hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ナノ材料・人工タンパク質を利用した即時荷重インプラントの最適化

本研究では、「薬物担持ナノ炭素材料」による早期骨形成能の実現、及び「モチーフ・プログラムド人工タンパク質」を用いた堅牢な細菌感染防御能の実現を通して、即時荷重インプラントに最適なチタン表面改質法を開発することを目的とした。本研究結果より、CNHをキャリアとすることで、チタン表面における固相化薬物送達システムの開発に成功した。また、チタン結合モチーフと細胞接着モチーフを持つ人工タンパク質の作製に成功した。本研究では、「薬物担持ナノ炭素材料」による早期骨形成能の実現、及び「モチーフ・プログラムド人工タンパク質」を用いた堅牢な細菌感染防御能の実現を通して、即時荷重インプラントに最適なチタン表面改質法を開発することを目的とする。「薬物担待ナノ炭素材料」を用いた実験では、CNHをキャリアとして用いるため、まず次の方法でCNHのチタン表面への固相化法を確立した。チタン結合ペプチドであるTBP-1とCNH結合ペプチドであるNHBP-1を連続させたペプチドを用いることで、分散性の良いCNHをチタン表面へ均一に固相化する方法を確立した。このCNHを固相化したチタンに細胞毒性が無いことも確認している。また、DEX担待CNHのチタン上への固相化に成功し、その徐放を確認した。前骨芽細胞株であるMC3T3-EIを用いた実験では、アルカリフォスファターゼ(ALP)活性を検討したところ、5、7、10、14日と徐々にALP活性が上昇していることが分かり、DEX活性がチタン上に担待され、その徐放が細胞へ影響を及ぼしていることが分かった。「モチーフ・プログラムド人工タンパク質」を用いた実験では、チタン結合モチーフと細胞接着モチーフを持つ人工タンパク質を作製した。この作製した人工タンパク質がチタン結合能と細胞接着能を持つことを、QCMを用いた実験し細胞接着アッセイにより確認した。そこで、動物実験へのステッブとして、まずラットのインプラント周囲上皮(aPIE)の特徴を検索した。方法しとては、チタン製インプラントをラットの口蓋に埋入し、3、7、14、28日後に屠殺を行い、免疫組織化学的染色を行った。その結果、非角化の上皮であるaPIEは初期にインプラント表面に接着するが、その後、結合組織の創傷の治癒に伴い、インプラント表面から離れることが示唆された。次年度はこのデータをふまえ、作製した人工タンパク質による影響をin vivoにて検討していく予定である。「薬物担持ナノ炭素材料」を用いた実験では、前年度においてCNHをキャリアとすることで、チタン表面における固相化薬物送達システムの開発に成功した。そこで本年度では、チタン表面に固相化したCNHの多層化技術に取り組んだ。具体的には、PEG-NHBP1(CNH結合ペプチド)を用いることでシリカのミネラリゼーション能を利用し、CNH層の上にシリカ層を積層することができた。この積層技術により薬物の徐放時間の延長が可能となった。「モチーフ・プログラムド人工タンパク質」を用いた実験では、前年度においてチタン結合モチーフと細胞接着モチーフを持つ人工タンパク質を作製し、in vitro実験においてそのチタン結合能と細胞接着能を確認した。本年度では、in vivo実験としてラット大腿骨へのチタン製インプラントの埋入実験を行った。具体的には直径2mm、長さ3.3mmのチタン製インプラントを作製し、SLA処理を施した上で、作製した人工タンパク質を吸着させた。このインプラントをラット大腿骨に埋入し、まずは1、3、7日例における初期反応を確認した。結果は人工タンパク質吸着インプラントにおいて、コントロール群(タンパク無し)と比較し、いずれの日例においても炎症反応等は見られなかったため、人工タンパク質による生体為害性は無いものと考えた。今後は観察期間をのばし、人工タンパク質の機能・影響等を検討していく予定である。
HIV-1潜伏感染メカニズムの多面的解析

本研究では、(1)HIV-1潜伏感染制御メカニズムに関わる宿主側要因の理解を深めること、(2)(1)で明らかにした宿主側要因を制御する方法の基盤確立、を目的とし、独自に樹立した潜伏感染モデル細胞株を用いた機能遺伝子発現抑制ライブラリー細胞群を構築し、潜伏感染制御宿主因子群の網羅的探索・同定作業を進めている。平成30年度は、前年度までに同定した潜伏感染制御宿主候補因子4種についてその作用機序について詳細な解析を進めた。とくに、HIV-1再活性化メカニズムの特異性を規定する機構として知られているHIV-1 Tatタンパク質によるHIV-1プロモーター転写促進機構への寄与について検討を進めた。具体的には、宿主候補因子発現抑制潜伏モデル細胞株内のTatタンパク発現をRNA干渉法にて発現を特異的に抑制した細胞を樹立することを試みた。その結果、宿主因子とTatタンパク発現を同時に抑制する細胞株樹立に成功し、その細胞内におけるHIV-1再活性化レベルを解析したところ、一つの宿主候補因子について、その発現抑制によるHIV-1再活性化状態から元のHIV-1潜伏モデル細胞状態に復帰したことから、その宿主因子は、HIV-1潜伏状態を特異的に制御することがわかった。またこの宿主因子の機能阻害シーズ化合物によるHIV-1再活性化能があることを見出したことからも、この宿主因子は、従来の再活性化誘導剤の欠点であるHIV-1再活性化に対する特異性の低さを大幅に改善することが可能な候補化合物となりうることが考えられる。平成30年度に同定したHIV潜伏感染制御因子4種の詳細なメカニズム解析を進めるにあたり、「HIVプロウイルス転写特異的な宿主制御メカニズム」に焦点を絞り、特にHIV特異的転写に関わるウイルス側要因であるTatタンパク質の機能への寄与について解析を進める予定であり、今年度は、HIV-1潜伏感染を制御する宿主側要因について、そのHIV-1潜伏特異性の有無を評価する解析系を独自に確立することが出来た。そして解析の結果、上記4種のうち1つの宿主制御因子がHIV-1 Tatタンパク依存的なHIV-1転写促進機構を制御することがわかった。これらの研究成果は、当初の研究実施計画と照らし合わせておおむね順調に進展していると判断することが出来る。本研究課題で、HIV-1潜伏感染を特異的に制御する宿主側要因を明らかにすることが出来、この宿主因子機能阻害剤が今までにないHIV-1活性化誘導剤の候補となりうることも示すことができた。このことは、従来のHIV-1活性化誘導剤の欠点であったHIV-1潜伏感染再活性化の低い特異性を大きく改善することが出来る可能性が考えられる。今後は、得られた潜伏感染制御候補宿主因子群の作用機序の詳細についてさらに解析を進め、HIV治癒に向けてHIV-1感染残存細胞(リザーバー細胞)を効果的に排除する方法の基盤確立につとめていく。平成29年度は、樹立した潜伏感染モデル細胞株のHIVプロウイルス制御メカニズム解析対象細胞株としての有用性・妥当性について、既存のHIVプロウイルス再活性化誘導剤(SAHA、JQ1等)を用いて評価し、その利用価値を示すことができた。それと共に上述の網羅的探索をおこなった結果、潜伏感染制御宿主候補因子を4種同定し、それらが実際にHIVプロウイルスの転写制御に寄与しているか否かについて、RNA干渉を利用した遺伝子発現抑制法を用いて詳細な解析をおこなった。その結果、それらの宿主遺伝子発現抑制細胞内において、各々の宿主遺伝子発現抑制レベルとHIVプロウイルス再活性化効率との間で一定の相関関係が認められた。この結果は、これら4種の候補因子がHIV潜伏感染制御宿主因子である可能性を強く示唆するものである。また上述の宿主因子の1つについては、CRISPR/Cas9システムを利用して作製した遺伝子ノックアウト細胞株においてもHIVプロウイルスの再活性化が有意に認められ、更にはその宿主因子過剰発現細胞内においてHIVプロウイルス活性化レベルが著しく低下することが明らかになったことから、潜伏感染状態を維持するために必要な宿主側要因である可能性が考えられる。平成29年度の研究実施計画として、(1)独自に樹立した潜伏感染モデル細胞株のモデル細胞としての有用性・妥当性について学術論文にて示すことが出来たことにより、本細胞株を用いた潜伏感染メカニズム解析法の有用性を示すことができた。(2)樹立した潜伏感染モデル細胞株を利用して機能遺伝子発現抑制細胞ライブラリーを樹立し、HIV潜伏感染制御宿主側要因の網羅的探索および同定作業を進める予定になっており、今年度は4種の候補宿主因子を同定し、詳細な解析を進めた結果、これらの宿主因子が実際に潜伏感染制御に関わることを示すことができた。これらの研究成果は、当初の研究実施計画と照らし合わせておおむね順調に進展していると判断することができる。

とくに、HIV-1再活性化メカニズムの特異性を規定する機構として知られているHIV-1 Tatタンパク質によるHIV-1プロモーター転写促進機構への寄与について検討を進めた。具体的には、宿主候補因子発現抑制潜伏モデル細胞株内のTatタンパク発現をRNA干渉法にて発現を特異的に抑制した細胞を樹立することを試みた。その結果、宿主因子とTatタンパク発現を同時に抑制する細胞株樹立に成功し、その細胞内におけるHIV-1再活性化レベルを解析したところ、一つの宿主候補因子について、その発現抑制によるHIV-1再活性化状態から元のHIV-1潜伏モデル細胞状態に復帰したことから、その宿主因子は、HIV-1潜伏状態を特異的に制御することがわかった。またこの宿主因子の機能阻害シーズ化合物によるHIV-1再活性化能があることを見出したことからも、この宿主因子は、従来の再活性化誘導剤の欠点であるHIV-1再活性化に対する特異性の低さを大幅に改善することが可能な候補化合物となりうることが考えられる。平成30年度に同定したHIV潜伏感染制御因子4種の詳細なメカニズム解析を進めるにあたり、「HIVプロウイルス転写特異的な宿主制御メカニズム」に焦点を絞り、特にHIV特異的転写に関わるウイルス側要因であるTatタンパク質の機能への寄与について解析を進める予定であり、今年度は、HIV-1潜伏感染を制御する宿主側要因について、そのHIV-1潜伏特異性の有無を評価する解析系を独自に確立することが出来た。そして解析の結果、上記4種のうち1つの宿主制御因子がHIV-1 Tatタンパク依存的なHIV-1転写促進機構を制御することがわかった。これらの研究成果は、当初の研究実施計画と照らし合わせておおむね順調に進展していると判断することが出来る。平成29年度に同定したHIV潜伏感染制御因子4種の詳細なメカニズム解析を進めるにあたり、「HIVプロウイルス転写特異的な宿主制御メカニズム」に焦点を絞っていく。具体的には、HIV特異的転写に関わるウイルス側要因であるTatタンパク質の機能への寄与について解析を進めていく予定である。本研究課題で、HIV-1潜伏感染を特異的に制御する宿主側要因を明らかにすることが出来、この宿主因子機能阻害剤が今までにないHIV-1活性化誘導剤の候補となりうることも示すことができた。このことは、従来のHIV-1活性化誘導剤の欠点であったHIV-1潜伏感染再活性化の低い特異性を大きく改善することが出来る可能性が考えられる。今後は、得られた潜伏感染制御候補宿主因子群の作用機序の詳細についてさらに解析を進め、HIV治癒に向けてHIV-1感染残存細胞(リザーバー細胞)を効果的に排除する方法の基盤確立につとめていく。HIV-1潜伏モデル細胞株における宿主因子発現抑制と転写促進因子であるHIV-1 Tatタンパク発現抑制を同時に行う細胞の樹立が予定より早く出来たから。
成体幹細胞システムにおけるbHLH因子Hes1/Hes3/Hes5の役割について

成体脳のニューロンは一般に再生しないが、例外として側脳室の上衣下層および海馬歯状回の顆粒細胞下層の2か所でニューロン新生が起こる。しかし、成体脳における神経幹細胞の維持機構やニューロン新生の意義については不明の点が多い。我々は、tamoxifenによって神経幹細胞にcreリコンビナーゼ活性を誘導できるNestin-creERT2マウスおよびcre活性でHes1遺伝子が欠失するfloxed Hes1マウスを開発した。これらのマウスを用いて成体脳でHes遺伝子群をコンディショナルに欠失させたところ、成体神経幹細胞が消失しニューロン新生がほとんど起こらなくなることを見いだした。したがって、胎児脳と同様、成体脳においてもHes遺伝子群が神経幹細胞の維持に重要な役割を担うことが明らかになった。今後、これらのマウスで記憶・学習に異常がみられるかどうかを検討する予定である。また、Hes1の発現動態を詳細に解析したところ、胎児脳の神経幹/前駆細胞では約23時間周期で発現オシレーションしており、このダイナミックな発現変動が神経幹細胞の増殖・維持に必須であることがわかった。さらに、成体脳由来の神経幹/前駆細胞でも同様のダイナミックな発現変動がみられた。今後、成体脳神経幹/前駆細胞の細胞におけるHes1オシレーションの意義について探る予定である。一方、成体消化器系幹細胞システムにおけるHes1の役割を明らかにするために、新たにcyp1A1-creマウスを作製した。さらに、このマウスおよびvillin-creマウスと上記のfloxed Hes1マウスを掛け合わせして消化管特異的なHesコンディショナル・ノックアウトマウスを作製したところ、消化管に大きな異常がみられた。今後、この異常についてさらに詳細に解析する予定である。成体の各臓器には幹細胞が存在し、修復・再生に重要な役割を担うと考えられるが、その実体や維持機構には不明の点が多い。我々は、bHLH因子Hes1/3/5が胎児の種々の幹細胞の維持に関わることを示してきた。しかし、成体においてもこれらの因子が幹細胞の維持に関わっているのか、成体の幹細胞が維持されないとどのような障害が起こるのかという問題点についてはよくわかっていない。本研究では、Hes1をコンディショナルにノックアウトすることによって、成体幹細胞の維持機構およびその生理的役割を解析する。また、Hes3-Hes5ダブルノックアウトマウスではHes1による機能代償のために顕著な異常は見られないが、さらにHes1をコンディショナルに欠損したときに起こる異常も解析する。以上の研究から、成体幹細胞システムの維持機構および生理的機能を明らかにする。今年度は以下の実験を行った。(1)成体脳の幹細胞システムの解析成体脳におけるHes1の役割を明らかにするため、Hes1ムfloxedマウスおよびHes1ムfloxed ; Hes3-null ; Hes5-nullマウスを作製した。また、tamoxifenによって神経幹細胞特異的にcre活性が誘導されるnestin-creERT2トランスジェニックマウスを作製した。現在、これらのマウスを掛け合わせしているところである。今後、Hes1を神経幹細胞特異的にコンディショナル・ノックアウトする。(2)成体消化器における幹細胞システム成体消化器系の幹細胞にもHes1が発現していることが示唆されている。成体消化器系幹細胞システムにおけるHes1の役割を明らかにするために、villin-creERマウスやcyp1A1-creマウスを作製中である。今後これらのcreマウスと上記のfloxedマウスを用いて消化管特異的なHesコンディショナル・ノックアウトマウスを作製する。

成体の各臓器には幹細胞が存在し、修復・再生に重要な役割を担うと考えられるが、その実体や維持機構には不明の点が多い。我々は、bHLH因子Hes1/3/5が胎児の種々の幹細胞の維持に関わることを示してきた。しかし、成体においてもこれらの因子が幹細胞の維持に関わっているのか、成体の幹細胞が維持されないとどのような障害が起こるのかという問題点についてはよくわかっていない。本研究では、Hes1をコンディショナルにノックアウトすることによって、成体幹細胞の維持機構およびその生理的役割を解析する。また、Hes3-Hes5ダブルノックアウトマウスではHes1による機能代償のために顕著な異常は見られないが、さらにHes1をコンディショナルに欠損したときに起こる異常も解析する。以上の研究から、成体幹細胞システムの維持機構および生理的機能を明らかにする。今年度は以下の実験を行った。(1)成体脳の幹細胞システムの解析成体脳におけるHes1の役割を明らかにするため、Hes1-floxedマウスおよびHes1-floxed:Hes3-null:Hes5-nullマウスを作製した。また、tamoxifenによって神経幹細胞特異的にcre活性が誘導されるnestin-creERT2トランスジェニックマウスを作製した。さらに、これらのマウスを掛け合わせし、tamoxifenを投与することによって神経幹細胞特異的にHes1をノックアウトしたマウスを作製した。今後、脳の異常について組織学的に解析する予定である。(2)成体消化器における幹細胞システム成体消化器系幹細胞システムにおけるHes1の役割を明らかにするために、新たにcyp1A1-creマウスを作製した。さらに、このマウスおよびvillin-creERマウスと上記のfloxedマウスを掛け合わせして消化管特異的なHesコンディショナル・ノックアウトマウスを作製した。今後、消化器系の異常について組織学的に解析する予定である。成体脳のニューロンは一般に再生しないが、例外として側脳室の上衣下層(subventricular zone of lateral ventricle, LV-SVZ)および海馬歯状回の顆粒細胞下層(subgranular zone of dentate gyrus, DG-SGZ)の2か所でニューロン新生が起こる。側脳室の上衣下層で生まれたニューロンは、前側に遊走し、嗅球のインターニューロンである顆粒細胞や傍糸球体細胞に分化する。一方、海馬歯状回の顆粒細胞下層で生まれたニューロンは歯状回のインターニューロンである顆粒細胞に分化する。これらのインターニューロンは、外部刺激に対する弁別、記憶、学習に関わることが示唆されているが、その重要性・意義についてはまだほとんどわかっていない。我々は、tamoxifenによって神経幹細胞にcreリコンビナーゼ活性を誘導できるNestin-creERT2マウスを開発し、成体脳でHes因子群をコンディショナルに欠失させると成体神経幹細胞が消失しニューロン新生が起こらなくなることを見いだした。
人工光合成を指向した量子ドット光増感剤の表面機能化研究

本研究の目的は、量子ドットを活用した人工光合成系の構築である。その達成のため、通常量子ドットの保護に用いられる表面保護配位子の機能化の検討を行った。当該年度では、表面保護配位子に依存したCdSe量子ドットの表面状態および電子状態の詳細な検討を行った。CdSe量子ドットの表面状態や溶液中の分散状態は、量子ドット表面を覆う表面保護配位子に依存すると考えられるが、触媒反応系中における詳細はあまり検討されていない。そのため、量子ドット表面状態を詳細に把握し、その制御に対する知見を得る目的で、触媒条件下における量子ドットの測定を行った。表面保護配位子の大きさに依存し、触媒条件下における分散性が変化し、水素発生反応の活性とも相関が見られた。これにより、溶液中での量子ドットの制御も系の構築には必要不可欠である。また、これまでに検討してきたCdSe量子ドットの発光スペクトルでは、非発光の状態を有するものについて、励起状態の情報が得られておらず、一部議論が困難であった。本研究で得られているCdSe量子ドットについて、過渡吸収スペクトルを測定することにより、非発光状態を有するCdSe量子ドットの電子状態も明らかとなり、その詳細を議論することが可能となった。CdSe量子ドットの電子状態は表面保護配位子の構造に大きく依存しており、表面保護配位子に芳香環を含まない構造の場合、3次元的に電子状態が制御されたトラッピングモデルとみなすことができる一方で、芳香環を含む場合では量子力学的にランダムな動きをすることがわかっている。この結果は、水素発生反応の結果とも相関を有しており、量子ドット内の電子状態を制御することも高活性な触媒系を構築するのに必要な要素である。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は、量子ドットを活用した人口光合成系の構築である。その達成のため、通常量子ドットの保護に用いられる、表面保護配位子を機能化し、電子移動に方向性を持たせることを計画している。当該年度では、新規表面保護配位子を導入し、その表面保護配位子で単一保護を行った場合の量子ドットの状態を確認することを計画していた。特性の確認できたCdSe量子ドットの種類は、予定よりも少なかったものの、表面保護配位子の構造が量子ドットの表面に与える影響が明らかになった。芳香環を有するものと有していないものを比較した結果、芳香環を有している場合では、量子ドットの表面状態に大きな影響を与えなかったものの、芳香環が存在しない、もしくは量子ドットへの配位官能基から遠くなると、量子ドットの表面状態が表面保護配位子によって変化することがわかった。すなわち、芳香環がないことによって、量子ドットの表面に欠陥が生じていた。この違いについて、表面保護配位子の異なるCdSe量子ドットの発光スペクトル・光電子分光法で確認を行った。表面保護配位子に起因した量子ドットの性質の違いは、水素発生反応の効率にも見られた。芳香環を有していない表面保護配位子を用いた場合の方が、水素がよく発生した。これは、表面欠陥の準位に励起状態の量子ドットに励起電子が移動したためであり、表面欠陥が水素発生および電荷分離過程によく作用していると考えられる。新規の表面保護配位子の合成および精製に時間を要したため本研究の目的は、量子ドットを活用した人工光合成系の構築である。前年度の結果を踏まえて、表面保護配位子の再設計および合成を行う。表面保護配位子は、配位子置換反応を行う際に多量に必要になるため、簡便な合成・精製ができることが望ましい。当初の合成ルートでは必要な量の表面保護配位子を確保することが困難であるため、再設計を行う必要がある。
超短パルスレーザーと磁化プラズマとの相互作用による短パルス電磁波発生

超高強度超短パルスレーザー(ITW,100fs)を窒素ガス(50Pa)に集光し、そこから発生する電磁波の観測を行った.観測された電磁波のパルス幅は、実験条件には依存せず、200ps程度であった.電磁波の周波数は、周波数によって異なる感度を有する4種類のディテクターを用いて行った.電磁波は、レーザー進行方向に対して、30度程度の方向に強く放射され、コーン状の分布を有していることが確認された.また、電磁波の偏向方向は半径方向を向いていることが、すべての周波数領域において確認された.周波数の上昇とともに、放射角度が浅くなる傾向にあった.周波数は最大300GHzが観測されている.この実験結果を説明するために、プラズマ導波路を考えた.つまり、高強度レーザーが集光するとそのポンデラモーティブカによって、電子は排除されイオンだけが残った円筒状のプラズマ柱が形成される.イオンの電場を感じて電子は振動運動をすることになり、それが電磁波の放射を生み出す結果となる.電子の振動は径方向であるので、電磁波のモードはTMO1モードとなり、これは電磁波の偏向が半径方向である事実に適合する.また、数値計算を行ったところ、電磁波の周波数広がりが実験結果とよく一致した.また,高周波数の成分が浅い角度で放射される実験結果と一致する結果を得ている.以上より、レーザープラズマからの電磁波放射に関しての知見が得られ、今後高周波化、テラヘルツ化の実験の指針を得ることができた.超高強度超短パルスレーザー(ITW,100fs)を窒素ガス(50Pa)に集光し、そこから発生する電磁波の観測を行った.観測された電磁波のパルス幅は、実験条件には依存せず、200ps程度であった.電磁波の周波数は、周波数によって異なる感度を有する4種類のディテクターを用いて行った.電磁波は、レーザー進行方向に対して、30度程度の方向に強く放射され、コーン状の分布を有していることが確認された.また、電磁波の偏向方向は半径方向を向いていることが、すべての周波数領域において確認された.周波数の上昇とともに、放射角度が浅くなる傾向にあった.周波数は最大300GHzが観測されている.この実験結果を説明するために、プラズマ導波路を考えた.つまり、高強度レーザーが集光するとそのポンデラモーティブカによって、電子は排除されイオンだけが残った円筒状のプラズマ柱が形成される.イオンの電場を感じて電子は振動運動をすることになり、それが電磁波の放射を生み出す結果となる.電子の振動は径方向であるので、電磁波のモードはTMO1モードとなり、これは電磁波の偏向が半径方向である事実に適合する.また、数値計算を行ったところ、電磁波の周波数広がりが実験結果とよく一致した.また,高周波数の成分が浅い角度で放射される実験結果と一致する結果を得ている.以上より、レーザープラズマからの電磁波放射に関しての知見が得られ、今後高周波化、テラヘルツ化の実験の指針を得ることができた.周期的に変化する電流は,周辺に電磁波を放射することができる.プラズマ中で伝搬する電子プラズマ波は,プラズマ密度nの平方根に比例したプラズマ周波数ωpで振動しているので,その周波数の電磁波を放射することが可能である.しかし,その電磁波はプラズマの外,つまり実験室では観測できない.なぜなら,放射された電磁波の周波数ωpがプラズマ中の電磁波のカットオフ周波数となっているため,プラズマ中で強く減衰されるからである.高密度プラズマでは,プラズマ波の電場も大きく,周波数も高いので,この電磁波が外部に取り出されれば,高出力・高周波の電磁波となりうる.このような状況の中,レーザーを中性ガスに集光して実験を行った.集光したレーザーによりプラズマは瞬時に形成され,長手方向1.5sim 2mm程度の長さに形成された.放射電磁波は,クリスタル検波器によって計測された.時間分解能は,オシロスコープの時間分解能で決まり,約100psである.放射電磁波の周波数は,用いた導波管の群速度分散を用いた飛行時間法(time of flight)を適用した.これらの計測により,周波数が50から100GHz程度の短パルス電磁波(パルス幅約200ps)が観測された.電磁波の偏向方向は、半径方向であり、それが集光点を中心にコーン状に発生していることが明らかとなった.周期的に変化する電流は、周辺に電磁波を放射することができる.プラズマ中を伝播する電子プラズマ波は、電子密度の平方根に比例した振動を伴い、その周波数領域を現在盛んに研究されているテラヘルツ領域にすることは可能である.特に、超短パルスレーザーをガス中に集光すると、レーザーは自己電場によってプラズマを生成しながら伝播し、その後方にはレーザー航跡場と呼ばれる電子プラズマ波を励起することになる.そこに発生する電場は、GV/mのオーダーとなり、その振動によって発生する電磁波の出力はMWからGWクラスになると考えられている.このような高強度のテラヘルツ電磁波源は、工学的応用の観点からも興味深い.実験では、上記の超短パルスレーザーをガス中に集光し、そこから発生する電磁波を観測した.観測された電磁波は、最大周波数300GHz、パルス幅200psのパルス電磁波であった.電磁波は、プラズマを中心に中抜けのコーン状であり、その偏向方向は径方向であった.このような電磁波の発生には、レーザーによって生成されたプラズマからポンデロモーティブ力によって電子が径方向に排除され、残ったイオンによる電場による電子の振動運動に起因すると考えることができ、プラズマを導波管と考えると、そのモードはTMO1モードになることが予測される.

これらをもとにモデル化し、その計算を行った.計算結果は、中抜けのコーン状となり、また周波数が高いほど電磁波の放射角度が浅くなることも実験結果と一致を見た.今後は、発生電磁波の周波数の高周波化と高強度化を行う予定である.
ウシ子宮内膜再生メカニズムの解明

本研究では、幹細胞活性を有すると報告されているSide population (SP)細胞はウシ子宮内膜間質に存在し、子宮内膜上皮には含まれないことが示された。また、子宮内膜間質細胞は骨芽細胞や脂肪細胞への分化能を有することが明らかとなった。さらに、子宮内膜細胞におけるSP細胞の割合は分娩後10日目には低く、分娩後100日目にかけて徐々に増加することが明らかとなり、このようなSP細胞の発現変動にはペプチターゼ活性に関わる遺伝子が関与する可能性が示された。以上の結果から、分娩後の子宮内膜再生にはウシ子宮内膜間質に存在するSP細胞が関与する可能性が考えられた。経産牛は未経産牛より受胎性が低いことが知られている。分娩時には、胎子の娩出とともに胎盤が剥離し、子宮は大きく損傷を受ける一方で、その後速やかに子宮内膜が再生され、子宮の修復がおこる。申請者は、経産牛における受胎率の低下は、分娩後の子宮内膜再生の不具合に原因があるのではないかと考えているが、ウシの子宮内膜再生メカニズムは未だ解明されていない。本研究ではウシの子宮内膜再生メカニズムを明らかにすることを目的とし、ウシの子宮内膜上皮細胞に存在するSide population (SP)細胞および小型子宮内膜上皮細胞で特異的に発現する遺伝子について探索するとともに、分娩後におけるSP細胞の経日的な発現パターンについて検討を行った。ウシ子宮内膜上皮SP細胞および小型子宮内膜上皮細胞の遺伝子発現についてマイクロアレイ解析を行った結果、ウシ子宮内膜上皮SP細胞では組織・上皮増殖や細胞接着、免疫機能に関わる遺伝子の発現量が高かったが、小型子宮内膜上皮細胞で特異的に発現する遺伝子はなかった。また、ウシ子宮内膜上皮SP細胞および小型子宮内膜上皮細胞は、骨、脂肪、軟骨等の中胚葉由来組織に分化しなかった一方で、子宮内膜間質細胞は骨芽細胞や脂肪細胞への分化能を有することが明らかとなった。分娩後の子宮内膜におけるSP細胞の割合について、分娩後10日、30日、50日、100日で子宮内膜組織をバイオプシーによって採取し、採取した子宮内膜組織から酵素処理によって得られた細胞をフローサイトメトリー解析によって検討した結果、分娩後10日目にはSP細胞の割合が低く、その後徐々に増加することが明らかとなった。今後、このようなSP細胞の発現パターンに影響を及ぼす因子を探索し、分娩後における子宮内膜再生メカニズムを解明する。分娩後経日的に採取した子宮内膜組織における遺伝子発現変化の網羅的解析が未実施であり、研究の進行がやや遅れている。経産牛における子宮回復不全には、分娩後の子宮内膜再生の不具合が関与していると考えられるが、ウシの分娩後における子宮内膜再生メカニズムは未だ解明されていない。申請者はこれまでに、幹細胞活性を有すると報告されているSide population (SP)細胞がウシ子宮内膜においても存在することを明らかにしており、子宮内膜幹細胞が子宮内膜の再生に寄与する可能性を示唆している。そこで本研究では、ウシの子宮内膜再生メカニズムを解明するため、分娩後におけるSP細胞の経日的な発現パターンを明らかにするとともに、SP細胞の発現パターンに影響を及ぼす因子を探索した。次に、分娩後10日、30日、50日、100日目に採取した子宮内膜組織を用いてマイクロアレイ解析を行った結果、分娩後日数が経過するに従い発現量が高くなる遺伝子(P<0.05, Fold change>2.0)は99個(10日v.s. 30日)、327個(30日v.s. 50日)、0個(50日v.s. 100日)であり、分娩後10日目より30日目で発現が高く、かつ分娩後30日目より50日目で発現が高かったのは5個であった。さらに、Gene Ontology解析を行った結果、これらの遺伝子はペプチターゼ活性に関与する遺伝子群であったことから、ペプチターゼ活性に関わる遺伝子がSP細胞の発現パターンに影響を及ぼす可能性が考えられた。今年度は分娩後経日的に採取した子宮内膜組織における遺伝子発現変化の網羅的解析を行うとともに、当初予定していたウシ子宮内膜SP細胞の発現パターンに関与する因子について検討を行う予定である。

家畜繁殖学前年度は研究の進行が遅れたため、予定していた研究費の遂行ができず研究費の繰り越しが生じた。今年度は、前年度に未実施であった実験を行うとともに当初予定していた研究を行う。前年度に実施できなかった分娩後経日的に採取した子宮内膜組織における遺伝子発現変化の網羅的解析を行う必要があり、平成27年度配分額のうち、60万円をマイクロアレイデータ解析ソフト費に、40万円を一般試薬、消耗品費に、20万円を実験補助員の賃金、10万円を学会発表等の旅費に用いる予定である。
4次元多様体のChern-Simonsゲージ理論の量子化の研究

報告者は平成16年度から18年度の本研究:4次元多様体のChern-Simonsゲージ理論の量子化:において4次元多様体上の接続のモジュライ空間の幾何的量子化を研究した.境界を持った4次元多様体上の接続のモジュライ空間上に準シンプレクティク形式を定義しその上にChern-Simons形式を用いて準量子化束(準シンプレクティク形式を曲率とする接続を持っエルミート直線束)を構成した.境界上で自明となるゲージ変換群の作用はハミルトニアンとなりそのモーメント写像によるシンプレクティク還元が平坦接続のモジュライ空間となることを示し、かくして平坦接続のモジュライ空間の幾何的準量子化が得られた.3次元写像群は平坦接続のモジュライ空間へ局所シンプレクティクに作用するが、報告者が以前に4次元Wess-Zumino理論で構成していた3次元写像群の可環拡大がこの準量子化束への作用に持ち上がることを示した(平成1617年度).この結果は論文"Chern-Simons prequantization on 4-manifolds"にまとめて現在投稿中である。平成18年度の研究において、報告者は3次元多様体上の平坦接続の空間が歪シンプレクティク空間になることを示し、平坦接続が同境を与える4次元多様体上に延長される条件を決定し、この条件を満たす部分空間はシンプレクティクであることを証明した.これらの研究のほかにも、報告者はヤン・ミルズ方程式の渦(vortex)表示とHelicityについてもいくつかの結果を得ている.報告者は平成16年度から18年度の本研究:4次元多様体のChern-Simonsゲージ理論の量子化:において4次元多様体上の接続のモジュライ空間の幾何的量子化を研究した.境界を持った4次元多様体上の接続のモジュライ空間上に準シンプレクティク形式を定義しその上にChern-Simons形式を用いて準量子化束(準シンプレクティク形式を曲率とする接続を持っエルミート直線束)を構成した.境界上で自明となるゲージ変換群の作用はハミルトニアンとなりそのモーメント写像によるシンプレクティク還元が平坦接続のモジュライ空間となることを示し、かくして平坦接続のモジュライ空間の幾何的準量子化が得られた.3次元写像群は平坦接続のモジュライ空間へ局所シンプレクティクに作用するが、報告者が以前に4次元Wess-Zumino理論で構成していた3次元写像群の可環拡大がこの準量子化束への作用に持ち上がることを示した(平成1617年度).この結果は論文"Chern-Simons prequantization on 4-manifolds"にまとめて現在投稿中である。平成18年度の研究において、報告者は3次元多様体上の平坦接続の空間が歪シンプレクティク空間になることを示し、平坦接続が同境を与える4次元多様体上に延長される条件を決定し、この条件を満たす部分空間はシンプレクティクであることを証明した.これらの研究のほかにも、報告者はヤン・ミルズ方程式の渦(vortex)表示とHelicityについてもいくつかの結果を得ている.研究推進:4次元多様体上のSU(N)-平坦接続全体の空間に前シンプレクティク構造が入り、境界で自明なゲージ群がハミルトン作用で働くことを示した。多様体が球面または半球面の場合には、このMarsden-Weinstein縮退の空間上に接続を持つ線束、すなわち幾何的量子化を構成した。一般の4次元多様体の幾何的量子化をつくり、3次元境界上のゲージ群のWess-Zumino-Wittenn拡大が作用することを示すためのプログラムを立てた。この実行が次年度の問題となる。このほかに、研究課題と密接に関連した話題として、「ディラック作用素の基本解の漸近展開について」の研究と「Yang-Mills方程式のハミルトン形式」について成果を得た。これらは、以下に記す学会、研究集会で発表された。この課題研究の周辺にある、平坦接続とフレアーホモロジー、測地線とリーマン幾何学の話題、ディラック方程式の解析学、などに関する研究情報を得るため、各地で開かれる研究集会に参加し、また専門の研究者を招待した。研究発表:(1)2004年度日本数学会秋季総会(9月,北海道大学)4次元多様体上の平坦接続のモジュライについて」.(2)研究集会「シンプレクティク幾何とその周辺」(11月、秋田大学)「4次元Chern-Simonsゲージ理論の幾何的量子化」.(4)研究集会「力学系と微分幾何」(9月、京都大学数理解析研究所)「Yang-Mills方程式のハミルトン形式とHelicity」.この研究においては、4次元多様体上の平坦接続の空間の準量子化の問題をあつかっている.まず接続の全体が準シンプレクティック空間となることを03年の研究で示しているが、さらに境界上で自明なゲージ変換群がこの空間に、曲率をモーメント写像としてハミルトン作用することがわかり、したがって、そのシンプレクティック縮退である平坦接続の空間がシンプレクティック多様体となることが明らかになった.基礎の多様体が4次元半球体の時には、その幾何的量子化の構成を04年の研究で行っていたが、本年の研究で、より整った形で一般の5次元多様体の境界となるコンパクト4次元多様体の開部分多様体に対しても幾何的量子化の構成ができた.さらにそのような閉4次元多様体については5次元Chern-Simons関数のグラディエントベクトル場との関係が明らかにされた.この5次元Chern-

Simons関数の4次元への境界値ともいうべきものが上記の幾何的量子化の平行切断を与えること、また切断の空間へのルジャンドル埋め込みが作られることも示された.つぎに、境界上のゲージ群は平坦接続の空間に無限小シンプレクティックに作用することが04年度の研究でわかっていたが、この作用を準量子化束へ持ち上げる可能性を調べた.その結果4次元半球体の時には、境界上の3次元の写像群の可換拡大が準量子化束に作用し、それは平坦接続への無限小シンプレクティック作用と同変になることが示された.これらの結果は10月にarxiv mathDGに投稿し、さらに3月に大幅な改定を行って専門誌に投稿し掲載を待っている.また10月に函館未来大学「量子情報空間上のダイナミクス」研究会で、11月に首都大学解析セミナー、2月に鳴門市での「シンプレクティック幾何研究会」で講演した.4次元多様体上の平坦接続の空間の準量子化についての研究を完成し、その結果をまとめた論文を06年2月に投稿し、その後見つかった誤りを9月に修正し、現在査読の結果を待っている.接続の全体が準シンプレクティック空間となること、境界上で自明なゲージ変換群がこの空間に曲率をモーメント写像としてハミルトン作用することを昨年までに示していたが、そのシンプレクティック縮退がWeinstein-Marsdennの方法で証明できるとした部分はまちがっていたことがわかった.シンプレクティック縮退の方法が適用できなくとも、このモーメント写像の値が0となる平坦接続の空間が多様体となり準シンプレクティック構造を持つという結論は正しいことが示せた.5次元多様体の境界となるコンパクト4次元多様体の開部分多様体に対して幾何的量子化の構成ができること、5次元Chern-Simons関数のグラディエントベクトル場との関係、Chern-Simons関数の4次元への境界値が幾何的量子化の切断の空間へのルジャンドル埋め込みとなることなどが示されていた.以上の結果を06年微分幾何シンポジウム(金沢大学)の基調講演において報告した.続いて、本年は境界をもつ4次元多様体上の平坦接続の境界値の空間を特徴づける研究を行った.3次元多様体の上の平坦接続の空間にCartann 3-形式の類似を導入し、それによりこの空間が歪シンプレクティックとなることを示した.3次元多様体の上の平坦接続が4次元多様体上の平坦接続の境界値となるためには、この接続の3乗の積分が消えることが必要十分であることを示した.この研究と平行して、流体力学のオイラー方程式や電磁マクスウェル方程式の解の空間におけるHelicityについても研究した.
DBPシグナルを介した時計遺伝子ネットワークによるインスリン分泌制御機構の解明

MIP-E4BP4マウスのインスリン分泌不全のメカニズムとして、インスリン分泌関連遺伝子の発現低下と細胞内ATP/ADP比の恒常的な増加という2つの事象を見出しているが、未知のメカニズムが存在している可能性が高いため、全身型DBP欠損マウスの解析を追加する。GRIP AND COILED COIL DOMAIN-CONTAINING PROTEIN 2 (GCC2)とTRIMERIC INTRACELLULAR CATION CHANNELTYPE-B(TRIC-B)という2つの分子に着目しているが、網羅的解析も同時に進めていき、2つの分子以外にも新たな経路が存在していないかを探索していく。
食事ポリフェノールの細胞内バイオアベイラビリティの解明

食事ポリフェノールの体内吸収をCaco-2細胞の一層培養系で分析し、体内で有効な機能を発揮するアグリコンの化学構造を解析した。1.アピゲニンO-配糖体はアグリコンとして細胞内に取込まれ、投与量の1.1%が抱合体として、0.07%がアグリコンとして血流側に放出された。C-配糖体は加水分解されず細胞内にもほとんど取込まれなかった。2.様々なフラノノイドを肝細胞のHepG2に与え、経時的に核を取り出し、フラボノイドを分析し、同時にその核を活性酸素に暴露した。いずれのフラボノイドも与えてから3060分で最大の0.21nmol/10^7細胞となったが、ほとんどは抱合体であった。そして、遺伝子の酸化的損傷を抑える顕著な抗酸化能を示したのはB環がカテコール構造のものだけであった。3.Caco-2細胞への吸収時に、フラボノールは、その一部が特異的に3位のアミノ体に変換されて漿膜側に移行した。これは新規物質であった。アミノ体は元のフラボノールと比較して、抗酸化能やタンパク質機能調節作用は同等であった。しかし、抱合速度は元のフラボノールよりも4倍遅かった。このアミノ体がフラボノールの体内での活性形態であると推測した。4.ポリフェノールの混合物をCaco-2細胞に与えると、プレニル化合物のアルテピリンCは速やかに取込まれ、その24%が漿膜側に排泄された。しかも抱合を受けていなかった。5.アルテピリンCはHepG2細胞にも取込まれ、濃度依存的に遺伝子の酸化を顕著に抑えた。また、腫瘍細胞WiDrに与えると、p21の発現を促し、G_0/G_1停止期を誘導した。以上の結果から、体細胞内で有効な生理活性を発揮するバイオアベイラビリティの高い食事ポリフェノールは、フラボノールのように吸収時により活性の高い形態に代謝変換されるものと、アルテピリンCのように抱合を受けにくいプレニル化合物であると結論した。食事ポリフェノールはO-配糖体あるいはC-配糖体である。その吸収形態と吸収率を知るために、小腸細胞Caco-2に与えた。O-配糖体を与えるとほとんどが加水分解吸収された。しかし、漿膜側つまり血流側に排泄されたものは、O-配糖体そのものが投与量の約0.3%、加水分解されてアグリコンとなったものが0.07%、アグリコンのグルクロニド・硫酸抱合体が1.1%であった。ところが、C-配糖体は加水分解を受けずに小腸細胞内に取り込まれた。そして、C-配糖体の形態で投与量の0.3%が、その抱合体の形態で0.35%が漿膜側に排泄された。一方、アグリコンを与えると、8%がグルクロニド・硫酸抱合体として、5%がメチル抱合体として漿膜側に排泄された。そこで、これらを肝癌細胞のHepG2に与えた。配糖体も抱合体もHepG2細胞内にはほとんど取り込まれなかった。ところで、O-配糖体から生成するアグリコンは0.07%であるが、これも血流を循環していると考えられる。

そこで、ケルセチン、ケンフェロール、アピゲニン、ルテオリンなどのアグリコンを10μM濃度でHepG2に与え、時間を追って核を取り出し、十分に洗浄後、核内の濃度と形態を分析するとともに、その核を活性酸素に暴露して、遺伝子の酸化的損傷を測定した。いずれのアグリコンも核内存在量は細胞に与えてから3060分で最大の0.21nmol/10^7細胞となり、180分後にはほぼすべてが核外に排泄された。また、形態はほとんどがグルクロニド・硫酸抱合体あるいはメチル化体であった。そして、ケルセチンとルテオリンは、その存在量が多い3060分でのみ、遺伝子の酸化産物である8-OHdGの生成量を1525%抑制した。ケルセチンとルテオリンはカテコール構造を持っており、他の2つは持っていない。したがって、ポリフェノールアグリコンは細胞内に取り込まれ、さらに核内にも存在するが、遺伝子の酸化を抑える顕著な抗酸化能を示すのはカテコール構造のものであると考えた。本研究課題の昨年度の研究で、食事ポリフェノールの中のフラボノールという成分は小腸細胞に吸収された後にその一部が新規物質である3位アミノ体に代謝変換されることを明らかにした。この物質はアミノ基を有するので抱合を受けにくく、細胞膜との親和性が高いので肝細胞などに取り込まれやすいと予測した。つまりバイオアベイラビリティが高いので顕著な生理活性を示すと考え、本年度はこれらの点を研究した。グルクロニド・硫酸抱合速度をケンフェロール(KF)というフラボノールとそのアミノ体(アミノKF)とで比較すると、アミノKFの抱合速度はKFよりも3倍遅かった。抗酸化能は肝細胞のHep G2を用いて比較した。KFあるいはアミノKFと15分間培養後、細胞を洗浄して活性酸素に晒し、その遺伝子の酸化的損傷を8-ヒドロキシグアノシン(8-OHdG)の生成量で測定した。KFが8-OHdG生成を50%抑制するIC50値は3.1μMで、アミノKFは4.6μMであった。ケルセチン(QT)とそのアミノ体(アミノQT)で比較すると、QTは3.8μMで、アミノQTは4.3μMであった。また、発癌に関係しているCYP1A1酵素の活性抑制効果と、ダイオキシンの受容体でもあるアリール炭化水素受容体(AhR)に対するアンタゴニスト効果を比較した。KFのCYP酵素阻害のIC50値は0.11μMで、AhRに対しては2.1μMであり、アミノKFはそれぞれ0.15μMとは7.9μMであった。QTのCYP阻害のIC50値は0.35μMで、AhRに対しては1.5μMであり、アミノQTはそれぞれ0.46μMとは7.3μMであった。フラボノールなどのポリフェノールは抱合を受けるとその生理活性をほとんど失うが、アミノ体は抱合を受けにくい。そして、アミノ体は元のフラボノールとほぼ同等の生理活性を持っているので、体内でその生理活性を発揮しやすいと結論した。アミノ体は体内吸収後に合成される生体内成分なので安全性に問題はなく、将来、予防薬や治療薬としての応用が期待できると考えた。1.体内吸収形態の解明:フラボノールをCaco-2細胞の一層培養系に与えると約10%が細胞内に取込まれ、1%が3位のアミノ体に変換されて漿膜側に移行した。漿膜側のアミノ体はその65%が抱合体で、30%が遊離の形態であった。そこで、フラボノールやアルテピリンCなどの様々なポリフェノールを混合物としてCaco-2に与えた。アルテピリンCは速やかに細胞内に取込まれ、細胞内に他のポリフェノールよりも長く留まり、漿膜側には与えた量の14%が放出された。しかも、遊離の形態であった。2.細胞内での抗酸化能を評価:抱合を受けずに摂取した形態でそのまま血中に存在することが明らかになったアルテピリンCについて、これを活性酸素に暴露したHep G2細胞に与えた。
超高精度高速電気インピーダンス測定装置を用いたin-vitro栓子検出技術の開発

血管や心臓内で生じた血栓は、一部が剥離して栓子となって血管内を飛来し、脳梗塞や肺塞栓を引き起こすことが多い。現在、この栓子を検出する方法として、超音波ドップラ法があるが、プローブ固定などの問題で長時間測定が困難、栓子検出精度が検査者の手技で大きく異なるなどの問題点がある。そこで本研究では、非侵襲的に長時間測定が可能である電気インピーダンス法を用いた栓子検出法について検討し、主として以下の結果を得た。1高精度高速電気インピーダンス測定装置の開発電気インピーダンス測定の高精度化に必要な技術仕様を盛り込んだ、光アイソレーションインピーダンス測定装置を開発した。これにより、測定周波数1MHzにおいて測定精度0.1%、測定速度1msを実現した。また、将来の無拘束化を目指して、Bluetooth通信モジュールの通信性能評価を試み、臨床使用に十分な通信性能があることがわかった。2頸部電気ファントム構築と頸動脈モデル内の栓子検出皮膚・脂肪・筋肉・血管から構成され、生体組織と等価な電気特性をもつ頸部血管電気ファントムを製作し、血管内の栓子検出が可能かどうかを検討した。電極は、電流電極間隔70mm、電圧電極間隔10mmで電極(直径3.5mm)を皮膚表面上に直線上に配置し、牛血液内の5mm角栓子によるインピーダンスの変化率は、0.12±0.16%であることがわかった。3栓子通過時のインピーダンス変化量の理論的算出実際に頸部から頸動脈中の栓子を検出する条件を設定し、栓子通過時のインピーダンス変化量をゲゼロビッツ理論、および、10頭分の豚血液から得られた血液・栓子の導電率周波数特性を用いて計算した。計算の結果、頸動脈を通過する栓子は現在の測定システムで直径3mmまで、理論的には直径0.5mmまで検出可能であることがわかった。今年度の研究成果は、以下の通りである。(1)頸部電気ファントム内の栓子検出皮膚・脂肪・筋肉・血管から構成され、生体組織と等価な電気特性をもつ頸部血管電気ファントムを製作し、血管内の血栓子検出が可能かどうかを検討した。電極は、電流電極間隔70mm、電圧電極間隔10mmで電極(直径3.5mm)を皮膚表面上に直線上に配置した。血管内に牛全血を満たし、同じ血液から作成した栓子(立方体:5mm角)を血管内底部かつ電極中心線上に設置し、栓子によるインピーダンス変化を用いて測定した(印加電流1.0mAp-p、周波数100kHz、10回測定)。測定の結果、栓子の有無におけるインピーダンス変化率は0.12±0.16%であり、頸動脈内に設置された栓子が検出可能であることがわかった。(2)有限要素法を用いた高感度栓子検出が可能な電極配置の検討(1)と同じ構造・導電率をもつ三次元頸部血管メッシュモデルを構築し、直径5mmの電流印加電極と同心円状に環状電圧検出電極と環状ガード電極を配置した、リング電極配置について検討した。モデルは、200mm角の立方体を電極中心から1/4にカットしたものとした(要素数2044577、節点数443402)。頸動脈モデル内に、直径4mmの模擬栓子球を入れた際のインピーダンス変化率を求めた(深さ25mm)。解析の結果、外径50mm(幅2mm)の電圧検出電極と外径10mm(幅1mm)のガード電極を用いた場合、インピーダンス変化率0.63%と、最も高い検出感度が得られることがわかった。(3)高精度高速電気インピーダンス測定装置の開発

これまでの研究によって、十分な栓子検出精度を得るためには、測定装置の雑音を熱雑音に近いレベルまで下げる必要があることがわかった。そこで、全論理回路のワンチップ化、量子化誤差の減少、多層表面実装基板化、スクリーンドライバ層の追加による低ノイズ化をはかった。次年度は、改良型測定装置の製作と性能評価を行う。今年度の研究成果は、以下の通りである。1高精度高速電気インピーダンス測定装置の開発昨年度に得られた、電気インピーダンス測定の高精度化に必要な技術仕様を盛り込んだ測定装置を開発した。これにより、測定周波数1MHzにおいて測定精度0.1%、測定速度1msを実現した。しかしながら、長時間のバッテリ駆動を行うには消費電力が大きいため、測定アルゴリズやDSPの最適化をはかることが必要であることがわかった。さらに、これまでの装置では光ファイバを用いて測定データをメインPCへ送信していたが、患者の低拘束化をはかるために無線化を試みた。無線化の方法として、SMK社製BluetoothモジュールBT201と同規格Bluetoothモジュールを内蔵したDell社製PDA Axim50Vを用いた。使用したBluetoothの規格(Class 2)は、周波数帯域が2.4GHz帯で出力電力が1mWである。この出力は、携帯電話の1/180、PHSの1/80である。通信性能を評価するために、任意の数値データを連続して送受信できる評価プログラムを開発し、通信性能の評価を行った(通信速度115.2kbps)。屋内と屋外でBluetoothモジュールとPDAの距離を1090mまで、10m間隔で変化させ、それぞれの距離で0999の1000個のデータ群を10回ずつ送受信した。測定の結果、通信距離が屋内で40m、屋外で30mまで100%の受信精度が得られることがわかった。2有限要素法を用いた頸部モデル構築法に関する検討昨年度は単純化した三次元頸部モデルを構築したが、今年度は、CT画像から三次元頸部モデルを直接構築する方法を検討した。その結果、皮膚・脂肪・筋肉・血管・血液・骨を含めた複雑な有限要素モデルが構築できることがわかったが、十分な空間分解能を得るためには現在使用しているPCのメモリ空間制限(2GByte)では、不十分であることがわかった。次年度は、64bit CPU・OSを用いたシステムを構築しソフトウエアの移植を行う。しかしながら本研究で得られた技術的なノウハウは、胸部、肝臓、骨のモデル化に有用であった(研究成果参照)。1.はじめに:血管や心臓内で生じた血栓は、一部が剥離して栓子となって血管内を飛来し、脳梗塞や肺塞栓を引き起こすことが多い。本研究では、非侵襲的に長時間の測定が可能である電気インピーダンス法を用いた栓子検出法を確立することを最終目的としている。栓子のin vivo検出を成功させるためには、全血と栓子のインピーダンス周波数特性の差を明確にし、最も検出感度の高い周波数を決定する必要がある。そこで今年度の研究では、全血内を通過する栓子によるインピーダンス変化量を理論的に求め、全血と凝固血液のインピーダンス周波数特性を測定し、求めた理論式を用いて栓子検出に有用な測定周波数を決定した。2.実験方法:実際に頸部から頸動脈中の栓子を検出する条件を設定し、栓子通過時のインピーダンス変化量をゲゼロビッツの数値解析理論(GESELOWITZ, D.B.,1971)を用いて計算した。