hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
SBD結合人工セルの開発

本研究では、疾病治療に必要な様々な情報を効率よく細胞に伝えるためのバイオデバイスの開発を目指した。当該研究で作り出したバイオデバイスは、ゲノム創薬技術とコンピュータテクノロジーに基づいて設計されるStructure-based drug(SBD)を、脂質二重膜を基盤として作製される人工セル(細胞)に結合させた「SBD結合人工セル」である。Structure-based drug design法で設計したSBD(FasやTRAILを鋳型にしたもの)を、人工セルの基盤となるリポソームに結合させ、脳腫瘍、悪性黒色腫、乳がん等の各種培養細胞に添加後、共焦点レーザー顕微鏡及びビデオ強化型微分干渉顕微鏡を用いて、その細胞内への取り込み等を観察した。結果は、表面が正に荷電しているカチオン性リポソームで観察できた所見と基本的には変わりがなかった。また、SBDは、培養液中では比較的安定であったが、生体内(担癌マウス)では、合成法や置かれた環境により構造が変化しやすいといった欠点が見出された。生体内で認められた欠点を補うためには、さらに新しい技術の開発が必要と考えられた。一方、生物学的活性の確認もSBD単独と、人工セルに結合した場合との間では、その分布並びに生物活性に大きな違いが見られなかった。このことは、SBDの生物学的活性化部位に対応した有機化合物をコンピュータ上でデザインし(ケミカル化)、これを人工セルに結合することで、すべてのパースを人為的に規格化した究極の「人工細胞」への展開の可能性を裏付けるものと考えられた。疾病治療に必要な様々な情報を効率よく細胞に伝えるためのバイオデバイス「SBD結合人工セル」の開発を行った。「SBD結合人工セル」は、ゲノム創薬技術とコンピュータテクノロジーに基づいて設計されるstructure-based drug(SBD)と、それをデリバーする人工セルの2つのパーツから構成される。本年度は、まずFasやTRAILを鋳型にしたSBDをデザインし、これらを脳腫瘍細胞に添加して誘導される細胞死とそのシグナル伝達に関連したモレキュル(たとえばcaspase3,7,8、PARP、DNaseγ)の動きを、それぞれenzyme-immunoassay法、Western blot法並びに免疫蛍光法で調べた。その結果、当該モレキュルが、その鋳型としたFasやTRAILと同様のシグナルを細胞内に伝えうることを証明した。一方、人工セルの基盤となるリポソームについては、ホスファチジルセリン(PS)から成り、表面が陰性荷電したアニオニックリポオソームと、ホスファチジルコリン、PS及びコレステロールからなり、表面が中性であるニュートラルリポソーム、及びN-(α-トリメチルアンモニオアセチル)-ジドデシル-ジグルタメイトクロリド、ジラウロイルホスファチジルコリン及びジオレオイルホスファチジルエタノールアミンから成り、表面が陽性荷電したカチオニックリポソームの3種を調製した。各種リポソームを培養細胞に添加し、共焦点レーザー顕微鏡及びビデオ強化型微分干渉顕微鏡を用いて、その細胞内取り込みを観察した。その結果、カチオン性のリポソームが最も効率よく細胞内に取り込まれた。さらに2つのパーツを結合させる方法のひとつとしてボルテクス法を考案し、その結合効率を調べた。その結果、結合蛋白の極性を整える新たな方法の開発が必要であることがわかった。疾病治療に必要な様々な情報を効率よく細胞に伝えるためのバイオデバイス「structure-based drug(SBD)結合人工セル」の開発を行った。昨年度は、まずFasやTRAILを鋳型にしたSBDをデザインし、これらを脳腫瘍細胞に添加して誘導される細胞死とそのシグナル伝達に関連したモレキュル(たとえばcaspase3,7,8、PARP、DNaseγ)の動きを、それぞれenzyme-immunoassay法、Western blot法並びに免疫蛍光法で調べ、当該モレキュルが、その鋳型としたFasやTRAILと同様のシグナルを細胞内に伝えうることを証明した。

一方で、人工セルの基盤となるリポソームについては、各種リポソームを培養細胞に添加し、共焦点レーザー顕微鏡及びビデオ強化型微分干渉顕微鏡を用いて、その細胞内取り込みを詳細にした。本年度は、昨年度Structure-based drug design法で設計したSBDを、人工セルの基盤となるリポソームに結合させたSBD結合人工セルを調製し、脳腫瘍、悪性黒色腫、乳がん等の各種培養細胞に添加後、共焦点レーザー顕微鏡及びビデオ強化型微分干渉顕微鏡を用いて、その細胞内への取り込み等を観察した。結果は、表面が正に荷電しているカチオン性リポソームで観察できた所見と基本的には変わりがなかった。また、SBDは、培養液中では比較的安定であったが、生体内(担癌マウス)では、合成法や置かれた環境により構造が変化しやすいといった欠点が見出された。生体内で認められた欠点を補うためには、さらに新しい技術の開発が必要と考えられた。一方、生物学的活性の確認もSBD単独と、人工セルに結合した場合との間では、その分布並びに生物活性に大きな違いが見られなかった。
モレキュラーインプリント法でシクロデキストリンの配向を制御したレセプターの構築

我々はすでに、β-シクロデキストリン(β-CyD)の配向の制御にモレキュラーインプリント法を適用することで、コレステロールを強く認識する架橋シクロデキストリン高分子の合成に成功している。更にMALDI-TOFMSを用いた分析から、コレステロールが鋳型として存在することで、CyDの二量化が促進されることを見出した。また、CyDのビニルモノマーを用いることで水中での鋳型重合を実現し、ジペプチドや抗生物質を選択的に認識する人工レセプターの合成にも成功している。本年度はこの手法の液体高速クロマトグラフィー(HPLC)の担体への応用を目指した。バッチテストでインプリント効果が確認されているコレステロールを鋳型として合成した高分子を適当な大きさに粉砕し、ステンレススチールカラムに充填してHPLCとしてのゲスト保持能を検討した。その結果、鋳型分子であるコレステロールに対して高い保持能を示した。一方鋳型分子以外の分子に対する保持能は、わずかしか向上せず、インプリント効果により、鋳型分子に特異的な認識部位が形成されていることが明らかとなった。また、メチレンビスアクリルアミドを架橋剤に用いてCyDのビニルモノマーとの共重合により水中で合成した架橋シクロデキストリン高分子は、力学的強度が小さく、耐圧性に乏しかった。そこで、十分な強度を持つシリカゲル上にインプリント高分子を固定化することで耐圧性を向上させることに成功した。このようにして得られたHPLC担体は、水を溶離液として使用しても鋳型分子に対して高い保持能を示すことが明らかとなった。以上の様に、本研究のインプリント高分子は、HPLC担体としても応用可能なことが明らかとなった。今回は、CyDの二量化に二級水酸基と一級水酸基のどちらが関与しているかについて検討した。まず、^1H-NMRによって架橋剤のトルエンジイソシアナート(TDI)が一級水酸基と二級水酸基のどちらと優先的に反応するか調べた。その結果、鋳型分子不在下では一級水酸基と反応しやすいことが分かった。それに対して鋳型効果が顕著であったコレステロールを反応系に存在させたところ、二級水酸基が相対的に加速された。一方鋳型効果のほとんど認められないプロゲステロンを用いた場合には、この二級水酸基の反応の加速効果は見られなかった。このことから鋳型存在下での架橋反応には二級水酸基が関与していることが示唆された。この事を確認するため、1級水酸基を保護したCyDを用い、コレステロール存在下と不在下でのTDI架橋による二量化の促進を、MALDI-TOFMSで調べた。その結果、コレステロール不在下では二量化がほとんど進行しなかったのに対し、コレステロール存在下では著しい二量化の促進が見られた。以上の事実から鋳型分子が存在することで、CyDの二級水酸基側が架橋されることが明らかとなった。更に我々は、CyDのビニルモノマーを合成し、水中で鋳型存在下でラジカル重合する手法を開発した。この手法は、疎水官能基を持つナノサイズの水溶性分子に対して適用することが可能である。本年度は、ジペプチドおよび抗生物質を認識するレセプターの合成に応用した。
嗅覚神経系の３つの階層におけるニューロン総数と嗅覚機能の定量解析

新生児ラットにおける大脳皮質吸引実験により、前嗅核は嗅覚機能に関与しないこと、また嗅覚は前嗅核後方の嗅皮質(梨状皮質・嗅結節)の残存領域の大きさで決まることが明らかになった。成熟ラットにおける外側嗅索切断と神経毒注入を併用した複合損傷実験により、前嗅核は嗅覚に関与しないこと、また前嗅核後方の嗅皮質が約20%以上あれば嗅覚は正常に維持されることが明らかになった。新生児ラットにおける外側嗅索切断実験により、嗅覚は切断後10日で回復すること、また嗅覚の回復には、再生線維が嗅結節レベルの嗅皮質で、正常の約40%の領域に分布し、正常の約60%の密度まで増加する必要があることが明らかになった。嗅覚受容器ニューロンが存在する嗅上皮レベルで、嗅覚機能とニューロン数の関係を明らかにする研究を行い、ステレオロジー解析装置を用いて、1側鼻腔嗅上皮に存在する変性を免れたOlfactory marker protein (OMP)陽性受容器ニューロンの総数を計測し、以下の結果が得られた。嗅覚(+)ラット(n = 4): 18,200,000 16,100,000 11,900,0009,700,000;嗅覚(-)ラット(n = 4): 10,200,000 5,700,000 4,500,000 2,000,000;正常ラット(n = 4):22,600,000 21,100,000 20,000,000 18,800,000以上の結果より、1側に約50%以上(約1,000万)の受容器ニューロンが存在すれば、嗅覚機能は維持できると推察された。嗅球投射ニューロン(僧帽細胞)が存在する嗅球レベルで、嗅覚伝導路である外側嗅索(LOT)切断後の再生した僧帽細胞数を、ステレオロジー解析装置を用いて定量評価する研究を行い、以下の結果が得られた。正常ラットの神経トレーサー(FG)で標識されたFG(+)僧帽細胞数は、49,700 ±4,300 (100%)であった。生後2日(P2)のLOT切断ラットでは、再生したFG (+)僧帽細胞数は、35,100 ±4,500個(71%)であり、生後7日(P7)のLOT切断ラットでは、再生したFG (+)僧帽細胞数は、19,700 ±5,000個(40%)であった。ニューロンの再生率は軸索切断時のラットの日齢とともに減少することが明らかとなった。嗅覚(+)ラット(n = 2)の再生したFG (+)僧帽細胞数は、23,400と21,300で、嗅覚(-)ラット(n = 2)の再生したFG (+)僧帽細胞数は、13,000と9,600であった。以上の結果より、1側に約40%以上(約2万)の再生した僧帽細胞が存在すれば、嗅覚機能は維持できると推察された。予備実験を十分に行っていたために、研究方法でつまずくことが少なく、研究目的に沿った研究成果をほぼ得ることができた。また、研究課題である外側嗅索の切断実験を行っている際に、脳内伝導路(外側嗅索)の再生に関して、再生軸索線維による機能回復が切断後いつおこるか、また機能回復がおこるには再生軸索線維がどれくらい必要であるかという神経科学にとって重要な課題を解決できる可能性があることが判明した。<はじめに>研究課題である外側嗅索(LOT)の切断実験を行っている際に、LOTの再生に関して(1)再生軸索線維による機能回復は切断後いつおこるか(2)機能回復がおこるには再生軸索線維がどれくらい必要であるかという神経科学にとって重要な課題に解答が得られたので以下に記載する。<方法と結果>(1)生後2日(P2)の新生児ラットの左LOTを切断した。哺乳期のラットは嗅覚がないと哺乳できないため、LOT切断ラットの機能再生については、胃の中に存在する哺乳したミルクの有無で判定した。その結果、P2で左LOTを切断しP11で右嗅球を吸引除去したラット(n=22)の完全切断例(n=13)において胃内ミルクを認めた時期は、P11が0匹(0%)、P12が9匹(69%)、P13が4匹(31%)であった。(2)P2ラットの左LOTを切断し、P5で順行性の神経トレーサーであるBDAを両側嗅球に注入した。その結果、LOTの完全切断例において、機能的にまだ再生していない時期(P10, n=5)と機能再生が確認された時期(P12, n=6)の両方で、切断部より尾側でBDA陽性の再生線維が検出された。P10におけるBDA陽性部位の面積(μm2)と密度(density index)は、LOT切断側では191,000と0.13で、非切断側では866,000と0.34であった。

P12におけるBDA陽性部位の面積(μm2)と密度(density index)は、LOT切断側では434,000と0.21で、非切断側では1,105,000と0.35であった。<結論>(1)LOTを切断された新生児ラットの嗅覚は、切断後10日で回復することが明らかになった。(2)LOTを切断された新生児ラットの嗅覚機能回復には、嗅結節レベルにおいて、面積では正常の約40%、密度では正常の約60%の再生線維が必要であることが明らかになった。嗅覚機能に必要な大脳皮質の最小サイズを定量化する研究テーマは、新生児ラットの大脳皮質を様々な程度に吸引除去し、1か月後に嗅覚機能を検査し、嗅覚識別能を有するラットと嗅覚識別能を失ったラットの2群に実験動物を分類することができ、当初計画した実験はすべて終了している。嗅覚神経系の高位の大脳皮質である嗅皮質レベルで、嗅覚機能と嗅皮質のサイズに関する関係を明らかにする目的で研究を行い、以下の結果が得られた。新生児ラットを対象として、右大脳皮質を広汎に吸引除去し、成長させた。1か月後に、残存する小さな右大脳皮質に嗅覚識別能があるかを判定するために、左嗅球を完全に吸引除去し左側の嗅覚神経系の影響をなくした状態で、右大脳皮質を広汎除去した10匹のラットの嗅覚機能の有無を、水とシクロへキシミド溶液を嗅いで識別する能力があるかどうかにより判定した。その結果、7匹のラットは、嗅覚識別能(+)であり、マクロ画像で判断すると嗅球に連続する嗅球後方の嗅皮質のサイズが大きく、多くのラットでは外側嗅索も識別できた。3匹のラットは、嗅覚識別能(ー)であり、嗅球後方の嗅皮質のサイズは非常に小さく、外側嗅索も識別できなかった。詳細に検討すると、嗅球に続く嗅索内の前嗅核はすべてのラットで損傷はなかった。前嗅核後方の嗅皮質である梨状皮質と嗅結節の残存領域が大きいラットは嗅覚識別能(+)で、小さいラットは嗅覚識別能(ー)であった。以上の結果より、嗅球からの投射を受ける3つの代表的な嗅皮質である前嗅核・梨状皮質・嗅結節に関して、(1)前嗅核は嗅覚機能には関係がないこと(2)嗅覚機能は梨状皮質と嗅結節の残存領域の大きさで決定されることが判明した。右嗅球除去後に嗅覚学習させた成熟ラットを対象として、左外側嗅索を切断し、さらに左嗅球と左外側嗅索切断部の間の嗅皮質のニューロン群を神経細胞毒(イボテン酸)により様々な程度で破壊したラットを作成し、嗅覚識別能の有無と残存する嗅皮質の大きさを連続切片標本にて定量評価した。その結果、(1)前嗅核は嗅覚機能には関係がないこと(2)嗅覚機能は梨状皮質と嗅結節の残存領域の大きさ(正常ラットの約20%)で決定されることが判明した。新生児ラットにおける大脳皮質吸引実験により、前嗅核は嗅覚機能に関与しないこと、また嗅覚は前嗅核後方の嗅皮質(梨状皮質・嗅結節)の残存領域の大きさで決まることが明らかになった。成熟ラットにおける外側嗅索切断と神経毒注入を併用した複合損傷実験により、前嗅核は嗅覚に関与しないこと、また前嗅核後方の嗅皮質が約20%以上あれば嗅覚は正常に維持されることが明らかになった。新生児ラットにおける外側嗅索切断実験により、嗅覚は切断後10日で回復すること、また嗅覚の回復には、再生線維が嗅結節レベルの嗅皮質で、正常の約40%の領域に分布し、正常の約60%の密度まで増加する必要があることが明らかになった。嗅覚伝導路の切断と神経毒の嗅皮質注入実験を行い、嗅覚機能に必要な大脳皮質の最小サイズを定量化する研究課題に取り組む。また、新たな研究課題として、“機能回復に必要な再生軸索線維の定量化"という重要なテーマにも、今後取り組んでいく予定である。今後はラット脳の連続組織標本を作成し、残存する嗅覚に関係した大脳皮質(嗅皮質)をニューロンマーカーのNeuNを用いて定量評価し、嗅覚識別能の有無と残存嗅皮質量の相関を調べて、嗅覚機能に必要な大脳皮質の最小サイズを決定したい。神経科学神経解剖学嗅覚
積雪が稀な地域での大雪発生状況の把握と現在及び将来の大雪発生ポテンシャルの評価

本州の太平洋側などの降雪頻度の低い地域を対象に、退蔵された過去の積雪データを救出し、過去の積雪分布図及び大雪の起こりやすさを指標化した大雪発生ポテンシャルマップを作成する。同時に、数値シミュレーションや機械学習を用いて大雪を引き起こす気象場を明らかにする。また、地球温暖化が進行する将来においても大雪発生ポテンシャルマップを作成し、各地域の雪害対策や地球温暖化適応策に活用可能な情報を創出する。
医療情報の二次利用のためのＯＬＡＰシステム構築

本研究では,電子カルテシステム,地域医療連携システム等に蓄積されている医療情報について,任意の項目を容易に組み合わせて集計,検索できるインタフェースを提供し,データベース等に関する技術的知識が無くとも容易に分析を可能にする,OLAP(On-Line Analysis Processing)システムを構築した.構築されたOLAPシステムを用いて,糖尿病症例について治療パターン毎に抽出し,検査結果値から治療経過を評価するダッシュボードを実装,評価した.これにより,プログラミング・データベース等の技術的知識を有さずとも,容易に医療情報を分析可能にするシステム基盤を実現した.本研究では,容易に任意の項目を組み合わせて集計,検索できるインターフェースを提供し,技術的知識が無くともシステムに蓄積された医療情報の集計,分析を可能にするOLAP(On-Line Analytical Processing)システムの構築を目的としている.これまで,オンメモリ型データマートを備えたBI(Business Intelligence)システムを活用した,糖尿病患者の抽出インタフェースを構築し,臨床研究等において活用している.この結果を踏まえ,診療での活用を考慮し,治療方法による症例抽出と,検査結果による治療結果比較を可能にする糖尿病診療ダッシュボードを開発した.糖尿病診療ダッシュボードでは,薬剤と指導管理・処置・在宅における診療行為を組み合わせ,次の4パターンの症例抽出と,HbA1c値比較を可能にしている.(1)1型糖尿病における治療方法別比較:1型糖尿病症例について,専門的治療(インスリンポンプ,強化インスリン療法等)の導入に得られている治療実績を分析(2)2型糖尿病における治療方法別比較:2型糖尿病症例について,インスリン療法の方法毎(インスリンは効き方により種類がある),DPP-4阻害薬との併用に得られている治療実績を分析(3)2型糖尿病の血糖降下薬処方パターン別比較:2型糖尿病症例について,経口血糖降下薬の処方パターン(複数の薬剤を併用する)毎にHbA1c値の傾向を把握し,得られている治療実績を分析(4)2型糖尿病のGLP-1薬処方症例のパターン別比較:2型糖尿病症例について,GLP-1受容体動作薬を処方している症例についてHbA1c値の傾向を把握し,得られている治療実績を分析また,地域連携で運用されている,KVS(Key-Value Store)を採用したコホートデータベースへの接続について技術的検討及び,システム開発を行った.本研究では,電子カルテシステム,地域医療連携システム等に蓄積されている医療情報について,任意の項目を容易に組み合わせて集計,検索できるインタフェースを提供し,データベース等に関する技術的知識が無くとも容易に分析を可能にする,OLAP(On-Line Analysis Processing)システムを構築した.構築されたOLAPシステムを用いて,糖尿病症例について治療パターン毎に抽出し,検査結果値から治療経過を評価するダッシュボードを実装,評価した.これにより,プログラミング・データベース等の技術的知識を有さずとも,容易に医療情報を分析可能にするシステム基盤を実現した.本研究では容易に任意の項目を組み合わせて集計,検索できるインターフェースを提供し,技術的知識が無くともシステムに蓄積された医療情報の集計,分析を可能にするOLAP(On-Line Analytical Processing)システムの構築を目的としている.まず,OLAPシステムの接続対象となる徳島大学病院DWHについて接続項目の検討を行った.その結果,DWHでは全てのデータを保持しているわけではなく,集計した数値のみ保持している項目もあることが分かった.その為,項目によってはDWHに集約される前のデータベースである,病院情報システムやそのサブシステムまで遡ってOLAPシステムへ接続する必要があることが分かった.よって,OLAPシステムには1複数メーカのデータベースへ柔軟に接続出来ること,2抽出したデータを集約・集計するためのデータマート機能を備えること,が必要であるとの結論が得られた.これらに加え,インターフェース上で操作しながら大容量のデータを集計するため,高速なレスポンスが要求される.これらを踏まえ検討した結果,オンメモリ型データベースを備えるOLAPシステムを構築した.オンメモリ型データベースはメモリ上にデータを展開するため,非常に高速な集計が可能になる.また,各データベースへの接続は標準的な方式としてODBCを採用した.実際のインターフェース構築にあたっては,現場で要求されている分析インターフェースのヒアリングを各診療科に実施した.その結果を基づいて,糖尿病患者を分析するインターフェースを構築した.糖尿病患者分析では病名及びHbA1c検査状況から糖尿病患者を抽出し,投薬・合併症検査・HbA1c値により当病院に通院している糖尿病患者の状況を把握できるインターフェースとなっている.本研究では,電子カルテシステム,医療連携システム等に蓄積されている医療情報について,任意の項目を容易に組み合わせて集計,検索できるインタフェースを提供し,データベース等に関する技術的知識がなくとも容易に分析を可能にする,OLAP(On-Line Analysis Proccessing)システムの構築を目的としている.これまで,オンメモリ型データマートを備えたBI(Business Intelligence)システムを活用し,糖尿病患者の抽出インタフェースを構築した.臨床研究で活用するとともに,糖尿病の疾病管理での活用を目的とした,治療方法別に症例を抽出し,治療状況をHbA1c等検査結果により比較する糖尿病診療ダッシュボードを開発している.これらを踏まえ,今年度は地域連携で運用されているコホートデータベースシステムへ接続し,より広範な医療機関で収集された医療情報を分析する基盤の開発を行った.当該システムは徳島大学病院を中心に運用されているEHR(Electronic Health Record)と連携し,匿名化した医療情報を収集するシステムである.そのため,ビッグデータを運用するためにKVS(Key-Value Store)型のデータベースであるCassandraを採用している.そのため,従来型のRDB(Relational DataBase)への接続を前提としたBIシステムでは対応できない.

そこで,Cassandraから対象データを抽出,一時蓄積する中間データベースをRDBで構築し,そこへBIシステムが接続する構成とした.構築した基盤を活用し,糖尿病治療薬であるDDP-4阻害薬について,投与症例を抽出,検査結果値及び病名を元に,有害事象や治療効果を評価するダッシュボードを開発した.医療情報学平成25年度では,前年度開発した糖尿病患者の抽出インターフェースを発展させ,薬剤と指導管理・処置・在宅における診療行為を組み合わせた,糖尿病治療方法別の症例抽出アルゴリズムを開発した.これをOLAPに導入し,検査結果による治療結果比較を可能にする糖尿病診療ダッシュボードを開発した.徳島大学病院データを使用した抽出結果について,臨床上の確度を専門医の協力を得て検証中であるが,レセプト相当のデータと検査結果値を組み合わせることで,有効な症例抽出が可能であることを示した.また,地域ICT利活用広域連携事業「糖尿病及び合併症における病病連携事業」で構築されたコホートデータベースとの接続についても検討を行った.コホートデータベースはKVSで構築されいる.そのため,RDBへの接続を前提としたBIシステムとの親和性は非常に低い.より簡便で汎用性の高い方式を検討した結果,CassandraとBIシステムの間に通常のRDBを構築し,一時的に分析対象データを蓄積する中間データベースとすることで,BIシステムへのデータ連係を図った.平成24年度では,徳島大学病院DWHと接続したOLAPシステムを構築し,病名や投薬・処置や検査結果値などでグルーピング化,クロス集計された各グループの症例について,症例を抽出し,検査結果と診療行為を時系列で閲覧,症例間の比較ができるインターフェースを構築する計画であった.徳島大学病院DWH及び病院情報システムと接続したオンメモリ型データマート搭載OLAPシステムを構築し,内科における糖尿病患者抽出インターフェースの構築・運用をしており,概ね計画通り進展している.ただし,OLAPシステム運用は内科のみであり,診療科ヒアリング結果を元に他科においても運用可能なインターフェースの構築を進める必要があると考える.平成25年度では治療方法別の症例抽出アルゴリズムを組み込んだ,糖尿病診療ダッシュボードを開発するとともに,コホートデータベースへのOLAPシステムの接続についてシステム開発を行った.
タンパク質3次元構造データベースに対する高速かつ柔軟な検索手法とその応用

本研究では、タンパク質立体構造データベースに対する類似構造検索アルゴリズムの研究を行い、従来からの立体構造類似検索の手法の多くを抜本的に改善する、実用的にも理論的にも従来手法と比べきわめて高速な超高速線形時間基本探索アルゴリズムを開発することに成功するなど、今後の構造生物学の発展に大きく寄与する様々なアルゴリズムを開発し、その成果は国内外から高い評価を受けた。本研究の目的は、タンパク質等の生体化合物の立体構造データベースから類似構造検索を行う技術とその応用技術の確立をめざしたものである。初年度である当該年度では、実施計画どおり、タンパク質立体構造データベースに対する検索アルゴリズムの研究を行った。その結果、これまで立体構造データベースから、従来手法と比べ、理論的にも実際(計算機実験上)にもはるかに高速に類似構造を探索できるアルゴリズムを開発することに成功した。この開発したアルゴリズムを用いれば、従来不可能だと思われていた線形時間でのタンパク質3次元類似構造検索を線形時間で検索することが可能となる。また、このアルゴリズムの理論性能が線形時間であることを証明するために、本研究では、タンパク質の3次元構造を扱うアルゴリズムの理論的評価を行う全く新しい数学的手法を開発することにも成功した。これらの成果は、この分野における最高の権威を持つ学会であるRECOMB(13th Annual International Conference on Research in Computational Molecular Biology)に今年度(2009年)採択され、6月に発表予定である。また、これらの成果に加えて、立体構造比較のアルゴリズムの研究も行い、立体構造の比較に基づいて立体構造内のヒンジ構造を発見するアルゴリズムも開発した。従来のヒンジ構造発見アルゴリズムは二乗時間以上の時間がかかるものがほとんどであったが、本研究で開発した手法によって、それが線形時間で可能となった。この成果は、IEEE/ACM Transactions on Computational Biologyand Bioinformaticsへの採録が決定している。初年度は、計画通り、理論的にも実際にも極めて高速なタンパク質立体構造探索のための革新的な基礎アルゴリズムの開発に成功した。2年目にあたる本年度は、当初計画に基づいて、さらに上記の基本アルゴリズムを発展させ、より実用に近い応用的アルゴリズムの開発を行った。本年度の研究においては、前年度までに開発したアルゴリズムの詳しい解析を行うとともに、より実用上の問題により近く重要ではあるが従来より極めて困難と考えられてきた、挿入・削除を考慮したタンパク質立体構造探索問題に対して、その計算困難性に関して一定の新しい成果を上げることに成功した。さらに、前年度に開発したアルゴリズムを拡張することにより、同問題に対し極めて効率的な線形時間探索アルゴリズムの開発に成功した。初年度は、計画通り、理論的にも実際にも極めて高速なタンパク質立体構造探索のための革新的な基礎アルゴリズムの開発に成功し、2年目には、より実用に近い応用的アルゴリズムの開発を行い、全く新しいアルゴリズム設計パラダイムSMAD(Statistical Model-based Algorithm Design)を提案し、それに基づいて超高速線形時間探索アルゴリズムの開発に成功した。その成果は計算生物学における最高峰の査読付国際会議であるRECOMB (13th Annual International Conference on Research in Computational Molecular Biology)においてBest Paper Awardに選ばれるなど国際的にも確固とした評価を受けた。本年度の研究においては、前年度までに開発したアルゴリズムの理論解析をさらに発展させ、同じSMAD技術に基づいて、線形時間よりも理論的に高速に計算が可能な、理論的にもほぼタイトな計算量を持つ超高速類似構造検索アルゴリズムの開発に成功した。これは、文字列探索においてBoyer-Mooreアルゴリズムが達成しているのとほぼ同等な平均計算量を、文字列検索よりもはるかに複雑なタンパク質立体構造検索においてもほぼ達成することに成功したものである。なお、本研究において創案されたSMADとそれにもとづくアルゴリズムの一群を開発したことに対し、渋谷は、情報技術、情報科学に関する研究について、わが国において顕著な功績のあった者を褒賞することを目的とした「第二回船井学術賞」を船井情報科学振興財団より受賞した。
神経因性疼痛におけるPACAPの分子機構の解明

中枢神経系で一酸化窒素(NO)の産生はN-methyl-D-aspartate(NMDA)受容体を介したCa^<2+>の流入による神経型一酸化窒素合成酵素(nNOS)の活性化と密接な関係にある。PSD-95はシナプスでPDZドメインを介してNMDA受容体とnNOSの両方と相互作用する。nNOSはPSD-95を介してNMDA受容体の近傍で効率よく活性化される。我々はnNOSのN末端のPDZドメインを含む欠失変異体とYFPとの融合タンパク(nNOSNT-YFP)を作製し、これを安定的に発現するPC12細胞を作製し、細胞膜へのnNOSNT-YFPの移動を定量的に測定する系を構築した。ATPの受容体にはP2X受容体とP2Y受容体があり、これらの受容体は神経因性疼痛の発症や維持に重要な役割を担うことが知られている。ATPとNOは神経損傷後の神経応答で鍵となる役割を担うがATP受容体によるnNOSの活性化の機構はまだ明らかになっていない。本年度ではこの系を用いてATPとnNOSの活性化の機構を明らかにするために、まずNNDAとforkolin(FK)存在下でPC12N細胞をATPで処理したところ、nNOSNT-YFPの細胞膜への移動が観察された。P2X受容体やP2Y受容体のアンタゴニストによってATPによるnNOSNT-YFPの細胞膜への移動が減少した。また、NNDAとFK存在下でP2X受容体やP2Y受容体のアゴニストによりnNOSNT-YFPの細胞膜への移動が観察された。更にこれらのシグナル伝達経路を明らかにするために種々の阻害剤を用いて調べたところPKAやPKCの経路がnNOSNT-YFPの細胞膜への移動に関与することが示唆された。これらの結果はATPによるnNOSの細胞膜への移動はP2X受容体またはP2Y受容体を介したPKAとPKCの活性化が重要であることを示している。
糖鎖関連生理活性物質の合成と生理機能研究への応用

ブレフェルディンA(BFA)は糖蛋白が細胞体からゴルジへと転送されていく過程と選択的に阻害しそのBが多様で強力な生理活性発現の原動力となっている。この点を化学的な手段を用い明らかにする一つの方向としてBFA結合費用の精製を目ざしている。そのために通常なBFA誘導体を得てアフィニティークロマトグラフィーを得るのが当面の目標である。我々が最初に検討したのはC_4,C_7値の水酸基の利用である。これをもとにした誘導体数種を調製したが、いずれも極端な活性の低下不安主性のためにカラム担体の調製に成功しなかった。ライトン環の開裂も活性消失につながるため、これらの結果が、C_1C_7値の官能基の存在と主体的な環境が生理活性発現に必須であることを強く示唆するものであった。そこで、三次元的な構造や主体配座や他の官能基に影響が少なく誘導化が可能かとも思えるC_<10>-C_<11>の二点総合に着目し、鎖の延長を検討している。シアゾダトン誘導体の付加る反応を用いて左図のような三色環とし末端のX(=COOHなど)の官能基から適度なスペーサーを付与して目的物を得るものである。現在付加条件の検討、収率等の再活性の確認を行なっている。
最適な分子運動空間構築に基づいた高プロトン伝導材料の開発

本研究では,高性能なプロトン伝導性材料の開発のため,多孔性材料にプロトン輸送分子を導入した固体プロトン伝導体のナノ空間の構造・ダイナミクス・相互作用を解析し,プロトン伝導機構を解明する。固体NMRの解析法と計算科学手法を融合した,計測インフォマティクスを活用した固体ナノ空間の高精度解析法を開発し,プロトン輸送分子の複雑な動きや細孔表面との相互作用の詳細解析を可能にする。プロトン伝導における分子運動の役割を明確にして,高プロトン伝導性に繋がる最適な分子運動空間の構築を重視した材料開発と物性研究を展開する。
有機金属原料を用いた溶液塗布法および硫化／セレン化法による高効率太陽電池の作製

有機酸塩を原料に用いてスピンコート法でCu-Zn-Snプリカーサ膜を成膜した。これを有機原料であるジメチルセレンとジエチル硫黄を用いてCu2ZnSn(Se,S)4光吸収層を作製した。さらに硫化の原料に硫化水素を用いたCu2ZnSnS4光吸収層の作製もあわせて行った。ジメチルセレンを用いたCu2ZnSnSe4(以下、CZTSeと略す)膜の成膜では、処理時間を90分一定のもと処理温度を450ー550°Cで変化させた結果、450ー550°CではCZTSeの他にCu2SnSe3とZnSeが見られた。550°CになるとCZTSe単相になることが確認された。したがって、ジメチルセレンを用いたセレン化には550°Cで熱処理する必要があることを明らかにした。一方、硫化水素を用いたCu2ZnSnS4(以下、CZTSと略す)膜の成膜では、処理時間30分、処理温度を550°C一定とし、溶液中のCu仕込み組成をCu:Zn:Sn= 2.0-1.0: 1.0: 1.0と変化させた。得られたCZTS膜をセル化して変換効率を測定したところ、Cuの仕込みモル比が1.4のときに最高変換効率2.84%が得られた。本申請研究で提案する、比較的に危険の少ない原料を用いてかつ低コストなプロセスにより、約3%の変換効率を有するCZTS太陽電池を作製することができた。平成28年度では、安全かつ低コストで高い変換効率を有するCu2ZnSn(S,Se)4太陽電池の製造プロセスを実現するため、「Cu-Zn-Snプリカーサ膜作製工程」と「硫化/セレン化工程」において以下の研究成果を上げることができた。「Cu-Zn-Snプリカーサ膜作製工程」では、原料溶液中に含まれるCuとZnとSnのモル比が2:1:1と2:1.5:1.1の2種類を用意し、それぞれに対して組成におよぼす焼成温度(400°Cー500°C)の影響について詳細に調べた。予想では融点が419°Cと低くかつ蒸気圧の高い亜鉛(Zn)だけが減少すると思われたが、銅(Cu)が予想以上に減少することがわかった。銅単体では蒸発しにくいが有機酸塩の状態では有機物と結びついた形で銅が蒸発したものと考えられる。後の「硫化/セレン化工程」とあわせて膜中に含まれるCu,Zn,Snの組成ずれ抑制のための知見を得ることができた。次に「硫化/セレン化工程」では、ジエチル硫黄とジメチルセレンを用いてCu2ZnSnS4膜とCu2ZnSnSe4膜の作製を試みた。どちらも400°Cで熱処理したプリカーサ膜を500°C-550°Cで硫化/セレン化処理を施すことで高品質な光吸収層が得られることがわかった。またこれら硫黄とセレンの原料を同時に供給することでCu2ZnSn(S,Se)4混晶膜を作製したところ、硫黄にくらべてセレンの方が膜中に取り込まれやすいことが分かった。膜中に含まれる硫黄とセレンの組成を制御するうえで大変重要な知見を得ることができた。平成28年度の計画で掲げた項目のほとんどを遂行することができた。ここで得られた研究成果を海外の学術論文誌へ投稿するため原稿を執筆中である。すでに平成29年度の研究計画の一部もすでに着手しており、セル化を行うとともに変換効率の測定を行う準備を進めている。次世代太陽電池として注目されているCu2ZnSn(S,Se)4膜(以下、CZTSSe膜)の安価で安全な成膜プロセスの開発に関する研究を行った。CZTSSe膜の成膜プロセスは、主に「Cu-Zn-Snプリカーサ膜の成膜」とそのあとに続く「セレン化・硫化」の二つの工程に分けられる。「Cu-Zn-Snプリカーサ膜の成膜」工程においては、昨年度に引き続いて有機酸塩溶液を用いたスピンコート膜、そして溶融凝固法によるCu-Zn-Sn単一スパッタターゲットを用いたスパッタ膜、の2種類のCu-Zn-Snプリカーサ膜を準備した。さらに「セレン化・硫化」工程においては、昨年度に引き続き有機硫黄および有機セレン原料を、そして新たにセレンめっき膜を用いたセレン化・硫化を試みた。これら各工程において異なるプリカーサ膜とセレン化・硫化原料を組み合わせて高品質なCZTSSe膜の作製を行った。Cu-Zn-Snプリカーサ膜に有機酸塩溶液によるスピンコート膜を用いた場合には、セレン化・硫化原料の違いにかかわらずCZTSの断面は平滑な下地層とその上には凹凸の激しい層とに二層化した。一方のCu-Zn-Sn単一スパッタターゲットを用いた場合には上述の二層化は抑えられ良好な結晶性を有する膜が得られた。さらにセレンめっき膜をプリカーサ膜の上に形成しこれを熱処理することでCZTSSe膜の作製を行ったところ、膜表面の凹凸が大きく組成が著しくずれた膜が得られた。これは膜中に含まれるSnSeが蒸発したことが原因であった。そこでまずバルクSnSeの蒸発を抑制する手法を開発し、これを成膜プロセスへ応用したところ、組成ズレが抑えられただけでなく膜表面も平滑なCZTSSe膜が得られた。

様々な種類の原料、成膜方法および熱処理方法を試みることで、高品質なCZTSSe膜が得られた。最適な成膜条件として、原料中の組成、熱処理条件などの探索については概ね終了している。さらなる成膜条件の最適化に取り組むとともに、セル化と変換効率の評価についても同時に進めている。有機酸塩を原料に用いてスピンコート法でCu-Zn-Snプリカーサ膜を成膜した。これを有機原料であるジメチルセレンとジエチル硫黄を用いてCu2ZnSn(Se,S)4光吸収層を作製した。さらに硫化の原料に硫化水素を用いたCu2ZnSnS4光吸収層の作製もあわせて行った。ジメチルセレンを用いたCu2ZnSnSe4(以下、CZTSeと略す)膜の成膜では、処理時間を90分一定のもと処理温度を450ー550°Cで変化させた結果、450ー550°CではCZTSeの他にCu2SnSe3とZnSeが見られた。550°CになるとCZTSe単相になることが確認された。したがって、ジメチルセレンを用いたセレン化には550°Cで熱処理する必要があることを明らかにした。一方、硫化水素を用いたCu2ZnSnS4(以下、CZTSと略す)膜の成膜では、処理時間30分、処理温度を550°C一定とし、溶液中のCu仕込み組成をCu:Zn:Sn= 2.0-1.0: 1.0: 1.0と変化させた。得られたCZTS膜をセル化して変換効率を測定したところ、Cuの仕込みモル比が1.4のときに最高変換効率2.84%が得られた。本申請研究で提案する、比較的に危険の少ない原料を用いてかつ低コストなプロセスにより、約3%の変換効率を有するCZTS太陽電池を作製することができた。これまでに太陽電池の変換効率向上のためには、ストイキオメトリーな組成ではなくCu-poorかつZn-richな組成が良いと報告されている。そこで原料溶液中のCu,Zn,Snのモル比をパラメータとし、「Cu-Zn-Snプリカーサ膜作製工程」と「硫化/セレン化工程」の各工程における組成を綿密に調べる予定でいる。これにより膜の組成を目的の組成に制御することが可能となる。また原料に含まれる炭素が膜の構造および物性におよぼす影響について調べる必要がある。炭素を取り除く方策として「硫化/セレン化工程」においてキャリアガスに水素ガスと窒素ガスを採用し、膜中の炭素と水素を反応させることで炭素の除去を試みる。得られた膜の組成や結晶構造におよぼす水素分圧の影響についても調べる。これらの基礎的な実験データを採取するとともに、セル化と変換効率の測定もあわせて行う。CZTSSe成膜プロセスの各工程において組成の変化を詳細に調べあげ、最適な成膜条件を見つけ出す。さらにセル化した試料の変換効率と各工程における様々な成膜条件との相関性を調べ、高い変換効率を有するCZTSSe太陽電池を作製する。
気候モデルを用いた中間圏夜光雲の数値シミュレーションと気候変動に関する研究

下部熱圏を含んだ気候モデルを用いて、夏季中間圏極域夜光雲の変動を研究した。5日波や潮汐波動、中層大気を透過した東向き重力波によって夜光雲が大きく変動している。H2Oを観測値に戻すnudging-スキームでは夜光雲存在高度の広がりが10km以上あったものが、開発されたメタン酸化・化学モデルでは4km程度と観測と整合性のあるシミュレーション結果を得た。太陽11年変動でどの程度の変化が見られるかの数値実験を行い、温度や水蒸気に関しては他のモデル結果と比較して概ね整合性があったが、夜光雲に関しては大きな変化はなかった。2年度目は、モデル改良を進めた。1つは、放射スキームコードの改良であり、これまでの18バンド放射スキームを化学スキームの導入に都合のよい32バンド放射スキームに変更する改良をおこなった。放射スキームの改良にともない、これまで仮想的な夏至の状況を設定して仮想夏至の平衡状態の数値実験をおこなっていたが、それに代わって、現実的に季節進行しつつある中での北半球夏至付近の夜光雲生成の問題を考察することにした。そのために時間積分が幾分か長くなり、また現実的な温度場や風場の再現のために、重力波のパラメータ値の設定実験を行った。結果的には昨年度の実験で確認した値を用いることで、昨年度得られた風と温度場がおおむね得られた。その結果を用いて雲の落下速度を10 cm/sとして、北半球夏の中間圏上層に存在している夜光雲をおおむね再現した。今回の結果も、夜光雲の出現する高度が82km-90kmと観測と比較して下端は現実的であるが上端が幾分か高かった。夜光雲変動を規定している波動の解析をおこない、成層圏中間圏の東風の中で伝播しやすい東向き重力波とその減速効果を確認し、さらにその場で生成されたと思われる潮汐振動や自由振動と考えられている5日波に伴って変動しており、現実的な夜光雲変動が得られた。さらに、これまでのモデルでは観測結果を基にした水蒸気分布に戻すような水蒸気をあたえていたが、そのモデルを改良しメタン酸化からの水蒸気生成の化学過程を導入することで水蒸気再現を試みた。水蒸気の量はまだ少ない結果だが大枠の分布を再現し、さらにその水蒸気を用いて夜光雲を生成させるプロセスを導入することで、鉛直高度幅が2-3km(高度82-85km)である、より現実的な夜光雲の変動が得られた。気候モデルに導入されているHinesによる重力波パラメータの変更実験をおこなった。モデルの下層大気における内部重力波の強制振幅の因子を小さくすることをおこなった。夏季中間圏界面付近の低温層の高度が低い問題は、その高度を上げることによりおおよそ現実的な中間圏界面温度、および低温層の高度を再現できた。ただし、中間圏界面最低温度の南北構造の違いの問題(現実では、高緯度から緯度30度に行くに伴い最低温度の高度が上がるような構造になっているが、モデルの結果では低緯度に行くに伴い高度が下がる構造)はあるが、30度から赤道域に行くに伴い最低温度の高度は現実と同様上がっているので、保留している。問題は残っているが、ほぼ現実的な夏季中間圏界面付近の温度、低温領域の高度が再現されたので、仮想的な北半球夏至の状況でその高度におおよそ夜光雲が存在していること、および低温層での雲の水平分布を確認した。夜光雲の存在は落下速度依存性があるので、落下速度の変更実験をおこなうことで、現実的であると思われる落下速度を10cm/sと決め、夜光雲の時間的振る舞いを調べてみた。夜光雲が発生する高度(おおよそ84kmで数kmの幅をもっている)では、大気潮汐が大きな振幅を示しており、仮想的北半球夏至の固定実験では1日で振動する夜光雲が見られた。時間的変動の様子を詳しく調べるために、スペクトル解析をおこない変動の様子を調べてみた。この仮想的夏至の状況における夜光雲の発生する高度では、東西波数s=1の1日振動で東に位相がうごく潮汐(non-migrating tideと呼ばれる太陽の動きと同期しない潮汐)が卓越し、それに伴って雲が時間変化していることが分かった。さらに、詳細な解析を進めている。下部熱圏を含んだ気候モデルを用いて夏季中間圏極域夜光雲変動を研究した。初年度は、モデルに導入されている重力波のパラメタリゼーションの変更実験を行うことにより現実的な気候場を再現、モデル内の波動特性を調べることにより夜光雲が惑星波動、大気潮汐、および重力波動によって変動していることを示した。上記の結果では、夜光雲発生高度の鉛直方向の広がりが10km以上もあり、観測結果とは異なる。

メタン酸化による水生成のプロセスを観測値に戻すようにしていたが、次年度ではより現実的な化学過程を考慮したモデルを開発し、メタン酸化による水蒸気生成の化学スキームを構築した。その結果、夜光雲の変動は初年度のものと同様な結果であるが、鉛直方向の高度の広がりは観測と同様のものが再現された。最終年度は、太陽放射11年変動の夜光雲への影響をみるために、太陽放射max時とmin時の数値積分を行い、計算結果の差を取ることで太陽放射11年変動の影響を調べた。熱圏の短波放射Strobelスキームの中で、Schumann-Runge連続吸収(125nm-175nm)での放射フラックスの値を太陽maxと太陽minの観測値に変更した。オゾンはmaxとminでの化学気候モデルの結果を用いた。熱圏では大きな高温偏差があり、観測と整合性がある。赤道域中間圏では3Kほどの高温偏差であり、オゾンによる短波放射の影響と考えられ、先行研究と比較して同様の値である。夏季中間圏の極域では夜光雲の生成する少し上の高度で低温偏差となり、観測結果と整合性が取れている。夏季中間圏では水蒸気量はおおよそ減少で、夜光雲生成の下層の方で正偏差となっている。夜光雲高度はSolar Max(Min)で下がっている(上がっている)らしいが、偏差の年々変動は大きい。一方、モデル結果では夜光雲発生高度はそれほど変化していない為、更なる研究が必要である。大気物理学時間発展的な雲スキームを使わなくても、おおむね計画にしたがった発展が見られた。それは化学スキームを現実的にすることで、ほぼ観測される夜光雲高度の鉛直高度幅(2-3km)の結果から伺うことができ、また季節進行の中で北半球の夏至の状況において現実的な夜光雲が再現されたことで示される。それは放射スキームバンドの改良、さらに化学スキームの改良をとおした、CH4からOHなどの反応を通した水蒸気生成の化学スキームモジュールのためと思われる。モデル結果は現実的であり、夜光雲生成の高度幅、さらに温度などの大気変動はその高度で考えられている重力波による変動が大きく寄与している。これは中層大気の中の東風の中での東方向にすすむ重力波に伴う夜光雲変動となっており現実的である。時間的に早い変動なのでこれまでほとんど観測解析で確認されていない為、興味ある研究成果と思われる。また潮汐や5日波などの変動も重なって変動しており、衛星観測などと整合的である。ただ、水蒸気量がいくぶん少ない。より長い期間の数値実験が必要であると思われるが、これは次年度の計画とあいまって、実行される予定である。現実的な夏季中間圏温度構造を決めるためには、重力波の役割を表現するパラメタリタリゼーションが必要である。このパラメータ値には多くの不確定性が存在し、現在でもよく分かっていないため観測や高解像度モデルによって研究が行われている。パラメータを変更する多くの数値実験を行う必要があったため、時間がかかってしまった。その結果、温度構造としては一応の温度分布が再現され雲の分布もおおむね表現されたが、夜光雲が存在する高度幅が広いという問題が明確になった。夜光雲は重力落下をするが、その効果が標準実験ではうまく入っていないということで、重力落下のパラメータ実験をおこなった。現実的な雲に反映するような落下速度の値を決め、夜光雲の時間的振る舞いはおおよそ現実的になったが、まだ幾分か高度幅が広い問題が残っている。
超高磁場臨床用MR装置を用いたダイナミック代謝物測定による脳機能検査法の検討

背景:脳内における代謝物サイクルはRothsteinらにより明らかにされているが,脳機能の変化によるこれらの変化を定量することは困難であった.しかし,3T超高磁場MR装置の使用で,時間分解能を向上させた測定が可能となり,fMRIと併用したダイナミックなMRS測定が可能となることが予想される.目的:超高磁場MR装置を用いて特に時間分解能の向上を図ることにより,1)脳機能による代謝物の動態を信頼性や再現性よく解明し,2)毛細血管床と神経細胞の間で乖離が確認されている代謝物動態の解明を目指した.方法:1)高感度な8ch頭部用コイルを用いた際の定量性について検討した上で,2)fMRIを用いて視覚野を同定した上で同領域にVOIを設定して同様に60秒の測定時間でMRSを測定し,脳機能賦活時の代謝物の変化を観察した.測定はshort TE法を用い,スペクトルの処理はLCModelを用いた.測定には,GE社製Signa Excite3.0Tを使用した.結果:1)健常人ボランティアにて8ch頭部用コイルで測定した結果,内部標準法を用いることにより代謝物測定濃度の定量性を確保できることが確認できた.2)同意を得た複数のボランティアで視覚野における賦活時の代謝物変化を捉えることを試みたが,60秒の測定時間では微量代謝物の変化を有意差を持って捉えることはできなかった.考察:脳機能賦活時のGlc低下,Lac上昇の傾向を見ることはできたが,有意差を持って変化を捉えることはできなかった.これは,3TMR装置を用いても微量代謝物測定には感度が十分でないことが最もの原因であると考えられた.また,定量性を担保するに最低限の条件である60秒測定に制限を受けた脳機能賦活に用いた60秒単位のブロックデザインが,代謝物変化を捉えるに十分なものかどうかの検討が必要であることが示唆された.背景:脳内における代謝物サイクルはRothsteinらにより明らかにされているが,脳機能の変化によるこれらの変化を定量することは困難であった.しかし,3T超高磁場MR装置の使用で,時間分解能を向上させた測定が可能となり、fMRIと併用したダイナミックなMRS測定が可能となることが予想される.目的:超高磁場MR装置を用いて特に時間分解能の向上を図ることにより,1)脳機能による代謝物の動態を信頼性や再現性よく解明し,2)毛細血管床と神経細胞の間で乖離が確認されている代謝物動態の解明を目指した.方法:1)時間分解能の向上を目的とする,高感度信号測定用検出器の設計と製作を行い,2)信頼性を担保したダイナミックな代謝物変化をとらえるための測定条件および再現性の検討を行った.測定はshort TE法を用い,スペクトルの処理はLCModelを用いた.測定には,GE社製Signa 3.0T VH/iを使用した.結果:1)7インチサーフェスコイルを作成しファントムにて性能を測定した結果,深さ5cm程度までなら頭部用コイルを上回る感度を確保することができた.2)同意を得たボランティアで飲酒前後のMRS測定を行うことにより,測定条件の検討を行った.その結果,56秒の測定時間でグルタミン化合物のような微量代謝物において1.5Tと同等程度の信頼性を確保した定量測定が可能であることがわかった.考察:3TMR装置の利用により,1分程度の測定で1.5T装置と同程度の信頼性を持つ定量測定が可能なことが示された.今後は健常人ボランティアおよび症例にこの測定法を適応し,脳機能変化による代謝物サイクル内の変化を捉えることを試みる予定である.背景:脳内における代謝物サイクルはRothsteinらにより明らかにされているが,脳機能の変化によるこれらの変化を定量することは困難であった.しかし,3T超高磁場MR装置の使用で,時間分解能を向上させた測定が可能となり,fMRIと併用したダイナミックなMRS測定が可能となることが予想される.目的:超高磁場MR装置を用いて特に時間分解能の向上を図ることにより,1)脳機能による代謝物の動態を信頼性や再現性よく解明し,2)毛細血管床と神経細胞の間で乖離が確認されている代謝物動態の解明を目指した.方法:1)高感度な8ch頭部用コイルを用いた際の定量性について検討した上で,2)fMRIを用いて視覚野を同定した上で同領域にVOIを設定して同様に60秒の測定時間でMRSを測定し,脳機能賦活時の代謝物の変化を観察した.測定はshort TE法を用い,スペクトルの処理はLCModelを用いた.測定には,GE社製Signa Excite3.0Tを使用した.結果:1)健常人ボランティアにて8ch頭部用コイルで測定した結果,内部標準法を用いることにより代謝物測定濃度の定量性を確保できることが確認できた.2)同意を得た複数のボランティアで視覚野における賦活時の代謝物変化を捉えることを試みたが,60秒の測定時間では微量代謝物の変化を有意差を持って捉えることはできなかった.考察:脳機能賦活時のGlc低下,Lac上昇の傾向を見ることはできたが,有意差を持って変化を捉えることはできなかった.これは,3TMR装置を用いても微量代謝物測定には感度が十分でないことが最もの原因であると考えられた.また,定量性を担保するに最低限の条件である60秒測定に制限を受けた脳機能賦活に用いた60秒単位のブロックデザインが,代謝物変化を捉えるに十分なものかどうかの検討が必要であることが示唆された.