hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マクロライドによるDNAワクチンの抗アレルギー作用増強効果の検討

卵白アルブミン(Ova)をコードするplasmidDNA(pDNA)であるpCMV-ovaを皮膚に免疫したマウス脾臓由来の抗原特異的CD4+T細胞は,IFN-γを産生するTh1細胞であることを確認した。さらに、14印環マクロライドであるerythromycin(EM)の経口投与は,pCMV-ova免疫マウス脾臓由来のOva特異的Th1細胞からのIFN-γ産生量を増加させた。すなわち、EMの経口投与は、DNAワクチンによって誘導されるOva特異的Th1タイプの免疫反応を増強させることを確認した。つぎに、EMの経口投与が、pCMV-ovaの免疫による肺好酸球浸潤抑制に影響を及ぼすかを検討した。その結果、EMの経口投与はDNAワクチンの肺好酸球浸潤抑制効果を増強することが示された。卵白アルブミン(Ova)をコードするplasmid DNA(pDNA)であるpCMV-ovaを皮膚に免疫したマウス脾臓由来の抗原特異的CD4+T細胞は、IFN-γを産生するTh1細胞であり、14印環マクロライドであるerythromycin(EM)の経口投与は、DNAワクチンによって誘導されるOva特異的Th1タイプの免疫反応を増強させ、DNAワクチンの肺好酸球浸潤抑制効果を増強することを確認した。DNAワクチンによるTh1タイプの免疫反応の誘導にplasmid DNAに含まれるCpG motifを有するimmuostimulatory sequence(ISS)が関与していることより、ISSによって活性化された抗原提示細胞に及ぼすEMの影響を検討した。その結果、マクロライドはISSによって活性化された抗原提示細胞の抗原提示分子の発現を増強し、抗原提示能を高めることが判明した。以上より、DNAワクチンにマクロライドを組み合わせることによりアレルギー反応に拮抗するTh1タイプ免疫反応誘導能を増強させ、DNAワクチンの抗アレルギー作用を増強できるを証明した。卵白アルブミン(Ova)をコードするplasmid DNA(pDNA)であるpCMV-ovaを皮膚に免疫したマウス脾臓由来の抗原特異的CD4+T細胞は,IFN-gを産生するTh1細胞であることを確認した.さらに,14印環マクロライドであるerythromycin(EM)の経口投与は,pCMV-ova免疫マウス脾臓由来のOva特異的Th1細胞がらのIFN-g産生量を増加させた.すなわち,EMの経口投与は,DNAワクチンによって誘導されるOva特異的Th1タイプの免疫反応を増強させることを確認した.つぎに,Ova吸入誘発肺好酸球浸潤マウスモデルを用いて,DNAワクチンの肺好酸球浸潤に及ぼす影響について検討した.Ovaを水酸化アルミニウム(alum)とともにBalb/cマウス腹腔に2回投与後,4週目にOvaを吸入させることにより肺好酸球浸潤モデルを作成した.つぎに,pCMV-ovaの免疫は肺好酸球浸潤を抑制することを確認した.このモデルマウスを用いて,EMの経口投与が,pCMV-ovaの免疫による肺好酸球浸潤抑制に影響を及ぼすかを検討した.その結果,EMの経口投与はDNAワクチンの肺好酸球浸潤抑制効果を増強することが示された.以上の結果は,DNAワクチンにマクロライドを組み合わせることによりアレルギー反応に拮抗するTh1タイプ免疫反応誘導能を増強させ,DNAワクチンの抗アレルギー作用を増強できる可能性を示している.昨年度の検討で、卵白アルブミン(Ova)をコードするplasmid DNA (pDNA)であるpCMV-ovaを皮膚に免疫したマウス脾臓由来の抗原

特異的CD4+T細胞は,IFN-gを産生するTh1細胞であり、14印環マクロライドであるerythromycin (EM)の経口投与は、DNAワクチンによって誘導されるOva特異的Th1タイプの免疫反応を増強させ、DNAワクチンの肺好酸球浸潤抑制効果を増強することを確認した。DNAワクチンによるTh1タイプの免疫反応の誘導には、plasmid DNAに含まれるCpG motifを有するimmunostimulatory sequence (ISS)が関与していることより、本年度は、ISSによって活性化された抗原提示細胞に及ぼすEMの影響を検討した。その結果、マクロライドはISS刺激によって誘導されるサイトカイン産生には影響を及ぼさないが、ISSによって活性化された抗原提示細胞の抗原提示分子の発現を増強し、抗原提示能を高めることが判明した。以上の結果は、DNAワクチンにマクロライドを組み合わせることによりアレルギー反応に拮抗するTh1タイプ免疫反応誘導能を増強させ、DNAワクチンの抗アレルギー作用を増強できる可能性を示している。
モノクロ-ナル抗体による骨芽細胞と破骨細胞のサイトカイン受容体の同定と発現機序

マウスマクロファ-ジ様株細胞P388D1を8ーアザグアニンに耐性にすることにより変異株細胞G3を得、またそれを親細胞として活性型ビタミンD_3で8日間刺激したDBA/2マウス骨髄細胞と細胞融合しハイブリド-マXCを樹立した。これら2つの変異株細胞は形態学的特徴、表面抗原、表面レセプタ-、細胞内酵素からマクロファ-ジとしての性状を充分備えていた。G3は活性型ビタミンD_3により増殖が抑制され形態的変化と共に酸性フォスファタ-ゼ活性の上昇並びに非特異的貪食能の亢進が観察された。しかしながら、インタ-フェ-ロンーγによっては増殖が抑制されるのみであった。一方、XCは活性型ビタミンD_3には全く反応せず、インタ-フェ-ロンーγにより増殖の抑制、貪食能の亢進および破骨細胞様の多核細胞の形成が促進された。マクロファ-ジ分化抗原であるF4/80抗原は、無刺激の状態でXCに強く発現されていたが、G3のそれは痕跡程度であった。しかしながら、活性型ビタミンD_3はG3に濃度依存的に抗原を増加させ、また一定濃度以上のインタ-フェ-ロンーγはXCに更にその発現を増加させた。一方、インタ-フェ-ロンーγはG3に、また活性型ビタミンD_3はXCに対しその発現の増加を誘導しなかった。インタ-フェ-ロンーγによって形成されるXCの多核細胞はF4/80抗原を強く発現することから破骨細胞とは異なる分化形態であることが推察された。以上の結果より、活性型ビタミンD_3は比較的初期のマクロファ-ジに分化を誘導し、また一度活性型ビタミンD_3により分化かが誘導されたマクロファ-ジはもはやそれには反応せず、次なるシグナルにより更なる分化が誘導されることが示唆された。近年、骨代謝において免疫系が深く関与していることが指摘され、とりわけそれらの産生するサイトカイン類が破骨細胞の形成およびその機能発現に調節因子として重要な役割を演じていることが示唆されている。一方ホルモンとしての活性型ビタミンD3も従来より破骨細胞の形成と機能制御に関与することが知らされており、サイトカイン類の関連が重要な課題となっている。本研究と、破骨細胞形成に至る分化と機能発現機序をそれぞれのレセプタ-に対するモノクロ-ナル抗体を作製するこにより解明することが目的である。本年度においては、破骨細胞の形成とその分化におよぼすサイトカインの同定を主眼とし、まず均一な細胞群を取得するためその前駆細胞の株化を試みた。即ち、マウスマクロファ-ジ株であるP388D1を8-アザグアニンに耐性にすることによりHGPRT欠損変異株(G3)を作製し、次いでこれを新細胞として活性型ビタミンD3で刺激したDBA/2マウス骨髄細胞と細胞融合を行った。その結果、得られたクロ-ンのうちXCは、インタ-フェ-ロン-γによりその増殖が抑制されるとともに破骨細胞様の多核細胞を形成することが認められた。しかしながら、このクロ-ンは、活性型ビタミンD3には全く反応を示さないことが判明した。一方新細胞であるG3は活性型ビタミンD3に強く反応し、酸性フォスファタ-ゼの上昇、貧食能の亢進を示し、いわゆる活性化マクロファ-ジの形質を発現した。また、この細胞は、インタ-フェ-ロン-γに対しては、顕著な反応性を欠いていた。マクロファ-ジの分化と破骨細胞形成の関連は、現在最も注目を集める課題となっている。

今回樹立した双方の株細胞は共にマクロファ-ジとしての形質を充分に備えているので、今後はその保有するサイトカインレセプタ-を検索すると共に、その発現機序と分化機構の解析を進め、インタ-フェ-ロン-γにより形成される多核細胞と破骨細胞の異同を明確にしたい。また、これらの細胞を免疫源として当初の目的であるサイトカインレセプタ-に対するモノクロ-ナル抗体を作製し、それを制御因子として用い、更に詳細にその解明を推進する予定である。昨年度マウスマクロファ-ジ様株細胞よりアザグアニン耐性HGPRT欠損変異株細胞(G3)とそれを親細胞として活性型ビタミンD_3(VD3)で刺激したマウス骨随細胞を細胞融合することにより得られた雑種細胞(ハイブリド-マ)(XC)を用いて,VD3並びにインタ-フェ-ロンーγ(IFNーγ)のマクロファ-ジに対する活性化及び分化におよぼす影響を報告した。本年度は、更にマクロファ-ジ分化抗原であるF4/80抗原を指標としてマクロファ-ジの分化におよぼすVD3とIFNーγの影響を破骨細胞形成との関連を含めて検討した。その結果、無刺激の状態でG3は痕跡程度であるのに対し、XCはすでにF4/80抗原を強く表現していており、XCはG3に比較して分化の進んだ状態にあることが推測された。しかしながら、G3はVD3により、またXCはIFNーγにより更に強くその抗原の発現が誘導されることが判明した。またVD3はXCに、IFNーγはG3に対して抗原の増加は誘導しなかった。これらのことから、VD3は比較的初期のマクロファ-ジに、およびIFNーγは分化にある程度進んだマクロファ-ジに作用しその分化を誘導することが示唆された。更にこの結果は、VD3で一度分化が誘導されたマクロファ-ジはVD3に対してはその反応性を欠如し、次なるシグナルにより更なる分化が誘導されることも同時に示唆するものであった。IFNーγにより形成される多核細胞はF4/80抗原を強く発現することから破骨細胞とは異なる分化形態であることが推測された。VD3が破骨細胞の形成に際して重要な役割を演ずるとされるが、その発生起源を同一とするマクロファ-ジの分化に対するVD3およびいわゆるMAF活性を有するIFNーγの作用機序の関連の一端が本研究により明らかにされた。今後、更に多くの分化度の異なるマクロファ-ジ様株細胞の樹立を試み、マクロファ-ジの分化と破骨細胞形成の関連を明確にすると共に、今回の報告には至らなかったがそれらの有するサイトカインレセプタ-に対するモノクロ-ナル抗体の作製を、樹立したマクロファ-ジ様株細胞を抗原として推進する予定である。
インターネット上での衛星データ検索・解析システムの構築に関する研究

本研究の目的は、インターネットで公開されている衛星データから目的のデータを検索して、直ちに解析を可能とするシステムの構築である。その成果は、現在、小畑研究室(仙台電波高専側)のホームページで「衛星データ解析支援システム」として公開されている。そのシステムの特徴は、(2)本システムはJavaオブジェクト指向により設計・開発されているので、動作環境はマシンやOSに依存しない。(3)全く性格の異なる複数の衛星データベースを一元的に利用でき、かつ、その特性を損なうことなく解析が可能である。(4)衛星データの解析中にリアルタイムで地理情報を参照でき、海岸線、県境、等高線などを衛星データ上に重ねて表示できる。また、指定点の標高値、土地利用などの情報を得ることができる。(5)本システムのアプリケーション版も公開しており、それをダウンロードして使うと、濃度変換切り出しなどの処理結果をファイルとして保存することが可能である。(6)アプリケーション版もオブジェクト指向により開発されているので、ダウンロードしたものに独自の解析アルゴリズムを簡単に組み込むことが可能である。などであり、初期の目的は十分に達成されたものと思われる。本研究の目的は、インターネットで公開されている気象衛星NOAAのリモートセンシングデータを視覚的に検索して、即座に解析処理を可能とするシステムの構築である。システムの構成は、(1)目的や形式の異なる複数のデータベースを構成する仮想NOAAデータベース部(2)分散したデータベースの検索をサポートし、一元的な利用を可能とする仮想データベースサーバ部(3)海岸線、県境、標高値などの地理情報の参照と画像処理を担当する解析サポート部(4)端末側でのデータの検索と解析の利用者インターフェースを実現するGUI部からなる。そして、これらを実現するためには、インターネット上での分散型データーベース技術、同じくクライアント/サーバ技術などをクリアーする必要がある。現在、(1)に関しては、仮想NOAAデータベース部の一部を構成するN-LANDデータベースを、東北学院大学側で集中的に構築し、インターネットでの公開準備中である。また、Qlookデータベースについては、仙台電波高専側でその管理システムを開発し、東北大学で公開しているJAIDASの東日本データを縮小、データベース化して視覚的な検索に使用できるようにしている。(2)、(3)、(4)に関しては、(2)の一部を除いて基本的な開発は終了し、仙台電波高専のWebサイトで「衛星データ解析支援システム」として公開している。(http://admiral.info.sendai-ct.ac.jp/ ̄s4313/RESDAS/index.html/)今後は、N-LANDデータベースを仮想NOAAデータベースに取り組むこと、および、分散開発した画像処理部分を1つのシステムとして統合、評価することである。システムの構成は、(1)利用目的の異なる複数のデータベースで構成するNOAAデータベース部(2)データを検索して、画像データを取得、画像処理、地理情報の重ね合わせなどを行う衛星データ検索・解析部(3)地理情報データベースシステム部からなる。(1)に関しては、東北大学大型計算機センターのNOAAオリジナルデータをもとに、日本の陸域の解析を目的としたN-LANDデータベースの構築を行った。したがって、現在本システムの処理対象となるデータベースは、東北大学大型計算機センターで従来から公開されているJAIDASとN-LANDである。(2)に関しては、画像処理のファンクション数はまだ十分とは言えないが、システムとしては動作可能となり、仙台電波高専のWebサイト「衛星データ解析支援システム」として公開している。(3)に関しても開発は終了し、(2)の地理情報の重ね合わせ機能で利用されている。なお、日本全土をカバーするQlookデータベースの構築に関しては、東北大側がCDで提供するように変更したので、それに伴う変更作業を現在仙台電波高専側で行っている。したがって、現在の視覚的検索では、Qlookデータを使わず、JAIDASの東日本と西日本のデータを縮小して一覧表示したものを使っている。
ユビキチン化された26Sプロテアソーム会合分子ガンキリンによる肝癌発生機序の解析

癌遺伝子産物であるガンキリンのモノULM(ubiquitin-like-modifiers)(ユビキチン、NEDD8、SUMO1-4、ISG15、URM1など)化のうち、モノユビキチン化という翻訳後修飾はガンキリンによる肝細胞の癌化の働きを変化させた。肝癌細胞において、モノユビキチン化ガンキリンは癌抑制遺伝子産物であるp53よりpRBのほうにMDM2の基質特異性を変化させ、pRBをより分解する傾向を示した。ガンキリンのモノユビキチン化系のE1、E2、E3、E4、DUBは抗がん剤のターゲットとなりうることが示唆された。蛋白質のモノユビキチン化はポリユビキチン化が蛋白質を分解の方向にターゲットするのに対して、その蛋白質の機能変換シグナルとして機能している。がん遺伝子産物であるガンキリンのモノユビキチン化は、ガンキリンによる細胞癌化の働きを変化させる可能性があると考えられる。肝臓がん細胞株Huh7によるin vivoでのユビキチン化、nedd8化、ISG15化をウエスタンブロットで確認したところ、ガンキリン分子はモノユビキチン化、モノnedd8化、モノISG15化されていた。in vitroのユビキチン化、nedd8化、ISG15化のアッセイ系でも同様の結果を得た。ガンキリンのモノユビキチン化、モノnedd8化、モノISG15化をうけるリジン残基はすべて同じ16個のリジン残基のうちのN端から10番目のリジンであった。モノユビキチン化は非ストレス下でも起きる。モノnedd8化は特に酸化ストレス下でよく起こる。モノISG15化はインターフェロン刺激時に起こることが判明した。しかし、ガンキリン分子はSUMO1、2、3化やURM1化は受けなかった。Rat embryonic fibroblastを用いて、ガンキリンとモノユビキチン化、モノnedd8化、モノISG15化ガンキリン(C端にユビキチン、nedd8、ISG15を一個融合したガンキリン)の癌化能を比較した。モノユビキチン化、モノnedd8化、モノISG15化ガンキリンのp53やpRBタンパクの分解に与える影響、p16INK4aのcdk4への結合阻害への影響、細胞内での局在の変化、E3(MDM2)との結合の変化、転写因子NFkappaB(RelA)の活性化抑制に対する効果を調べた。プロテアソーム結合タンパクとしてのガンキリンのモノユビキチン化、モノnedd8化、モノISG15化は26Sプロテアソームの機能(ペプチドやモデルタンパクの分解)にどのような影響を与えるのかを検討した。癌化能はモノnedd8化ガンキリンのみが野生型に比べて、亢進していた。逆に、モノユビキチン化ガンキリンは癌化能が野生型より抑制された。モノISG15化ガンキリンは全く差がなかった。モノユビキチン化ガンキリンはタンパク分解を受けやすく、野生型ガンキリンより不安定となった。モノnedd8化ガンキリンはp53よりpRBのほうにより結合しやすく(複合体を形成しやすく)、MDM2の基質特異性を変化させ、pRBをより分解する傾向を示した。モノISG15化ガンキリンは検討した限り、野生型のガンキリンとの差異は見いだせなかった。融合分子ではなく、in vivo、すなわち、肝臓がん細胞株中で形成されるモノユビキチン化、モノnedd8化、モノISG15化ガンキリンをFLAG-tagged gankyrinとHA-tagged ubiquitin、HA-tagged nedd8、HA-tagged ISG15を過剰発現させ、免疫沈降をanti-FLAGantibody、anti-HA antibodyで2度行うことで、タンパク精製し、そのタンパクを用いた解析を行う必要がある。蛋白質の翻訳後修飾のうち、ポリユビキチン化が蛋白質を分解の方向にターゲットするのに対して、リジン残基のモノユビキチン化やそのほかのubiquitin-like modifiers(ULM)による翻訳後修飾は、その蛋白質の機能変換シグナルとして機能している。システイン残基のS-nitmsylationも蛋白質の機能変換シグナルとして機能している。肝臓がん細胞株によるin vivoでのユビキチン化、nedd8化、ISG15化、S-nitrosylationを確認したところ、ガンキリン分子はモノユビキチン化、モノnedd 8化、モノISG 15化、S-nitrosylationされていた。in vitroのユビキチン化、nedd8化、ISG 15化のアッセイ系でも同様の結果を得た。ガンキリンのモノユビキチン化、モノnedd 8化、モノISG15化をうけるリジン残基はすべて同じ16個のリジン残基のうちのN端から10番目のリジンであった。S-nitrosylationは107番目のシステインが受けていた。

モノユビキチン化はconstitutivelyに起きる。モノnedd8化は酸化還元ストレス下で起こる。モノISG15化はインターフェロン刺激時に起こる。ガンキリン分子はそのほかのULM、SUMO1、2、3化やURM1化は受けなかった。S-nitrosylationは酸化還元ストレス下で起こる。野生型ガンキリンとモノユビキチン化、モノnedd8化、モノISG15化ガンキリン(C端にユビキチン、nedd8、ISG15を一個融合したガンキリンを代替分子として実験に供した)の癌化能等を比較した。REF細胞の癌化はモノnedd8化ガンキリンのみが野生型に比べて亢進していた。モノユビキチン化ガンキリンは癌化能が野生型より抑制された。モノISG15化ガンキリンは全く差がなかった。モノユビキチン化ガンキリンはタンパク分解を受けやすく、野生型ガンキリンより不安定となった。モノユビキチン化が契機となりガンキリン分子のポリユビキチン化が早急に起こり26Sプロテアソームで分解されることが判明した。モノnedd8化ガンキリンはp53よりpRBのほうにより結合しやすく(複合体を形成しやすく)、MDM2の基質特異性を変化させ、pRBをより分解する傾向を示した。pl6INK4aのcdk4への結合阻害はなかった。転写因子NFkappaB(RelA)の活性化抑制は見られなかった。細胞内での局在は野生型ガンキリンが主に細胞質での分布を示すのに対して主に核に見られた。プロテアソーム結合タンパクとしてのガンキリンのモノnedd8化は26Sプロテアソームの機能(ペプチドやモデルタンパクの分解)を全体的に亢進した。モノISG15化ガンキリンは検討した限り、野生型のガンキリンとの差異は見いだせなかった。蛋白質の翻訳後修飾のうち、ポリユビキチン化が蛋白質を分解の方向にターゲットするのに対して、リジン残基のモノユビキチン化やそのほかのubiquitin-like modifiers (ULM)による翻訳後修飾は、その蛋白質の機能変換シグナルとして機能している。システイン残基のS-nitrosylationも蛋白質の機能変換シグナルとして機能している。肝臓がん細胞株によるin vivoでのユビキチン化、nedd8化、ISG15化、S-nitrosylationを確認したところ、ガンキリン分子はモノユビキチン化、モノnedd8化、モノISG15化、S-nitrosylationされていた。in vitroのユビキチン化、nedd8化、ISG15化のアッセイ系でも同様の結果を得た。ガンキリンのモノユビキチン化、モノnedd8化、モノISG15化をうけるリジン残基はすべて同じ16個のリジン残基のうちのN端から10番目のリジンであった。S-nitrosylationは107番目のシステインが受けていた。
英語テストにおけるジェンダーバイアスに関する研究

本研究は、英語テスト作成者側に存在するジェンダーバイアスの有無を客観的資料を用いて検討し、テスト作成に示唆を得ることを目的とする。15年度は資料調査とともに英語テストを作成し、約800名の高校生による実際のテスト結果と英語教員のテストに対するジェンダーバイアスの比較分析を行った。英語テストは多岐選択式読解問題で、心理学、職業、スポーツ、交通輸送機器に関する大問4題、合計20問であった。一方、同一テストを37名の高等学校および大学英語教員と60名の教職希望学生に掲示し7段階スケールで各設問が男子生徒もしくは女子生徒に有利であるか否かを問うバイアス判断調査を行った。その結果を印象的バイアス判断とし、生徒のテスト結果をMantel and Haenszel's Delta, LogReg, SIBtestを用いて分析したDIF結果を統計的バイアス判断として両者を比較検討した。Concordance Analysisによって全ての統計結果のeffect sizeの調整を行った上での統計分析の結果、いくつかの暫定的結論をえることができた。まずバイアスの客観的測定指標としてDIFが有効であることが確認された。特に各設問レベルの男女差をよく識別した。一方、印象的判断においては全体的に男女差を実際以上に大きく判断している傾向があった。しかも個別の設問ではなく大問ごとに男女どちらに有利であるかを判断していた。以上より教員が作問を行う際、個々の設問レベルにおける適切さ(fairness)よりも大問のトピックや全体の印象で決定してしまう危険性が指摘できる。16年度は特にジェンダーバイアスが現れた被験者のサンプルとして30,40,50代の男性教員を対象にインタビューによる質的調査を行った。これにより、具体的な男女差に関する教員の認識とテスト作成時の判断基準等が明らかになった。本研究は、英語テスト作成者側に存在するジェンダーバイアスの有無を客観的資料を用いて検討し、テスト作成および教材作成における示唆を得ることを目的とするものである。15年度は資料調査とともに英語テストを作成し、高校生による実際のテストパフォーマンスと英語教員によるテストに対するジェンダーバイアスの比較分析を行った。英語テストは、図表等の視覚的資料を基に必要な情報を読み解いてゆくことを主眼とする多肢選択式読解問題で、心理学、職業、スポーツ、交通輸送機関に関する大問4題、合計設問20問であった。これを約800名の生徒を対象に行った。一方、同一テストを37名の高等学校および大学英語教員と60名の教職希望学生に提示し7段階スケールで各設問が男子生徒もしくは女子生徒に有利であるか否かを判断させるバイアス判断調査を行った。一方、教員による印象的判断においては全体的に男女差を実際以上に大きく判断している傾向があった。以上のことから教員やテスト作成者が作問を行う際、個々の設問レベルにおける適切さ(fairness)よりも大問のトピックや全体の印象で決定してしまう危険性が指摘できる。

英語テストは、図表等の視覚的資料を基に必要な情報を読み解いてゆくことを主眼とする多肢選択式読解問題で、心理学、職業、スポーツ、交通輸送機関に関する大問4題、合計設問20問であった。これを約800名の生徒を対象に行った。一方、同一テストを37名の高等学校および大学英語教員と60名の教職希望学生に提示し7段階スケールで各設問が男子生徒もしくは女子生徒に有利であるか否かを判断させるバイアス判断調査を行った。その結果を印象的バイアス判断とし、生徒のテスト結果をMantel and Haenszel's Delta, LogReg, SIBtestを用いて分析したDIF結果を統計的バイアス判断として両者を比較検討した。Concordance Analysisによって全ての統計結果のeffect sizeの調整を行った上での統計分析の結果、いくつかの暫定的結論をえることができた。まずバイアスの客観的測定指標としてDIFが有効であることが確認された。特に各設問レベルの男女差をよく識別した。一方、教員による印象的判断においては全体的に男女差を実際以上に大きく判断している傾向があった。しかも個別の設問ではなく大問ごとに男女どちらに有利であるかを判断していた。以上のことから教員やテスト作成者が作問を行う際、個々の設問レベルにおける適切さ(fairness)よりも大問のトピックや全体の印象で決定してしまう危険性が指摘できる。16年度は特にジェンダーバイアスが現れた被験者層のサンプルとして30,40,50代の男性教員を対象にインタビューによる質的調査を行った。これによりより具体的な男女差に関する教員の認識とテスト作成時の判断基準等が明らかになった。
真空紫外光イオン化検出振動分光法開拓による水素結合ネットワーク構造の研究

研究代表者らが独自開発した真空紫外光イオン化検出振動分光法は、従来の方法論では困難であった発色団を持たない基本的な分子の中性クラスターや他の方法では発生できない不安定クラスター正イオンのサイズ選別振動分光を可能にする。分光法の汎用化を目的として波長可変コヒーレント真空紫外光を同分光原理に導入した。また真空紫外光イオン化法をタンデム型四重極質量分析計のイオン源に導入し、真空紫外光イオン化により生成したクラスター正イオンの高精度な赤外解離分光手法を確立した。真空紫外光イオン化検出振動分光法により、アンモニア、メタノール、酢酸などのプロトン性分子、非プロトン性分子のアセトン、および水和ホルムアミドなど分子間構造研究に重要な基本的な分子の中性クラスターのサイズ選別振動スペクトルの観測に成功し、クラスター構造を決定した。さらにそれらのクラスター正イオンについて赤外分光による構造解析を行い、クラスターの光イオン化ダイナミクスを明らかにした。三種の新しい真空紫外光イオン化検出振動分光法を独自開発したことに基づき、分光システムの改良や気相クラスターの振動分光研究を行った。これまで固定波長の真空紫外光が真空紫外光イオン化検出振動分光法に用いられてきたが、差周波発生による波長可変真空紫外光発生システムを立ち上げ同分光法に応用し、分光法をより汎用化した。また真空紫外光発生システムをタンデム型四重極質量分析システムに導入し、クラスター正イオンの振動分光におけるサイズ選別精度を高めた。これらの分光手法はこれまで分光研究が困難であった発色団を持たない中性クラスターやプロトン性分子のクラスター正イオンのサイズ選別振動分光研究を可能とする。よって気相クラスターの分子間構造解析や分子間相互作用の分光研究分野に、大きく貢献する。上記の分光システムを用い、中性のアセトン単体および二量体、アンモニアクラスター正イオンやメタノールクラスター正イオンのサイズ選別赤外スペクトルの観測に成功した。観測した赤外スペクトルと量子化学計算に基づく基準振動計算の比較により、それらのクラスターの構造を決定した。その結果、アンモニアクラスター正イオンとメタノールクラスター正イオンが、プロトン移動型の構造を形成していることが明らかになった。この結果は、プロトン性分子のクラスター正イオンの構造を実験的に示したはじめての例である。さらにプロトン移動ポテンシャルについて量子化学計算を行い、プロトン性分子のクラスターのイオン化後、有効な障壁なく分子間でプロトン移動が起こるという異性化反応機構を明らかにした。研究代表者らの開発した真空紫外光イオン化検出赤外分光法は、真空紫外光と赤外光の入射時間を変えることにより、中性クラスターとクラスター正イオンのサイズ選別赤外分光がそれぞれ可能になる。中性クラスターは光イオン化過程における前駆体、クラスター正イオンは生成物である。よって光イオン化前後のクラスターについて、赤外分光による構造解析研究が可能であり、本手法はクラスターの光イオン化ダイナミクス研究に非常に有効である。それにより、酢酸の二量体と溶媒和クラスター、アセトンの水和クラスターの光イオン化過程における異性化反応の研究を展開し、それらの光イオン化ダイナミクスを明らかにした。酢酸二量体および酢酸の溶媒和クラスターの赤外分光研究により、光イオン化によって誘起される親水基間のプロトン移動反応が、親水基間の相対プロトン親和力に依存することを明らかにした。アセトン-水クラスターの光イオン化過程において、アセトン正イオンがケト-エノール互変異性化することがわかった。さらにアセトン-重水クラスターの赤外分光により、アセトン正イオンの互変異性化において、水分子がアセトン正イオンのメチル基のプロトンを引き抜きカルボニル基へ長距離移動させるという触媒作用していることを見いだした。この水分子の触媒作用は、プロトンを溶質分子から引き抜き移動させるというcatch & release型の作用であり、実験的に分子レベルで実証されたはじめての結果である。
変異導入を用いたHPV16EIとその細胞内結合蛋白の機能解析

ヒトパピローマウイルス16型E1蛋白(HPV16EI)の細胞内結合蛋白の候補で解析の進んでいない2つの細胞内蛋白のDNA塩基配列を決定した。いずれの蛋白質も最近その機能の一部が同定されており、1つはtranslationinitiation factor3(EIF3A)として、1つはtransformingacidic coiled-coil containing protein 3(TACC3)として報告されている蛋白質と同一のアミノ酸配列を持つと考えられた。これらの蛋白質が、DNA複製にどのように関わっているかは明らかではなく、これらの蛋白質と結合することはHPV16E1の新たな機能を示唆するかもしれない。HPV16E1の変異蛋白であるS330Rは野生型E1のHPVDNAの複製能に対し、dominant negativeに作用し、hUBC9にのみ結合能を失っているが、これら2つの蛋白質との結合能は有していた。G482D、D438G、L494Qなどの変異体について、これらの蛋白質との結合能は現在明らかにしつつある。ElF3A、TACC3と結合しないHPV16E1の新しい変異体はいくつか候補が得られて、これらのmutantについては他の標的蛋白質との結合能、DNA複製能などについて検討中である。また現在これらの変異体及び野生型のHPV16E1のE6、E7蛋白のtransform能に与える影響を検討中である。ヒトパピローマウイルス16型E1蛋白(HPV16E1)の変異蛋白であるS330Rは野生型E1のHPVDNAの複製能に対し、dominant negativeに作用することがこれまでに明らかにされていた。このtransdominant functionがどのような機序で発揮されているかを明らかにするため、S330RにG482D、D438G、L494Q mutationをさらに導入し、double mutantを作成した。これらの変異体についてHPV16E1、HPV16E2、HPVDNA複製能、transdominant functionを検討した。S330R/G482Dはすべての機能を失っており、transdominantfunctionも持たなかった。S330R/L494QはE1、E2との結合能がかなり減弱しており、transdominant functionもないと考えられた。S330R/D438GはE1との結合能は野生型の約70%程度、E2との結合は野生型の約50%程度と減弱していたが、わずかながらtransdominant functionを有した。野生型の3倍量の変異体を導入したdominant negativeactivityのassayではS330RによりHPVDNAの複製は約20%に押さえられるのに対して、S330R/D438Gでは約65%であった。これらの結果からS330Rのtransdominant functionはE1またはE2との結合能を有するHPVDNA複製能を持たないmutantがE1-E2複合体またはE1-E1複合体に取り込まれるために起こっていると考えられた。現在は新たに作成したmutantについて検討中である。
ＭＲＩ画像解析と骨格運動計測を融合した次世代モーションキャプチャシステムの確立

本研究は,MRI画像解析によって各個人の形態学的特徴を反映した骨関節モデルを作成し,モーションキャプチャシステムで得られる運動データと融合させることで,スポーツ・パフォーマンスにおける各個人の3次元的な骨関節動態を詳細に分析することが可能な次世代モーションキャプチャシステムを確立することを目的としていた.まず,モーションキャプチャシステムの高精度化を目的として,皮膚上に貼付されたセンサが骨に対して高い確率でずれていく方向を特定した.その成果はバイオメカニクス分野で評価の高い専門誌であるJournal of Biomechanicsに掲載された(Konda et al., in press).当初の計画では,MRI画像解析から骨関節モデルのみを構築することを目的としていたが,筋やその他の軟部組織も含めた『テーラーメイド筋骨格モデル』の開発に関する共同研究を開始することができ,筋がボリュームを持ち,その形状変化まで扱える先進的な筋骨格モデル(Def Muscle,特開2017-037553)を各個人の形状に合わせてカスタマイズする技術を開発し,特許を出願した(特願2018-063617).また,MRI画像解析については,従来,各個人のモデルを作成するために多大な時間を要することが課題であったが,医用画像解析の専門家と人工知能を用いた自動形状抽出に関する共同研究を開始した.処理の自動化は,大規模な筋骨格形状データベースの構築を可能にし,統計形状モデルの作成や,統計形状モデルを用いたスポーツパフォーマンスの分析や整形外科的疾患を有する関節動態の分析,筋骨格シミュレーションに応用することができる.これら一連の発展性は,基盤研究(B)『人工知能による高速画像処理を用いたヒト全身骨形態データベースの構築』として採択された.本課題の目的としていた『運動解析の高精度化・個別化』は,当初の計画以上の発展につなげることができた.29年度が最終年度であるため、記入しない。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では高い空間分解能によって各個人の形態学的特徴を反映した骨関節モデルを作成可能なMRI画像解析システムと,高い時間分解能を有する磁気センサによる3次元的な骨格の運動計測(骨格運動計測システム)を融合させることで,スポーツ・パフォーマンスにおける各個人の3次元的な骨関節動態を詳細に分析することが可能なモーションキャプチャシステムを確立することを目的とした.平成27年度は,MRI画像解析システムと骨格運動計測システムの同時計測による肩甲骨の位置・方位計測誤差の特定と,MRI画像解析システムを用いた各個人の形態学的特徴を有する骨関節モデルの構築を行うことを目的とした.健常成人男性20名を対象として,大径ガントリーを有するMR装置内で上肢を6つの外転角度で保持した際の,3次元的な肩甲骨の姿勢と肩峰の皮膚上に貼付された骨格計測システムのセンサを模したマーカの位置計測を行った.その結果,皮膚上に貼付されたマーカは外転角度の増加に伴う系統誤差を有する傾向が観察された.また,データの汎用性を向上させる為に,上肢を5つの屈曲角度で保持した条件についても計測を追加している.合計220肢位(対象者20名×11肢位)のデータを用いて統計的に肩甲骨に対する皮膚上のセンサ(マーカ)の動きをモデリングすることで,系統誤差の補正を行う手法を開発中である.また,各個人の形態学的特徴を有する骨関節モデルの構築を行うためのMRI撮像条件の検討と,得られたMRI画像から関心領域を抽出する方法の検討を行い,半自動的に高精度で骨モデルの作成を行う工程を確立した.MRI画像はCT画像に比べ,撮影時のアーチファクトや骨と軟組織の境界が不鮮明になるなどの欠点があるが,被爆を伴わず非侵襲的に撮像ができるといった利点があるため,さらなる精度の向上や自動化に向けて専門家らの助言を受けて改善を行う予定である.当初より予定していたMRI画像解析システムと骨格運動計測システムの同時計測による肩甲骨の位置・方位計測誤差の特定と,MRI画像解析システムを用いた各個人の形態学的特徴を有する骨関節モデルの構築方法の確立をほぼ完了することができた.また,当初は次年度に予定した,MRI画像解析で取得される骨関節モデルと骨格運動計測システムで取得される運動データの融合(レジストレーション)についても,レジストレーションの手法を習得してプログラミングを行い,予備実験に取り掛かることが出来ている.平成27年度に実施した「MRI画像解析システムと骨格運動計測システムの同時計測による肩甲骨の位置・方位計測誤差の特定」に関する実験では健常成人男性20名を対象として,MR装置内で上肢を様々な姿勢で保持した際の3次元的な肩甲骨の姿勢と肩峰の皮膚上に貼付された骨格計測システムのセンサを模したマーカの位置計測を行った.平成28年度は,皮膚上に貼付されたマーカが肩甲骨に対してずれていく方向(並進と回転)について詳細な解析を行った.その結果,皮膚上に貼付したマーカが被験者や上肢の姿勢に関わらず,肩甲骨に対して高い確率でずれていく方向が明らかとなった.また,骨に対して皮膚上のマーカがずれていく様子を可視化することで,皮膚動揺に起因する誤差の傾向を視覚的に認識することが可能となった.本研究の当初の計画では,各個人の形態学的特徴を有する骨と関節モデルのみをMRI画像を用いて計算機内に3次元構築する予定であった.

しかし,医用画像解析に関する共同研究を開始し,MRIに含まれるノイズを低減する後処理技術等を用いることで,筋を含めた軟組織についても3次元構築する道筋がたてられたため,各個人の形態学的特徴を有する筋骨格モデルを計算機内に3次元構築することを目的とした.平成27年度に実施した実験で用いた骨関節領域に適したMRIの撮像方法では軟組織の判別性能が十分でないことが分かったため,軟組織のコントラストが明瞭になる撮像方法の検討を行った.その結果,軟組織に適した撮像方法を決定することができ,従来の骨関節領域に適した撮像方法と併用することで,MRI画像解析から精密な筋骨格モデルが計算機内に3次元構築できることが確認された.当初の計画通り,MRI画像解析システムと骨格運動計測システムの同時計測による肩甲骨の位置・方位計測誤差の特定に関する実験の詳細なデータ解析と論文執筆を行い,学術誌への投稿準備に至っている.また,当初はMRI画像解析による骨・関節の3次元モデルの構築を予定していたが,共同研究によって医用画像処理技術を導入することができ,筋も含めた各個人の形態的特徴を有した3次元筋骨格モデルをMRI画像解析から構築することができたため.本研究は,MRI画像解析によって各個人の形態学的特徴を反映した骨関節モデルを作成し,モーションキャプチャシステムで得られる運動データと融合させることで,スポーツ・パフォーマンスにおける各個人の3次元的な骨関節動態を詳細に分析することが可能な次世代モーションキャプチャシステムを確立することを目的としていた.まず,モーションキャプチャシステムの高精度化を目的として,皮膚上に貼付されたセンサが骨に対して高い確率でずれていく方向を特定した.その成果はバイオメカニクス分野で評価の高い専門誌であるJournal of Biomechanicsに掲載された(Konda et al., in press).当初の計画では,MRI画像解析から骨関節モデルのみを構築することを目的としていたが,筋やその他の軟部組織も含めた『テーラーメイド筋骨格モデル』の開発に関する共同研究を開始することができ,筋がボリュームを持ち,その形状変化まで扱える先進的な筋骨格モデル(Def Muscle,特開2017-037553)を各個人の形状に合わせてカスタマイズする技術を開発し,特許を出願した(特願2018-063617).また,MRI画像解析については,従来,各個人のモデルを作成するために多大な時間を要することが課題であったが,医用画像解析の専門家と人工知能を用いた自動形状抽出に関する共同研究を開始した.処理の自動化は,大規模な筋骨格形状データベースの構築を可能にし,統計形状モデルの作成や,統計形状モデルを用いたスポーツパフォーマンスの分析や整形外科的疾患を有する関節動態の分析,筋骨格シミュレーションに応用することができる.これら一連の発展性は,基盤研究(B)『人工知能による高速画像処理を用いたヒト全身骨形態データベースの構築』として採択された.本課題の目的としていた『運動解析の高精度化・個別化』は,当初の計画以上の発展につなげることができた.
急性・慢性の小児神経疾患における難治性てんかん形成機序の解明

小児の難治性てんかんの病態を明らかにすることを目的に、生体資料と剖検脳を用いた解析を進めた。けいれん重積型脳症での軸索障害、脳梁膨大部病変を呈する脳症での酸化ストレスの関与を見出した。さらに周産期障害、West/Lennox-Gastaut症候群既往例、歯状核赤核淡蒼球ルイ体萎縮症における脚橋被蓋核アセチルコリン神経病変と、ムコ多糖症、脳形成異常での大脳皮質GABA系介在神経細胞減少を明らかにした。基盤研究(C)(2)145707929(平成1416年)「進行性ミオクローヌスてんかん発症機構に関する神経病理学的検討」・(C)(2)17591129(同1719年)「難治性てんかんの治療法開発のための神経病理学的検討」でWest症候群(WS)や進行性ミオクローヌスてんかんの病態を明らかにしてきた。本研究では患者生体資料と剖検脳を用いて、急性・慢性小児神経疾患での難治性けいれん形成の発症機序を酸化ストレス、興奮性・抑制性神経のバランス異常などの観点から解明する。酵素補充療法の導入後も中等度以上のけいれん・知的障害の合併がみられるムコ多糖症の剖検脳において、ムコ多糖を蓄積した神経細胞でDNAに対する酸化ストレスが生じ、その結果、大脳皮質GABA系抑制性介在神経細胞が減少しけいれん・知的障害につながることを見出した(Acta Neuropathol)。現在、急性の小児神経疾患であるインフルエンザ脳症・脳炎例に関して剖検脳と患者髄液を用いた同様な解析を進めている。一方、難治性てんかんの脳幹機能異常と大脳皮質のてんかん焦点との相互作用を追究するため、大脳基底核と密な線維連絡を有し筋緊張・レム睡眠の形成・維持に関与する脚橋被蓋核の脳発達障害剖検脳での変化を世界で初めて解析し、周産期障害(仮死後遺症、核黄疸後遺症)ではアセチルコリン神経が障害されカテコールアミン神経が代償性に増加することを明らかにした(Neuropathology)。現在、脚橋被蓋核病変と難治性けいれん既往との関係を多数例で検討中である。さらにはけいれんや知的障害を合併する神経線維腫症の剖検脳において、扁桃体、線条体、視床に非腫瘍性アストロサイト集蔟(cluster)が年齢とは無関係に高頻度に出現することを見出し、てんかん原性に関連する可能性を指摘した(Acta Neuropathol)。基盤研究(C)(2)145707929(平成1416年)「進行性ミオクローヌスてんかん発症機構に関する神経病理学的検討」・(C)(2)17591129(同1719年)「難治性てんかんの治療法開発のための神経病理学的検討」でWest症候群(WS)、Lennox-Gastaut症候群(LGS)を含む難治性てんかんの病態を明らかにしてきた。本研究では患者生体資料と剖検脳を用いて、急性・慢性小児神経疾患での難治性けいれんの発症機序を酸化ストレス、興奮性・抑制性神経バランス異常の観点から解明する。本人・家族から提供同意が得られた急性脳炎・脳症患者髄液に関して、DNA・脂質の酸化ストレスマーカー、軸索損傷マーカーである総タウ蛋白の定量を市販ELISAキットにより進めた。二相性の臨床経過を呈するけいれん重積型脳症例で髄液総タウ蛋白値が第3病日以降に上昇することを明らかにし、病態への軸索障害の関与を考察した(Brain Dev epub ahead of print)。一方、大脳基底核と線維連絡し筋緊張・レム睡眠の形成に関与する脚橋被蓋核(PPN)アセチルコリン神経病変をWS+LGS既往剖検例、WSのみ既往剖検例で免疫組織化学に検討した。両既往群の6例中4例においてPPNアセチルコリン神経が選択的に障害されていることを見出し、WS・LGS病態へのPPNの関与を推定した(Neuropathology 2009 ; 29 (Suppl.) : 160)。さらに膵機能・インスリン分泌に異常を認めず難治の低血糖発作を繰り返した脳発達障害例において、大脳皮質GABA系抑制性神経、視床下部の神経ペプチド表出を免疫組織化学的に解析した。前頭葉・島回皮質に広汎にみられた形成異常でのGABA系抑制性神経障害が病態に関与している可能性を推定した(Brain Dev 2010 ; 32 (4) : 285-288)。基盤研究(C)(2)145707929(平成1416年)「進行性ミオクローヌスてんかん発症機構に関する神経病理学的検討」・(C)(2)17591129(同1719年)「難治性てんかんの治療法開発のための神経病理学的検討」で難治てんかんの病態を明らかにしてきた。

本研究では患者生体資料と剖検脳を用いて、急性・慢性小児神経疾患での難治性けいれんの発症機序を酸化ストレス、興奮性・抑制性神経バランスの観点から解明する。最終年度の本年度は、脳炎・脳症の特殊型の代表「脳梁膨大部に可逆性病変を呈する脳症(MERS)」で髄液マーカーを解析した。MERS患者では髄液中のDNA酸化ストレスマーカー8-OHdG値が高値を示し、脂質酸化ストレスマーカーHELも8-OHdG値が正常だった患者で上昇していた。脳梁膨大部以外の大脳白質病変を呈したMERS患者ではIL-6・IL-10値の上昇もみられた。神経細胞・軸索障害マーカーである総タウ蛋白に異常を認めなかった。以上からMERS病態での酸化ストレス、白質病変拡大でのサイトカインの関与が明らかになった(投稿中)。前年度、大脳皮質・脳幹の協調に関与する脚橋被蓋核(PPN)のアセチルコリン神経がWest症候群(WS)既往例では障害されていることを明らかにした。本年度は、難治の進行性ミオクローヌスてんかん(PME)の病因として重要な歯状核赤核淡蒼球ルイ体萎縮症(DRPLA)剖検例においてPPNに関する免疫組織化学的解析を行った。DRPLAの脚橋被蓋核において、WS既往例と同様なアセチルコリン神経の減少とカテコールアミン神経の増加が見出された。PPNのアセチルコリン病変がWSのみならずPMEの発症にも関与する可能性が示唆され、アセチルコリン作動薬(アリセプト)による難治てんかん治療の可能性が示唆された(投稿中)。
家庭内脳診断に向けた高精度地磁気MRI装置の開発

本研究では、高温超伝導SQUIDセンサと結合させた高温超伝導線材から構成される磁束トランス方式の計測回路を構築した。本回路では30 μΦ0/Hz1/2の低ノイズレベルが得られた。次に、超低磁場NMR/MRI装置の開発を行い、磁束トランスでNMR信号を計測し、結合したSQUIDセンサで読み出しを行う方式により、地磁気中で水ファントムのプロトンNMR信号計測および1次元MRI撮影が可能となった。また、高温超伝導バルク円筒の磁気遮蔽特性を明らかにした。平成23年度は、超伝導方式の信号計測回路の設計・作製・評価を行った。環境磁気雑音をキャンセルするため、高温超伝導線材から構成される、差分型の軸型コイルを設計・作製し、入力コイルを介して高温超伝導SQUIDセンサと結合させた磁束トランス方式の計測回路を構築した。液体窒素(77K)で本回路の評価を行った結果、軸型コイル両端での抵抗は約1μΩ、インダクタンスは約18μΩとなった。また、計測回路のノイズ特性を評価した結果、渦電流シールドを回路に付与することで、ノイズレベル30μΦ_0/Hz^1/2が得られた。次に、上記計測回路を受信器として用いる超低磁場NMR/MRI装置の開発を行った。まずSQUID磁気センサ単体を受信器として用い、前分極磁場を用いるパルスシーケンスを開発し、上記計測回路の軸型コイル内に水ファントムを設置してプロトンNMR計測を行った。この結果、10mlの水を含むファントムから約50μTの静磁場中で2kHzのラーモア周波数をもつプロトンNMR信号を得ることができた。また、磁場勾配コイルを導入することで、水ファントムの1次元MRIを計測することができた。平成24年度は、上記超低磁場NMR/MRI装置を、磁束トランスでNMR信号を計測し、結合したSQUIDセンサで読み出しを行う方式に改良した。感度と測定範囲が向上し、10mlの水を含むファントムから約30μTの地磁気中で1.2kHzのラーモア周波数をもつプロトンNMR信号を計測することが可能となった。次に、地磁気中で高温超伝導バルク円筒、およびドーム状底付高温超伝導バルク円筒の磁気特性を調べた。この結果、底のないバルク円筒では、磁気遮蔽効果は有するものの、円筒内部の磁束は外部磁束雑音の影響を受けノイズ低減に制限があることがわかった。一方、底付バルク円筒の場合、約一桁外部磁束雑音を低減できることが示された。本年度の研究として、まず、510cm立方ほどの計測範囲(指や卵をまずは対象として想定)を有するコンパクトな二次元MRI装置のベースとなる、超伝導方式の信号計測回路の設計・作製・評価を行った。環境磁気雑音をキャンセルするため、高温超伝導(HTS)線材から構成される、差分型の軸型グラジオメータコイルを設計・作製し、入力コイルを介して高温超伝導SQUIDグラジオメータと結合させた超伝導磁束トランス式の計測回路を構築した。液体窒素(77K)での本回路の評価を行った結果、抵抗性ハンダを2箇所有するグラジオメータコイル両端での抵抗は約1μΩ、インダクタンスは約18μΩとなった。また、SQUIDグラジオメータ出力から計測回路のノイズ特性を評価した結果、渦電流シールドを回路全体に付与することで、1kHzでのノイズレベル30μΦ_0/Hz1/2が得られた。まずSQUID磁気センサ単体を受信器として用いた、前分極磁場を用いるパルスシーケンスを開発し、上記計測回路のグラジオメータコイル内に設置可能な大きさの水ファントムを用いてプロトンNMR計測を行った。この結果、10mlの水を含むファントムから約50μTの静磁場中で約10pTの強度、2kHzのラーモア周波数をもつプロトンNMR信号を得ることができた。以上より、超伝導デバイスを用いることで地磁気レベルの超低磁場中でNMR/MRI計測が可能であることを示すことができた。上記超伝導磁束トランス式の計測回路でSQUID磁気センサを置き換えることで、NMR装置の高感度化が期待できる。平成23年度の目的は、上半期は、HTS線材を用い、磁束検出コイルおよびSQUIDセンサへ磁束を伝達する入力コイルからなる超伝導磁束トランスを開発することである。上記の研究実績の概要に示したとおり、510cm立方ほどの計測範囲を有する超伝導トランス式の計測回路を作製し、トランスの諸特性を明らかにした。

また、下半期は、地磁気レベル(約50μT)の静磁場を用いた超低磁場NMR/MRI装置の開発を行うことであり、10mlの水を含むファントムから約50μTの静磁場中で約10pTの強度、2kHzのラーモア周波数をもつプロトンNMR信号を得ることができた。また、磁場勾配コイルを導入することで、水ファントムの1次元MRIを計測することができた。このように、超伝導技術を応用することで地磁気レベルの超低磁場中でNMR/MRI計測が可能なことを示すことができ、研究は計画通りおおむね順調に進展しているといえる。平成24年度では、上半期において、(1)HTSバルク円筒の磁気遮蔽効果、および、(2)磁束トラップによる円筒内の静磁場の安定性・均一性について評価を行う。HTS円筒内部に当方が所有する高感度なSQUIDセンサを設置し、外部からDC1MHzまでの様々な周波数・強度の電磁場を円筒に印加し、SQUIDセンサによって磁気遮蔽率を計測する。また、地磁気中でHTS円筒を冷却した後の、円筒内部地磁気の経時変化および磁場分布をSQUIDにより測定し、内部静磁場の安定性・均一性を調べる。下半期では、平成23年度に開発した超低磁場MRI装置と、上記HTS円筒を組合せた地磁気MRI装置を開発する。高精度なMRI画像を得るためにに磁気シールドもしくはシミングの追加が必要という結果が得られた場合は、装置にそれらを導入する。まずは一次元MRIを撮影して、装置のSN比と分解能を評価し、次に二次元MRI計測用のパルスシーケンスを開発・導入する。最終的に組上げるコンパクトMRIは磁気シールドやシミング機構が不要、もしくは最小限で、約10cm立方の計測範囲と、2次元MRIでの数mmの分解能を目標とする。平成24年度は、超低磁場NMR/MRI装置のシーケンス自動化のため、デジタルパルス遅延発生器を備品として購入する。また前分極磁場の増加のためDC電源を同じく備品として購入する。また装置に必要な消耗品とソフトを購入予定である。この他、国内外での研究発表のため旅費として約40万を支出する予定である。