hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
価電子帯と内殻準位間での分布反転とそれによる紫外レーザー発振の観測

今日の光エレクトロニクスの進展に関連して,広範囲の波長領域にわたり同調可能で長期安定性に優れた固体レーザーの開発が強く望まれている。最近,BaF_2,RbF等のイオン結晶において,価電子帯電子とそのすぐ下に位置する内殻正孔との再結合による発光(オージェ・フリー発光)が見い出された。この発光遷移過では,内殻準位の電離に際して両状態間で容易に分布反転が形成されることになる。本研究計画は,この分布反転に伴う紫外レーザー発振の観測を試みることを目的として行われた。研究は平成34年度にわたって実施された。1.分布反転を実現するため光共振器を製作した。幾つかの試作品の後,誘導体ミラーと石英板からなる光共振器を完成した。そして,それを光学測定用超高真空槽の中に設置し,レーザー発振の実験に供した。2.実験に用いるイオン結晶中の不純物の有無を購入した分光光度計で詳しく調ベた。その結果,試料は不純物の含有量が少なく高品位であることが確かめられた。3.実験は,ポンピング光源として国立共同研究機構分子科学研究所のシンクロトロン放射の強力なアンジュレーター光を利用することにより行なった。そして,レーザー発振に伴う光増幅の有無・発光スペクトル幅の狭帯域化・発光寿命の短縮化を測定した。以上の結果,価電子帯と内殻準位間での分布反転とそれによる紫外レーザー発振の実現に成功した。これらの成果は,論文として直ちに発表した。平成3年度(初年度)の経費でダブルモノクロ分光光度計(日本分光工業(株)Ubestー55型)を購入した。この装置を使って、実験に用いる各種イオン結晶中に含まれる不純物、格子欠陥等のチェックを行なった。また、分布反転を実現するため、誘電体ミラ-と微調機構からなる光共振器を設計・製作した。そして、それを光学測定用超高真空糟の中に設置し、レ-ザ-発振のための分布反転の実現を計った。実験は、分子科学研究所のシンクロトロン放射(UVSOR)の強力なアンジュレ-タ-光をポンピング光源として利用し、それをBaF_2結晶に照射して行なった。その結果、共振条件の下で、オ-ジェ・フリ-発光の強度が倍増し、発光寿命が短くなる事が分かった。これらの事実は、BaF_2結晶のオ-ジェ・フリ-発光(170ー230nm)において、レ-ザ-発振が実現していることを強く示唆している。次年度は以上の研究進展状況を踏まえて、(1)共振器の内部に誘電体ミラ-(反射率100%)以外にビ-ムスプリッタ(反射率90%)を挿入し共振条件の改善につとめる。そのため光共振器の一部を製作し直す。(2)初年度に引き続き、BaF_2以外のオ-ジェ・フリ-発光が確認されているイオン結晶(CsClなど)にも実験を拡張する。実験は主として室温で行い、レ-ザ-発振に伴う、発光スペクトル幅のnarrowing(狭帯域化)及び発光寿命のshortening(短縮化)を観測する。また、レ-ザ-発振の利得スペクトルを測定するとともに、短パルス励起下での誘導放出についても調べる。更に、初年度に実施した予備的な実験により、オ-ジェ・フリ-発光と自己束縛励起子発光の強度比が入射アンジュレ-タ-光の強度に強く依存する事が見い出された。これは、内殻励起に伴う脱励起過程(多体効果)を考察する上で重要な知見であり、次年度の実験でその詳細を調べたい。次年度(平成4年度)は次の項目を実施した。1.レーザー共振器の改良初年度(平成3年度)の実験状況に踏まえて、レーザー共振器の改良を計った。その第一歩として、共振器の内部に誘電体ミラー(反射率100%)以外にビームスピリッタ(反射率90%)を挿入し共振条件の改善につとめた。

しかしこの構成では光損失が多いことがわかり、最終的にはビームスピリッタを石英板に交換した。その結果、分布反転の実現を容易にすることができた。2.レーザー発振の観測価電子帯と内殼準位間の光遷移に伴うオージェ・フリー発光が確認されているイオン結晶の内、BaF_2を対象にして実験を行った。その結晶では事前の計算によれば、光利得係数は4×10^<-4>cm^<-1>以上と見積られている。ポンピング光源としては、国立共同研究機構分子研究所のシンクロトロン放射(UVSOR)のアンジュレーター光を利用した。発光測定用の分光器としては現有の焦点距離32cmの装置を用いた。そして、上記の改良した光共振器を光学測定用超高真空槽の中に設置した。実験は主として室温で行ない、レーザー発振に伴う光増幅の有無・発光スペクトル幅の狭帯域化・発光寿命の短縮化を測定した。以上の項目を実施した結果、価電子帯と内殼準位間での分布反転が実現しており、更に、その事に伴って紫外レーザー発振の観測に成功することができた。
マンモグラフィ検診の石灰化に着目した検診精度の底上げと新規マネジメントの基盤構築

マンモグラフィは死亡率減少効果が証明された唯一の乳癌検診方法である。わが国でも国策として導入され広く普及したが、解決すべき課題も多い。とりわけ、カテゴリー3で精査となる石灰化所見は、がん発見率は5%と低く検診の偽陽性を増加させる一因となり、発見される乳がんも非浸潤がんが多く診断して治療すること自体が生命予後に影響しない過剰診断・過剰治療の原因と考えられるようになってきた。本研究ではマンモグラフィ検診の導入以来見直しが行われておらず改善の余地が大きい石灰化所見に着目し、追加の画像診断や侵襲性の高い精密検査を必要最小限度に抑えられる検診・医療体制の確立を目指して、既存のカテゴリー分類の再構築と適切なマネジメントの方針を提示することを目的とした。初年度は現行のガイドラインにおいて、受診者の不利益が最小限になるような精査後のマネジマントについて検討した。結果、C-3石灰化は「経時変化」があれば有意に悪性であり、侵襲的検査の適応判定として有用である可能性が示唆された。また経過観察の至適な間隔は、癌であった症例の確定診断までの中央値が12.8ヶ月で、浸潤癌への発展は稀であったことから612ヶ月間隔でも受診者に不利益が生じないと推察された。また、MRI造影所見はC-3石灰化の悪性診断として高感度とされているが、本検討では「経時変化あり」の感度84.2%、特異度46.7%でありMRI造影所見と遜色ない結果であり、低侵襲で簡便な評価方法であると考えられる。以上の結果は今後予定している対策型検診(住民検診)レベルでの前向き試験「経過観察:Active screening」導入への予備調査として根拠となるデータが得られた。初年度の計画としては既存の検診データと石灰化の画像所見の収集の予定であったが、データの収集と解析は予定通りであるが、画像の収集解析が遅れている。2年目は「経過観察:Active screening」を前向き試験として導入することを予定しているが、同時に画像の解析も進める予定である。対策型検診(住民検診)レベルで「経過観察:Active screening」を前向き試験として導入し、宮城県対がん協会に併設されたクリニックでC-3石灰化のマネジメント・カテゴリー判定に時間軸を導入した際の臨床的有用性の検証を行い研究を継続する予定である。画像解析ソフトの購入を見送ったため
高齢者の転倒の実態と身体特性との関連及びその予防に関する研究

【目的】本研究は、高齢者の転倒の実態と特徴並びに転倒と身体特性との関連を明らかにし、高齢者の転倒予防のための運動・生活指導の指針を検討することを目的とした。【方法・結果】1.転倒の実態転倒体験を持つ成人296名(男性24名:70.3±7.8歳、女性272名:61.5±11.5歳)を対象に、質問紙により転倒の実態について調査・検討した。1年間に1回転倒したという者が51.3%、2回26.4%、3回12.8%、4回以上9.6%であった。転倒場所は、一般道路、歩道が47.5%と最も多く、次いで階段(24.0)等であった。骨折部位と転倒方向とは関連があること、加齢に伴って転倒による骨折の発生率が確実に増大することが明らかになった。2.転倒と身体特性との関連高齢者227名(4789歳、平均71.1歳:女性87.2%、男性12.8%)を対象に、身体特性を評価・測定した後、8週間の運動・生活指導を実践し、身体機能の変化を観察した。健脚度では、10m全力歩行時間は6.04±1.53から5.76±1.21秒に、最大-歩幅(下肢長当たり)は1.25±0.20から1.32±0.20に有意に向上し、40cm踏台昇降能力も有意に改善した。また、開眼単脚直立時間(右脚支持)も16.3±11.4秒から17.9±11.4秒に有意に向上した。つまり、介入により転倒回避能力としての運動機能が改善することが示された3.バリアフリー型施設在住高齢者の身体特性施設入居高齢者女性18名(平均80.7歳)と転倒予防教室参加女性20名(平均78.3歳)の計38名を対象に、身体特性を評価・測定したところ、健脚度及び平衡機能としての重心動揺の指標は、教室群に比して施設群の方が有意に劣っていた。【結論】高齢者の転倒予防のための運動・生活指導が適切になされれば、身体機能を高めることができ、転倒の危険性を減少することができる。一方、バリアフリー型住宅に安住し、身体への働きかけがない場合には、身体機能が衰弱するため、むしろ転倒の危険性が増す可能性があることが示された。高齢者の転倒の実態を明らかにし、転倒と身体特性との関連を検討するために、以下の調査研究を行った。転倒体験を持つ成人296名(男性24名:70.3±7.8才、女性272名:61.5±11.5才)を対象に、質問紙により転倒の実態について調査・検討した。

1年間に1回転倒したという者が51.3%、2回26.4%、3回12.8%、4回以上9.6%であった。転倒場所は、一般道路、歩道が47.5%と最も多く、次いで階段(24.0)等であった。傷害の種類では、骨折(43.8%)が最も多く、次いで打撲、切創・擦過創等の順であった。骨折と転倒方向とは関連があり、前方では膝、手・手関節、側方では、大腿、足部、後方では腰部、足関節の骨折が発生しやすいことが示された。また、加齢に伴って転倒により、骨折の発生率が確実に増大することが明らかになった。次いで、高齢者50名を対象に身体特性を把握・評価した後、8週間の運動指導を実践し、転倒回避能力としての健脚度及び平衡機能の変化を検討した。10m全力歩行時間は6.2±2.1秒から5.6±1.7秒に最大1歩幅(下肢長当たり)は、1.30±0.22から1.40±0.23に有意に向上し、40cm踏み台昇降能力も有意に改善した。また、開眼単脚直立(右側直立:15.2±11.2秒→18.2±11.4秒)及び重心動揺計の各指標(単位面積軸跡長、単位時間軌跡長、外周面積のロンベルグ率)も有意に向上していることが示された。高齢者の転倒予防を目的とした健康診断と運動・生活指導の計8週間のプログラム(6日の直接指導)を構築し、東京厚生年金病院内で実践・継続した。その参加者150名についての身体特性及び運動・生活指導の効果と問題点を検討した。参加者の性別は、男性18名(12.7%)、女性131名(87.3%)であり、平均年齢は71.3歳(4789歳)であった。過去5年間の転倒体験を有する者74名(49.3%)、ない者76名(50.7%)であった。教室入室時と修了時の健脚度((1)10m全力歩行(2)最大一歩幅(下肢長当たり)(3)40cm踏台昇降)は、それぞれ(1) 6.1±1.5 →5.7±1.3秒^*(2)右1.26±0.19→1.33±0.19^*(3)容易: 98→103(+5)、困難: 42→38(-4)、不可: 10→9(-1)と、いずれも統計学的にも有意な改善がみられた。また、平衡機能の指標として用いた開眼単脚直立検査では、右側起立: 15.9±1.8 →17.0±10.9^*(+1.1)左側起立: 15.3±11.0 →16.3±11.2(+1.0)と支持足側起立の値が向上していた。89歳男性の事例でも、過去5回の骨折を経験した82歳の女性でも適切な運動指導の働きかけにより、転倒回避能力としての健脚度等が改善することが示された。一方、外反母趾が全体の71.3%にみられ、靴等の履き物指導や「足の感性を磨く」ような具体的な運動・生活指導も重要と考えられた。さらに、修了以後の高齢者の身体活動の継続についての工夫・指導も必要と考えられた。1)転倒と身体特性との関連高齢者227名(4789歳、平均71.1歳:女性87.2%、男性12.8%)を対象に、身体特性を評価・測定した後、8週間の運動・生活指導を実践し、身体機能の変化を観察した。健脚度では、10m全力歩行時間は6.04±1.53から5.76±1.21秒に、最大一歩幅(下肢長当たり)は1.25±0.20から1.32±0.20に有意に向上し、40cm踏台昇降能力も有意に改善した。また、開眼単脚直立時間(右脚支持)も16.3±11.4秒から17.9±11.4秒に有意に向上した。つまり、介入により転倒回避能力としての運動機能が改善することが示された2)バリアフリー型施設在住高齢者の身体特性施設入居高齢者女性18名(平均80.7歳)と転倒予防教室参加女性20名(平均78.3歳)の計38名を対象に、身体特性を評価・測定したところ、健脚度では、教室群に比して施設群の方が有意に劣っていた。また、平衡機能としての重心動揺の指標も、施設群で有意に劣っていた。3)結論上記1)、2)を含む3ヵ年の調査研究の結果、高齢者は加齢に伴って、ごく普通の生活環境においても転倒しやすくなり、骨折発生の危険性が高くなること。その予防のための運動・生活指導が適切になされれば、身体機能を高めることができ、転倒の危険性を減少することができること。
モータータンパク質の揺らぎと性能の相関を調べる超高速光学顕微鏡の開発

1分子蛍光イメージングに用いられる対物型エバネッセント照明光学系をもとに新しいレーザー暗視野光学系を開発し、回転分子モーターF_1-ATPaseの高時間・高空間分解能計測に適用した。構築した計測システムの光学系は、従来の全反射型蛍光顕微鏡(エバネッセント顕微鏡)に用いられるものとほぼ同じである。新システムでは、ダイクロイックミラーの代わりに中心部が光を透過するミラーを配置しているだけである。試料を照明するレーザー光はミラーで反射され検出器(Hi-speed camera)には入らないが、試料由来の散乱光はミラーの中心部を通って検出器に投射され暗視野像が得られる。照明光を励起光としても利用すれば,暗視野像と蛍光像を同時に取得することも可能である。さらに通常の暗視野顕微鏡と異なりコンデンサーレンズを必要としないので試料上部にスペースを確保でき、マイクロマニピュレーターや細胞培養装置等との併用もできる。直径40nmの金コロイドをプローブとした際には、時間分解能9.1μs(使用した検出器の限界値)で1.5nm程度の位置決定精度が達成でき、従来の暗視野顕微鏡を用いた以前の報告例(320μsで56nmの精度)を大幅に改善できた。さらにこの計測システムをF_1モーターの回転計測に適用した結果、回転停止中のプローブの揺らぎからF_1の涙じり弾性(剛性)が求められた。また回転中のF_1の角速度は一定にならないことが明らかとなり、この結果からF_1のトルクには角度依存性があることが示唆された。本課題は、マイクロ秒の時間分解能とナノメートルの空間分解能を同時に達成する超高速光学顕微鏡を開発してモータータンパク質の1分子計測を行い、その化学-力学共役におけるタンパク質の構造揺らぎの役割を解明することを目的とする。本年度は、全反射型照明タイプのレーザー暗視野顕微鏡の設計および組み立てを行い、その基本性能を検討した。またデータ処理の高速化を目指し、得られた画像の解析法(座標位置決定法)として、シンプルで高速な重心計算(輝度による重みづけを含む)と、より処理時間のかかるガウス関数によるフィッティング(いわゆるFIONAに用いられている方法)との比較を行った。直径60nmの金コロイド粒子をプローブとして利用し、波長532nmのレーザーを光源に用いた全反射型レーザー暗視野顕微鏡で画像取得をした場合、9.1マイクロ秒の時間分解能(110,000フレーム/秒)で約1.5nmの位置決定精度が得られた。また位置決定精度はガウスフィット法と重心計算法で差はみられず、より高速で短時間で結果が得られる後者が非常に有効であることが明らかとなった(Ueno et al Biophys J 2010印刷中)。今後は、532nm以外のレーザー波長や(473nm等)、金コロイド以外のプローブ(銀コロイド等)の検討等を行い、よりサイズの小さなブローブで同等またはより高い空間分解能を達成する。その後、回転モータータンパク質であるF_1-ATPase (F_1)の観察を行い、ATP結合待ちやATP加水分解待ちの停止、および回転中の回転子γサブユニットの揺らぎを詳細に調べる。特に、ATP加水分解活性が異なる好熱菌由来および大腸菌由来のF_1の揺らぎの比較を行う。
心不全および血管不全の新たな治療標的としてのRAMP2の検討

アドレノメデュリン(AM)は、全身の組織で広範に産生され、多彩な生理活性を有するペプチドである。AMノックアウトマウスのホモ接合体(AM-/-)は、心血管系の発生異常により胎生致死となる。最近我々は、AM-/-が致死となる胎生中期において、GPCR活性調節タンパクであるRAMP2の発現が亢進している事に着目し、RAMP2ノックアウトマウス(RAMP2-/-)を樹立した。その結果、RAMP2-/-では、AM-/-の心血管系の発生異常が再現されると共に、AMの代償性の発現充進が見られることを発見した。RAMP2-/-は胎生致死のため、これを用いての病態解析には限界がある。このため本研究では、Cre-loxPシステムにより、成体において心筋細胞〓異的にRAMP2を欠損するノックアウトマウスを新たに作出し、RAMP2の病態生理学的意義を検討した。RAMP2floxマウスをaMHC-MerCreMerトランスジェニックマウスと交配する事で、薬剤投与誘導型心筋特異的RAMP2ノックアウトマウス(C-RAMP2-/-)を作出した。C-RAMP2-/-では、ターゲティング誘導後、心拡大と心拍出低下を認め、拡張型心筋症様変化が認められた。C-RAMP2-/-では、心不全や線維化マーカー、ゼラチナーゼ、NADPHオキシダーゼなどの発現亢進に加え、レニン-アンジオテンシン系関連因子や、炎症性サイトカインの発現亢進が認められた。以上の結果から、心筋におけるAM-RAMP2系は、酸化ストレスや、炎症を制御し、心リモデリングを抑制して、心保護的に働いている事が示唆された。
キノコ菌床の呼吸で発生するCO_2を植物組織培養器内へ施用する技術の開発

シイタケ菌床の呼吸で発生するCO_2を組織培養植物へ供給し、その生長を促進させるため、菌床から発生するCO_2を小植物体へ施用する培養器を試作し、小植物体の生育試験を行った。植物にはバレイショを用い、光独立栄養培養(培地に糖を添加せずに光合成のみで培養植物を生長させる培養法)した。CO_2発生源として、シイタケの種菌をオガクズとフスマの混合培地(容量比5:1、含水率65%)に接種し、22-24°Cで17日間培養した菌床を用いた。菌床を入れた容器を植物培養器(換気回数1.7h^<-1>)の側面に取り付けた。1小植物体当たりの菌床の重量を2.5g(N-2.5区)、5g(N-5区)とした区、および対照区として菌床の入っていない容器を取り付けた区(N-0区)を設けた。処理後10日目、N-0区では、明期定常状態での植物培養器内CO_2濃度は230μmol mol^<-1>となり、植物培養器外よりも約130μmol mol^<-1>低下した。他方、N-2.5区では500μmol mol^<-1>、N-5区では680μmol mol^<-1>となり、植物培養器外よりもそれぞれ約140μmol mol^<-1>および約320μmol mol^<-1>高くなった。処理後30日目のN-2.5区およびN-5区の小植物体乾物重は、それぞれN-0区の1.8倍および2.1倍となった。シイタケ菌床の呼吸により発生するCO_2による小植物体の生長促進は、市販のCO_2を用いたCO_2施用試験の結果と同様であった。次にほぼ密閉に近い植物培養器(換気回数0.02h^<-1>)を用いて、同様な実験を行ったところ、植物培養器内CO_2濃度は経時的に大きく変動し、制御は困難であった。またエチレンによる障害が発生した。したがって、植物培養器の密閉度を高め、菌床からのCO_2を有効利用するためには、植物培養器と菌床培養器をパイプ等で連結し、電磁弁を介して、植物培養器内CO_2濃度を高めて一定値に維持し、さらにエチレンを除去できるシステムを構築する必要がある。
高次脳機能に関する神経活動のリアルタイムイメージング研究

本研究では、in vivo共焦点蛍光ファイバースコープを用いて高次脳機能の発現に必要な神経活動をリアルタイムに、かつ高解像度に検出する世界に類を見ない実験系の確立を目的としている。そのため、登録者はカルシウムバイオセンサーであるGCaMPを用いた実験を行っている。今年度は、Cre-loxP組換え系によるコンディショナル遺伝子発現制御法を用いたGCaMPトランスジェニックマウスの作製および有用性を検討するとともに、神経細胞特異的にGCaMP6を発現するウイルスを作製し、海馬初代神経細胞およびマウス脳の海馬領域に感染させ、その発現量及び刺激に対するカルシウム応答性について検討した。神経細胞特異的にカルシウム動態を測定できる可能性のあるCre-loxP組換え系によるコンディショナル遺伝子発現制御法を用いたGCaMPトランスジェニックマウスを作製した。このマウスを用いて、電気または痙攣誘発剤を用いた刺激またはfree-movingを行ったが、十分なGCaMP4の発現量が認められたのにも関わらず、刺激に対するカルシウム応答性を認めることができなかった。また、神経細胞特異的にGCaMP6を発現するレンチウイルスを作製し、海馬初代神経細胞に感染させ、その発現量及び刺激に対するカルシウム応答性について検討した。感染させた神経細胞において、十分なGCaMP6の発現量および薬物刺激に対するカルシウム応答性が確認できた。このウイルスをマウス脳内(海馬)に感染させたところ、GCaMP6の発現を確認することができたが、電気・薬物刺激およびfree-movingに対する十分なカルシウム応答性を確認することができなかった。このため、GCaMP6をレンチウイルスよりも更に高い発現が期待できるアデノ随伴ウイルス化することを考えた。今後はアデノ随伴ウイルス化したGCaMP6を脳内に発現させたマウスを用いて、in vivo共焦点蛍光ファイバースコープによるカルシウムイメージング手法と行動実験とを組み合わせることにより、高次脳機能発現時における脳内カルシウム変化をリアルタイムに測定することが期待される。(抄録なし)本研究では、in vivo共焦点蛍光ファイバースコープを用いて高次脳機能の発現に必要な神経活動をリアルタイムに、かつ高解像度に検出する世界に類を見ない実験系の確立を目的としている。そのため、代表者はカルシウムバイオセンサーであるGCaMPをウイルス化することにより、マウスの脳内に遺伝子導入させ、神経回路の活動を可視化できるかについて検討するとともに、神経細胞特異的にカルシウム動態を測定できるGCaMPトランスジェニック(Tg)マウスの有用性を検討した。神経細胞特異的にGCaMP4を発現するウイルスを作製し、海馬初代神経細胞に感染させ、その発現量及び刺激に対するカルシウム応答性について検討した。十分なGCaMP4の発現量は確認できたものの、種々の薬物刺激に対するカルシウム応答性は微弱であった。そのウイルスをマウス脳内(海馬)に感染させたところ、同様にGCaMP4の発現が確認されたが、電気・薬物刺激およびfree-movingに対する十分なカルシウム応答性を確認することはできなかった。神経細胞特異的にカルシウム動態を測定できる可能性のあるGCaMP4 Tgマウスを作製した。十分なGCaMP4の発現量が認められたため、電気・薬物刺激およびfree-movingを行ったが、十分なカルシウム応答性が認められなかった。このため、埼玉大学中井淳一教授を訪問し、GCaMP4の改良型であるGCaMP6を寄与頂き、新たにウイルスを作製し、神経細胞レベルで発現量及びカルシウム応答性を顕著に認めることができた。今後、このウイルスを用い、in vivoの解析を行う。研究の最終目的は、上記の条件から検討された実験と学習や記憶に関わる行動実験とを組み合わせたカルシウムイメージング法を確立することにある。そのため、学習や記憶などの行動実験について、その手法及び解析方法を学び、経験および実績を積んだ。

今後はアデノ随伴ウイルス化したGCaMP6を脳内に発現させたマウスを用いて、in vivo共焦点蛍光ファイバースコープによるカルシウムイメージング手法と行動実験とを組み合わせることにより、高次脳機能発現時における脳内カルシウム変化をリアルタイムに測定することが期待される。今年度の実験計画については、予定していた実験をおおむね順調に行うことができた。しかしながら、カルシウムバイオセンサーGCaMP4のカルシウム応答性が想像していたよりも低かったため、実際には良い結果をあまり残すことができなかった。そのため、実験に関しては進展しているが、見合っただけの十分な結果が付いてきていないため、やや遅れていると感じている。今後はGCaMP4の改良型であるGCaMP6を用いて、高次脳機能に関する神経活動のリアルタイムイメージング研究を遂行していく予定である。GCaMP4で行った実験条件や方法を参考にできるため、スムーズに実験を遂行することが可能であると考えている。また、In vivo共焦点蛍光ファイバースコープの感度についても検討する必要があると考えており、2光子顕微鏡を使用したin vivoカルシウムイメージングを同時に行うことを計画している。そのため、先月すでに、北海道大学根本知己教授の研究室にて、2光子顕微鏡を用いたin vivoカルシウムイメージングの方法について、学んできており、着々と準備を進めている。研究目的遂行のためには、学習や記憶などの行動実験も重要であり、今後も更に研鑚を積みたいと考えている。(抄録なし)
細胞診検体を用いた定量的FISH法によるテロメア測定法の甲状腺癌診断への臨床応用

基礎実験として、進行甲状腺乳頭癌が正常甲状腺組織細胞と比較してtelomere長が短縮していることを組織Q-FISH法にて確認した。甲状腺未分化癌の培養細胞をでは、telomere短縮とsubtelomere異常が存在していた。Telomere代謝と甲状腺癌との関連を明らかにすることが出来たので、今後は細胞診検体を用いての臨床応用への展開を模索したい。甲状腺乳頭癌の未分化転化には、老化と腫瘍の増大が関与していると推測されるが腫瘍径に依存してテロメア短縮が起きていることとその背景因子である濾胞細胞が老化によるテロメア短縮を認めることは、これらを支持している。甲状腺未分化癌の培養細胞であるOCUT-1を用いた実験(Int J Mol Med, Kammori, et. al.)では、未分化癌はテロメラーゼ活性を維持しつつも他の正常細胞と比較して有意に短いテロメア長を有していた。また、正常な染色体以外に特異的にsubtelomereの欠損を認める11番染色体の増加を認め、テロメア-subtelomere機構が甲状腺癌の未分化転化と関係している可能性が示唆された。テロメア長測定による正常細胞と癌細胞の鑑別法(特願2005-55726)(2005/3/1)に基づき、食道癌および食道組織で、組織切片上でQ-FISH法により細胞ごとのテロメア長を比較する方法を確立し,これを報告した(Oncology, Kammori, et. al.)。この方法を利用し、甲状腺乳頭癌では、腫瘍径が20mm(T2)を超えると有意にテロメア短縮が出現していた。また、正常濾胞細胞は老化に伴い有意にテロメア短縮を示したが、その他の正常細胞(線維芽細胞等)では有意差をみとめなかった。(下記、学会発表)今後、上記の研究成果を踏まえて、甲状腺の細胞診検体を用いて甲状腺癌の補助診断法として利用できるよう平成20年度も研究を継続する予定である。我々が確立した組織切片上でQ-FISH法により細胞ごとのテロメア長を比較する方法を利用した甲状腺乳頭癌と正常甲状腺組織について細胞診検体を使用してテロメア長を比較した。甲状腺乳頭癌は、正常甲状腺の濾胞細胞と比較して有意にテロメア短縮が出現していた。また、正常濾胞細胞は老化に伴い有意にテロメア短縮を示したが、その他の正常細胞(線維芽細胞等)では有意差を認めなかった。この研究成果を踏まえ、細胞診検体を用いたQ-FISH法によるテロメア測定を甲状腺癌の補助診断法として利用できるよう本研究を継続する予定である。現在、英文論文を鋭意作成中である。
精神科看護における急性状態にある患者の臨床判断と看護援助の構造化

【目的】本研究は、精神科看護における急性状態の臨床判断と看護援助について検討することを目的としている。【方法】本研究では、看護者が急性状態にある患者への具体的な援助場面に参加し、場面のやり取りを記述した後に看護者にその場面について、インタビューを行った。平成15、16年度にS市、およびE市の精神科病棟3カ所において調査した。インタビューの内容は1)患者の急性状態の判断基準、2)その場面で意図したこと、3)具体的な援助内容と評価、4)患者の状態と援助の関連、とした。インタビューを含め研究への参加は事前に看護部、看護者に研究の趣旨を説明し、同意を得た。また、援助場面の参加観察では、可能な限り患者にも説明し、同意を得るようにしたが、患者の拒否や看護者、および医師の判断(病状など)で了解が得られない場合にはその場面に参加しないこととした。【結果】対象患者8名、観察場面16場面、インタビュー対象看護者10名であった。参加観察場面は、食事・服薬介助6場面、水分補給2場面、処置・状態観察5場面、患者の要求(喫煙など)3場面であった。患者の疾患は統合失調症6名、診断がついていない患者2名であった。インタビュー対象看護者は女性看護者6名、男性看護者4名、看護者としての平均経験年数は13.0年(125年)、精神科病棟の平均勤務年数は9.0年(0.525年)であった。看護者の臨床判断の基準は1.病勢・症状の程度、2.過去の病状との比較、3.相互作用から得られる手応え、4.日常生活行動の自立度、5.予測の困難性、6.判断の保留、の6つに分類された。急性状態にある患者への援助については、1.行動の促し、2,注意を向ける、3.行動の提示、4.試み、5.感情を引き出す、6.現実の提示、7.確かめ、8.他者(看護者・医師)の活用、9,基本的な生活援助、10.安全な環境作り、11.間を置く、12.危険行動の防止、13.援助の保留・先送りの13に分類された。また、看護者の経験の差では、経験が0.5年5年未満の看護者(5名)の実践場面では「行動の促し」「注意を向ける」「行動の提示」が中心であった。しかし、精神科経験が5年以上の看護者(5名)の実践場面では5年未満のそれに加えて、「試み」「援助の保留・先送り」「感情を引き出す」「間を置く」といった項目を示す傾向にあった。【考察】急性状態の臨床判断は過去の体験をもとに実際の具体的援助を通して、その都度評価・修正される一連の思考・実践プロセスであると考えられた。そして、急性状態の看護援助は、患者の病状の程度や治療の影響、日常生活行動のセルフケア能力などのアセスメント、そして相互作用から得られる手応えを基盤とし、回復過程の見通しをつけながら行われていると推測された。本研究は精神科看護における急性状態の臨床判断と看護援助について検討することを目的としている。最近、精神科領域では急性期や保護室内でのケアに関する研究、報告がされるようになった。しかし、精神科看護における看護実践は経験の知から実践の知へと歩みだしたばかりである。特に急性期や入院初期のケアが患者のその後の経過や慢性化に非常に重要な意味を持つことから、本研究の意義は大きいと考える。本研究の方法は、急性状態にある患者への具体的なケア場面に参加し、場面のやり取りを記述した後に看護者にその場面についてインタビューを行っている。平成15年度は札幌市内の単科の精神科病院施設2ヶ所において調査した。対象患者3名、観察場面6場面、インタビューは4名の看護者に行った。看護者の急性状態の判断は関わる前に得た情報に実際に接して得た情報を加え、さらにかかわりの場面の中で患者の状態像を描いていることがわかった。具体的には1.かかわる前の情報(カルテ、看護記録、他の看護者からの引き継ぎ)、2.かかわりから得た情報(表情、言動、疎通性、全体性、など)、3.かかわったプロセス全体(場面内での患者の変化、別場面との比較)、といったことがあげられた。また、急性期の臨床判断は臨床経験が豊かな看護者ほど患者との直接的な関わりから判断する傾向にあった。看護援助に関しては現在、「試み」、「促し」、「待ち」、「回避」といったKey Wordが抽出されつつある。次年度は、研究フィールドを1ヶ所増やし、十分なデータ数を確保する予定である。

【結果】対象患者8名、観察場面16場面、インタビュー対象看護者10名であった。参加観察場面は、食事・服薬介助6場面、水分補給2場面、処置・状態観察5場面、患者の要求(喫煙など)3場面であった。患者の疾患は統合失調症6名、診断がついていない患者2名であった。インタビュー対象看護者は女性看護者6名、男性看護者4名、看護者としての平均経験年数は13.0年(125年)、精神科病棟の平均勤務年数は9.0年(0.525年)であった。看護者の臨床判断の基準は1.病勢・症状の程度、2.過去の病状との比較、3.相互作用から得られる手応え、4.日常生活行動の自立度、5.予測の困難性、6.判断の保留、の6つに分類された。急性状態にある患者への援助については、1.行動の促し、2,注意を向ける、3.行動の提示、4.試み、5.感情を引き出す、6.現実の提示、7.確かめ、8.他者(看護者・医師)の活用、9,基本的な生活援助、10.安全な環境作り、11.間を置く、12.危険行動の防止、13.援助の保留・先送りの13に分類された。また、看護者の経験の差では、経験が0.5年5年未満の看護者(5名)の実践場面では「行動の促し」「注意を向ける」「行動の提示」が中心であった。しかし、精神科経験が5年以上の看護者(5名)の実践場面では5年未満のそれに加えて、「試み」「援助の保留・先送り」「感情を引き出す」「間を置く」といった項目を示す傾向にあった。【考察】急性状態の臨床判断は過去の体験をもとに実際の具体的援助を通して、その都度評価・修正される一連の思考・実践プロセスであると考えられた。そして、急性状態の看護援助は、患者の病状の程度や治療の影響、日常生活行動のセルフケア能力などのアセスメント、そして相互作用から得られる手応えを基盤とし、回復過程の見通しをつけながら行われていると推測された。
転写とヌクレオチド除去修復機構を共役する新規蛋白質複合体の解析

転写と共役した修復(TCR)に関与するコケイン症候群A群(CSA)蛋白質は、DDB1、COP9 signalosome、Roc1、Cullin4Aと複合体を構成し、ユビキチン・リガーゼ(E3)活性を持つことを確認した。さらに、CSA蛋白質複合体は、紫外線照射した細胞ではRNA polymerase IIoとも結合した。他方、CS-A患者由来の変異CSA蛋白質では複合体の形成が起こらないこと、E3活性もないことを明らかにし、CSA複合体によるユビキチン化制御がTCR機構に関与することを強く示唆した。CSA蛋白質複合体に含まれるDDB1の役割を解明するため、DDB1遺伝子をコンデイショナルにノックアウトしたマウスの作成を行った。他方、転写およびTCRに関与するXAB2蛋白質複合体を精製し、6種類の構成因子からなることを明らかにした。siRNAでXAB2をノックダウンした細胞は、TCR能が低下し、紫外線高感受性となり、mRNAスプライシングにも異常を示した。XAB2が、TCR、転写、スプライシングに関与する多機能性蛋白質複合体の連結因子であることを示唆した。XAB2遺伝子をノックアウトしたマウスを作成し、ホモ接合体マウスは胚盤胞時期までに胎児致死となることを明らかにした。他方、TCRに異常をもつが、CSと異なり神経症状や早期老化徴候は示さず、軽微な皮膚症状のみを示すUV^s症候群の原因遺伝子座が10番染色体に存在することを明らかにした。さらに、このUV^s症候群が、10番染色体に座位するコケイン症候群B群(CSB)遺伝子のヌル突然変異によって発症していることを発見した。CSB遺伝子にヌル突然変異を持つにもかかわらず、この患者が何故CS徴候を示さないのかが疑問として残った。CS症候を強く示すCSB患者は短縮CSB蛋白質が生成されており、短縮CSB蛋白質が何らかの異常な機能を発揮しており、そのととがCS徴候の発症に関連している可能性を指摘した。1)XPAと結合する新規蛋白質XAB1及びXAB2を酵母Two Hybrid Systemを用いて同定した。XAB2蛋白質はTPR motifを持ち、蛋白質複合体形成に関与することが示唆された。XAB2は、XPAの他に、CSA、CSB蛋白質、RNA polymerase IIとも結合することを明らかにすると共に、抗XAB2抗体を生きた細胞にマイクロインジェクションすることにより、XAB2は転写と共役した修復及び転写に関与することを明らかにした。XAB2複合体の精製を、FLAG-XAB2を発現させたHeLa細胞抽出液と抗FLAG抗体アフフィニテイーカラムを用いて行い、少なくとも10個以上の蛋白質がXAB2複合体に含まれることを明らかにした。質量分析法により、それらのアミノ酸配列を決定した。ヒト及びマウスの染色体XAB2遺伝子をクローニングし、その全てのDNA塩基配列を決定し一次構造を明かにした。そして、転写制御部位とエキソン1ー4を欠失させるような、あるいは、XAB2のC末端162個のアミノ酸残基を欠失させるような、XAB2遺伝子ターゲテイングをマウスES細胞を用いて行った。いずれのターゲテイングによってもマウスは胚盤胞期以前に致死となり、XAB2遺伝子は胎児発生に必須の遺伝子であることを明らかにした。2)XAB1は、分子量41kDaの、G1-G4モチーフを有しGTPase活性を持つ新規蛋白質であり、XPAの核移行シグナル部分と特異的に結合することを明らかにした。3)XPA欠損マウスにUV照射してできた皮膚癌組織より、皮膚癌細胞株を樹立した。これらは、NER能を欠損したままであるにもかかわらず、UVに著明な抵抗性を示し、mMSH2やmMSH3などのミスマッチ修復蛋白質の著明な減少、ミスマッチ修復活性の低下を示した。さらに、UV照射後のG1/Sのチェックポイント機構にも異常を示した。これらの因果関係を明かにするため、XPA/MSH2ダブル欠損マウスを作成し、その紫外線感受性及び細胞周期チェックポイント能を調べた結果、ミスマッチ修復蛋白質がUV照射後のG1/Sのチェックポイント機構、ひいてはUV抵抗性に関与していることを確認した。ミスマッチ修復異常が皮膚発癌過程に重要な役割を果たしていることが示唆された。(1)転写及び転写と共役したDNA修復に関与する新規蛋白質XAB2を同定し、それが6-20種類の新規蛋白質と複合体を構成することを明らかにした。XAB2複合体の機能として、転写伸長を促進する活性をもつことを明らかにした。また、XAB2遺伝子を欠損させたマウスは胎児期に致死となることを明らかにし、XAB2複合体の生命維持における基本的で重要な機能を示唆した。XAB2複合体はこれまで知られていない蛋白質複合体であり、その解析は、転写伸長を始め、新しい生命現象の解明に結びつく可能性を示唆する。(2)コケイン症候群A群(CSA)遺伝子がクローニングされたが、これまでその機能は不明であった。我々は、紫外線照射や化学発癌剤、過酸化水素処理された細胞では、転写と共役したDNA修復に関与し、CSA蛋白質が、コケイン症候群B群遺伝子産物であるCSB蛋白質依存性に、核マトリクスに移行することを見つけた。

この結果は、転写と共役したDNA修復機構に関わるCSA蛋白質の具体的な機能を始めて示したものであり、転写と共役したDNA修復機構には核マトリクスが深く関わっていること、修復蛋白質は最初からrepairosomeとして複合体が存在するのではなく、修復の過程において順次複合体が形成されることを示唆したものである。(3)我々が樹立した色素性乾皮症A群(XPA)欠損マウスとオランダの研究グループが樹立したCSB欠損マウスは単独では顕著な異常を示さないが、XPA/CSBダブル欠損マウスは生後まもなくより運動失調等を示し、生後20日で死亡した。XP/CSBダブル欠損マウスの小脳の発育異常、とくに、外顆粒層における細胞増殖の低下とアポトーシス上昇が認められた。XPAやCSB遺伝子が脳の発育に重要な働きを持つこと、それらは異なる作用機序によることを示唆し、DNA修復と神経発育の関連を初めて明確に示したものとして意義深い。我々は、色素性乾皮症A群(XPA)蛋白質と結合する新規蛋白質としてXAB2を単離し、それが「転写と共役したDNA修復」(TCR)機構に関与することを明らかにした。さらに、XAB2を少なくとも6種類のsubunitsからなる複合体としてヒト細胞から精製した。このXAB2複合体はin vitroの転写伸長反応を促進し、RNA polymerase IIのnatural pausing siteでの転写阻害を抑制する活性を持つことを見いだした。一方、コケイン症候群はTCR機構を選択的に欠損するヒト遺伝疾患であり、CS蛋白質がTCR機構に関与することが示唆される。我々は、紫外線照射や過酸化水素処理を受けた正常細胞ではコケイン症候群A群(CSA)蛋白質が核マトリクスに移行し、RNA polymerase IIと共局在することを明らかにした。しかも、コケイン症候群B群細胞ではその移行が選択的に欠損していることを見いだした。この結果はCSA蛋白質の核マトリクスへの移行がTCR機構に関連した現象であることを示唆する。CSA蛋白質のさらなる機能解析のため、HeLa細胞からCSA蛋白質複合体を精製し、質量分析法によりこれらのCSA蛋白質複合体のsubunitsを同定した。他方、XPA欠損マウスとCSB欠損マウスを交配して得られたXPA/CSBダブル欠損マウスは、生後まもなくより運動失調等を示し、生後20日で死亡することを明らかにした。小脳の発育異常、とくに、外顆粒層における細胞増殖の低下とアポトーシス上昇が認められた。XPAやCSB遺伝子が脳の発育に重要な働きを持つこと、それらは異なる作用機序によることを示唆した。転写鎖上のDNA損傷は、「転写と共役したDNA修復」(transcription-coupled repair;TCR)と呼ばれる機構により修復される。コケイン症候群(Cockayne syndrome;CS)は日光過敏性や多様な身体的、精神神経学的異常を示すヒト遺伝疾患で、TCR機構を選択的に欠損している。本研究は、CS蛋白質を始め、TCRに関与する新規蛋白質複合体の解析を行い、TCRの分子機構とその欠損病態の解明を目的とする。本年度の成果として、(1)転写およびTCRに関与するXAB2蛋白質は、6種類の構成因子からなる複合体を形成し、in vitro転写伸長反応を増強させた。siRNAでXAB2をノックダウンした細胞のTCR能は低下し紫外線高感受性となること、mRNAスプライシングにも異常を示すことを明らかにした。
VR技術を用いたロボットプログラミング環境の構築と自動採点手法の確立

小中学校でのプログラミング教育の必修化に合わせ、プログラミングの塾などでロボットを制御するプログラムを作成することがある。一方で、大学でのプログラミング教育は、C、Javaなどのコンパイルを必要とする言語やpython, rubyなどのスクリプト言語が利用されていることが多い。大学でもロボットを題材としてプログラミング教育を行っていない訳ではないが、少人数のグループで行うしかなく、数十人規模の演習教室で行うにはいくつかの問題がある。そこで、問題を解決するために、1.プログラミング環境の提供、2.成果物の評価手法を提案、3.自動採点システムとして実装を行う。平成30年度には、Windows, macOS, Linuxでしか動作しなかった対向2輪型ロボットシミュレータをAndroid,iPadなどのタブレット端末でも動作させるため、ブラウザ上でも動作するように改良を行った。また、教員が障害物を設置したプログラミング課題を作成できるようにした。ブラウザ上でプログラムを編集するために、テキストエディタも利用できるが、Google Blocklyを活用しブロックエディタも利用可能とした。これにより、小中学校のプログラミング教育でも十分利用可能である。今後は、教員側の負担をより削減するために様々な機能の実装、自動採点システムの開発を行う計画である。そして、大学でのプログラミング教育でも利用できるように改良を行う予定である。当初は、まず、VRにて動作するロボットを開発する予定であった。しかし、小中学校でのプログラミング教育への対応を優先し、ブラウザ上で動作するロボットシミュレータとブロックエディタを先に開発した。そして、オープンキャンパスや大学祭で利用してもらい、一定の評価を得た。平成30年度には、小中学校でのプログラミング教育への対応を優先して、ブラウザさえあれば利用できるプログラミング環境を開発した。そして、大学でのプログラミング教育でも利用できるようにVRにて動作するロボットシミュレータを開発する予定である。当初ROS(Robot Operating System)で動作するロボットを想定していたが、安価なArduinoで動作するロボットに変更したため、差額が生じた。差額で、追加のロボットの購入、動作確認用タブレット端末を購入予定である。
筋と骨の付着機構

咀嚼筋は骨に付着し機能するため、両者の関係は密接であり、お互いの関係を解明することは、複雑な顎運動を解明していく上で、多くのヒントが得られると考える。そこで著者らは、この筋の骨への付着部に注目し、損傷を与えた後の経時的変化について観察する事により、これまで不明な点の多かった筋と骨の付着の意味することについて考えていくことにした。実験材料は、生後50日齢のICR系雄性マウス(日本クレア)20匹を用いた。実験後、通報に従い、パラフィン薄切切片を作成し、染色は、H-E染色と、アザン染色を施した。コントロール群(非実験群)の組織像を観察してみると、付着線維の走行ならびに付着部骨組織の骨化様式の違いにより、骨膜性付着部、移行部ならびに鍵性付着部の3部に分類することができた。そのことを踏まえ、この付着部に損傷を与えた実験群の治癒過程を追ってみた。術後3日齢では、最表層の鍵は、損傷を受け方向性を失い、筋線維は断裂し、連続性を失っていた。術後7日齢では、損傷した筋は、染色性が弱まり、本来赤く染まるはずの筋が、腱と同じ青で染まっていた。このことは、筋の壊死を表していると思われた。術後14日齢では、咬筋最外層の腱性組織が方向性を取り戻し、修復されていた。筋組織はまだ治癒していなかった。この時期のマウスは、軟食だけでなく、通常のえさも食べるようになっており、咀嚼機能がある程度回復したと考えられた。このことは機能の回復のために最表層の骨への鍵性の線維の修復が筋全体を保護し、機能をある程度回復させている可能性を示唆している。今後さらに、筋組織が完全に修復される時期まで観察時期を延長し、筋線維の修復、筋の骨への付着部の修復、骨組織の修復など多方面からの検討が必要であると考えられた。本研究では、骨の付着部に実験的に損傷を与え、生体と親和性のよい、多孔性のPVAスポンジを損傷部に埋め込み、このPVAスポンジ内に侵入した筋側からの細胞の動向、骨側からの細胞の動向を、治癒過程を追いながら、明らかにしていき、さらに対照群として、PVAスポンジを埋め込まないものからは、筋側の骨への付着の再現過程を明らかにすることを計画している。現在14日齢までの標本が完成している。その結果、PVAスポンジ埋入後、3日位経過すると、PVAスポンジ周囲は、線維性の皮膜で覆われ、その後、損傷を受け壊死していた筋細胞は、活発に再生してくる。このことはアザン染色で証明された。アザン染色は、筋を赤に、骨や腱性組織を青に染める。実験直後、変性した筋線維は染色性が薄れ、壊死に向かっていく様子が判別することがされた。そして、7日齢では、再生してきた筋線維が、PVAスポンジ周囲の線維性被膜の中に侵入してくる様子が観察された。このことは、筋線維は、単に壊死から、再生しようとする力だけでなく、付着して機能しようとする別の力が出現してくることが示唆された。さらに経過を追ったところ、14日齢になると、PVAスポンジ周囲に再生した筋線維はしっかりと付着し、ある程度咀嚼機能が回復し、通常の餌をとるようになる事がわかった。来年度からは、この筋線維に出現する付着しようとするタンパクは、何であるのかmRNAレベルでの検出をin situ Hybridyzationを用い、検出を試みる予定にしている。また、治癒過程におけるPVAスポンジの骨側における組織の変化についての検索を試みる予定である。
磁場応答性ナノ粒子の開発と「磁気温熱療法と薬剤治療の一体化」による治療効果増強

マグネタイトナノ粒子クラスターがコア、抗がん剤を含有したポリマーがシェルのコアーシェルナノ粒子を作製した。マグネタイトナノ粒子を粒子間に隙間がないほど密にクラスター化することで、生体親和性を維持したまま、緩和能および発熱能を高めることができることを明らかにした。このコアーシェルナノ粒子はマウスの腹腔内腫瘍をターゲティングし、MRIで可視化した。さらに、このマウスの腹部に交流磁場を印加すると、腫瘍を加熱するとともに、腫瘍内で抗がん剤を放出した。この結果、磁気温熱療法と化学療法を同時に達成することができ、それぞれ単独で行うときよりも高い治療効果が得られた。平成26年度の研究目的は以下の三つである。(1)クラスター化したマグネタイトナノ粒子がコア、抗がん剤を含有したポリマーがシェルのコア-シェルナノ粒子の合成、(2)このコアーシェルナノ粒子の構造解析および磁気・発熱特性評価、(3)このコア-シェルナノ粒子の薬剤放出挙動の評価。ポリマーナノ粒子内部でのマグネタイトナノ粒子の析出により、上記のコアーシェルナノ粒子を合成することに成功した。反応温度、反応時間、添加物の量を調整することにより、マグネタイトナノ粒子の結晶子サイズを制御することができた。また、対照材料として、クラスター化していないマグネタイトナノ粒子を合成した。構造解析により、上記コアーシェルナノ粒子はクラスター化したマグネタイトナノ粒子がポリマーで覆われているおり、直径が直径60 nmであることが明らかになった。対照材料は、マグネタイトナノ粒子がクラスター化していないことを確認した。コアーシェルナノ粒子と対照材料の磁気特性を評価したところ、コア-シェルナノ粒子の方が飽和磁化、残留磁化、保磁力が大きいことが明らかになった。これはマグネタイトナノ粒子がクラスター化することにより、磁気双極子相互作用が増大したためであると考えられる。コアーシェルナノ粒子と対照材料に交流磁場を印加し、発熱特性を評価したところ、コア-シェルナノ粒子の方が有意に大きかった。これはマグネタイトナノ粒子のクラスター化により磁気ヒステリシス面積が増加したためである。さらに、コア-シェルナノ粒子と報告されている様々な磁性材料の発熱量を比較したところ、コアーシェルナノ粒子の方が大きいことが明らかになった。また、このコア-シェルナノ粒子に交流磁場を印加すると、コアであるクラスター化したマグネタイトナノ粒子が発熱し、ポリマーシェルが軟化し、抗がん剤が放出されることが明らかになった。平成27年度は、マグネタイトナノ粒子クラスター抗がん剤含有ポリマーコアーシェルナノ粒子を用いて、MRI、磁気ハイパーサーミア、磁場応答性抗がん剤放出が可能か生体外実験で確かめることを計画していた。上記コアーシェルナノ粒子は、クラスター化してないマグネタイトナノ粒子に比べて飽和磁化、残留磁化、保磁力が高いことが明らかになった。これは、マグネタイトナノ粒子の非常に密なクラスター化により磁気双極子相互作用が強まることが原因であることを裏付けるデータが得られた。また、上記クラスターと同等の粒径をもつマグネタイトナノ粒子と磁気特性を比較したところ、保磁力はクラスターと同等の粒径をもつマグネタイトナノ粒子の方が大きかったが、飽和磁化および残留磁化はコアーシェルナノ粒子の方が大きかった。MRI造影剤としての有用性を評価するために、上記のコアーシェルナノ粒子と二種類の比較材料の緩和能を評価した。この結果、コアーシェルナノ粒子は他の二つの比較材料に比べT2緩和時間を短縮し、よりMRIコントラストを増強させた。磁気ハイパーサーミア用発熱体としての有用性を評価するために、コアーシェルナノ粒子と二種類の比較材料の発熱量を比較したところ、コアーシェルナノ粒子は他の二つの比較材料に比べ大きい発熱量を有していた。これらの結果は、マグネタイトナノ粒子のクラスター化は、毒性を強めずに緩和能および発熱量を向上させることを可能にする新たな手法であることを示している。コアーシェルナノ粒子に交流磁場を印加したところ、コアーシェルナノ粒子から抗がん剤が放出され、磁場除去後も持続的に抗がん剤を放出した。コアーシェルナノ粒子はがん細胞に選択的に結合することを確認した。これらの結果は、コアーシェルナノ粒子が、MRI、磁気ハイパーサーミア、化学療法に応用できる可能性があることを示している。平成27年度に計画していた内容(マグネタイトナノ粒子クラスター抗がん剤含有ポリマーコアーシェルナノ粒子を用いて、MRI、磁気ハイパーサーミア、磁場応答性抗がん剤放出が可能か生体外実験で確かめること)を順調に遂行することができた。このコアーシェルナノ粒子は当初予想していた抗がん剤放出挙動よりも実用的な放出挙動を示すことが明らかになり、コアーシェルナノ粒子の単回投与で持続的な化学療法を実現する可能性が出てきた。コアーシェルナノ粒子が、クラスターと同等の粒径を持つマグネタイトナノ粒子よりも高い緩和能および発熱能を有することが明らかになり、クラスター化という手法の有効性を明確に実証することができたことは特筆すべき成果であると言える。コアーシェルナノ粒子は、ある種のがん細胞に対して特異的に結合することをin vitro実験で明らかにすることができた。様々な対照実験により、これはコアーシェルナノ粒子表面の葉酸とがん細胞表面の葉酸レセプターとの特異的な結合を介することにより達成されていることが明らかになった。