hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
海洋微生物による有用魚類の成長・分化・生殖の化学的制御に関する研究

2.魚の摂餌誘引と成長促進ハマチ、マダイとヒラメの稚魚(315cm)は渦鞭毛藻に特異的に摂餌誘引を示し、その有効成分であるDMPTであることおよびDMPTがこれら魚類の成育を著しく促進(ハマチでは13日間で80%の体重増加が観察された)することを明らかにした。本研究は、ヒラメなどの有用魚類の稚仔魚の成育、変態、着底の生理・生態と、これに関与すると推定される微生物の役割を解明しようとするものである。平成元年度に得られた成果は下記の通りである。1.ヒラメ稚仔魚の変態・着定期の体成分の変化と諸器管の発達。飼育したヒラメ稚仔魚は着底直後の変態最終期において、体組織および肝組織の脂質含量が著しく減少、肝重量も減少する。これは、天然海域のヒラメ稚仔魚が着底直後に空胃率が高くなることと関連している。これらの結果は、着底が変態最終期に生じ、この時期には一時的に摂食活動が休止し、幼生型から成魚型へ転換が起るものと推定された。この着底には、海底の物理的、化学的、生物的諸要因が影響していることが示唆された。2.ヒラメ稚仔魚の着底を促進する微生物のスクリ-ニングを行った。各種微生物をそれぞれポリビニルアルコ-ル(PVA)で固定化し、水槽の底に設置し、どのマットの上にヒラメが着定するかを調べた。一部の付着珪藻(Grammatophora sp.)とラフィド藻(Chattonella antiqua)が有効であることがわかった。3.タイ、ハマチおよびヒラメの稚魚の成長促進物質として、渦鞭毛藻に特異的に多く含まれる有機イオウ化合物ジメチル・β・プロピオテチン(DMPT)が極めて有用であることが判明した。DMPTを飼料に5μMになるように添加して飼育するとタイは18日目で2.5倍、ハマチは13日目で4.5倍、ヒラメは13周目で1.3倍に体重が増加した。本年度に得られた成果をもとに、次年度からその発展を期する予定である。だが、ヒラメ稚仔魚の飼育実験の期間が限定されるため、実験方法の検討も平行して行う予定である。本研究は、ヒラメなど有用魚類の仔稚魚の成育、変態、着底の生理・生態と、これに関与すると推定される微生物の役割を解明しようとするものである。平成2年度に得られた成果は下記の通りである。(1)ヒラメの変態を支配する鍵ホルモンが甲状腺ホルモンであることは既に示したが、拮抗的に働くと予測されるプロラクチン(PRL)と成長ホルモン(GH)の変態期における脳下垂体中の動態を、免疫組織化学手法により調べた。その結果、PRL比(PRL産生細胞群の体積比)は、変態開始前から徐々に上昇し、変態初期に最大に達した後、変態中後期(変態最盛期)には一時的に低下した。一方GH比は変態期を通して一貫して上昇傾向を示した。PRL比の変態期における動態は明らかに甲状腺ホルモンのそれとは反対の傾向を示し、ヒラメの変態に際してその開始を調節又は抑制している可能性が推定された。(2)ヒラメ仔稚魚の着底を促進する微生物の検索を行った。各種微生物をそれぞれポリビニルアルコ-ル(PVA)で固定化し、水槽の底に設置し、どのマット上にヒラメが着底するかを調べた。付着珪藻(<Grammatophore>___ーsp.)、ラフィド藻(<Chattonella>___ー<antiqua>___ー)と海洋細菌(<Acinetobacter>___ーsp.)が有効であり、分離を試みたところ複数の物質が促進していることが明らかになった。
スケジューリング機能を持つ例外ルールと常識ルールの同時発見

本研究は,スケジューリング機能を持つ例外ルールと常識ルールの同時発見手法を提案し,大規模データヘの適用を通してその有効性を評価することが目標である.本年度は,閾値スケジューリングを提案し,基盤システムの実装,予備実験を行った.また,医学データからの例外事例の発見などに関しても成果をあげた.・まず,複数の評価指標を持つ発見パターンを効率的に管理する新しいデータ構造を提案した.このデータ構造は,各指標に1本の平衡探索木を割り当てるものであり,ノードはパターンヘのポインタを表す.・次に,発見ルールの制約条件を緩和する閾値スケジューリングを実現した.この方式では,上記のデータ構造にあらかじめ指定した数のパターンが保存され,新しいパターンが発見された場合,決められた方針にしたがって不要パターンが削除され,閾値が更新される.方針としては,完全に閾値更新を指定するものと,対象指標を順々に変更する方法を考えた.・次に,提案したスケジューリング機能を例外ルールと常識ルールの同時発見手法に組み込み,基盤システムを実装した.・最後に,大規模な実データを4種類用いて予備実験を行った.実験の結果,提案手法の有効性と幅広い用途が実証された.また,抗生物質などに関するきわめて興味深い知識が発見された.・なお,例外ルールと常識ルールの同時発見について,手法と応用の両面で成果をあげた.また,例外事例の発見手法として,サポートベクターマシーンに基づく新手法を開発し,医学データなどでその有効性を確認した.本研究は,スケジューリング機能を持つ例外ルールと常識ルールの同時発見手法を提案し,大規模データヘの適用を通してその有効性を評価することが目標である.本年度は,閾値スケジューリングを提案し,基盤システムの実装,予備実験を行った.また,医学データからの例外事例の発見などに関しても成果をあげた.・まず,複数の評価指標を持つ発見パターンを効率的に管理する新しいデータ構造を提案した.このデータ構造は,各指標に1本の平衡探索木を割り当てるものであり,ノードはパターンヘのポインタを表す.・次に,発見ルールの制約条件を緩和する閾値スケジューリングを実現した.この方式では,上記のデータ構造にあらかじめ指定した数のパターンが保存され,新しいパターンが発見された場合,決められた方針にしたがって不要パターンが削除され,閾値が更新される.方針としては,完全に閾値更新を指定するものと,対象指標を順々に変更する方法を考えた.・次に,提案したスケジューリング機能を例外ルールと常識ルールの同時発見手法に組み込み,基盤システムを実装した.・最後に,大規模な実データを4種類用いて予備実験を行った.実験の結果,提案手法の有効性と幅広い用途が実証された.また,抗生物質などに関するきわめて興味深い知識が発見された.・なお,例外ルールと常識ルールの同時発見について,手法と応用の両面で成果をあげた.また,例外事例の発見手法として,サポートベクターマシーンに基づく新手法を開発し,医学データなどでその有効性を確認した.
IgG4による好酸球性副鼻腔炎の病態制御機構の解明

【目的】好酸球性副鼻腔炎は鼻茸形成やムチン貯留などを来す炎症性疾患である。中等症以上の好酸球性副鼻腔炎は指定難病となっており、その病態解明や根治的治療法の開発は急務である。今回は、好酸球性副鼻腔炎の局所粘膜に発現するIgG4陽性細胞の意義について検討した。【方法】好酸球性副鼻腔炎の患者より鼻茸を採取した。好酸球性副鼻腔炎患者はJESREC基準により、軽症、中等症、重症に分類した。対照として非好酸球性副鼻腔炎患者由来の鼻茸、鼻茸を合併しない副鼻腔炎患者由来の鉤状突起、非副鼻腔炎患者由来の鉤状突起を採取した。抗IgG4抗体による免疫染色を施行し、一視野(HPF)あたりのIgG4陽性細胞数を測定した。さらに組織浸潤好酸球数やCTスコア、術後経過など臨床徴候との相関を検討した。【結果】鼻副鼻腔粘膜において、IgG4陽性細胞は主に浸潤単核細胞に発現した。鼻茸、特に好酸球性副鼻腔炎患者由来の鼻茸では、鉤状突起粘膜に比較してIgG4陽性細胞数が有意に高値を示し、特に重症好酸球性副鼻腔炎患者由来の鼻茸で顕著であった。鼻茸において、IgG4陽性細胞数は組織および末梢血好酸球数と有意な正の相関を示した。CTスコアや血清総IgE量に対しても有意な正の相関を示した。さらに術後経過不良群では良好群に比較してIgG4陽性細胞数は有意に高値を示した。ROC解析により、IgG4陽性細胞数のカットオフ値を一視野あたり17個に設定すると、感度73%、特異度83%で術後経過を予測できることがことが判明した。一報目の論文掲載を果たした組織でのIgG4発現の重要性が示されたため、次年度はIgG4の機能解析を行う予定である。慢性副鼻腔炎におけるIgG4陽性細胞の発現と、その臨床的意義について検討した。対象は鼻茸(非好酸球性副鼻腔炎および好酸球性副鼻腔炎)および対照となる鉤状突起粘膜である。手術時に採取した鼻茸および鉤状突起粘膜に発現するIgG4陽性細胞を免疫染色にて検討し、HPFあたりの陽性細胞数をカウントした。その結果、鉤状突起粘膜と比較して鼻茸ではIgG4陽性細胞が有意に発現していた。向上突起は慢性副鼻腔炎患者および非副鼻腔炎患者から採取したが、両群の間でIgG4陽性細胞数に有意な差は認めなかった。一方、鼻茸の中では、重症の好酸球性副鼻腔炎由来の鼻茸でその発現が亢進し、非好酸球性副鼻腔炎の鼻茸および中等症好酸球性副鼻腔炎の鼻茸との間でIgG4陽性細胞数の有意な差を認めた。組織浸潤IgG4陽性細胞数と臨床徴候との関連を検討した。組織および末梢血中好酸球数とIgG4陽性細胞数は有意な正の相関を示した。副鼻腔CTスコアとも有意な正の相関を示した。さらに血清総IgE量とも正の相関を示した。1秒率とは有意な相関が見られなかった。以上の結果より、IgG4陽性細胞は好酸球性副鼻腔炎の重症化に伴って発現し、好酸球性炎症や画像上の重症化に関与することが示唆された。研究実績の概要に示した通り、計画通りに遂行し、成果を得たたため進捗状況は順調である。

一報目の論文掲載を果たした研究過程に従い、今後は術後経過との関係およびIgG4陽性細胞の2型サイトカイン産生に対する制御作用について検討いたします。組織でのIgG4発現の重要性が示されたため、次年度はIgG4の機能解析を行う予定である。消耗品を予定より安価で購入できたため残額が発生したが、次年度には磁気ビーズなど費用のかかる研究を予定しており、こちらに使用することを計画している。購入を計画していた試薬の入手が困難となり、次年度使用額が生じた。使用残額は試薬などの消耗品費購入のために使用する予定である。
マルチセンサ型高感度リアルタイム患者被曝線量測定管理システムの開発

Interventional radiology (IVR)時の患者放射線被曝線量増加が重大な問題となっている。だがIVR時の正確な患者被曝線量をリアルタイムに測定できる線量計は現存していなかった。そこでX線シンチレータと光ファイバーケーブルとフォトダイオードを用いた、高感度でしかも「マルチセンサ型」のリアルタイム患者被曝線量計を試作した。そしてその諸特性を評価し良好な結果を得た。さらにIVR臨床にてリアルタイム線量計を使用し評価した結果、十分に利用できることを明らかにした。よって当線量計は、IVR時の患者放射線障害回避のために大いに役立つ可能性があると思われた。IVR時の患者放射線障害回避の為に、X線シンチレータと光ファイバーケーブルとフォトダイオードを用いた、高感度な「マルチセンサ型リアルタイム患者被曝線量計を先駆けて開発することを目指している。・診療用X線透視撮影におけるX線検出部の特性評価X線検出部として適切と思われるいくつかの候補を選び、それらについて、実際の診療用X線装置を使用して、X線透視およびX線撮影を行い評価した。・X線シンチレータと光ファイバとフォトダイオートを用いたリアルタイム線量計(プロトタイプ)の試作選定したX線シンチレータを用い、X線画像の邪魔にならないよう検出部を小型に設計し作製した。プラスチックファイバを使用し、小型に設計作製した固体X線シンチレータと組合せて、X線検出部を製作した。この検出部からの信号(光量)を、検出(変換)・増幅(アンプ)・表示させる線量計本体部を製作し、新しいリアルタイム線量計システムを試作した。フォトダイオードにより発光量を検出変換し、線量値をデジタル表示させるようにした。IVRは、X線透視撮影時間が非常に長くなる傾向にあるため、患者の放射線被曝線量増加が世界的に重大な問題となっている。IVR時の患者放射線障害回避の為には、正確な患者被曝線量を「リアルタイム」に測定する必要があるが、この目的に叶うリアルタイム線量計は現存していなかった。申請者等は、X線シンチレータと光ファイバーケーブルとフォトダイオードを用いた、高感度な「マルチセンサ型リアルタイム患者被曝線量計の試作に成功した。X線管電圧や線量率など等を変化させてプロトタイプ線量計の基本特性比較評価を詳細に行った。診断用X線装置を用いて、人体ファントムのX線透視・撮影を行い、プロトタイプ線量計の諸特性を評価した。また旧来使用されていたSDM線量計とも比較した。電離箱式基準線量計(予め日本品質保証協会で国家標準と較正済み)との相互比較を行い正確な線量評価(換算係数の決定)を行った。また、X線検出部のX線透過性の評価(画像評価等)を行い、検出部等が邪魔にならないか検討した。その結果、プロトタイプ線量計の基本特性はSDM線量計と同等以上であり、有用性が確認できた。さらにこれらの初期成果は、国際的に著名な英文誌であるAJR誌(American Journal of Roentgenology)に掲載された。よってプロトタイプ線量計は、IVR時の患者放射線障害回避の為に大いに役立つ可能性があることが示唆された。・連携研究者:千田浩一・主な研究協力者:中村正明、稲葉洋平試作器の開発に成功し成果を著名な英文誌に公表できた。Interventional radiology(IVR)時の患者放射線被曝線量増加が重大な問題となっている。IVR時の患者放射線障害回避のためには、正確な患者被曝線量をリアルタイムに測定する必要があるが、この目的にかなうリアルタイム線量計は現存していなかった。そこで申請者等は、X線シンチレータと光ファイバーケーブルとフォトダイオードを用いた、高感度でしかも「マルチセンサ型」のリアルタイム患者被曝線量計を試作した。そして、そのリアルタイム線量計の検出部の改良と臨床的検討を行った。具体的にはリアルタイム線量計のX線検出部を、IVR中などにおけるX線透視画像の邪魔になり難いよう検出部をさらに小型化した。またリアルタイム線量計の線量データを、PCに取り込みリアルタイム表示やデータ解析やデータ保存管理を行えるように検討した。さらに実際のIVR臨床にてリアルタイム線量計を使用し評価した結果、IVR臨床において十分に利用できることを明らかにした。そして初期臨床成果は、国際的に著名な英文誌であるPhys Med誌(European Journal of Medical Physics)等に掲載された。よって当線量計はIVR時の患者放射線障害回避の為に大いに役立つ可能性があると思われた。連携研究者:千田浩一研究協力者:中村正明、稲葉洋平Interventionalradiology (IVR)時の患者放射線被曝線量増加が重大な問題となっている。初期成果について、国際学会を含めて、研究発表報告を行うことができた。さらに基礎論文が英文誌に掲載された。・リアルタイム線量計の検出部の改良と臨床的検討

リアルタイム線量計(プロトタイプ)のX線検出部を、IVR中などにおけるX線透視画像の邪魔になり難いよう検出部をさらに小型化する。そして諸特性を再確認する。そして実際のIVR臨床にてリアルタイム線量計を使用し評価する。・リアルタイム線量計データのPC解析リアルタイム線量計の線量データを、PCに取り込み、リアルタイム表示やデータ解析やデータ保存管理ができるソフトを開発する。放射線医学・プロトタイプ線量計の基本特性比較評価X線装置を用いて、人体ファントムのX線透視・撮影を行い、プロトタイプ線量計の諸特性を評価する。実験は東北大学医学部放射線技術学実験室などのX線装置を使用して行う。X線管電圧や線量率など等を変化させて詳細に測定を行う。また旧来使用されていたSDM線量計とも比較する。現有する電離箱式基準線量計(予め日本品質保証協会で国家標準と較正する)との相互比較を行い正確な線量評価(換算係数の決定)を行う。また、どの程度まで低線量測定が可能か検討する。X線検出部のX線透過性の評価(画像評価等)を行い、IVR等の邪魔にならないか検討する。・リアルタイム線量計のバージョンアップ:多検出部型リアルタイム線量計(プロトタイプ)が十分な性能を有する事を確認の上、X線検出部を多チャンネル型にする。予定していた国際学会出張等を取り止めたため。購入予定物品(線量計関連備品)を、実験計画の見直しにより、次年度購入に変更したため。成果発表等にための国際学会出張等への旅費等に活用する予定である。線量計関連備品の購入等に活用する予定である。
睡眠のメカニズム-ウリジン受容体を中心とする分子レベルでの解明

ウリジン誘導体の睡眠作用メカニズムについて以下の知見を得た。1構造活性相関さらなる強力な催眠作用を有する化合物を見い出すべく、ウリジン、チミジン、デオキシウリジン、6-アザウリジン、イソプロピリデンウリジンのN^3位に4′-メチル-、2′-メトキシ-、3′-メトキシ-、4′-メトキシ-、2′,4′-ジメトキシ-、2′,5′-ジメトキシ-、4′-ブロム-、4′-クロル-及び4′-フェニル-フェナシル基を導入した。このうち、2′,4′-ジメトキシ-並びに2′,5′-ジメトキシフェナシルウリジンはマウス脳内投与でこれまで最強の催眠作用を有したN^3-フェナシルウリジンと同等の中枢抑制作用が確認された。各ヌクレオシドの中ではウリジン誘導体、一部チミジン誘導体において中枢抑制作用が強かった。糖部の水酸基を保護してあるイソプロピリデンウリジンの誘導体では強い催眠作用が認められず、ヌクレオシド誘導体の中枢抑制作用に糖部分が重要な役割を果たしていることが確認された。2 [^3H]ウリジン及び[^3H]N^3-フェナシルウリジンのシナプス膜結合[^3H]ウリジン及び[^3H]N^3-フェナシルウリジンをリガンドとしてラット並びにウシ脳シナプス膜と反応させた。[^3H]ウリジン及び[^3H]N^3-フェナシルウリジンは用量依存的にシナプス膜に結合し、高濃度で飽和性を示した。特異的[^3H]ウリジンの結合はN^3-フェナシル置換ウリジン、チミジン、デオキシウリジン、6-アザウリジン、イソプロピリデンウリジンで用量依存的に阻害され、各Ki値は0.04、14.2、5.26、1.62及び>2,250nMであった。これら誘導体のウリジン受容体結合阻害作用の強さはマウスにおける催眠作用の強さと相関性があることから、中枢系におけるウリジン受容体が催眠作用をはじめとする中枢抑制作用の惹起に関与している可能性を示唆する結果を得た。
脳スライス組織・コンピュータ相互結合系のダイナミクス

動物のレム睡眠期や探索行動時の海馬脳波にみられるθ波は、記憶の固定や再生の機能と関連があると考えられている。また海馬θ波は、脳内の海馬と中隔の相互作用により発生・維持されていると考えられている。この系を模擬するために、海馬モジュール(ラット海馬スライス標本)と人工中隔モジュール(AD/DA変換器を備えたパーソナルコンピュータ、PC)との相互結合系を構築した。海馬スライス標本内の多数のニューロン活動を同時計測するために、従来、生体脳で用いられてきた多重電極テトロード法を改良し、マルチニューロン活動計測システムを構築した。人工中隔モジュールは、RTLinux V.2を導入したPCを用い、海馬θ波とBVP振動子との引き込み同期現象を利用した脳波信号のリアルタイム処理により、θ波の任意の位相で刺激パルスを発生できるように設計・開発した。海馬スライス標本にムスカリン受容体作動薬であるカルバコールを投与すると、約10分後に6Hz程度のθ波様振動現象(以下θ様活動)が約1分ごとに発生・消滅した。その際、テトロードにより複数のニューロンのスパイク活動を同時計測することに成功した。海馬スライスを人工中隔モジュールと結合し、θ様活動中に電気刺激を与えたが、位相シフトは明確にはみられなかった。ニューロン活動を解析した結果、θ様活動に先行して一過性に活動が高まるタイプ、θ活動と同期して12発程度のスパイクを発生するタイプ、およびθ活動と同期したバースト活動を呈するタイプのニューロンが見出された。これらの発火パターンは、興味深いことに、動物の脳内θ波発生時の海馬ニューロンのそれと類似していた。この結果は、海馬スライス標本で観測されるθ波様活動が海馬θ波と共通した発生メカニズムを有している可能性を示唆するものである。動物の脳内では、多数の機能モジュールが協調してはたらくことにより、高度な情報処理機能が実現されている。本研究では、ラット海馬スライス標本を高カリウム脳脊髄液中で維持することにより、CA3領域神経回路のリズム的脳波様のバースト発火活動を誘導し、これをコンピュータ上に構築した非線型振動子モデル(放射状アイソクローン振動子,RIC)と相互結合させた。これを用い、モジュール間相互作用の一例である、リズム活動の引き込み現象を調べた。RIC→海馬CA3の単方向結合において、刺激周期・強度に応じて、さまざまな引き込みパターンが観察された。また、強制引き込みが生じない程度に刺激強度を弱めると、自発的バースト活動の周期のゆらぎが大きくなる傾向が見られた。海馬CA3とRICを相互結合すると、RICへの結合強度を適当に調整することにより、海馬バースト活動が安定化された。このとき、海馬CA3とRICの相互引き込みが生じていた。海馬CA3神経回路を単純な非線型振動子とみたてて位相反応特性をモデル化し、RICと相互結合したときのダイナミクスを理論的に解析した。結合強度をパラメータとする大域分岐構造を調べた結果、接線分岐を繰り返すことにより、多彩な引き込みパターンが生じうることが明らかになった。また、単一ニューロン活動を計測し、集団バースト電位と個々のニューロンの活動との関連について検討した。電気刺激で集団バースト電位を誘導した場合には、バーストに先立ち、散発的な単一ニューロン活動が観測された。また、テタヌス刺激を与えシナプス長期増強現象を誘導すると、刺激-発火時間の短縮がみられた。しかし、多数のニューロン活動を分離することが困難であった。今後は計測方法を改良し、より詳細な単一ニューロン活動の解析を行う必要がある。
配偶子間認識に関与する卵膜マトリクスの形成機構と精子側分子との相互作用機構の解明

哺乳類の透明帯に代表される脊椎動物の卵膜は、卵細胞に特徴的な細胞外マトリックスであり、2から6種類のZP糖タンパク質から構成されている。卵膜は受精において、種特異的に精子と反応して精子頭部の内容物を放出させ、また多精子受精を防ぐなどの重要な機能を有する。本研究の結果、ニワトリ卵膜を構成する3種類のZP糖タンパク質ZP1, ZP3, ZPDが分子内のどの領域の間で相互作用することによって繊維状のマトリックスを形成しているかを解明した。この結果より、鳥類以外の脊椎動物にも適用することができる卵膜の分子構造モデルを構築することができた。平成25年度の研究では、交付申請書の「研究実施計画」に記載した通り、まずニワトリ卵膜の採取とZP1-ZP3複合体とZPDの分離、ゲル濾過クロマトグラフィーによるZP1とZP3の分離を行った。また、ZP1のtrefoil domain、ZP3のN-terminal peptideおよびZPDのEGF-like domainのそれぞれに対し、pET32発現プラスミドと大腸菌発現系を用いてTrx/His-tag融合タンパク質を作製し、それらを抗原としてマウスを免疫して新たなanti-ZP1, anti-ZP3, anti-ZPDポリクローナル抗体を調製した。本年度はまた、産卵鶏の血液中に含まれるZP1がどのようにして卵膜に組込まれるのかを解明する研究の一環として、前年度までに作製した組換えZP3および組換えZPDをプローブとしてニワトリ血清に対するpull-down解析を行った結果、血液中のZP1はZP3またはZPDの分子のどの領域と強く相互作用するかが明らかとなった。さらに、卵膜および上述のように卵膜から粗精製されたZPDに対して非還元条件のSDS-PAGEを行い、ポリアクリルアミドゲル内からニトロセルロース膜上に転写されたZP1, ZP3およびZPDに対して、前年度までに作製された組換えZP糖タンパク質を反応させたところ、ZP1, ZP3およびZPDがそれぞれどの分子内領域で相互作用し合っているかを示唆する実験結果が得られた。なお、ニワトリ卵膜に対し、上述のポリクローナル抗体を用いて免疫蛍光染色し、卵膜マトリックスの構造の詳細を観察した。平成26年度の研究では、前年度の研究で一部前倒しして行ったニワトリZP1, ZP3およびZPDの間のドメイン間相互作用の解析をさらに進展させ、ニワトリ卵膜マトリックス内における各構成タンパク質の位置関係を推定するために必要な実験データを蓄積した。その結果、卵膜マトリックスの予備的な構造モデルを作成することが可能となった。また本年度には、卵膜形成機構の解明を目指す研究の一環として、肝臓で合成されたZP1が血液中から卵膜内へ移行する過程で受けると考えられる生化学的性質の変化の原因を解明するための研究を開始した。ニワトリ血清に対し、尿素の存在下および非存在下で液相等電点電気泳動を行った。その結果から、ZP1は血液中では別のタンパク質と複合体を形成していることが予想された。そこで、前年度までに作製されたanti-ZP1抗体を用いた免疫沈降および前年度に新たに見出されたZP1分離法のそれぞれを用いてニワトリ血清からZP1を分離した。その結果、両方法においてZP1と共に分離されたタンパク質の中に、共通するものが含まれていることが明らかとなった。このタンパク質は血液中でZP1と結合していると考えられ、次年度の研究ではこのタンパク質を質量分析などの方法により同定する予定である。そのほか、本年度には、ニワトリ卵膜に対する二次元電気泳動で検出される各ZP3異性体のスポットについて、各スポットに含まれるタンパク質を抽出した。次年度は、これらについても質量分析を行い、各異性体間の構造上の違いの解明を目指す予定である。本研究では、脊椎動物の受精における卵・精子相互作用の分子メカニズムを解明することによって、家畜や家禽の受精率や生産性の向上、有用品種の作出技術の開発、希少動物の系統維持や害鳥獣の駆除に応用することができる知見が得られると考え、ニワトリの卵膜(透明帯)を研究対象として、その構成タンパク質の構造と機能、および卵膜の形成機構を解明することを目的としている。また本研究は、未知の部分が多い脊椎動物の卵・精子相互作用の研究から得られる知見を、将来の生殖医療やバイオ産業に応用することも視野に入れている。本研究期間全体を通して、ニワトリ卵膜の主成分である3種類のタンパク質ZP1, ZP3およびZPDがどの分子内領域の間でどのように結びついて卵膜繊維を形成しているかを推定することに成功し、鳥類以外の脊椎動物にも適用することが可能な卵膜の構造モデルを提案することができた。研究の成果は、2015年5月27日発行の学術誌FEBS Open Bio第5巻の454ページから465ページに掲載された。また本研究期間内には、肝臓で合成され血液中を循環したのちに卵膜へ組込まれることが知られているZP1、および等電点の異なる複数の状態をとって卵膜中に存在することが明らかとなっているZP3についても今後の本研究の進展につながる研究を開始している。今後それらの研究を継続して行うことにより、ZP1の血液中での運搬機構、およびZP3に複数の状態が生じる原因とそれらの状態が卵膜の構造と機能にどう関与するかを解明することができると考えられる。

哺乳類の透明帯に代表される脊椎動物の卵膜は、卵細胞に特徴的な細胞外マトリックスであり、2から6種類のZP糖タンパク質から構成されている。卵膜は受精において、種特異的に精子と反応して精子頭部の内容物を放出させ、また多精子受精を防ぐなどの重要な機能を有する。本研究の結果、ニワトリ卵膜を構成する3種類のZP糖タンパク質ZP1, ZP3, ZPDが分子内のどの領域の間で相互作用することによって繊維状のマトリックスを形成しているかを解明した。この結果より、鳥類以外の脊椎動物にも適用することができる卵膜の分子構造モデルを構築することができた。交付申請書に記載した平成26年度分の実施計画が順調に進行し、ニワトリ卵膜マトリックスについて、予備的な構造モデルを作成することができた。分子細胞生物学平成26年度の研究で存在が示唆されたニワトリ血液中でのZP1結合タンパク質の同定を行い、そのタンパク質がZP1の卵膜への組込み機構に如何に関与しているかの解明をめざす。また、卵膜中のZP3異性体について、それらの間の構造の違いを解明し、卵膜の形成機構や精子との反応機構においてZP3の複数の異性体が如何に関与しているかの解明を目指す。研究が順調に進行すれば、受精時にZP1やZP3異性体と相互作用する精子側の分子の解析を開始する予定である。交付申請書に記載した平成25年度分の実験計画が順調に進行し、平成26年度に実施する予定だった内容も一部行うことができた。平成25年度に完了する予定であったニワトリ血清からのZP1の分離・精製については、まだ成功していないが、ニワトリ血清に対するpull-down解析を行う過程で、血清からZP1を効果的に粗精製するために利用できると期待される方法が見出されたため、一定の進展は見られたと考えられる。平成25年度の研究で一部前倒しして行った、卵膜の形成時および卵膜内におけるZP糖タンパク質間の相互作用の解析をさらに進行させる。例えば、二次元電気泳動によって分離されたZP3異性体のスポットと他のZP糖タンパク質との親和性について解析し、また、ZP3との相互作用前後におけるZP1の変化を詳細に解析する。卵膜の免疫蛍光顕微鏡観察については、精子との相互作用による卵膜の形態変化などの観察を行う。
デングウイルスNS4Aの細胞質ドメインに結合する分子の同定とドメインの機能解析

非構造蛋白質NS4Aと相互作用し、抗デング化合物を有する化合物の探索を行った。結局NS4Aでは得られなかったものの、同じ非構造蛋白質NS1を用いた実験で抗デング活性を有する化合物がどうていされた。本化合物サイクロフェニル(CF)はすでに別の用途で臨床現場で使用されていたが、抗ウイルス作用を有するとの報告は無かった。CFは哺乳動物細胞でのデングウイルス増殖を阻害したが、蚊由来細胞では阻害効果が確認できなかった。ウイルス接種後CFを加える試験では、CFがウイルス増殖サイクルの後期過程に作用することが示唆された。また我々は、CFに対するエスケープ変異体の分離も行った。デングウイルスなどフラビウイルス属の非構造蛋白質NS4Aは、ウイルス複製や宿主免疫応答阻害に関与すると考えられている。NS4AはN末端側の細胞質ドメイン領域と、C末端側の複数の膜貫通ドメインから成る領域に大別される。最近申請者らはデング1型ウイルスNS4Aの細胞質ドメインが、ウイルス増殖に必須であることを明らかにした。しかし本ドメインの機能および作用機序は不明である。本申請では、1)NS4Aの細胞質ドメインに結合する低分子化合物を探索し同定する、2)本ドメインに結合するウイルス側因子および細胞側因子を探索し同定する、3)同定した化合物および因子を用い、ウイルス増殖能解析やNS4Aの機能解析を進めることにより、本ドメインの機能および作用機序解明を目指す。平成25年度は化合物スクリーニングのプローブとして使用するNS4A細胞質ドメイン融合蛋白質を調製する。デング1型ウイルスNS4AのN末端側51アミノ酸からなる細胞質ドメイン(NS4A(N51))が、赤色蛍光蛋白質(mRFP)およびそれに続くFlagタグのN末端側に連結した融合蛋白質(NS4A(N51)-mRFP-Flag)発現プラスミドを構築した。また陰性コントロール用にmRFP-Flagのみ発現するプラスミドも構築した。さらにこれらを用いて化合物スクリーニングを開始した。今後、結合する化合物が得られた場合には、その化合物のデングウイルスの増殖に対する影響を調べる予定である。本研究ではデングウイルスの中でも複製に必須でありながら詳細な機能が明らかとなっていない非構造蛋白質に焦点を当て、これらに結合する化合物を同定することによりウイルス複製機構の解明および抗デング薬創薬を目指している。申請者は昨年度よりデングウイルスNS4Aに結合する化合物の探索を行い、数種類の化合物を同定した。次にこれらの化合物がデングウイルスの増殖を抑制するかを調べたが、細胞毒性が見られない濃度以下で顕著に増殖が抑えられるものは得られなかった。次に同じ非構造蛋白質であるNS1に結合する化合物を探索したところ、数種類同定された。これらについても同様にデングウイルス増殖抑制能を検討したところ、結合化合物と類似した化合物を添加した時に、細胞毒性濃度に比べ明らかに低い濃度でデングウイルスの増殖を阻害することが明らかとなった。現在この化合物に焦点を絞り、詳細な解析を継続中である。本研究ではデングウイルスの中でも複製に必須でありながら詳細な機能が明らかとなっていない非構造蛋白質NS4Aおよに焦点を当て、これらに結合する化合物をどうていすることによりウイルス複製機構の解明および抗デング薬創薬を目指してきた。昨年度までにNS1に結合する化合物の類似構造体の一つサイクロフェニル(CF)が抗デング活性を有する可能性が示唆されていた。本年度はCFを使用してさらに詳細な検討を行った。デングウイルスには4種類の血清型が存在するが、抑制の程度に差はあるもののCFはすべての血清型に対し増殖抑制活性を示した。この増殖抑制活性は、アフリカミドリザル由来Vero細胞およびヒト肝がん由来Huh-7細胞で確認できたが、蚊由来C6/36細胞では抑制がみられなかった。CFはすでに排卵誘発剤として使用されている薬剤であり、エストロゲンレセプターリガンドである。そこで同じエストロゲンレセプターリガンドであるタモキシフェンとクロミフェンについても抗デングウイルス活性があるか調べたところ、ほぼ同程度の増殖抑制活性が確認された。次にウイルスのライフサイクルにおけるCFの作用点の推定したところ、ウイルスの侵入やゲノム合成よりも後の過程に作用することが示唆された。さらにCFに耐性を示すデングウイルスの分離を試み、部分的に耐性を獲得したウイルスを得ることができた。部分耐性株の塩基配列を調べたところ、5か所のアミノ酸変異が見つかった。デングウイルス非構造蛋白に結合する化合物の探索をきっかけに、細胞毒性のほとんど見られない濃度でデングウイルスの増殖を抑制する化合物を同定することができた。医歯薬学今後は得られた化合物になるべく注力し、様々なウイルス株や異なるフラビウイルスに対する作用、異なる培養細胞での検討、投与するタイミングの影響、作用点の解明等を進めてゆく予定である。

また最近様々な生理活性物質・阻害剤ミニライブラリーが購入可能であることから、余裕があればこれらを用いたスクリーニングも行いたいと考えている。計画通りに、融合蛋白質並びに陰性コントロール蛋白質の調製も終了し、3月末現在、化合物スクリーニングに移行している。一方相互作用因子探索はその準備まで終了しており、今後実際に探索を行う予定である。研究の進捗状況は概ね予定通りに進行しているものの、探索という研究の性質上完全に予定通りには進まないことから、状況に応じて臨機応変に対応する必要があり、今回のような状況に至った。当初の計画通りに研究を進めて行くとともに、余裕があれば異なる非構造蛋白質についても化合物スクリーニングや相互作用因子スクリーニングを進めて行きたいと考えている。次年度使用額が生じたことから、当初予定していた実験計画をより充実・拡張させて研究を進行させる予定である。当初の研究計画に比べ実際の進捗状況に多少の遅延があることから、支出額が減少した。遅延のため実行できなかった、宿主側およびウイルス側相互作用因子の探索に使用する。
中学校数学における観点別評価のための評価問題一覧表の作成に向けた研究

現行の目標に準拠した評価においては,まず観点別評価を行いその総括としての評定がある。つまり,客観的な評定を算出するためには,そのもととなる観点別評価の客観性が求められる。これまでの研究で評価の方法などについては成果の蓄積がみられる。しかし,現場においては各教師間において意識の差がみられる。例えば,ある問題に対して,この問題が解ければどの観点を評価するのか,またどのように評価するのか,教師間で意見が分かれる。このような現状を放置すれば,評価の客観性が揺らぎ,ひいては信頼感がなくなっていく。そこで,理論的に評価規準を整備するだけでなく,評価の基準となる問題や課題を整備する必要がある。そのため多くの教師を対象にアンケートを実施し,主にペーパーテストを用いて評価を行う際に使用する評価問題の一覧表を作成することが研究目的である。これまでは,主に評価に使用する問題(課題)に焦点をあててきた。つまり,それぞれの問題についで,4観点のいずれを評価することが適切であるかを明らかにしようとしてきた。本研究においては,記述式の問題を用いて生徒が書いた解答内容をもとに評価を行うことに焦点をあてる。そのために,評価の基準となるルブリックを整備し,それをもとに作成した解答を提示し,アンケート調査を実施する。例えば,正答は出ているが記述の不十分な解答や,正答には辿り着けていないが解法や考え方などが正しい解答などをいくつか提示し,それぞれの解答についてどのように評価するのかについて調査を行う。調査の結果,次のことが伺えた。・誤答であっても,途中経過を積極的に評価しようとする教師の姿勢が伺える。特に,計算処理を誤って誤答になっただけの場合の「見方や考え方」の評価は肯定的であった。・文章題解決において,一つの問題で複数の観点を同時に評価することに肯定的であった。
パラメータ依存Lyapunov関数を許容する拡張空間での制御系設計

本研究の目的は,多目的制御系,ポリトープ型不確かさに対するロバスト制御系,LPV(Linear Parameter-Varying)システムに対するゲインスケジューリング制御系の各設計問題をパラメータ依存Lyapunov関数で解くための新しい方法論を構築することにある.消去補題の逆適用により,与えられたBMI(Bilinear Matrix Inequality)問題を仮想変数を導入しながら仮想空間に拡張し,もとのBMI変数を異なるLMI(Linear Matrix Inequality)項に分離することで,複数の不等式制約からなる制御系設計問題を非共通Lyapunov解,すなわちパラメータ依存Lyapunov関数で解けるようにする.このアイディアをもとに精密な理論を構築し,計算によってその有効性を確かめる.平成14年度は,安定化,H2制御,H∞制御の各問題を拡張空間で定式化し,多目的制御系設計問題を非共通Lyapunov解で解くことに成功した.平成15年度は,ポリトープ型不確かさに対するロバスト制御系,LPVシステムに対するゲインスケジューリング制御系の各設計問題を検討し,拡張空間での定式化を行った.いずれの場合にも従来の共通Lyapunov解による設計の保守性が改善された.行列ポリトープ問題におけるロバストH2制御ではH2コストがどの端点で最悪になるか事前に予想できないが,平成16年度は最悪H2コストが最小化されるよう定式化を行うとともに,Lyapunov関数Ψ=x'Pxに対しdP/dtを条件式に含ませる必要があるゲインスケジューリング制御に対し,dP/dtを含む不等式条件を行列ポリトープの端点条件に帰着させる方法を得た.特に結合係数の相対変化率に対する上界を制約条件に盛り込むことに成功した.本研究の目的は,多目的制御系,ポリトープ型不確かさに対するロバスト制御系,LPV(Linear Parameter-Varying)システムに対するゲインスケジューリング制御系の各設計問題をパラメータ依存Lyapunov関数で解くための新しい方法論を構築することにある.消去補題の逆適用により,与えられたBMI(Bilinear Matrix Inequality)問題を仮想変数を導入しながら仮想空間に拡張し,もとのBMI変数を異なるLMI(Linear Matrix Inequality)項に分離することで,複数の不等式制約からなる制御系設計問題を非共通Lyapunov解,すなわちパラメータ依存Lyapunov関数で解けるようにする.このアイディアをもとに精密な理論を構築し,計算によってその有効性を確かめる.平成14年度は,安定化,H2制御,H∞制御の各問題を拡張空間で定式化し,多目的制御系設計問題を非共通Lyapunov解で解くことに成功した.平成15年度は,ポリトープ型不確かさに対するロバスト制御系,LPVシステムに対するゲインスケジューリング制御系の各設計問題を検討し,拡張空間での定式化を行った.いずれの場合にも従来の共通Lyapunov解による設計の保守性が改善された.行列ポリトープ問題におけるロバストH2制御ではH2コストがどの端点で最悪になるか事前に予想できないが,平成16年度は最悪H2コストが最小化されるよう定式化を行うとともに,Lyapunov関数Ψ=x'Pxに対しdP/dtを条件式に含ませる必要があるゲインスケジューリング制御に対し,dP/dtを含む不等式条件を行列ポリトープの端点条件に帰着させる方法を得た.特に結合係数の相対変化率に対する上界を制約条件に盛り込むことに成功した.本研究の目的は,多目的制御系,ポリトープ型不確かさに対するロバスト制御系,LPVシステムに対するゲインスケジューリング制御系の各設計問題をパラメータ依存のLyapunov関数で解く新しい方法論を構築することにある.与えられたBMI問題を仮想パラメータを導入しながら仮想空間に拡張し,もとのBMI変数を異なるLMI項に分離し,結果として,複数の不等式制約からなる制御系設計問題を異なるLyapunov変数,すなわちパラメータ依存のLyapunov関数で解くことを目指す.この研究の基本的なアイディアは,「消去補題」の逆適用にある.従来と発想を変え,逆適用により「与えられた問題を仮想空間へ拡張」し,従来の順適用で達成されなかった本研究の目的を達成する.平成15年度は,安定化問題,H_2制御問題,H∞制御問題をこの方法により拡張空間で定式化し,これらの問題をパラメータ依存Lyapunov関数を許容して解くことに成功した.また,平成12年度平成13年度の奨励研究(A)の成果である「準不定二次項の逐次LMI化」との比較を同一数値例を用いて行った.その結果,多目的制御系設計問題では「準不定二次項の逐次LMI化」のほうが良い性能を示す傾向にあったが,現段階でこの方法が適用できないロバスト制御,ゲインスケジューリング制御については,本研究の「消去補題の逆適用による拡張空間での制御系設計」が従来の共通Lyapuov関数による方法よりかなり良い性能を示し,その実用性が確認された.なお,Lyapunov関数Φ=x'Pxに対し,ゲインスケジューリング制御ではPを条件式に含ませる必要があるが,この点についても検討し,Pを含む不等式条件を行列ポリトープの端点条件に帰着させる方法を得た.本研究の目的は,多目的制御系,ポリトープ型不確かさに対するロバスト制御系,LPV (=Linear Parameter-Varying)システムに対するゲインスケジューリング制御系の各設計問題をパラメータ依存Lyapunov関数で解くための新しい方法論を構築することにある.

消去補題の逆適用により,与えられたBMI (=Bilinear Matrix Inequality)問題を仮想パラメータを導入しながら仮想空間に拡張し,もとのBMI変数を異なるLMI (=Linear Matrix Inequality)項に分離することで,複数の不等式制約からなる制御系設計問題を異なるLyapunov変数,すなわちパラメータ依存Lyapunov関数で解けるようにする(消去補題の逆適用による拡張空間での制御系設計).このアイディアをもとに精密な理論を構築し,計算によってその有効性を確かめる.平成14年度は提案法の基本理論を多目的制御系について詳しく検討したが,平成15年度は,その結果を踏まえ,ポリトープ型不確かさに対するロバスト制御系,LPVシステムに対するゲインスケジューリング制御系の各設計問題について詳しく検討した.ゲインスケジューリング制御ではLyapunov関数の微分項の取り扱いが問題になるが,この点に留意しながら「H2コスト最小化問題」を中心に理論を展開し,結合係数の相対変化率に対する上界を制約条件に盛り込むことができた.また,提案法の有効性を計算機を用いた実際の設計計算を通して確認した.本研究の目的は,多目的制御系,ポリトープ型不確かさに対するロバスト制御系,LPV (=Linear Parameter-Varying)システムに対するゲインスケジューリング制御系の各設計問題をパラメータ依存Lyapunov関数で解くための新しい方法論を構築することにある.消去補題の逆適用により,与えられたBMI (=Bilinear Matrix Inequality)問題を仮想パラメータを導入しながら仮想空間に拡張し,もとのBMI変数を異なるLMI (=Linear Matrix Inequality)項に分離することで,複数の不等式制約からなる制御系設計問題を異なるLyapunov変数,すなわちパラメータ依存Lyapunov関数で解けるようにする(消去補題の逆適用による拡張空間での制御系設計).このアイディアをもとに精密な理論を構築し,計算によってその有効性を確かめる.平成14年度は提案法の基本理論を多目的制御系について検討し,平成15年度はその結果を踏まえ,ポリトープ型不確かさに対するロバスト制御系について検討したが,平成16年度はLPVシステムに対するゲインスケジューリング制御系について詳しく検討した.ロバストH2制御では,H2コストがどの端点で最悪になるか事前に予想できないが,最悪H2コストが最小化されるよう定式化を工夫した.また,ゲインスケジューリング制御では,Lyapunov関数の微分項の扱いが問題となるが,結合係数の相対変化率に対する上界を制約条件とする方法をまず提案し,つぎにその保守性を緩和する方法を検討した.さらに,提案法の有効性を計算機を用いた実際の設計計算を通して確認した.
日系自動車メーカーにおける企業間リンケージのグローバル展開に関する研究

本研究は、スペインに進出した日系自動車メーカー・日産モトールイベリカ社を対象に、製品開発段階からの部品メーカーとの企業間リンケージを分析することで、自動車産業の生産システムの空間的・構造的側面を明らかにすることを目的としている。昨年度は自動車メーカー側での調査を中心に行ったため、今年度は日系部品メーカーを中心とした部品メーカー側での調査を重視した。今年度行った研究の成果は以下の通りである。1.自動車メーカー・部品メーカーともにスペインには開発拠点を持たず、欧州での研究・開発活動は英国の開発拠点に集約化させている。つまり、基本的な設計・開発を日本の開発拠点が、設計図の変更・修正および開発試作を英国の開発拠点が、工場試作、生産試作といった生産に直接かかわる部分をスペインの生産拠点が担当しており、3者の間で分業体制が築かれていることが判明した。2.日本で基本モデルの設計を行う際には、自動車メーカーと部品メーカー双方の開発部門が共同研究を行うのに対して、現地での設計・開発活動は専らサプライヤー側に委ねられている。一方、現地の自動車メーカー側の開発担当者は、技術面での助言、情報提供、現地で作成された設計図の点検といった間接的な業務にとどまっている。よって、欧州での設計・開発においては、設計図の修正から試作までを担当する同じ部品メーカー内の開発拠点と生産拠点の間の水平的なリンケージのほうが密接であることが明らかになった。以上のことから、開発プロセスを通じた企業間リンケージの空間的側面として、日本・英国・スペインの3国間で分業関係が展開されていること、構造的側面として自動車メーカーと部品メーカーとの垂直的関係のほかに、部品メーカー内の水平的関係も重要であることが明らかになった。なお、これらの成果については現在投稿準備中である。
ナノテクノロジーを用いた頭頸部癌の画期的な診断・治療法の開発と臨床応用

本研究の目的は未だ一般化していない頭頸部癌の頸部リンパ節転移の超音波診断法について、マイクロバブルを用いた造影を行うことによりリンパ節内の新生血管を検出して精度向上を目指し、さらに一歩進んで治療としては抗癌剤や遺伝子治療のための組換え体などを封入したハイブリッドナノバブルを用い、腫瘍内に効率的に送り込むドラッグデリバリーシステムを開発することである。我々は頸部の拍動や呼吸によるぶれに影響されない画像を構築できる画像解析ソフトを作成することに成功した。造影超音波で得られた動画画像から我々の開発したソフトを用いてリンパ節内の血管像を描出し、転移の有無を高効率に診断できる可能性を示した。本研究の当初の目的は、マイクロバブル造影剤を用いた造影超音波を用いて、頭頸部癌患者の頸部転移リンパ節内で従来の画像解析よりも正確に血管の位置と密度を解析できる手法の確立である。24年度の研究では前年までに開発できた画像解析手法であるScale-Invariant-Feature-Transform (SIFT)およびPhase-Only-Correlation (POC)を用いた血管情報を算出するアルゴリズムが使用可能となった。これを用いて超音波画像の評価に不要な画像を消去もしくは補正して造影剤投与前後の輝度情報もしくは輝度情報の時間変化による分散値で高精度に血管情報を算出できたため、マウスでmicro-CTと比較して評価を行った。これをマウステールの血管描出およびに適用すると、マウスの動きノイズを検出し除去することに成功した。これによりCTと同等の血管画像解析が可能であることが示された。そしてマウスの呼吸で生じる動きに伴う撮影断面のずれと特徴点検出数には相関があり、撮影断面のずれをSIFTで検出できた。これまでヒト臨床画像では嚥下などの動きがあることと、それを手動でプローブを用いて撮影していることから時間が経つに従って断面がずれていくことが問題となった。これは撮影断面の変化により、ずれフレームを除去した断面の固定が困難であったことに起因する。今回我々が開発した画像解析ソフトではSIFTやPOCを用いることにより、このずれを最小まで軽減でき、これにより頸部転移リンパ節の造影超音波画像から得られた毛細血管再構築イメージから血管密度を計測することができた。これにより転移リンパ節では血管密度が転移の無いリンパ節に比べて明らかに高い事が判明し、またその血管も正常とは異なった形態を示し、血管像そのものから悪性を特定できる可能性も示唆されている。頭頸部癌頸部リンパ節転移を機能的に診断する方法として、造影超音波診断に着目し臨床応用を図って来た。動画像として撮影される超音波画像は,超音波プローブの手ぶれ,患者の呼吸,近接する動脈の拍動等による画像変形が含まれる.マイクロバブルの位置や動きを高精度に検出するためには,これらの画像変形を取り除き,高精度に位置合わせをする必要がある.本研究では,位相限定相関法と呼ばれる画像の位相情報に着目した高精度画像マッチング手法を基本として,大きく画像変形しているフレームの検出・画像間の高精度な位置合わせのための画像処理アルゴリズムを開発し、位置合わせ後の画像に対して,画素の時間変化を解析することで,マイクロバブルを検出・追跡し,超音波画像から血管像を構築するような改良を行った。造影効果の持続についてはCTやMRIの造影に比べ、一度静脈内に投与されたマイクロバブル造影剤(ソナゾイド)は比較的長く保持され、造影強度は10分後にも最初の1,2分とほぼ同等である。これはこれまでの造影剤には認められない効果である。これは頸部リンパ節全体のスキャンが可能であることを意味しており、重要な所見である。マウス転移モデルでの血管増生を造影超音波で検出した結果、転移リンパ節ではリンパ節内の腫瘍体積が増加するよりも血管増生の方が速く進行していることを明らかにした。この結果はソナゾイドを用いた造影超音波診断により、転移リンパ節が早期に診断できる可能性を示唆している。これまでの臨床症例の検討により、種々の悪性腫瘍で頸部転移リンパ節にソナゾイドによる造影効果が認められることが明らかになった。今後は2次元あるいは3次元で血管像を構築することにより、転移リンパ節に特徴的な所見を得られるかどうか、あるいは臨床的に血管密度から転移診断が可能かどうかを検討する予定である。本研究ではまず、マイクロバブル造影剤を用いた造影超音波を用いて、従来の画像解析よりも正確に血管の位置と密度を解析できる手法の確立をめざしている。23年度の研究では画像解析手法であるScale-Invariant-Feature-Transform (SIFT)およびPhase-Only- Correlation (POC)を用いて超音波画像の評価に不要な画像を消去もしくは補正して造影剤投与前後の輝度情報もしくは輝度情報の時間変化による分散値で高精度に血管情報を算出するアルゴリズムを作成し、micro-CTと比較して評価を行った。

これをマウスおよびヒト臨床画像に適用すると、マウスの場合には動きノイズを検出し除去することに成功した。マウスの呼吸で生じる動きに伴う撮影断面のずれと特徴点検出数には相関があり、撮影断面のずれをSIFTで検出できた。しかし、臨床画像では嚥下などの動きがあることと、それを手動でプローブを用いて撮影していることから時間が経つに従って断面がずれていく結果が得られた。これは撮影断面の変化により、ずれフレームを除去した断面の固定が困難であったことに起因する。したがって撮影断面を固定するなど撮影条件を最適化することにより臨床応用も可能であると推測された。臨床応用に関しては、我々が開発した画像解析ソフトを用いて、頸部転移リンパ節の造影超音波画像から得られた毛細血管再構築イメージから血管密度を計測することに成功した。これにより転移リンパ節では血管密度が転移の無いリンパ節に比べて明らかに高い事が判明し、現在カットオフ値の設定を検討している。前年度は研究施設が使用できなかったこと、サンプルの喪失などの影響と研究代表者の岩手医大への異動などが重なったため研究開始が大幅に遅れをとった。本年度はようやく研究施設の準備も整い、造影超音波画像診断のデータも取得開始できた。しかし、前年度の遅れがひびいて全体としては遅れている状況である。本年度は大震災の影響で研究棟が使用できなくなったり、保存していた冷蔵庫、冷凍庫が停電で使用できなくなったことによってサンプルが失われたりと、研究開始が大幅に遅れた。また、研究代表者である志賀が岩手医大に異動となったため研究室の整備などで時間がかかり、研究の進捗が遅延した。マイクロバブル造影剤を用いた超音波診断画像による癌病巣の血管構築をさらに進めて、2次元→3次元→4次元と画像解析を展開する。この際、血管密度ばかりではなく、血管像の形態変化も検討し悪性所見の検出が可能かどうかについて研究を進める。また、改良された画像解析ソフトを実際の超音波診断装置に搭載し、臨床応用が可能かどうかの検討を進める。画像解析と平行してハイブリッド・ナノバブルの作成を進め、動物実験でその有効性、安全性を検証する。改良された画像解析ソフトを実際の超音波診断装置に搭載し、臨床応用が可能かどうかの検討を進める。研究費の多くが消耗品費として超音波造影剤の購入や実験動物(マウスなど)の購入に充てられる。旅費は研究打ち合わせや実験への参加のための研究室間の往復などに使用される。また、情報収集や成果発表用の旅費も必要である。実験補助のための謝金も使用予定である。