hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
糖尿病による心血管障害におけるROCKの役割：基礎から臨床へ

細胞実験および動物実験によって、高糖状態によりROCK活性が亢進、活性酸素種が増幅、血管内皮機能は低下するが、ROCK阻害薬によって、それらは改善することを確認した。臨床研究では、糖尿病においてROCK活性が亢進傾向を認めた。これらトランスレーショナル研究により、糖尿病患者においてROCKは治療ターゲットとなり得る可能性、また糖尿病により惹起される心血管疾患において有用なバイオマーカーとなり得る可能性が示唆された。本研究は、糖尿病、高血糖によるROCK活性の亢進が、eNOSのuncouplingを介して、どのように血管機能、動脈硬化の進展に影響を及ぼすかをトランスレーショナル研究によって検討するものである.(1)昨年度における内皮細胞を用いた研究では,高糖培養液によってeNOSの発現の亢進が認められ、ROCK活性の亢進(p-MBS/t-MBSの亢進)が認められた。eNOSのuncoupling、NOの減少、ROS産生の増加も認めらたが、ROCK1+/-、ROCK2+/-マウスより培養した内皮細胞を用いた検討はまだなされていない。(2)当該年度における臨床研究においては、糖尿病患者において血管内皮機能の低下、ヒト白血球ROCK活性の亢進を認めた。現時点では、まだ介入試験など実施できていないが、今後更なる検討が必要である。本研究は、糖尿病、高血糖による細胞内ROCK活性の亢進が、eNOSのuncouplingを介して、どのように血管機能、臓器障害、動脈硬化の伸展に影響を及ぼすかを細胞実験、マウス実験、臨床研究を通じたトランスレーショナル研究によって検討するものである。(1)これまでの検討では、高糖培養液によってeNOSの発現はわずかではあるが亢進しており、thrombin、LPA、LPSといった試薬刺激によるeNOS発現の低下とは異なることが判明した。しかしながら、全ての試薬刺激同様に、高糖培養液刺激によってもROCK活性(p-MBS/t-MBS)は亢進していた。高糖培養液によるROCK活性の亢進に伴ってeNOSのuncouplingは増加し、ROCK阻害薬の投与によってROCK活性およびeNOSのuncouplingは減少した。(2) STZ投与による(1型糖尿病モデル)マウス大動脈、db/dbマウス(2型糖尿病モデル)大動脈におけるROCK活性とeNOSのuncouplingは亢進し、ROCK阻害薬の投与によって双方ともに軽減傾向を認めたが、現在もその実験は実行中である。(3)臨床研究においては、非糖尿病患者と比して、糖尿病患者において血管内皮機能の低下、ヒト白血球ROCK活性の亢進を認めたが、今後は介入試験などによる検討を施行予定である。細胞実験を用いたin vitro実験は順調に進んでいたが、HPLCによる検討が成功と失敗の繰り返しであり、何度もリピート実験を繰り返す必要があるために、やや遅れ気味である。マウス研究も、糖尿病モデルが個体によって異なることも多く、また実験前にマウスが死亡してしまうことも少なくないために、やや遅れ気味である。実験結果自体は、仮説と非常に相同性が高く、順調である。高血糖における心血管疾患は、心筋梗塞、脳卒中、閉塞性動脈硬化症などの糖尿病性大血管症のみならず、糖尿病性腎症・神経症・網膜症といった小血管が障害されることが大きな特徴である。本研究は、糖尿病や高血糖による細胞内ROCK活性の亢進が、eNOSのuncouplingを介して、どのように血管機能、臓器障害、動脈硬化の伸展に影響を及ぼすかを細胞実験、マウス実験、臨床研究を通じたトランスレーショナル研究によって検討するものである。(1)これまでの検討では、高糖培養液によってeNOSの発現は亢進、もしくは変化がなく、試薬刺激によるeNOS発現の低下とは異なることが判明した。また高糖培養液刺激によってROCK活性の亢進を認めた。高糖培養液によるROCK活性の亢進に伴ってeNOSのuncouplingは著名に増加したが、ROCK阻害薬の投与によってROCK活性およびeNOSのuncouplingは有意に減少した。(2) STZ投与による(1型糖尿病モデル)マウスの大動脈、db/dbマウス(2型糖尿病モデル)の大動脈においてROCK活性とeNOSのuncouplingの亢進を認め、ROCK阻害薬の投与によってROCK活性とeNOSのuncouplingとも有意な軽減を認めた。(3)臨床研究においては、非糖尿病患者と比して、糖尿病患者において血管内皮機能の低下を認め、またヒト白血球ROCK活性の亢進を認めた。細胞を用いたin vitro実験は順調に進んでいるが、遺伝子改変動物であるROCK1およびROCK2ノックアウトマウスを用いたin vitro研究はまだ途中である。マウスを用いた実験は順調に進んでいるが、まだ測定は完全ではなく、もうしばらく実験を続ける必要がある。臨床研究においては、介入試験がまだ進んでいないが、糖尿病患者における血管内皮機能障害、白血球ROCK活性の亢進を認めており、仮説に准じた結果が得られている.

理由:順調に検討が進んでいる理由として、共同研究者や研究分担者とのコミュニケーションが非常に充実していることが挙げられる。平成28年度は、1)内皮細胞を用いたin vitro実験を完成させるため、ROCK1およびROCK2ノックアウトマウスより培養した内皮細胞を用いて、高血糖によるROCK活性の亢進、ROCK活性を介したeNOS uncouplingの亢進のメカニズム解明に重点を置いて検討する予定である。2)マウス研究においても、まずはSTZマウスとdb/dbマウスによる検討を完成させ、その後にROCK1およびROCK2ノックアウトマウスによる検討に取り組む予定である。3)臨床研究では、糖尿病患者において非糖尿病患者と比しての白血球ROCK活性、血管内皮機能を検討し、様々な介入試験(食事・運動・薬剤)を行う予定である。医歯薬学循環器内科学平成27年度は,1) ROCK1およびROCK2ノックアウトマウスより培養した内皮細胞を用いたin vitro検討、すなわちROCKによるeNOS uncoupling制御の機序について中心的に検討を行う予定である.2)マウスを用いたin vivo研究も進めていく。3)臨床研究では、非侵襲的な白血球ROCK活性による検討を中心として行う予定である。糖尿病患者における薬剤、運動、食事療法の介入試験を開始予定である。物品が予測よりも低下で購入できたため。実験に必要な物品を次年度購入し、適切に使用する。
半導体表面における立体選択的光電子移動反応系の開発

研究者らは、酸化チタン(TiO_2)や硫化カドミウム(CdS)などの半導体粉末の光触媒反応により、天然に存在するアミノ酸の一種であるL-リシン(Lys)などのジアミノカルボン酸が脱アミノ環化して、効率よくピペコリン酸(PCA)に変換されることを報告してきた。このような半導体光触媒反応は有機合成のツールとして多くの利点をもっている。たとえば、(1)半導体粉末粒子の表面で、正孔による酸化と励起電子による還元が同時に起こる、すなわちひとつひとつの粒子が微小な光電気化学セルとして機能する。しかし、(2)電解反応系のように支持電解質を必要としない。また、(3)光触媒は反応後に分離することが容易で、再使用が可能である、などの特長があげられる。本研究では、Lysの光触媒反応の応用として、カルボキシル基がひとつ多い2,6-ジアミノピメリン酸の光触媒N-環化反応によるtrans-ピペリジン-2,6-ジカルボン酸(trans-PDC)の合成について検討した。触媒として、種々の条件下で前処理した市販CdSを用い、前処理によって触媒表面、すなわち電子移動場を制御して、生成物を立体選択的に得ることを目的とした。その結果、少量の空気を混入させながら、アルゴン気流下、1023Kで熱処理することによりきわめて高活性で、かつ、trans-PDCの選択性が高い触媒が得られた。種々の熱処理条件で触媒を調製し、その物性と光触媒活性を比較検討したところ、表面のイオウ原子が脱離したものが好成績であることが明らかになった。
集束イオンビーム走査による試料表面の二次電子像コントラストに関する研究

微細加工に用いられるガリウム集束イオンビーム装置には、加工表面を走査し、放出二次電子を輝度信号にして走査像を形成する、走査イオン顕微鏡機能(SIM)があり、材料コントラスト、チャネリングコントラスト、表面形状コントラスト、電圧コントラストなど多くの点で、従来の走査電子顕微鏡(SEM)に比べて優れている。本研究はこのSIM像のSEM像との違いの原因を明らかにし、ユーザーの経験に頼りがちな加工表面観察の詳細な解析を支援するソフトウエアの開発を目的として進めた。平成14年度、ダイレクトシミュレーションモデルとガリウムイオンの固体内電子励起断面積を用いた計算機シミュレータを開発し、材料コントラスト、情報深さと横方向広がりの違いの原因を明らかにした。平成15年度は、さらにシミュレータを改良し、凹凸表面の例として半円筒モデルとステップモデルを用いて表面形状コントラストの違いを調べ、SIM像がSEM像に比べてシャープに見える原因を明らかにした。平行して、半導体デバイスに使用される代表的な絶縁物の二酸化珪素について二次電子像を評価するシミュレータを開発した。さらに、各場所での二次電子強度の表面分布から二次電子像を再構成するプログラムを作成し、これまで開発したシミュレータと組み合わせてSIM像観察による表面解析を支援するソフトウエアを作製した。Ga集束イオンビーム(FIB)を用いた走査イオン顕微鏡(SIM)の像コントラストは、走査電子顕微鏡(SEM)の場合と著しく異なることがしばしば観測されている。本研究では、SHM像とSEM像の違いの原因を明らかにする目的で、電子衝撃による二次電子放出に用いられるダイレクトシミュレーションモデルと、部分波展開法を用いて計算したGaイオンの固体内電子励起断面積を用いた計算機シミュレーションコードを開発した。開発したコードを用いたこれまでのシミュレーションで、低Z(原子番号)材では入射イオンだけでなく、イオンとの弾性衝突によってエネルギーを与えられた固体内反跳原子も二次電子励起に寄与すること、また高Z材において、固体内での頻繁な弾性衝突によるエネルギー損失が入射イオンの二次電子生成を抑制することなどが分かった。これらの効果により、試料元素のZが大きくなると二次電子収量が減少する、SEMとは逆のSIM像の特徴を説明することができた。さらに、放出された二次電子の固体内励起位置分布の解析から、SIM像とSEM像の情報深さの違いと横方向の広がりの違いを明らかにした。特に、二次電子励起が浅く広がりの小さいSIMが、SEMより表面に敏感で、境界のはっきりした像が得られることを示した。これらは、経験的観測事実と一致する。また、電子入射における後方散乱電子(BSE)やGaイオン入射における低Z試料中の反跳原子による二次電子励起が、二次電子励起位置の横方向の広がりを増加することなどが分かった。昨年度開発したシミュレータをさらに改良し、凹凸表面の例として半円筒モデルとステップモデルを用いて表面形状コントラストの違いを調べ、SIM像がSEM像に比べてシャープに見える原因を明らかにした。結晶材料に対応するシミュレータの開発も行い、チャネリングコントラストについても検討し、二次電子収量とスパッタリング収量の結晶方位による変化を調べ、近くその成果を公表する予定である。
ナノスケール空間内の水の相挙動と相転移ダイナミクス

準2次元(スリット状)および準1次元(カーボンナノチューブ状)細孔内に拘束された水の相挙動を分子シミュレーションに基づき調べた。細孔壁が疎水性であり、かつ細孔サイズがナノメートル程度である場合、無秩序な水素結合ネットワークをもつ液相と完全な水素結合ネットワークをもつ固相との間の特異な相転移と相平衡が存在する可能性が明らかになった。1スリット状細孔内(疎水壁間)の水壁に平行な方向の圧力テンソルを一定に保ち温度を徐々に下げていくと、液体からほぼ完全な水素結合をもつアモルファス相への相変化が起こることを示した。アモルファス相は二層の水分子からなり、層内では水素結合の6員環のみならず5,7,および8員環が存在し、先に見つかった6員環のみからなる準2次元の結晶相とは異なる構造をもつ。しかし水素結合ネットワークにはほとんど欠陥がなく、拡散係数もバルクの氷と同じ程度であることがわかった。この結果は水のPolyamorphic転移(無秩序相間の相転移)の存在を初めて明確に示したものである。2カーボンナノチューブ内部の水カーボンナノチューブ内部に水を閉じこめ高温相(液体状態)から徐々に温度を下げていくと、低温相は4員環が一次元方向につながった氷(四角アイスナノチューブ)であることがわかった。カーボンナノチューブの直径を調整することにより、低温相が五角形、六角形、および七角形のアイスナノチューブとして存在することも明らかになった。液相と六角および七角形のアイスナノチューブ相の間の相転移は鋭い一次相転移であるが、液相と四角および五角形のアイスナノチューブ相のと間の相変化は温度および圧力を変化させる経路により連続的である場合と一次相転移である場合があることがわかった。等温曲線、自由エネルギー、および構造秩序変数の計算結果から、準1次元系において固液平衡の臨界点が存在する可能性を示した。ナノスケール空間に拘束された水の相挙動を準2次元系と準1次元系において調べた.第一に準2次元系においては,スリット状の細孔に拘束された水を冷却すると準2次元のアモルファス氷への相転移が起こることを分子動力学シミュレーションに基づき明らかにした.この転移は水を幅1nm未満の疎水性スリット状細孔に閉じ込めたとき,大気圧下のバルク水の凝固点より高い温度で起こる「1次相転移」である.すなわち,密度,内部エネルギー,エントロピーなどが転移点で不連続に変化する.閉じ込められた液体状態にある水は不完全でランダムな水素結合網を形成しているが,転移後のアモルファス相はさまざまな水素結合多角形からなる「完全な結合網」をもつ.完全な水素結合ネットーワークをもつという点で結晶の氷と似ているが,長距離秩序はもたない.このように液体から固体状のアモルファス相への1次相転移が水において確認された.この研究は,英科学誌Natureに掲載された.第二に準1次元系においては,多角形氷ナノチューブの構造を解析した.一般にN角形のリングが積み重なった準1次元氷「氷ナノチューブ」は完全な水素結合ネットワークを形成できることに注目し,4から8角形までのそれぞれの構造で,エネルギー極小構造を見出した.各リングに沿った水の分子内OH bondの向きは,時計回りと反時計回りの二種類のいずれかをとることができる.N角柱の辺に沿ったOH bondの向きは,全てが同じ向き,上または下,に向かなければならないのみならず,それぞれの辺の向きが互い違いにならなければならないことが見出された.各系で最安定の配置を特定,比較したことから,無限に長いN角形氷ナノチューブでは,5角形または6角形が最も安定であることが解った.さらに,水の分子数が少ない場合は4角形のチューブ状クラスターが安定で,ある分子数以上になると5角形または6角形がエネルギー的により安定になることを示した.この研究はJ.Chem.Phys.に発表された.準2次元(スリット状)および準1次元(カーボンナノチューブ状)細孔内に拘束された水の相挙動を分子シミュレーションに基づき調べた。

液相と六角および七角形のアイスナノチューブ相の間の相転移は鋭い一次相転移であるが、液相と四角および五角形のアイスナノチューブ相のと間の相変化は温度および圧力を変化させる経路により連続的である場合と一次相転移である場合があることがわかった。等温曲線、自由エネルギー、および構造秩序変数の計算結果から、準1次元系において固液平衡の臨界点が存在する可能性を示した。
複数言語に対応できる高速ハードウェアコンパイルエンジンの試作

プログラムを高速に実行する上で、それをもっとも高速に実行できるよう翻訳、最適化するコンパイルの過程は不可欠である。ところが、プログラムの開発や研究教育を目的とするシステムでは、プログラムの開発に伴う頻繁なコンパイルが計算機利用の大部分を占めてしまい、システムの実用性を低下させている。従って、コンパイルの速度を高めかつその処理をシステムの本体となる計算機から切り離すことができるならば、これらのシステムをより実用的なものとするとともに、本体となる計算機の能力をより高度な処理のために使うことが可能となる。本研究では、このような状況をふまえ、実用的な手続き型言語を高速にコンパイルできるコンパイルエンジンをハードウェアによって実現した。ソフトウェアによるコンパイラの実現技術は比較的成熟した状態にあるが、これをハードウェアとして実現する場合には、ハードウェアの特性である並列性や高速なテーブルの検索などを最大限に活用し、高速に実行できることを前提として、アルゴリズムを再編成する必要がある。また、このハードウェアコンパイラの実現にあたって、直接実行型計算機の構成技術や実行アルゴリズムを応用した部分もある。実際にハードウェアコンパイラを設計するにあたって、色々な言語を翻訳できるように、言語仕様に依存する部分を実行前に設定できるようにすることにした。また、高速化と実現のやり易さのために、ハードウェア全体を字句解析、構文解析、意味解析、コード生成の4つの機能的モジュールに分割して構成することとした。字句解析器は、直接実行型計算機のものを性能を少し落としてハードウェアを簡略化する方向で採用した。構文解析器は、LR型とし、YACLの生成するテーブルに準拠するようにしている。意味解析器は、高速のためにトランスピュータを複数台接続して、並列意味処理を行うようにしている。PASCALのサブセットに対して、ハードウエア向きのコンパイルアルゴリズムを開発し、ハードウエアコンパイラの具体的な設計を行った。複数の言語に対応するための工夫として、言語の仕様に依存する度合の小さいスキャナやパーサは、高速の専用のハードウエアとして実現し、意味解析部やコード生成部は、手続き的なアルゴリズムを実行するメカニズムを採用した。コンパイルアルゴリズムの設計に際しては、高速にコンパイルできるように構成するために、トップダウンの解析を前提として、文法をLL(1)で定義し、これをさらに、専用のスキャナやパーサのハードウエアに適した形に変換する。具体的な設計の手法としては、直接実行型計算機UDECで採用した実行文法を記述しハードウエアに適した形に変換するやり方を、ほとんどそのまま翻訳文法の記述の形式と変換の形式として使用した。ハードウエアの構成方法に関しては、基本的には、UDECで使用したモジュールレベルのパイプラインアーキテクチャを採用した。UDECのモジュールのうち、スキャナやパーサのハードウエアは、ほとんど同じものが使用できるので、これらの機能を改良して使用することにし、新しいモデルをレジスタ転送レベルで記述して、シミュレーションを行い、ハードウエアの具体的設計へと進んだ。他のモジュールに関しては、機能レベルの設計を高級言語で検証してから同様のステップで設計を進めた。このような設計手法をサポートするために、新たにハードウエア記述言語HaDesを設計して実現した。以上の作業は、今年度入手した、サポート用のマイクロコンピュータシステムであるSUN3/52μ上で行い、この結果に基いて、現在ハードウエアの論理設計や実装設計とハードウエアの製作に取りかかっているところである。プログラムの作成の過程で重要な位置を占める道具として、コンパイラなどの言語処理系があるが、一般にコンパイラはその処理速度がおそく、大きなプログラムをコンパイルする場合には、少しの変更に対しても大量の時間を必要とする。そこで、コンパイル時間を普通のソフトウェアのコンパイラに比べ、10から100倍にできるハードウェアのコンパイラを試作して、高速コンパイラが実現できることを実証できることを示した。具体的には、62年度にひきつづき、ハードウェアの製作を行った。ハードウェアは、全体で4つのユニットで構成されており、これをホスト計算機であるSUN4/110Mに接続している。

ハードウェアコンパイラのうち、スキャナ(字句解析器)とパーサ(構文解析器)は、専用のハードウェアとして構成した。スキャナは、直接実行型計算機UDECの字句解析プロセッサのハードウェアを簡単にして、構成している。パーサは、YACCの生成するパース制御テーブルを基本的には使用できるように設計されたLR型のパーサとしている。これらのユニットともに、専用ハードウェアではあるが、言語定義にあたる部分を外から設定できるようになっている。意味解析ユニットとコード生成ユニットは、トランスピュータを用いて構成した。とくに、意味解析処理には、並列処理を行うことを前提として、並列意味解析アルゴリズムを設けて試用した。この並列意味処理アルゴリズムでは、もとの言語定義のレベルで属性文法の記述を拡張して、並列意味処理可能な部分を明示的に指定しておき、コンパイル時に、ソースプログラムの解析をしながら、並列意味処理が可能なところを見出して、これを分散させるという方式を採用している。現在、言語としては、PL10に関しては、ほぼ完全に、またPASCALについては一部が処理可能となっている。
超高容量なリチウム空気電池セルを実現するカーボンナノチューブシート空気極の研究

電気自動車や再生可能エネルギーの普及には、大量のエネルギーをコンパクトかつ低コストに蓄えることができる蓄電池が必要とされている。リチウム空気電池は、原理上は現在のリチウムイオン電池と比べ10倍超のエネルギー密度をもっており、極めて高容量なセルを作成しうる。ところが実際のリチウム空気電池セルでは、カーボン正極(空気極)に析出する放電生成物による目詰まり、あるいは不動態化が起きることから、大きな容量を引き出すことは難しい。その中で最近、シート状のカーボンナノチューブ(CNT)を空気極に用いたセルにおいて、従来より飛躍的に大きな放電容量を取り出せることがわかった。本研究では、CNTシート空気極が高容量化をもたらすメカニズムを明らかにし、安定かつ高容量なCNTシート空気極の設計指針を確立することを目標としている。平成29年度までに、CNTシート空気極がセルの高容量化に寄与するメカニズムを検討し、CNTシート空気極の構成によっては放電容量をほぼ際限なく引き伸ばせることを実証した。それに続き平成30年度は、種々のCNTからCNTバンドルの太さや空孔率等の異なる空気極を作成し、電極面積あたりおよび電極重量あたりの容量を両立させた電極、すなわち薄くて軽い高容量なCNTシート空気極を開発した。これにより高エネルギー密度なセル設計が可能となったことから、平成31年度はCNTシート空気極用いたリチウム空気電池セルの充放電特性を評価し、CNTシートの充放電反応耐久性を調べる予定である。CNTシートがセルを高容量化させるメカニズムについては、不織布状で柔軟かつ強靭なCNTバンドルで構成されるCNTシートの特徴に由来して理解できるものであることがわかった。従来の通常のカーボン空気極では、電極として取り扱うためにカーボンどうしを強固に結合させる必要がある。それゆえ放電反応にともなう放電生成物の析出は電極内にある相対的に小さな空孔に蓄積できる量が限界となる。その一方でCNTシート空気極は、シート自体が膨張することで原理的にはいくらでも放電生成物の析出は可能になり、それゆえ従来の電極のような容量制限はない。放電生成物の析出がしやすいようCNTシート電極の構造を調整することで、ほぼ無制限に放電容量を引き伸ばせることを実証できたことは、当初の目標以上に得られた成果である。一方で、絶縁性の放電生成物(過酸化リチウム)がどのようなメカニズムでCNTシートを構成するCNTバンドル周りに大量析出できるのかについては、必ずしも明らかにできておらず、今後も引き続き検討していく必要がある。放電過程におけるリチウム空気電池セルのインピーダンス測定においては、放電が進行しても正極抵抗は必ずしも大きくなることもなく、CNTシートに析出する放電生成物がある程度の導電性を有していることが推測されるが、引き続き検討を行う。以上のようにセルを高容量化させるCNTシートを用い、高エネルギー密度セル、すなわち軽くて大容量なセルの開発へと展開するには、CNTシート空気極が設計エネルギー密度に対して十分に薄く軽い必要がある。そこで種々のCNTから空孔率や表面積の異なるCNTシートを作成し、ガス拡散経路も含めて合計の厚み200μm以下で20mAh/cm2超放電可能なCNTシート空気極(CNT重量あたり8000mAh/g超)を作成することができた。これまでにCNTシート空気極による高容量化メカニズムの理解が進み、それによって高エネルギー密度設計可能なCNTシート空気極の作成ができるようなった。最終年度は、CNTシート空気極を用いたセルの充放電サイクル特性を検討し、CNTシートの酸化還元安定性、充放電耐久性などを評価する予定である。リチウム空気電池は、原理上は現在のリチウムイオン電池と比べて10倍超のエネルギー密度をもち、極めて高容量なセルを作成しうる。ところが実際のリチウム空気電池セルでは、カーボン正極(空気極)に析出する放電生成物による目詰まり・不動態化などの問題から、大きな容量を引き出すことは難しい。その中で、シート状のカーボンナノチューブ(CNT)を空気極に用いたセルでは、従来より非常に大きな放電容量を取り出せることがわかっていた。平成29年度は、CNTシート空気極がセルの高容量化に有効に働くメカニズムを検討した。まず、放電中におけるCNTシート空気極への放電生成物の析出過程を詳しく調べた。その結果、放電生成物の析出によりCNTシート空気極自体が膨張することに加え、電極を構成するカーボンファイバー製のガス拡散層(GDL)の内部にもCNTバンドルが進入し、GDLの空孔にも放電生成物の析出を可能にすることで、放電容量を引き伸ばしていることが分かった。これを元に、セルを構成するCNTシートとGDLの厚さ・構造を調整したところ、申請当初は30mAh/cm2程度(リチウムイオン電池2mAh/cm2の15倍程度)得られていた放電容量は、86mAh/cm2まで上昇し、CNTシート/GDLの組み合わせ次第でほぼ際限なく引き伸ばせることを実証した。また、CNTシート空気極に析出する放電生成物の多角的な分析と定量をおこなったところ、これまでにない高容量の放電時においても、放電量に対してほぼ過酸化リチウムが定量的に発生していることがわかった。すなわち、CNTシート空気極を用いたリチウム空気電池セルが確かに「リチウム空気電池」として機能し、放電していることが確認できた。本研究では、CNTシートを空気極に適用したリチウム空気電池セルにおいて、1.CNTシートがなぜ、どのようにセルを高容量にできるのか明らかにし、2.高容量かつ安定なリチウム空気電池セルを設計することを目標にしている。

その中で、CNTシートがセルを高容量化させるメカニズムについては、不織布状で柔軟かつ強靭なCNTバンドルで構成されるCNTシートの特徴に由来して理解できるものであることがわかった。すなわち、従来の通常のカーボン空気極では、電極として取り扱うためにカーボンどうしを強固に結合させる必要があるが、それゆえ放電反応にともなう放電生成物の析出は電極内にある相対的に小さなすき間に限られる。一方でCNTシート空気極は、シート自体が膨張することで原理的にはいくらでも放電生成物の析出は可能になり、従来の電極のような空孔による容量制限はない。これらのことから、1.の目標はほぼ達成できたものと考えている。さらには、CNTシートへの放電生成物の析出がしやすいような電極構造を調整することで、ほぼ無制限に放電容量を引き伸ばせることを実証できたことは、当初の目標以上に得られた成果である。一方で、絶縁性の放電生成物(過酸化リチウム)がどのようなメカニズムでCNTシートを構成するCNTバンドル周りに大量析出できるのかについては、必ずしも明らかにできておらず、今後も引き続き検討していく必要がある。電気自動車や再生可能エネルギーの普及には、大量のエネルギーをコンパクトかつ低コストに蓄えることができる蓄電池が必要とされている。リチウム空気電池は、原理上は現在のリチウムイオン電池と比べ10倍超のエネルギー密度をもっており、極めて高容量なセルを作成しうる。ところが実際のリチウム空気電池セルでは、カーボン正極(空気極)に析出する放電生成物による目詰まり、あるいは不動態化が起きることから、大きな容量を引き出すことは難しい。その中で最近、シート状のカーボンナノチューブ(CNT)を空気極に用いたセルにおいて、従来より飛躍的に大きな放電容量を取り出せることがわかった。本研究では、CNTシート空気極が高容量化をもたらすメカニズムを明らかにし、安定かつ高容量なCNTシート空気極の設計指針を確立することを目標としている。平成29年度までに、CNTシート空気極がセルの高容量化に寄与するメカニズムを検討し、CNTシート空気極の構成によっては放電容量をほぼ際限なく引き伸ばせることを実証した。それに続き平成30年度は、種々のCNTからCNTバンドルの太さや空孔率等の異なる空気極を作成し、電極面積あたりおよび電極重量あたりの容量を両立させた電極、すなわち薄くて軽い高容量なCNTシート空気極を開発した。これにより高エネルギー密度なセル設計が可能となったことから、平成31年度はCNTシート空気極用いたリチウム空気電池セルの充放電特性を評価し、CNTシートの充放電反応耐久性を調べる予定である。CNTシートがセルを高容量化させるメカニズムについては、不織布状で柔軟かつ強靭なCNTバンドルで構成されるCNTシートの特徴に由来して理解できるものであることがわかった。従来の通常のカーボン空気極では、電極として取り扱うためにカーボンどうしを強固に結合させる必要がある。それゆえ放電反応にともなう放電生成物の析出は電極内にある相対的に小さな空孔に蓄積できる量が限界となる。
姿勢制御における脊髄神経回路活動状態の非侵襲的推定

脊髄神経回路は,人間の姿勢制御における下位のフィードバックシステムとして機能し,その活動を明らかにすることは,階層的自律分散システム構築の規範を与えるものと,期待されている.本研究では,まず反射感度変化を測定するために,筋活動量や関節角度を記録するシステムを,A/Dコンバータ,光磁気ディスク,計算機を用いて構築した。また,首関節角度と反射感度の関係を解析するための電動回転式台座を製作した.このシステムを用いて,健常被験者の下腿三頭筋に電気刺激を与えたときのH反射を,床の傾斜角度や,開閉眼などの各種条件で測定した.また,回転式台座を急速運転することで機械的刺激を与え,誘発される反射による筋活動も計測した.実験結果では,足首関節が背屈するとH反射が抑制され,底屈されると促通されていた.また,電動回転式台座を用いた機械的測定でも,同様の変化が確認された.この変化は座位において顕著に見られることから,脳からのγ系を介した調節以外の,下位神経回路における自律的な適応機構の存在が示唆された.さらに,反射感度が,関節の角度変化による粘弾性の変化を補償する方向に変化していることから,関節の硬さを一定に保持する機構として作用していることが明らかになった.この結果は、バイオメカニズム学会、計測自動制御学会等において発表し,さらに機械的粘弾性と反射の役割分担など、生体における関節の自律的硬さ制御の機構を、より詳細に調べる計画である.脊髄神経回路は,人間の姿勢制御における下位のフィードバックシステムとして機能し,その活動を明らかにすることは,階層的自律分散システム構築の規範を与えるものと,期待されている.本研究では,まず反射感度変化を測定するために,筋活動量や関節角度を記録するシステムを,A/Dコンバータ,光磁気ディスク,計算機を用いて構築した。また,首関節角度と反射感度の関係を解析するための電動回転式台座を製作した.このシステムを用いて,健常被験者の下腿三頭筋に電気刺激を与えたときのH反射を,床の傾斜角度や,開閉眼などの各種条件で測定した.また,回転式台座を急速運転することで機械的刺激を与え,誘発される反射による筋活動も計測した.実験結果では,足首関節が背屈するとH反射が抑制され,底屈されると促通されていた.また,電動回転式台座を用いた機械的測定でも,同様の変化が確認された.この変化は座位において顕著に見られることから,脳からのγ系を介した調節以外の,下位神経回路における自律的な適応機構の存在が示唆された.さらに,反射感度が,関節の角度変化による粘弾性の変化を補償する方向に変化していることから,関節の硬さを一定に保持する機構として作用していることが明らかになった.この結果は、バイオメカニズム学会、計測自動制御学会等において発表し,さらに機械的粘弾性と反射の役割分担など、生体における関節の自律的硬さ制御の機構を、より詳細に調べる計画である.
ＶＣＯノズルにおける噴霧微粒化過程の高精度数値研究

直噴ディーゼル機関における未燃炭化水素の排出低減を目的として,VCO (Valve Covered Orifice)ノズルが知られている.本研究では,噴孔内部流動と噴孔出口下流チャンバ部の噴霧微粒化過程の相関について,数値流体力学を用いて考察を行った.噴孔出口背後の噴霧形態は,ニードルの偏心により生じる噴孔内旋回流に大きく影響を受け,噴孔内スワール数により定性的に整理できることが分かった.また,近年の直噴ディーゼルエンジンにおける超高圧燃料噴霧現象の解析に向けて,高精度圧縮性気液二相流数値解析コードを開発し,今後の研究における課題と展望を得ることができた.本研究は,直噴ディーゼル機関における未燃炭化水素低減を目的としたVCO (Valve Covered Orifice)ノズルについて,針弁の偏心によるノズル内部の流動予測と噴孔出口下流の噴霧微粒化過程の相関に焦点を当てる.研究計画に示したとおり,技術的,時間的,計算資源的な配慮から,ノズル内部の流動予測と噴孔出口下流の噴霧微粒化予測を切り分けて研究を進めた.まず,ノズル内部の流動予測について,汎用熱流体解析ソフトウェアSTAR-CCM+を用いて解析を行った.前年度までに,水を作動流体とする可視化実験用のアクリル製10倍拡大ノズル模型と等価なフルスケールモデルについての計算方法を確立したため,計算結果を可視化実験結果により近づけるべく,ノズルの細かな形状条件や流入圧力等の境界条件,および計算格子等のパラメータチューニングを行った.結果として,噴孔内流動に大きく影響を与える因子の洗い出し(例えば,噴孔入口部のエッジ曲率半径),ならびに可視化実験結果に対する予測精度の向上が可能となった.本内容については,日本機械学会論文集に投稿(平成25年9月)ののち掲載(平成26年4月)され,さらに日本機械学会中四国支部講演会(平成26年3月)にて発表を行った.次に,噴孔出口下流の噴霧微粒化過程の予測のために,高次精度混相流数値解析コードの開発を前年度に引き続き行った.これに際して,圧縮流に対するロバストな高次精度解法を新規に開発したため,数値流体力学シンポジウム(平成25年12月)にて発表を行った.前年度までに,VOF (Volume of Fluid)法をベースとした拡散界面モデルによる圧縮性混相流数値解析コードの作成に着手していたが,各種ベンチマークテストを通して,解法のロバスト性の向上ならびに界面の急峻化法の導入など,数値解析コードのチューニングと洗練化を行った.直噴ディーゼル機関における未燃炭化水素の排出低減を目的として,VCO (Valve Covered Orifice)ノズルが知られている.本研究では,噴孔内部流動と噴孔出口下流チャンバ部の噴霧微粒化過程の相関について,数値流体力学を用いて考察を行った.噴孔出口背後の噴霧形態は,ニードルの偏心により生じる噴孔内旋回流に大きく影響を受け,噴孔内スワール数により定性的に整理できることが分かった.また,近年の直噴ディーゼルエンジンにおける超高圧燃料噴霧現象の解析に向けて,高精度圧縮性気液二相流数値解析コードを開発し,今後の研究における課題と展望を得ることができた.本研究は,直噴ディーゼル機関における未燃炭化水素低減を目的としたVCO(Valve Covered Orifice)ノズルについて,針弁の偏心による噴孔内部流動変化と噴孔出口下流の噴霧微粒化過程の相関に焦点を当てる.研究計画に示したとおり,技術的,時間的,計算資源的な配慮から,ノズル内部流動予測と噴孔出口下流の噴霧微粒化予測を切り分けて研究を進めた.まず,ノズル内部流動については,汎用熱流体解析ソフトウェアStar-CCM+を用いて解析を行った.対応する10倍拡大ノズル実験模型に対して,従来は計算資源の都合からノズル全流路のうち片噴孔を含む1/4にカットした部分モデルについて解析を行っていたが,新たに解析専用のパーソナルコンピュータを導入したことにより,フルスケールモデルでの解析が可能となった.これにより針弁偏心量と噴孔内速度場より算出した噴霧角の相関は,予測精度が向上したことで,より対応する可視化実験の結果に近いものとなった.この内容ついては,日本機械学会中四国支部講演会にて発表済みである.また,計算格子,境界条件および乱流モデル等の各種設定パラメータについて再検討を行い,予測精度のさらなる向上を図った.次に,噴孔出口下流の噴霧微粒化特性の予測のために,高次精度混相流数値解析コードの開発を並行して行った.既存研究を広範に調査した結果,比較的高速の噴霧に対しては流体の圧縮性を考慮した解法が有望であると判断した.圧縮性混相流に対する数値研究例は数少ないが,過去に単相流について高次精度解法を構築した経験から,既存の高次精度圧縮性コードにVOF(Volume of Fluid)法(各相の体積分率を追跡)を組み込み混相流への拡張を行った.現在までに二次元の基本コードがほぼ完成(ただし,流体の粘性と表面張力は無視)しており,各種ベンチマークテストを通して基本性能を確認中である.

本研究は直噴ディーゼル機関における未燃炭化水素低減を目的としたVCOノズルについて,針弁の偏心によるノズル内部の流動と噴孔出口下流の噴霧微粒化過程の相関に焦点を当てる.前年度までに汎用熱流体解析ソフトウェアの使用によって本相関についての定性的な理解が得られたことから,本年度は予測精度向上のための高精度混相流数値解析コードの開発と洗練化に注力した.前年度までにVOF法をベースとした拡散界面モデルによる圧縮性混相流の高精度数値解析コードを整備してきたが,WCNS法による空間高次精度化およびTHINC法による拡散界面の急峻化を施した結果,数値解の解像度は大きく向上したものの体積分率に負値が発生するなど解法のロバスト性に問題が生じた.そこで,拡散界面における変数の単調性維持リミッタおよび正値性保証スキームを導入するなど解析コードに独自の改良を加えた.その結果,圧縮性気液二相オイラー流に関する数々のベンチマーク問題において非常に安定かつ良好な結果を得ることができた.本研究成果について,混相流シンポジウム2014および第28回数値流体力学シンポジウムにて学会発表を行った.一方,これに並行してLevel Set法をベースとしたシャープ界面モデルによる圧縮性混相流の高精度数値解析コードを新たに整備した.現在の圧縮性混相流研究の数値モデルは,物質界面の取り扱いに関して拡散界面モデルとシャープ界面モデルの二つに大別されており,界面捕捉性や体積保存性に関してそれぞれ一長一短がある.そこで,共通のベンチマーク問題を用いてこれら二つの方法論を比較することで,各数値解法の検証や補強ならびに課題の抽出を行った.本研究成果について,第46回流体力学講演会/第32回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウムおよび第28回数値流体力学シンポジウムにて学会発表を行った.数値流体力学まず,汎用熱流体解析ソフトウェアによるノズル内部の流動予測については,ノズルの細かな形状条件や流入圧力等の境界条件,および計算格子等のパラメータチューニングを行ったことで,従来よりも可視化実験結果に対する予測精度が向上した.特に,針弁偏心時における噴孔出口からの空気流入の条件が,噴孔入口部のスワール数により簡明に整理できるという結論を得た.(流入圧力等を変更しても空気流入はスワール数が約0.56以上となる針弁偏心量において普遍的に観測される.)このように,噴孔内部流動については定性的ながらも可視化実験結果を概ね再現できたと考えており,流動メカニズムに対する考察もかなり深まったことから,本解析については当該年度をもって終了し,次年度は噴孔出口下流の噴霧微粒化過程の予測に集中する.次に,噴孔出口下流の噴霧微粒化過程の予測について,前年度までにVOF法をベースとした拡散界面モデルによる圧縮性混相流数値解析コードの作成に着手していたが,解法のロバスト性に問題があったため,定式化の見直しとともに新規提案の方法論を組み込んで解法の性能向上を図った.さらに,拡散界面モデルで問題となる界面の鈍化を防ぐために,二種類の急峻化法を組み込んで解法の洗練化を行った.当初のスケジュールでは,作動流体(ここでは水)の表面張力および粘性を考慮して,噴孔出口下流の噴霧微粒化過程の二次元計算を当該年度中に実施する予定であったが,圧縮性混相流に対する高次精度解法および界面急峻化法の研究は,世界的に見ても先端的なトピックであり,前例が無いかもしくは極めて少ないために,開発に予想以上の時間を要した.しかしながら,開発完了に目途をつけることができたうえ,代わりに多くの学術的・技術的知見を得ることができた.
心房筋細胞におけるカルシウムシグナロソームの制御と破綻の分子機構

心房肥大や弁機能不全を背景とした慢性心房細動の発症メカニズムの一つとして、心房筋細胞のリモデリングによる電位依存性L型カルシウム(Ca^<2+>)チャネルの活性低下が報告されている。本研究の目的は、心筋細胞のL型Ca^<2+>チャネルを取り巻くシグナル複合体(Ca^<2+>シグナロソーム)を解明することである。我々は、L型Ca^<2+>チャネルの細胞内領域と相互作用する蛋白を酵母two-hybrid法により探索し、リン脂質結合蛋白(PCTP-L:phosphatidylcholine transfer protein-like)を同定した。L型Ca^<2+>チャネルとPCTP-Lの相互作用に関して以下の成果を得た。1)初代培養心房筋細胞においてPCTP-Lをノックダウンしたところ、活動電位持続時間が短縮し自動能が約2倍に増加した。また慢性心房細動を呈する心房肥大モデルラットの心房筋においてPCTP-Lの発現が減少していた。よってPCTP-Lが心房筋細胞の興奮性の制御に関わることが示唆された。2)心房筋に発現するL型Ca^<2+>チャネルの二つのサブタイプ(Ca_v1.2およびCa_v1.3)の役割を検討し、Ca_v1.3がペースメーカー活動電位の閾値と活動電位幅の制御を担うこと明らかにした。4)PCTP-Lの機能およびL型Ca^<2+>チャネルを取り巻くシグナル複合体(Ca^<2+>シグナロソーム)における役割の解明を目指して、PCTP-Lノックアウトマウスを作製した。現在、フェノタイプの解析を進めている。本研究の目的は、心房筋細胞の興奮性制御におけるPCTP-Lの役割を明らかにし、心房筋に発現するL型Ca^<2+>チャネルの二つのサブタイプ(Cav1.2およびCav1.3)とPCTP-Lの結合および機能制御の特異性を検討し、心房性不整脈とそれらの活性制御機構の関係を明らかにすることである。本年度は下記の研究を遂行し成果を得た。1.心房筋細胞の興奮性制御におけるPCTP-Lとそのリン酸化機構の意義の検討:PCTP-Lはカゼインキナーゼ(CK2)によりリン酸化されるがその生理的意義は不明である。そこでshRNAを用いたPCTP-Lのノックダウン法およびCK2特異的阻害剤を用いて心房筋細胞の興奮性制御におけるPCTP-LとCK-2の役割を検討した。PCTP-Lのノックダウンにより自動能が約2倍に亢進した。2.L型Ca^<2+>チャネルの開閉制御における細胞内カルボキシル末端領域の役割:申請者は既にL型Ca^<2+>チャネルα_<1C>サブユニット(Cav1.2)の細胞内カルボキシル末端の1705番目1777番目のアミノ酸から成る領域がPCTP-Lとの相互作用に必要であることを見出している。一方、Cav1.2のカルボキシル末端領域をCav1.3の該当領域に置換するとPCTP-Lとの相互作用は消失したことから、Cav1.2とPCTP-Lの相互作用はサブタイプ特異的であることが明らかとなった。また、この領域がCav1.2とCav1.3の電位依存性不活性化キネティクスの差異を担うことが明らかとなった。3.L型Ca^<2+>チャネルとPCTP-Lの蛋白間相互作用に関わるPCTP-L側のドメインの決定:Cav1.2との相互作用および機能修飾に必要なPCTP-L側の領域を同定する目的でアミノ末端領域およびカルボキシル末端領域の欠損変異体を作製し解析したところ、PCTP-Lのカルボキシル末端領域がCav1.2の昨日調節に必要であることが明らかとなった。4.PCTP-Lノックアウトマウスの作製:PCTP-L(-/-)マウス作製用のターゲッティングベクターを構築しES細胞に導入し、組換えクローンの選別を行っている。

慢性心房細動の発症メカニズムの一つとして、心房肥大や弁機能不全を背景とした心房筋細胞のリモデリングによる電位依存性L型カルシウム(Ca^<2+>)チャネルの活性低下が報告されている。本研究の目的は、心筋細胞のL型Ca^<2+>チャネルを取り巻くシグナル複合体(Ca^<2+>シグナロソーム)を解明することである。その第一歩として、L型Ca^<2+>チャネルの細胞内領域と相互作用する蛋白を酵母two-hybrid法により探索し、リン脂質結合蛋白(PCTP-L: phosphatidylcholine transfer protein-like)を新たに同定した。初代培養心房筋細胞においてPCTP-Lをノックダウンすると、心房筋細胞の活動電位持続時間が短縮し、自動能が約2倍に増加した。また、慢性心房細動を呈する心房肥大モデルラットの心房筋においてPCTP-Lの発現が減少していた。よってPCTP-Lが心房筋細胞の興奮性の制御に関わっていると考えられた。そこで、心房筋に発現するL型Ca^<2+>チャネルの二つのサブタイプ(Ca_vl.2およびCa_v1.3)の心房筋細胞の活動電位における役割を検討し、心房筋に特異的に発現するCa_vl.3がペースメーカー活動電位の閾値と活動電位幅の制御を担うこと明らかにした。さらにPCTP-Lの機能およびL型Ca^<2+>チャネルを取り巻くシグナル複合体Ca^<2+>シグナロソーム)における役割の解明を目指して、PCTP-Lノックアウトマウスを作製した。本研究期間内にPCTP-Lノックアウトマウスの作製を終え、現在、フェノタイプの解析を進めている。
３次元画像解析によるベータ線内用療法の治療精度向上に関する研究

ガンマカメラの複数ウインドウを用いて骨転移治療時の89Sr由来の制動X線3次元画像化した。さらに、分解能および感度を改善し、検出下限を決定し、CTとの画像重ね合わせが可能になる画像処理プログラムを構築し、3次元90Y臨床画像を得た。この空間分解能は,画像再構成法に逐次近似法,減弱補正法,コリメータ開口径補正を施行することで25 %向上した.90Yの検出下限は、42 kBq/mlであった。本研究の目的は、89SrCl2を用いる疼痛緩和療法(89Sr療法)および90Y-Iritumomab tiuxetanを用いる放射免疫療法(90Y療法)の治療精度を向上させるために、1)ガンマカメラを用いて89Sr療法患者の制動X線3次元画像取得法、および90Y療法患者の制動X線と111Inのγ線の3次元同時画像化法を完成させる、2) 89Sr、90Y3次元画像を解析し、病巣集積線量および周辺臓器の集積線量を決定する、3) 89Sr、90Y3次元画像と他の検査画像とを比較することで、病巣への集積特徴を明らかにするとともに、限界投与量を決定することである。これまでに、人体を模擬したファントムを用いて、89Sr、90Y由来の制動X線の3次元画像化成功するとともに、111In投与後の90Y由来制動X線3次元同時画像の単純分離に成功した。しかしながら、臨床適用に向けて、分解能および感度の改善が必要不可欠である。そこで、海外研究者の現時点での成果等を詳細に調査するため、欧州核医学会等に参加し、有用な情報を獲得することができた。これらの情報に基づいて、これまでの2次元の逐次近似法による画像再構成法から新たな再構成法を導入することによって分解能および感度を改善した。さらに、臨床適用可能な画像化法を完成させるため、モンテカルロシミュレーションにより、111Inのコンプトン散乱画像を作成し、90Y由来の制動X線および111Inの画像からこの111Inのコンプトン散乱画像をサブトラクションすることによって、90Y由来の制動X線画像のみを抽出する方法を考案した。現時点では、ファントム実験により、従来法よりも画質の改善が顕著であったが、111Inのコンプトン散乱画像の角度依存性の精度を高めるための方法および、111In由来のコンプトン散乱以外の要因を分析して更なる改善が必要である。本研究の目的は、89SrCl2を用いる疼痛緩和療法(89Sr療法)および90Y-Iritumomab tiuxetanを用いる放射免疫療法(90Y療法)の治療精度を向上である。そこで、海外研究者の現時点での成果等を詳細に調査するため、欧州核医学会等に参加し、これらの情報に基づいて、最適画像の取得に関する検討を行った。その結果、新たな画像再構成法よりも、2次元の逐次近似法による画像再構成法および、分解能補正した111Inのコンプトン散乱画像のサブトラクションが有効であることが判明した。現時点において本法は、ファントム実験により、従来法よりも視覚的画質の改善が顕著であった。しかしながら、定量に必要不可欠である画像の計数値誤差が±15%であり、更なる計数精度の向上が必要である。臨床画像試験においては、先に開発した方法に対して、画質が改善され、操作の簡便さから有用性が高いことが示唆されたが、定量精度が不安定であること、および、比較対象となる真の90Yのみの画像分布が不明である。今後の課題として、さらなる計測精度の向上および、画像を裏付けできる情報等を用いて検証する必要がある。さらに、本研究で作成した自動画像再構成法および定量プログラムの基本部分は、他の核医学定量法にも応用できる。このことから、臨床で最も定量頻度の高い脳血流定量法にこれらを組込んで、新たな全自動定量解析プログラムを完成させた。塩化ストロンチウム(89SrCl2)は、癌の骨転移に対する疼痛緩和治療薬として使用されている。90Y-イブリツモマブチウキセタン療法(90Y療法)は、Rituxemab治療後に再発した非ホジキンリンパ腫(NHL)患者、濾胞性もしくは転移性NHL患者の治療に適用される。89Srおよび90Y生体内分布の画像化ができれば、集積部位、周辺臓器の線量が決定できるばかりか、限界投与量の決定、経時的治療効果の判定、再投与の検討が可能になる。さらに、89Srおよび90Yの3次元画像と他の検査画像とを比較することで、集積部位の特徴の解明につながり、治療の精度が飛躍的に向上すると考えられる。

本年度の研究成果として、ガンマカメラの複数ウインドウを用いる89Sr由来の制動X線による骨転移治療時の3次元画像化、および90Y由来の制動X線および111Inガンマ線の3次元同時画像が放射能定量に適することを証明した。さらに、分解能および感度を改善し、その測定精度および検出下限を決定し、CTとの画像重ね合わせが可能になる画像処理プログラムを構築した。これらの成果に基づいて、ガンマカメラを用いて患者データの収集を開始した。ガンマカメラの複数ウインドウを用いる89Sr由来の制動X線による骨転移治療時の3次元画像化、および90Y由来の制動X線および111Inガンマ線の3次元同時画像化法は世界初である。これらの方法を用いた89SrCl2および90Y-Zevalinの生体内分布画像解析による集積線量評価は、これまでの実験的あるいは111Inガンマ線を用いて代替的に構築された集積線量データベースに代わって、新たなデータベースとなり得る。さらに限界投与量を予測することで、これまでよりも正確な薬剤の投与により、治療効果が上昇することが予想される。当初の予定ではファントム実験を完了し、次年度の臨床試験に間に合わせる予定であった。しかしながら、モンテカルロシミュレーションによる111Inのコンプトン散乱画像の角度依存性の精度を高めるための方法および、111In由来のコンプトン散乱以外の要因の分析および新たな手法のプログラミングの完成に時間を要している状況である。23年度は、ワークステーション用PCを用いて、CTとの画像重ね合わせ可能な画像処理プログラムに90Yおよび111In同時画像の分離プログラムを組み込み、さらにMRIおよび他の検査画像と重ね合わせ可能なプログラムを作成し、臨床検討用画像処理システムを構築した。さらに、新たな画像処理法として、コリメータ開口補正法を加えたAstonish法を採用することにより、89Srおよび90Y由来の制動X線の3次元画像の分解能および感度の改善させることができた。また、制動X線3次元画像が放射能定量に適することが明らかとなり、その測定精度、検出下限も決定することができた。これらの成果はすでに国内および国際学会にて発表することができた。よって、当初の目標を確実に達成できた。一方、90Yおよび111In分離画像が臨床適用可能であることの証明については、PETカメラを用いて90Y由来の消滅γ線を捕らえて画像化し、ガンマカメラを用いた90Yおよび111In分離画像と比較する予定であったが、PET装置の設定に若干の問題点が発生したため、今年度、PET装置の改善を行った上で、再度、試験する予定である。モンテカルロシミュレーションによる90Y由来制動X線3次元同時画像の分離画像作成のためのプログラムの完成を急ぐこと、さらに臨床データの取得を推進し、プログラムの完成を待って病巣線量および周辺臓器の線量評価を行う。今年度は、、PETカメラを用いて90Y由来の消滅γ線を捕らえて画像化し、ガンマカメラを用いた90Yおよび111In分離画像と比較するPET装置の改善を行った上で、再度、測定精度、検出下限を決定するとともに、90Yおよび111In分離画像が臨床適用可能であることの証明については、PETカメラを用いて90Y由来の消滅γ線を捕らえて画像化し、ガンマカメラを用いた90Yおよび111In分離画像と比較する。臨床試験については、画像の転送システムを早急に構築し、当初の計画通り、病巣集積線量および周辺臓器の集積線量決定に関する画像解析を行う。
妊娠糖尿病と診断された女性の産後糖尿病発症予防に向けてのプログラム構築

本研究は、妊娠糖尿病既往女性を対象に、将来の糖尿病発症予防に向けた産後1年間の産後包括的プログラムを確立することである。1.【研究1】妊娠糖尿病と診断された女性の産後の身体活動量と産後のヘルスリテラシーを明らかにする。2.研究1をふまえ、妊娠糖尿病と診断された女性の産後1年間の包括的プログラム(栄養・運動・母乳哺育)を作成する。3.【研究2】妊娠糖尿病既往女性を対象とした産後包括的プログラムによる介入は、妊娠糖尿病既往女性の産後1年の耐糖能異常率・代謝指標を改善させるか、を明らかにする。