hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
光誘起構造相転移動力学の研究

本研究では、最先端の実験的・理論的研究によって、厳選した物質系における光誘起構造相転移動力学の微視的理解を実現する事を目的とした。1)炭素新規凝縮相Diaphite相やVO2におけるmonoclinic金属相等の熱力学的には到達出来ない物質相の発見、2)時間分解2光子光電子分光による半導体中の電子系超高速緩和過程研究の革新的展開、3)世界最高性能を有する時間分解電子線回折装置の開発とそれを用いた金属・半導体の超高速構造動力学の解明等、研究対象の拡大と手法開発による理解の革新的深化を実現して、当初の計画以上に研究を進展させた。巨視的量子多体系としての固体が示す協力現象の最も典型的な事象である相転移において、構造相転移では、電子系と格子系との相互作用が協力的駆動力として作用し、格子構造・対称性・電子状態が異なる2つの状態が巨視的スケールで劇的に転移する。本研究においては、超短光パルスを構造相転移のトリガとする光誘起構造相転移の相転移動力学を、1)種々の光誘起構造相転移現象の中から典型例を対象として厳選し、2)極限的時間・空間分解能を有する実験手法を用いて、励起電子系の超高速緩和現象と格子系の超高速動力学の双方に対する直接的な知見を獲得し、3)高度な理論的研究による協力的動力学解析を融合させ、て研究し、相転移機構の微視的・統一的理解を達成する事を目的とする。これによって、凝縮系科学に新たなパラダイムを切り開く。本研究の目的は、光誘起構造相転移動力学の全貌を直接的な構造的知見に基づいて実験的に明らかにすると共に、高度な理論的考察を通じて、その機構を微視的・統一的理解を確立する事である。研究初年度は、新規装置の導入・開発として、(1)既存のフェムト秒時間分解分光装置(100fsを20fsへ)、フェムト秒時間分解2光子光電子分光装置(160fsを90fsへ)の短パルス化を進めた。一方、(2)本計画の核心の一つとなるフェムト秒時間分解電子線回折装置の設計、および100fsの超短パルス電子線発生を実現する電子銃の製作を終了させた。来年度初期には、世界最高の時間分解能を有する装置を完成させる。また、(3)新規光誘起相の実証のために必要な、温度可変走査型トンネル顕微鏡の導入も終了し、使用可能状態にまで準備を進めた。現有装置による研究成果として、(1)既存のフェムト秒2光子高電子分光装置を用いたSi結晶中の超高速キャリヤ動力学の解明、(2)フェムト秒反射分光によるグラファイトの超高速キャリヤ動力学の解明をおこない、極めて重要な多くの知見を得た。更に、(3)グラファイト表面における光誘起相転移の実証として、層間結合が生じた場合にのみ発生する光誘起グラフェン偶数層剥離現象を見出した。一方、理論的研究の成果としては、(4)自己相互作用補正を取り入れた局所密度近似法の開発を終了し、励起状態第一原理分子動力学への適用を開始した。また、(5)グラファイトダイヤモンド相転移の断熱ポテンシャル面の性質を種々の理論手法を用いて計算し、ポテンシャル障壁の高さおよび相転移効率を求めた。来年度は、これらの成果をさらに発展させるとともに、すべての装置開発を早期に終了させて、目的達成にむけた精力的研究を推進する。本年度は、昨年度導入した大型装置の開発を精力的に進めるとともに、当初の目的達成のために十分な仕様まで性能を高めた新規導入装置類を駆使して、以下に述べる成果を達成した。まず、昨年度に超短パルス化を達成したフェムト秒時間分解2光子光電子分光装置を駆使して、シリコン結晶中の光励起キャリヤーの超高速緩和過程を、運動量・エネルギー空間上で区分して実時間追跡し、inter-valley散乱過程、電子系の準熱平衡化過程、およびエネルギー緩和過程の全容を明らかにした。これらの成果は、Physical Review Letters誌を始め、国際学術誌に発表済みである。さらに、今まで全く未知の領域であった、価電子帯正孔の超高速緩和過程も世界に先駆けて検出に成功し、現在論文を作成中である。第二に、昨年度導入した温度可変走査型トンネル顕微鏡を用い、格子系の熱揺らぎと電子系の動的緩和の協力効果による光誘起構造変化過程におけるstochastic resonanceの現象を実証した。第三に、分担者間での有機的協力による理論・実験共同研究の成果として、グラファイトの光誘起相転移によってのみ発生する第三の炭素凝縮相"Daiaphite"を発見し、Physical ReviewLetters誌に発表した。

本研究の核心の一つであるフェムト秒時間分解電子線回折装置の開発も順調に進展しており、基本的な予備実験を終了して、本格的な実験的研究を展開できる段階にまで開発を進めた。今後、本計画の目的達成にむけて、全力をあげて、精力的な研究を推進する。本年度は、本研究最大の課題の一つである、世界最高性能を有する超高速時間分解電子回折装置の完成という大きな成果を挙げるとともに、以下に述べる重要な成果を達成した。まず、完成した超高速時間分解電子回折装置は、時間分解能90fsを有し、サブミクロンの厚さの種々の試料に対して極めて鮮明な透過電子回折パターンを得るに十分な良好なビーム特性を有しており、更に試作した検出器は極めて感度が高く、単一パルスでの検出も実現可能である。このタイプの装置としては世界最高性能を示し、現在これを駆使した精力的な実験を推進している。第二に、グラファイトの光誘起相転移によってのみ発生する第三の炭素凝縮相Daiaphiteの発見という昨年度の成果に立脚し、励起波長を可視紫外領域の広い範囲に拡張して体系的な相転移効率に関する実験的知見を得るとともに、理論的研究によって、初期条件敏感性および生成効率の非線形性のミクロな起源、更には、層間結合発生の動力学を解明した。また、走査型トンネル顕微鏡像に対する第一原理計算手法に基づく解明を進め、Daiaphiteの電子状態に対する明確な知見を獲得した。これらは既にPhysical Review誌に発表済みもしくは投稿中である。第三に、構造相転移を誘起する励起状態の超高速緩和過程を、フェムト秒可視赤外分光法、フェムト秒2光子光電子分光法を駆使して研究を展開し、(1)高密度励起下で発生する電子・正孔プラズマ状態の検出とその動特性の解明、(2)運動量とエネルギーの二次元光電子検出装置の性能向上によって、高密度励起下での電子系および正孔系の状態変化の直接的観察と動特性の解明、を達成した。これらは、現在論文執筆中である。以上のように、全分担者の協力によって本研究は予想以上に順調に進行しており、来年度以降もより多くの画期的先進的成果を達成すべく研究を推進する。本年度は、4つの分担課題を有機的に遂行し、以下に述べる重要な成果を達成した。まず、昨年度に完成させた超高速時間分解電子回折装置は、時間分解能90fsを有し、サブミクロンの厚さの種々の試料に対して単一パルスでの鮮明な透過電子回折パターンの観測が可能である。この装置を用い、半導体結晶における高密度励起下での秩序-無秩序相転移現象の機構解明の研究を展開した。結晶方位と励起レーザー光の偏光方向を制御して非等方励起を行い、その際に発生する<110>方向に発生する動的格子変形を直接検出することに成功した。これは、本装置のもう一つの特徴である極小散乱角回折能を駆使した画期的成果であり、相転移機構解明に直結する。第二に、本研究の大きな成果である第三の炭素凝縮相(Daiaphite)創成機構に関し、理論的研究で予測した層間結合発生に対する初期条件敏感性を実験的に解明した。励起波長に対する生成効率の依存性、および励起パルスの時間幅に対する動的局在確率の依存性、を走査型トンネル顕微鏡観察によって明らかにし、グラファイトの光誘起構造相転移の初期過程をほぼ完全に解明した。これらの成果は、現在論文投稿中である。
虚血により低下した骨格筋生理機能改善に向けた血管新生治療法の開発

1.目的骨格筋への骨髄細胞投与により誘発された新生血管により、骨格筋の生理的機能が改善されるか否かを知ることを目的とした。2.方法ラット下肢虚血モデルを用いて、骨髄細胞注入による骨格筋血管新生を誘導した。群分けは、Sham群、Ischema群(虚血肢を作成したのみ)、PBS群(骨髄細胞の浮遊液であるPBSのみを注入)、BMI群(骨髄細胞を注入)の4群(各群n=5)とした。骨髄細胞は赤血球を除去した後、1×10^7/10μlを腓腹筋に6ヵ所経皮的に注入した。血管新生の程度は血管造影、alkaline phosphatase染色による毛細血管数、大腿静脈のarteriovenous oxygen difference(AVDO^2)にて比較した。また新生血管の生理的有用性を評価するために、20m/min,10%勾配のトレッドミル上でラットを走行させ、その走行時間を各群で比較した。3.結果下肢血管造影では、BMI群において他の3群と比較して良好な側副血行路の発達を認めた。大腿内転筋及び腓腹筋における単位筋当たりの血管数は、BMI群において他の3群と比較して有意に高値であった(P<0.01)。モデル作成2週後のAVDO^2は、Ischema群においてSham群、BMI群と比較して有意に高値であった(P<0.01)。ラットのトレッドミル走行時間は、Sham群ではモデル作成1,2,4週後のいずれにおいても、全てのラットが5時間完走した。モデル作成2,4週後において、BMI群はIschema群、PBS群と比較して有意に長時間走行した(P<0.01)。4結論骨髄細胞の注入により虚血肢に誘導された新生血管は、低下した運動能の回復に寄与すると考えられた。
膜透過化細胞を用いた高次クロマチン再編成と遺伝子活性化制御機構の解明

真核生物の細胞核内ではヌクレオソームは高次クロマチン構造をとっており,遺伝子発現や複製などのDNAを介した核機能は高次クロマチン構造によって厳密に制御されていることが明らかになってきた.近年転写活性化に伴うクロマチン構造の変化などが細胞レベルで可視化され,また転写が活性化されるまでに必要な因子が生化学的に多数同定されてきた.しかしながら,複雑な核環境の中でのそれらの因子の詳細な制御関係には不明な点が多い.そこで,シグナルなどの外部刺激に応答した遺伝子発現制御の際に,クロマチンがどのような分子機構で再編成され転写が制御されるのかを明らかにすることを目的として本研究を行っている.初年度は細胞核構造・クロマチン構造を保持しつつ生化学的操作の可能な膜透過化細胞転写系を確立し,膜透過化細胞にHeLa細胞抽出液を添加することで,転写伸長と開始が促進されることを明らかにした.さらに,精製した特異的転写因子を加えることにより,その標的遺伝子の転写の誘導も確認された.今年度は遺伝子発現の活性化誘導に伴うクロマチン構造の変化に焦点を当てた解析を行った.特にヒストン修飾特異的抗体を用いたクロマチン免疫沈降により,転写活性化因子依存的にレポータ遺伝子のプロモータ領域近辺のヒストンH3のアセチル化が上昇したことから,膜透過化細胞においても転写活性化に伴うクロマチン構造の変化が誘導されることが明らかになった.また予備的実験では転写因子依存的なクロマチン構造の脱凝縮をレポータ遺伝子のプローブを用いたDNA-FISHで観察している.この系を用いて,クロマチン脱凝縮からヒストンアセチル化,転写開始に至るまでの分子機構を解明することが可能になると考えられる.真核生物の細胞核内ではヌクレオソームは高次クロマチン構造をとっており,遺伝子発現や複製などのDNAを介した核機能は高次クロマチン構造によって厳密に制御されていることが明らかになってきた.近年転写活性化に伴うクロマチン構造の変化などが細胞レベルで可視化され,また転写が活性化されるまでに必要な因子が生化学的に多数同定されてきた.しかしながら,複雑な核環境の中でのそれらの因子の詳細な制御関係には不明な点が多い.そこで,シグナルなどの外部刺激に応答した遺伝子発現制御の際に,クロマチンがどのような分子機構で再編成され転写が制御されるのかを明らかにすることを目的として本研究を行っている.平成17年度は膜透過化細胞における転写活性化系の確立と,活性化にともなうクロマチン構造変化の可視化を計画した.そのためにまず,細胞核構造・クロマチン構造を保持しつつ生化学的操作の可能な膜透過化細胞転写系を確立した.非イオン性界面活性剤で膜を透過性にした膜透過化細胞にHeLa細胞抽出液を添加することで,転写伸長と開始が促進されることが明らかになった.さらに,精製した特異的転写因子を加えることにより,その標的遺伝子の転写の誘導も確認された.今後この系を用いることによって,転写誘導に伴う脱凝縮クロマチン構造の変化をヒストンの修飾特異的抗体を用いた免疫染色やDNA-FISHで経時的に可視化し,クロマチン脱凝縮及びヒストンアセチル化活性に必要な細胞抽出液中の因子の精製・同定が可能であると考えている.真核生物の細胞核内ではヌクレオソームは高次クロマチン構造をとっており,遺伝子発現や複製などのDNAを介した核機能は高次クロマチン構造によって厳密に制御されていることが明らかになってきた.近年転写活性化に伴うクロマチン構造の変化などが細胞レベルで可視化され,また転写が活性化されるまでに必要な因子が生化学的に多数同定されてきた.しかしながら,複雑な核環境の中でのそれらの因子の詳細な制御関係には不明な点が多い.そこで,シグナルなどの外部刺激に応答した遺伝子発現制御の際に,クロマチンがどのような分子機構で再編成され転写が制御されるのかを明らかにすることを目的として本研究を行っている.初年度は細胞核構造・クロマチン構造を保持しつつ生化学的操作の可能な膜透過化細胞転写系を確立し,膜透過化細胞にHeLa細胞抽出液を添加することで,転写伸長と開始が促進されることを明らかにした.さらに,精製した特異的転写因子を加えることにより,その標的遺伝子の転写の誘導も確認された.今年度は遺伝子発現の活性化誘導に伴うクロマチン構造の変化に焦点を当てた解析を行った.特にヒストン修飾特異的抗体を用いたクロマチン免疫沈降により,転写活性化因子依存的にレポータ遺伝子のプロモータ領域近辺のヒストンH3のアセチル化が上昇したことから,膜透過化細胞においても転写活性化に伴うクロマチン構造の変化が誘導されることが明らかになった.また予備的実験では転写因子依存的なクロマチン構造の脱凝縮をレポータ遺伝子のプローブを用いたDNA-FISHで観察している.この系を用いて,クロマチン脱凝縮からヒストンアセチル化,転写開始に至るまでの分子機構を解明することが可能になると考えられる.
溶液化学反応素過程の遷移状態

1.分子A,Bの溶媒和状態A(Solv)m,B(Solv)n(Solv=水、アンモニア、アルコール等;m,n=1,2,・・・)について、それらが起こす化学反応の遷移状態(AB)^≠(Solv)m+nを直接的に観測するための実験装置を製作した。(1)運動エネルギーを規定した負イオンクラスター(AB)(Solv)m+nの強いビームを気相中に生成し、飛行時間質量分析法で溶媒分子数を選別した。負イオンクラスターにYAGレーザー高調波(355,266nm)を照射して光脱離を起こし、放出電子のエネルギー分析を行った。得られた光電子スペクトルに基づき(AB)^≠(Solv)m+nの振動状態を解析した。本年度は特に(N_2O)_nクラスターについて研究を行った。2.軌道放射光に含まれる真空紫外光で分子て励起して、それらが負イオンと正イオンに解離する過程について研究した。ハロゲン化メチルからの^-および二酸化硫黄からのO^-の光解離効率曲数を測定し、これまで知られていなかった多くの中性超励起状態(おもにリュードベリ状態)を検出し、さらにそれら超励起状態の光解離のダイナミックス(中性断片への解離や自動イオン化との競争など)について有用な情報を得た[J.Chem.Phys.96,7500(1992);Org.Mass Spectrom.28巻、印刷中]。3.光励起イオン対生成過程に関してより多くの知見(例えば解離の際の運動エネルギー放出、3体解離の分岐比等)を得るために、新しいタイプの粒子同時計測術技を開発した。光イオン化現象に対して光電子・正イオンや正イオン・正イオン同時計測法を適用した例はこれまで数多く報告されているが、正イオン・負イオンの同時計測については報告がない。今回、酸素分子と水素分子からのイオン対生成過程についてこの方法を適用し、前期解離を引き起こすリュードベリ状態の対称性などについて議論した[Zeit.Phys.D26巻印刷中]。
可積分系理論とトロピカル曲線の研究

トロピカル幾何学とは,通常の掛け算と足し算(×と+)の代わりに,足し算と「大きい数をとる演算」(+とmax)を採用した幾何学のことである.トロピカル幾何学は,可積分系方程式と呼ばれる特殊な微分方程式の構造の研究と相性が良いことが知られており,両者の関係の本質的な意味を調べることが本研究の主眼である.本研究において得られた成果は主に以下の2つである.1.相対論的戸田方程式の初期値問題の解法を利用して,「旗多様体の量子K理論」と特殊対称多項式の関係を明らかにした.2.超離散(トロピカル)KP方程式の代数的解法を用いて,組み合わせ論定理への応用を与えた.本年の研究実績は以下の2つである:2.1.の部分で得られた全単射は、単に多項式写像であるだけでなく、負号を含まない多項式写像(subtraction-free polynomial map)であることを証明した。Subtraction-free polynomial mapは、組み合わせ論、トロピカル代数との関係が深く、今後の応用が期待される。標語的にいえば、1から5までの内容はすべて、「考えているデータが正の実数であること(≒考えているデータが、現実に存在するものであること)が、そのシステムにおいてどのような意味を持つか」を研究していると言い換えることができる。たとえば力学の問題であれば、考えているデータが(負の実数でも一般の複素数でもなく)正の実数であるということは、その力学が現実に実現可能であるということを含意している。1と2は、前年度からの続きである。本研究の本来の目的は、特異トロピカル曲線の構成と、その超離散可積分系への応用である。これらはその前段階として、離散可積分系のデータがtotally positiveであることが、代数曲線の言葉でどう翻訳されるかを調べたものである。3は、2の結果の一般化である。4は、本研究から派生した新しい研究で、可積分系理論の(量子)幾何学への応用を狙ったものである。5は正行列のPerronベクトル(=絶対値が最大の固有値に属する固有ベクトル)の計算にトロピカル線形代数が応用できることを示したものである。1.2.5.についてはそれぞれ論文を準備中である。3.4.については、引き続き研究を継続する計画である。離散戸田方程式に関するtotally positivityの研究がある程度進み、周りの専門家との議論に乗せることができる段階までには到達していると考える。昨年度に続き,可積分方程式の全正部分とトロピカル幾何学の関係を研究した.今年度は主に以下の2つの結果を得た.1.最も基本的な可積分系である戸田方程式(Toda equation)の全正部分の,実ヤコビ多様体を用いた特徴づけを与えた.可積分系の全正部分は,超離散可積分系の構造の解析に関係する新しい研究対象である.本研究では,戸田方程式の全正部分(=Lax行列が全正(totally positive)であるような相空間の部分集合)が,特異曲線の実ヤコビ多様体の一つの連結成分と,準代数的多様体として同型であることを証明した.この結果は,西山享氏(青山学院大学),小川竜氏(東海大学)との共同研究に基づく.現在共著論文をCommunications in Mathematical Physicsに投稿中である.2.旗多様体の量子K理論と呼ばれる,幾何学的に構成されるある代数の構造が,古典可積分系の一つである相対論的戸田方程式(relativistic Toda equation)の初期値問題の解法を用いて計算できることを示した.この手法によって,旗多様体の量子K理論(の適当な局所化)が,対称多項式のなす体の適当な部分環と同型であることが証明される.さらに,この同型を通じて,(一部の)シューベルト多様体の構造層に対応する対称多項式が,dual Grothendieck多項式と一致することを証明した.この結果は,池田岳氏(岡山理科大学),前野俊昭氏(名城大学)との共同研究に基づく.現在共著論文をInternational Mathematics Research and Noticesに投稿中である.トロピカル曲線・実代数曲線と可積分系方程式との関係について,一定の成果を得て論文を執筆,投稿まで至った.また,この研究が量子K理論への応用を持つという,当初予定していなかった発見をすることができた.計画時点に持っていた知見とは異なる方向性の発見を得たことから,一定以上の進展があったといえるだろう.トロピカル代数幾何学は,複素多様体上の曲線の数え上げやミラー対称性の解釈など現代数学・物理学への重要な応用を持つことが知られている.一方,トロピカル代数幾何学それ自体を興味の対象と見ることもできる.本研究では,トロピカル代数多様体の研究のうち特異曲線の挙動に着目し,通常の代数幾何学における特異曲線の正確なアナロジーを得ることを目的とした.そのために着目したのは古典可積分系の代数幾何学的解法である.本研究において,旗多様体の量子K理論と「相対論的戸田方程式」の代数幾何学的解法が密接な関係があることを発見し,トロピカル構造の観点から考察を行った.また,この事実を利用して,K理論版Peterson同型(=旗多様体の量子K理論とアフィングラスマニアンのホモロジーとの間の同型)を構成した.

これらの量子幾何学的な対象に見かけ上トロピカル幾何学は登場しないが,背後に可積分系の全正性が絡んでおり,トロピカル特異曲線からの新しいアプローチが期待される.また応募者は,この同型を通じて,旗多様体の量子K理論の中のシューベルト多様体に対応する特殊対称多項式が,双対Grothendieck多項式と一致することを証明した.この証明は,「コーシー-ビネの定理」や「ボゾン-フェルミオン対応」といった,古典可積分系の研究で頻繁に用いられた手法に大きく依存している.古典可積分系の技術が新しい幾何学の解明に活躍する,一つの好例を与えていると言える.トロピカル幾何学とは,通常の掛け算と足し算(×と+)の代わりに,足し算と「大きい数をとる演算」(+とmax)を採用した幾何学のことである.トロピカル幾何学は,可積分系方程式と呼ばれる特殊な微分方程式の構造の研究と相性が良いことが知られており,両者の関係の本質的な意味を調べることが本研究の主眼である.本研究において得られた成果は主に以下の2つである.1.相対論的戸田方程式の初期値問題の解法を利用して,「旗多様体の量子K理論」と特殊対称多項式の関係を明らかにした.2.超離散(トロピカル)KP方程式の代数的解法を用いて,組み合わせ論定理への応用を与えた.初年度である本年度の目的は、申請者のこれまでの実績(古典可積分系とトロピカル幾何の関係についての研究)を踏まえて、より発展させた内容、問題を発掘することであった。本年度に取り組んだ「可積分系の相空間の正値性」という問題は多くの研究者が既に意識しているものの、行列のtotally positivityや特異曲線の理論を関連付けた仕事は(私の知る限り)新しく、今後の発展が期待される分野であると思われる。本年度、申請者の得た結果は、この方面の仕事への先鞭をつけるもので、価値があると考える。本年度の成果を踏まえ、1.完成している結果の論文準備・研究発表、2.より進んだ内容の研究遂行、を行う。今年度の結果を踏まえて,以下の研究が考えられる.1.full Kostant-Toda階層の全正部分と,それに付随する(であろう)実ヤコビ多様体を決定すること.さらに,もしそのような実ヤコビ多様体が存在するならば,幾何学的に自然な何らかの方法で,Gelfand-Zetlinパターンと呼ばれる実構造と関連付けられるはずである.Gelfand-Zetlinパターンは,可積分系の実構造と旗多様体の構造を結びつける際に重要な凸集合で,何人かの研究者によって様々な面白い性質が調べられている.我々の実ヤコビ多様体の研究からそのような対象が自然に導かれることになると,さらなる発展につながると期待できる.2.旗多様体の量子K理論の構造を完全に決めること.今年度の成果では,まだ一部のシューベルト多様体の対称多項式表示しか得られていない.一般のシューベルト多様体の対称多項式表示を得るには,より進んだ方法を見つけなくてはならない.現時点では組み合わせ論的手法が有効であると考えられるが,組み合わせ論的手法の習熟には相応の訓練が必要である.可積分系本年度の結果を踏まえ、以下の問題に取り組みたい:1.本年度の戸田格子方程式に関する結果を拡張し、より一般的な古典可積分系方程式の相空間の正部分について論じること。3.上記の問題のトロピカル化と、トロピカル幾何学との関係。4.問題の性質上、膨大な数式処理が必要となるため、必要に応じてコンピュータプログラムの知識をつける。
TNF刺激による血管内皮細胞の過酸化水素産生に及ぼす麻酔薬の影響

ウシ頸動脈より得た継代培養血管内皮細胞(国立衛生試験所細胞バンク)を,20%ウシ胎児血清加イ-グルMEM培地で,5%CO2,15%air,37°Cの環境下で培養した.麻酔薬負荷後の培養血管内皮細胞の上清を,5μMDCFH-DA(膜透過性過酸化水素感受性蛍光色素)を含むHBSSlmlで完全に置換し、5分間pre-incubationした.共焦点レーザー顕微鏡を用い,培養血管内皮細胞を488nmのレーザー光で励起,530nmで蛍光測定をしながら,THFα20ng/mlを含むHBSSlmlを負荷し,TNF投与前後の血管内皮細胞内過酸化水素濃度の変化を測定した.Ketamine投与下では,血管内皮細胞内酸化ストレスは抑制される傾向を認めた.本研究は,ketamineの脳保護作用のメカニズム解明に,貢献する可能性がある.ウシ頸動脈より得た継代培養血管内皮細胞(国立衛生試験所細胞バンク)を,20%ウシ胎児血清加イ-グルMEM培地で,5%CO2,15%air,37°Cの環境下で培養した.麻酔薬負荷後の培養血管内皮細胞の上清を,5μMDCFH-DA(膜透過性過酸化水素感受性蛍光色素)を含むHBSSlmlで完全に置換し、5分間pre-incubationした.共焦点レーザー顕微鏡を用い,培養血管内皮細胞を488nmのレーザー光で励起,530nmで蛍光測定をしながら,THFα20ng/mlを含むHBSSlmlを負荷し,TNF投与前後の血管内皮細胞内過酸化水素濃度の変化を測定した.Ketamine投与下では,血管内皮細胞内酸化ストレスは抑制される傾向を認めた.本研究は,ketamineの脳保護作用のメカニズム解明に,貢献する可能性がある.
ポジトロン断層法を駆使した牛不受胎性素因の解明

牛では現在、人工授精により産子を作出しているが、近年、受胎成績が低下していることから、その素因を解明するために、精子側の要因を解析した。人工授精後精子は受精場である卵管膨大部まで到達しなければならず、その過程を理解するために精子の移動を追跡する可能性および受精場で起こると考えられる要因を解析した結果、精子走化性が牛でも役割を果たしている可能性が本研究で初めて明らかにされ、今後、牛における低受胎性素因として精子走化性を考慮する重要性が示唆された。ウシ受胎成績の低下の素因を解明することを目的とし、精液および精子側の要因を解析した。材料として、ウシ凍結および新鮮射出精液を用い、最終受精場で作用すると推察されている精子走化性について、受精能獲得との関係を検索した。Two chamber法により、精子集積度を観察し、精子走化性を解析した。24ウェルマルチプレートの各ウェルに精子希釈基礎液450μlを導入後、セルカルチャーインサートを装着しインサート内に精子懸濁液300μlを入れ、120分間インキュベーターで静置した。静置後、精子集積度をウェル内の精子数の割合を算出することで評価した。種雄牛間の差異を検索する目的とし、5頭の種雄牛の凍結精液および1頭の新鮮精液を供試し、Two chamber法で精子走化性を解析した結果、種雄牛間および受精能獲得処理により、プロジェステロンに対する精子集積率に差が認められた。すなわち、コントロールを1としたときの精子集積率は受精能獲得処理をしていない場合、0.71.7の範囲であったのに対し、受精能を獲得処理精子では0.91.5の範囲であった。この受精能獲得後の集積率は一定の傾向を示さず、種雄牛間で異なった。したがって、最終受精場で起こることが想定される、受精能獲得精子の走化性には種雄牛で異なることが示めされ、このことが低受胎性の一因である可能性が示唆された。精液中の精しょう成分のうち、最近、受精能に関わることが報告された精しょうタンパク質BSPを時間分解蛍光免疫測定法で検索した結果、サンプルの希釈倍率はウシで1000倍であった。さらに、季節による変動を解析した結果、精液性状とBSP濃度との間に明確な関係は見られなかったが、高濃度のBSPが存在することが明らかになり、凍結精液作製時の影響などを解析する必要が示唆された。牛における低受胎性の素因を解析する第一歩として、精子受胎能の切り口を体外条件下における精子誘引性に焦点をあて検索した。すなわち、精子は雌体内に射出されてから受精場である卵管膨大部まで移動する過程で、子宮、卵管までのそれぞれの移動には大きく、筋収縮運動が関わるされているが、最終的な卵子との出会いの場へ精子が化学的に誘引される可能性が最近、ヒトで報告された。牛を含め、家畜精子全般での知見を得ることを目的とし、牛、豚およびヤギ射出精液を採取し、解析した。精子誘引物質、すなわち、精子走化性物質を検索する方法として、Zigmond法でLeica DMI 6000Bで高速撮影した後、精子分布数をカウントし、Chemotactic率として算出した。性ステロイドホルモン、卵胞液あるいは卵管上皮細胞培養上清を走化性候補物質として解析した結果、ウシ凍結精液では卵胞液および卵管培養上清液でコントロールより高いChemotactic率が示され、卵管培養上清液で有意差がみられた。性ステロイドホルモンでは、プロジェステロンで高い傾向、あるいはエストロジェンで有意に高かった。テストステロンではコントロールと差がみられなかった。豚およびヤギでの解析結果は牛の成績と異なった。Two chamber法による精子集積度を評価し、精子走化性を解析した結果、ウシ新鮮射出精液ではコントロール区に対し、走化性物質を添加した供試液ではいずれも高い精子集積度を示した。すなわち、テストステロン10と100 pM、エストロジェン100 pM、卵胞液および卵管培養上清で有意に高い値を示した。以上、二つの方法でいずれも有意に精子走化性が認められたものは牛精子で卵管培養上清液であったが、新鮮射出精液と凍結保存精液では必ずしも結果が一致しなかった。次年度に低受胎性に関わる種雄牛精液間の差異およびPETによる解析を行う。精子移動に関する基礎的知見を体外ではあるが、牛を含めた家畜精子について精子走化性物質の候補物質を初めて明らかにすることができた。これらの知見から、牛低受胎性の素因として、精子間の走化性物質に対する感受性の違いが推察され、種雄牛精液間およびロット間での低受胎性の解明の手掛かりを示すことができたと評価できる。今後、生体内での精子移動をPETで解析することにより、さらに解明することが期待できる。平成23年度に明らかにした知見をもとに、精子走化性物質の体外での解析を進める。

とくに、精子機能での差異を明らかにするために、精子膜でのイオンチャネルの解析をパッチクランプ法を駆使して進め、精液間の低受胎性の解明を進める。同時に、生体内での精子移動をPETを利用し、注入後の精子の移動を継時的に解析する。個体間での精子の感受性を解析し、血中ホルモン動態をモニタリングしながら、精子移動の主要因子の検索を行う。物品費購入80万円旅費10万円謝金10万円その他10万円
膵幹細胞の未分化維持機構の解明

幹細胞はさまざまな組織に存在し、個体維持のために新たな細胞を供給することが報告されている。しかし、膵幹細胞の存在については、未だ統一的な見解が得られていない。研究代表者は成体マウスの膵組織から一年以上に渡り旺盛に増殖し続ける細胞を単離する方法を確立した。Gene Chipにより遺伝子発現を網羅的に解析した結果、この細胞は複数の転写抑制因子を発現していることが明らかとなった。これら転写抑制因子の発現をsiRNAにより低下させたところ、膵β細胞特異的遺伝子群の発現誘導が認められた。以上の結果は、膵幹細胞が複数の転写抑制因子の働きにより未分化状態で維持されていることを示唆する。今後、生体内でその抑制機構を解除することができれば膵β細胞の再生医療につながるものと期待される。近年、幹細胞はさまざまな組織に存在し、個体維持のために新たな細胞を供給することが報告されている。しかし、膵臓におけるその有無については、未だ統一的な見解が得られていない。研究代表者は胎仔および成体マウスの膵組織から一年以上に渡り旺盛に増殖し続ける小型で均一な細胞を再現性良く単離することに成功した。定量RT-PCRを行った結果、この細胞は膵発生初期段階と非常に近い転写因子発現プロファイルを示すことが明らかとなった。しかし、分化・増殖因子の添加や遺伝子導入を組み合わせても、この膵幹細胞様細胞は膵内分泌細胞へと分化せず、強力な未分化維持機構が働いているものと推定された。Gene Chipを利用して、遺伝子発現を網羅的に解析した結果、膵島では認められない複数の転写抑制因子を発現していることが判明し、これらの因子が膵幹細胞の未分化維持に関与するものと推定された。そこで、siRNAを用いて、膵幹細胞様細胞で強く発現する転写抑制因子の発現を低下させたところ、複数の膵内分泌細胞特異的転写因子の発現が誘導されることが明らかとなった。現在、インスリン産生、グルコース応答性、開口分泌などに関わる膵β細胞特異的機能分子の発現変化について検討中である。しかし、成体膵幹細胞の存在については、未だ統一的な見解が得られていない。研究代表者は胎仔および成体マウスの膵組織から一年以上に渡り旺盛に増殖し続ける細胞を再現性良く単離する方法を確立した。Gene Chipを用いて遺伝子発現を網羅的に解析した結果、この細胞は膵発生初期段階と非常に近い遺伝子発現プロファイリングを示すことが判明した。次に、ごれら膵幹細胞様細胞ヘアデノウイルスを用いて膵発生分化に重要な転写因子(Is1-1、MafA、Ngn3、NeuroD、Pax4、Pax6、Hlxb9、Nkx2.2、Nkx6.1など)を導入したが、膵内分泌細胞へと分化誘導することができなかった。このことから、強力な未分化維持機構が働いているものと推定された。そこで、膵幹細胞様細胞には発現するが、膵島では発現しない転写抑制因子群の発現をsiRNAにより低下させたところ、インスリン産生、グルコース応答性、開口分泌などに関わる膵β細胞特異的機能分子群の発現誘導が認められた。従って、成体膵幹細胞は複数の転写抑制因子の働きにより未分化性を維持した状態で存在すると考えられる。
交雑フグの毒蓄積能解析－毒化モデル試験による安全性評価

交雑フグ体内中の毒性およびTTXの移行/蓄積/代謝メカニズムと同様に毒蓄積能力と遺伝形質を明確にするために日本沿岸から20個体の自然交雑フグを集めて、それらのミトコンドリアおよび核DNAの分析によって親を識別し、それらの部位別毒性を求めた。その結果、今回の試料には、シマトラ、マゴマ、マトラ、トラゴマ、トラマの5種が存在し、皮や筋肉にも毒を保有する個体があることがわかった。また、人工交雑して得たトラマとトラクサでは、TTXを投与すると主としてまず肝臓へ移行し、次いで皮や卵巣にこれを運搬・蓄積した。一方、クサトラの雄ではTTXは精巣へも移行・蓄積した。本研究は、近年、混獲により水揚げされる交雑フグの判別と安全性について問題視されていることから、自然交雑フグの種同定を父系・母系の両起源種について遺伝的解析等により行うとともに、フグ毒の組織分布を調べ、交雑フグの毒蓄積分布と起源種(両親魚種)の毒蓄積との遺伝的関係について明らかにすることを目的としている。24年度においては、クサフグ(♀)×トラフグ(♂)およびトラフグ(♀)×クサフグ(♂)を用いて人為的に交配して作出した2種の人工交雑フグ(クサトラ、トラクサ)につき、フグ毒(テトロドトキシン;TTX)投与試験を行い、組織中のTTX分布について比較した。その結果、両者とも皮膚、肝臓、卵巣においてTTXの分布が見られた。また、トラクサ(トラフグ(♀)×クサフグ(♂))の精巣にはTTXが見られなかったのに対し、クサトラ(クサフグ(♀)×トラフグ(♂))の精巣からはTTXの存在が確認されたことから、フグ毒の蓄積については母系遺伝が推察された。H25年度においては、人工交雑フグ(トラフグ・♀とマフグ・♂)を作出し、その毒蓄積能を精査した。また、その親魚種である天然トラフグおよび天然マフグについて毒蓄積部位と毒性を調査した。本人工交雑フグ(8ヶ月齢)に対し人為的にフグ毒(TTX)を2つの異なる方法(経口投与および筋肉内注射投与)で投与しフグ体内におけるTTXの動態について比較検討した。その結果、両投与方法とも投与後血液を介し速やかに各部位へ移行し、主に肝臓へ、次いで皮に蓄積が見られた。また、卵巣への毒の移行が見られたのに対し、精巣への移行はほとんど無かった。天然純系種親魚の毒性を見たところ、トラフグでは卵巣の毒力が最も高く(<3250 MU/g)、次いで肝臓に高濃度の蓄積が見られた。一方、マフグでは肝臓の毒力が最も高く(1103530 MU/g)、卵巣や皮にも高濃度のTTXの蓄積が確認された。また、精巣からも毒の蓄積が確認された。また、交雑フグの形態的特徴を純系種と比較したところ、全ての交雑個体において体表には小棘を、体側には黄色縦帯を有していた。小棘は純系トラフグのそれと比べ小さく、出根数も少なかった。以上の結果から、交雑個体は両親種の中間的な特徴を示すことが推察され、毒の蓄積に関しては母親の特徴を示す傾向が見られた。本研究は、近年,混獲により水揚げされる交雑フグの判別と安全性について一部で問題視されていることから,自然交雑フグの種同定を父系・母系の両起源種について遺伝的解析等により行うとともに,フグ毒の組織分布を調べ,交雑フグの毒蓄積分布と交雑起源種(両親魚種)の毒蓄積との遺伝的関係について明らかにすることを目的としている。23年度においてはまず、自然交雑フグの漁獲状況の調査を行い、得られた交雑フグの交雑起源種の同定を連携研究者である望岡らの遺伝的解析手法を用いて行った。その結果、20個体の交雑フグが入手され、マフグ(♀)ートラフグ(♂)、トラフグ(♀)ーマフグ(♂)、シマフグ(♀)ートラフグ(♂)、マフグ(♀)ーゴマフグ(♂)、トラフグ(♀)ーゴマフグ(♂)の5種の交雑個体であることが判った。これまで父系種の判別が困難であったが、本手法により全個体の父系種を同定することに成功した。次に、交雑フグの組織別毒性について検討したところ、全体的に雌個体の方が毒性が強く、その毒の組織分布は両親種のそれを遺伝している傾向が見られた。しかし、中には無毒部位とされる筋肉や皮膚から規制値(10 MU/g)を超える毒性が見られる個体も見られ、今後さらに調査する必要があると思われた。

交雑フグの毒蓄積能力を精査するために、純系種フグを人為的に交配させ、人工交雑フグを作出することを試みた。今回はトラフグ(♀)とマフグ(♂)を用いて連携研究者である鈴木の協力により人工交雑フグ(トラマ)の作出に成功した。本人工交雑フグに対し人為的にフグ毒(TTX)を投与しフグ体内におけるTTXの動態についても検討した。その結果、マフグの特徴である皮膚にTTXが蓄積することや、両種とも無毒部位である筋肉や精巣には毒が移行しないことが確認された。平成24年度においては、人工交雑フグを作出し、これを用いた毒化モデル試験を行い、交雑フグにおけるフグ毒の体内動態を探ることが目的であった。平成24年度においては、トラフグ♀とクサフグ♂から交配・作出したトラクサおよびクサフグ♀とトラフグ♂から交配・作出したクサトラを生産することができた。この両個体を用いた毒化モデル試験を行ったところ、両者の体内毒分布に違いが見られたことから、毒の蓄積には親魚の蓄積機能が影響することが推察された。当初の計画では、TTX投与した個体の長期飼育試験も行う予定であったが、生産した交雑個体の数が少なかったことから、注射投与による短期飼育試験のみを行った。以上の点から、平成24年度の研究の達成度を評価したところ、概ね進展していると判断された。連携研究者の協力により、交雑フグの入手ができたことや、種同定が成功したこと、人工交雑フグの作出に成功したことなどが挙げられる。平成24年度は自然交雑フグ試料の入手がほとんどできず、自然交雑個体の毒蓄積データが得られなかったことから、引き続き天然交雑個体の入手に取り組み、毒蓄積のデータを得たい。また、24年度とは別種の交雑個体を作出し、毒蓄積能や形態などについて評価していく予定である。昨年度に引き続き天然交雑フグの毒性調査を行うとともに、新たな人工交雑フグの作出にも取り組む。人工交雑フグについては、両親種の雌雄を代えたもの(ex.クサトラ、トラクサ)を作出し、毒の蓄積能や形態などが両親種のどちらの遺伝が強いか検討を行う予定である。天然交雑フグおよび両親種(純系フグ)の購入毒性試験用実験動物(マウス)や化学分析用の試薬類、TTX標準品の購入学会での成果報告および論文印刷費用への使用を計画している。試料として天然交雑フグや人工交雑フグ作出用の天然親フグを購入する。毒性試験用に実験動物(マウス)、化学分析用の薬品類、TTX標準試薬等の購入を予定している。得られた成果を公表するために、学会へ参加するための国内旅費を使用する予定である。
Aキナーゼアンカータンパク(AKAP)依存的シナプス後電位:終止の分子メカニズム

中枢、末梢神経の受容体刺激による膜興奮性変調に関与するシナプス電位のうちでも、特にslow EPSPの発生機序の解明は短期記憶のメカニズムを考える上で重要である。しかし、長らく未解決のままであった。この課題に対し、申請者らは、上頚神経節神経細胞の電位依存性カリウムチャネルであるM(KCNQ2/3)チャネルのムスカリン性アセチルコリン受容体刺激による電流抑制のシグナル伝達経路でのAKAP150の役割を解析してきた。今回、アセチルコリンにより活性化されるポストシナプス側でのムスカリン受容体反応での分子メカニズムを理解し、この知識を痴呆症の治療に役立てるため、Mチャンネルの受容体による抑制機序の解明と、そこに関わるAKAP依存的シグナル伝達の解明をし、記憶、学習の分子基盤として新しい視点を提供することとした。KCNQ2/3チャンネルのアミノ酸配列上PKCによるリン酸化サイトは12ケ所(セリンの7ヶ所とスレオニンの5ヶ所)あり、カルチニューリンが(PKC依存的な)セリンのリン酸を脱リン酸化するか否かをアラニン置換(アラニンスキャンニング)で検討し、PKCとカルチニューリンとKCNQチャンネルの相互作用部位を確定した。その部位での脱リン酸化を実験した。また、IQ配列の変異によるチャンネル抑制の変化を観察した。チャンネルのIQ部位のトリプトファンによる蛍光変化により、両者の親和性の強さ、Ca依存性を測定した。最後に、KCNQ抗体でプルダウンされる分子の中にムスカリン受容体とAKAPがが存在する事を見い出した。
地球環境観測データベースの水平・垂直統合化

近年,地球環境観測では,測定機器の数が増加し,また,各測定機器の解像度はより高くなり,また測定時間間隔は短くなり,様々な機器で測定されるデータの総量は大幅に増加した。良いデータ管理は,信頼できる結果の保証を与え,また膨大なデータセットの効率的な解析を可能にする。本研究では,地球環境データのための高い信頼性を有するデータの保存とアクセスが容易なデータベースを提案する。本データベースは地球環境データを活用する人に有益となることが期待される。地球環境は短期的な変動を伴いながらゆるやかに変化し,また多様な因子が複雑に関係するので,観測データを長期にわたって記録し,その中から有用なデータを抽出することが不可欠である。現在,ほとんどの研究者は独自の方法で地球環境観測データの収集と解析を行っており,データ収集に関わった以外の者がデータを利用することは少ない。そのため,貴重なデータが十分に活用されないままになっているのが実状である。日本海側では集中豪雪が発生することがあり,その予測は重要である。これまでに,短期降雪予測を目的として,様々な観測機器を導入して詳細な観測を行っている。冬季気象観測データはそれぞれ自動的に収集されるシステムを用いて観測されているが,機器ごとに観測データの書式が異なっているので,データベースとして統一的に解析する場合の障害となっていた。広域の森林観測は重要であり,衛星リモートセンシングの活用が有効であるが,衛星リモートセンシングを活用するためには,現地調査による地上データとの比較・検証が不可欠である。そのためには,同一地域における現地調査データと衛星観測データを用いて,データベースへ登録することが必要である。本年度は,昨年度に引き続き降雪観測データおよび森林観測データの収集を継続し,それらのデータをサーバーへ格納するシステムを構築した。更に,膨大なデータベースから有用な情報を抽出し,データ解析やグラフ表示まで可能なシステムを構築した。本研究課題では,これまでに蓄積された多種多様なデータをデータベース化し,広く利活用できる仕組みを整えるとともに,複数の研究機関にまたがる科学者が研究グループを組んで観測データを共有し,共同研究をスムーズに行えるようにする枠組みを提案する。複雑な諸過程を含む気象現象においては,その精度向上を実現するためには多様な観測データの利活用が有効であり,そのためのデータベース構築及びそれら観測データを活用した数値気象予測技術の向上が重要である。本研究では,各種地上観測データ及び衛星観測データを組み合わせて活用し,数値気象モデルにおける初期値改善のための衛星データ同化手法の高度化に取り組んだ。科学衛星による宇宙の電波観測では,太陽地球系宇宙環境の解明を目的として衛星で観測された電磁波動観測データを汎用データフォーマットであるCDF形式を用いてデータベース化し,そこから科学者が所望のデータを日時・観測位置だけでなく,観測データの類似性などで検索可能とする仕組みを提案した。さらに,国内外の複数の研究者が横断的な仮想研究組織を構成し,解析対象とするデータ等を共有し,共同研究を行うためのプラットフォームを構築した。研究代表者らは既に降雪観測と森林観測,衛星による宇宙の電波観測を行い,膨大なデータの蓄積と解析を行っている。短期降雪予測を目的として,様々な観測機器を導入して詳細な観測を行っている。冬季気象観測データはそれぞれ自動的に収集されるシステムを構築しているが,機器ごとに観測データの書式が異なっているので,データベースとして統一的に解析する場合の障害となる。広域の森林活性度の観測は重要であり,衛星リモートセンシングの活用が有効であるが,衛星リモートセンシングを活用するためには,現地調査による地上データとの比較・検証が不可欠である。そのためには,現地調査データと衛星観測データを用い,データベースへ登録することが必要である。本年度はサーバーを導入した。そして観測機器ごとに異なっているデータの書式を処理し,統一的な標準フォーマットに変換してデータベースに格納するシステムを構築した。これにより,観測に関与しないユーザーでも容易に利用できるデータベースシステムの構築が可能になった。冬季気象観測および森林観測では,地上観測データと衛星観測データの収集はおおむね順調に進んでいる。

衛星による宇宙の電波観測では,磁気圏観測衛星「あけぼの」により長期間かかって取得した地球磁気圏データ,および月周回衛星「かぐや」により取得したデータから科学成果を引き出すためのアルゴリズムの開発は順調に進んでいる。これらの膨大かつ多様な地球環境データの収集・相互参照(水平統合)と長期的な蓄積・解析(垂直統合)を行える地球環境観測データベースを構築し,更に膨大なデータベースから有用な情報の抽出が可能となるシステムの開発もほぼ当初の計画通り進行している。冬季気象観測では,既設の様々な観測機器(レーダ,シーロメータ,2次元粒子画像解析装置,降雪強度計,気象観測装置等)を用いて観測データを収集した。更に独自開発した降雪粒子映像解析装置を用いて,粒子の個数,大きさ,落下速度等のデータを収集し,降雪粒子を雪片とアラレに自動分類する手法を開発した。森林観測では,現地調査データと衛星観測データを収集した。衛星による宇宙の電波観測では,磁気圏観測衛星「あけぼの」により長期間かかって取得した地球磁気圏データ,および月周回衛星「かぐや」により取得したデータから科学成果を引き出すためのアルゴリズムを検討した。これらの膨大かつ多様な地球環境データの収集・相互参照(水平統合)と長期的な蓄積・解析(垂直統合)を行える地球環境観測データベースを構築し,更に膨大なデータベースから有用な情報の自動検索が可能となるシステムを構築した。冬季気象観測では,前年度までに構築したデータベースに格納するシステムに,実際に冬季気象観測データを格納し,運用試験を継続する。更に膨大なデータベースから有用な情報を自動的に抽出し,データ解析やグラフ表示まで可能なシステムの構築を図る。森林観測では,現地調査データと衛星観測データをデータベースへ登録するためのデータを整理し,データベース化する。衛星による宇宙の電波観測では,磁気圏観測衛星「あけぼの」および月周回衛星「かぐや」により観測された宇宙の電波環境データは既に受信されているので,前年度に引き続きそれらの膨大なデータから様々な解析を行うための手法を開発する。冬季気象観測では,前年度に構築したデータベースに格納するシステムに,実際に冬季気象観測データを格納し,運用試験を行う。更に膨大なデータベースから有用な情報を自動的に検索し,データ解析やグラフ表示まで可能なシステムの構築を図る。森林観測では,現地調査データと衛星観測データをデータベースへ登録するためのデータを整理する。衛星による宇宙の電波観測では,磁気圏観測衛星「あけぼの」および月周回衛星「かぐや」により観測された宇宙の電波環境データは既に受信されているので,前年度に引き続きそれらの膨大なデータから様々な解析を行うためのソフトウェアを開発する。データ収集およびシステム構築のための物品費,研究成果発表のための旅費等を使用する予定である。システム構築のための物品費,情報収集のための旅費等を使用する予定である
肘窩における採血・静脈注射部位の安全領域の検証

肘窩における刺入部位の安全領域について明らかにすることを目的に、超音波診断装置を用いて、肘窩の解剖学的検索を行った結果をここに報告する。研究者が所属する倫理審査委員会での承認を得た。肘窩の解剖学的検索では、対象60名(男性30名、女性30名)、平均年齢22.6(±7.5)歳、平均BMIは21.3(±2.6)であった。上腕骨の内側上顆と外側上顆を結ぶ、Huter線を基準線とし測定を行い、その結果、上腕静脈と上腕動脈の位置関係が、大きく8の分類に分けられた。肘窩での採血・注射においては、個別性を考慮したより慎重な血管選定と、視診触診による穿刺前の血管走行の観察が重要であるといえる。肘窩の解剖学的検索と、国外で看護師が安全性を確保するためにどのように実践を行っているのか調査した。肘窩の解剖学的検索には、超音波診断装置を用い、対象は30名で、平均年齢は、22.4(±7.2)歳、29名が男性であった。平均身長は、171.4(±5.4)cmで、平均体重は66.0(±9.0)kg、平均BMIは22.4(±2.5)であった。上腕骨の内側上顆と外側上顆を結ぶ、Huter線を基準線とし測定を行った。その結果、上腕静脈と上腕動脈の位置関係が、6の分類にされた。上腕静脈と上腕動脈が横並びで上腕静脈が尺側にあるものは、18名と最も多く、次いで、上腕静脈と上腕動脈が横並びで上腕静脈が橈側にあるものが3名、上腕静脈が尺側表層で上腕動脈が上腕静脈に比べやや橈側深部にあるものが2名であった。上腕静脈と上腕動脈の上を縦に位置しているものも1名おり、上腕二頭筋腱直下と肘窩での走行が変化しているものもいた。肘窩での採血・注射においては、経験的に刺入部位を選択するだけでなく、個別性を考慮し、慎重な血管選定と、視診触診による穿刺前の血管走行の観察が重要である。国外での調査では、CanadaのMcGill University Health Centreで、看護師がどのように安全性を確保しているのか、看護師(IV Nurse)と、所属する部の師長にインタビューをおこなった。2000年から看護師が超音波診断装置を使用したPICCやCVを挿入実施の許可があり、3時間の講習とトレーニングを受けていた。クリニックでの技術指導とともに、感染対策の看護師としてマニュアルを作成し、インターネットを経由した教育を実施していた。採血時の血管の走行などの構造を理解するための教育や実際の採血時に超音波診断装置を用いることは有用ではないかとの意見があった。看護学技術教育における、注射部位についてはその安全性の科学的根拠が問われている。平成24年度は、超音波診断装置を用いて、肘窩における刺入部位の安全領域について明らかにすることを目的に、肘窩の解剖学的検索を行った結果をここに報告する。研究の実施にあたり、研究者が所属する倫理審査委員会での承認を得た。対象は同意の得られた30名で、未成年者には保護者の承諾を得た上で実施した。平均年齢は、22.9(±7.8)歳で、29名が女性であった。平均身長は、1.58(±0.06)mで、平均体重は50.7(±6.7)kg、平均BMIは20.2(±2.3)であった。その結果、上腕静脈と上腕動脈の位置関係が、11の分類に分けられた。内訳は、上腕静脈と上腕動脈が横並びで上腕静脈がより尺側にあるものは、9名と最も多く、次いで、上腕静脈が尺側表層で上腕動脈が上腕静脈に比べやや橈側深部にあるものが4名、上腕静脈が尺側深部で上腕動脈が上腕静脈に比べやや橈側表層にあるものが3名、上腕静脈が上腕動脈より表層に2本走行しほぼ縦並びのものが3名、上腕静脈2本が上腕動脈とほぼ横並びに走行しているものが3名と分類された。上腕二頭筋腱直下と肘窩での走行が変化しているものもいた。

これらの結果から肘窩での採血・注射においては、個別性を考慮したより慎重な血管選定と、視診触診による穿刺前の血管走行の観察が重要であるといえる。臨床現場において、肘窩での末梢静脈血採血や静脈注射時に超音波診断装置を用いて血管の選定をしている結果は得られず、表層での血管の走行や弾力性等を経験的に選択している実態があった。超音波ガイド下の中心静脈穿刺は普及してきており、末梢静脈血採血や静脈注射時に超音波診断装置を用いることで、より安全で適切な部位への刺入が可能になることが示唆された。当初計画の超音波診断装置を用いた、肘窩における刺入部位の安全領域について、被験者を対象とした研究を遂行し、結果の解析を行っている点ではおおむね順調である。しかし、平成24年度に計画予定の国外での実態調査に関しては、調整が難航し実施できなかった点が遅れている理由である。また被験者の偏りが目立つため、統計的処理ができていない状況である。超音波診断装置を用いた、肘窩における刺入部位の安全領域について、被験者を対象とした研究については平成25年度も例数を増やす予定である。また、被験者の男女差についての偏りも解消し、統計的処理を行う。国外での実態調査については、平成25年度に調整し、実施の予定である。研究最終年度にあたるため、看護基礎教育への活用の検討と現段階での報告を学術集会等で行う予定である。国外の実態調査については、平成25年度に実施の予定であるため、旅費としての使用を計画する。また超音波診断装置を用いた、肘窩の解剖学的検索の例数を増やすため、謝礼を計上する予定である。研究最終年度となるため、研究のまとめを行うための、画像処理ソフトとして物品費を計画する。