hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
鉄硫黄クラスターの生合成機構:二種のクラスター形成マシナリーの分子構築と反応機序

大腸菌のIscXについては最近、構造決定を完了した。近年我々は、Fe-Sクラスター(Fe-S蛋白質のコファクター)の形成に必須な、二種の独立した大腸菌マシナリー(ISCとSUF)を明らかにした。次なる課題は構造と機能、反応機構の解明である。マシナリーの個々の成分がどのような役割を演じているのか?また、複数の成分がどのように調和してマシナリーとしての機能を発揮するのか?二種類の合成系の存在意義と合わせて、分子レベルで詳しく理解する必要がある。本年度は、下記の研究を推進した。1.大腸菌のISC並びにSUF、好熱菌Aquifex aeolicusのISC、好熱性古細菌SulfolobustokodaiiのSUFマシナリーの構成成分について、各々単独、または複合体として発現させ、大腸菌変異株の相補実験と並行して、精製と機能解析を進めた。新たに、SufB+SufC+SufD複合体が、サブユニットの入れ替えを含むダイナミックな構造変換を行うことを見出した。またSufDについては、構造情報(下記)に基づいて種々の変異を導入し、機能的に重要な部位を同定した。加えて、AquifexのIscUが意外にもFe-Sクラスター中間体を結合した状態で精製できることを見出し、さらに変異を導入することによって中間体の安定化を達成した。2.上記精製タンパク質(複合体)の結晶化を試み、昨年度の大腸菌YfhJ (IscX)に続いて、本年度はSufA,SufC,SufDそれぞれの構造決定に成功した。SufA二量体の結晶構造では4残基のシステインが近接する機能部位の実体、SufCではATPase活性と構造変換を共役させ得るドメイン間の塩橋、SufDでは新規なβ-helix二量体という、構造上の特性を次々に明らかにすることができた。一方、SulfolobusのSufC+SufD複合体についても良質の結晶を得ることができた。
分子磁性による反応制御

本研究班の研究目的は、外部磁場効果や磁気同位体効果などの、分子磁性による反応制御がどのような新しい反応系に拡張できるかを追求することにある。本年度の研究実績は次の通りである。林はナノ秒レーザー閃光法と超伝導磁石を用いて、三重項状態を経由する光水素移動反応を測定し、C-ラジカルのような軽原子ラジカルやS-ラジカルなどの重原子ラジカルの反応において、ラジカル対の寿命や散逸ラジカルの収量が0-2Tでは増加するが2-10Tでは減少するという、高磁場に特有な新しい磁場効果を多くの反応系で発見し、Gd^<3->の緩和促進効果を用いて、緩和機構とΔg機構の寄与を実験的に分離した。また、磁気同位体効果を用いて、^<73>Geを効率よく濃縮する条件を検討した。谷本は高スピン状態(S≧1)にある化合物の液相反応において磁場効果を見いだすことを目的として、m-Phenylene-bis-phenylmethyleneの77kにおける五重項-五重項ケイ光の寿命が0.5Tの磁場により30%減少することを01班と共同で見いだした。秦と中垣は液相化学反応における左右対称性の破れや磁場による不斉誘導を研究する目的で、アザ芳香族ニトリルと各種の光学活性カルボン酸との光化学反応における反応生成物の磁場効果と不斉誘導の可能性を更に厳密に検討した。気相反応の磁場効果に関しては、体系的理解がまだ完成していないので、住谷は気相反応の磁場効果の機構を解明する目的で、オゾンの^1B_2状態からの発光や酸素原子生成に対する磁場効果を研究したが磁場変化は観測されなかった。エチレンと酸素原子の反応では、三重項状態を経る反応経由が磁場強度に比例して減少し、0.8Tで約5%減少することを見いだした。山口は水素-金属系の平衡反応に対する磁場効果を研究し、Y_2Co_7H_xの電極電位は磁場強度に比例して減少し、15Tの磁場により0.5mV減少した。この値は熱力学的に予想される値に一致した。研究代表者および研究分担者の本年度の研究実績は次の通りである。林は第3周期以上の原子上に不対電子が存在する重原子ラジカルの液相反応における磁場効果を見いだすことを目的として、ナノ秒レーザー閃光法と電磁石を用いて、三重項状態を経由する光解離反応や光電子移動反応において、S-ラジカル、Si-ラジカル、およびGe-ラジカルを含むラジカル対の寿命や散逸ラジカルの収量が磁場で増加することを見いだした。しかし、1.35Tの磁場による変化量は50%以下であるので、超伝導磁石を用いた0-10T領域の測定を開始している。谷本は高スピン状態(S≧1)にある化合物の液本反応において磁場効果を見いだすことを目的として、レーザー閃光法と電磁石を用い、メチレン鎖の両端に2ケのフェニルカルベンや励起三重項状態を生成した系の磁場効果を測定した。前者には磁場効果が観測されなかったが、後者では三重項状態の半減期が0.7Tの磁場により10%増加した。また、パルス磁石を用いた0-20T領域の測定を開始している。秦と中垣は液相化学反応における左右対称性の破れや磁場による不斉誘導を研究する目的で、アザ芳香族と各種の光学活性カルボン酸との光化学反応における反応生成物の磁場効果、溶媒効果、および蛍光消光にS-体とR-体で顕緒な差を観測した(秦)。また、これらの反応系のメチレン鎖連結系を合成し、分子内光反応を定常光照射法とレーザー閃光法を用いた研究を推進している(中垣)。気相反応の磁場効果に関しては、体系的理解がまだ完成していないので、住谷は気相反応の磁場効果の機構を解明する目的で、NOのB^2Π-X^2Π発光に対する磁場消光を研究した。B^2Π状態の各振動状態へLIF法で直接励起した際の蛍光には磁場効果がなく、B^2Π状態が生成するまでの過程が磁場の影響を受けるものと考えられる。林は第3周期以上の原子上に不対電子が存在する重原子ラジカルの液相反応における磁場効果を見いだすことを目的として、ナノ秒レーザー閃光法と超伝導磁石を用いて0-10 T領域の測定を行った。三重項状態を経由する光水素移動反応において、C-ラジカルやS-ラジカルを含むラジカル対の寿命や散逸ラジカルの収量が0-2Tでは増加するが2-10 Tでは減少するという、高磁場に特有な新しい磁場効果を発見した。また、磁気同位体効果を用いて、^<73>Geの濃縮にも成功した。谷本は高スピン状態(S≧1)にある化合物の液相反応において磁場効果を見いだすことを目的として、レーザー閃光法とパルス磁石を用いた0-14 T領域の測定を行った。Briji35ミセル中でのビスジアゾ化合物の光分解反応で生成したラジカルに顕著な磁場効果を観測したが、五重項ビスカルベンの反応か三重項カルベンの反応かは区別がついていない。また、三重項ビラジカルの寿命にも高磁場で同様な新しい磁場効果を発見した。

秦と中垣は液相化学反応における左右対称性の破れや磁場による不斉誘導を研究する目的で、アザ芳香族ニトリルと各種の光学活性カルボン酸との光化学反応における反応生成物の磁場効果と不斉誘導の有無を検討している。気相反応の磁場効果に関しては、体系的理解がまだ完成していないので、住谷は気相反応の磁場効果の機構を解明する目的で、NOのB^2P-X^2P発光に対する磁場消光を研究した。B^2P状態の各振動状態へLIF法で直接励起した際の蛍光や衝突消光には磁場効果が観測されなかった。従って、B^2P状態に近接するb^4SIGMA状態が磁場の影響を受けると予想されるので、この状態からLIFを研究中である。本研究班の研究目的は、外部磁場効果や磁気同位体効果などの、分子磁性による反応制御がどのような新しい反応系に拡張できるかを追求することにある。本年度の研究実績は次の通りである。林はナノ秒レーザー閃光法と超伝導磁石を用いて、三重項状態を経由する光水素移動反応を測定し、C-ラジカルのような軽原子ラジカルやS-ラジカルなどの重原子ラジカルの反応において、ラジカル対の寿命や散逸ラジカルの収量が0-2Tでは増加するが2-10Tでは減少するという、高磁場に特有な新しい磁場効果を多くの反応系で発見し、Gd^<3->の緩和促進効果を用いて、緩和機構とΔg機構の寄与を実験的に分離した。また、磁気同位体効果を用いて、^<73>Geを効率よく濃縮する条件を検討した。谷本は高スピン状態(S≧1)にある化合物の液相反応において磁場効果を見いだすことを目的として、m-Phenylene-bis-phenylmethyleneの77kにおける五重項-五重項ケイ光の寿命が0.5Tの磁場により30%減少することを01班と共同で見いだした。秦と中垣は液相化学反応における左右対称性の破れや磁場による不斉誘導を研究する目的で、アザ芳香族ニトリルと各種の光学活性カルボン酸との光化学反応における反応生成物の磁場効果と不斉誘導の可能性を更に厳密に検討した。気相反応の磁場効果に関しては、体系的理解がまだ完成していないので、住谷は気相反応の磁場効果の機構を解明する目的で、オゾンの^1B_2状態からの発光や酸素原子生成に対する磁場効果を研究したが磁場変化は観測されなかった。エチレンと酸素原子の反応では、三重項状態を経る反応経由が磁場強度に比例して減少し、0.8Tで約5%減少することを見いだした。山口は水素-金属系の平衡反応に対する磁場効果を研究し、Y_2Co_7H_xの電極電位は磁場強度に比例して減少し、15Tの磁場により0.5mV減少した。この値は熱力学的に予想される値に一致した。
アディポネクチンの動脈硬化抑制機構の解明

アディポネクチンは抗動脈硬化作用をもつと言われているが、そのメカニズムは十分に解明されていない。アディポネクチンがどのように動脈硬化作用を発揮するかを明らかにするため、アディポネクチンと酸化変性LDLとの相互作用について解析を行った。アディポネクチンは酸化LDLに結合し、内皮細胞およびマクロファージへの酸化LDL取り込みを阻害した。また、アディポネクチンは酸化LDLによって引き起こされる細胞応答を抑制した。以上より、アディポネクチンの酸化LDL阻害作用が、アディポネクチンの抗動脈硬化作用に重要であることが示唆された。薬理学
手指複雑動作課題遂行時における皮質間抑制回路の動態

25年度はこれまで行なってきたIHIの実験をもうひとつ行なった。IHIには主に2つあることが知られており、今まで焦点を当ててきたものは短潜時のIHIのみであった。長潜時のIHIに焦点を当て、手指複雑動作課題遂行時における長潜時IHIの変化を検討した実験を行なった。通常は安静時に抑制を見せる2つのIHIは課題遂行時に違った変化を見せた。短潜時IHIは増大し、長潜時IHIは減弱という結果となった。長潜時IHIの変化は複雑動作課題遂行時にこれまで報告されておらず、2つのIHIはそれぞれ別々の役割を持っていることが示唆された。この研究は現在European Journal of Neuroscienceに投稿中である。(抄録なし)本研究の主な目的は、経頭蓋磁気刺激法(transcranial magnetic stimulation : TMS)を用いて、複雑動作課題遂行時の皮質間抑制回路(interhemispheric inhibition : IHI)に調べることである。私の研究で用いている複雑動作は、箸を用いたガラス玉の反復把持移動動作課題(fine-motor manipulation task : FMtask)である。これまでの先行研究ではIHIについては安静時に多く焦点が向けられており、数少ない単純な随意収縮時の研究においてもはっきりしたことはわかっていない。今年度はこの手指を用いた複雑動作遂行時のIHIの動態を詳しく検討した。本研究で用いているFM taskは現実に即した運動課題であり、動作の位相などを規定することが不可能である。このような動作の位相を規定することが困難な課題はこれまでにあまり運動課題として用いられてこなかった。理由として、先行研究では動作を主として支配する対側の一次運動野の興奮性は、動作の位相に強く依存することが報告されており、この知見から同側の一次運動野の興奮性、脳梁を介した対側の一次運動野への信号伝達も動作の位相に強く依存すると考えられているためである。しかしながら、いくつかの先行研究ではこれらは動作の位相に依存しないことも示唆されている。今年度はこの脳梁を介した対側の一次運動野への信号伝達が動作の位相に依存しているかを検討した。2つの実験により脳梁を介した対側の一次運動野への信号伝達はおそらく動作の位相に依存していないという結果となった。この結果は現在私が行っている複雑動作課題遂行時のIHIを調べるにあたって、方法論的な観点からFM task遂行時にIHIは増大するという主な結果をサポートする形となった。この研究は国際誌Journal of Neurophysiologyに掲載が決定している。もうひとつは、このFM task遂行時のIHIの左右差について調べる研究も行った。結果は、非利き手を用いたFM task遂行時のみにIHIの増大を観察した。本研究の主な目的は、経頭蓋磁気刺激法(transcranial magnetic stimulation : TMS)を用いて、手指を用いた複雑な動作課題遂行時の皮質間抑制回路(interhemispheric inhibition : IHI)の動態について明らかにすることである。本研究では複雑な動作課題として箸を用いたガラス玉の反復把持移動動作課題(fine-motormanipulation task : FM task)を研究課題として用い、24年度はこのFM task遂行時のIHIの左右差についての研究が、日本運動生理学会の英文誌Advances in Exercise and Sports Physiologyへの掲載が決定した。この研究はFM task遂行時のIHIが非利き手を用いて行っている時のみに変化するといった知見を示した研究であり、前年度国際誌Joumal of Neurophysiologyに掲載された研究の一部の再現性が確認された研究でもある。24年度は主にこのFM taskをトレーニング課題として用い、トレーニングの「前後」で、動作肢から見て同側の一次運動野の興奮性の指標となる運動誘発電位(motor evoked potential : MEP)の振幅の変化を観察する研究を行った。つまり動作を支配している対側の運動野ではなく同側、スポーツの場面に例えると「左手で練習すると右手側にどのような変化が生じるか」、ということに焦点を当て検討を行った。この研究ではMEPの他に短潜時皮質内抑制回路(short-interval intracortical inhibition : SICI)やIHIなどの抑制回路の変化についての計測も行っており現在は3つ目の実験まで進行している。この研究は25年度中に発表する予定である。同時進行の研究としてFM task遂行時の他の運動関連領域(運動前野)からのIHIに変化が生じているかについての研究も行っている。24年度は2度の国内学会での発表、1度の国際学会での発表を行った。また24年9月に岐阜で開催された体力医学会の前日に開催された研究会「筋電図の会」では演者を務め、当核分野の研究者から多くのコメントを頂くことができた。

行った研究を国際誌に投稿し、査読者からのコメントにより追加実験が必要となった。しかしながら、この追加実験を行ったことによりこの研究の意義が増したと実感している。当社予定をしていなかった実験を行ったため、研究の受理が遅れたが実験はおおむね順調に進展している。24年度は4つの実験を行なった(1つにおいては現在も進行中)。研究課題「手指複雑動作課題遂行時の皮質問抑制回路の動態」を明らかにするために25年度はもう一つさらなる実験を行う予定である。実験の進行により新たな着想も生まれ、それらについては新たな検討方法を模索している最中でもある。本研究課題は現在おおむね順調に進展している。現段階では研究計画の変更などについては考えていない。現在は今年度に行った研究を国際誌に投稿するための準備を主に進めている最中である。同時に、現在はFM taskを用いたトレーニングが、同側の一次運動野の興奮性や、IHI、皮質内の抑制回路にどのような変化、影響をもたらすかといったトレーニング実験の計画を立てている最中である。また、3年目に行う予定であるTMSを用いた3連発刺激の実験を行うための装置、機材の調達についても指導教官と相談していく。3年目に計画している3連発刺激の実験は、実験機材の調達の問題上困難な可能性があるが、できる限りの実現を目指していく。前年度に国際誌Joumal of Neurophysiologyに掲載が決定した研究から新たな着想が生まれ、現在は新たなステップとしてこのアイディアを検討する実験の為に外部研究機関とコンタクトを取る予定を立てている最中である。(抄録なし)
アミラーゼ結合タンパク質によるラット耳下腺分泌顆粒の形成促進作用

本研究は「耳下腺にはアミラーゼを管腔側から取り込む一時的な分泌顆粒形成機構が存在する。」という仮説の元,その検証をすすめた。研究期間内には分泌顆粒にエンドサイトーシスにより色素を取り込ませることができるか。また,その蛍光色素が刺激により分泌されるかについて検討した。本研究の結果はこれまで困難であった分泌顆粒の可視化を期待させるものであり,オルガネラの形成機構という視点から見ても新しい知見が得られたと考えている。本年度はまず「耳下腺分泌顆粒がエンドサイトーシスによって形成されるか」という仮説の検証を行った。ラットに分泌刺激薬を注射し, 2時間後に耳下腺を摘出した。電子顕微鏡により観察すると耳下腺の分泌顆粒は枯渇しており,分泌顆粒の内容物であるアミラーゼも活性が刺激前の数%に減少していた。つづいて耳下腺を35時間培養すると,アミラーゼ活性の上昇とともに分泌顆粒の形成が電子顕微鏡にて確認された。培養時,色素を含んだ培養液を用いると,新しく形成された分泌顆粒内に色素が含まれていることが共焦点顕微鏡にて確認され,さらに分泌顆粒を精製しても,分泌顆粒の内容物に色素が検出された。この色素は細胞膜を通過することができないため,この結果は分泌顆粒の形成に細胞外からエンドサイトーシスが関与していることを示している。今後,長期間の培養に成功すれば,分泌顆粒の可視化が期待される。次に,この新しく形成された分泌顆粒を調査した。分泌顆粒の直径は刺激前の分泌顆粒に比べおよそ半分になっており,比重も軽かった。分泌顆粒膜にはシンタキシン6やVAMP4が濃縮されていた。この特徴はこれまで報告されている未成熟顆粒のものとほぼ一致していた。この結果は刺激後,形成される分泌顆粒が未成熟顆粒であることを示し,これまで,全分泌顆粒中数%しか回収できなかった未成熟顆粒の大量精製に成功したことを示している。今後,この未成熟顆粒を用いて,比重や大きさ,膜組成の変化といった成熟過程の検討を行う予定である。本研究はラット分泌刺激後,新しく分泌顆粒様構造物が耳下腺腺房細胞の管腔側付近に観察されることから,「耳下腺にはアミラーゼを管腔側から取り込む一時的な分泌顆粒形成機構が存在する。」という仮説を建て,研究を開始した。ラット腹腔にイソプロテレノール投与を行ない,唾液分泌を促進させた後,新しく形成される顆粒様構造物をパーコール遠心法にて分離した。アミラーゼを含む分画に精製された分泌顆粒を電子顕微鏡により確認した。刺激5時間後の分泌顆粒を無刺激時の分泌顆粒と比較検討すると,比重は軽く,直径は約0.5μmと無刺激時の約半分であった。さらに膜タンパク質組成はシンタキシン6やVAMP4が濃縮するという未成熟顆粒の報告とほぼ一致しており,この新しく形成された顆粒が未成熟顆粒であることが明らかとなった。つづいて,未成熟顆粒の形成機構にエンドサイトーシスが関与しているのかどうかを確かめるため,刺激2時間後の分泌顆粒が枯渇した状態の耳下腺を摘出し,蛍光色素であるルシファーイエロー含有培養液中にて培養を行った。培養3時間後,分泌顆粒を精製し,0.1%のTritonX-100にて内容物を検査すると,その中からルシファーイエローの蛍光が検出された。さらに,培養後の耳下腺腺房細胞をカラムパーフユージョンシステムに適応させ,刺激時の時間ごと分泌を測定すると,アミラーゼ分泌とほぼ一致してルシファーイエローが検出された。ルシファーイエローは膜には結合しないことから,この結果はエンドサイトーシスによりルシファーイエローが未成熟顆粒内に取り込まれたことを示唆している。本研究の結果は未成熟顆粒の形成にエンドサイトーシスが関与していることを示しており,これまで困難であった分泌顆粒の可視化を期待させるものである。また,オルガネラの形成機構という視点から見ても新しい知見が得られたと考えている。
脳虚血初期および片頭痛前兆にみられる大脳皮質拡延性抑制と毛細血管血流変化

虚血時の微小循環変化と皮質拡延性抑制(cortical spread depression : CSD)の微小循環変化は類似した表現型を示すが、原因と結果が逆であり発生機序的にまったく異なるものである。CSDにおける微小循環変化は神経細胞脱分極によって二次的に起こる毛細血管血流障害であり、CSDと密接に関連する片頭痛においては血管の一過性の炎症反応を含む異常反応が惹起される可能性がある.虚血時の微小循環変化と皮質拡延性抑制(cortical spread depression : CSD)の微小循環変化は類似した表現型を示すが、原因と結果が逆であり発生機序的にまったく異なるものである。CSDにおける微小循環変化は神経細胞脱分極によって二次的に起こる毛細血管血流障害であり、CSDと密接に関連する片頭痛においては血管の一過性の炎症反応を含む異常反応が惹起される可能性がある.(1)順調に高速生体用共焦点レーザー顕微鏡装置の設置が終了し、その測定されたデータ精度の検定も終了した.麻酔下ラット脳皮質を頭窓より観察、約50-100μmの深さの実質内にある個々の毛細血管に焦点を当て、FITCラベルした赤血球の動きを500枚/sの速度で約10秒ごと間歇的に撮影し、研究室で開発したMatlab応用ソフト(KEIOIS-2)により、一測定ごとに以下a,b,c,d,の4種類の画像を得た。a)関心領域におけるすべての赤血球の軌跡画像(出現順に自動的にナンバーがつけられる);b)フレームごとの移動距離をフレーム時間で除し、すべての赤血球の速度を計算し、それぞれの速度の画像化(velocity image);c)出現した赤血球の数のマップ、d)すべての赤血球の速度情報をエクセルシートに移し、速度順に並び替えて表した図(velocity profile)などである.これらはin vitroで行った実験で、実際にカウントした測定値とよく対応した.(2)これまでに報告した方法でラット(N=7)において大脳皮質拡延性抑制(CSD)を誘発し、その波状の広がりの部分の組織内毛細血管赤血球速度を高速生体用共焦点レーザー顕微鏡で調べた。CSDに伴う神経細胞の一時的機能の停止(stunning)はDCポテンシャルの測定により推定した.コントロール時には赤血球の速度は毎分約20回の周期で律動的に変動していた。CSDとともに赤血球の速度は波を打ちながら徐々に減少し、また出現する赤血球の数も減少し、ついには視野から全く消失した(n=7).この赤血球消失時間は約1秒から6秒の間であった.CSDの通過とともに赤血球は出現し始め、1分ほどで正常化した。この所見は機能を一時的に喪失した神経細胞が、毛細血管の赤血球の出現を抑制したものと解釈された.(3)通過するCSDは一方では脳実質内小動脈に作用し、動脈に部分的な強い収縮をもたらし、動脈自体の紡錘状の変化あるいは紡錘の連なった形状の変化をもたらした.この収縮はCSDの通過と同時に始まり、決してこの収縮が組織にCSDにみられる虚血をもたらしたものではなかった.CSDへのグリア細胞の関与を見るために脳組織インピーダンス法をラット5匹に試みた.しかしこの方法ではインピーダンスを測定するために電極を2本脳皮質内に挿入しなければならず、その挿入だけでCSDが誘発され、結果の解釈は困難を極め、別の方法の検討が必要である.(4)脳波測定は成功したが、上記実験ではDCポテンシャル測定の電極として使用した.(5)血圧測定は実験するすべてのラット大腿動脈にカテーテルを挿入して行った.これは特に問題はなかった.また、コンピュータ制御落射式蛍光顕微鏡も順調に設置終了し次年度予定である片頭痛前兆と関連するK誘発CSDの発生に関するアプローチの準備が進められている.申請研究計画に沿い実験を行った。その進捗状況を報告する。(1)昨年度完成した高速(500枚/s)生体用共焦点レーザー顕微鏡装置を用いて、ラット約100匹の実験を行った。麻酔下ラット脳皮質を頭窓より観察、約50-100μmの深さの実質内にある毛細血管の中を流れる膨大な数の赤血球一個一個の速度の10秒間の頻度分布を求めた。そのすべての赤血球の認識、測定、統計的な処理には研究室で開発したMatlab応用ソフト(KEIOIS-2)が威力を発揮した。すなわち関心領域におけるすべての赤血球の軌跡画像、移動距離/時間の計算、それぞれの速度の画像化した後、FITC-dextranで確認した毛細血管赤血球の速度情報をエクセルシートに移し、統計計算した。その結果は赤血球の速度は教科書に記載されている1mm/sの速度を大きく上回り、0.15-9.40mm/sの範囲で平均速度2.05±1.59mm/sを示した。これは高速度撮影で始めて捉えられた高速度赤血球が含まれた為である^<1)>。その中にはthoroughfare channel(TC)を流れる赤血球も含まれ、統計的な棄却検定にて6.5mm/s以上の赤血球が母集団に比べて異常に速く毛細血管を通過していると判定され、量的に約30%の毛細血管がTCの範疇に属するものと計算された^<2)>。また通過する赤血球速度と毛細血管の口径形態的変化を検討した^<3)>。

(2)昨年度に引き続きラット脳において大脳皮質拡延性抑制(CSD)を誘発し、反射光の波状の広がり、および組織内毛細血管赤血球速度を調べた。CSDに伴う神経細胞の一時的機能の停止(stunning)は画像の光学的な密度の減少として捉えられ、これは神経細胞の脱分極に伴う細胞膜による反射が減少すること、および毛細血管の中の赤血球の数の減少によるものと考えられた。しかしこの両者の画像は必ずしも一致しなかった。現在臨床的に脳組織における反射光の変化はNIR spectroscopyにて、赤血球すなわちhemoglobin量、あるいは酸化度変化として計算されているが、これは大きな誤りであることを指摘した^<4,5)>。反射光の波状変化の中心部は、必ずしもその誘発のためにK^+注入した部位とは一致せず、しかもその起点は1例では2箇所から広がっていた。これはCSDすなわち片頭痛が癲癇の発作のように、ある特定の神経細胞が異常放電を開始したことを示唆する所見である。これは片頭痛の発生機序として重要と思われ更に追求する。(3)昨年度はCSDへのグリア細胞の関与を調べるために脳組織インピーダンス法を用いた。しかしこれは組織障害が強すぎて中止した。そこでグリア組織(突起も含む)を生体内で染色(sulforhodamin)する方法を用いて、毛細血管の中を流れる赤血球との関係を調べた^<6,7)>。さらに組織の酸素分圧の測定に成功した。平成18年度までの実験で、カリウムにより誘発されたCSDは脳皮質透過光変化として観察され、カリウム投与中心部付近の1か所から、時には2か所3か所から同心円の渦巻状の広がりが生じること、その際に赤血球は毛細血管から減少あるいは消失し、組織の酸素欠乏状態を周期的にもたらしていること、また脳実質内の細動脈は紡錘形の拡張収縮を繰り返していることを見出した。平成19年度は申請研究計画に沿って、脳虚血初期の毛細血管内赤血球動態観察の実験を行い、大脳皮質拡延性抑制(CSD)の際の所見と比較した。同様の高速カメラレーザー走査蛍光生体顕微鏡と赤血球動態解析ソフトKEIO-IS2^<1)>を用いて、マウス中大脳動脈閉塞に伴う脳虚血部の赤血球とプラスマの変化を観察した。FITCラベルした赤血球は、閉塞直度から著しい減少あるいは消失を示し、一方プラスマトレーサー、FTTC-デキストランの流れはある程度保たれていた。これは酸素の担体である赤血球が著しく減少したということであり、そのために虚血組織はまず虚血初期に酸素不足に陥り神経細胞が脱分極を起こし、細胞膜面での光反射を失しない、既に報告した組織脳皮質透過光変化が増加したものと考えられる。この所見はまさに上記CSDの所見とも一致し、今回の研究で始めて明らかになったことである。従来の研究では血流変化(赤血球+プラスマ)および毛細血管の形態変化のみが検討され、赤血球単独の動きが見えなかったためであろう。以上より急性期の虚血とCSDの発生原因は組織の酸素欠乏という点で共通し、両者の相違は回復期に動脈系の血液供給の再開の可能性にあり、CSDでは回復し、血管閉塞では主要ルートからの供給が断たれているという点にある。しかし一方プラスマ流が残存していることは、虚血部急性期において、治療法に光明が見出されたものともいえる。当研究室で開発した方法はマウスを用いて虚血部の血流、毛細血管再構築観察を長期(最長1ヶ月)にわたって観察し、また虚血病巣の程度もMRI(千葉放医研との共同実験)にて観察を可能とした。最終年度は、幾つかの総括的な研究が行なわれた。
術中の側頭葉内側部分切除または離断による皮質脳波変化の検討

本研究は,(1)側頭葉てんかん(TLE)焦点に対する手術中に,様々な選択的切除や離断による皮質脳波の変化を検討して,てんかん性発射の発生機構を解明すること,(2)側頭葉内側のてんかん原性を抑制するのに必要な最小限の切除または離断方法を決定し,より低侵襲な機能温存的治療法の開発に繋げること,を目的とした.本研究期間中に,24例のTLEに対して術中脳波を測定しながら手術を行った.萎縮の明らかな海馬に対しては切除術を行い(5例),萎縮のない海馬に対しては術中脳波に基づいて,新しい機能温存的手術法である海馬多切術(HT)を加え(19例),以下の知見を得た.(1)海馬脳室面からは主に陽性棘波が記録され,大脳皮質とは錐体細胞の配列方向が逆である為と推察された.但し,陰性棘波も観察され,海馬支脚や歯状回起源の可能性が考えられる.海馬と海馬傍回の棘波は同期するもの,独立するものがあり,前者では海馬傍回が先行することが多い.同期にも潜時のある同期とない同期があり,前者では,シナプスを介した波及が,後者は容積伝導効果が考えられる.これらの棘波は側頭茎離断による影響は受けない.海馬外側の広汎な離断により同期性棘波は消失するが,元々独立した棘波がある場合は各々に残存棘波がみられ,各々にてんかん原性が存在する可能性が示唆された.海馬采を温存したまま,海馬長軸に垂直に離断を加える(HT)と,海馬棘波は消失するが,内側一外側に完全な離断が行われていない場合は棘波が残存しやすい.(2)HTの発作抑制効果は,少なくとも短期成績は切除術と同等であり,充分期待できるものである.言語性記銘力については,術前値が良好で言語優位側手術後には明らかな低下を来すが,6ヶ月後には術前レベルに回復する.手術部位の局所糖代謝や局所血流は6ヶ月後にも低下したままであり,術前と同様の神経構造や回路において機能回復するのか,術前とは異なる神経構造や回路が動員されるのかに関する今後の検討が必要である.本研究は,(1)側頭葉てんかん(TLE)焦点に対する手術中に,様々な選択的切除や離断による皮質脳波の変化を検討して,てんかん性発射の発生機構を解明すること,(2)側頭葉内側のてんかん原性を抑制するのに必要な最小限の切除または離断方法を決定し,より低侵襲な機能温存的治療法の開発に繋げること,を目的とした.本研究期間中に,24例のTLEに対して術中脳波を測定しながら手術を行った.萎縮の明らかな海馬に対しては切除術を行い(5例),萎縮のない海馬に対しては術中脳波に基づいて,新しい機能温存的手術法である海馬多切術(HT)を加え(19例),以下の知見を得た.(1)海馬脳室面からは主に陽性棘波が記録され,大脳皮質とは錐体細胞の配列方向が逆である為と推察された.但し,陰性棘波も観察され,海馬支脚や歯状回起源の可能性が考えられる.海馬と海馬傍回の棘波は同期するもの,独立するものがあり,前者では海馬傍回が先行することが多い.同期にも潜時のある同期とない同期があり,前者では,シナプスを介した波及が,後者は容積伝導効果が考えられる.これらの棘波は側頭茎離断による影響は受けない.海馬外側の広汎な離断により同期性棘波は消失するが,元々独立した棘波がある場合は各々に残存棘波がみられ,各々にてんかん原性が存在する可能性が示唆された.海馬采を温存したまま,海馬長軸に垂直に離断を加える(HT)と,海馬棘波は消失するが,内側一外側に完全な離断が行われていない場合は棘波が残存しやすい.(2)HTの発作抑制効果は,少なくとも短期成績は切除術と同等であり,充分期待できるものである.言語性記銘力については,術前値が良好で言語優位側手術後には明らかな低下を来すが,6ヶ月後には術前レベルに回復する.手術部位の局所糖代謝や局所血流は6ヶ月後にも低下したままであり,術前と同様の神経構造や回路において機能回復するのか,術前とは異なる神経構造や回路が動員されるのかに関する今後の検討が必要である.本研究は、側頭葉てんかんに対して行われる内側側頭葉切除術において、海馬および海馬傍回から詳細に皮質脳波を記録しながら、これらの構造物に対し様々な選択的切除や離断を加えることにより、てんかん性発射に必要な構造物と神経回路を明らかにし、側頭葉内側のてんかん性発射の発生機構を解明することを目的とする。更に、得られた知見に基づき、側頭葉内側のてんかん原性を抑制するのに必要な最小限の切除または離断方法を決定し、より低侵襲な機能温存的治療法の開発に繋げることを目的とする。本研究開始後、平成17年2月までに11例の側頭葉てんかん患者に対して、術中脳波を測定しながら、手術を行った。術式として、萎縮の明らかな海馬に対しては切除術を行い(4例)、萎縮のない海馬に対しては術中脳波に基づいて、新しい機能温存的手術法である海馬多切術(6例)を加えた。残りの1例は、外側病変切除後に海馬からのてんかん性異常波を認めなかったため、病変切除にとどめた。

これまでに得られた知見としては以下の通りである。(1)治療開始前に海馬と側頭葉底部(紡錘回・下側頭回)から同時脳波を記録した結果、両者同期して出現する棘波、各々から独立して出現する棘波が認められた。これは側頭茎離断による影響は受けない。(2)海馬外側の広汎な離断により、同期性棘波は消失するが、元々独立した棘波がある場合、各々に残存棘波がみられる。このような場合には各々にてんかん原性が存在する可能性が示唆される。(3)海馬采は温存したまま、海馬長軸に垂直に離断を加える(海馬多切術)と、海馬の棘波は消失する。ただし、内側外側に完全な離断が行われていない場合は棘波が残存しやすい。本研究の目的は、(1)側頭葉てんかん焦点に対する手術中に、様々な選択的切除や離断による皮質脳波の変化を検討して、てんかん性発射の発生機構を解明すること、(2)側頭葉内側のてんかん原性を抑制するのに必要な最小限の切除または離断方法を決定し、より低侵襲な機能温存的治療法の開発に繋げること、である。本研究開始後、平成18年3月までに15例の側頭葉てんかん患者に対して、術中脳波を測定しながら、手術を行った。術式として、萎縮の明らかな海馬に対しては切除術を行い(4例)、萎縮のない海馬に対しては術中脳波に基づいて、新しい機能温存的手術法である海馬多切術(11例)を加えた。昨年までの知見に加え、今年度あらたに得られた知見は以下の通りである。(1)海馬脳室面から記録される棘波の主体は陽性である。これは大脳皮質とは錐体細胞の方向が逆になっているためと推察される。ただし、陰性棘波も観察され、海馬支脚や歯状回起源の可能性が考えられる。海馬と海馬傍回の棘波は同期するもの、独立するものがあり、前者では海馬傍回が先行することが多い。同期にも潜時のある同期とない同期があり、前者では、シナプスを介した波及が、後者は容積伝導効果が考えられる。(2)海馬多切術の発作抑制効果と機能温存効果を検討した。発作成績については、少なくとも短期成績は切除術と同等であり、今後長期追跡が必要だが、充分期待できるものである。言語性記銘力については、術前値が良好な患者で言語優位側手術後には明らかな低下を来すが、6ヶ月後には術前レベルに回復する。手術部位の局所糖代謝や局所血流は6ヶ月後にも低下したままであり、術前と同様の神経構造や回路において機能回復するのか、術前とは異なる神経構造や回路が動員されるのか、今後fMRIなどを取り入れた今後の検討が必要である。本研究開始後、平成18年3月までに15例の側頭葉てんかん患者に対して、術中脳波を測定しながら、手術を行ってきたが、平成18年度は、更に、切除術を1例、海馬多切術を8例追加した。術式は、萎縮の明らかな海馬に対しては切除術を行い、萎縮のない海馬に対しては術中脳波に基づいて、新しい機能温存的手術法である海馬多切術を加えた。これらの追加症例においても、下記のような知見が確認された。
偏光解析に基づく透明物体の3次元形状・屈折率・吸収係数の計測技術の開発

本研究では偏光解析を用いて透明な物体の3次元形状を計測する技術などを開発することを目的とした.最終年度である本年度では以下のことを行った.1昨年度は,透明物体の3次元形状を計算するために,偏光レイトレーシング法を用いた反復計算アルゴリズムを開発した.本年度はその手法を用いて現実の様々な透明物体を計測して実験・評価・考察を行い,その成果を発表した.その成果は,和文論文誌1件,国際会議1件,国内会議1件に発表された.2昨年度は,モータにより偏光板を回転することで,光の偏光状態を計測する装置を開発した.しかし,この装置ではリアルタイムで計測することができないという問題があった.そこで本年度は,新たな計測装置をフルウチ化学株式会社と共同で開発した.カメラの手前にPLZTという物質を取り付けて光を観測した.観測光の偏光状態は,ミュラー計算法でPLZTの偏光特性を解析して求めた.今回の計測装置は試作機であるためリアルタイムで計測することはできないが,PLZTは液晶よりも応答速度が速いので,将来的には液晶偏光板よりも高速に光の偏光状態を計測できるようになる.この成果は国際会議1件に招待講演として発表された.3さらに,透明物体に対する偏光解析を不透明物体に応用した技術も開発した.不透明物体の表面では,物体色に関係する拡散反射と,ツヤや粗さに関係する鏡面反射の2種類の反射が起こる.偏光解析を用いて,物体表面で発生する反射をその2種類の反射に分離し,物体の色・ツヤ・粗さを解析することにより,物体の写実的な見えを再現することに成功した.この成果は,国際会議1件に発表済みであり,国内会議に1件発表することも決まっている.本研究ではガラスやアクリルなどの透明な物体の3次元形状を計測する技術の開発を目的として研究を行った.初年度である本年度では以下のことを行った.(1)本年度の最初では,透明物体を反射・透過した光の偏光状態を計測するための計測装置の開発を行った.まず,ジオデジックドームを組み立て,36個の光源を空間的に均等に配置し,光源の不均一性による計測誤差を減少させた.また,駿河精機製のモータで偏光板を回転させ,そのモータをコンピュータで制御する仕組みをその計測装置に取り入れ,計測の手間と時間を大幅に削減した.(2)本年度の半ばでは,偏光を用いたレイトレーシング法を実装し,透明物体内部の光の進行方向や光の偏光状態がどのように変化するかを解析した.偏光の計算にはミュラー計算法を用い,光線の動きの計算にはレイトレーシング法を用いた.レイトレーシング法の計算には長大な時間が必要であるという問題があるが,アルゴリズムに工夫をし,さらに最新のコンピュータを使い,これを克服した.(3)本年度の最後では,この計測装置と偏光レイトレーシング法を用いて透明物体の3次元形状を高精度で計算するアルゴリズムを開発した.この手法は,偏光レイトレーシング法で生成した偏光データと,計測装置で得られた偏光データとの差を最小化する反復計算法となっている.この手法で現実の透明物体を計測して評価を行った結果,従来法よりも高精度で3次元形状を得ることができることが確認された.本年度の研究成果は,和文論文誌に1件,査読つき国際学会に2件発表されることが決まっており,査読つき国内学会に3件と査読なし国内学会に1件発表済みである.最終年度である来年度ではこの高精度3次元幾何情報をもとに屈折率と吸収係数を計測する手法を開発する.本研究では偏光解析を用いて透明な物体の3次元形状を計測する技術などを開発することを目的とした.最終年度である本年度では以下のことを行った.1昨年度は,透明物体の3次元形状を計算するために,偏光レイトレーシング法を用いた反復計算アルゴリズムを開発した.本年度はその手法を用いて現実の様々な透明物体を計測して実験・評価・考察を行い,その成果を発表した.その成果は,和文論文誌1件,国際会議1件,国内会議1件に発表された.2昨年度は,モータにより偏光板を回転することで,光の偏光状態を計測する装置を開発した.しかし,この装置ではリアルタイムで計測することができないという問題があった.そこで本年度は,新たな計測装置をフルウチ化学株式会社と共同で開発した.カメラの手前にPLZTという物質を取り付けて光を観測した.観測光の偏光状態は,ミュラー計算法でPLZTの偏光特性を解析して求めた.今回の計測装置は試作機であるためリアルタイムで計測することはできないが,PLZTは液晶よりも応答速度が速いので,将来的には液晶偏光板よりも高速に光の偏光状態を計測できるようになる.この成果は国際会議1件に招待講演として発表された.3さらに,透明物体に対する偏光解析を不透明物体に応用した技術も開発した.不透明物体の表面では,物体色に関係する拡散反射と,ツヤや粗さに関係する鏡面反射の2種類の反射が起こる.偏光解析を用いて,物体表面で発生する反射をその2種類の反射に分離し,物体の色・ツヤ・粗さを解析することにより,物体の写実的な見えを再現することに成功した.この成果は,国際会議1件に発表済みであり,国内会議に1件発表することも決まっている.
炭素一次元ナノ空間に対するイオンの協奏的吸着機構の解明

これまでの予備的な実験により、炭素性不純物や構造欠陥をほとんどもたない高純度の単層カーボンナノチューブ(SWCNT)に臭化ルビジウムを吸着させた際、ルビジウムイオンに比べ臭化物イオンが過剰に吸着する現象を見出した。SWCNT表面はπ電子が豊富に存在するため、アニオンを選択的に吸着することは困難であると予想されるが、上記の結果はそのような予想に反しており、その吸着メカニズムは全く未知である。本研究では、高純度のSWCNTに対するアニオンの選択吸着を決める因子および吸着メカニズムを明らかにすることを目的とした。XAFS測定の結果、SWCNTに臭化物イオンがルビジウムイオンに比べ10倍以上過剰に吸着していることがわかった。また、XPS測定、吸着前後の臭化ルビジウム水溶液のpH変化の検討を行った結果、臭化物イオンが吸着する際、水中のプロトンが電荷バランスを保持するために共吸着することがわかった。また,SWCNTのチューブ内部のみの細孔構造評価及び分子の吸着状態を評価できる手法を開拓した。SWCNTはチューブ内部に様々な分子やイオンを吸着することができる。しかし,SWCNTはバンドルと呼ばれる束状の構造を形成しており、チューブ内部だけでなく、チューブ外やチューブ間にも分子やイオンを吸着できるため、チューブ内部に吸着した分子やイオンのみの状態について議論することが困難であった。そこで、SWCNTの末端を精密に制御する手法を確立し、閉孔・開孔処理したSWCNTの吸着等温線の差をとることにより、チューブ内部のみの細孔構造評価及び分子の吸着状態を評価できることを明らかにした。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
東アジア気候環境の成り立ちと多彩な季節感を軸とするＥＳＤ学習プラン開発の学際研究

『東アジア気候環境と大陸形成史』,『独特な季節サイクルと多彩な季節感』を軸に,総合地学教育や文化理解教育にも繋がるESD学習プラン開発を行った。新たな調査・分析も含めて,日本列島規模の成立と広域テクトニクスとの密接な関連,初冬の時雨と日本海での気団変質やシベリア高気圧・気団の季節的発達,時雨の和歌に見る季節感,暖候期の降水特性の多様性と作品の季節感,「秋から冬」と「冬から春」の季節進行の非対称性と季節感の違い,等に関する学際的知見を統合した。以上を踏まえ,ESDマインド醸成の際に重要な,「一見似たもの同士の大きな違い」や「意外なもの同士の深い繋がり」への視点を促す学習プラン提示へ踏み込めた。本研究は,『東アジア気候系』について,『気候環境の成り立ちと大陸形成史』,『独特な季節サイクルが醸し出す多彩な季節感』の絡みを軸に,総合地学教育や文化理解教育(音楽,詩歌,美術等との教科横断的学習)自体へも貢献するようなESD学習プランの開発を目的とする。H24年度には,東アジア気候環境に関わる日本列島の成り立ちを古地磁気学に調べる基礎として,流紋岩溶岩の自然残留磁化を活用出来る条件を探った結果(日本には広く分布する流紋岩質岩石の,残留磁化の内部構造の複雑さ等があるので),流紋岩溶岩の定置後に常温に冷却する直前に与えられた古地磁気方向が,最も正確に当時の地球磁場を記録していることが分かった。一方,季節サイクルに関しては,本年度も『季節の変わり目』注目して,ESD教材化への知見の学際的再体系化を行った。例えば,初冬の『時雨』を詠んだ和歌を接点とする前年度の研究授業の分析を国内外で学会発表するとともに,その成果報告書(解説書つき)も作成して近隣の学校現場や関連研究者へ配布した。更に,初冬の解析を進めた結果,(1)冬型の持続性こそ弱いものの,そのピーク時には日本海からの潜熱が多いだけでなく顕熱も真冬並に増大し,北陸では真冬のドカ雪時に匹敵する降水量になること,(2) 9月から11月にかけての平均場の顕著な寒気域(シベリア気団)の拡大は,その南縁付近での低気圧活動の季節的活発化に関連した日々のシベリア高気圧の一時的強まりや気温変動の増幅という経過を伴うこと,等が分かってきた。一方,暖候期の雨の細かいステップでの季節的変化について,対流性降水と層状性降水の卓越度や組み合わさり方に注目して既存の知見や新たな解析結果を体系化するとともに,そのような『雨』の微妙な違いをも意識して,音楽や美術の作品の鑑賞や表現活動(打楽器や色紙等)と連携した授業開発等を行って結果を分析した。H25年度には,日本付近の地形環境形成史を考える基礎情報としての,流紋岩形成時における地球磁場の正確な反映能力を調べるために,九州阿蘇地域に分布する約5万年前に噴出した流紋岩溶岩の2本のドリルコアを用いた古地磁気学的研究を行った。その流紋岩は形成時の冷却過程で明瞭な変形を被っており,その変形の際に獲得された成分が,当時の地球磁場を反映した可能性も高い高温成分であったと解釈できた。また,大陸移動と日本付近の気候系に関して,アジアモンスーンサブシステムの各々の役割や日本海の存在・特徴も反映した季節サイクルと季節感にも目を向け,大学生向けの授業開発も行った。また,その結果としての夏や冬を挟む季節進行の非対称性に注目して,オホーツク海気団の広域的実態の季節経過,音楽や美術の鑑賞や創作活動との連携も含めた冬を中心とする初冬と早春との気候や季節感の比較(歌曲の分析も含む),などの知見を体系化し,学際的連携も含めた授業開発研究を行った(中学生,高校生,大学生,それぞれを対象に)。このような『季節の変わり目』に敢えて注目して「日本の気候や季節感」が広域季節サイクルのどのような切り口を反映したのかを意識させることで,ESDマインド醸成でも重要な,「一見似たもの同士の大きな違い」や「意外なもの同士の深い繋がり」が見えてくるようにした。なお,論文等に纏められた本課題の一連の成果は,上梓された著書『気候と音楽ー日本やドイツの春と歌ー』(加藤晴子・加藤内藏進,協同出版)(岐阜聖徳学園大学からの出版助成)の素材の一部としても活用されている。

本研究は,『東アジア気候系』について,『気候環境の成り立ちと大陸形成史』,『独特な季節サイクルが醸し出す多彩な季節感』の絡みを軸に,総合地学教育や文化理解教育(音楽,詩歌,美術などとの教科横断的学習)自体へも貢献するような,ESD学習プランの開発を目的とする。本年度は,特に季節感との絡みでは,日本の気候系の本質を知る切り口となる『季節の変わり目』を視点の中心に据えた。まず,11月頃の日本付近では,シベリア気団とシベリア高気圧双方の成長に伴い,気温がまだ高いのに冬の天気パターンに移行する面白さや,季節風下での驟雨性である『時雨』に関連した気象状況の表現が和歌にも種々見られること,等を体系化した。その上で,前年度に高校で実施した学際的授業(唱歌『早春賦』を軸とした冬から春の気象と音楽,及び,秋から冬の日本海側での『時雨』を軸とした気象と和歌)の分析を行った。また,秋から冬への遷移期について,和歌,音楽,美術との連携による新たな研究授業を中学や大学で行った。その結果,和歌や唱歌の作品のみならず,受講者による唱歌の鑑賞や色紙での四季絵などの創作活動からも,『四季』あるいは『六季』の枠だけでは表現しきれない微妙な季節感の違いが表現できていること,また,個別的な気象要素だけでなく『卓越する気象・気候過程全体の特徴』を反映した季節感に注目することの重要性が分かり,ESD教材化への足掛かりを得た。一方,東アジアの地形・地質発達史について解析を行った。特に,白亜紀の海洋プレートの斜み沈み込みによる,東アジア東岸地域の地質体の断裂および北上現象について検討した。古地磁気学的なデータから,現在の日本列島を構成するジュラ紀付加体の一部は,後期白亜紀当時には赤道付近に位置していたことが明らかとなった。そのような知見も含む日本の気候・地質総合環境に関して,大学の文系学生向けの授業構築も試みた。H24年度には, (A)『東アジア気候環境の成り立ちと大陸形成史』に関連した知見の整理(新たな調査等も含む),(B)『独特な季節サイクルを持つ気候環境』に関する知見の再体系や(新たな解析も必要に応じて追加),音楽(特に歌),詩歌,絵画等に見られるその『季節感』の表現の分析,(C)それらを踏まえた学習プランの開発(授業実践とその検討も含む),の各課題をH23年度に引き続き行うとともに,総合地学教育・文化理解教育としての新しい提案性を持ちつつ,ESD的視点を涵養する学習プランとしてのポイントを明確化する検討を進め,それらの成果に関して,論文発表や国内外での学会での口頭発表も行った。(A),(B)のそれぞれの内容に関して,学習プラン化を念頭に置いた知見の学際的な体系化や,それに基づく新しい授業提案(『雨』と季節など),その実践・検討を順調に進めることが出来た。なお,秋から冬への季節の遷移期の気象・気候に関しては,(学会での口頭発表の段階ではあるが)日本海での初冬の冬型時の降水に関わる気象過程やシベリア気団の季節的急成長時に見られる特徴を明らかにするなど,季節サイクル自体の理解を格段に深める成果も得られるなど,当初の計画以上の進展も見られた。なお,ESD学習プラン集の暫定版に関しても,気象気候教育・文化理解教育自体としての新しい提案性をも併せ持つ詳細な冊子資料(「日本の秋から冬への遷移期の気象特性と古典文学にみる季節感に関する学際的授業の開発」(佐藤紗里・加藤内藏進,全86頁,2012年11月))を作成して近隣の小中高の学校現場の教員や関連研究者等に配布する等,概ね順調に進展していると言える。
ラクトソーム蛍光・PETイメージングにおける癌の描出能改善法の研究

本研究では癌診断可能なナノキャリア開発を目指し、ICGや18F、123I標識ラクトソームを用いて癌描出能に関する研究を行った。ABC現象(20-100nmのナノ粒子特有の2回目投与時における網内系への集積現象)に対する回避方法も探求した。結果、各種標識体合成、小動物PETイメージング条件確立、体内動態調査等は施行できた。数種のABC現象減弱法を確認したがABC現象を完全に回避するには至らなかった。新規ナノキャリアシステムであるラクトソームの放射性フッ素(^<18>F)やヨウ素(^<131>I/^<123>I/^<125>I)標識についてはSFB/SIBを用いる方法で、一定の収率を期待できる合成技術を確立した。また、動物モデルとしてテレピン油を用いた急性炎症モデルを作成するとともに、マウス癌細胞株と免疫不全マウスを用いて肺癌や乳癌の多発肺転移、リンパ節転移、骨転移、肝転移といった各腫瘍モデルの作成にも成功した。さらに^<131>I標識ラクトソームを用いて1時間96時間のタイムポイントによるbiodistributionを行い、各臓器の薬剤分布を調べた。これにより腫瘍へのラクトソーム集積は24時間から48時間にかけて正常組織に比して良好なコントラストが得られることが判明した。それ故に半減期が110分と短い^<18>F標識ラクトソームを用いて小動物PETイメージングを試みたが、良好な腫瘍イメージングには至らず、半減期が13.3時間と長い^<123>I標識ラクトソームを用いて小動物SPECTイメージングを試みたところ、良好な腫瘍イメージングを得られた。また、マウスに対して近赤外蛍光剤であるICG標識ラクトソームと^<131>I標識ラクトソームの同時投与を行うことにより、両物質の体内動態がほぼ同様であることが判明した。以上の研究成果により、ラクトソームが新たな腫瘍イメージングプローブになりうる可能性が生まれ、今後のRIによる非侵襲的ながん診断法の発展に重要な意義をもつものと考えられた。本研究では、がん診断を目的とした名のナノキャリア「ラクトソーム」の開発を目指し、その基盤となるICGラクトソームや^<18>Fや^<131>I標識ラクトソームを用いた癌の描出能に関する研究を行った。特に、ABC(accelerated blood clearance)現象と呼ばれる、20-100nmのナノ粒子特有に見られる2回目投与時における網内系への集積亢進現象に対する回避方法を探求した。その結果、各種標識ラクトソームの合成方法や担癌モデルの確立、小動物PETイメージング条件の確立、biodistributionによる体内動態調査を施行できた。ABC現象の回避方法については、従来の蛍光イメージングによる評価法以外にELISA法による評価方法を確立した他、投与時間を空けることによる減弱、連続投与・大量投与による免疫寛容の惹起、そして従来のAB型とは異なる基本構造を有するA3B型ラクトソームによるABC現象の減弱を確認したが、ABC現象を完全に回避するには至らなかった。また、現在臨床応用されている腫瘍プローブである^<18>F-FDG-PETや^<67>Gaシンチとの比較を皮下腫瘍移植モデルマウスにて行った。集積機序の異なる^<18>F-FDG-PETに対しては、腫瘍の描出が良好であるとは言えなかったが、^<67>Gaシンチに対しては腫瘍描出が良好に認められた。さらには、皮下腫瘍移植モデルマウスに対してPEIT後に^<131>I標識ラクトソームを5MBq/匹、尾静注にて投与したところ、有意に腫瘍再増殖を抑制することが示された。今後は診断プローブとしてのみならず、新たな抗癌プローブ、低侵襲ながん治療法開発に発展する可能性が示唆された。