを細胞レベルおよび動物レベルで見出した。今後は、恒常性維持機構につき各種阻害剤とLC/MSでの定量系を中心に使用し解析を進める。平成21年度は、(1)C型肝炎ウイルス複製に関わるスフィンゴミエリン分子種の同定、(2)スフィンゴ脂質の動態解析を行った。(1) C型肝炎ウイルス(HCV)複製に関わるスフィンゴミエリン分子種の同定我々は、HCVが感染することで、HCV複製複合体が存在する界面活性剤不溶性画分のスフィンゴミエリンが増加することを見出した。さらに、この増加は特定の分子種のスフィンゴミエリンで構成されており、スフィンゴミエリン分子種が膜構造の特性に寄与していること見出した。次に、同定したスフィンゴミエリン分子種とHCV複製の関係を解析したところ、特定のスフィンゴミエリン分子種がRNA dependent RNApolemeraseに結合することによりHCV複製複合体への局在化およびのRNA dependent RNA polemeraseの活性化に関与していることを見出した。これまで分子種の違いは、膜の構造の違いに寄与するものとされてきた。今回の我々の結果は分子種の違いが膜の特性を作り出し、その結果HCV複製の違いという機能に寄与するものであることを示しており、スフィンゴミエリン分子種の生物学的な機能の解明につながる可能性がある。(2)スフィンゴ脂質の動態解析我々は、ヒト肝臓型キメラマウスを使用し、HCVの感染によりセラミドが増加すること、さらには増加したセラミドを代償するためにスフィンゴ脂質合成酵素を亢進し転換していることを見出した。その結果、HCVでは複製に必要なスフィンゴミエリンが産生され、自己の生存環境を良好にしていることを見出した。平成22年度は、HCV感染動物モデルにおけるスフィンゴ脂質動態の変化と複製に必須なスフィンゴミエリン分子種の解析を行った。我々は、ヒト肝臓型キメラマウスを使用し、HCVの感染によりセラミドが増加すること、さらには増加したセラミドを代償するためにスフィンゴ脂質合成酵素を亢進し転換していることを見出した。さらに、MS spectrometerを使用し分子種レベルでの検討を行ったところ、ほぼ一様にすべての分子種において増加していることが確認された。また、この増加パターンはHCVのgenotypeにより異なることが判明した。次に、この上昇したスフィンゴ脂質を抑制した際の変化を解析した。スフィンゴ脂質合成の最上流酵素であるセリンパルミトイルトランスフェラーゼの肝臓特異的阻害剤を作製し、HCVヒト肝臓型キメラマウスに投与したところ、強い抗ウイルス活性が認められた。さらにこの抗ウイルス活性は肝臓内スフィンゴミエリン量に依存していることが確認された。どのスフィンゴミエリン分子種がHCV複製に関与しているかを解明するため、上記阻害剤投与時のそれぞれのスフィンゴミエリン分子種の動態変化とその際のHCV-RNA量の変化を解析した。すると、肝臓内で我々が同定した4つのスフィンゴミエリン分子種のうち、2つの分子種がスフィンゴミエリン量とHCV-RNAに強い相関があることが判明した。

以上の発見は、病原体がそのライフサイクルに特定の脂質分子種を利用していることを示すものであり、スフィンゴミエリン分子種の生物学的な機能の解明につながる可能性がある。
衛星軌道からの最高エネルギー宇宙線観測のための焦点面検出器の基礎研究

EUSO望遠鏡では直径2.5mの両面フレネルレンズ2枚を用いた光学系で、その焦点面は曲面で視野角60゚の領域で0.1゚の角度分解能が得られる。0.1゚に対応する焦点面上の距離はおよそ4mmでこれをマルチアノード光電子増倍管で覆う。本研究においてはマクロセルと呼んでいる光電子増倍管36本からなる焦点面検出器モジュールを開発と評価を行う。市販されている8×8ピクセルのマルチアノード光電子増倍管が候補にあげられていたが、その有感領域は中心部に集まっており、EUSOの焦点面検出器のように並べて面を構成する際には約45%という有感領域率が低く、この大きな不感領域のために、一様な有感領域が作れないことや、空気シャワーイメージが連続した像にならないことが問題であった。これらの問題を解決するためにマルチアノード光電子増倍管の光電面と初段ダイノードの間に電子収束機能を採用した弱電子収束型マルチアノード光電子増倍管の開発を行った。まず4×4チャンネルのものを試作し、その性能を評価したところ、期待通り有感領域率が約85%であることが確認できた。光電子収束時の位置情報のずれもそれほど大きくなく、十分実用に耐えることが確認できた。この4×4チャンネルの光電子増倍管の場合、1ピクセルは約6mm角で、EUSO望遠鏡に必要とされる角度分解能に到達できない。そこで、アノード分割数を増やしたタイプ(5×5、6×6)の試作も行った。これらも期待通りの基本性能を示した。この結果、6×6分割のものをEUSO焦点面検出器の基礎設計に採用された。また、約15%の不感領域を無くすために、紫外透過フィルターを用いたライトガイドの検討をおこなった。表面反射防止処理を施したテーパー型の紫外透過フィルターを光電子増倍管の前面に取り付けることで、EUSO光学系において、95%以上の有効感度領域率を達成できることが判った。EUSO望遠鏡では直径2.5mの両面フレネルレンズ2枚を用いた光学系となっており、その焦点面は曲面で視野角60°の領域で0.1°の角度分解能が得られる。0.1°に対応する焦点面上の距離はおよそ4mmでこれをマルチアノード光電子増倍管で覆う。本研究においてはマクロセルと呼んでいる光電子増倍管36本からなる焦点面検出器モジュールを開発し、その評価を行う。従来市販されている8×8ピクセルのマルチアノード光電子増倍管が候補にあげられていた。その有感領域は中心部に集まっており、EUSOの焦点面検出器のように並べて面を構成する際には約45%という有感領域率の低さが問題点となっている。この大きな不感領域のために、一様な有感領域が作れないことや、空気シャワーイメージが連続した像にならないことが問題になる。

そこで、アノード分割数を増やしたタイプ(5×5、6×6)の試作も行った。これらも期待通りの基本性能を示しており、現在、より詳しい性能評価を行っている。また、約15%の不感領域を無くすために、紫外透過フィルターを用いたライトガイドの検討をおこなった。表面反射防止処理を施したテーパー型の紫外透過フィルターを光電子増倍管の前面に取り付けることで、EUSO光学系において、95%以上の有効感度領域率を達成できることが判った。EUSO望遠鏡では直径2.5mの両面フレネルレンズ2枚を用いた光学系で、その焦点面は曲面で視野角60°の領域で0.1°の角度分解能が得られる。0.1°に対応する焦点面上の距離はおよそ4mmでこれをマルチアノード光電子増倍管で覆う。本研究においてはマクロセルと呼んでいる光電子増倍管36本からなる焦点面検出器モジュールを開発と評価を行う。市販されている8×8ピクセルのマルチアノード光電子増倍管が候補にあげられていたが、その有感領域は中心部に集まっており、EUSOの焦点面検出器のように並べて面を構成する際には約45%という有感領域率の低く、この大きな不感領域のために、一様な有感領域が作れないことや、空気シャワーイメージが連続した像にならないことが問題であった。これらの問題を解決するためにマルチアノード光電子増倍管の光電面と初段ダイノードの間に電子収束機能を採用した弱電子収束型マルチアノード光電子増倍管の開発を行った。まず4×4チャンネルのものを試作し、その性能を評価したところ、期待通り有感領域率が約85%であることが確認できた。光電子収束時の位置情報のずれもそれほど大きくなく、十分実用に耐えることが確認できた。この4×4チャンネルの光電子増倍管の場合、1ピクセルは約6mm角で、EUSO望遠鏡に必要とされる角度分解能に到達できない。これらも期待通りの基本性能を示した。この結果、6×6分割のものをEUSO焦点面検出器の基礎設計に採用された。
大脳皮質における興奮性と抑制性サブネットワークの相互制御機構

本研究は、脳の高次機能を担う大脳皮質の多様な投射先に対応した情報処理様式を理解することを目標としている。本研究では、投射先に対応した5層錐体細胞サブネットワークと電気的に結合したFast-spiking (FS)細胞ネットワークがどのように相互に活動を制御しているのかを明らかにすることを目的としている。昨年度は、子宮内電気穿孔法を用いてラット前頭皮質の2/3層錐体細胞にチャネルロドプシンを発現させ、5層の細胞において光刺激によって誘発されるオシレーション活動についてスライス標本を用いて解析した。本年度は、オシレーション活動の機構についてスライス標本と回路モデルを用いてさらに検討した。その結果、相互相関解析から膜電位の振動は錐体細胞間や錐体/FS細胞間において周期的に同期していたが、錐体/FS細胞間では時差がみられ、錐体/FS細胞間の相互的なシナプス結合によってオシレーション活動が発生していることが示唆された。また、オシレーション活動を示す錐体細胞は投射先に依存していた。FS細胞はギャップジャンクションを介した電気結合をしており、サブネットワークを形成している。ギャップジャンクションの阻害剤を用いてFS細胞間の電気結合のオシレーション活動への影響を検討した結果、オシレーション活動の発生にFS細胞間の電気結合が寄与していることもわかった。錐体細胞とFS細胞をそれぞれモデル化し、実験で得られた結果を用いて錐体細胞サブタイプ群とFS細胞から構成される回路モデルを作成した。回路モデルにおいてもオシレーション活動を誘発することができ、スライス実験で示唆されたオシレーション活動の発生機構によって説明することができた。以上の結果は、特定の錐体細胞サブタイプとFS細胞によって皮質回路においてオシレーション活動を形成することを示唆する。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、投射先に対応した5層錐体細胞サブネットワークと電気的に結合したFS細胞ネットワークがどのように相互に活動を制御しているのかを明らかにすることを目的としている。本年度は、子宮内電気穿孔法を用いてラット前頭皮質の2/3層錐体細胞にチャネルロドプシンを発現させ、光刺激によって誘発される活動について5層の細胞においてスライス標本を用いて検討した。その結果、5層錐体細胞やFS細胞において20ー30Hzの周波数を持つ膜電位のオシレーション活動がみられた。錐体細胞/ FS細胞から同時記録を行い、オシレーション活動について細胞間の同期性を検討した。相互相関解析を行った結果、膜電位の振動は錐体細胞間では周期的に同期していた。一方、錐体細胞/ FS細胞間においても周期性がみられたが、細胞間で時差がみられた。FS細胞間の電気結合は、細胞間の同期的な発火を増強することが知られている。そこで、FS細胞ネットワークにおける電気結合のオシレーション活動への寄与を検討した結果、ギャップジャンクションの阻害剤によって膜電位の振動が錐体細胞やFS細胞において阻害された。これらの結果は、錐体細胞とFS細胞間の結合回路がオシレーション活動の形成に重要であることを示唆すると考えられる。さらに、対側大脳皮質に投射する細胞(COM)と同側橋核に投射する細胞(CPn)を逆行性蛍光トレーサーを用いて同定し、錐体細胞サブタイプ間で膜電位の振動活動を比較した。2/3層への光刺激によって誘発される膜電位の振動は、CPn細胞で多く観察されたことから、錐体細胞サブネットワーク間で異なる情報処理をしていると考えられる。平成25年度は、2/3層錐体細胞群を光刺激を用いて刺激することによって誘発される5層の興奮性・抑制性細胞の活動を解析する計画を立て実験を行った。

その結果、5層細胞において膜電位の振動活動が観測され、この振動活動を中心に解析した。当初の計画に従っておおむね研究は進んでおり、結果は得られている。従って、今後の研究のさらなる発展が期待できるので。平成26年度は、5層の特定の錐体細胞サブタイプにチャネルロドプシンを発現させ、5層内でのサブネットワーク間の神経活動の動態・変移を検討する。また、実験で得られたデータを基に回路モデルを構築し実験結果の検証を行う。さらに、細胞間のシナプス結合パタンを変更した場合などによって、どのように活動が変化するのかについて回路モデルを用いて詳細に検討する。
微小欠陥－元素分布トモグラフィー法による原子炉構造材料の照射劣化機構の解明

本研究では、世界に先駆けて「微小欠陥ー元素分布トモグラフィー(同一試料に最先端の透過電子顕微鏡(TEM)ー3次元アトムプローブ(3D-AP)を組み合わせて、照射欠陥構造と不均一な元素分布をサブナノメートルの分解能で3次元空間に同時マッピングする方法)」を開発し、これを用いて原子炉の安全性に直結する構造材料の未だ解明されていない新しい照射劣化機構を解明することが目的である。H30年度は、以下の成果を得た。1.我々が開発した上記手法を様々な中性子照射材料に適用した。その結果、原子炉の安全性にとって最も重要な圧力容器鋼の照射脆化機構として、これまで考えられていた溶質原子クラスターのみではなく、照射欠陥集合体、特に多量に形成される極微小な転位ループの寄与が溶質原子クラスターと同程度の寄与があることが明らかになった。さらに、両者の複合体が相当の高確率で形成されていることも明らかになった。これらは、原子炉の健全性の理解に大きく寄与する知見であるが、微小欠陥ー元素分布の相関を調べることができる上記手法によって初めて明らかにできたことであり、本科研費の当初の目標を達成できたといえる。2.非均質な金属組織を呈する原子炉圧力容器鋼の溶接熱影響部を用い、照射による微細組織変化と機械的特性変化の関連から脆化因子を明らかにした。また、分子動力学シミュレーションにより、原子炉圧力容器クラッド材の硬化現象に及ぼすクロム原子配置の影響に関する新たな知見等を得た。3.本研究で開発した分析手法を、原子力材料だけでなく金属・半導体の様々な材料欠陥の分析手法としての応用されつつあり、今後の他分野への波及効果が大いに期待できる。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、世界に先駆けて「微小欠陥ー元素分布トモグラフィー(同一試料に最先端の透過電子顕微鏡(TEM)-3次元アトムプローブ(3D-AP)を組み合わせて、照射欠陥構造と不均一な元素分布をサブナノメートルの分解能で3次元空間に同時マッピングする方法)」を開発し、これを用いて原子炉の安全性に直結する構造材料の未だ解明されていない新しい照射劣化機構を解明することが目的である。H28年度は、以下の成果を得た。1.微細な欠陥と析出物の双方が高密度に存在する欧州加圧水炉実機の10^20n/cm^2を越える照射量の監視試験片から、上記、微小欠陥ー元素分布トモグラフィー法の針状試料の作成に成功した。2.針状に加工した試料から、TEMの電子プローブを用いて、投影断面定理に従い360度傾斜あらゆる角度の投影データを取得、逆投影法を用いて物体の3次元構造復元を行う方法論を確立した。さらに、今年度導入した「回折プローブ選択投影装置」により、従来法よりも偽像の少ない高精度なトモグラフィーを実現した。3.上記の微小欠陥のトモグラフィーを行った試料に対して、元素分布(不純物・溶質原子の析出や偏析)のトモグラフィーを3D-APによって行い、これら二つの3次元像を重ね合わせることで「微小欠陥ー元素分布トモグラフィー」の手法を完成させることができた。4.微細組織変化と機械的特性の関連を対応づけるため、機械的特性試験(硬度の温度依存性の測定(-100°C200°C程度)など)の最適条件探索を行った。また、上記の対応関係を第一原理計算や分子動力学シミュレーションなどを通して明らかにするために、計算機コード開発の準備を行った。当初の予定していた計画、特に、「微小欠陥ー元素分布トモグラフィー」は当初予定通り、手法として完成させることができた。それに加えて、本手法の開発の過程で、原子炉圧力容器鋼の監視試験片中で、従来の報告に比べて一桁以上高い数密度で微小な転位ループが形成されることを明らかにした。これは、照射脆化が従来考えられているメカニズム(溶質原子クラスター形成による硬化)だけでは説明できず、微小な照射欠陥が脆化に寄与していることを示す世界初の直接的な証拠であり、原子炉の健全性にとって極めて重要な発見である。H29年度は、以下の成果を得た。1.H28年度に確立した、針状試料の作製方法、および作製した試料を用いた高精度の微小欠陥ー元素分布トモグラフィー法を用いて、欧州加圧水炉監視試験片の分析を行い、転位(線、ループ)、粒界、炭化物界面などの微細欠陥構造と元素分布の3次元位置情報を得て、両者の相関を解析することに成功した。2.これらのデータを詳細に調べることによって、次のことが明らかになった。1高照射量で形成する微小な転位ループの一部には、NiMnSiクラスターと複合体を形成していることを確認した。2旧オーステナイト粒内に多数存在することが明らかになった超小傾角粒界(0.2°程度)面上には、ランダムに微細なNiMnSiクラスターが析出していることを明らかにした。

3さらには、転位線上にもNiMnSiクラスターが形成しているが、その存在位置は、歪みが小さい部分に優先的に形成していることを明らかにした。これは、転位上の歪みが溶質原子の析出によって緩和されることを示唆しており、照射硬化のより深い理解に寄与するものと期待される。3.原子炉圧力容器鋼において、硬さの異なる金属組織を有する熱影響部に着目し、金属組織ごとの硬度データ取得に着手するなど、様々な照射脆化因子の解明を進めた。微小な照射欠陥複合体(格子間原子型転位ループ)と溶質原子複合体の検出が原子炉圧力容器の脆化機構の解明の鍵であると考えられ、その検出に成功したことは、当初の本研究で予定した計画を達成したことになるが、さらに、従来、その存在自体が知られていなかった、超小傾角粒界(粒界角0.2°程度)が多数存在すること、さらに高照射量領域ではそこに溶質クラスターが析出することが明らかになるなど、これまで未知の脆化因子の抽出にも成功したことは、当初計画以上の進展といえる。本研究では、世界に先駆けて「微小欠陥ー元素分布トモグラフィー(同一試料に最先端の透過電子顕微鏡(TEM)ー3次元アトムプローブ(3D-AP)を組み合わせて、照射欠陥構造と不均一な元素分布をサブナノメートルの分解能で3次元空間に同時マッピングする方法)」を開発し、これを用いて原子炉の安全性に直結する構造材料の未だ解明されていない新しい照射劣化機構を解明することが目的である。H30年度は、以下の成果を得た。1.我々が開発した上記手法を様々な中性子照射材料に適用した。その結果、原子炉の安全性にとって最も重要な圧力容器鋼の照射脆化機構として、これまで考えられていた溶質原子クラスターのみではなく、照射欠陥集合体、特に多量に形成される極微小な転位ループの寄与が溶質原子クラスターと同程度の寄与があることが明らかになった。さらに、両者の複合体が相当の高確率で形成されていることも明らかになった。これらは、原子炉の健全性の理解に大きく寄与する知見であるが、微小欠陥ー元素分布の相関を調べることができる上記手法によって初めて明らかにできたことであり、本科研費の当初の目標を達成できたといえる。2.非均質な金属組織を呈する原子炉圧力容器鋼の溶接熱影響部を用い、照射による微細組織変化と機械的特性変化の関連から脆化因子を明らかにした。また、分子動力学シミュレーションにより、原子炉圧力容器クラッド材の硬化現象に及ぼすクロム原子配置の影響に関する新たな知見等を得た。3.本研究で開発した分析手法を、原子力材料だけでなく金属・半導体の様々な材料欠陥の分析手法としての応用されつつあり、今後の他分野への波及効果が大いに期待できる。H28年度に手法として確立したので、今後は以下の点に焦点をおいて研究を進める。(1)圧力容器鋼の照射脆化機構の研究のため、実機監視試験片を含めた照射試料の準備を行い、上記の開発した手法を用いて分析する。具体的には、1我々が所持する様々なタイプの圧力容器監視試験片を調べることにより、実機で起きている変化を明らかにすること、特に、従来の顕微鏡では見えなかった微細な転位ループ等の欠陥集合体と、不純物・溶質原子-転位の複合体の存在を実証すること、2機械的特性に影響を与える因子(照射速度、温度、Cu等の不純物濃度)を制御した試験炉照射試料を系統的に調べることにより、実機で起きている変化の原因を推定すること、3照射後に焼鈍回復させた試料の分析を行うことで複数の因子を分離して判別することである。
プロトン励起を用いた核磁気共鳴スペクトロスコピーによるヒト心筋代謝の研究

1.5Tの磁気共鳴装置内で仰臥位の被験者の左前胸部に受信専用で形状可変型のgeneral purpose flex coilを装着し,stimulated echo acquisition mode(STEAM)法あるいはpoint-resolved spectroscopy(PRESS)法によるヒト心筋のプロトン(^1H)核磁気共鳴スペクトロスコピー(MRS)を行った.はじめに水信号抑制を行わずに積算回数16回で内部標準用の水信号を収集し,その後水信号抑制下に積算回数128回で信号を収集した.水信号の化学シフトを4.75ppmとし,これを基準にしてクレアチンの化学シフトを計算した.信号収集領域を2cm×2cm×2cm以上とすると十分なS-N比(signal-to-noise ratio)の信号が得られた.健常者の心室中隔からSTEAM法およびPRESS法で得られた^1H MRSスペクトルの中でのクレアチンの化学シフトは,それぞれ3.06±0.07ppm,3.18±0.07ppmであった.健常者について水の信号を内部標準として心筋内クレアチン含量を定量したところ,STEAM法では36.5±6.2μmol/g wet weight,PRESS法では27.6±10.0μmol/g wet weightであった.二つの方法による心筋内クレアチン含量の間に有意差はなかった.陳旧性心筋梗塞例の心室中隔から得られたSTEAM法による^1H MRSから心筋内クレアチン含量を計算すると25.7μmol/g wet weightであった.以上より,ヒト心筋の^1H MRSは実行可能で,STEAM法とPRESS法のいずれでも明らかな差はなく,心筋内クレアチン含量の定量が可能であるとの結論を得た.1.5Tの磁気共鳴装置内で仰臥位の被験者の左前胸部に受信専用で形状可変型のgeneral purpose flex coilを装着し,stimulated echo acquisition mode(STEAM)法あるいはpoint-resolved spectroscopy(PRESS)法によるヒト心筋のプロトン(^1H)核磁気共鳴スペクトロスコピー(MRS)を行った.はじめに水信号抑制を行わずに積算回数16回で内部標準用の水信号を収集し,その後水信号抑制下に積算回数128回で信号を収集した.水信号の化学シフトを4.75ppmとし,これを基準にしてクレアチンの化学シフトを計算した.信号収集領域を2cm×2cm×2cm以上とすると十分なS-N比(signal-to-noise ratio)の信号が得られた.健常者の心室中隔からSTEAM法およびPRESS法で得られた^1H MRSスペクトルの中でのクレアチンの化学シフトは,それぞれ3.06±0.07ppm,3.18±0.07ppmであった.健常者について水の信号を内部標準として心筋内クレアチン含量を定量したところ,STEAM法では36.5±6.2μmol/g wet weight,PRESS法では27.6±10.0μmol/g wet weightであった.二つの方法による心筋内クレアチン含量の間に有意差はなかった.陳旧性心筋梗塞例の心室中隔から得られたSTEAM法による^1H MRSから心筋内クレアチン含量を計算すると25.7μmol/g wet weightであった.以上より,ヒト心筋の^1H MRSは実行可能で,STEAM法とPRESS法のいずれでも明らかな差はなく,心筋内クレアチン含量の定量が可能であるとの結論を得た.1.5Tの磁気共鳴装置にプロトン励起のための第2ラジオ波送信チャネルを装着し,まずファントム実験を行った.表面コイルには,リン用の送受信両用の円形コイルと,その上に同軸となるように重ねて装着してプロトン励起に用いる全体として長方形の8字型コイルを使用した.ファントムには,hexamethylphosphoric triamide(HMPT)と無機リン酸(Pi)の原液1mlをそれぞれアンプルに封入したものを水で満たした容器の中に固定したものを使用した.これは当施設でこれまでリン化合物の定量に用いてきたものである.Depth-resolved surface-coil spectroscopy(DRESS)によりスライス厚25mmの関心領域を設定し,この部のプロトンについてシミングを行い,WALTZ-16 sequenceを用いて,連続的なプロトン励起を行った.この時の電力はwattmeterで測定して0.5ワット以下であった.一定のパルス繰り返し時間を用いてリンの核磁気共鳴スペクトロスコピーを行ったところ,HMPTとPiのピークの高さの比(HMPT/Pi)は,プロトン励起無しでは0.498±0.022に対して,励起後0.688±0.025と有意に増加した.一方,HMPTとPiのピークの半値幅の比(HMPT/Pi)は,プロトン励起無しで3.193±0.044,励起有りで3.050±0.678と有意差を認めなかった.これによりプロトンの励起で相対的なHMPTの信号強度の増加が得られることが判明した.その機序は,HMPTとPiのいずれにおいてもリン原子と水素原子が直接結合していないことや半値幅が変化しなかったことから推測して,デカップリング効果よりむしろ核オーバーハウザ-効果によるものが大きいと考えられる.その方法のヒト心筋への応用は来年度に行うこととした.General Electric Medical Systems社製磁気共鳴装置Signa1.5T内で仰臥位の被検者の左前胸部に,受信専用で形状可変型のSigna 1.5T general purpose flex coilを装着し,ヒト心筋のプロトン(^1H)