hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
カルデラ湖における深層崩壊，地すべりと湖水氾濫の総合的調査研究

さらに24年度にかけての湖中探査のための予備調査を行い,洞爺湖,支笏湖での調査箇所の選定を行うと共に,災害リスクとつながる地形を発見した.加えて,図上調査および現地踏査により,新たに北海道の海岸線沿岸にも巨大崩壊の痕跡が多数あることが明らかになり,それらも含めて調査を行う道筋が立てられた.特に時代が新しい大規模崩壊に関しては,周辺も同様の不安定岩盤である可能性が高く,東日本大震災の例を鑑みても,津波が発生するリスクを考えると,早急な調査が必要であり,筆者の整備した装置類とノウハウで夏季に集中して調査する予定である.本年度は,その道筋が立てられたことが大きな進展であった.他に,巨大斜面災害研究を対象とする第二回Slope Tectonics国際会議にて,筆者の研究の紹介と情報交換および,巡検に参加して,氷河湖周辺で発生しうる崩壊のリスク等についても国内外の研究者と意見を交換し2件の発表を行った.以上のように計画は順調に実行されている.高額な費用が必要なために本研究予算では不可能と考えていた水底の精密地形探査装置の開発に成功した.これは当初計画には無かったが,最終年度での研究が当初考えていた以上の成果を出せる可能性が高まった.よって最高の自己評価とした.共同研究の都合上,本年度予定していた4つの湖の調査のうち,1つしか行えていないが,独自に調査できるノウハウを会得したので,平成24年度以降は大きな進展が期待できる.また,東日本大震災を契機として,筆者も加わった現地の調査より新たな課題が浮かび上がった.そのため,評価を(2)とした.これまでに得られた地形,地質情報を元に各湖の沿岸や流出谷の下流で調査箇所を複数設定し,掘削調査を行う.掘削調査では指導学生,研究協力者と共に数メートルまでの手掘削,ボーリング掘削を行い,堆積物の層序を把握する他,氾濫時に形成された堆積物の岩相を特定する.得られた氾濫に関係する堆積物やその前後の堆積物は,粒度分析,光学・電子顕微鏡,X線鉱物分析を用いて微小領域をも対象とした分析を行い,津波が運搬した粗い粒子,地すべりで乱された湖底の有機物などの検出を試みる.また,年代が既知の火山灰の同定や炭素同位体による年代測定を,氾濫堆積物と深層崩壊,地すべり堆積物の両者を対象に行い,関連性が解明できることを期待している.研究計画記載の残りの3つの火山性胡沼,および,北海道海岸線の大規模崩壊においても海中に没した地形を探査し,それから想定しうる災害リスクの解析を試みる.該当なし前年度は,ほぼすべての調査機材を,大阪市立大学に頼ったものであったが,密な調査がそれでは不可能であるため,本年度は筆者の拠点において船舶,地形探査装置,船舶航行免許などを整備し,そして野外での調査を行う予定である.研究費は,これらに用いる.
周産期慢性低酸素血症が児の発育・発達に及ぼす影響についての研究

妊娠17日目の妊娠ラット母獣の子宮動脈を結紮し、発育遅延胎仔モデルを作成した。血流変化の影響を抑えるために母獣の慢性低酸素下保育を行った。閉鎖的飼育槽内で15%の酸素濃度による低酸素負荷を妊娠17日目より行い、子宮内胎児発育遅延モデルを作成した。神経細胞層のmigrationの検討法として、胎仔大脳皮質神経細胞をBrdUにて標識し、大脳皮質の6層構造を構成する神経細胞をそれぞれ個別に標識できることを利用し、子宮内胎児発育遅延モデルの新生仔の大脳皮質切片を作製し、BrdUに対する免疫組織染色を行い、その陽性細胞を正常コントロール群と比較し、神経細胞の形成時期とmigration障害の関連性に関して検討を行った。また、作成した子宮内発育遅延モデルラットを用い、異常行動の発現についての検討を行った。(1)研究協力者(山口大学・医学部附属病院・准教授:中岡雅彦)がこれまで用いてきた子宮内低酸素負荷法としての子宮動脈結紫法を行い、ラット子宮内低酸素モデルを作成した。具体的には、妊娠17日の妊娠ラット母獣の子宮動脈を結紫レ、、発育遅延胎仔モデルを作成した。また、,.血流変化の影響を抑えるために、母獣の慢性低酸素下保育を行なっている。.閉鎖的飼育槽内で酸素濃度による低酸素負荷を妊娠17日目より行い、回様に子宮内胎児発育遅延モデルの作成を試みた。(2)神経細庖のmigrationの検討方法として、胎仔大脳皮質神経細胞をBrdUにて標識を行った。母獣の腹腔内にBrdUを投与すると、投与時期に細胞分裂期にある細胞が標識されることは実証済みであるが、投与時期を変えることで、大脳皮質の6層構造を構成する神経細胞をそれぞれ別個に標識することが可能であった。子宮内胎児発育遅延モデルの新生仔の大脳皮質切片を作製し、BrdUに対する免疫組織染色を行うことで、その陽性細胞を染色し、正常なコントロール群と比較を行い、神経細胞の形成時期とmigration障害の関連性について検討を行っている。
思春期における自己制御の発達と学校・社会適応との関連に関する行動遺伝学的研究

2007年にはHeckman(2000年ノーベル経済学賞受賞者)が,2011年にはMoffittらの研究グループが,子ども期のパーソナリティ特性のうちとりわけ自己制御が,後の人生において重要な結果(学業達成,健康状態,裕福度,犯罪歴)に対して長期にわたって影響を与えることを報告した。しかし,子ども期と成人期の中間に当たる時期=思春期における自己制御の構造と予測力については未解明の部分が多い。そこで,平成27年度における研究では,昨年度に有効回答を得た9-18歳のいる双生児家庭2,022組を対象とした2度目の縦断調査をウェブ上で実施し,約1,200組から有効回答を得た。ウェブ調査においては,conscientiousnessの指標を2つ, grit, effortful control, self-controlの合計5つ指標を用いて,思春期における自己制御の個人差の測定を行った。多変量遺伝分析の結果,自己制御の個人差のうち遺伝相関は0.8程度,環境相関は0.4程度と相対的に遺伝的な影響の度合いが高いことが明らかとなり,また同時にこの高い遺伝相関は自己制御を測定している複数の指標が遺伝的には類似した構成概念を示すことを意味している。さらに,共通経路モデルを用いた分析では各指標の背後にひとつの潜在因子を仮定できることを追試し,さらに,児童・生徒たちの学校適応を規定するひとつの要因と考えられる学業成績に関する共通潜在因子との間の遺伝・環境相関を確認したところ,いずれも場合も0.5程度の相関が認められた。このことは,自己制御の得点を高めるような遺伝・環境要因はそれぞれ学業成績を高めるような遺伝・環境要因とも中程度に関連性があることを示しており,自己制御を高めるような環境要因に基づく仕組み・取り組み・デザインが引いては児童・生徒の学業成績の向上にもつながり得ることを示唆している。27年度が最終年度であるため、記入しない。2007年にはHeckman (2000年ノーベル経済学賞受賞者)が,2011年にはMoffittらの研究グループが,いずれもPNAS誌において,子ども期のパーソナリティ特性,とりわけ自己制御が,後の人生において重要な結果(e.g.,学業達成,健康状態,裕福度,犯罪歴)に対して長期にわたって影響を与えることを報告した。しかしながら,その間の時期=思春期における自己制御の構造と予測力については未解明の部分が多い。そこで,平成26年度における研究では,9-18歳を対象とした質問紙調査をウェブ上で実施し,単胎児家庭1,200組,双生児家庭2,022組から有効回答を得た。調査においては,思春期における自己制御の構造について複数の指標を用いて(e.g., conscientiousness, grit, effortful control, self-control),横断データに基づく思春期の自己制御の擬似的な発達の様子の確認を行い,また,認知能力と同様に,“汎用的な"自己制御は存在するかどうか探究を行った。その結果,自己制御に関連する心理学的構成概念は,(1) (共感性や援助行動などの知見と同様に)思春期の間には平均値のレベルでは顕著な得点の上昇は示さないこと,(2)思春期の自己制御の個人差には遺伝率が約60%あり,年齢が上がるにつれて遺伝率も上昇すること,(3)共通経路モデルを用いた分析では各指標の背後にひとつの潜在因子を仮定することができ,これは認知能力と同様に一般に汎用的な自己制御の存在を示唆する証左のひとつと言える。平成26年度は,研究計画書に記した通り,予備調査を実施した上で,思春期の単胎児および双生児の第1時点目のデータをウェブ調査にて収集した。

ウェブ調査によるふたご家庭のデータの収集実績はこれまでにほとんど無く,今回の収集実績はふたごのデータが集めにくいことだけに起因する人間行動遺伝学研究に対する高い参入障壁を下げることに直接的に寄与できたと同時に,今後は第2波・第3波のデータが収集されるのを待ちつつ,発達行動遺伝学解析を順次実施していく。27年度が最終年度であるため、記入しない。当初の研究計画通り,本年度に実施した第1波調査をベースラインとして,次年度は第2波・第3波の調査を粛々と実施して,価値ある縦断データを収集し,横断データからは言及することのできない知見を継続的に提供していく。その際,サンプルの脱落や損耗については十分に留意し,欠測時に生じ得るバイアス補正を統計的に行い,計画書にて述べた通り,適宜,心理測定の専門家にアドバイスを求める。いずれの点に関しても,研究計画書から変更や修正を行う予定は無く,研究遂行上の問題点も現時点においては生じていない。
巨大生体分子の高次構造解析のためのイオンサイクロトロン共鳴型表面誘起解離法の開発

本研究は質量分析法を用いた生体高分子の高次構造解析を促進するための、効果的なイオン断片化の実現を目的として行われた。断片化の手段として表面誘起解離法(Surface-induced dissociation, SID)、質量分析法としてフーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴(Fourier transformion cyclotron resonance mass spectrometry, FTICR)質量分析を採用し、装置の開発を進めてきた。質量分析装置内でのSID実験についてはこれまでにも多数報告されており、生体分子の構造解析に応用された実例もあるが、本研究では高磁場中で加速したイオンのサイクロトロン運動が高い運動エネルギー領域に達することを利用して、衝突エネルギーを最大限まで高めている点に特徴がある。これまでに衝突プローブ用アクチュエータと衝突プローブ可動システムを開発・実装して、超伝導マグネット周辺磁場の作用下で実験用パルスシーケンスに同期した衝突プローブの高速動作を確認した。FTICR分析セル内に閉じ込めたイオンをセルの中心付近に収束後、サイクロトロン運動を加速してプローブに衝突させるため、任意波形発生器を基盤として運動制御用電力信号系を構築した。また、生体高分子の高次構造解析を質量分析により実現するための重水素交換実験の条件と手順について、モデル蛋白質試料を用いて検討を行った。衝突プローブ表面を形成する単分子層の作製法を継続課題としている。断片化の手段として表面誘起解離法(Surface-induced dissociation,SID)、質量分析法としてフーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析(Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry,FTICR MS)を採用し、装置の開発を進めてきた。研究計画ではイオン軌道の計算機シミュレーションを実施し、その結果に基づき衝突用基板を設計する予定であったが、検討すべき設計要素が極めて多くシミュレーションによる絞り込みが困難であるため、衝突用基板の着脱・交換が容易に行える衝突プローブ導入システムを設計した。さらにこの設備の応用としてSID実験だけでなく、イオンソフトランディングを用いた質量選択的な生体高分子分離回収実験も行えるように、プローブスライド機構を工夫した。また超伝導マグネット周辺磁場の作用下でも確実に高速動作する、電空弁を利用した衝突プローブ用アクチュエータを設計した。そしてこれらの機器の製作と並行して衝突用基板を設計するためのイオン軌道シミュレーションを行ってきた。現時点で衝突プローブ用アクチュエータの主要部分と衝突プローブ可動システムは完成しており、FTICR MS装置への取付と調整が進行中である。
気管支喘息の発症機構-気道上皮細胞の役割に関する分子生物学的アプローチ

気道上皮細胞の抗原刺激に対するサイトカイン産生を介した応答気道上皮細胞の細胞株をすでに確立された方法で、無血清培地によりconfluentになるまで培養し、各種免疫グロブリン(分泌型IgA)を加え反応させた後、抗IgA抗体をもちいて架橋形成し48時間反応させた後、培養上清中を回収しGM-CSFを測定した。その結果sIgAと抗IgA抗体の組み合わせで、明らかなGM-CSFの産生を認めた。さらに、IgAと反応後FITC標識した抗IgA抗体を作用させ、フローサイトメトリーで解析した。その結果、s-IgAが細胞表面に結合していることが明らかになった。手術材料より得られた新鮮な気道上皮細胞についての検討でも同様の結果が得られた。このことから、気道上皮は細胞表面上にIgA受容体を保有し、さらに機能的にも架橋形成により細胞刺激作用を有することが明らかになった。マウスの喘息反応において重要な役割を演じているサイトカインの同定卵白アルブミン(OA)を抗原としてマウスを感作し、抗原の経気道曝露により、気道過敏性が亢進するかどうかをアセチルコリンの吸入により検討した。その結果、抗原(OA)感作により、気道過敏性の亢進が認められた。そこで、この気道過敏性の亢進に、GM-CSFが関与しているかどうかを中和抗体の投与により検討したところ、抗GM-CSF抗体の投与で気道過敏性の亢進が完全に抑制された。以上から、GM-CSFは、抗原感作による気道過敏性の発現においても、大気汚染物質のときと同様、重要な役割を演じていることが明らかとなった。本年度は、本研究計画(2年計画)の初年度で、以下の研究結果が得られている。(1)気道上皮細胞の抗原刺激に対するサイトカイン産生を介した応答気道上皮細胞の細胞株をすでに確立された方法で、無血清培地によりconfluentになるまで培養し、各種免疫グロブリン(IgG,IgA,分泌型IgA)をセファロースビーズに結合したものを気道上皮細胞の培養に加えて、培養上清中のGM-CSFを測定した。その結果、GM-CSFの明らかな産生が、実験の度ごとに安定して認められることはなく、セファロースビーズに結合した各種免疫グロブリンが、気道上皮細胞に対して刺激作用をもつことには、否定的な結果であった。そこで、現在は、気道上皮細胞の表面に、各種免疫グロブリンに対する受容体があるかどうかということと、アレルギー患者由来で切除術で得られた鼻ポリ-プから上皮細胞を単離して培養し、患者の自己血清中の抗体の存在下で、該当する抗原による刺激を受けて、GM-CSFを産生するかどうかを検討中である。(2)マウスの喘息反応において重要な役割を演じているサイトカインの同定卵白アルブミン(OA)を抗原としてマウスを感作し、抗原の経気道曝露により、気道過敏性が亢進するかどうかをアセチルコリンの吸入により検討した。本年度は、本研究計画(2年計画)の最終年度で、以下の研究結果が得られている。(1)気道上皮細胞の抗原刺激に対するサイトカイン産生を介した応答気道

上皮細胞の細胞株をconfluentになるまで培養し、IgG,IgA,分泌型IgA(s-IgA)を加えてincubationした。そしてさらにFITCで標識した各種抗体(抗IgGと抗IgA)を加え、陽性細胞の有無をFACSを用いて解析した。その結果、IgG,IgA,s-IgAのいずれもが細胞表面に結合していることが明らかになった。すなわち、検討した気道上皮細胞株は、IgG,IgA,s-IgAに対する受容体を保有していることが示唆された。また手術材料より得られた新鮮な気道上皮細胞についての検討でも同様に結果が得られている。気道上皮細胞上に結合している免疫グロブリンの機能についての検討では、昨年度は免疫グロブリンをセファロースビーズに結合したものを気道上皮細胞の培養に加えて、培養上清中のGM-CSFを測定した。その結果、GM-CSFの明らかな産生が、実験の度ごとに安定して認められることはなかった。そのため今年度は、FACSで分析するのと同等の条件で免疫グロブリンと抗体により細胞を刺激し、上清中のGM-CSFを測定した。その結果s-IgAと抗IgAの組み合わせで、明らかなGM-CSFの増加がみられ、細胞に対して刺激作用のあることが示唆された。(2)マウスの喘息反応において重要な役割を演じているサイトカインの同定卵白アルブミン(OA)を抗原としてマウスを感作し、OAの経気道曝露により、気道過敏性が亢進することをアセチルコリンの吸入により確認した。ついで、この気道過敏性の亢進に、GM-CSFが関与しているかどうかを中和抗体の投与により検討したところ、抗GM-CSF抗体の投与で気道過敏性の亢進が完全に抑制された。さらにGM-CSFそのもので気道過敏性が亢進するかどうかを検討した。その結果GM-CSFの経気道投与により気道過敏性が誘導され、GM-CSFが気道過敏性の発現に重要な役割を演じていることが明らかとなった。
転写因子Bach2に対するユビキチン化修飾の生理的意義の解明

Bach2タンパク質がユビキチン化修飾によりB細胞の活性化応答が制御される可能性を検討した。しかし、リコンビナントタンパク質を用いたinvitroの系では、ユビキチン化システムのアダプター候補因子MIPPとKlhl9がBach2タンパク質をユビキチン化に関与する結果は得られなかった。そこで、さらにプロテオミクス解析を行った結果、Bach2がリン酸化修飾を受けることを突き止めた。アミノ酸置換変異型Bach2の解析からBach2タンパク質のリン酸化に最も影響のあるアミノ酸を同定した。免疫応答において活性化B細胞は、抗原をその種類に合わせて効果的に排除するため、初期設定のIgM抗体からIgGなどの他のアイソタイプ抗体へクラスを変換(スイッチ)する。B細胞がクラススイッチを実行するための遺伝子調節ネットワークの確立には、転写因子Bach2が必須であることを示した。しかし、この遺伝子ネットワークの状態を規定するBach2の活性を制御する機構は不明である。一方で、Bach2蛋白質がユビキチン化修飾され、分解されること及び、ユビキチンのE3リガーゼの基質認識アダプター候補を同定している。本研究では、Bach2のユビキチン化修飾によりB細胞の活性化応答が制御される可能性を検討することを目的とした。平成23年度の実施したBach2のユビキチン化修飾を調節すると推定されるE3リガーゼの基質認識アダプター候補であるMIPPとKlhl9のBach2ユビキチン化における役割をリコンビナント蛋白質などを用いた試験管内再構成系を用いて検討したところ、ユビキチン化修飾による調節を支持する結果は得られなかった。そこで、マウスB細胞株から抽出したBach2蛋白質を質量分析(MS)解析したところ、リン酸化修飾を受けていることを突き止めた。B細胞は細胞膜型の抗体を中心としたB細胞受容体(BCR)からのシグナルが、伝達されて活性化する。そこで、Bach2のリン酸化がどのシグナル経路に依存するのかを検討したところ、PI3Kシグナル経路の下流でBach2がリン酸化修飾を受けることがわかった。さらにMS解析の結果に基づいてリン酸化修飾を受けるアミノ酸を同定したのち、アミノ酸置換変異型のBach2を用いた解析をおこない、Bach2のリン酸化状態に大きな影響を与えるアミノ酸を同定できた。現在、リン酸化とユビキチン化修飾の関係を検討中である。しかし、このような遺伝子ネットワークの状態を規定するBach2の活性を制御する機構は不明である。一方で、Bach2タンパク質がユビキチン化修飾され、分解されること、および、ユビキチンのE3リガーゼの基質認識アダプター候補を同定している。本研究では、Bach2のユビキチン化修飾によりB細胞の活性化応答が制御される可能性を検討することを目的としている。平成23年度は、Bach2のユビキチン化を調節すると推定されるE3リガーゼの基質認識アダプター候補であるMIPPとKlhl9のBach2ユビキチン化における役割を検討することを目的とした実験をおこなった。まず、それぞれのリコンビナントタンパク質を用いた試験管内再構成系実験にてアダプター候補因子の2量体の組み合わせを変えてBach2タンパク質をユビキチン化する程度を比較した。また、Bach2ユビキチン化システムの生理的な意義を解明するために、MIPPとKlhl9遺伝子をCD19プロモーターで転写を駆動するトランスジェニックマウスを作成した。さらにMIPP遺伝子の誘導式ノックアウトマウスの作出を計画中である。所属研究室では試験管内再構成系実験は初めての試みでありるため、Bach2タンパク質の翻訳後修飾を検討するためには必要なノウハウを得ることができた。さらにBach2タンパク質自身が翻訳後修飾を受けるか否かを検証できる。平成23年度は、第一にMIPPおよびKlhl9の基質認識アダプターとしての機能の解明を目指した。そこで、昆虫細胞発現で発現させたリコンビナントタンパク質を用いて、ユビキチン化の試験管内再構築系による検討に挑戦した。Bach2はRING型E3リガーゼのサブタイプであるCullin3型E3リガーゼ複合体により、ユビキチン化修飾される可能性がある。RING型E3リガーゼの基質認識アダプターは2量体で機能すると考えられていることから、昆虫細胞株にバキュロウィルスを感染させてMIPPまたはKlhl9のホモ2量体およびMIPPとKlhl9のヘテロ2量体がBach2ユビキチン化に与える影響を検討した。現時点では、MIPPおよびKlhl9リコンビナントタンパク質を発現させることに成功している。さらに、両方の因子を同時に発現させる場合にその量比を同じくすることにも概ね成功している。

そして本ユビキチン化検証系のポジティブコントロールとして、同じくCullin3型E3リガーゼ複合体でユビキチン化される転写因子Nrf2と基質認識アダプターKeap1の試験管内ユビキチン化も併せて検討中である。第二にBach2ユビキチン化システムの生理的意義の解明を目指した。そこで、CD19プロモーターで転写を駆動させて、B細胞に特異的にKlhl9もしくはMIPPを発現するトランスジェニックマウスを作出した。また、MIPP遺伝子の第一エクソンをflox配列で挟み、Creを発現するマウスと交配することで誘導的に遺伝子ノックアウト出来るマウスの作出を目指ている。ただし、こちらはターゲティングベクターを構築中であり、MIPP遺伝子全体を載せたバクテリア人工染色体(BAC)クローンを入手できており、ターゲティングベクター案に基づいて構築予定である。ユビキチン化の試験管内再構築系による検討では、ポジティブコントロールとなるNrf2-Keap1でのユビキチン化の検証を確実なものにすることを優先事項とする。また、Bach2がユビキチン化される刺激の候補であるヘム添加がユビキチン化に与える影響も併せて検証する。また、実験計画にあったBach2複合体を精製してユビキチン化活性を測定することも試みている。この解析を発展させて、Bach2タンパク質複合体の精製と構成因子の同定(Bach2複合体解析)をマススペクトロメトリー解析を導入して試みている。さらに、Bach2複合体解析では、Bach2タンパク質の翻訳後修飾として、ユビキチン化以外の修飾に関しても検討する予定である。また、ノックアウトマウス作出では、試験管内再構築系の結果を踏まえて実験計画を検討する。平成24年度は以下の2つの項目について研究を進める。1.ノックアウトマウスの表現型の解析ノックアウトマウスの解析では、Bach2タンパク質の蓄積を確認する。その上で、マウス固体でB細胞から形質細胞への分化頻度および抗体クラススイッチの異常の有無を解析する。2.マウス脾臓B細胞でのMIPPおよびKlhl9のノックダウンと分化誘導実験野生型マウスの脾臓B細胞を用いた初代培養実験系においてMIPP単独、Klhl9単独もしくは両方同時といった3種の組み合わせでノックダウンをおこなう。ノックダウンしたB細胞は、培養系で活性化し、分化誘導する。そこで、クラススイッチしたB細胞の出現頻度および形質細胞への分化頻度をフローサイトメーターで解析する。さらにmRNAを回収し、定量PCRにてBach2を中心とした遺伝子調節ネットワークを構成する遺伝子の発現を検討する。
非エルミート保存量を用いた可積分系スピン鎖のダイナミクスの解明

本研究の目的は、可積分XXZスピン鎖に対してスピン反転対称性をもたない保存量を構成し、それを用いて初期状態からじゅうぶん時間が経過した後の緩和状態の性質を調べることである。可積分系の保存量は一般に補助空間と物理空間からなるモノドロミー行列を考え、その補助空間の自由度をトレースアウトすることで構成できるが、特にスピン反転対称をもたないものは補助空間に複素スピンを配置することにより得られる。この保存量の性質として、局所性や一次独立性、および関数的に独立かどうかを明らかにした。得られた性質を利用し、次の物理現象について調べた。1. XXZスピン鎖が長時間発展後に辿り着く緩和状態について調べた。可積分系は多くの保存量をもつため、通常の量子孤立系とは異なり一般化されたギブス集団と呼ばれる複数の保存量で記述される緩和状態へ向かうことが予想されている。この一般化されたギブス集団には、スピン反転対称性をもたない保存量が含まれなければならないことが既存研究によって指摘されていた。一般化ギブス集団に含まれるべき保存量は関数的に独立な保存量の組であることを、XXZスピン鎖の緩和状態を記述するベーテ根密度と保存量との対応関係から導いた。2.初期状態においてXXZスピン鎖に生じたスピン流に対し、長時間経過後におけるそのドルーデ重率について調べた。XXZスピン鎖におけるスピン流は弾道的な振る舞いを示し、それはスピン流の保存量への射影部分で与えられるチャネルに対応することが知られている。複数のスピン反転非対称な保存量がこの弾道チャネルを与えることを示した。ドルーデ重率の下限の最大値は全ての保存量の一次結合へスピン流を射影したものから得られるが、スピン反転対称性をもたない保存量に対しその一次独立な組を導いた。昨年度はライフイベントが重なり、十分な研究時間を取ることができなかった。一般の境界条件の下で補助空間に複素スピンを配置して得られるXXZスピン鎖の保存量の構成を完成させる予定であったが、周期境界条件に対して構成するにとどまっている。しかしながら、今年度遂行予定であったカレントの弾道性・準熱化状態の記述について、周期境界条件下での結果はすでに得ている。これらの研究成果を論文として完成させることはできなかったが、その一部については複数の研究会で発表済みであり、今年度早急に論文として完成させる予定である。今年度は、昨年度までに得られたXXZスピン鎖におけるスピン反転対称性をもたない保存量の構成とその性質、およびこれを用いた一般化ギブス集団の記述と弾道的スピン流のドルーデ重率の計算に関する研究成果を論文として発表することを第一の目標とする。研究計画では非エルミート保存量がXXZスピン鎖のダイナミクスの決定に重要な役割を果たすと記載したが、研究の進展に伴い、重要なのはむしろスピン反転対称でない保存量であることがわかった。このことは、XXZスピン鎖の保存量には互いに可換でないものが存在することを意味しており、この同時対角化可能でない保存量全てを含む一般化ギブス集団で定常状態を記述することは不可能である。こうした非可換な保存量のうち、どの組を用いて一般化ギブス集団を構成すべきかについての議論も合わせて進める。また、研究計画では昨年度に完成させる予定であった一般の境界条件についても研究を進める。一般の境界条件下では系がそもそもスピン反転対称性をもたないため、補助空間に半整数スピンを配置して得られるハミルトニアンなど通常の保存量もスピン反転対称性をもたない。これに伴い、補助空間に複素スピンを配置して得られる新しい保存量が一般化ギブス集団やスピン流の弾道性において果たす役割は周期系の場合と異なることが予想できる。後者の保存量が定常状態の性質にどう寄与するか明らかにすることにより、この新しい保存量がもつ物理的な意味を明らかにする。

ドルーデ重率の下限の最大値は全ての保存量の一次結合へスピン流を射影したものから得られるが、スピン反転対称性をもたない保存量に対しその一次独立な組を導いた。昨年度はライフイベントが重なり、十分な研究時間を取ることができなかった。一般の境界条件の下で補助空間に複素スピンを配置して得られるXXZスピン鎖の保存量の構成を完成させる予定であったが、周期境界条件に対して構成するにとどまっている。しかしながら、今年度遂行予定であったカレントの弾道性・準熱化状態の記述について、周期境界条件下での結果はすでに得ている。これらの研究成果を論文として完成させることはできなかったが、その一部については複数の研究会で発表済みであり、今年度早急に論文として完成させる予定である。今年度は、昨年度までに得られたXXZスピン鎖におけるスピン反転対称性をもたない保存量の構成とその性質、およびこれを用いた一般化ギブス集団の記述と弾道的スピン流のドルーデ重率の計算に関する研究成果を論文として発表することを第一の目標とする。研究計画では非エルミート保存量がXXZスピン鎖のダイナミクスの決定に重要な役割を果たすと記載したが、研究の進展に伴い、重要なのはむしろスピン反転対称でない保存量であることがわかった。このことは、XXZスピン鎖の保存量には互いに可換でないものが存在することを意味しており、この同時対角化可能でない保存量全てを含む一般化ギブス集団で定常状態を記述することは不可能である。こうした非可換な保存量のうち、どの組を用いて一般化ギブス集団を構成すべきかについての議論も合わせて進める。また、研究計画では昨年度に完成させる予定であった一般の境界条件についても研究を進める。一般の境界条件下では系がそもそもスピン反転対称性をもたないため、補助空間に半整数スピンを配置して得られるハミルトニアンなど通常の保存量もスピン反転対称性をもたない。これに伴い、補助空間に複素スピンを配置して得られる新しい保存量が一般化ギブス集団やスピン流の弾道性において果たす役割は周期系の場合と異なることが予想できる。後者の保存量が定常状態の性質にどう寄与するか明らかにすることにより、この新しい保存量がもつ物理的な意味を明らかにする。ライフイベントが重なったことにより、出張回数が予定より少なかった。また、自費で行く予定の国際会議に招待され先方負担となった。休業前の手続き追われ、物品購入の余裕がなく、今年度へ繰り越した。また、今年度から研究を遂行するのに必要な知見を得るのに重要と思われるセミナーに参加することになり、講演者への謝金として計画にはなかった出費が増えるため、前年度からの繰越を利用する予定である。
水産生物の血液の有効利用に関する基礎研究 -ヘムの高度濃縮抽出と吸着剤への応用-

イワシ、カタクチイワシなど水産生物の血水中のヘモグロビンおよびヘム錯体を有効に利用することを目指して、高度濃縮抽出法の確率と抽出ヘモグロビン・ヘム錯体のイオウ系ガス(たとえばメルカプタンなど)との反応性を検討した。1.ヘモグロビン稀釈液の濃縮抽出に関して濃縮最適条件を調べ液液抽出法の有効性を評価した。抽出剤はパ-フルオロオクタン酸-アミルアミン塩系が有効であった。ヘモグロビンの濃縮率は溶液のpH、緩衝液濃度、ヘモグロビン稀釈率、溶液温度に依存することがわかり、各因子の関係が得られた。こうして得られた最適条件下で分配係数最大250まで濃縮でき、イワシおよびサケ血水への適用が可能となった。2.水産生物の濃縮ヘモグロビンの加水分解アミノ酸組成をPICO-TAG法で行ったところ、扱ったいずれの魚種でも酸性アミノ酸グループが塩基性アミノ酸グループより多く存在し、その比はほぼ2:1になっていることをみいだした。3.メルカプタンなどのイオウ系ガスに対するヘモグロビン溶液およびヘム錯体の反応を平衡論的測定を行い、それらの反応性を調べた。その結果、特にメトヘモグロビンが極めて反応性が高く、これらのガスの良好な吸着剤として応用できうることを示した。4.濃縮に用いる抽出剤の回収循環する最適な方法について、ヘモグロビン濃縮相および非濃縮相ごとにそれぞれ回収率の高い方法を考案し、これらを組み合わせて実用的な循環システムとして構築した。今年度は水産生物血液からヘモグロビンおよびヘム錯体を高度濃縮分離、精製する実用的な方法を確立するための基礎研究を行うことを目的に当該研究を進展させた。イワシの希釈溶血液(血水)からヘモグロビンの予備濃縮法として、細孔サイズの異なる2種類の限外ろ過膜モジュールを用いて最適条件を検討した。モジュールの組み合わせ方、リサイクル数と濃度の関係について調べ、実用化する上で有効な知見を得た。次に試料予備濃縮液からヘモグロビンおよびヘム錯体を高度濃縮するため、標準試料として市販ヘミン、ヘモグロビンについて界面活性剤、溶媒による選択的抽出条件を決定した。これをもとに試料予備濃縮液について検討した。特にある種のカルボン酸に注目して液性、温度等の効果を調べ、条件により3060倍(吸光度測定による分配比で)の濃縮効果があることをつかんだ。あわせて抽出精製物の分光学的測定(UV/VIS FT-IR、MCDの各スペクトル)を行い、ヘモグロビンおよびヘム錯体を確認することができた。またHPLC法における最適な分離分析条件を決定し、当該試料の逆相HPLCによる定量分析を容易にした。また、水産生物由来のヘム錯体の化学修飾とガス吸着性付与を次年度に計画しているので、そのための基礎研究として含窒素化合物がヘム錯体の側鎖分子とも何らかの吸着作用することを期待しイミダゾール化合物と側鎖構成分子との相互作用も検討した。なお、ヘモグロビンのアミノ酸組成については、ヘモグロビンの精製の度合いもあり、HPLCを用いたアミノ酸分析法で引き続き検討を進めている。2年次目にあたる平成5年度は、主として次の3項目に関して研究を進め、最終年度に向けて重要な結果を得た。1.ヘモグロビンの希釈液で液液抽出によるヘム錯体あるいはヘモグロビンの高度濃縮条件の検討を行った。(1)抽出剤としての各種のカルボン酸、スルホン酸を検討し、ある特殊なカルボン酸が有効であった。(2)抽出相へのヘモグロビンの濃縮率に対する溶液のpH、緩衝液濃度、ヘモグロビン希釈率、液温度の効果を調べ、最適の液液抽出条件を見いだした。最適条件で分配比最大250には濃縮できることが確認された。(3)希釈された実際のイワシおよびサケ血水への適用を行い、分配比で約100倍に濃縮されることがわかった。(1)マイワシ、カタクチイワシおよびサケの血水のおよびこれらの濃縮粗精製物について分析した。

マイワシには、他の二者よりアラニン、バリンなどの疎水性アミノ酸が多いことを確認した。また、いずれの種でも酸性アミノ酸グループが塩基性アミノ酸グループより多く、その比率を特定した。(2)ホ乳類のヘモグロビンの加水分解物との比較も行い、魚類ヘモグロビンの特有の違いを押さえた。3.ヘム錯体およびヘモグロビン溶液のメルカプタン、硫化水素などのガスとの反応を平衡論的および速度論的測定を行い、それらの反応性を調べた。特に、ヘモグロビン溶液における反応機構を考察し、血水の利用に当たっての知見が得られた。最終年度にあたる平成6年度は主として次の2項目に研究を進め、魚血水の有効利用に関する基礎的な研究を仕上げた。前年度は液液抽出法でヘモグロビン希釈液および魚血水からヘモグロビン(Hb)を高度に濃縮する条件を明らかにし、Hbの分離抽出を可能にした。今年度は濃縮に用いる抽出剤の最適な回収循環方法を検討し、システム化のための基礎的研究を行った。Hb抽出後に抽出剤として用いるフッ素カルボン酸などを回収し、再度新しい魚血水等の試料液を抽出するために最も効率的な方法を検討した。具体的にはHb濃縮相とHb非濃縮相に分けて、それぞれについて溶媒抽出、蒸留、イオン交換、限外ろ過、ゲルろ過、pH調整不溶化などの各種の方法を検討した。その結果、Hb濃縮相には溶媒添加によるフッ素系カルボン酸析出が、Hb非濃縮相には弱塩基形陰イオン交換クロマトグラフ法が最適であることを見いだした。両相合わせた抽出剤の回収率は93%であった。これらの回収方法を組み込んだ抽出剤の循環利用サイクルを考案し、血水中ヘモグロビンの濃縮分離システム構築における問題点を解決した。また、魚血水の保存中の加水分解が魚血水のアミノ酸としての利用価値に大きく影響を与えるため、PICO-TAG法で保存方法の異なる試料の加水分解アミノ酸の組成分析を行った。新鮮血水と同程度のアミノ酸組成を1年間維持するには少なくとも-26°Cで血水の冷凍保存を要することが確認された。
組織所見、音叉検査、遺伝子多型からみた抗がん剤による末梢神経障害の発現予測の検討

各種抗がん剤による末梢神経障害(しびれ)の発生機序、発現予測因子を明らかにし、その対処法を見出すことは抗がん剤の副作用を軽減するのみならず、治療成績向上の点からも重要なことである。これまで我々は、がん患者を対象に抗がん剤の神経毒性の発現頻度、その程度、発現にいたる薬剤暴露量などについて検討を行ってきた。それらの結果を基に、現在、がん患者(大腸がん、胃がん、肺がん)における抗がん剤(オキサリプラチンおよびパクリセル)による末梢神経障害発現の程度と音叉検査値、神経伝導速度との関連性を検討する前向き試験を行っている。抗がん剤の中には高い効果を示すにもかかわらず、高度の末梢神経障害(しびれ)のために途中で中止せざる得ないものがある。これらの末梢神経障害の発現機序、予測因子を明らかにし、新しい予防方法や抗がん剤の適切な投与方法を開発することは副作用対策のみならず、抗がん剤による治療成績向上の点からも重要なことであり、本研究の最終目標である。本研究の目的は、1オキサリプラチンおよびパクリセルによる末梢神経障害と皮膚の組織学的変性像、音叉検査値、各種サイトカイン、遺伝子多型との関連を網羅的に検討し、2末梢神経障害の発現予測因子を見出すことである。2015年に大分大学医学部腫瘍・血液内科において、40例のがん患者(大腸癌)に対して、オキサリプラチンおよびパクリタキセルを用い、神経毒性の発現頻度、その程度、発現にいたる薬剤暴露量などについて検討を行った。これらの情報を参考に現在、前向き試験「L-OHPおよびパクリタキセルを投与するがん患者における末梢神経障害の評価と発現予測の検討」の計画書を作成中である。本研究を実施するには、臨床研究を熟知する臨床医および各種実験に精通する研究者(サイトカインの測定、遺伝子解析など)など、多方面の知識、技術を持った複数の研究者が協働できる組織が必要である。本試験の計画書はほぼ完了しており、試験の実施場所、遺伝子多型の解析の責任者など、研究体制は整っている。本研究の目標登録数は計30例で、登録期間は1.5年とする。以上、本計画書は当院IRBに提出予定であり、承認された後、症例登録を開始する。2015年には、抗がん剤と神経毒性の頻度、程度の検討を行った。対象症例は大腸癌40例となり治療の中止となる忍容できないGrade 2以上の発現頻度は、L-OHPでは2.1%(19/40)であった。これらの検討結果を参考に、現在、前向き試験「L-OHPおよびパクリタキセルを投与するがん患者における末梢神経障害の評価と発現予測の検討」の計画書を作成中である。計画書の概要は以下の通りである。【NCI-CTCによる評価法、音叉検査法、皮膚生検方法、血液採取法】1) NCI-CTCによる末梢神経障害の評価法:治療開始前および開始後2週毎に末梢神経障害の評価を行う。2)音叉検査法:治療開始前および開始後2週毎に音叉検査を行う。3)皮膚生検方法:治療開始前、治療開始1週間後、grade2以上の末梢神経障害発現時に下腿外果上方約10cmの上背部より4mmパンチ生検を一回行う。a.組織標本の評価:皮膚1mmあたりの表皮下神経叢の免疫染色陽性顆粒数にて軸索密度を測定する。b.各種サイトカイン測定:皮膚組織検体を用いて、proinflammatory cytokine(IL-2, IL-10, TGF-β1, IL-6, IL-8, TNF-α, IL-1β)の遺伝子発現を調べる。4)血液採取:治療開始前、治療開始1週間後、grade2以上の末梢神経障害発現時に採血を行う。a.各種サイトカイン測定:proinflammatory cytokine(IL-2, IL-10, TGF-β1, IL-6, IL-8, TNF-α, IL-1β)の発現を調べる。b.遺伝子多型:治療前のGSTP1およびERCC1遺伝子変異の有無を調べる。抗がん剤の中には高い効果を示すにもかかわらず、特定の副作用のために途中で治療を中止せざる得ない場合がある。その代表的な副作用として、末梢神経障害(しびれ)がある。この末梢神経障害を起こす代表的薬剤はプラチナ系薬剤(オキサリプラチンなど)であるが、これらは通常、蓄積用量依存的で、その症状はほぼ不可逆的であるとされている。その他、タキソールなどでも同様の末梢神経障害が高い頻度で発現するが、その発生機序はプラチナ系薬剤とは異なると考えられている。以上、各種抗がん剤による末梢神経障害の発生機序、発現予測因子を明らかにし、新しい予防方法や抗がん剤の適切な投与方法を開発することは副作用の軽減のみならず、抗がん剤による治療成績向上の点からも重要なことである。本研究の目的は、1オキサリプラチンおよびパクリセルによる末梢神経障害と皮膚の組織学的変性像、音叉検査値、神経伝導速度、各種サイトカイン、遺伝子多型との関連を網羅的に検討し、2末梢神経障害の発現予測因子を見出すことである。2015年に大分大学医学部腫瘍・血液内科において、オキサリプラチンまたはパクリタキセルを使用した40例のがん患者(大腸癌、胃癌、肺癌)を対象に神経毒性の発現頻度、その程度、発現にいたる薬剤暴露量などについて検討を行った。

これらの情報を基に、前向き試験「L-OHP(オキサリプラチン)またはパクリタキセルを投与するがん患者における末梢神経障害の評価と発現予測の検討」の計画書を作成し、2016年より試験を開始する予定であったが、最近、簡易型神経伝導速度測定器が実用化されたため、これを本研究の解析項目に追加することとした。そのため、試験開始が遅れているが、現在、この測定器の実用性、測定値の妥当性について検討中である。これが終了次第、近々に試験を開始する予定である。本研究の目標登録数は計30例で、登録期間は1.5年の予定である。2015年には、抗がん剤と神経毒性の頻度、程度の検討を行った。対象は大腸癌40例で、Grade 2以上の発現は19例(47.5%)であった。これらの検討結果を基に、2016年に前向き試験「L-OHPおよびパクリタキセルを投与するがん患者における末梢神経障害の評価と発現予測の検討」の計画書を作成した。計画書の概要は以下の通りである。【目的】L-OHPおよびパクリタキセルの投与によっておこる末梢神経障害と皮膚組織学的所見、音叉検査、各種サイトカインおよび遺伝子多型との関連性を検討する。【NCI-CTCによる評価法、音叉検査法、皮膚生検方法、血液採取法】1)経時的に末梢神経障害(NCI-CTC)の評価を行う。2)音叉検査法:経時的に音叉検査を行う。3)皮膚生検方法:経時的に下腿外果上方約10cmの上背部より4mmパンチ生検を行う。a.組織標本の評価:皮膚1mmあたりの表皮下神経叢の軸索密度を測定する。b.各種サイトカイン測定:皮膚組織検体でのproinflammatory cytokine(IL-2, IL-10, TGF-β1, IL-6, IL-8, TNF-α, IL-1β)の遺伝子発現を調べる。4)血液採取:a.各種サイトカイン測定:proinflammatory cytokineの発現を調べる。b.遺伝子多型:治療前のGSTP1およびERCC1遺伝子変異の有無を調べる。【予定症例数と研究期間】計30例の登録を目標とし、登録期間1.5年とする。以上、計画書をもとに2016年より試験開始の予定であったが、最近、簡易神経伝導速度測定器が実用化されたため、この項目を試験計画書に追加することとした。現在これらの実用性および検査値の妥当性について検討中であるが、その結果を基に改訂版計画書を作成し、これに沿って2017年より登録を開始する予定である。抗がん剤の中には高い効果を示すにもかかわらず、特定の副作用のために途中で治療を中止せざる得ない場合がある。その代表的な副作用の一つとして、末梢神経障害(しびれ)がある。末梢神経障害を起こす代表的薬剤はプラチナ系薬剤(オキサリプラチンなど)であるが、これらは通常、蓄積用量依存的で、その症状はほぼ不可逆的であるとされている。その他、タキソールなどでも同様の末梢神経障害が高い頻度で発現するが、その発生機序はプラチナ系薬剤とは異なると考えられている。各種抗がん剤による末梢神経障害の発生機序、発現予測因子を明らかにし、新しい予防方法や抗がん剤の適切な投与方法を開発することは副作用の軽減のみならず、抗がん剤による治療成績向上の点からも重要なことである。
罹患同胞対法・全ゲノムマッピングによる日本人糖尿病原因遺伝子の同定とその機能解析

糖尿病の大部分を占める一般の2型糖尿病は、遺伝的要因に生活習慣などの環境因子が加わって発症する多因子病である。多因子病としての2型糖尿病原因遺伝子の同定は、従来の連鎖解析では不可能であり、罹患同胞対法が有力である。我々は日本人250組500人の2型糖尿病罹患同胞対を用いた罹患同胞対法により、複数の染色体上に2型糖尿病との連鎖が示唆される領域を認めた。現在、連鎖が有意な領域に存在するマーカーの数を増やしたfine mappingと共に、他の染色体領域との相互作用を考慮に入れた解析を行うことによって領域の更なる絞込みを行い、公的なデータベースも利用して日本人2型糖尿病原因遺伝子を最終的に同定したい。これと平行してPPARγ2Pro12Ala多型と2型糖尿病・インスリン抵抗性との相関を検討した。Ala12アリル保持者の頻度は糖尿病群で1.8%、非糖尿病群で4.3%と非糖尿病群で高く、本多型は2型糖尿病抵抗性因子として働くことが示唆された。更に肥満者では本多型保持者は非保持者に比してインスリン感受性が高いこと、本多型保持者は非保持者に比して血中レプチン値が高いことが明らかになった。先に作製したPPARγヘテロ欠損マウスが高脂肪食による脂肪細胞の肥大化やインスリン抵抗性の惹起から抑制されていること、その機序として脂肪細胞でのレプチンの発現が高値で血中レプチン値が高いことなどと今回の結果を併せて考えると、本多型保持者は血中レプチン値が高いことからインスリン抵抗性が軽度で2型糖尿病発症リスクが低いことが示唆された。最近本多型に関する研究をまとめたMeta-Analysisによって我々の結果が確認された。
CTガイド下針穿刺ロボットを用いた3次元穿刺技術の開発

岡山大学で開発したCT透視ガイド下穿刺ロボット(Zerobot)による高精度な3次元穿刺の実現に向けた高精度ターゲティングの実現と穿刺中に生じた針のズレ修正方法の開発、および非臨床の3次元穿刺精度試験を実施した。高精度ターゲティングに関しては、ロボットの構造的なパラメータを補正するキャリブレーションの手法を用いた運動学パラメータの補正、CTガントリー平面に対するロボット設置の垂直度を取得し補正する手法の導入、CT画像の針姿勢情報を基にロボットの初期関節角度を補正するアルゴルリズムなどの開発を行った。穿刺中に生じた針のズレ修正方法に関しては、組織中での針運動の定量化実験を行い、組織中での針軸運動の予測および制御する方法論を開発した。開発した方法論を用いた組織中での針軸調整方法および針穿刺アルゴリズムは特許出願準備を進めている。平成30年度下半期に、上記の開発技術を用いたロボットによる3次元穿刺の非臨床精度検証試験を実施した。ファントム試験ではロボットと穿刺補助スマートフォンアプリケーション(SmartPuncture)を用いた用手法の穿刺角度誤差を比較検討した。動物試験では穿刺中の針位置調整を行う群と調整を行わない群に分けて、腎、臀筋内の標的を穿刺し、穿刺誤差距離(標的中心と刺入された針先端の距離)を評価した。以下に試験結果の概要を提示する。ファントム試験において、平均の穿刺誤差角度はロボットにおいてXY平面上で0.4度、YZ平面上で0.6度、穿刺補助装置を用いた用手法においてXY平面上で3.7度、YZ平面上で0.6度であり、ロボットの方がより高精度であった。動物試験において、平均の穿刺誤差距離は穿刺中の針軸調整を加えた群で2.5mm、調整を加えない群で5.0mmであり、調整を加えない群でも高精度な結果が得られ、さらに調整を加えることで精度は向上した。ロボットによる3次元穿刺実現のための開発は順調に進み、平成30年度内に予定していた非臨床試験(ファントム試験、動物試験)を完了し、試験データの解析も完了した。当初の計画よりも半年程度は早い進捗である。2018年度中に、本研究課題に関する特許出願を完了して公知可能となった後、2019年度は研究結果の学会発表、論文投稿を計画している。本研究課題の進捗は順調であり、今後の研究計画に変更はない。CT透視ガイド下穿刺ロボットを使って3次元穿刺をする場合、針の位置姿勢をCT透視により確認できない状況で穿刺をするためターゲティング時の精度が重要となる。ロボットが空間内の指定された位置姿勢に針を誘導する際に、ロボットの各関節がなすべき位置や角度を逆運動学を使って解くことが一般的である。しかしながら、逆運動の計算をする際のロボットの構造的なパラメータ(運動学パラメータ)に誤差があると、精度の高いターゲティングを達成することができない。そこで、一般的なロボットの構造的なパラメータを補正するキャリブレーションの手法を我々のロボットにも適用し、運動学パラメータの補正を行った。次にロボット保持している針先をCTスキャン画像から特定し、複数のロボット動作後にそれぞれ取得することでCTガントリー平面に対するロボット設置の垂直度を取得し補正する手法を提案した。同様に、ロボットの初期状態においてCTガントリーとロボットの保持している穿刺針が垂直となるように、CT画像の針の姿勢情報を基にロボットの初期関節角度を補正するアルゴルリズムを提案した。さらに、3次元穿刺中の針の軌道追従手法に関する検討も行った。目標の経路と現在の針の位置姿勢が分かれば、目標の経路の追従するようにロボットを制御することができる。ただし、患者被ばくの観点から、針の状況確認のためのCT透視はあまり多用しないことが望ましい。そこで、現在の用手による手技において、放射線医師がどのようなタイミングで針の軌道修正を行うかについて実験中のデータを解析し、軌道追従制御方策の参考にした。2017年度第3四半期に、ロボットによる3次元穿刺の実行可能性を、ブタを用いた予備試験を実施して確認した。穿刺角度を変えて合計8回3次元穿刺を行い、針先と標的中心間の距離は2.4±0.5mm(平均値±SD)と高い精度で穿刺することが可能であった。2017年度に施行した予備試験結果をもとに、2018年度に実施予定の「人の手とロボットによる3次元穿刺の穿刺精度比較試験(ファントム)」及び「動物におけるロボットによる3次元穿刺の実行可能性及び穿刺精度の評価試験」のプロトコルを現在作成中である。2018年度第1四半期に、改良されたロボットアームを用いた3次元穿刺の予備試験を実施予定である。予備試験の結果を解析し、上記試験プロトコルを修正、フィックスする。2018年度中には本試験を実施できる見込みである。当初の研究計画から大きな遅れは無く、おおむね順調に進展していると考える。

穿刺中に生じた針のズレ修正方法に関しては、組織中での針運動の定量化実験を行い、組織中での針軸運動の予測および制御する方法論を開発した。開発した方法論を用いた組織中での針軸調整方法および針穿刺アルゴリズムは特許出願準備を進めている。平成30年度下半期に、上記の開発技術を用いたロボットによる3次元穿刺の非臨床精度検証試験を実施した。ファントム試験ではロボットと穿刺補助スマートフォンアプリケーション(SmartPuncture)を用いた用手法の穿刺角度誤差を比較検討した。動物試験では穿刺中の針位置調整を行う群と調整を行わない群に分けて、腎、臀筋内の標的を穿刺し、穿刺誤差距離(標的中心と刺入された針先端の距離)を評価した。以下に試験結果の概要を提示する。ファントム試験において、平均の穿刺誤差角度はロボットにおいてXY平面上で0.4度、YZ平面上で0.6度、穿刺補助装置を用いた用手法においてXY平面上で3.7度、YZ平面上で0.6度であり、ロボットの方がより高精度であった。動物試験において、平均の穿刺誤差距離は穿刺中の針軸調整を加えた群で2.5mm、調整を加えない群で5.0mmであり、調整を加えない群でも高精度な結果が得られ、さらに調整を加えることで精度は向上した。ロボットによる3次元穿刺実現のための開発は順調に進み、平成30年度内に予定していた非臨床試験(ファントム試験、動物試験)を完了し、試験データの解析も完了した。当初の計画よりも半年程度は早い進捗である。本研究課題は現在順調に進行中である。研究計画変更の必要性はない。2018年度のできるだけ早期に改良ロボットアームを用いた予備試験を実施し、本試験のプロトコルをフィックスする。2018年度中に、本研究課題に関する特許出願を完了して公知可能となった後、2019年度は研究結果の学会発表、論文投稿を計画している。本研究課題の進捗は順調であり、今後の研究計画に変更はない。動物愛護の観点から、今年度の動物試験はパイロット試験のみとし、2018年度以降に非臨床試験としてのプロトコルを確定し、本試験を実施することとなった。従って、2017年度に予定していた動物試験実施費用が次年度に繰越となる。本研究で使用するロボットの消耗品購入が当初予定されていた回数よりも少なく使用額の繰り越しが生じたもの。繰り越した消耗品費については、既実施の実験の再検証等を行うのために、実験に必要なものを2019年度にも購入予定であり、全体の執行予算計画に変更はない。本プロジェクトでは、2012年から遠隔操作でCTガイド下に針刺入を行うロボット(Zerobot)の開発を行っています。医師はCT装置から離れて治療ができるため、医師の被ばくはほぼZeroになります。