hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ミリ波帯パッシブサーモグラフィーを応用したタンパク質構造変化エントロピー測定

H29年度の実績と計画見直しを踏まえて、計測システムの最適化とデータの解析と新たな挑戦を始めた。本年度の研究成果は、以下の通りである。(1) H29年度に構築した理論に基づいて、タンパク質構造中間体に由来する放射係数を求めた。BSAと電波吸収体(放射率;0.79)の測定結果より、BSAの160K以下の線形領域の放射率が0.05で、250K以上の線形領域の放射率が0.10と推定された。(2) 20%BSA溶液の測定結果より、190K付近を境にした2状態遷移モデルが考えられた。190K付近は、BSAのガラス転移点として知られている値に相当すると考えられる。一般に、非平衡状態で測定するガラス転移点は、ある温度範囲であり、また温度変化速度でも変わる。したがって、今回の測定の再現性や安定性について検討を行った。測定システムの冷却方法、プローブとチャンバーの設置手順、チャンバーの絶縁処理などの影響を検討し、高い再現性の測定を実施する操作条件・手順を確立した。(3)測定方法の信頼性を確認するために、様々な濃度のBSA溶液の測定を試みた。10%30%の濃度範囲の試料の測定で適当な放射強度の結果になることを明らかにした。(4)複数の測定ごとの結果を比較する場合、測定回ごとのずれを排除しなければならない。信頼性を確保する解決方法として、条件の異なる複数の試料を同時に測定する方法に挑戦することにした。4つの孔(直径1mm,深さ2.2mm)を持つ試料ホルダーを設計し、改良された計測システムを使って複数試料の同時測定と結果の画像表示を備えた方法の開発を試みた。以上のような研究経緯の中で、本測定システムがタンパク質カロリメトリーに使える新しい方法であると示す研究成果をまとめて、国際会議で口頭発表し、さらに、国際学術雑誌で研究論文として出版した。ミリ波帯パッシブサーモグラフィー装置で、冷却凍結したBSAタンパク質溶液を加温操作したときの試料の温度上昇過程の測定を行った。ミリ波帯パッシブサーモグラフィー装置をタンパク質溶液測定に応用する実験に必要な周辺装置の開発と設置準備を目指した今年度の研究計画に従って、測定操作システムの開発を次のように行った。(1)温度測定の実施が可能となる測定チャンバーを作成した。(2)作成した測定試料チャンバーに試料を設置する測定条件を検討し、実際に測定可能な実施条件や測定手順を見いだした。(3)5%,10%,15%,20%の濃度に調製したBSAタンパク質溶液について測定を試みたところ、測定結果の曲線から濃度依存性の傾向が認められた。この結果は、測定シグナルが研究目的とするタンパク質に由来した情報を含んだものであることを示す。(1)(2)(3)の成果より、測定システムをさらに改良すべき問題点は、実際の測定状況に応じて必要な具体的な項目として明らかにできた。測定の試行により、今後の計画の適正な修正が可能となった。今年度の研究成果は、ミリ波帯パッシブサーモグラフィー装置が、凍ったタンパク質溶液試料の温度情報を非侵襲性で高精度に測定する道具として利用できる可能性を示したことであり、今後の研究を計画通りに進められる確証を与えた。タンパク質構造内で遷移温度が明らかにされている試料の測定を試みた結果は、構造変化と温度変化が対応した現象が本研究のミリ波帯パッシブサーモグラフィー測定で確認できたことを意味する。研究計画通りに測定システムが構築され、BSA溶液の測定と測定の再現性が達成されている。取得したデータが、全く新しい情報であるため、データ解析については、試行錯誤状態の所があり、十分な解釈・結論に至っていない。H28年度にミリ波帯パッシブサーモグラフィー装置で、冷却凍結したBSAタンパク質溶液を加温操作したときの試料の温度上昇過程の測定できた結果を基にして、計測システムの操作方法の最適化を進めるとともに取得したデータの解析を進めた。(1) 20%BSAタンパク質溶液について、130K270Kまでの温度変化を測定した結果、非線形的な領域を挟んだ線形的な領域のデータを得た。(2)タンパク質溶液試料の測定理論を構築し、測定データは、試料の放射係数に対応することを考察した。(3)測定理論に基づき、測定データの線形的な領域より、試料の放射係数を見積もれる可能性が指摘された。(4)測定システムがタンパク質の放射係数の変化を観察している考えられることより、20%BSA溶液の測定データより、190K付近を境にして,低温領域の放射係数の状態から高温領域の放射係数の状態に遷移している2状態遷移モデルが考えられた。この結果は、BSAのカロリメトリー測定の報告と一致していた。従って、BSAの中間体間の遷移を観察していることや放射係数変化より熱容量変化量を推定する新しい方法であることが期待される。(5)データの解析が進められたことにより、測定に必要なタンパク質濃度などの条件を確認することができた。(1)(5)の結果は、本測定システムがタンパク質カロリメトリーに使えることを示唆する。一方、(5)の結果より、測定試料の必要量が見積もれるようになったが、研究計画で予定していた試料を十分な量に調製することが困難であり、実施計画の目的や実施計画に見直しが必要となった。

新しいタンパク質カロリメトリー法の構築ができたが、データの解析が可能な測定に必要なタンパク質濃度などの試料条件を確認できた結果、研究計画で予定していた試料について、現状の試料調製方法では、測定に十分な量・質に調製することが困難であると考えられるため、新たな試料調製や測定の方法を検討する必要があり、それに伴って実施計画の目的や実施計画も見直すことになる。H29年度の実績と計画見直しを踏まえて、計測システムの最適化とデータの解析と新たな挑戦を始めた。本年度の研究成果は、以下の通りである。(1) H29年度に構築した理論に基づいて、タンパク質構造中間体に由来する放射係数を求めた。BSAと電波吸収体(放射率;0.79)の測定結果より、BSAの160K以下の線形領域の放射率が0.05で、250K以上の線形領域の放射率が0.10と推定された。(2) 20%BSA溶液の測定結果より、190K付近を境にした2状態遷移モデルが考えられた。190K付近は、BSAのガラス転移点として知られている値に相当すると考えられる。一般に、非平衡状態で測定するガラス転移点は、ある温度範囲であり、また温度変化速度でも変わる。したがって、今回の測定の再現性や安定性について検討を行った。測定システムの冷却方法、プローブとチャンバーの設置手順、チャンバーの絶縁処理などの影響を検討し、高い再現性の測定を実施する操作条件・手順を確立した。(3)測定方法の信頼性を確認するために、様々な濃度のBSA溶液の測定を試みた。10%30%の濃度範囲の試料の測定で適当な放射強度の結果になることを明らかにした。(4)複数の測定ごとの結果を比較する場合、測定回ごとのずれを排除しなければならない。信頼性を確保する解決方法として、条件の異なる複数の試料を同時に測定する方法に挑戦することにした。4つの孔(直径1mm,深さ2.2mm)を持つ試料ホルダーを設計し、改良された計測システムを使って複数試料の同時測定と結果の画像表示を備えた方法の開発を試みた。以上のような研究経緯の中で、本測定システムがタンパク質カロリメトリーに使える新しい方法であると示す研究成果をまとめて、国際会議で口頭発表し、さらに、国際学術雑誌で研究論文として出版した。H28年度得られた結果を基にして、ミリ波帯パッシブサーモグラフィーのタンパク質溶液計測システムと測定方法のさらなる最適化を確立した後に、タンパク質構造変化と温度変化が対応した現象であることを確認する。測定試料のBSAタンパク質溶液の温度変化と構造変化の関係を検証するために、タンパク質立体構造モデルをシミュレーション計算する分子動力学計算システムを導入し、タンパク質構造変化時の構造エネルギーを計算した結果と実験測定した結果を比較して、測定したエントロピー情報の評価を試みる。当初の研究計画を実施するために、(1)必要な試料の確保する作業努力の実施と(2)現状の測定システムで解決できる測定方法の模索について引き続き試みる。上記計画とともに、本研究の測定システムを新しいタンパク質カロリメトリー法として確立させるために必要となる他のタンパク質試料の測定を検討し、測定を実施するとともに、放射係数測定による分析の有効的な特徴を検討する研究も行う。
フェムト秒の分解能を有する走査プローブ顕微鏡の開発およびその応用

従来の時間分解走査トンネル顕微鏡装置は、測定の繰り返し間隔が1マイクロ秒程度もあるために、高速な現象を測定しようとすればするほど信号強度が低下してしまう問題を抱えていた。この問題を解決するため2つの新たな測定方式、光路切換型遅延時間変調法と偏光変調法を考案し、それぞれ動作の実証を行った。特に後者を用いることで、GaAs試料表面における電子スピンの緩和時定数5 psを観測することに成功した。従来の遅延時間変調パルス対励起型走査トンネル顕微鏡により半導体中でのキャリア励起・緩和過程を観測した結果が、Nature Photonicsに掲載された。これにより本測定方法の非常に高い空間分解能(1nm)と時間分解能(1ps)が実証された。その後、測定原理に関する理解を深めるため観測信号の測定条件依存性を調べ、結果を科学誌に投稿した。測定方法の理解は、測定精度の向上や新たな応用可能性を探す基礎となる。時間分解能向上のため、ごく短いパルスを発生可能なレーザー発振器を導入した。本装置は外部に位相補正用の光学系が必要となるが、プリズムペアを用いた補償光学系を構築し、30fs程度のパルスを安定して得られることを確認した。これは従来の150fsと比較して5倍の向上に当たる。また、新たな遅延時間変調方式により、2系統のプローブパルスを測定上問題のないレベルまで均質化できることを確認した。超高速過程を測定する場合にポンプとプローブの干渉が問題となることを以前我々が指摘していたが、この問題を解消する手法を新たに考案した。その実証のため位相変調器を購入した。実証実験の後、特許申請予定である。今後予定しているカーボンナノチューブの分子振動計測実験について、直径と分子振動周波数、そして励起波長の関係を調査し、測定対象として有力な候補となるチューブ試料を選定・手配した。将来の測定対象として有機半導体についても検討中である。年度初頭は震災による実験設備の不具合からの復旧が主な仕事となった。その後、前年度に導入したレーザー装置や、それと共に用いる光学回路の設計・立ち上げを行うと共に、従来方式の時間会解走査トンネル顕微鏡(STM)を用いて適用可能試料の拡大・データ解析手法の確立に関する研究を行った。これまでパルスペア励起STMによる研究対象は主にn型半導体であったが,新たにp型半導体に適用した際のデータ解析手法を確立した。探針による光キャリアの引き抜きの効果が大きく現れることがn型との大きな違いであったが条件を選ぶことでキャリアダイナミクスを測定可能であることが示された。また、ペアにする2つのパルスの強度を互いに異なる物とした場合のデータ解釈についても大きな進展があった。特に光強度の強い条件で、パルスピッカー部でブロックしたパルスの漏れ光が大きな影響を及ぼすため、その影響を考慮する必要があった。サブピコ秒領域よりもさらに短い時間領域で有効な新たな手法を開発した。そのような時間領域では2つのパルスが重なることにより、干渉効果で実効的な光強度が変化してSTM測定を不可能にしてしまう問題があった。新手法ではポンプパルスとプローブパルスの位相をポッケルスセルにより精密かつ高速に変調することにより、干渉の影響を大幅に軽減することが可能である。上記については、学会および一部を論文として発表した。新たに導入したレーザー装置にチャープ補償を組み合わせることで30fsのパルス発生を確認した。パルスピッキングを使わず、光路を切り替えることで遅延時間を変調する新たな手法について、GaAsの反射率分光および時間分解STM測定を試みた。どちらについても遅延時間変調動作が確認でき、また反射率分光については十分な測定精度が得られた。時間分解STM測定についてはレーザー強度の揺らぎが問題となっており、光学系の最適化を続けている。光路切換型の遅延時間変調方式について、前年度にポンププローブ反射分光を用いて測定原理の確認を行ったものの、走査トンネル顕微鏡(STM)と組み合わせるにあたり、切換に用いる2つの光路間でレーザー強度を精密に一致させることができず、そのことが測定精度を制限していた。そこで、2光路間のレーザー強度を能動的に一致させるためのフィードバック機構を構築し、光強度の揺らぎを1/10以下に抑えた。その後、セレン化タングステン(WSe2)試料に対して同手法を適用し、光路切換型の時間変調方式を用いた時間分解トンネル電流信号の検出に成功した。これにより本課題で計画した顕微鏡の動作を実証できたことになる。並行して、研究実施計画に沿いカーボンナノチューブ試料の準備および時間分解STMによる観察を行った。事前の検討により、ナノチューブ試料の励起および分子振動検出には、チューブ直径とレーザー波長のマッチングが重要であることが分かっていたことから、試料直径の選択や分散方法などに注意を払った。これまでのところ、ナノチューブ試料に対する本手法の適用結果からは、分子振動に対応する信号は得られていない。

信号強度が雑音レベルを下回っている理由として、試料の清浄化が不十分であり、表面上を不純物が移動することによりトンネル電流にノイズを生じている可能性、試料基板への接触により分子振動強度・周波数が変化している可能性、そのために励起波長やSTMバイアス電圧を適切に選択できていない可能性を検討しつつ、現在も測定を続けている。一方で、パルスピッキングにより実効レーザー強度を損なわない別の手法として、励起レーザー光の偏光方向を変調する手法を確立し、GaAs中におけるスピン緩和寿命(5.5 ps)を測定することに成功した。これは2パルス励起STMによりスピン寿命を直接計測した世界初の業績である。震災の影響により装置の立ち上げが遅れたことが原因で、パルスピッキングを用いない時間分解STM装置の立ち上げにはやや遅れが生じたが、その代わりとして、装置立ち上げ後に問題となるであろうパルス干渉の悪影響を軽減する手法を先行して開発できている。24年度が最終年度であるため、記入しない。パルスピッキングを用いない時間分解STM装置について、現状では光路の機械的振動による光強度揺らぎが問題となっている。原因となっているのはポッケルスセル通過時のチャープを補償する光学回路が長大になってしまっている点であり、この部分の機械的強度を上げることにより測定精度の向上を目指す。平行して、この問題を抜本的に改善できる可能性についても検討を続ける。具体的には光路切り替えをポッケルスセルを用いずに行う方法、あるいは、遅延時間変調方式の見直し等を考えている。また、同手法の適用可能試料の拡大に向けた研究も継続する。
SERS_DNAシーケンサの創生

本課題では、表面増強ラマン散乱分光法を用いてDNA配列を決定できるDNAシーケンサを創生するための基礎実験を行った。ホットスポットと呼ばれるナノ構造を持つプラズモン基板を新規に設計、作製し、そのホットスポット表面でのDNA塩基のひとつであるアデニンの表面増強ラマン散乱の測定に成功した。アデニンの一分子がプラズモン基板のホットスポットによって活性化されることによって検出されるブリンキングと呼ばれる表面増強ラマン散乱について濃度依存があることを発見した。本研究によって、新規に作成したプラズモン基板を用いてDNA塩基の一分子測定が可能であることが明らかとなった。普及型の使い捨てDNA/RNAシーケンサチップを実現するために本年度はssDNA/RNAを伸張するナノ構造の作成とナノ構造の評価のための光学系、画像処理のためのシステムの構築を行った。DNA/RNAの検出には、散乱分光法の一つであるラマン散乱を用いる。さらに、DNA/RNAの単一分子での測定を行うためには、ナノ構造の表面における表面増強効果(プラズモン効果)を利用することで単一分子感度、および、核酸の塩基一分子の測定を可能とする。平成25年度はラマンイメージングのシステムの構築とDNA/RNAシーケンサチップの基本原理であるナノ構造を持つプラズモン基板の作成を行った。ラマンイメージングはナノ構造の表面をレーザーをスキャンすることによって各レーザー焦点から得られるラマンシグナルを分析し、DNA/RNAの塩基の単一分子の検出を行い、それを画像化する。そのために、顕微鏡を母体としてレーザーシステム、電気泳動システム、画像分析システムの実験装置の構築を進めた。レーザーシステムについては、高輝度水銀ランプにより特定の波長域でのナノ構造面への照射を確認し、イメージングが可能とした。電気泳動システムについ、DNAを完全に伸張させるための緩衝液、有機溶媒を検討し、さらに印加電圧についてDCおよびACでのDNAの動態を研究した。イメージング分析については、得られた画像分析のアルゴリズムの開発を進め、動画における画像フレーム間の差分におけるラマンスペクトルの画像分析方法を開発している。又、関連研究として、肝葉系肝細胞の分化過程をラマン分光の方法を用いてイメージングを行い、石灰化による骨芽細胞への分化による細胞組織の変化を経時的に定量分析することを行った。さらに、関連研究としてDNAをナノ構造体に導入するためのマイクロポンプシステムの内部動力源として自励振動ゲルを用いる研究を進めた。本研究課題では普及型の使い捨てDNA/RNAシーケンサチップを実現するために本年度は伸張させたDNAを分析可能とするポリマーおよびナノ構造の作成、さらには、RNAの伸張のための分子篩の効果をもたらす新規の高分子ポリマーと緩衝液の研究開発を進めた。DNA/RNAは直径が2nmの高分子で、さらに、0.3nm間隔で4つの塩基が並んでいる構造である。検出には、特定の塩基だけを局部的に強度の増強されたプラズモンを用いて励起することによって、散乱分光法の一つであるラマン散乱を検出する。そのシグナルが塩基一分子であることを保障するために、(1)4つの塩基からのラマンシグナルが異なること、(2)ラマン散乱を得るために使用する光プラズモンの励起領域が数nmの範囲であることを用いる。加えて、DNA/RNAの単一分子での測定を行うためには、ナノ構造の表面を工夫することによって、表面増強効果(プラズモン効果)を効率的に生成することが不可欠となる。平成26年度は前年度におけるラマンイメージングのシステムの構築とDNA/RNAシーケンサチップの基本原理であるナノ構造を持つプラズモン基板の作成をうけて、その表面における検証実験行った。検証実験を行った結果として、電気泳動システム、特に内径が数μの制限された空間で、DNAの分析を行い、具体的には大まかなDNA分析と伸張を行い、さらに検出系として、ナノ構造の表面におけるDNAの分析を行うことが必要であることが分かった。そのために、顕微鏡を母体としてレーザーシステム、電気泳動システム、画像分析システムの実験装置の改造を進めた。さらに、前年度からの継続としてイメージング分析によって得られた画像分析のアルゴリズムの開発を進め、動画における画像フレーム間の微分と照度情報による定量分析の方法を開発している。DNAシーケンスによって、感染症の病原菌となる微生物、ウィルスを現場にて特定することは世界中で切望される診断技術です。これまで、DNAシーケンスは十分なサンプルの前処理と研究所に設置された大型の装置を利用して行われてきました。したがって、現場でのDNAシーケンスを達成するには現行の原理技術とは異なった、新規原理からの研究開発が必要です。我々は現場でのDNAシーケンスを達成できる新規技術として、表面増強ラマン散乱による単一分子の測定技術を応用したDNAシーケンサを本研究にて提案しました。本研究課題では、(1)DNAの伸張について、厚さ方向(Z軸方向)への拡散を数nmに制限された空間にDNAを電気泳動させることと、酢酸を混合した緩衝液を使用することで、可能であることが分かりました。一方では、厚さ方向への拡散を数nmに制限する空間にDNAを直接に導入することが困難でした。さらに(2)露出したDNA塩基について単一分子での表面増強ラマン散乱を測定するために単一分子感度を達成できるプラズモン電場を発生することのできるナノ剣山を製作しました。ナノ剣山は針自身の先が100nmの平面で、平面の下部がさらに細くエッチングされた絶壁構造で、銀蒸着することで、表面プラズモンを強く発生できると同時に絶壁構造にDNA分子が絡み合うことができるデザインにしました。

作製したナノ剣山を利用して、DNAのひとつの塩基であるアデニンの分子を測定し、ナノ剣山の絶壁における単一分子の特徴であるブリンキングを計測しました。この結果は、表面増強ラマン散乱をDNAシーケンサの原理技術として利用できる可能性を示したことになります。本課題では、表面増強ラマン散乱分光法を用いてDNA配列を決定できるDNAシーケンサを創生するための基礎実験を行った。ホットスポットと呼ばれるナノ構造を持つプラズモン基板を新規に設計、作製し、そのホットスポット表面でのDNA塩基のひとつであるアデニンの表面増強ラマン散乱の測定に成功した。アデニンの一分子がプラズモン基板のホットスポットによって活性化されることによって検出されるブリンキングと呼ばれる表面増強ラマン散乱について濃度依存があることを発見した。本研究によって、新規に作成したプラズモン基板を用いてDNA塩基の一分子測定が可能であることが明らかとなった。最初に想定していたDNA/RNAを電気泳動中に伸張させるための光学系のシステムは予定通りすすんでいる。画像分析アルゴリズムのプログラミングについても計画通り進行中ではあるが、使用する開発言語とそのシステム処理のためのハードウェアが高価なために、マイコン処理のPIC言語にまでプログラミングを行う必要性があり、相当な時間を必要とした。したがって、平成26年度に想定していいた部分までは完了したものの、一方で、プログラミングに時間がかかりすぎることやDNAの検出には検出前でのDNAの伸張が、さらには、空間的に数μに制限された空間を使用した空間でのDNAの伸張を促す工夫が必要であるなどの問題点も明らかになった。光源について、高輝度水銀ランプを使用することによって、出力については十分であった。ラマン散乱検出用の検出器(カメラ)について、単一分子を検出するには、現在使用中のカメラよりも検出感度が高いフレームレートの早いカメラが必要である。改善策として、他大学もしくは他学科の検出器の使用を検討中である。ナノ構造を持つ、ナノ剣山の作成については、ガラス表面のウェットエッチングによる方法について着実に手法が形成されつつある。加えて、自励振動型の動力源を用いたDNA送液システムを新規に派生させ、装置全体の小型化に向けての研究開発を進めた。分光・分析化学本年度も当初の計画通りにすすめる。光学システムの構築に関しては計画の前倒しにより当初計画していた内容が少しすすんでいるが、必要とする光学部品とカメラが高価なために、他学科もしくは他大学の研究室と共同して研究推進を行う予定である。独自開発のSERS剣山を用いて、基礎研究を進めます。まずは10塩基程度の大きさのDNAもしくはマイクロRNAをターゲットとして分析を行い、塩基の定性、定量を実験検討する。普及型の使い捨てDNA/RNAシーケンサチップの基礎実験を行うための装置、光学系の構築、画像分析アルゴリズムのプログラミングはほぼ完了した。したがって、平成25年度に想定していいた部分までは完了した。一方で、問題点も明らかになった。
高β ヘリオトロン核融合炉を想定したMHD 不安定性に与える3 次元効果の検証

LHDプラズマにおける外部摂動磁場印加による3次元効果を検証し、磁気島構造のダイナミクスがプラズマフローと強い相関があることを実験的に発見した。これまで、LHDにおける磁気島の振る舞いは規格化圧力βと衝突周波数νによって条件分けされることが実験的にわかっていたが、そのメカニズムは説明できず、隠れたパラメータの存在が示唆されていた。実験の結果、プラズマフローが増加(減少)した後に磁気島が拡大から縮小(縮小から拡大)に遷移する現象の観測に成功した。核融合発電実現のためには、数億度の超高温プラズマを円環(トーラス)状の磁場に閉じ込めておく必要がある。そのためには、磁気流体力学的(MHD)不安定性を回避もしくは安定化する必要がある。3次元効果の影響を明らかにすることが本研究の目的である。本年度は、磁場配位の3次元効果が如実に現れるヘリオトロンプラズマにおいて、磁気島のダイナミクスに着目した実験研究を行った。磁気島の拡大はプラズマ性能を悪化させる原因となるので、その制御は重要な課題である。大型ヘリカル装置LHDでは、真空磁場配位中に真空磁気島を生成でき、その利点を生かした実験が行われた。その結果、磁気島はプラズマの圧力が高い場合もしくは衝突周波数が低い場合に自然に消失し、その磁気島のダイナミクスにはプラズマ中の小半径方向の電場が大きな役割を果たすことが示唆された。径方向の電場と閉じ込め磁場との相互作用により、プラズマがポロイダル方向に回転する。その回転が大きい場合に磁気島は消失し、小さい場合に拡大することを明らかにした。さらに、磁気島が遷移する際には、その回転速度の変化が先に発生し、その後に磁気島が遷移することを明らかにした。これは、磁気島の制御の可能性を示唆する結果である。これらの結果は、第7回Coordinated Working Group Meeting(6月30日-7月2日@ドイツGreifswald)および第23回IAEA(10月11日-10月16日@韓国大田広域市)にて発表された。ヘリオトロンプラズマにおける磁気島のダイナミクスとポロイダルフローとの相関について、実験データの取得と理論的考察を行った。磁気島の拡大から縮小への遷移に加え、縮小から拡大へ遷移する際のポロイダルフローの変化を実験で観測することができた。プラズマ応答磁場の観測から、その回転方向は遷移の向きによって異なり、その向きはポロイダルフローの変化と矛盾がないことが分かった。さらに、磁気島遷移時のポロイダルフローの閾値に差異がみられることが明らかになった。この実験事実を電磁トルクと粘性トルクとのバランスで記述される理論モデルを用いて検討した結果、矛盾なく説明できることを示唆する結果を得た。これらの結果は、第38回プラズマ物理に関する欧州会議及び第53回プラズマ物理に関するアメリカ物理学会ならびに第16回MHD安定制御のためのワークショップの国際会議で発表された。従来は磁気島の構造がポロイダルフローに影響を与えるものであると考えられてきていた。磁気島の過渡的な現象を詳細に調べた本研究によって、ポロイダルフローは磁気島構造そのものを修正する能力があることを実験的に見出した。これは、これまでの考えに対して新しい知見を与える意義を持つ発見である。環状磁場閉じ込めプラズマ共通の課題として、磁気島の成長による各種不安定性の発生が挙げられる。特に、内部電流系プラズマのトカマクでは、それは磁場配位の崩壊につながる。一方、外部電流系であるヘリオトロンでは、磁気島の成長による磁場配位の崩壊がないため、磁気島の詳細な観測を通じた新たな知見を得ることができる。本研究は、ペリオトロンプラズマのみならず、環状磁場閉じ込めプラズマ共通の磁気島物理の研究に寄与する重要性を持つ。ヘリオトロンプラズマにおける磁気島のダイナミクスとポロイダルフローとの相関について、平成22年度から平成23年度までに得られた実験データおよび構築された理論モデルに関するまとめを行った。外部摂動磁場と内部電流による電磁トルクとポロイダルフローと粘性および磁気島幅による粘性トルクとのバランスで記述される理論モデルにおいて、磁場配位由来のパラメータに関する依存性を明らかにすることを目的に、種々の平衡磁場配位における磁気島のダイナミクスを観測した。その際、放電中に外部摂動磁場を変化させ、磁気島遷移の閾値の違いを観測した。その閾値は磁場配位によって異なり、現象論的には電磁流体力学的に不安定な配位ほどその閾値が低く、安定な配位ほど高いことが分かった。すなわち、電磁流体力学的に安定な配位のほうがより小さい外部摂動磁場で磁気島が発生しやすいことが分かった。さらに、同じ平衡磁場配位において、外部摂動磁場を放電中に増加させた場合と減少させた場合で、磁気島遷移の閾値が異なる履歴現象が観測された。その履歴現象は、電磁流体力学的に不安定な配位ほど履歴現象が顕著に表れ(その閾値の差が大きい)、電磁流体力学的に安定な配位では履歴現象が弱い(閾値の差が小さい)ことが分かった。

前述した電磁トルクと粘性トルクのバランス関係に加え、磁力線の曲率や粘性の磁場配位依存性に着目した研究を持続している。これらの結果は、第39回プラズマ物理に関する欧州会議(ストックホルム)及び第17回MHD安定制御のためのワークショップ(ニューヨーク)の国際会議で発表された。実験の遂行にあたり、実験機器・計測機器のトラブルが皆無で、当初の予想以上に良質な実験データの取得が進んでいる。また、実験結果の解釈にあたり、国際学会などの場面で多くの理論家どの有意義な議論がなされたため、当初の計画以上にその理解が深まっている。24年度が最終年度であるため、記入しない。本年度はこれまでの実験結果をまとめ、特に理論的背景に基づいた実験結果の解釈を行う。国際学会で発表し、論文を投稿する。研究計画の変更ある.いは研究を遂行する上での問題点は見当たらない。
柔軟な形状処理を支援するSTEP記述対応の意匠設計システムの試作研究

本研究の最終目標は,人工物の設計,部品生産,組立,意匠設計,組立からなる設計生産工程を,実物ではなく仮想人工物を用いて一元管理し,製品設計がどの段階にあっても,上記行程に関わる全て技術者やデザイナーが設計変更に参画できるようにすることである.この過程において,技術者は専用の計算機言語を用いた記述を介して人工物へ操作を加えることが可能であるが,デザイナーは審美的な観点からデザイン画や模型を用いて意匠変更することが多く,関与者の中では異なった感性と記述能力を持っており,デザイナーのアイデアを反映することが困難である.そこでデザイナーの意志を仮想物体の設計・変更過程に反映させるシステムが必要である.この目的を達成するため,仮想人工物に対して,手と言葉を用いた意匠設計システムを試作した.意匠変更部位に対して手と言葉で操作変更を指示するだけでシステムの提案する設計案から最適なものを選択できるようにした.設計変更では,部品追加に加えて,切断作業も必要となる.しかし,自由な切断を実時間で支援する仮想現実感作成支援システムがないため,試作を行った.仮想物体をHMDで見ながら,データーグローブで操作部分を指定する必要があるため,システムとの対話は音声言語で行わなくてはならない.そこで,言語情報と非言語情報が並行して入力可能な仕組みを仮想現実感システムに組み入れることにした.一方,設計関与者の勤務場所は一般には異なっており,関係者全員が設計対象物を囲んで設計変更を検討する機会を持つことはほとんど不可能である.このため,迅速に全員を納得させる設計案を得ることは困難である.これを支援するため,サーバー・クライアントシステムを用いて,仮想環境を共有する枠組みを試作したしかしながら,上記の各システムの全てを意匠設計システムに組み込むのは時間的に困難であり,それぞれ個別のシステムとして実現するに止まっている.製品記述のグローバル化を促進する,記述のSTEPは未着手に終わった.本研究の最終目標は,人工物の設計,部品生産,組立,意匠設計,組立からなる設計生産工程を,実物ではなく仮想人工物を用いて一元管理し,製品設計がどの段階にあっても,上記行程に関わる全て技術者やデザイナーが設計変更に参画できるようにすることである.この過程において,技術者は専用の計算機言語を用いた記述を介して人工物へ操作を加えることが可能であるが,デザイナーは審美的な観点からデザイン画や模型を用いて意匠変更することが多く,関与者の中では異なった感性と記述能力を持っており,デザイナーのアイデアを反映することが困難である.そこでデザイナーの意志を仮想物体の設計・変更過程に反映させるシステムが必要である.この目的を達成するため,仮想人工物に対して,手と言葉を用いた意匠設計システムを試作した.意匠変更部位に対して手と言葉で操作変更を指示するだけでシステムの提案する設計案から最適なものを選択できるようにした.設計変更では,部品追加に加えて,切断作業も必要となる.しかし,自由な切断を実時間で支援する仮想現実感作成支援システムがないため,試作を行った.仮想物体をHMDで見ながら,データーグローブで操作部分を指定する必要があるため,システムとの対話は音声言語で行わなくてはならない.そこで,言語情報と非言語情報が並行して入力可能な仕組みを仮想現実感システムに組み入れることにした.一方,設計関与者の勤務場所は一般には異なっており,関係者全員が設計対象物を囲んで設計変更を検討する機会を持つことはほとんど不可能である.このため,迅速に全員を納得させる設計案を得ることは困難である.これを支援するため,サーバー・クライアントシステムを用いて,仮想環境を共有する枠組みを試作したしかしながら,上記の各システムの全てを意匠設計システムに組み込むのは時間的に困難であり,それぞれ個別のシステムとして実現するに止まっている.製品記述のグローバル化を促進する,記述のSTEPは未着手に終わった.手の操作と言語指示を用いた意匠設計システムの試作を目指して以下の研究を行った。まず携帯電話の意匠変更に利用される言語表現と形状操作の対応づけを明らかにした。また意匠設計者は手の動きで変更部位と変更後の形状を表現するため、データグローブの指関節の角度情報を利用して手形状の認識をニューラルネットで実現した。手形状と手の動きからの生成面の認識は未完成であるが、手による面の引き出し、押し込み等の操作表現の解釈は実現できている。音声認識を行うため、豊橋科技大よりHMM方式のシステムを導入したが、使用可能な語彙、文法の制限が強いため、アメリカで開発されたシステムを購入した。このシステムは、ある状況で発話される文を表現した文法に基づいて音声認識を行うので、設計作業文脈から逸脱した音声認識はできないという弱点がある。しかし、文法は複数種類用意できるので、作業モデルに従う文法と、それ以外ケースに対応する文法を用意することで、かなりの状況に対処可能と考えている。このシステムを用いて、「この部分をもう少し引き出す」といった文の解釈を実現した。しかし、設計者自身がイメージしている形状をうま表現できない場合があり、手・言葉で適格な形状を表現することは容易でない。このような時は、複数の変更例からの選択や、設計履歴を活用した変更を支援しなくてはならない。芸術的意匠設計では、手のダイナミッな動きに即応して形状変更がなされねばならない。また、ハイライトや質感等の変更も自在に指定したいとい要求がある。現有のVRシステムは計算速度、メモリの点からこの要求を適えられないので、平成9年度はSGIのOCTANEを購入し、これらの要求に実時間対応するシステム構築を目指したい。

昨年度作成のシステムでは、操作対象部の指定を指先で対象表面をなぞり、その面を手指で操作することにより、形状の変更を行っていた。しかし、手指と面の交差検出後も、手指は慣性により面内に侵入してしまうという欠点があった。また使用者は指定が確実に行えているのか否かの確認を実感できなかった。そこで、力覚フィードバック装置のFANToMを用いて触覚を返すと同時に手指が面内に侵入しないように動きを拘束した。手指先端が面分中にあるときはその法線方向の運動成分を拘束し、面分の境界では法線の傾きの平均値の方向の動きを拘束した。意匠設計では稜線部の丸み付け等の処理が外観に大きな影響を与える。処理部の指定には、言語指示の他に直線部をなぞる方法があるが、仮想空間で直線を引くことは困難であり後者の方法は難しい。しかし力覚情報を利用すれば対象の表面をなぞることは容易であり、動きの拘束を利用すれば、なぞった軌跡の投影線、直線や円弧といった数学的軌跡に一致させることも可能となる。この方針でシステムを改良中である。(2)最初から製品全体を作るのではなく、構成部品に分けて設計しそれらを組み合わせて目的物を作るのが自然である。このために、ソリッドモデルと同様にサーフェイスモデルにも合成演算を導入した。携帯電話は本体とボタン集合から構成される。ボタンなどの配列やサイズ、表面の記号等の指定と変更が自在となるよう、演算とその対象指定方法を検討中である。(3)利用していた音声処理システムの精度が悪く、音声単語認識システムに置換した。これは認識率は高いが、連続音声入力ができないため、より適切なシステムを模索中である。仮想環境での操作には,両手による操作が必要なため,音声言語の導入を図った.単語と手の操作を組み合わせた意思伝達の効果は既に確認済みであるが,やはり自由な対話の実現は困難であった.本年は京都大学の堂下研究室から音声認識システムJULLIANを移植し,仮想現実感システムに組み込んだところ,言語・非言語情報を並行利用した仮想環境との対話が,若干の時間遅れで可能となった.音声の認識誤りは,認識した文章を文字として発話者に提示して確認させることにより防止している.この2年間で,サーフェスモデルの局所的な変形,結合演算子による部品の張り合わせを実現したが,部品の切断・削除は未着手であった.ボクセルモデルの切断・削除は既に実現されているが,サーフェスモデルでは,切断前後でシェーディングが変化すること,切断する表面の凹凸が複雑な場合には正しい切断が出来ない場合があるなどの問題があったが,これらを解決した.この結果,自由な切断が可能となったが,人工物の切断では,直線的に切ったり,円形の穴をあけるといった,幾何学的切断が必要である.この実現には,力覚フィードバック装置による刃先の拘束が不可欠と考えている.
標準語普及期の地方出身作家の言語に見る標準語受容に関する実証的研究

本研究は、近代の「標準語」策定以後の日本の言語状況について、特に地方における「標準語」の受容と定着の実態を中心に、明らかにしようとするものである。そのため、地方出身者の母方言と標準語の混交の様子に着目し、地方出身の作家の大正期の作品を中心にテキストデータを作成し、解析を試みることにしている。本年度は、まず、小川未明の作品集『赤い船』のテキストデータを検索ソフトやデータベースソフトに取り込み、解析できるように整備した。さらに、坪田譲治の作品集『正太の馬』及び『魔法』のテキストデータ化を行った(ただし、『魔法』は入力未完である。)なお、坪田譲治は、既にデータ化してある小川未明・浜田広介とともに、戦前の児童文学界をけん引した作家で「児童文学界の三種の神器」と評されたこともある。これに加えて宮沢賢治の作品のデータ化も行っており、合わせて戦前の児童文学を代表するデータベースとなる。データの解析については、接続詞を中心に行った。特に、既存の『国定読本用語総覧』のデータを用い、教科書の語法からの影響関係についての考察を試み、国立国語研究所のコーパスの共同研究発表会にて発表した。さらに、今年度は、宮沢賢治の標準語の様相について、方言からの影響がみられる語法が随所にみられることを紹介するなどの内容を中心に、一般向け(岩手大学シニアカレッジ・盛岡市芸術祭・市民講座はなまき賢治セミナー)に計3回、研究者中心向けに1回(宮沢賢治学会春季セミナー)の講演・発表活動を行った。本務の大学内における学部・大学院のカリキュラム改変に伴う学内の業務が多く、あまり研究に割く時間が取れなかったため。変更後のカリキュラムが完成年度に近づき、業務も少しずつ落ち着いては来ているが、当該年度はまだ研究開始年度の進捗の遅れを挽回するまでの時間を作るには至っていない。対象作品のデータ化の外部委託を積極的に行う。特に、プロレタリア文学については未着手なので、作品の底本の選定などを急ぐ。入力済みのテキストデータの形態素解析等については、プログラムの精度が上がってきているので、精度の高い最新のものを最大限活用し、解析ミスの人手による修正をしない段階のデータも積極的に活用して分析を進める。本年度はまず、本研究の対象とする近代の地方出身者として、特に方言矯正等のターゲットとされた東北地方の出身である宮沢賢治・浜田広介・佐々木喜善という3人について取り上げた。具体的には、既に作成済みであったそれぞれの作品集のテキストデータについて、形態素解析ソフトを利用して形態素解析を行った。ただし、特に宮沢賢治は特異な語法も多く機械による解析ではミスが多く、そのままではデータとしての信用性に問題があるので、これらのデータに対し人手による修正を施し、精密な形態素情報付きのデータべースを作成した。また、このデータベースを利用しそれぞれの作品について品詞ごとの語彙統計を作成し、それをもとに、三人の作家の文体についての統計的な分析を試みた(小島聡子「近代の東北地方出身者の文体の統計的分析」『近代語研究』第十九集)。その結果、これら三者については三様の文体的特徴が見られることがわかった。佐々木喜善については、当時の雑誌のデータ(国立国語研究所『日本語歴史コーパス明治・大正編雑誌I』)とあまり差がないが、浜田広介は接続詞が多く、一方、宮沢賢治については、よく指摘されるオノマトペの多さを差し引いても副詞や感動詞の使用が多いという特徴があることがわかった。さらに、新たに幾人かの作家について、特に明治末から大正にかけて発表された童話作品のテキストデータ化を行った。ただし、これらのデータは、形態素解析等は行っていない。今後はさらに、地方・時期を広げてデータを収集する予定である。既存のデータの精密化に想定以上に時間がかかったことに加え、研究とは直接の関係はないものの、勤務先の大学・大学院での組織・カリキュラム改変に伴う学務的な業務が予定外に多く研究以外の業務に多くの時間を割く必要があったため。本年度は、データの整備を進めつつ、解析済みデータを使った分析・考察にも着手した。まず、データの整備については、収集済みの文献のうち、小川未明の童話集『赤い舩』のテキストデータ化を行った。これは90%程度終了しているがまだ完了はしていない。今後、さらにどの文献をデータ化するべきかを検討しつつ、データ作成を進めていく計画である。さらに、既に作成したデータについては、既存のプログラムを利用して形態素解析を行うとともに、解析済みのデータを手作業で確認しより確実なものとなるよう整備した。なお、小川未明のデータについては、入力が済んだものから順に、テキストデータを検索する形の簡易なコーパスとして使えるよう形式を整え、他の宮沢賢治・浜田広介・巌谷小波のデータと合わせ『近代童話コーパス』(暫定・未公開)として一括検索ができるようにした。また、形態素解析済みのデータの分析・考察は、特に宮沢賢治の言葉遣いと方言の関係についてを中心に考察した。新たに入手した岩手県の方言に関する資料等のデータや、国立国語研究所において公開されている『日本語歴史コーパス明治・大正編雑誌』のデータ等も活用して分析した結果、宮沢賢治の作品にみられる「くらい」という語の使い方に方言の影響が色濃くみられることを指摘した。「くらい」については既に指摘したことがあるが、方言との影響については分析が行き届いていなかったため、今回改めて考察し、明らかに出来た。

本年度は、勤務先の組織改編も少しずつ落ち着いてきたため、比較的順調に進めることが出来たものの、昨年度の遅れを取り戻すほどには進捗していないため。本研究は、近代の「標準語」策定以後の日本の言語状況について、特に地方における「標準語」の受容と定着の実態を中心に、明らかにしようとするものである。そのため、地方出身者の母方言と標準語の混交の様子に着目し、地方出身の作家の大正期の作品を中心にテキストデータを作成し、解析を試みることにしている。本年度は、まず、小川未明の作品集『赤い船』のテキストデータを検索ソフトやデータベースソフトに取り込み、解析できるように整備した。さらに、坪田譲治の作品集『正太の馬』及び『魔法』のテキストデータ化を行った(ただし、『魔法』は入力未完である。)なお、坪田譲治は、既にデータ化してある小川未明・浜田広介とともに、戦前の児童文学界をけん引した作家で「児童文学界の三種の神器」と評されたこともある。これに加えて宮沢賢治の作品のデータ化も行っており、合わせて戦前の児童文学を代表するデータベースとなる。データの解析については、接続詞を中心に行った。特に、既存の『国定読本用語総覧』のデータを用い、教科書の語法からの影響関係についての考察を試み、国立国語研究所のコーパスの共同研究発表会にて発表した。さらに、今年度は、宮沢賢治の標準語の様相について、方言からの影響がみられる語法が随所にみられることを紹介するなどの内容を中心に、一般向け(岩手大学シニアカレッジ・盛岡市芸術祭・市民講座はなまき賢治セミナー)に計3回、研究者中心向けに1回(宮沢賢治学会春季セミナー)の講演・発表活動を行った。本務の大学内における学部・大学院のカリキュラム改変に伴う学内の業務が多く、あまり研究に割く時間が取れなかったため。変更後のカリキュラムが完成年度に近づき、業務も少しずつ落ち着いては来ているが、当該年度はまだ研究開始年度の進捗の遅れを挽回するまでの時間を作るには至っていない。明治末期から大正期にかけての地方出身者について、まずは、文体比較の都合上、童話作品を手掛けていた作家に集中して、テキストの収集とそれらのデータ化を進める。随時、アルバイト・外注等を活用し、データ作成のスピードアップを図る。作成したデータは、様々なツールを活用して、形態素解析を行う。ツールの開発は目覚ましいので、なるべく新しい情報を収集するよう努める。さらに童話作家を二人程度データ化するほか、同時期のプロレタリア文学の作品、特に地方出身で地方を中心に活動していた作家の作品を収集しデータ化を進める予定である。それによって、近代の標準語と方言のせめぎあいの一端を明らかにすることができると考える。対象作品のデータ化の外部委託を積極的に行う。特に、プロレタリア文学については未着手なので、作品の底本の選定などを急ぐ。入力済みのテキストデータの形態素解析等については、プログラムの精度が上がってきているので、精度の高い最新のものを最大限活用し、解析ミスの人手による修正をしない段階のデータも積極的に活用して分析を進める。新規のデータを作成するための資料収集とデータ入力業務等の外注を予定していたが、既存のデータの精密化に想定外に時間がかかったことに加え、新規収集資料の選定に手間取り、資料の購入や入力作業の依頼が予定のごく一部しか実行できなかったことによる。
COPDに対するintrathoracic balloon pumpingの開発

本研究は,末期の肺気腫症例において,胸腔内にバルーンを留置,pumpingさせる体内式呼吸補助装置の作成を目的としている.一方,肺気腫は肺胞構造の破壊に伴い,肺血管床が減少し肺高血圧から右心不全となる.この状況下でのバルーン留置は,肺高血圧を増悪させる可能性がある.前回,ラットの右肺の三葉を切除することにより,人工的な肺高血圧の状態を作成し,右心室などの循環系への影響と対側肺に生じる肺の過膨張の実験を行った.ラットを人工呼吸器下に右上,中,下葉を切除した群(RPN群)と開胸のみの群(C群)における3週間後の対側肺の容積(V),肺動脈圧(PA),体重に対する右心室の重量の比(RV/BW)を評価した.PA, RV/BWはRPN群において有意差をもって高値を示し,さらにRNP群においてVが有意に増大し,病理学的にも対側肺の肺胞間距離が増大している所見を認めた.以上より3肺葉切除レベルにおいては残存肺の気腫性変化を生じるのみならず,右心系への負荷が増加する可能性が示唆された.しかしながらバルーンの効果を最大限に発揮するためには,ある程度のサイズは必要であると考えられ,事前に右心不全を抑制する手段が必要と判断した.G-CFSが肺高血圧症を改善させるという報告があり,事前投与によって右心不全の抑制可能かどうかを今回は検討した.G-CSFを肺葉切除後に19日間10μg/kg/day投与した群(LG10)と100μg/kg/day投与した群(LG100)とRPN群(control)で右心負荷の抑制の程度を評価した.G-CFS投与によってPAは変化がなかったが,RV/LV+S(LV+S:左室壁,中隔の重量)と病理学的な肺内肺動脈中膜肥厚はRPN群に比較し有意に抑制できていた.よって少量のG-CSFを投与することによって比較的大きめのバルーンの使用も可能となると判断された.本研究は,II型呼吸不全を呈する末期の肺気腫症例において,胸腔内にバルーンを留置,pumpingさせる体内式呼吸補助装置の作成を目的としている.今回の研究では,バルーンを用いた補助呼吸により,血液ガス所見や1秒量,残気量などの呼吸機能の改善の程度を評価し,その上で胸腔に対する適切なサイズのバルーンの作成することが目的である.一方,肺気腫は肺胞構造の破壊に伴い,肺血管床が減少し肺高血圧の状態を招来する.さらにバルーンを留置し膨張させることで,肺高血圧を増悪させる可能性がある.今回はその病態を考慮し,ラットの右肺の三葉を切除することにより,人工的な肺高血圧の状態を作成し,これにより右心室などの循環系にどのような影響を及ぼすかについてpreliminaryな実験を行った.さらに,対側肺に生じる肺の過膨張の評価を行い,肺気腫成因のメカニズム解明の一助になると考え実験を行った.また,三肺葉切除することによって生じるスペースから適切なサイズのバルーン作成の参考とした.今回の実験はラットを人工呼吸器下に右上,中,下葉を切除した群(RPN群)と開胸のみの群(C群)3週間後の状態における対側肺の容積(V),肺動脈圧(PA),体重に対する右心室の重量の比(RV/BW)を評価した.VはRPN群5.56±1.02,C群で2.75±0.28で有意差を認めた.PAはRPN群で20.67±2.66mmHg,C群で13.4±2.07mmHgと有意差を認めた.RV/BWはRPN群9.27±0.54,C群で5.73±0.39で有意差を認めた.病理学的には対側肺の肺胞問距離が増大していた.以上より右三肺葉切除により対側肺の膨張と右心系への負荷を生じることが判明した.これを考慮し,三肺葉の容積よりも少ないサイズのバルーンの作成することとし,次回は実際のバルーンを用いた評価を行う予定である.本研究は,末期の肺気腫症例において,胸腔内にバルーンを留置,pumpingさせる体内式呼吸補助装置の作成を目的としている.一方,肺気腫は肺胞構造の破壊に伴い,肺血管床が減少し肺高血圧から右心不全となる.この状況下でのバルーン留置は,肺高血圧を増悪させる可能性がある.前回,ラットの右肺の三葉を切除することにより,人工的な肺高血圧の状態を作成し,右心室などの循環系への影響と対側肺に生じる肺の過膨張の実験を行った.ラットを人工呼吸器下に右上,中,下葉を切除した群(RPN群)と開胸のみの群(C群)における3週間後の対側肺の容積(V),肺動脈圧(PA),体重に対する右心室の重量の比(RV/BW)を評価した.PA, RV/BWはRPN群において有意差をもって高値を示し,さらにRNP群においてVが有意に増大し,病理学的にも対側肺の肺胞間距離が増大している所見を認めた.以上より3肺葉切除レベルにおいては残存肺の気腫性変化を生じるのみならず,右心系への負荷が増加する可能性が示唆された.

しかしながらバルーンの効果を最大限に発揮するためには,ある程度のサイズは必要であると考えられ,事前に右心不全を抑制する手段が必要と判断した.G-CFSが肺高血圧症を改善させるという報告があり,事前投与によって右心不全の抑制可能かどうかを今回は検討した.G-CSFを肺葉切除後に19日間10μg/kg/day投与した群(LG10)と100μg/kg/day投与した群(LG100)とRPN群(control)で右心負荷の抑制の程度を評価した.G-CFS投与によってPAは変化がなかったが,RV/LV+S(LV+S:左室壁,中隔の重量)と病理学的な肺内肺動脈中膜肥厚はRPN群に比較し有意に抑制できていた.よって少量のG-CSFを投与することによって比較的大きめのバルーンの使用も可能となると判断された.
鰾(うきぶくろ)ガス充填を担う酸素ガスチャネルの同定

魚の鰾(うきぶくろ,浮き袋)は水深数百メートルの高水圧下でも内腔に酸素ガスを充填して膨らむことができる。鰾内壁はグルコースを活発に代謝して血液を酸性化し,血中酸素を取り込んで内腔側に分泌する。トラフグゲノムデータベースを利用した鰾の遺伝子発現解析の結果,鰾内壁の血液を局所的に酸性に維持する分子機構を明らかにし,また鰾が熱をガス充填に利用する発熱器官である可能性を見出した。さらにガス充填を担う酸素ガスチャンネルの候補遺伝子を同定した。生体内においてガス(O_2,CO_2,NH_3など)は脂質二重膜を容易に通過し,チャネルなどの膜タンパク質は関与しないと考えられてきた。近年Rh血液型抗原(Rh glycoprotein)やアクアポリンがCO_2やNH_3チャネルとして働くことが分かり,その生理学的役割が世界的に議論されている。魚類の鰾(うきぶくろ)は主にO_2ガスを充填しているが,O_2分泌を担うガス腺細胞(gas gland cell)に特異的に発現するO_2ガスチャンネルの存在が強く示唆される。すなわち鰾はO_2ガスチャネルを同定するのにこの上なく有利な実験材料であり,トラフグ鰾を用いてO_2分泌を担うガスチャネル(アクアポリン)の同定よび機能解析を試みた。トラフグはゲノム中に16のアクアポリン遺伝子と7つのRh glycoprotein遺伝子を有している。RT-PCR及びin situ hybridizationによる網羅的な発現解析の結果,2種のアクアポリン遺伝子が鰾ガス腺細胞に高発現することを見出した。これらアクアポリンに対する特異的抗体を作製して免疫組織染色を行ったところ,アクアポリンがガス腺細胞の管腔側に発現していることを突き止めた。鰾管腔に存在するガスの主要成分は酸素であることから,同定した2種のアクアポリンが酸素ガスチャネルである可能性が期待される。現在,電子顕微鏡を用いた詳細な細胞内分布の解析を進めている。次に,Xenopus oocyteの発現系を構築し,電気生理学的にガス輸送活性を測定する系を構築している。CO_2,NH_3ガスの細胞膜透過を微小pH電極により,O_2ガス透過性を微小O_2電極を用いて評価中である。また鰾における発現解析の結果,O_2ガスの分泌に必用な血液の局所的酸性化を担う乳酸輸送体を同定し,組織内における乳酸の移動経路を明らかにした。さらにガス腺細胞が発熱して酸素の溶解度を低下させてO_2ガスを分泌する仕組みを見出した。