hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
メトホルミンによるがん幹細胞マーカーＣＤ１３３発現抑制機構の解明

本年度も昨年度に引き続き基本的には申請書に記載した実験内容に従って実験を行った。1メトホルミンによるCD133の発現抑制にAMPK下流経路が関与するか否かの検討.昨年度の実験でメトホルミンによるCD133の発現抑制がAMPKを介していることが明らかとなったため、本年度はその下流経路の解析を行った。その結果、mTOR経路の関与は認められなかったが、STAT3経路の関与が認められた。2候補遺伝子の発現がCD133の発現に影響を与えるか否かの検討.昨年度の実験でマイクロアレイの結果からCEBPβ遺伝子に注目した。CEBPβは機能の相反するisoformが存在するため(LAP, LIP)、それぞれの遺伝子がP1プロモーター活性に与える影響を検討した。その結果、LAPの過剰発現によってP1プロモーター活性が上昇し、LIPの過剰発現では減少した。3メトホルミンによるLIP/LAP発現比の変化の検討.メトホルミンによってLAPとLIPの発現が変化するか否かを検討したところ、メトホルミンによってLAPの発現は変化していないもののLIPの発現の上昇が確認された。この結果からLIP/LAP比の上昇が示唆された。4LIP,LAPの安定発現細胞のin vitroにおける腫瘍形成能および抗がん剤感受性の検討.LAP,LIPそれぞれの安定発現細胞を用いて三次元培養を行い、スフィア形成能を検討した。その結果、形成されたスフィアの数に変化は認められなかったものの、スフィア1個あたりの大きさはLAP安定発現細胞で有意に増大していた。また、LAP,LIPそれぞれの安定発現細胞を用いて5-FUの抗腫瘍効果、さらにはメトホルミンとの併用効果についても検討した。その結果、LAP安定発現細胞は5-FUへの耐性を示した。一方、LIP発現細胞では5-FUとメトホルミンの併用効果が認められた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は申請書に記載した実験内容に従って実験を行った。1【CD133の5つのプロモーター活性に対するメトホルミンの影響の検討】HCC細胞株ではP1プロモーター活性が最も高く、メトホルミンもこのP1プロモーター活性を低下させた。さらに、P1プロモーター領域を徐々に短くした欠損変異体プラスミドを用いた解析から、メトホルミンの作用を受けるプロモーター領域の絞り込みに成功した。2【メトホルミンによるCD133の発現抑制がAMPKを介するか否かの検討】HCC細胞株にメトホルミンを作用させると同時にAMPKをノックダウン(あるいはAMPK阻害剤を添加)した結果、メトホルミンによるCD133発現抑制が大幅に解除された。この結果から、メトホルミンによるCD133の発現抑制は少なくとも一部はAMPKを介していることが示唆された。3【メトホルミンによるがん細胞内の遺伝子発現(主に転写因子)の変化についての網羅的解析】DNAマイクロアレイを用いて、メトホルミンによって発現が変化する遺伝子を網羅的に解析した。発現が変化した遺伝子の中から、1の結果でメトホルミンの作用を受けるP1プロモーター領域に対して結合し得る遺伝子を抽出した。その結果、3つの転写関連因子(遺伝子A,遺伝子B,遺伝子C)を新規候補遺伝子とした。4【候補遺伝子の発現がCD133の発現に影響を与えるかどうかの検討】3種類の候補遺伝子をクローニングし、それぞれの発現プラスミドを用いてP1プロモーター活性に与える影響を検討した。その結果、遺伝子Cの過剰発現によってP1プロモーター活性の変化が認められた。一方、遺伝子Aおよび遺伝子Bに関してはP1プロモーター活性に影響を与えなかった。これらの結果から、候補遺伝子CがメトホルミンによるCD133の発現抑制に重要であることが示唆された。当初の計画書と比較すると、メトホルミンが作用する候補遺伝子での実験が遅れている。

一方、LIP発現細胞では5-FUとメトホルミンの併用効果が認められた。来年度も申請書に記載した内容に従って研究を実施する予定である。1【候補遺伝子の発現がCD133の発現に影響を与えるかどうかの検討】本年度では候補遺伝子によるプロモーター活性への影響のみの検討であったため、CD133のタンパク発現、mRNA発現に関しても検討する。また、候補遺伝子Cが実際にP1プロモーターに結合するかどうかに関してChIP、EMSAなどの方法を用いて検討する。2【候補遺伝子の発現が腫瘍形成能に与える影響の検討】HCC細胞株を用いて、候補遺伝子の安定過剰発現株・安定knockdown株を作成し、足場非依存的な腫瘍形成能をコロニーフォーメーションアッセイ、スフィアアッセイにより検討する(in vitro)。また、作成した細胞株をヌードマウスに移植し、腫瘍サイズの経時的変化の測定、移植した腫瘍細胞を再度分離してCD133の発現変化をFACSにより測定する。さらに、メトホルミン投与による影響(腫瘍サイズ、CD133の発現等)も併せて検討する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
降雪および降雨の酸性化による市民生活環境への影響評価

本研究では,米沢市街地を流れる松川,堀立川,羽黒川,小樽川および大田川において水質モニタリング調査を2009年7,10および11月に実施し,冬季に松川源流部の西吾妻山1820m地点において積雪深約20cmごとに積雪試料のサンプリングを行い,C1^-, NO_3^-, SO_4^<2->濃度および各種金属含有量を分析した.結果から,3月の降雪から構成される表層のNO_3^-およびSO_4^<2->濃度が中・下層と比較して明らかに高いことが明らかとなり,冬季から春季にかけての季節風による中国大陸からの窒素および硫黄酸化物(NOxおよびSOx)の移流・降下によって米沢市周辺の降雪が酸性化することが示唆された.水質データの解析から,松川において河川水中の金属濃度および導電率は春季夏季に減少する傾向を示し,松川河川水が春季夏季において融雪水によって希釈されることが示唆された.しかしながら,塩化物等の陰イオンおよび金属濃度が減少するにもかかわらずNO_3^-は春季夏季において増加する結果が得られた.これは,窒素および硫黄酸化物(NOxおよびSOx)の移流・降下によって積雪中に濃縮された酸性物質が融雪期において集中的に水域に流出し河川水中のNO_3^-濃度を上昇させているものと考えられる.現段階では,陸水生態系および人間活動への酸性降水の直接的な影響は顕在化していないが,今後も河川水質を中心としたモニタリング調査を継続し酸性降水の長期的な影響評価を行っていく予定である.また,本研究によって得られた水質データを使用して国内および海外において米沢市街地を流れる河川環境に関する研究成果発表を行った.本研究では,米沢市街地を流れる松川,堀立川,羽黒川,小樽川および大田川において水質モニタリング調査を2009年7,10および11月に実施し,冬季に松川源流部の西吾妻山1820m地点において積雪深約20cmごとに積雪試料のサンプリングを行い,C1^-, NO_3^-, SO_4^<2->濃度および各種金属含有量を分析した.結果から,3月の降雪から構成される表層のNO_3^-およびSO_4^<2->濃度が中・下層と比較して明らかに高いことが明らかとなり,冬季から春季にかけての季節風による中国大陸からの窒素および硫黄酸化物(NOxおよびSOx)の移流・降下によって米沢市周辺の降雪が酸性化することが示唆された.水質データの解析から,松川において河川水中の金属濃度および導電率は春季夏季に減少する傾向を示し,松川河川水が春季夏季において融雪水によって希釈されることが示唆された.しかしながら,塩化物等の陰イオンおよび金属濃度が減少するにもかかわらずNO_3^-は春季夏季において増加する結果が得られた.これは,窒素および硫黄酸化物(NOxおよびSOx)の移流・降下によって積雪中に濃縮された酸性物質が融雪期において集中的に水域に流出し河川水中のNO_3^-濃度を上昇させているものと考えられる.現段階では,陸水生態系および人間活動への酸性降水の直接的な影響は顕在化していないが,今後も河川水質を中心としたモニタリング調査を継続し酸性降水の長期的な影響評価を行っていく予定である.また,本研究によって得られた水質データを使用して国内および海外において米沢市街地を流れる河川環境に関する研究成果発表を行った.
新しい数値繰り込み群の発展と低次元相転移現象への応用

1.非対称転送行列に対して,繰り込んだ恒等演算子を導入し対称密度行列のみを用いた数値繰り込みアルゴリズムを構成した.密度行列固有値と留保基底数間の普遍的な漸近関係を発見した.波動関数に対する積テンソル型構造仮設に基づく研究を行い,繰り込まれた局所テンソルの具体的構成法を発見し,DMRG型の新しい3次元古典数値繰り込み法を確立した.2次元量子系に対しても古典系の非等方極限として扱えることを示した.2.NaCI型結晶表面での「逆ラフニング」現象に関して,ステップ張力の異常な温度依存性を確認した.異方的ステップ張力・結晶ファセット形の高信頼計算を行い,表面ステップの「繰り込まれた自由ランダムウォーク描像」の妥当性を確認した.吸着子のある結晶微斜面の問題を取り扱い.吸着子の密度ゆらぎによる短距離ステップ間引力の生成と,それによる吸着子誘起1次相転移を発見した.3.量子スピン鎖の磁化過程の精密計算を行い,臨界磁場近傍でのデルタ関数ボーズ気体描像の妥当性を示した.S=1/2梯子系やS=1双1次-2次鎖でカプス型の磁化曲線異常を発見した.蜂の巣格子上のVBS型反強磁性量子スピン模型の相関長と副格子磁化の計算を行った.同格子上で積テンソル型波動関数を用いた変分法をPWFRGで実行し,双1次-双2次型反強磁性体において,ネール-無秩序状態相転移が1次であることを示した.2次元イジング型スピン模型において横磁場帯磁率の温度微分が比熱と同じ臨界異常性をもつことを示した.4.PWFRG/DMRGによる無限系の自由エネルギー・エントロピーの計算法を確立し,フラストレーションのある反強磁性体系のゼロ点エントロピーの計算を行った.線状欠陥のあるイジング型模型に関して,臨界指数の非普遍的振る舞いが4体相互作用のある場合でも成立すること,および,欠陥磁化等の臨界指数の間のスケーリング関係式を確認した.1.非対称転送行列に対して,繰り込んだ恒等演算子を導入し対称密度行列のみを用いた数値繰り込みアルゴリズムを構成した.密度行列固有値と留保基底数間の普遍的な漸近関係を発見した.波動関数に対する積テンソル型構造仮設に基づく研究を行い,繰り込まれた局所テンソルの具体的構成法を発見し,DMRG型の新しい3次元古典数値繰り込み法を確立した.2次元量子系に対しても古典系の非等方極限として扱えることを示した.2.NaCI型結晶表面での「逆ラフニング」現象に関して,ステップ張力の異常な温度依存性を確認した.異方的ステップ張力・結晶ファセット形の高信頼計算を行い,表面ステップの「繰り込まれた自由ランダムウォーク描像」の妥当性を確認した.吸着子のある結晶微斜面の問題を取り扱い.吸着子の密度ゆらぎによる短距離ステップ間引力の生成と,それによる吸着子誘起1次相転移を発見した.3.量子スピン鎖の磁化過程の精密計算を行い,臨界磁場近傍でのデルタ関数ボーズ気体描像の妥当性を示した.S=1/2梯子系やS=1双1次-2次鎖でカプス型の磁化曲線異常を発見した.蜂の巣格子上のVBS型反強磁性量子スピン模型の相関長と副格子磁化の計算を行った.同格子上で積テンソル型波動関数を用いた変分法をPWFRGで実行し,双1次-双2次型反強磁性体において,ネール-無秩序状態相転移が1次であることを示した.2次元イジング型スピン模型において横磁場帯磁率の温度微分が比熱と同じ臨界異常性をもつことを示した.4.PWFRG/DMRGによる無限系の自由エネルギー・エントロピーの計算法を確立し,フラストレーションのある反強磁性体系のゼロ点エントロピーの計算を行った.線状欠陥のあるイジング型模型に関して,臨界指数の非普遍的振る舞いが4体相互作用のある場合でも成立すること,および,欠陥磁化等の臨界指数の間のスケーリング関係式を確認した.本年度は本研究で用いる数値繰り込み群法(積波動関数繰り込み群PWFRG,および角転送行列繰り込み群CTMRG)に関し,手法の整備と比較的単純な系への適用を行った.種々の場面で遭遇する非対称転送行列の取り扱いに関し,右最大固有ベクトルと左最大固有ベクトルを独立にPWFRGで繰り込み,その際,両固有ベクトルを「張り合わせる」演算子(=恒等演算子)の繰り込みを同時に行うことにより,対象密度行列のみを用いた計算ができることを示した.この手法の有効性を可解模型で確認したのち,NaCl型結晶表面での「逆ラフニング」現象の解明に用いた.この手法の2次元量子系への応用として,蜂の単格子上のVBS(valence-bond solid)型反強磁性量子スピン模型の相関長計算を行った.また,最近注目されている「梯子系」に対し,その磁化過程をPWFRGを用いて行った.CTMRGの応用に関しては,2次元イジング型スピン模型に対し,その横磁場帯磁率の計算を行った.その際,トロッター公式を用いて新たに導出した横磁場帯磁率の計算表式を用いた.その結果として,広範囲の系に対し,横磁場帯磁率の温度微分が比熱と同じ臨界異常性をもつことが示された.数値繰り込み群法の基礎的問題として,密度行列固有値の漸近的分布に関する研究も行った.その結果として,密度行列固有値と留保基底数の間には,普遍的な漸近関係があることが明らかになった.

数値繰り込み群法の高次元化に関しては,1次元量子系で有効であった行列積型波動関数を高次元化した,「テンソル積型」波動関数を用いた変分法が一定の有効性をもつことが示された.以上の成果はその多くが論文として,現在投稿中もしくは投稿準備中である.また,本年度導入された高速・大記憶容量のワークステーションは,上記の研究で主として用いられた対角化計算にきわめて有効であった.本年度は前年度に引き続き数値繰り込み群法(積波動関数繰り込み群PWFRG,および角転送行列繰り込み群CTMRG)の整備をすすめるとともに,多様な系への適用を行った.2次元古典統計系に関しては,PWFRG/DMRGによる無限系の自由エネルギー・エントロピーの計算法を確立し,無限の基底状態縮退をもつ四面体格子上の反強磁性体系のゼロ点エントロピーの計算を行った.前年度の研究で確立した非対称転送行列の取り扱い法(繰り込まれた恒等演算子を用いる方法)の応用として,結晶表面の異方的ステップ張力をもとめファセット形の高信頼計算を行った.その結果,以前,可解表面模型で成立することを見出した,表面ステップのゆらぎに関する「繰り込まれた自由ランダムウオーク描像」が,可解でない場合でもよく成立していることを確認した.CTMRGに関しては,線状欠陥のあるイジング型模型の臨界現象に応用し,臨界指数が欠陥強度に連続的に依存するという性質が,4体相互作用のある場合でも成立すること,および,欠陥磁化等の臨界指数の間のスケーリング関係式を確認した.1次元量子スピン系に関しては,磁化過程の精密計算を行い,磁化の立下り(飽和磁化)および立ち上がり(下部臨界磁場)近傍でのデルタ関数ボーズ気体描像の妥当性の定量的評価,特に,有効結合定数の計算を行った.また,S=1/2梯子系やS=1双1次一2次鎖ではカスプ型の磁化曲線異常を示す場合があることを発見し,これらが,素励起の分散関係と(漸近的)自由フェルミオン描像で説明できることを示した.2次元量子スピン系に関しては,積テンソル型波動関数を試行関数とする変分法をPWFRGを用いて実行し,双2次項のある反強磁性体において,ネール状態と無秩序状態の間の相転移が1次であることを示した.以上の成果はその多くが論文として,現在投稿中もしくは投稿準備中である.本年度は前年度に引き続き数値繰り込み群法(積波動関数繰り込み群PWFRG,および角転送行列繰り込み群CTMRG)の整備・適用をすすめた.方法論的には,特に,高次元への拡張を目指した研究を行った.2次元古典統計系に関しては,吸着子のある結晶微斜面の問題を取り扱った.結晶表面自由度を制限SOS模型で,吸着子系をイジング模型(=格子気体)でそれぞれ表現し,両者の結合系をPWFRG法で解析した.両者の結合は,「吸着原子の有無によって表面段差生成エネルギーが変化する」機構を組み込むことにより取り入れた.詳細な解析の結果,広いパラメータ領域において,p-η曲線(界面傾き-傾き誘起外場曲線)に飛びが生ずる「吸着子誘起1次相転移」が生じることを発見した.また,この現象のミクロなメカニズムとして,吸着子の密度ゆらぎを媒介して伝わる短距離ステップ間引力が効いていることを明らかにした.さらに,「1次相転移線」の終点としての2次相転移点では,これまで常識とされていたポクロフスキー-タラポフ型とは異なる,新しいユニバーサリティークラス臨界現象が見られることを発見した.数値繰り込みの高次元化に関しては,3次元統計系に対して,転送行列の最大固有値状態波動関数に対する積テンソル型構造仮説に基づく研究を行った.
降水日変化特性のモデル再現性向上と降水擾乱に対する日変化の影響評価

現在の領域気候モデルでは、早朝や日中にみられる降水の極大時刻に観測とのズレがみられ、再現性に課題がある。本研究では、水蒸気輸送の観点から可降水量データをリファレンスとし、高解像度数値モデルを用いた感度実験を行うことで、降水の日変化を支配する環境要因について明らかにするとともに、数値モデルでの日変化再現性の向上を目指している。本年度は、領域モデル(SCALE-RM)を用いて、降水日変化再現性に重要なモデル設定を特定するため、空間解像度と地形解像度を変えた感度実験を行った。ctl実験として、水平格子サイズ2km、鉛直層数60層、最大地形傾斜度1の実験を行なった。境界データはGANALを用いた。これを基準に、地形解像度を変えた実験として、最大地形傾斜度5(exp02)、10(exp03)に変更した実験、水平格子サイズを1/4の大きさに変更した実験(exp04)、鉛直層数を倍増した実験(exp05)を行なった。中国地方を対象に、総降水量を比較したところ、地形の詳細化(exp02、exp03)は、地形のピーク位置での降水極大を増幅することが示された。また、水平格子の高解像度化(exp04)も地形が詳細化したことで、地形に伴う降水極大の増幅が見られた。一方、日変化については、今回の実験では大幅な改善がみられなかった。具体的には、すべての実験で午後の降水量が過大であり、ピーク時間が3時間程度早いというバイアスが見られた。予定していた計画の実施という観点においては、計画通りであったと言える。しかしながら、当初の想定とは異なり、再現性の改善に影響があると期待していたパラメータは、期待されていたほどの再現性の改善が見られなかった。今年度中に、キーパラメータの特定まで行う予定であったが、そこには到達できなかったという点で、やや遅れている。当初は数値実験から、感度の大きなパラメータの特定を行う計画としていたが、複数の再解析データの再現性比較と、観測データを中心とした解析を進める。領域気候モデル(SCALE-RM)による降水日変化再現性の調査のため、まず境界値データに使用する解析データとして気象庁の客観解析データ(GANAL)の取得とSCALE-RMで使用するためのフォーマット変換を行った。また、SCALR-RMによるモデル結果の比較データとして、JRA55をメソ数値予報モデル(MSM)でダウンスケールすることにより作成されたJRA-55領域ダウンスケーリングデータ(DSJRA-55)の取得を行った。さらに、解析を行うための降水変数の切り出しやフォーマット変換等のデータ整備を行った。モデル結果のリファレンスとなるアメダス観測による降水データについても、解析のためのデータ整備を行った。初期解析として、GANALを境界値としたSCALE-RMによる水平解像度7.5kmと2.5kmダウンスケール実験を行なった。鉛直層数はそれぞれ36層、60層である。対象年は2008, 2010, 2011年の3年間の夏季(6-9月)とした。夏季を選択した理由は、(1)年間でもっとも降水の多い時期である、(2)複数の現象(梅雨前線、温帯低気圧、対流性降水、秋雨前線、台風)による降水を含んでいるためである。その結果、観測の降水日変化は7時と16時ごろに極大、12時に極小となるが、モデルでは、2.5km、7.5km共に朝の極大はほとんど再現できなかった。また日中の降水ピークは、観測では12時に極小となった後徐々に増加していくが、モデルは10時ごろから徐々に増加していく傾向にあった。水平格子サイズ2.5kmの計算は、7.5kmの計算と比較して、水平解像度、鉛直解像度のどちらも高解像度であるが、両者の違いは観測とモデルの違いよりも小さく、高解像度化による日変化再現性への影響は今回の実験では小さかった。当初の計画通り、データの取得と実験準備については順調に進んでいる。しかしながら、データ取得と解析のための準備などが予定よりも時間がかかり、計画していた実験の一部しか遂行できなかった。その点において、「やや遅れている」とした。しかしながら、実験準備と解析準備等は整っているので、今後の解析にかかる時間は短縮されると見込まれる。

一方、日変化については、今回の実験では大幅な改善がみられなかった。具体的には、すべての実験で午後の降水量が過大であり、ピーク時間が3時間程度早いというバイアスが見られた。予定していた計画の実施という観点においては、計画通りであったと言える。しかしながら、当初の想定とは異なり、再現性の改善に影響があると期待していたパラメータは、期待されていたほどの再現性の改善が見られなかった。今年度中に、キーパラメータの特定まで行う予定であったが、そこには到達できなかったという点で、やや遅れている。計画に従って、実験の実施と解析を進める。モデル大気の空間解像度や地形解像度などの設定を変えた実験を行い、水蒸気輸送量、雲の形成、降水のタイミングがどのように異なるのか、どの設定が降水日変化再現性にとって重要であるのかについて、解析と検証を行う。当初は数値実験から、感度の大きなパラメータの特定を行う計画としていたが、複数の再解析データの再現性比較と、観測データを中心とした解析を進める。初年度、ネットワークハードディスクを購入予定であったが、初年度に行ったデータ整備、および、計算結果は、既存のディクスクで収まる範囲であったため、購入を見送った。次年度は、当初の計画通り国内学会に加えて、海外での発表を行う予定である。また、すでに論文執筆を行なっており、投稿のための英文校正費や投稿料にも使用する予定である。観測データ(GPS可降水量データを予定)を購入予定であるが、金額が大きいため、あらかじめ購入するデータの期間を解析により絞る必要が生じた。現在、期間を特定するのための解析をしているところであり、来年度データを購入する予定である。
時空の熱力学的性質に対する量子効果及び非平衡効果の研究

・Membrane paradigmに平衡周りの揺らぎを取り入れるという研究に関して、先行研究の手法を拡張する形で定式化を行い、博士論文に成果をまとめた。元々のmembrane paradigmとは、ブラックホールホライズンから僅かに外側にstretched horizonと呼ばれる面を考え、その面に垂直な電場がmembrane上の仮想物質の電荷密度を与え、面に水平な磁場が仮想物質の電流密度を与え、面に水平な電場と仮想電流が比例し(Ohmの法則)、ブラックホールに吸収されるエネルギー量がJouleの発熱法則と解釈出来る、というものだった。本研究の狙いは、ここにHawking輻射の効果を取り入れることであり、membrane上の仮想電流にノイズ項が生じることが予想された。実際、得られた結果によると、電流と電場の比例関係であるOhmの法則はノイズ平均の意味でのみ成り立ち、Jouleの法則は発熱項だけでなくHawking輻射による放熱項も含む形に拡張されることがわかった。・Einstein方程式を時空の熱力学から導出するというJacobsonによる考え方について、異なる定式化を提案し、専門雑誌に投稿、掲載された。元々のJacobsonの考え方には、観測者の取り方の不自然さと、測地線束のexpansionが消える条件が必要になる、という困難があった。また、高階微分を含むような重力理論への拡張は、f(R)重力のような限られた理論で達成されていたものの、どこまで拡張出来るのか不明であった。そこで我々は、観測者の取り方を自然なものに変え、測地線のexpansionの値を非零とし、任意のヌル超曲面でクラウジウス関係式を仮定することを出発点として、Einstein方程式、もしくはf(R)重力の運動方程式、を導く条件を解析し、結果を与えた。・membrane paradigmにHawking輻射の効果を取り入れる研究に関して、電磁場の場合に解析結果を与えた。・Jacobsonの議論に関し、その考察を非平衡関係式に拡張する提案を行った。・Jacobsonの議論に関しては、一般の高階微分項を含む重力理論への拡張を試みる。本年度に行ったネーター電荷の手法による一般的定式化を基礎とした研究を行う。
皮下脂肪細胞由来幹細胞を用いた勃起不全治療法の開発

【緒言】急速に高齢化社会に構造転換している日本において、男性の生活の質を向上させる取り組みが医学的にも重要である。メタボリック症候群の初期症状として勃起不全(Erectile Dysfunction,以下EDと略す。)が認められ、逆にED男性の90%は糖尿、高血圧、高脂血症、肥満を有しており、陰茎海綿体内での海綿体平滑筋・内皮、神経の異常が全身の心臓血管系異常に先立って現れてくる。EDに対する治療は、現状では実質的に、勃起改善治療薬の処方のみであり、糖尿病、動脈硬化症例での機能回復は限定的であることから有効な再生医療が期待される。【研究方法と結果】我々はラットから皮下脂肪由来幹細胞; adipose tissue-derived stem cells(ASC)を安定的に誘導することに成功し、研究を行っている。ラット勃起vivoモデルを用いて、勃起状態の定量化(海綿体内圧と動脈圧の測定)を行っている(Nishimatsu Hetal. Peptides2001 ; 22 : 1913-8.)。STZによる1型糖尿病ラットを用いて、5. 0×105個のSVF/MC幹細胞(刺激因子による内皮誘導型; EGM、平滑筋誘導型; EBM)を亀頭部海綿体から類洞静脈洞に注入。(1)勃起機能が幹細胞により改善することを示した。(2)糖尿病によってもたらされる海綿体構造の破綻に対して、ASC投与はこれを改善することを示した。VE-Cadherinやコラーゲンやエラスチン繊維の増生(再生)を認めた。(3)ASCが分泌するparacrine factorとして我々はAdrenomedullin(AM)に以前から注目していたが、ASC培養上清に非常に多く存在することを確認し、AM産生を抑制させるsiRNA投与でASCからの分泌が抑制されることを示した。AMの作用機序は、1.細胞の遊走(マクロファージ)、分化制御、2.血管内皮細胞再生、抗炎症作用、血管新生の調整、3.体液量調節作用、強心作用といった多彩な生理活性を示す。この様なAMの作用が、我々の誘導したASCの海綿体再生能にどの程度関与しているかを検討するためにAMのノックダウンや過剰発現が海綿体構造に与える変化を評価したところ,海綿体再生にAMがparacrine factorとして大きく関与していることを確認した。【考察】再生医療におけるASCの利点について列挙すると、1)低侵襲で大量・効率的に幹細胞を回収可能(キースライド参照)2)自家細胞での治療が可能、感染・拒絶リスク回避(安全性)3) iPS細胞と異なり、発癌の危険性はない4)細胞分泌paracrine factorsの組織修復促進効果が期待可能5) iPS細胞は技術的、倫理的、特許の観点からまだまだハードルが高いなどが考えられる。我々はラットASCが血管再生、海綿体構造再構築、勃起機能改善に有効であることを見出した。ASCの作用機序の更なる解明のために、AM以外の血管新生、神経再生を効率的に促進するサイトカインや細胞老化制御についての研究を今後も進めていきたい。

【考察】再生医療におけるASCの利点について列挙すると、1)低侵襲で大量・効率的に幹細胞を回収可能(キースライド参照)2)自家細胞での治療が可能、感染・拒絶リスク回避(安全性)3) iPS細胞と異なり、発癌の危険性はない4)細胞分泌paracrine factorsの組織修復促進効果が期待可能5) iPS細胞は技術的、倫理的、特許の観点からまだまだハードルが高いなどが考えられる。我々はラットASCが血管再生、海綿体構造再構築、勃起機能改善に有効であることを見出した。ASCの作用機序の更なる解明のために、AM以外の血管新生、神経再生を効率的に促進するサイトカインや細胞老化制御についての研究を今後も進めていきたい。EDに対する治療は、現状では実質的には、勃起改善治療薬の処方のみである。我々はラットの皮下脂肪から幹細胞を安定的に誘導することに成功し、血管内皮障害モデルで血管再生に有効であることを確認した。この皮下脂肪から抽出した幹細胞による海綿体平滑筋、内皮、神経に対する再生医療を勃起不全治療に応用する。海綿体障害モデルはSTZ糖尿病ラットを用いて、5.0×10^5個のASC_EGM,ASC_EBM幹細胞を亀頭部海綿体から類洞静脈洞に注入。流出の遅延、海綿体へのバックフローを有するこの静脈系に注入し、海綿体への取り込みを注入後1週間で評価。コントロール群と比較して、EGM群2.2倍、EBM群1.8倍のICP/MAP(海綿体内圧/血圧比)の改善を認めた。2週間投与群でも同様に改善を認めた。4週間投与群ではEGM群にのみ有意な改善効果を確認した。このEGM群の効果は投与6週間まで持続することが確認できた。EBMで培養した幹細胞を投与した群、EGMで培養した幹細胞を投与した群ではSTZ糖尿病ラットに比べて有意に勃起能が改善し、その効果はEGMで培養した幹細胞を投与した群で大きかった。EGMで培養した幹細胞投与の効果はSTZ投与後15週目(21週齢;ASC投与6週間後)まで確認できた。
疾患関連分子・周囲レドックス環境の可視化に向けた新規造影剤の開発と応用

生体内で産生されるフリーラジカルは、還元物質などとともに、我々生命体の恒常性維持に寄与している。しかし、生体内の酸化・還元(レドックス)バランスが破綻すると、フリーラジカルは生活習慣病やがんなどの疾患を引き起こす原因となることが示唆されており、今後益々拡大する酸化ストレス疾患の原因解明や創薬を行うためには、レドックス反応が生体内のどこで、どのように関与しているかを明確にしなければならない。そこで、本年度は、疾患関連分子・周囲レドックス環壌の可視化に向けた新規造影剤の開発と応用として、脂質ラジカルを標的にしたプローブの合成・評価を行った。具体的には、申請者らがこれまでに開発したピペリジン系ニトロキシドの合成法を用い、脂質親和性向上を目論み、ニトロキシドラジカル近傍に種々のアルキル側鎖を導入した新規ニトロキシドを合成した。ESR、TBARS法により脂質反応性、脂質過酸化抑制効果を評価したところ、n-ペンチル基またはn-オクチル基のアルキル鎖を導入したニトロキシドが、メチル、エチル基と比較して、より高い脂質反応性、過酸化抑制効果を有する結果が得られた。また、これらはプローブの油水分配係数と相関することが示され、プローブ設計の指標とすることができることを示した。これらの成果は、脂質を標的分子とし、膜周囲のレドックス環境を反映するプローブとしての有用性を示すと共に、他の標的分子への応用可能性を提示したものである。また、以上の研究成果は、Journal of Organic Chemistry誌に論文発表を行った。疾患関連分子・周囲レドックス環境の可視化に向けた新規造影剤の開発と応用のため、本年度は、反応特異性含フッ素ニトロキシルラジカルの合成を目的とした。これまでに開発した合成法を用いて、ピペリジン系ニトロキシルラジカルの2,6位に種々の鎖状・環状置換基を導入した。これら合成したニトロキシルラジカルについて、生体内レドックス状態検出プローブとしての反応性評価を行った。そのなかで、環状置換基上にヘテロ原子を有する化合物がアスコルビン酸に対して高反応性を示した。一方で、アルキル基を置換したニトロキシルラジカルは、アスコルビン酸による還元に対し抵抗性を示し、ニトロキシルラジカル周辺の置換基によって反応性を変えられることを明らかにした。さらに、ニトロキシルラジカルとアスコルビン酸の反応性に対する置換基効果を検討するため、サイクリックボルタンメトリー法による電気化学的手法を用いて精査した。その結果、2,6位の置換基によって酸化還元電位が大きく異なり、アスコルビン酸との酸化還元電位との差によって、反応性の程度が異なることを明らかにした。一方、本合成法を用いて、ピペリジン環の2,6位へのフッ素置換基導入を試みたが、フッ素原子の高い電気陰性度によるものと考えられる脱離反応が進行せず、目的化合物を得るには至らなかった。そこで、過去の報告を参考に5員環のピロリジン系ニトロキシルラジカルの2,5位にフッ素置換基を導入した。また、既存のピペリジン系ニトロキシルラジカルの4位にフッ素置換基を導入した化合物を予備実験で合成し、来年度は、アスコルビン酸に対する反応特異性を示した化合物にフッ素置換基を、さらには、特定分子認識骨格を結合し、疾患関連分子・周囲レドックス状態の解析に向けたプローブ剤の最適化検討を行う。疾患関連分子・周囲レドックス環境の可視化に向けた新規造影剤の開発と応用のため、本年度は、特異的分子認識骨格の結合と評価を目的とし研究を遂行した。標的認識骨格として、アルツハイマー病の病因と考えられているアミロイドβを標的としたベンゾチアゾール骨格の導入を試みた。これまで開発してきた合成法を用い、ニトロキシドのレドックス特性の反応点であるN-Oラジカル近傍に認識骨格を導入することに成功した。また、N-Oラジカルの遠位に同一のベンゾチアゾール骨格を導入したものと比較検討を行った。その結果、この導入部位の違いにより、アミロイドβと結合した際のESRスペクトル変化が異なり、結合様式が異なることが示唆された。さらに、ニトロキシドによるアミロイドβ凝集に対する効果においても、認識骨格導入部位の違いにより、凝集促進あるいは抑制と作用が異なるという新たな知見が得られた。一方、ニトロキシドの電子スピンとフッ素核スピンを利用した結合能評価に向けて、ニトロキシドのN-Oラジカル近傍へのフッ素原子導入を試みた。本年度は、既知化合物と合わせて、N-Oラジカルのβ位やγ位、あるいはさらに離れた位置にフッ素原子を導入したニトロキシドプローブの合成を行った。その結果、β位にフッ素原子を導入したニトロキシドのESRスペクトルではフッ素原子核による超微細結合が観測された。今後、N-Oラジカルのβ位にフッ素原子を有するニトロキシドに、認識骨格導入を進め、核スピン相互作用によるESRスペクトル変化を利用した結合能・認識能の評価を目指す予定である。

そこで、本年度は、疾患関連分子・周囲レドックス環壌の可視化に向けた新規造影剤の開発と応用として、脂質ラジカルを標的にしたプローブの合成・評価を行った。具体的には、申請者らがこれまでに開発したピペリジン系ニトロキシドの合成法を用い、脂質親和性向上を目論み、ニトロキシドラジカル近傍に種々のアルキル側鎖を導入した新規ニトロキシドを合成した。ESR、TBARS法により脂質反応性、脂質過酸化抑制効果を評価したところ、n-ペンチル基またはn-オクチル基のアルキル鎖を導入したニトロキシドが、メチル、エチル基と比較して、より高い脂質反応性、過酸化抑制効果を有する結果が得られた。また、これらはプローブの油水分配係数と相関することが示され、プローブ設計の指標とすることができることを示した。これらの成果は、脂質を標的分子とし、膜周囲のレドックス環境を反映するプローブとしての有用性を示すと共に、他の標的分子への応用可能性を提示したものである。また、以上の研究成果は、Journal of Organic Chemistry誌に論文発表を行った。
高磁場及び超高磁場MRI装置を用いた、脳腫瘍患者における神経線維束の描出

まず、画質向上を図る為に静磁場強度が1.5T、3TのMRI装置双方にparallel imaging法と頭部専用高感度受信コイルを導入した。これにより双方とも歪みの少ない良好な拡散テンソル画像の撮影が可能となり、3TのMRIが本来持っている高い高磁場特性による高い信号・雑音比を持った画像がより有効に利用できるようになった。次いで、30名の正常ボランティアの拡散テンソル画像撮影を行った。画像解析はJohns Hopkins大のMoriらが開発した拡散テンソル画像解析及び白質神経束描出(tractography)用のソフトウェアDTI Studioを用いた。3TのMRIが本来持っている高い高磁場特性による高い信号・雑音比を持った画像がtractographyにおいても有効であり1.5Tと比べて多くの線維束の描出能が高いことを世界で初めて証明し、Radiology誌(Radiology,2006;238:668-678)に発表した。また、副次的成果として、モヤモヤ病のMR angiographyにおいても3Tは1.5Tを凌駕することを証明した(Radiology,2006;239:232-237)。拡散テンソルtractographyが実際に白質線維束の位置を正確に描出出来ているかの確証がまだ得られていなかったため、拡散テンソルtractographyのデータを、脳手術用ナビゲーター装置に取りこみ、実際の脳外科手術において電気生理学的所見(運動誘発電位:MEP)と対比した。その結果、拡散テンソルtractographyがほぼ正確に実際の神経線維束を描出していることを証明した。また、拡散テンソルtractographyと電気生理学的所見を相補的に用いることは安全な脳腫瘍手術への寄与が大きいことを見いだした。この成果についてもRadiology誌に掲載予定である。平成15年度は既存設備である1.5Tの臨床診療用MRI装置(Siemens社製Magnetom Symphony)、3Tの臨床研究用MRI装置(Siemens社製Magnetom Trio)のそれぞれを使用して正常ボランティア(6名)の拡散テンソル画像撮影を行った。画像解析はJohns Hopkins大のMoriらが開発した拡散テンソル画像解析及び白質神経束描出(tractography)用のソフトウェアDTI Studio(Mori et al.Ann Neurol 2002;51:377-380)を用いた。結果は画像の歪みが原因で必ずしも良好な拡散テンソル画像、Tractographyを得る事は困難であった為、画質向上を図る目的で1.5T、3TのMRI双方にparallel imaging法と頭部専用高感度受信コイルを導入した。正常ボランティア(6名)の撮影において双方とも歪みの少ない良好な拡散テンソル画像の撮影が可能となり、3TのMRIが本来持っている高い高磁場特性による高い信号・雑音比を持った画像がより有効に利用できるようになった。現在、正常ボランティアの数を増やして更に撮影件数を重ねており、学会発表及び論文投稿の準備中である。脳腫瘍などの脳占拠性病変症例においては特に3TのMRIの利点(前述)を生かして術前tractographyを作成し、手術時における電気生理学的手法による、錐体路などの白質神経路の推定と術前tractographyの対比参照、術後のtractographyと術前の対比を開始している。現時点では少数経験ではあるが、Tractographyにより高精度の切除範囲決定と術後機能温存が可能となってきている。脳腫瘍などの脳占拠性病変症例においては特に3TのMRIの利点(前述)を生かして錐体路や視放線などの術前tractographyを作成し、脳手術用ナビゲーター装置への転送方法を確立し、この手法を平成17年2月11日に第34回日本神経放射線学会にて発表した。手術時における誘発電位や覚醒下手術などの手法を用いた脳機能分布の推定と術前tractographyの対比参照、術後のtractographyと術前の対比を開始している。

今後もtractographyによる高精度の切除範囲決定と術後機能の温存をより高い次元で実現するために更に検討を加え、tractographyの臨床的有用性の向上を目指していく予定である。脳腫瘍などの脳占拠性病変症例においては特に3TのMRIの利点を生かして錐体路や視放線などの術前tractographyを作成した。ナビゲーターガイや覚醒下手術などの手法を用いた脳機能分布の推定とtractographyの対比参照を行い、術中の錐体路推定にtractographyが有効であることを見出した。この結果はRadiology誌に掲載予定である。(Okada T, Mikuni N, Miki Y, etal. Radiology, in press.)今後も脳占拠性病変の切除範囲拡大と術後機能の温存という相反する目標をより高い次元で実現するため、従来の電気生理学的検査に加えてtractographyを利用した白質機能マッピングへと研究を進めていく予定である。
格子ボルツマン法による流動場および音響場の同時解析技術の確立

前年度に開発した格子ボルツマン法に基づく流動場と音響場の同時解析手法を用いて,一様流中の単独翼から発生する空力音の直接計算を行い,本計算手法の有効性を検証した.前年度まではレイノルズ数が比較的小さな流れ場における検証を主に行ってきたが,本年度は,実際の適用対象である低速ファンを想定して,レイノルズ数が10^5のNACA0012翼から発生する乱流音の計算を行った.低速ファンなどから発生する乱流音の広帯域スペクトルの定量的予測はこれまでに実現されていない課題であった.本計算結果を実験結果と比較することにより,翼まわりのはく離遷移流れが再現できていることを確認し,さらに,乱流音の広帯域スペクトルが本計算手法により高精度に予測できることを示した.次に,本計算手法をエアコン室外機用の低速ファンまわりの流れに適用し,計算結果を羽根車後方の時間平均速度分布および乱れ度分布の計測結果,さらに高応答圧力センサーによる翼面上の圧力変動の計測結果と比較した.低速ファンまわりの複雑なはく離渦流れ場について実験結果と比較して良好な結果が得られていることが確認でき,本計算手法の低速ファンへの適用可能性が示された.実際の機械への格子ボルツマン法の適用範囲は,これまでレイノルズ数が非常に小さい流れ場に限られており,レイノルズ数10^5程度の低速ファンへ適用した例は極めて少なく,本研究成果により今後,格子ボルツマン法を用いた流体機械まわりの流れ解析および空力音予測が促進されると考えられる.格子ボルツマン法は従来のNavier-Stokes方程式を離散化して計算する手法などに比べて,非常に高速な計算が可能であり,並列化にも優れているので,本研究成果は流体機械の開発におけるコスト削減に貢献すると考えられる.(抄録なし)昨年度はこれまでに開発した格子ボルツマン法に基づく流動場と音響場の同時解析手法を用いて検証のための計算および計算手法の改良を行った.開発した計算手法を用いて低レイノルズ数の円柱まわりの流れから発生するエオルス音の計算を行った.本計算手法では計算格子として様々な解像度の直交格子を組み合わせたものを用いるので,格子解像度の不連続面において接続方法に問題がないか検証した.物体適合格子を用いた計算結果と比較して十分な精度で計算できることが分かった.この研究成果は日本機械学会2012年度年次大会および5ht International Symposium Fluid Machinery and Fluids Engineeringにおいて口頭発表した.次に,より実際の機械まわりの流れに近いレイノルズ数が1.0×10^5の単独翼まわりの流れの計算を行った.本計算手法は乱流境界層に起因する高周波数の空力音を従来の流動場と音響場を分離して計算する手法に比べて高精度に計算できることが期待されるので,その検証を目的とする.まずは流れ場が再現できるか検証を行った.検証のためのデータは文献から取得した計測結果を用いた.境界層内の速度に関してその平均値分布および分散値分布が計算結果と計測結果で良い一致が得られた.本計算手法により翼周りに発達する乱流境界層が精度良く計算できることを示すことができた.また,格子分布や解像度の計算結果へ与える影響も調査した.この研究成果は第90期日本機械学会流体部門講演会および第26回数値流体力学シンポジウムにおいて口頭発表した.さらにASME 2013Fluids Engineering Division Summer Meetingにおいて口頭発表する予定である.単独翼に対して流動場の計算精度の検証は完了したので,今後は音響場の予測精度を検証する予定であるが,その前に計算手法の改良を行った.これまで使用してきた計算モデルは流体のエネルギー保存を考慮しないモデルであったが,音響場の計算では低マッハ数流れであってもエネルギー保存を考慮する必要あると考え,新しいモデルの導入を行った.前年度に開発した格子ボルツマン法に基づく流動場と音響場の同時解析手法を用いて,一様流中の単独翼から発生する空力音の直接計算を行い,本計算手法の有効性を検証した.前年度まではレイノルズ数が比較的小さな流れ場における検証を主に行ってきたが,本年度は,実際の適用対象である低速ファンを想定して,レイノルズ数が10^5のNACA0012翼から発生する乱流音の計算を行った.低速ファンなどから発生する乱流音の広帯域スペクトルの定量的予測はこれまでに実現されていない課題であった.本計算結果を実験結果と比較することにより,翼まわりのはく離遷移流れが再現できていることを確認し,さらに,乱流音の広帯域スペクトルが本計算手法により高精度に予測できることを示した.次に,本計算手法をエアコン室外機用の低速ファンまわりの流れに適用し,計算結果を羽根車後方の時間平均速度分布および乱れ度分布の計測結果,さらに高応答圧力センサーによる翼面上の圧力変動の計測結果と比較した.低速ファンまわりの複雑なはく離渦流れ場について実験結果と比較して良好な結果が得られていることが確認でき,本計算手法の低速ファンへの適用可能性が示された.

実際の機械への格子ボルツマン法の適用範囲は,これまでレイノルズ数が非常に小さい流れ場に限られており,レイノルズ数10^5程度の低速ファンへ適用した例は極めて少なく,本研究成果により今後,格子ボルツマン法を用いた流体機械まわりの流れ解析および空力音予測が促進されると考えられる.格子ボルツマン法は従来のNavier-Stokes方程式を離散化して計算する手法などに比べて,非常に高速な計算が可能であり,並列化にも優れているので,本研究成果は流体機械の開発におけるコスト削減に貢献すると考えられる.当初は格子ボルツマン法による新しい計算手法を実際の回転機械に適用することを計画していたが,本年度は単独翼においての計算精度の検証までにとどまった.これまで開発した計算手法に対して,新たにエネルギー保存式を満足する計算モデルを取り入れるのに時間を要した.今後は単独翼から発生する音響場の予測精度を評価する.従来の流動場と音響場を分離して計算する手法に比べて高周波数の音の予測精度が向上するか確認する.また,格子ボルツマン法にはエネルギー保存式まで考慮するモデルと考慮しないモデルがあり,後者の方が計算量が少ない.低マッハ数の流れ場の計算においてはエネルギー保存式を考慮しないモデルで十分であるが,音響場に関しては明らかではない.両者の結果で音響場の予測結果にどのように違いが出るのかを調査する.その後,最終的にはターボ機械のような回転機械に適用することを目指しているので,移動物体周りの流れを計算するためのコード開発を行う.(抄録なし)
熱レンズ顕微鏡をベースとした単一分子測定法の創成

本研究は暗視野熱レンズ法という新しい方法論を創成して、非蛍光性分子の単一分子測定へ展開することを目的としている。昨年度は、暗視野熱レンズ顕微鏡を試作して、暗視野熱レンズ測定の原理を検証した。暗視野コンデンサからプローブ光をリング状に入射して、対向した配置で励起光を集光することで、暗視野配置の熱レンズ測定がはじめて可能になった。そこで、本年度は感度の最適化に取り組んだ。最初にパルスレーザーである励起光について、パルスの繰り返し周波数とポリスチレン粒子の信号のパルス高さについて検討した。平均出力はおよそ25kHzで最大となるが、パルス波形は検討範囲で最小の周波数である1kHzで最大となった。このことはむしろパルスあたりの出力が信号の感度に影響していることを意味している。次に、共焦点光学系によるプローブ光の検出において重要であるピンホールの径について評価した。0-600μmまでピンホールの径を変えたところ、信号強度については予想通りピンホールの径とともに単調に増加した。また、信号強度とバックグランド(迷光由来)の比には最適値が存在して、およそ100μmで最大となった。さらに流速やPMTのゲインについても検討をおこなった。以上、最適化した条件でポリスチレン粒子の粒径を下げていって、検出下限を求めた。その結果、70nmの粒子まで測定することができた。この結果は、あと2桁程度検出下限を下げられれば単一分子測定が可能であることを意味している。暗視野コンデンサのレーザー光への最適化やフォトンカウンタによる高感度化で十分に可能であると考えられる。以上により、本研究の目的である暗視野熱レンズ法による単一分子測定の可能性を示すことができた。分析システムを集積化したマイクロチップや単一細胞分析などに見られるように、近年分析対象はマイクロ・ナノサイズ化へと向かっており、微小空間における化学・バイオという新しい学問領域に対する期待が高まっている。このような微小空間では多数平均としての分子の振る舞いではなく、個々の単一分子を分析することが重要になる。これまで、このような極限分析手法として蛍光法が知られているが、対象が蛍光分子に限定されるために、汎用性が低かった。そこで、本研究では、光吸収後の熱を高感度に測定する当グループオリジナルの熱レンズ顕微鏡を高感度化して、単一分子分析できる感度まで高めることを目的とした。従来の光学的高バックグラウンド測定の限界を脱却するために、暗視野法というバックグラウンドフリーな観察法と組み合わせて、新しく暗視野熱レンズ顕微鏡を開発する。平成17年度は、暗視野熱レンズ顕微鏡の実現と原理実証を目的した。暗視野測定と熱レンズ測定を顕微鏡上で実現するための光学設計を行い、実際に正立顕微鏡をベースに暗視野熱レンズ顕微鏡を試作した。励起光を上部から導入して、対物レンズによりマイクロチャネルに集光して熱レンズ効果を起こし、下部から暗視野コンデンサを介して導入したプローブ光の熱レンズ効果による偏向を、接眼レンズ上部に設置した共焦点光学系と光電子増倍管によりバックグラウンドフリーかつ高感度に計測した。実際に着色した130nmのポリスチレン粒子をマイクロチャネルに流しながら測定したところ、プローブ光のみの照射では光散乱による微弱なパルス信号のみであったが、励起光の照射により1桁強度を増強することを確認した。このように、平成17年度で当初の目的どおり原理確認まで達成した。
高圧X線CT型定位集光放射線治療にかかわる基礎研究

本補助金により、M.Cristyらの楕円による人体数式ファントム(成人男性胸部を単純化し、肺内中央部に直径2.0cmの球体を孤立性肺癌(GTV)として挿入したモデル)に基づいて、胸部の人体構造を模したファントムを作成した。X線をコリメータにより直径3cm程度に絞り、細ビームとし、このファントムに照射するというEGS4モンテカルロコードを使用した解析をおこなったところ比較的低いエネルギーの場合、ビーム軸に垂直方向、水平方向とも平坦性がよかった。一方、不均一部分の影響から、これまでの放射線治療で使われている、高エネルギーX線では、腫瘍と肺組織の境界面でなだらかな勾配が生じ、標的体積内での均一性が損なわれる傾向にあった。標的体積の中心点の線量で正規化した場合、エネルギーが小さいほどGTV内の均一性は高く、平均線量は100%に近くなる。さらに、CTV内の肺組織(sub-clinicalな浸潤)に対しても均等な照射が可能である。14年度は既存のヘリカル式高速CT撮影装置を改良した。実際に企業との共同研究で設置した実験用CT装置で、X線をコリメータにより細ビームとし照射が可能となった。実測で、線量計および測定用フィルムで基礎データを取得した。また、呼吸移動を模擬するため、前年度に作成した人体型ファントムを3軸方向に周期的に移動させる装置を作成し通常の呼吸状態での照射した場合のデータも取得した。前年の線量分布、コンピュータ・シミュレーションのデータを総合的に解析し、さらに実際の治療条件に近い形で基礎データ測定と、動物実験などを進めた。なお、コンピュータ・シミュレーションと線量計算に関しては、当初の計画の予定外ではあるが、さらに進んで将来の研究計画に必要な、ネットワークを介したスパーコンピュータ利用を計画し、基礎的な検討をおこなった。これらの成果の一部はすでに発表し、論文としており、さらに投稿中である。X線をコリメータにより直径3cm程度に絞り、細ビームとし、このファントムに照射した。解析をおこなったところ比較的低いエネルギーの場合、ビーム軸に垂直方向、水平方向とも平坦性がよかった。平行して肺癌定位放射線治療のためのEGS4モンテカルロコード1,2)を利用した線量計算施行可能とした。単純肺モデルを使用したモンテカルロ法による線量分布の検討するため、コンピュータ・シミュレーションを施行して、実験困難な、様々なエネルギーにおけるX線エネルギーの違いによる肺内吸収の変化、微細線量分布などを求め、最適の照射エネルギーについて検討した。対向2門照射と比較して、180°回転3門照射は標的体積内の線量均一性が高く、照射体積を小さくできる結果であった。線質による照射体積の変化は、6MVに対して4MVで+8%、10MVで-8%のみであった。これらの結果は、途中であるが学会報告し、さらに英文誌に投稿中である。本補助により、本年度は既存のヘリカル式高速CT撮影装置を改良した。

実際に企業との共同研究で設置した実験用CT装置で、X線をコリメータにより細ビームとし照射が可能となった。実測で、線量計および測定用フィルムで基礎データを取得した。また、呼吸移動を模擬するため、前年度に作成した人体型ファントムを3軸方向に周期的に移動させる装置を作成し通常の呼吸状態での照射した場合のデータも取得した。平行して肺癌定位放射線治療のためのEGS4モンテカルロコードを利用した、精密な線量計算施行を可能とした。前年の線量分布、コンピュータ・シミュレーションのデータを総合的に解析し(国枝)、さらに実際の治療条件に近い形で動物実験などを進めた。基礎データをもとに線量計算を行い、ウサギの肺などの数力所の標的に照射した。各部位ごとにリアルタイムにCT画像を観察しながら呼吸運動に同期して照射できるか、などを確認した。さらに正常組織線量と経過観察CTによる組織学的な変化を観察した(川口)。実際の条件に近い形で、標的以外の主要臓器の被爆線量、装置の漏洩線量などを測定した(川口、斎藤)。なお、コンピュータ・シミュレーションと線量計算に関しては、年初の計画の予定外ではあるが、さらに進んで将来の研究計画に必要な、ネットワークを介したスパーコンピュータ利用を計画し、基礎的な検討をおこなった。これらの成果の一部はすでに発表し、論文としており、さらに投稿中である。