hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
バクテリアによる新規多糖合成技術の開発

加延伸型浅皿培養で表面に生成したBCゲルをフィルムとして巻き上げる際、ローラーを介して延伸されている様子が観察され、これによりフィルムおよび繊維の配向性を向上させていると考えられる。改良型は、延伸をかけないBCフィルムを得る目的で作製したが、ローラーと浅皿の高さを同じにすることで巻き上げるときにかかる物理的な力をなくすことができ、延伸させずに巻き取ることが出来る。今回その装置で巻き取ったBCフィルムは通常の浅皿培養よりもX線回折の結果と結晶化度から、延伸を押さえることが出来たと言える。酢酸菌によるバクテリアセルロース(BC)生合成を炭素源としてリン酸化キチン及びそのオリゴマーを用いて行った。すでに明らかにしているように酢酸菌はN-アセチルグルコサミシ(GlcNAc)を炭素源としてGlcNAc残基を数%含有した多糖を生成すること、BC生合成においてグルコース(Glc)及びGlcNAcは代謝の最終段階においてリン酸化合物となるが6-P-GlcNAcの重合体がリン酸化キチンであることから本実験を行った。さらに、キチン化合物はリゾチーム等の酵素で加水分解されることから、重合体やオリゴマーのような高分子量体であっても酢酸菌に取り込まれることが期待される。リン酸化キチンは様々なリン酸化度の分子量約12万のものを、リン酸化オリゴマーはそれをリゾチームで加水分解して分子量約6000のものを使用した。生成する多糖の収量は用いたキチンの分子量及びリン酸化度に大きく依存した。例えば、分子量、リン酸化度ともより小さいものほど高い収量であった。一方、多糖へのGlcNAc導入率はより低分子量でリン酸化度が高いものほど向上した。糖の生合成の最終段階ではリン酸化された単糖がウリジン二リン酸-糖化合物(UDP-GlcやUDP-GlcNAcなど)に変換され多糖生合成酵素によって重合されることが知られている。上記実験で、リン酸化キチンを糖資源とすると収量が向上したことから、最終基質であるUDP-GlcやUDP-GlcNAcなどを用いればさらに収量の向上が期待できる。しかし、これらウリジン二リン酸-糖化合物の培地中の濃度は全く変化せず、酢酸菌の細胞膜を透過することができないため取り込まれていないことが判った。炭素源としてグリセロール、グリセルアルデヒドなどの三単糖であるグリセロール誘導体を用いて、酢酸菌による機能化BCの生合成を検討したところ、グリセロールを用いた場合収量の向上と長期間に渡る培養持続が達成できた。さらに、糖の生合成経路を明らかにする目的で2位及び1,3位に^<13>Cを有するグリセロールを用いて産生した多糖の^<13>C-NMRスペクトル測定を行った結果、グリセロール誘導体が一旦解糖された後、再びグルコースへと再構築されることが示唆された。一方、酢酸菌を培養する培地組成を従来のグルコースを主体としたSH培地から様々に変化させた。バクトペプトンやイーストエキストラクトの代替としてアミノ酸加水分解物が効果的で、BC産生コストの削減にも有効であることが判明した。グリセロール培地は収量の向上をもたらしたが、得られる多糖は通常のBCと同等のものであった。さらに、窒素源として硝酸アンモニウムや硝酸ナトリウムのような硝酸塩についても検討した。産生された多糖中にはグルコースのみならずN-アセチルグルコサミン残基が数パーセント導入されることが判った。
レトロトランスポゾンによる哺乳類母子間ゲノム・遺伝子相関と雑種強勢

胎盤は哺乳類の発生で最初に形成される臓器であり、母子間での栄養・ガス交換などの機能を持つ。また、胎盤は妊娠が成立している間に母体から免疫的に拒絶されることはない。哺乳類は胎盤なくしては母体内で生存できない。このように重要な臓器である胎盤は、我々真獣類と未熟ではあるが有袋類だけが持ち、単孔類は持たない。すなわち、哺乳類の胎生は、単孔類との分岐後、有袋類との分岐前の1億6500万年前1億5000万年前の間に獲得されている。我々は、比較ゲノム解析より、有胎盤類に特異的なレトロトランスポゾン由来の父性発現インプリンティング遺伝子Peg10を単離した。さらに、我々は、Peg10の機能解明のためにPeg10 KOマウスを作製し、Peg10がレトロトランスポゾン由来の遺伝子でありながら哺乳類の胎盤発生に必須な機能を持つ事は明らかにしたが、Peg10がどのようなメカニズムで機能しているかは不明であった。そこで、Peg10 KOマウスの遺伝子発現解析より、Peg10が胎盤において自然免疫活性を抑制していることを明らかにした。そこで、Peg10が自然免疫シグナルのどのカスケードを抑制しているのかを解明するためにPeg10 KOマウスと自然免疫活性をKOしたマウスのダブルKOマウスを作製した。Peg10 KOマウスと自然免疫活性をKOしたマウスのダブルKOマウスは、出産に至ったマウスは得られず、通常のPeg10 KOマウスと同様に初期胚致死となったため、Peg10 KOマウスの胎生致死の原因は自然免疫の活性化のみでは説明できないことを明らかにした。27年度が最終年度であるため、記入しない。魚類や爬虫類や両生類や鳥類では単為発生生物が生まれた報告があるが、哺乳類の単為発生胚は胎盤形成不全により初期胚致死になる。これは父性発現インプリンティング遺伝子の発現欠如によると考えられてきた。申請者は新規父性発現インプリンティング遺伝子Peg10 (Paternally Expressed Gene 10)を単離し、Peg10がレトロトランスポゾン由来の遺伝子でありながら、哺乳類の初期胎盤形成に必須な機能を持つ、すなわちPeg10の発現欠如により単為発生胚が致死になることを明らかにした。(Nature Genetics 38(1):101-6 2006)最近の研究結果より、Peg10 KOマウスの胎盤では、本来抑制されている免疫反応によって発現誘導される遺伝子群が活性化しており、すなわち、Peg10が胎盤で母子間免疫寛容に機能している可能性を明らかにした。(論文未発表)これは、哺乳類がレトロトランスポゾンであったPeg10のレトロウィルスなどが持つ宿主免疫を抑制する機能を利用し、母子間免疫を抑制することで胎生機構を獲得したと考えられる。本研究は、Peg10の胎盤での詳細な機能解明を行うことで得られる結果を起点として、いかにして我々哺乳類が母子間免疫寛容機構というシステムを構築して、母子間免疫拒絶という大きな障壁を乗り越えて胎生機構を進化させたのかを解明することを目的としている研究である。解析に用いる遺伝子組み換えマウス同士の交配を行い、サンプルを採取できたので、研究計画はおおむね順調に進展している。研究の遂行に必要なサンプルは既に得られているので、これらのサンプルの遺伝子発現解析等を行うことで、母子間免疫寛容機構の解明を行う予定である。
ナノサイズ酸化亜鉛と酸化チタンの自己免疫疾患に与える影響およびそのメカニズム

ナノサイズ酸化亜鉛および酸化チタンの自己免疫疾患に対する影響について検討した。自己免疫疾患モデルとしてマウスコラーゲン関節炎炎(CIA)を用い、酸化亜鉛および酸化チタンは種々の用量、投与期間によってその暴露影響について検討した。その結果、これらナノマテリアルのCIAに対する有意な影響はみられなかった。しかし、これら暴露群においてはTh2サイトカイン産生の増加が明らかになった。したがって、ナノマテリアルはTh2依存性アレルギー疾患に影響を与える可能性がある。本研究は様々な用途に用いられているナノサイズの酸化亜鉛の自己免疫疾患に与える影響について検討することを目的とするが、まずナノ酸化亜鉛の自己免疫系に与える影響について検討した。実験動物としてはDBA/1Jマウスを用い、自己抗原としてはII型コラーゲン(CII)を使用した。動物を完全フロインドアジュバント(CFA)とともにCIIで免疫し、3週間後にマウス血清を遠心分離により得るとともに、血清中の抗CII抗体IgG2a(Th1依存性抗体)およびIgG1をELISA法によって測定した。また、脾臓細胞由来のT細胞を調整し、CIIと培養後、IFN-γ、IL-2(Th1サイトカイン)およびIL-4、IL-5(Th2サイトカイン)をサンドイッチELISA法によって測定した。ナノ酸化亜鉛の投与は、粒子径が異なるもの(15,60,600nm)を1,10,100mg/kgの用量にて1,2,あるいは3週間1日1回経口暴露した。その結果、粒子径が小さいほど、また投与量が多く投与期間の長いほどTh2依存性抗体およびTh2サイトカイン産生が増大する傾向がみられた。Th1依存性およびTh1サイトカイン産生に対しては影響がみられなかった。これらの結果はナノ酸化亜鉛の選択的なTh2促進作用傾向を示すものであるが、今後、本ナノ粒子の自己免疫系、さらに自己免疫疾患に対する影響についてさらに詳細に検討する必要がある。自己抗原としてII型コラーゲン(CII)を用い、ナノサイズの酸化亜鉛の自己免疫系に与える影響について検討した。実験動物としてはDBA/1Jマウスを用い、動物を完全フロインドアジュバント(CFA)とともにCIIで免疫し、3週間後にマウス血清を遠心分離により得るとともに、血清中の抗CII抗体IgG2a(Th1依存性抗体)およびIgG1をELISA法によって測定した。これらの結果はナノ酸化亜鉛の選択的なTh2促進作用傾向を示すものであるが、自己免疫疾患にはTh-17も重要な役割を果たしていることから、今後、本ナノ粒子のみならずナノ酸化チタンのIL-17産生に与える影響についてもさらに詳細に検討する必要がある。ナノ粒子として、酸化チタンの自己免疫疾患に対する影響について検討した。自己免疫疾患モデルとしてコラーゲン関節炎炎(CIA)を用い、CIA誘導のためDBA/1Jマウスを完全フロインドアジュバント(CFA)とともにII型コラーゲン(CII)で免疫し、3週間後に再度追加免疫した。酸化チタンの投与は、粒子径が20nmのものを1, 10, 100 mg/kgの用量にて3週間1日1回経口暴露した。一定期間後にマウス血清を遠心分離により得るとともに、血清中の抗CII抗体IgG2a(Th1依存性抗体)およびIgG1をELISA法によって測定した。また、脾臓細胞由来のT細胞を調整し、CIIと培養後、IFN-&#61543;、IL-2(Th1サイトカイン)IL-4、IL-5(Th2サイトカイン)、IL-17(Th17サイトカイン)をサンドイッチELISA法によって測定した。その結果、投与量が多く投与期間の長いほどTh2依存性抗体およびTh2、Th17サイトカイン産生が増大する傾向がみられた。これらの結果はナノ酸化チタンのTh1依存性の自己免疫疾患に対する影響は少なく、むしろTh2依存性のアレルギー疾患に影響を与える可能性を示唆するものであるが、Th17免疫反応に対しても促進効果を示したことからさらなる詳細な検討があると思われる。ナノサイズの酸化亜鉛は自己抗原II型コラーゲンに対するTリンパ球の増殖反応や抗体産生を増強する傾向を示したが、さらに詳細に検討したところ、Th1よりはTh2依存性抗体産生を促進し、また、Th1よりはTh2サイトカイン産生を増強した。したがって、これらのナノ粒子はTh1よりはTh2優位の免疫応答促進反応を有する可能性がある。

24年度が最終年度であるため、記入しない。ナノ粒子として、酸化亜鉛のみならず酸化チタンの自己免疫系に対する効果について検討する。また、自己免疫性関節炎にはTh1のみならずTh17反応が重要な役割を果たしている可能性があるため、IL-17産生に対するこれらナノ粒子の効果についても検討する。さらに制御性T細胞に与える影響について調べるため、IL-10およびTGF-βなどのサイトカインを測定する。
農業用水路の水環境と魚類の応答行動に関する研究

本研究では,魚類にとって良好な生息環境とはどのようなものかを,主として水路の水環境の側面から水理学的に検討した.すなわち,水路の水環境に対するメダカの選好特性や構造物周辺の水理特性を室内実験で把握するとともに,現地観測によって室内実験で得られた知見の検証を試みた.まず,農業用水路の水理環境に対するメダカの選好性を評価するため,室内実験を行った.流速因子および水深因子,遮蔽因子を変化させ,これらの因子に対するヒメダカの選好強度をファジィ推論によって定量化する一方で,これらの因子を多様に変化させた水槽内でのメダカの定位パターンや現地観測結果から,得られた選好強度式の検証を行った.さらに,魚巣ブロック内の流れ場の詳細な計測によってその水理環境を明らかにした.次に,個体ベースモデルによる水環境評価を視座においた魚群行動モデル構築のため,水槽実験と数値実験を行った.水槽内でメダカを自由に遊泳させ,この軌跡から,個体の特徴パラメータとして遊泳速度とNearest Neighbor Distance (NND),魚群の結合性のパラメータとして拡がり度,魚群の並行定位性のパラメータとして偏向度を選択し,水槽実験で得られた知見を基に,群行動の数理モデルを検討した.モデリングには行動パターンモデルと多層パーセプトロンモデルを採用した.数値実験によって両モデルの特徴を明らかにするとともに,水槽実験で得られた遊泳速度,NND,拡がり度,偏向度の再現には両モデルとも有効であるとの結論を得た.さらに,魚類の遊泳行動の特徴抽出を目的として,ウェーブレット解析やカオス工学のリターンマップ,フラクタル次元,相関次元,リアプノフ数を上記水槽実験で得られた遊泳軌跡に適用し,これらによって遊泳行動の定量的な特徴抽出が可能であること,魚類の安息度の評価やバイオモニタリングなどへの応用が可能であることを示した.本研究では,魚類にとって良好な生息環境とはどのようなものかを,主として水路の水環境の側面から水理学的に検討した.すなわち,水路の水環境に対するメダカの選好特性や構造物周辺の水理特性を室内実験で把握するとともに,現地観測によって室内実験で得られた知見の検証を試みた.まず,農業用水路の水理環境に対するメダカの選好性を評価するため,室内実験を行った.流速因子および水深因子,遮蔽因子を変化させ,これらの因子に対するヒメダカの選好強度をファジィ推論によって定量化する一方で,これらの因子を多様に変化させた水槽内でのメダカの定位パターンや現地観測結果から,得られた選好強度式の検証を行った.さらに,魚巣ブロック内の流れ場の詳細な計測によってその水理環境を明らかにした.次に,個体ベースモデルによる水環境評価を視座においた魚群行動モデル構築のため,水槽実験と数値実験を行った.水槽内でメダカを自由に遊泳させ,この軌跡から,個体の特徴パラメータとして遊泳速度とNearest Neighbor Distance (NND),魚群の結合性のパラメータとして拡がり度,魚群の並行定位性のパラメータとして偏向度を選択し,水槽実験で得られた知見を基に,群行動の数理モデルを検討した.モデリングには行動パターンモデルと多層パーセプトロンモデルを採用した.数値実験によって両モデルの特徴を明らかにするとともに,水槽実験で得られた遊泳速度,NND,拡がり度,偏向度の再現には両モデルとも有効であるとの結論を得た.さらに,魚類の遊泳行動の特徴抽出を目的として,ウェーブレット解析やカオス工学のリターンマップ,フラクタル次元,相関次元,リアプノフ数を上記水槽実験で得られた遊泳軌跡に適用し,これらによって遊泳行動の定量的な特徴抽出が可能であること,魚類の安息度の評価やバイオモニタリングなどへの応用が可能であることを示した.本研究では,魚類にとって良好な生息環境とはどのようなものかを,主として水路の水環境の側面から水理学的に検討することを目的とする.今年度はその第一歩として,室内実験から水路の水環境特性や構造物周辺の水理特性を把握するとともに,水環境に対する魚類の応答行動を定量化を試みた.静水中の魚群行動の数理モデルを構築するため水槽実験と数値実験を行った.実験にはヒメダカを用いた.水槽内でヒメダカを自由に遊泳させ,この軌跡から,個体の特徴パラメータとして遊泳速度とNearest Neighbor Distance(NND),魚群の結合性のパラメータとして拡がり度,魚群の並行定位性のパラメータとして偏向度を選択し,水槽実験で得られた知見を基に,群行動の数理モデルを検討した.まず,Newton力学モデルと行動パターンモデルによる数値実験によって両モデルの特徴を明らかにするとともに,水槽実験で得られた遊泳速度,NND,拡がり度,偏向度の再現には行動パターンモデルが有効であるとの結論を得た.また,多層パーセプトロンモデルを用いて魚群行動のモデリングを試みた結果,水槽実験で得られた遊泳速度,NND,拡がり度,偏向度を良好に再現することができた.さらに,魚類の遊泳行動の特徴抽出を目的として,カオス工学のリターンマップ,フラクタル次元,相関次元,リアプノフ数を上記水槽実験で得られた遊泳軌跡に適用し,これらによって定量的な特徴抽出が可能であることを示した.最後に,農業用水路の水理環境に対するヒメダカの選好性を評価するため,水理実験を行った.まず,流速因子および水深因子,遮蔽因子を変化させ,これらの因子に対するヒメダカの選好強度を定量化する一方で,魚巣ブロック内の流れ場の詳細な計測によってその水理環境を明らかにした.

本研究では,魚類にとって良好な生息環境とはどのようなものかを,主として水路の水環境の側面から水理学的に検討することを目的とする.今年度は,昨年度に引き続き,水路の水環境に対するメダカの選好特性や構造物周辺の水理特性を室内実験で把握した.さらに現地観測によって,室内実験で得られた知見の検証を試みた.まず,農業用水路の水理環境に対するメダカの選好性を評価するため,室内実験を行った.流速因子および水深因子,遮蔽因子を変化させ,これらの因子に対するヒメダカの選好強度を定量化する一方で,これらの因子を多様に変化させた水槽内でのメダカの定位パターンや現地観測結果から,得られた選好強度式の検証を行った.さらに,魚巣ブロック内の流れ場の詳細な計測によってその水理環境を明らかにした.次に,個体ベースモデルによる水環境評価を視座においた魚群行動モデル構築のため,水槽実験と数値実験を行った.水槽内でメダカを自由に遊泳させ,この軌跡から,個体の特徴パラメータとして遊泳速度とNearest Neignbor Distance (NND),魚群の結合性のパラメータとして拡がり度,魚群の並行定位性のパラメータとして偏向度を選択し,水槽実験で得られた知見を基に,群行動の数理モデルを検討した.モデリングには行動パターンモデルと自律分散型多層パーセプトロンモデルを採用した.数値実験によって両モデルの特徴を明らかにするとともに,水槽実験で得られた遊泳速度,NND,拡がり度,偏向度の再現には両モデルとも有効であるとの結論を得た.さらに、魚類の遊泳行動の特徴抽出を目的として,ウェーブレット解析やカオス工学のリターンマップ,フラクタル次元,相関次元,リアプノフ数を上記水槽実験で得られた遊泳軌跡に適用し,これらによって遊泳行動の定量的な特徴抽出が可能であること,魚類の安息度の評価やバイオモニタリングなどへの応用が可能であることを示した.本研究では,魚類にとって良好な生息環境とはどのようなものかを,主として水路の水環境の側面から水理学的に検討することを目的とした.最終年度の今年度は,過去2年間に引き続き,水路の水環境に対するメダカの選好特性や構造物周辺の水理特性を室内実験で把握した.さらに現地観測によって,室内実験で得られた知見の検証を試みた.まず,農業用水路の水理環境に対するメダカの選好性を評価するため,室内実験を行った.流速因子および水深因子,遮蔽因子を変化させ,これらの因子に対するヒメダカの選好強度をファジィ推論によって定量化する一方で,これらの因子を多様に変化させた水槽内でのメダカの定位パターンや現地観測結果から,得られた選好強度式の検証を行った.さらに,魚巣ブロック内の流れ場の詳細な計測によってその水理環境を明らかにした.次に,個体ベースモデルによる水環境評価を視座においた魚群行動モデル構築のため,水槽実験と数値実験を行った.水槽内でメダカを自由に遊泳させ,この軌跡から,個体の特徴パラメータとして遊泳速度とNearest Neighbor Distance(NND),魚群の結合性のパラメータとして拡がり度,魚群の並行定位性のパラメータとして偏向度を選択し,水槽実験で得られた知見を基に,群行動の数理モデルを検討した.モデリングには行動パターンモデルと多層パーセプトロンモデルを採用した.数値実験によって両モデルの特徴を明らかにするとともに,水槽実験で得られた遊泳速度,NND,拡がり度,偏向度の再現には両モデルとも有効であるとの結論を得た.
複層林等の施業下における土壌の理化学性の変化に関する研究

筆者らの研究によれば、樹齢3040年生以上のスギ林下の土壌では、カルシウムをはじめとする塩基が多量に蓄積し、林齢とともに表層から下層へと蓄積層厚を増した。このような塩基の蓄積、pHの上昇とともにAo層から可給態窒素やカリウムの供給も潤沢で、少なくとも普通伐期以上に達すると、スギ林では主要な地力構成要素が著しく向上することを明らかにした。これらの傾向は若齢スギ林、ヒノキ林、および広葉樹林下の土壌では認められず、ヒノキ林ではむしろ地力が減退することから、スギが共存する林型での複層林や混交林が地力を維持・増進させる可能性を強く示唆した。上記の予想は林型や土壌の違いによって差異はあるものの基本的には確認できるという成果が得られた。以下に概要を列記する。〈混交林〉スギ・ヒノキおよびアカマツ・広葉樹混交林について岩手と栃木の6林分で調査した。いずれもスギを主木とする混交林はヒノキあるいは広葉樹を主木とする混交林下の土壌よりもAo層の現存量が多く、ha当りのリン、カルシウム、窒素量が多かった。鉱質土層でもスギを主木とする林分ほど、交換性カルシウムなどの塩基、リンなど蓄積傾向がみとめられ、土壌pHは上昇した。この傾向は土壌の塩基飽和度の低い北関東の黒ボク土で一層明瞭であった。〈複層林〉スギ、ヒノキおよび広葉樹を含む複層林について栃木、千葉、岐阜など8林分で調査した。いずれの場所も上木、下木がスギで一定以上の林齢に達した林型では、上木がヒノキや広葉樹、下木がヒノキなどの林型の場合よりもha当りのAo層が多く、したがって窒素、リンおよびカルシウムも多く、鉱質土層におけるこれらの成分の富化傾向がみとめられた。こうした傾向は塩基飽和度の低い土壌の方が高い場合よりも、また礫含量が低い土壌の方が逆の場合よりもそれぞれおおきかった。初年度は塩基飽和度を異にする黒ボク土(栃木、岩手、千葉)地域および非黒ボク土地域(岐阜)を選び、林分および土壌の調査、分析を行った。結果の概要は以下のとおりである。(1)スギ、ヒノキ、ナラ、アカマツ林(単層林)を調べた結果、スギ壮齢林土壌でカルシウム、マグネシウムなど交換性塩基の蓄積がみとめられた。またこれに伴うpHの上昇や窒素、リン、カリウム、カルシウム、マグネシウムなどの養分量の増加もみとめられた。これは林齢の進行とともにこうした傾向が強まり、塩基飽和度の低い北関東の黒ボク土に成立した森林でとくに著しかった。(2)スギーヒノキ混交林では、スギ混交率が高い林分ほど土壌の理化学性に変化がみられ、スギ単層林の特徴が明瞭にあらわれた。この混交率の違いによる土壌の理化学性への影響は、黒ボク土壌では塩基飽和度の低い栃木土壌で大きく、塩基飽和度の比較的高い千葉、岩手土壌で小さかった。(3)スギーヒノキ,スギースギなどの複層林では、上木のスギ林の林齢が高いほど上述(1)のスギ単層林土壌の特徴がみとめられた。単層林や混交林と同様、複層林でも土壌の理化学性の変化の程度には土壌の母材や雨量の違いが反映することが示唆された。以上のように人工林の普通伐期程度の期間でも、樹種や施業方法の違いが土壌のpHや養分の維持改善に一定の役割を示したものとして応用的意義がある。

筆者らの研究によれば、樹齢3040年生以上のスギ林下の土壌では、カルシウムをはじめとする塩基が多量に蓄積し、林齢とともに表層から下層へと蓄積層厚を増した。このような塩基の蓄積、pHの上昇とともにA_0層から可給態窒素やカリウムの供給も潤沢で、少なくとも普通伐期以上に達すると、スギ林では主要な地力構成要素が著しく向上することを明らかにした。これらの傾向は若齢スギ林、ヒノキ林、および広葉樹林下の土壌では認められず、ヒノキ林ではむしろ地力が減退することから、スギが共存する林型での複層林や混交林が地力を維持・増進させる可能性を強く示唆した。上記の予想は林型や土壌の違いによって差異はあるものの基本的には確認できるという成果が得られた。以下に概要を列記する。〈混交林〉スギ・ヒノキおよびアカマツ・広葉樹混交林について岩手と栃木の6林分で調査した。いずれもスギを主木とする混交林はヒノキあるいは広葉樹を主木とする混交林下の土壌よりもA_0層の現存量が多く、ha当りのリン、カルシウム、窒素量が多かった。鉱質土層でもスギを主木とする林分ほど、交換性カルシウムなどの塩基、リンなど蓄積傾向がみとめられ、土壌pHは上昇した。この傾向は土壌の塩基飽和度の低い北関東の黒ボク土で一層明瞭であった。〈複層林〉スギ、ヒノキおよび広葉樹を含む複層林についてて栃木、千葉、岐阜など8林分で調査した。いずれの場所も上木、下木がスギで一定以上の林齢に達した林型では、上木がヒノキや広葉樹、下木がヒノキなどの林型の場合よりもha当りのA_0層が多く、したがって窒素、リンおよびカルシウムも多く、鉱質土層におけるこれらの成分の富化傾向がみとめられた。こうした傾向は塩基飽和度の低い土壌の方が高い場合よりも、また礫含量が低い土壌の方が逆の場合よりもそれぞれおおきかった。
ショウジョウバエ中枢神経系培養細胞株を用いた細胞増殖阻害因子の研究

ショウジョウバエ幼虫の中枢神経系(脳と腹側神経節)より継代培養可能な細胞株を樹立し、これらからクローン細胞株を16株得た。これらの細胞株の中には、昆虫の神経特異的マーカーとして知られている抗HRP抗体に対する反応性を常に持っている株と、この反応性が昆虫の変態ホルモンを与えることによって誘導されるものがあり、形態的にも数種のものに分類できた。さらに、神経細胞として特徴づけるために神経伝達物質についてHPLCを用いて調べた結果、アセチルコリンとカテコールアミンの前駆体であるL-dopaを持っているものがあることがわかった。(カテコールアミン類は検出できなかったが、L-dopaは哺乳類の神経細胞において脱分極作用を示すことが報告されており、新しい神経伝達物質候補である可能性が示唆されており、ショウジョウバエ神経細胞における役割は興味深い。)これらの結果から、得られているクローン株はそれぞれ異なる特徴を持ついくつかの神経細胞種のグループを表わすものと考えられる。神経細胞の細胞種間の相互作用を調べる目的で、異なる二種のクローン株の共存培養を行った結果、クローン株の組み合わせによって顕著な形態的変化が起こるもの、および細胞増殖の促進、または逆に阻害が起こるものがあることがわかった。さらにこれらの増殖調節作用は、メンブレンフィルターを介して二種のクローン株を培養しても同様の作用がみられたことから、細胞外へ分泌される物質によるものであると考えられる。これらの結果は同一の器官由来のクローン株の中に、細胞増殖に関しては、相反する作用を持つ物質を分泌しているものがあることを示しており生体における細胞増殖調節機構を調べるうえで非常に興味深いと考えられる。また、特に哺乳類の神経系細胞は、発生の早い時期に増殖し、増殖が停止し分化すると二度と分裂しない細胞群であるが、このような増殖停止の機構はほとんどわかっていない。したがってこの細胞増殖阻害物質の存在は特に興味深い。調べた数種の細胞株のうち、このような細胞増殖阻害作用を特に強く示す物質を分泌している細胞株はML-DmBG1であることがわかった。この物質は、自分自身には阻害作用を示さなかったが、他の中枢神経系由来細胞株には増殖を阻害する作用を示す。しかし、胚由来のKc細胞には増殖阻害作用を示さなかったので、この物質は神経系の細胞に特異的に作用するものかもしれない。この物質の性質を調べた結果、100°C,5分では失活しないが、100°C,20分では失活するものであること、キモトリプシン処理によって失活するものであることがわかった。さらに、分子量分画フィルターおよびゲルろ過により分子量を推定すると、60kd以上の比較的高分子のものであることがわかり、現在、この物質の単離を試みている。
ビニリデン・ロジウム錯体の関与する触媒的ラジカル反応に関する研究

ビニリデンカルベン(RHC=C:)は、その反応性や合成単位としての利用の点で興味ある高活性中間体である。本研究では,新しい触媒反応系の開発を目的に,この不安定活性種を金属錯体の形で発生させ高選択的合成反応に利用した。その結果,反応の過程で発生する有機金属ジラジカル中間体を組み込んだ新規炭素-炭素結合生成反応を見出した。(1)末端アセチレンを含むエンジイン化合物を合成し,一価ロジウム錯体触媒存在下での触媒反応を検討する。本反応により不飽和側鎖基を有する芳香族炭化水素が得られるが,本反応の一般性を検討した。また,中間体と考えられるビニリデンロジウム錯体(RCH=C=Rh)を別途合成し,反応が確かにこの中間体を経由していることを明らかにした。(2)次に,上記反応ではアレンエンイン系で起こる環化(Saito-Myers型環化反応)により有機ロジウム1,4-ジラジカルが発生すると予想された。この金属を含む1,4-ジラジカルの合成化学的利用を目的に、種々のアルケン共存下で反応を行い新規炭素-炭素結合生成反応を開発した。また,本反応を分子内反応にも展開し,効率的な多環状化合物の合成に成功した。(3)トリアルキルケイ素が置換した鎖状エンジイン化合物を一価ロジウム触媒存在下反応させると,中間体1,4-ジラジカルにおいて硅素上のアルキル基から選択的に1,6-および1,7-水素移動が起こり最終的に2-シラテトラリンおよび2-シラベンゾシクロヘプタンがそれぞれ生成した。また,本反応の一般性ならびに合成化学的有用性を示した。
fitness景観からの進化計算のための知識獲得に関する研究

進化計算のfitness景観を近似するモデルを構築し,このfitness景観モデルから抽出した情報を用いて進化計算の高度化を行う.第1に,既知の複数探索点と非線形回帰手法を用いてfitness景観全体を近似推定するfitness景観モデルを構築し,このモデルから本来のfitness景観に隠れている景観情報を抽出する.第2に,抽出したfitness景観情報を様々な進化計算の探索に組み合わせて探索を効率化し,進化計算の高度化を実現する.第3に,fitness景観を数理的に近似するfitness景観モデルを解析する方法を研究し,ヒューリステックな進化計算探索をより理論的に把握する手掛かりを得る.進化計算のfitness景観を近似するモデルを構築し,このfitness景観モデルから抽出した情報を用いて進化計算の高度化を行う.第1に,既知の複数探索点と非線形回帰手法を用いてfitness景観全体を近似推定するfitness景観モデルを構築し,このモデルから本来のfitness景観に隠れている景観情報を抽出する.第2に,抽出したfitness景観情報を様々な進化計算の探索に組み合わせて探索を効率化し,進化計算の高度化を実現する.第3に,fitness景観を数理的に近似するfitness景観モデルを解析する方法を研究し,ヒューリステックな進化計算探索をより理論的に把握する手掛かりを得る.
生体適合性ナノファイバマトリクスによる細胞分化能の時空間制御

申請者らが独自に構成した生体適合性ナノファイバマトリクスを用いた多能性マイクロ流体システムを構成し,胚性幹細胞(ES Cell)および誘導多能性幹細胞(iPS Cell)の分化過程とその方向を制御する.特に,神経細胞の形成に着目して神経細胞ネットワークの形成試験を行う.細胞増殖を促進しうる空間パターンと生化学材料を導入した基材を用い,神経軸索と樹状突起の生長およびシナプス接合の生成を促す.マイクロ流路と集積マイクロ電極アレイを組み合わせ,構成された神経細胞ネットワークの動的特性の解析と制御とを行う.本研究の進展により,神経系バイオマーカ・薬剤の高効率スクリーニング(HTS)テスタのみならず,バイオマシンインタフェイスのモデルが提供される.申請者らが独自に構成した生体適合性ナノファイバマトリクスを用いた多能性マイクロ流体システムを構成し,胚性幹細胞(ES Cell)および誘導多能性幹細胞(iPS Cell)の分化過程とその方向を制御する.特に,神経細胞の形成に着目して神経細胞ネットワークの形成試験を行う.細胞増殖を促進しうる空間パターンと生化学材料を導入した基材を用い,神経軸索と樹状突起の生長およびシナプス接合の生成を促す.マイクロ流路と集積マイクロ電極アレイを組み合わせ,構成された神経細胞ネットワークの動的特性の解析と制御とを行う.本研究の進展により,神経系バイオマーカ・薬剤の高効率スクリーニング(HTS)テスタのみならず,バイオマシンインタフェイスのモデルが提供される.「研究目的」申請者らが独自に構成した生体適合性ナノファイバマトリクスを用いた多能性マイクロ流体システムを構成し、胚性幹細胞(ES cell)及び誘導多能性幹細胞(iPS cell)の分化過程とその方向の制御を目的とする。特に、神経細胞の形成に着目して神経細胞ネットワークの形成試験を行う。さらに、マイクロ流路と集積マイクロ電極アレイを組み合わせて構成した神経細胞ネットワークの動的特性の解析と制御を行い、この神経細胞ネットワークの機能性を確認する。本研究テーマの達成により、神経系バイオマーカ・薬剤の高効率スクリーニング(HTS)テスタのみならず、バイオマシンインタファイスのモデルが提供されると期待できる。「研究計画及び実積」平成22年度は、主にマウスES細胞の神経細胞への分化制御を行った。神経細胞の誘導、分化に影響しうる可溶性因子をパターン化された基板上におき、マウスES細胞由来の神経細胞ネットワークを形成させることに成功した(MNE 2010,Microelectron Eng.2011)。並行して、神経ネットワーク制御を目的として、表面パターン制御、及び、集積マイクロアレイ(MEA)の構築を行った。パターン化されたマイクロ電極デバイスを用いて、動物由来の初代心筋細胞の電気信号を測定することに成功した(MNE 2010,Microelectron Eng.2011)。現在、この条件を基に、神経細胞の電気信号の測定に最適なデバイス作製を試みている。さらに、申請者らはナノファイバーを用いた幹細胞の未分化状態を制御する新規手法の開発に成功した。引き続き、パターン化されたナノファイバーを用いたES細胞由来の神経細胞ネットワークの形成を検討する。「研究目的」申請者らが独自に構成した生体適合性ナノファイバマトリクスを用いた多能性マイクロ流体システムを構成し、胚性幹細胞(ES cell)及び誘導多能性幹細胞(iPS cell)の分化過程とその方向を制御する。細胞増殖を促進しうる空間パターンと生化学材料を導入した基材を用い、神経軸索と樹状突起の成長及びシナプス接合の生成を促す。本研究が成功すると、神経系バイオマーカ・薬剤の高効率スクリーニング(HTS)テスタのみならず、バイオマシンインタファイスのモデルが提供されると期待できる。「研究計画及び実績」昨年度までに、申請者らはナノファイバーを用いた幹細胞の未分化状態を制御する新規手法の開発に成功した(2nd NanoToday International Conference 2011, 8th iCeMS international sympusium 2010, Biotechnology Lett. Under revision)。今年度は、引き続き、MEMS加工法をナノファイバーと融合し、パターン化させる新規手法の開発に取り組んだ。パターン化したナノファイバー上で、神経細胞に、直接マウスES細胞を誘導させることができ、分化した神経細胞のパターンに沿ったネットワーク形成に成功した(論文投稿準備中)。現在、この神経細胞ネットワークの機能を評価するために、マイクロアレイシステムに取り組んでいる。更に、来年度には、ヒト多能性細胞から神経細胞分化誘導に最適なナノファイバーを見出し、ヒト神経細胞ネットワーク構成を検討する予定である。また、細胞分化に影響しうる可溶性因子(NGF,BDNF等)を種別・濃度別に高効率に振り分けることを可能とする高効率スクリーニングデバイス(マイクロ流路)を構築するための、新規オープン式マイクロ流路デバイス開発に成功した(Lab on chip 2011)。本課題は、申請者らが開発した生体適合性ナノファイバマトリクスを用いて、多能性幹細胞の分化過程とその方向を制御することを目的とする。特に、心筋・神経細胞に着目し、配向した心筋細胞の電位挙動解析及び神経細胞ネットワークの形成試験を行う。本研究が成功すると、薬剤の高効率スクリーニング(HTS)のみならず、バイオマシンインタフェースモデルの提供が期待できる。平成22年度は、ナノファイバーを用いたマウスES細胞の未分化状態を制御する新規手法の開発に成功した(Biotechnology Lett.2012)。

平成23年度は、ゼラチンナノファイバーを細胞足場として、ヒトiPS/ES細胞を長期培養することに成功した(投稿準備中)。また、パターン化されたナノファイバーの作製方法を開発し、マウスES細胞由来の神経細胞ネットワーク構成に成功した(MNE 2012)。平成24年度は、これまでに構成した神経細胞ネットワークの機能を評価するために、配向したナノファイバーをマイクロアレイに取り込んだ評価システムをセットアップした。このシステムの機能をテストするために、神経細胞より強い電気信号を持つヒトiPS細胞由来の心筋細胞を用いて、電気信号の測定を試み、評価システムの最適化を行った。市販の薬剤を投入することによって、電位波形の変化が観察できた。現在、ヒトiPS細胞由来の神経ネットワークの構成実験は進行中である。今後、既に成功した心筋細胞の条件を参考にし、神経挙動解析実験を継続する。ナノファイバー上でES細胞を培養し長期的に未分化状態を維持する手法と、ES細胞由来の神経細胞ネットワーク形成については、計画以上に進展した。マイクロアレイシステムを用いて、構成されたネットワークの機能評価に関しては、マイクロアレイデバイスの作成には厳密な条件検討必要になるため、やや遅れている。来年度は、この部分に重点をおいて、研究を行う予定である。24年度が最終年度であるため、記入しない。来年度については、ナノファイバーを用いて、ヒトES/ips細胞から神経細胞への分化誘導を向上させる。また、神経ネットワークの機能を評価するために、マイクロアレイデバイスの設計や条件検討を行う。この研究を促進するために、デバイス分野を得意とするフランス・ENSに所属の共同研究者が来日する予定である。さらに、ナノファイバーをマイクロ流路と組み合わせ、高効率スクリーニングシステムを構築することにより、神経細胞への分化速度と効率を向上させる。
分子配向を利用した偏光検出型面状イメージセンサー

平成18年度は素子背面に置かれた白黒検出が可能な高性能透明有機フォトディテクターの開発に成功した。開発したデバイスは基本的に1986年にC.W.Tangが報告したp型銅フタロシアニン(CuPc)、n型ペリレン誘導体(PTCBI)積層型のデバイス構造であるが、随所に改良を加えている。まずはPTCBI薄膜をラビングし、その上に同じ材料を低速蒸着することで一軸配向した薄膜の作製に成功した。さらにCuPcとPTCBIは吸収領域が500-800nmで重なるため、CuPcより長波長側に吸収領域を有する材料の探索を行った。その結果、フタロシアニンの中心金属を変化させたTiOPcが長波長側に吸収を有しており、光電変換効率を損なうことなくデバイスを作製することが可能であった。また電荷取り出し電極/有機半導体にバッファー層の導入も行った。具体的にはITO/PTCBI界面に極薄ln金属、TioPc/Au界面にはPEDOT:PSSを挿入することで、高効率の偏光検出型光電変換素子の作製に成功し、当初の研究目的はほぼ達成された。平成19度はこれまでに得られた知見、作製技術を元に更なる特性向上とデバイス作製の簡便化に挑んだ。具体的には透明有機フォトディテクターを簡易なプロセスである塗布法で作製可能にするため、可溶性のフラーレン誘導体(n型)、可溶性のπ共役ポリマー(p型)の混合膜であるバルクヘテロ型光電変換素子の作製に取り組んだ。成果としては典型的な可溶性フラーレン誘導体のPCBMよりも、溶解性の高い材料の合成に成功しMEH-PPVとの混合膜で変換効率0.47%を達成した。また、他の成果としては、PCBMとMEH-PPVの混合膜にフラーレンを10nm挿入した場合に変換効率2.52%から2.82%にまで向上した。フラーレン薄膜を活性層と陰極間に挟むことによる効率の向上は、フラーレン層が光学的スペーサーあるいはエキシトンブロック層として機能したことによると考えられる。我々は有機分子配向薄膜の異方性に起因する吸収二色性に着目し、有機配向膜を用いた光電変換素子が優れた偏光応答特性を示すことを見出した。本研究は高い分子配向薄膜の作製、その薄膜基礎物性測定、さらに申請者らが開発した偏光検出型フォトセンサーの性能向上と応用を目的としている。具体的には1.高い一軸配向薄膜を形成する手法の開発、有機半導体の探索、合成、2.配向有機薄膜のキャリア輸送能力測定、3.色情報(赤、緑、青)検出可能な透明フォトディテクターの開発、4.有機配向膜を用いた論理素子または光電子集積回路の作製以上の4点が主目標である。平成18年度は素子背面に置かれた白黒検出が可能な透明有機フォトディテクターの開発に成功したので概要を報告する。

さらにCuPcとPTCBIは吸収領域が500-800nmで重なるため、CuPcより長波長側に吸収領域を有する材料の探索を行った。その結果、フタロシアニンの中心金属を変化させたTiOPcが長波長側に吸収を有しており、光電変換効率を損なうことなくデバイスを作製することが可能であった。また電荷取り出し電極/有機半導体にバッファー層の導入も行った。具体的にはITO/PTCBI界面に極薄In金属、TioPc/Au界面にはPEDoT:PSSを挿入することで、高効率の偏光検出型光電変換素子の作製に成功した。これらの成果が国際的に評価の高い学術雑誌に掲載されていることからも、本研究で得られた成果は来年度の展開に大きく寄与できる。前年度に、素子背面に置かれた白黒の検出が可能な透明有機フォトディテクターの作製に成功し、国際的に評価の高い学術雑誌に投稿し掲載されている。これより、有機半導体を用いた検出器を作製する当初の研究目的はほぼ達成された。今年度はこれまでに得られた知見、作製技術を元に更なる特性向上とデバイス作製の簡便化に挑んだ。前年度の透明有機フォトディテクターの素子構成は有機太陽電池の典型材料である金属フタロシアニンとペリレン誘導体の真空蒸着積層膜であり、材料、素子構造の面において従来型と同じであった。今年度は透明有機フォトディテクターを簡易なプロセスである塗布法で作製可能にするため、可溶性のフラーレン誘導体(n型)、可溶性のπ共役ポリマー(p型)の混合膜であるバルクヘテロ型光電変換素子の作製に取り組んだ。成果としては典型的な可溶性フラーレン誘導体のPCBMよりも、溶解性の高い材料の合成に成功しMEH-PPVとの混合膜で変換効率0.47%を達成した。また、他の成果としてはPCBMとP3HTの混合膜と陰極の間にフラーレンを5nm挿入することで、変換効率が1.81%から2.06%に向上し、PCBMとMEH-PPVの混合膜にフラーレンを10nm挿入した場合には2.52%から2.82%にまで効率が向上した。フラーレン薄膜を活性層と陰極間に挟むことによる効率の向上は、フラーレン層が光学的スペーサーあるいはエキシトンブロック層として機能したことによると考えられる。
関数プログラムの並列実行に関する研究

本研究は、関数プログラミングの方法論を支援する並列実行システムの構築に関して基礎的な問題の解決法を追究したものである。関数プログラムの実行システムの実現については最近のハ-ドウェア技術の進歩による部分も大きいが、一般の計算機上で実現した関数プログラムの実行系は手続き型のものに比べて効率が悪いことは事実である。また、逐次計算機で関数プログラムを実行する際には本質的な問題があることも知られている。本研究では関数プログラムの並列実行を対象としてこの問題の解決法を探究した。関数プログラミングの方法論を実践する上では(複数個の処理装置による)並列実行システムが重要な役割を果たすものと考えられるからである。研究を進めるにあたっては、関数プログラミングの方法論を確立するための基礎的な研究の過程として、一般的なハ-ドウェアを用いて実験的な処理系を実現し、成果をただちに方法論の研究に活用することを考慮した。第1段階として、逐次実行における遅延評価の問題点を並列実行によって解決する方法を考察した。この研究成果は関数プログラムの並列実行に関して物理的なプロセッサの割当てやプロセッサの結合方式を抽象したものであるが、共有メモリ型マルチプロセッサシステムに直ちに移行することのできるものである。第2段階として、複数個のプロセッサからなるネットワ-ク分散型のマルチプロセッサによる関数プログラムの並列実行系を設計・作成した。ここでは、遅延評価に基づく関数プログラミングに特徴的なストリ-ムを用いるプロセスネットワ-クのモデルに着目して、これを分散並列実行系で実現する方式を考案し、複数個の処理装置が通信路で結合された粗結合マルチプロセッサシステム上に関数プログラムの分散並列実行システムを構築し、その有効性を確認した。プログラムを数学上の関数(写像)として記述する関数プログラムは検証・変換・合金などプログラムの性質を明らかにする上で極めて有効なものであり、新たなプログラミング方法論の基礎となることが期待される。関数プログラムには手続き型のプログラムには見られない並列実行に適した性質(参照透明性)があり、以前から注目されてきている。しかし、これまでの関数プログラムの並列実行に関する研究では、時間のための並列性が強調されていて、記憶領域の有効利用のための並列性がより重要であることが明らかにされたのは最近のことである。本研究では関数プログラムを要求駆動のもとで並列に実行することにより、この点を解決して、手続き型プログラムに匹敵する処理効率を得るための基礎的な研究を行なっている。本年度は関数プログラムの性質を明確にするためにワ-クステ-ションのサ-バ機能を用いて関数プログラムの動作解析支援系を作成した。また、試験的な関数型言語の処理系を作成し,各種プログラムの動作の解析を行なうとともに,トランスピュ-タによる並列プロセッサシステム上で並列関数プログラミングの基礎的な実験を行なった。その成果の一部は情報処理学会・日本ソフトウェア科学会の研究会で報告したほか,IFIP(国際情報処理連盟)WG2.1の会合で発表・討議した。本年度は、昨年度の研究成果を関数プログラムの分散並列実行方式の研究へと発展させ、実用的な関数プログラムの実行システムの実現法を研究した。関数プログラミングの方法論を実践する上では(複数個のプロセッサによる)並列実行システムが重要な役割を果たすという観点から、複数個のプロセッサからなるネットワ-ク分散型のマルチプロセッサによる関数プログラム並列実行系を設計・作成した。この方式は現在、容易に入手することのできるプロセッサによるネットワ-ク上に関数プログラムの並列実行システムを構築する方法としてきわめて効果的である。本研究の目的である関数プログラミングを支援するシステムの実現に関して、この成果は十分に活用されるものと考えられる。
中性子捕捉療法におけるMRSを用いた腫瘍内ホウ素分布の非侵襲的モニタリング

ホウ素中性子捕捉療法(boron neutron capture therapy:BNCT)の治療効果は,腫瘍内に取り込まれたホウ素化合物(boronophenylalanine:BPA)のホウ素量とその分布に大きく依存する.BNCTでは,「腫瘍内のホウ素分布は均一である」という前提で治療計画が立案されているが,実際の腫瘍内(ミクロレベル)でのホウ素分布は不均一であるため,治療計画で立案された患者に付与される線量は正確ではない.そこで,本申請者は,MRS(magnetic resonance spectroscopy)を用いてホウ素量及びホウ素分布の均一性(あるいは不均一性)を評価する手法を確立し,より高精度なBNCTを達成することを目的とした.本申請者は,生体深部の代謝情報を非侵襲的に取得できるMRSに着目した.MRSは主に脳腫瘍を対象とし,脳内代謝物(Cho,Cr,NAA)の濃度比(Cho/Crなど)を定量できる.なかでも,Choは細胞膜輸送に関係するリン脂質の材料であり,神経細胞やグリア細胞等の細胞密度に相関する場合が多い.これは,Choが細胞膜輸送の増減に関わることを示唆している.したがって,Choを定量評価することにより,細胞膜輸送で腫瘍内に取り込まれるBPA量(ホウ素量)を推定できる可能性がある.本検討を実施するにあたり,平成29年度までに任意の見かけの拡散係数を持つポリエチレングリコール(polyethylene glycol:PEG)を用いたファントムの作製に成功し,データ取得条件の最適化に取り組んだ.平成30年度はこのPEGファントムの特性(繰返し性,再現性,経時変化)の評価に取り組み,その研究成果を国際学会で発表した.ホウ素中性子捕捉療法(boron neutron capture therapy:BNCT)の治療効果は,腫瘍内に取り込まれたホウ素化合物(boronophenylalanine:BPA)のホウ素量とその分布に大きく依存する.BNCTでは,「腫瘍内のホウ素分布は均一である」という前提で治療計画が立案されているが,実際の腫瘍内(ミクロレベル)でのホウ素分布は不均一であるため,治療計画で立案された患者に付与される線量は正確ではない.そこで,本申請者は,MRS(magnetic resonance spectroscopy)を用いてホウ素量及びホウ素分布の均一性(あるいは不均一性)を評価する手法を確立し,より高精度なBNCTを達成することを目的とした.本申請者は,生体深部の代謝情報を非侵襲的に取得できるMRSに着目した.MRSは主に脳腫瘍を対象とし,脳内代謝物(Cho,Cr,NAA)の濃度比(Cho/Crなど)を定量できる.なかでも,Choは細胞膜輸送に関係するリン脂質の材料であり,神経細胞やグリア細胞等の細胞密度に相関する場合が多い.これは,Choが細胞膜輸送の増減に関わることを示唆している.したがって,Choを定量評価することにより,細胞膜輸送で腫瘍内に取り込まれるBPA量(ホウ素量)を推定できる可能性がある.本検討を実施するにあたり,平成28年度は脳腫瘍モデルファントムの作製に取り組んだ.ファントム素材としてポリエチレングリコール(polyethylene glycol:PEG)を採用することにより,腫瘍内における拡散の度合いをコントロールできるファントムの作製に成功した.本申請者は,PEGを用いた脳腫瘍モデルファントムの作製に取り組み,PEG濃度を調整することによって腫瘍内における拡散の度合いをコントロールできることを確認しており,本研究で掲げた当初の目標は概ね達成されている.ホウ素中性子捕捉療法(boron neutron capture therapy:BNCT)の治療効果は,腫瘍内に取り込まれたホウ素化合物(boronophenylalanine:BPA)のホウ素量とその分布に大きく依存する.BNCTでは,「腫瘍内のホウ素分布は均一である」という前提で治療計画が立案されているが,実際の腫瘍内(ミクロレベル)でのホウ素分布は不均一であるため,治療計画で立案された患者に付与される線量は正確ではない.そこで,本申請者は,MRS(magnetic resonance spectroscopy)を用いてホウ素量及びホウ素分布の均一性(あるいは不均一性)を評価する手法を確立し,より高精度なBNCTを達成することを目的とした.本申請者は,生体深部の代謝情報を非侵襲的に取得できるMRSに着目した.MRSは主に脳腫瘍を対象とし,脳内代謝物(Cho,Cr,NAA)の濃度比(Cho/Crなど)を定量できる.なかでも,Choは細胞膜輸送に関係するリン脂質の材料であり,神経細胞やグリア細胞等の細胞密度に相関する場合が多い.これは,Choが細胞膜輸送の増減に関わることを示唆している.したがって,Choを定量評価することにより,細胞膜輸送で腫瘍内に取り込まれるBPA量(ホウ素量)を推定できる可能性がある.本検討を実施するにあたり,平成29年度はポリエチレングリコール(polyethylene glycol:PEG)の濃度および分子量を調節することで,任意の見かけの拡散係数を持つPEGファントムの作製に成功した.また,本PEGファントムを用いたデータ取得条件の最適化を試みた.本申請者は,PEGを用いた脳腫瘍モデルファントムの作製に取り組み,PEG濃度およびPEG分子量を調整することによって拡散の度合いをコントロールできることを確認している.さらに,任意の見かけの拡散係数を持つPEGファントムの作製にも成功し,データ取得条件の最適化に取り組み,本研究で掲げた当初の目標は概ね達成されている.

ホウ素中性子捕捉療法(boron neutron capture therapy:BNCT)の治療効果は,腫瘍内に取り込まれたホウ素化合物(boronophenylalanine:BPA)のホウ素量とその分布に大きく依存する.BNCTでは,「腫瘍内のホウ素分布は均一である」という前提で治療計画が立案されているが,実際の腫瘍内(ミクロレベル)でのホウ素分布は不均一であるため,治療計画で立案された患者に付与される線量は正確ではない.そこで,本申請者は,MRS(magnetic resonance spectroscopy)を用いてホウ素量及びホウ素分布の均一性(あるいは不均一性)を評価する手法を確立し,より高精度なBNCTを達成することを目的とした.本申請者は,生体深部の代謝情報を非侵襲的に取得できるMRSに着目した.MRSは主に脳腫瘍を対象とし,脳内代謝物(Cho,Cr,NAA)の濃度比(Cho/Crなど)を定量できる.なかでも,Choは細胞膜輸送に関係するリン脂質の材料であり,神経細胞やグリア細胞等の細胞密度に相関する場合が多い.これは,Choが細胞膜輸送の増減に関わることを示唆している.したがって,Choを定量評価することにより,細胞膜輸送で腫瘍内に取り込まれるBPA量(ホウ素量)を推定できる可能性がある.本検討を実施するにあたり,平成29年度までに任意の見かけの拡散係数を持つポリエチレングリコール(polyethylene glycol:PEG)を用いたファントムの作製に成功し,データ取得条件の最適化に取り組んだ.平成30年度はこのPEGファントムの特性(繰返し性,再現性,経時変化)の評価に取り組み,その研究成果を国際学会で発表した.より高精度のBNCTを実現するためには,ミクロレベルのホウ素分布を画像化して治療計画に活用することが必要である.そこで,平成29年度は,PEGを素材とした脳腫瘍モデルファントムを用いてBPAを定量化するためのMRSデータ取得条件の最適化に取り組む.MRSデータ取得条件を最適化することにより,BPAを封入した脳腫瘍モデルファントムを用いてホウ素量(BPA濃度)を定量できる可能性がある.ホウ素量(BPA濃度)の定量値はホウ素分布を画像化する際の元データとなるため,ファントムの経時変化やMRSデータ取得における再現性(繰返し性)を含めた特性評価を実施する予定である.本申請者は,これまでに脳腫瘍モデルファントム(基礎ファントム)を作製し,データ取得条件の最適化に取り組んできた.しかし,本ファントムの特性(温度依存性,繰返し性,再現性,経時変化など)は明らかにできておらず,より精緻に評価する必要がある.特に,再現性と経時変化に関しては実験に時間を要するため,本実験を継続して行っていく予定である.また,現在の脳腫瘍モデルファントムを臨床データに近づけるための追加実験も必要であると考えている.これまでに得られた研究成果に関しては,国際学会での発表を視野に入れている.