hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新規がんタンパク質dynAPによる腫瘍形成機構の解明と分子標的治療薬の開発

dynAPは細胞のがん化と悪性化に関与し、有望な新規がん治療標的分子である。本研究は、dynAPによるがん化機構の解明と、その阻害抗体・低分子化合物の創製により、がん分子標的治療分野に画期的な新薬を提供することを目的とした。その達成のために、(1)dynAPによるがん化の分子機構の解明、(2)dynAPのがん化機能を阻害する開発リード低分子化合物の探索・同定、(3)dynAPのがん化機能を阻害する開発リード抗体の取得、(4)dynAPの糖鎖の構造と機能の解析、の4課題に取組んだ。本研究で得られたdynAPによるがん化機構に関する知見、開発リード物質をもとに、今後の開発の推進が期待される。dynAPを発現させたNIH3T3細胞(NIH3T3/dynAP)はヌードマウスに腫瘍を形成する。形成された腫瘍は豊富な血管を持ち、細胞間の接着が緩んだ独特の構造を取る。dynAPの発現は、細胞の生存・増殖を支持するAktのリン酸化を亢進し、血管形成の必須因子であるアンジオポエチン1の発現を上昇させ、がんの浸潤・転移に関わるE-cadherinレベルを低下させる。本研究は、dynAPによるがん化の分子機構を解明し、そのがん化機能を阻害する薬物を創製することを目的とする。1. dynAPによるがん化の分子機構の解明アノイキスとは、その生存や増殖にマトリックスへの接着を必要とする細胞が、マトリックスのない条件におかれた場合にアポトーシス死する現象であり、アノイキス抵抗性は細胞のがん化を示す有力な指標とされている。NIH3T3/dynAPは足場のない3次元培養で活発にスフェロイドを形成し、アノイキス抵抗性を示した。さらに、NIH3T3/dynAPを2次元と3次元で培養し、3次元培養特異的に発現変動する遺伝子をDNAマイクロアレイにより解析した結果、アノイキス抵抗性において重要な働きをするインテグリンファミリーなどの遺伝子を同定した。2. dynAPのがん化機能を阻害する低分子性化合物の探索・同定NIH3T3/dynAPは、通常の2次元培養ではコントロール細胞と増殖は変わらないが、低接着U底プレート上の3次元の単スフェロイド形成量を高速細胞スキャナーで解析した場合、顕著な増殖の差が観察される。そこでdynAPのがん化機能を選択的に阻害する低分子性化合物を探索・同定するために、スフェロイドの体積量を指標として、化学療法基盤支援活動より提供された標準阻害剤キット(360種の生理活性化合物、抗がん剤より構成)を用いてスクリーニングを実施した結果、17化合物が増殖阻害を示した。dynAPによるアノイキス抵抗性に関わる候補遺伝子を同定し、またNIH3T3/dynAPのスフェロイド形成に対して選択的な阻害作用を示す化合物を取得できたから。1.抗dynAPポリクローナル抗体の取得dynAPタンパク質は全210アミノ酸より構成されるが、135210番目のC末端側部分が細胞外に表出していることがこれまでの研究により明らかとなっている。タンパク質の表出アミノ酸予測を行って、免疫源となるペプチド配列(C1C4)をデザインした。その他、135210番目全長のタンパク質部分(C5)とそれにFc領域付加した組換えタンパク質(C6)を動物細胞で発現・精製し、免疫源とした。本年度は、これらの合計6種の抗原ペプチド・タンパク質を、ウサギに免疫して抗血清を取得し、それぞれの抗血清の抗原結合カラムでのアフィニティー精製により、抗原との反応性を持つポリクローナル抗体を取得した。ELISA法による検討で、C1とC2ペプチド配列を免疫源として取得した2種のポリクローナル抗体(C1、C2抗体と略称する)が抗原ペプチドと顕著に強い反応性を示すことが判明したことから、C1、C2抗体に絞って、dynAP安定発現株との反応性を検討した。非透過処理、非処理条件下で、C1抗体による染色で細胞膜に強いシグナルが観察されたものの、C2抗体では、微弱なシグナルしか見られず、C1抗体のみが細胞膜上に発現するdynAPの構造を認識できることがわかった。次に、C1抗体を用いて、全長dynAPの安定的発現によりがん化したマウスNIH3T3細胞の2次元平面培養系及び3次元スフェロイド培養系での増殖への影響を評価したところ、2次元及び3次元培養系ともに細胞の増殖を有意に阻害できることが明らかとなった。上記の検討の結果、C1抗体はC1配列特異的にdynAP発現細胞の増殖を阻害することが判明した。これらの結果は、今後のC1配列を免疫源とする、dynAP発現がん細胞の増殖を強力に抑制できるモノクローナル抗体の開発の妥当性を示すものである。取得したC1抗体がC1配列特異的にdynAP発現細胞の増殖を阻害することが判明した。本知見は今後のC1配列を免疫源とする、dynAP発現がん細胞の増殖を抑制できるモノクローナル抗体の開発の妥当性を示すものであり、重要な成果が得られたと判断している。(1)dynAPの糖鎖の構造解析dynAPは、全長210aaより構成され、114-134aaに膜貫通ドメイン(TM domain)、173-210aaにスレオニン/セリンリッチドメイン(T/S rich domain)を持つ。また、75-77aaおよび143-145aaにN結合型糖鎖修飾部位のコンセンサス配列が存在する。

さらに細胞外に露出するC末端側領域にはO結合型糖鎖修飾部位が存在している。本研究では、dynAPのC末端側領域の135-210aa部分(dynAP(135-210))を含む組換えタンパク質をHEK293F宿主で分泌発現・精製し、dynAP(135-210)に含まれる糖鎖の質量分析法による構造解析を行った。その結果、dynAP(135-210)はN結合型糖鎖とO結合型糖鎖が付加されており、いずれも高度な修飾を受けていることが判明した。(2)糖鎖修飾のがん化能に及ぼす影響の検討dynAPの3種の糖鎖修飾部位変異体(N型糖鎖修飾を受ける143番目のAsnをGlnに置換したdynAPN143Q、C末端側のSer/Thr-richドメイン(173-210aa)を欠失させたdynAPΔC38、両変異を組み合わせたdynAPΔC38N143Q)を発現させた細胞を造成した。dynAPN143QはdynAPと同様に細胞膜とゴルジ体に局在したが、dynAPΔC38とdynAPΔC38N143Qはゴルジ体にのみ局在したことから、dynAPのC末端側のSer/Thr-richドメイン(173-210aa)が細胞膜への局在に関与することが明らかとなった。またdynAPΔC38はがん化能の指標であるスフェロイドの形成能を失っていたことから、C末端側のSer/Thr-richドメイン(173-210aa)を介する細胞膜への局在がdynAPのがん化に必要であることが明らかとなった。dynAPは細胞のがん化と悪性化に関与し、有望な新規がん治療標的分子である。本研究は、dynAPによるがん化機構の解明と、その阻害抗体・低分子化合物の創製により、がん分子標的治療分野に画期的な新薬を提供することを目的とした。その達成のために、(1)dynAPによるがん化の分子機構の解明、(2)dynAPのがん化機能を阻害する開発リード低分子化合物の探索・同定、(3)dynAPのがん化機能を阻害する開発リード抗体の取得、(4)dynAPの糖鎖の構造と機能の解析、の4課題に取組んだ。本研究で得られたdynAPによるがん化機構に関する知見、開発リード物質をもとに、今後の開発の推進が期待される。1. dynAPによるがん化の分子機構の解明DNAマイクロアレイ解析により3次元培養特異的に発現誘導した遺伝子について、qPCRで発現量変動を確認した後、RNA干渉によりdynAP発現依存的なスフェロイド形成能が減弱することを確認する。2. dynAPのがん化機能を阻害する低分子性化合物の探索・同定NIH3T3/dynAPのスフェロイド形成に対して選択的な阻害作用を示した17化合物のうち、再現性が確認された化合物に関して、その阻害機構を解析する。1.糖鎖修飾のがん化能に及ぼす影響の検討dynAPの糖鎖修飾のがん化能に及ぼす影響を調べることを目的として研究を展開する。すなわち、dynAP野生型を基本とし、3種の糖鎖修飾部位変異体、すなわち、N結合型糖鎖の結合部位の置換変異体であるdynAP001 N143Q、O結合型糖鎖の結合部位の欠失変異体であるdynAP001ΔC38、さらに両変異を組み合わせたdynAP001ΔC38N143Qを組換えレトロウイルス法により過剰発現させたNIH3T3を造成し、スフェロイド形成能を指標として、がん化能の検証を進める。29年度が最終年度であるため、記入しない。
クラスターを媒体とする新規な負イオン化学の開拓

本研究は,気相の分子集合体(分子クラスター)が電子をトラップする性質や,柔らかい構造によって容易に分子を取り込む性質をもつことを利用し,分子クラスターをミクロなフラスコとして用いる新規な気相負イオン反応を開発することを目的とした.1.水クラスターを利用した負イオン反応:水クラスター表面にCO_2^<・->ラジカル負イオンを固定した気相反応試薬CO_2^<・->(H_20)_nを調製し,CH_31とのラジカル付加反応によって炭素-炭素結合が生成することを見出し,(H_20)_n表面に固定・安定化させたディストニック負イオンを用いるプロトタイプ的な反応経路を例示した.2.(CO_2)_n^-のラジカル付加反応:ビーム・エントレインメント法と質量分析法,負イオン光電子分光法を併用し,(CO_2)_n^-がNO, O_2等に対してCO_2^<・->の合成等価体を含む反応性ミクロフラスコとなることを見出した.3.ab initio計算による[(CO_2)_n(H_2O)_m]^-の評価:高精度ab initio計算によって,CO_2^<・->を含む共溶媒系ミクロフラスコ[(CO_2)_n(H_2O)_m]^-(n=1-4,m=1,2)の幾何構造・電子構造を推定した.総計117個の構造異性体を見出し,その安定化エネルギーを評価した.4.赤外分光による[(CO_2)_n(H_2O)_m]^-の評価:赤外光解離分光を用いて[(CO_2)_n(H_2O)_m]^-の振動スペクトルを調べ,ミクロフラスコとしての構造を明らかにした.特に,n=4を境に水和構造が劇的に変化することによってCO_2^<・->を選択的に安定化するエントレーナー(共溶媒)効果を見出した.5.I_3^-(H_2O)_nの光解離過程:光解離フラグメント飛行時間測定とSOCI計算を用いて,I_3^-光解離の非断熱ダイナミクスとミクロ溶媒和効果を明らかにした.本研究は,気相の分子集合体(分子クラスター)が電子をトラップする性質や,柔らかい構造によって容易に分子を取り込む性質をもつことを利用し,分子クラスターをミクロなフラスコとして用いる新規な気相負イオン反応を開発することを目的とした.1.水クラスターを利用した負イオン反応:水クラスター表面にCO_2^<・->ラジカル負イオンを固定した気相反応試薬CO_2^<・->(H_20)_nを調製し,CH_31とのラジカル付加反応によって炭素-炭素結合が生成することを見出し,(H_20)_n表面に固定・安定化させたディストニック負イオンを用いるプロトタイプ的な反応経路を例示した.2.(CO_2)_n^-のラジカル付加反応:ビーム・エントレインメント法と質量分析法,負イオン光電子分光法を併用し,(CO_2)_n^-がNO, O_2等に対してCO_2^<・->の合成等価体を含む反応性ミクロフラスコとなることを見出した.3.ab initio計算による[(CO_2)_n(H_2O)_m]^-の評価:高精度ab initio計算によって,CO_2^<・->を含む共溶媒系ミクロフラスコ[(CO_2)_n(H_2O)_m]^-(n=1-4,m=1,2)の幾何構造・電子構造を推定した.総計117個の構造異性体を見出し,その安定化エネルギーを評価した.4.赤外分光による[(CO_2)_n(H_2O)_m]^-の評価:赤外光解離分光を用いて[(CO_2)_n(H_2O)_m]^-の振動スペクトルを調べ,ミクロフラスコとしての構造を明らかにした.特に,n=4を境に水和構造が劇的に変化することによってCO_2^<・->を選択的に安定化するエントレーナー(共溶媒)効果を見出した.5.I_3^-(H_2O)_nの光解離過程:光解離フラグメント飛行時間測定とSOCI計算を用いて,I_3^-光解離の非断熱ダイナミクスとミクロ溶媒和効果を明らかにした.本研究は,気相の分子集合体(分子クラスター)が電子をトラップする性質や,柔らかい構造によって容易に分子を取り込む性質をもつことを利用し,分子クラスターをミクロなフラスコとして用いる新規な気相負イオン反応を開発することを目的としている.本年度は以下の研究を行った.1.水クラスター表面を利用した負イオン反応の開拓:水クラスター表面に・CO_2^-ラジカル負イオンを固定した気相反応試薬・CO_2^-(H_2O)_nを調整し,その反応性を調べた.ビーム中で生成したイオン種[CO_2(H_2O)_n]^-の電子構造を負イオン光電子分光によって調べ,ラジカル点と電荷が空間的に離れたディストニックなイオン種を含む・CO_2^-(H_2O)_n構造が実現していることを確認した.さらに,・CO_2^-(H_2O)_nをCH_3Iと反応させるとラジカル付加反応によって炭素-炭素結合が生成することを,質量分析法とレーザー光解離法とを組み合わせて明らかにした.これにより,(H_2O)_n表面に固定・安定化させたディストニック負イオンを反応に用いるプロトタイプ的な反応経路を示した.2.ab initio計算による・CO_2^

-(H_2O)_nの評価:高精度のab initio計算によって,前項の反応試剤・CO_2^-(H_2O)_nの幾何構造・電子構造を推定した.これにより,ディストニックイオンが局在した電荷分布によって(H_2O)_n表面に固定され,溶媒和されていないラジカル点が反応性に寄与するという,水クラスター表面に固定・安定化した負イオン反応試剤の特性を明らかにした.3.反応装置の改良:衝突反応ビーム装置を以下のように改良した.(1)クラスターのビーム強度を高め,分子の取り込み効率を上げるために,クラスター源を改良した.(2)イオン検出感度を高めるために計数法を採用した.(3)光電子分光計を改良しエネルギー分解能を高めた.本研究は,気相の分子集合体(分子クラスター)が電子をトラップする性質や,柔らかい構造によって容易に分子を取り込む性質をもつことを利用し,分子クラスターをミクロなフラスコとして用いる新規な気相負イオン反応を開発することを目的としている.本年度は以下の研究を行った.1.赤外分光による(CO_2)_n^-(H_2O)_mの評価:これまでの研究によって,(CO_2)_n^-(H_2O)_mが・CO_2^-ラジカル負イオンの等価体としての反応性を持つことを実験的に示した.そこで,赤外光解離分光を用いて(CO_2)_n^-(H_2O)_mの振動構造を調べ,ラジカルイオン反応試剤としての構造の特徴を明らかにした.これにより,m=1の系では・CO_2^-あるいはC_2O_4^-に対してH_2O分子が等価な2つの水素結合を形成すること,(n,m)=(3,2)の系では・CO_2^-と2つのH_2O分子が環状構造を形成することなど,サイズや組成比によって(CO_2)_n^-(H_2O)_mの溶媒和構造が大きく異なることを明らかにした.2.ab initio計算による(CO_2)_n^-(H_2O)_mの評価:MP2/6-311++G(d,p)レベルの分子軌道計算によって,(CO_2)_n^-(H_2O)_mの幾何構造・電子構造を推定した.(n,m)=(1,1)(3,2)の系について総計80個を越える構造異性体を見出し,その安定化エネルギー,垂直電子脱離エネルギーを評価した.さらに振動解析を行い,赤外光解離スペクトルとの比較を行った.3.画像観測による角度分解光電子分光装置の開発:気相イオン反応に関与する負イオン種およびクラスター負イオンの電子構造,特にSOMO (singly occupied MO)の対称性に関する情報を得るための実験手段として,二次元画像観、による角度分解光電子分光装置を開発し,その調整を行った.本研究は,気相の分子集合体(分子クラスター)が電子をトラップする性質や,柔らかい構造によって容易に分子を取り込む性質をもつことを利用し,分子クラスターをミクロなフラスコとして用いる新規な気相負イオン反応を開発することを目的としている.本年度は以下の研究を行った.1.赤外分光による(CO_2)_n^-(ROH)_mの評価:赤外光解離分光を用いて(CO_2)_n^-(ROH)_m(R=H,CH_3)の振動構造を調べ,高精度ab initio計算を併用して,ラジカル負イオンを含むミクロフラスコとしての(CO_2)_n^-(ROH)_mの構造を明らかにした.特に,(CO_2)_n^-(H_2O)の系ではn=4を境に水和構造が劇的に変化することによって・CO_2^-を選択的に安定化するエントレーナー(共溶媒)効果を見出した.2.(CO_2)_n^-のラジカル付加反応の追跡:ビーム・エントレインメント法と質量分析法,負イオン光電子分光法を併用し,(CO_2)_n^-の気相反応を調べた.
フォトクロミック単結晶の光反応による構造制御

安定に光可逆フォトクロミック反応する極微構造の規制されたジアリールエテン単結晶を作製し、励起エネルギー移動等の光反応機構の解明および分子構造変化と結晶形態変化との相関を原子間力顕微鏡により直接観測し明らかにすることを目的とした。その結果、次の成果を得た。(1)ペルフルオロフェニル基をもつビスチエニルエテン(1a)、フェニル基をもつビスチエニルエテン(2a)およびナフチル基をもつビスチエニルエテン(3a)を合成し、1a/2aあるいは1a/3aからなる単結晶を作製したところ、前者は分子積層構造、後者はモザイク構造の単結晶を与えた。X線構造解析により反応を追跡すると、フッ素基をもたないジアリールエテンのみが反応していることが明らかとなり、近距離の励起エネルギー移動は効率良く起こっていることが示唆された。(2) 3色に発色する3種のジアリールエテン(ビスチオフェン誘導体、ビスチアゾール誘導体およびビスオキサゾール誘導体)をほぼ同程度含む単結晶を作製し、照射光の波長を制御することにより、その単結晶を、黄色、赤色、青色の3色に発色させることに成功した。この結果は、長距離の励起エネルギー移動は起きていないことを示している。(3) 1,2-bis(2-methyl-5-tolyl-3-thienyl)perfluorocyclopentene単結晶について、光誘起表面形態変化を原子間力顕微鏡を用いて観測した。マイクロメートル領域での観測では、紫外光照射により1.3nmの穴が多数生成し、可視光により消滅することが認められた。この穴形成の機構を明らかにすることをめざして、分子像観測を試みた。その結果、結晶表面に存在するメチル基が、紫外光/可視光照射により可逆的に下降/上昇していることが認められた。結晶表面での光反応による分子の動きが、直接に結晶形態変化を引き起こしていることを明確に示すことができた。安定に光可逆フォトクロミック反応する極微構造の規制されたジアリールエテン単結晶を作製し、光反応の機構、分子構造変化と結晶形態変化との相関を明らかにすることを目的として研究をすすめた。特に、異種のジアリールエテンを決められた化学量論比で含む積層構造あるいはモザイク構造単結晶、異なった色に発色するジアリールエテンを任意の割合で含む単結晶、さらには、同一のジアリールエテンが異なったコンフォメーションで積層構造で配置した単結晶を作製し、それらの光反応機構の解明を行った。光照射により、これらの結晶はいずれも青く着色するフォトクロミズムを示した。X線構造解析により分子構造変化を調べると、構造変化を起こしたのはフッ素基をもたないビスジチエニルエテンのみで、結晶内で効率よいエネルギー移動反応が起こっていることが示唆された。(2)赤色に発色するビスチアゾリルエテンと黄色に発色するビスオキサゾリルエテンとを任意の割合で含む単結晶を作製した。ビスオキサゾリルエテンは、単独の結晶ではフォトクロミック反応性を示さなかったが、ビスチアゾリルエテンと混晶させると、フォトクロミック反応性をもつようになった。その結果、照射波長を制御することにより、赤色、黄色の2色に発色する単結晶を得ることができた。

この結晶中においても、エネルギー移動の可能性が示唆された。安定に光可逆フォトクロミック反応するジアリールエテン単結晶の極微構造を制御し、光反応性を規制する励起エネルギー移動の有無を明らかにすること、また、分子構造変化と結晶形態変化との相関を解明することを目的として研究をすすめた。異なった3色に発色するジアリールエテンを任意の割合で含む単結晶を作製し、そのフォトクロミック反応系における励起エネルギー移動の寄与の見積もり、さらには、原子間力顕微鏡により、分子レベルでの形態変化の直接観測を行った。3色に発色する3種のジアリールエテン(ビスチオフェン誘導体、ビスチアゾール誘導体およびビスオキサゾール誘導体)をほぼ同程度含む単結晶を作製し、照射光の波長を制御することにより、その単結晶を、黄色、赤色、青色に光発色させることに成功した。この結果は、単結晶内において効率の良い励起エネルギー移動が起きていないことを示唆している。すなわち、もし効率の良いエネルギー移動が起きていれば、最もエネルギーレベルの低い成分に励起エネルギーが集中して、その成分のみが発色するはずであるからである。ビス(2,4-ジメチルー3-チエニル)ペルフルオロシクロペンテン結晶についても、結晶内励起エネルギー移動のフォトクロミック反応への寄与を検討した。ジアリールエテン単結晶表面のモルフォロジーが、紫外光と可視光の交互照射により可逆に変化することの機構を明らかにする目的で、分子レベルでの形態変化を原子間力顕微鏡により追跡した。その結果、単結晶表面に存在するメチル基を直接観測することに成功し、そのメチル基が光反応により動くことを確かめた。このことにより、確かに、分子レベルでの光誘起構造変化が結晶形態変化を誘起していることが確認された。フォトクロミック反応するジアリールエテン単結晶を作製し、結晶中での分子レベルでの分子構造変化とバルク結晶の形状変化との相関を明らかにし、また、その形状変化の応答速度を求めることを目的とした。1,2-bis(2-methyl-5-tolyl-3-thienyl)perfluorocyclopentene単結晶について、光誘起表面形態変化を原子間力顕微鏡を用いて観測した。マイクロメートル領域での観察では、紫外光照射により1.2-1.3nmの穴が多数生成し、可視光照射により消滅することが認められた。この穴形成と分子構造変化との相関を明らかにするために、表面に存在する分子の原子像計測を試み、その結果、メチル基の配列を直接観測することに成功した。紫外光を照射すると、そのメチル基が表面から消え、可視光照射により再び現れることが認められた。これは、ジアリールエテン分子が閉環反応/開環反応により収縮/伸張し、メチル基が表面から可逆的に下降/上昇していることを示している。分子レベルでの構造変化が表面のバルク形態を引き起こしていることが確かめられた。17年度後半に、1,2-bis(2-ethyl-5-phenyl-3-thienyl)perfluorocyclopentene単結晶が、紫外光/可視光照射によりバルク形状を可逆に変えることを見出した。今年度は、このことを確認し、その機構解明に努めた。形状は、四角形から菱形に変形する。
シラシクロブタンの開環重合による新規含フッ素ポリカルボシランの精密合成

本研究では、フッ素ポリマーとケイ素ポリマーの両方の特性を生かした新しい機能性材料の開発を目指し、フルオロアルキル基をケイ素上に有するシラシクロブタンモノマーの合成、重合、および生成ポリマーの性質に関して検討を行った。得られた成果を以下に示す。(1)ジエチルエーテル中-78°Cで1,1-ジクロロシラシクロブタンとヨウ化ペルフルオロアルキルの混合物に2等量のメチルリチウムを作用させると、1-メチル-1-ペルフルオロアルキルシラシクロブタンが得られることを見いだした。また、同様に1-クロロ-1-フェニルシラシクロブタンとヨウ化ペルフルオロアルキルの混合物に1等量のメチルリチウムを作用させると、1-フェニル-1-ペルフルオロアルキルシラシクロブタンが得られることを見いだした。(2)1-メチル-1-ペルフルオロアルキルシラシクロブタンは、RhCl(PPh_3)_3を触媒として用いると100°Cで重合し含フッ素ポリカルボシランを与えるが、同条件で1-フェニル-1-ペルフルオロアルキルシラシクロブタンは、全く重合しないことがわかった。溶媒は、テトラヒドロフランが適しており、1,4-ジオキサンやトルエン、ベンゼン等は、重合の進行を著しく阻害することが明らかとなった。また、白金やパラジウム等の遷移金属には、触媒活性がないことがわかった。(3)含フッ素ポリカルボシランは、ヘキサフルオロベンゼン等のフッ素系溶媒やジエチルエーテルに高い溶解性を示した。しかしながら、クロロホルムやトルエン、ベンゼン等の汎用の無極性有機溶媒には不溶であった。また、生成したポリマーのガラス転移温度は、-37°Cであり、極めて柔軟なポリマーであることが明らかとなった。さらに、ポリマー薄膜と水との接触角は、97゚であり、極めて疎水性の高いポリマーであることがわかった。フッ素系ポリマーは、撥水性、撥油性が高く、優れた耐熱性、耐薬品性を示すことが知られている。一方、ポリカルボシランは最近、電子材料や、光学材料、耐熱性材料などとして研究され始めている。そこで本研究では、フッ素とケイ素の性質を併せ持つ新しい機能性材料を創製することを目指した。まず、第一に、ケイ素上にフルオロアルキル基を持つシラシクロブタンを鍵モノマーとして合成することに成功した。アルゴル雰囲気下、ジエチルエーテル溶媒中ー78°Cで1,1-ジクロロシラシクロブタンとヨウ化ペルフルオロヘキシルの等量混合物に2等量のメチルリチウムを添加することにより1-メチル-1-ペルフルオロヘキシルシラシクロブタンを高収率で合成した。また、同様に1-クロロ-フェニルシラシクロブタンとヨウ化ペルフルオロヘキシルの等量混合物に等量のメチルリチウムを添加することにより1-ペルフルオロヘキシル-1-フェニルシラシクロブタンを高収率で合成した。次に、これらのモノマーの重合を検討した。その結果、1-メチル-1-ペルフルオロヘキシルシラシクロブタンは、塩化ロジウムトリストリフェニルフェスフィン錯体を触媒として用い100°C程度に加熱することにより重合し、ケイ素上にペルフルオロアルキル基を持つ高分子量のポリカルボシランを与ることがわかった。一方、1-ペルフルオロヘキシル-1-フェニルシラシクロブタンは、150°Cに加熱しても分子量の低いオリゴマーを与えるのみであり、ケイ素上の置換基が重合反応性に大きな影響を及ばすことがわかった。
紫外線吸収法を用いた低密度気体流れの可視化と画像処理

地上2050Km上空の成層圏と呼ばれる超高層大気中に比較的大量に存在しているオゾンは、太陽のから人体に有害な紫外線を吸収することが知られている。比較的低圧力のオゾンでも紫外線を吸収する現象を低密度気体流れの可視化に応用した本研究により以下の知見が得られた。1.大気圧より減圧した真空チャンバ内にオゾンを含んだ酸素ガスをマイクロノズル(内径^φ1mm)から噴出させ、ジェット中心軸に対して直角方向より短波長紫外線を冷陰極低圧水銀ランプより発射させた。紫外線入射側壁窓ガラスと反対側の射出側には、紫外線透過フィルタを取りつけ、さらに射出側には蛍光体を塗布し紫外線を可視光に変換させたところ、オゾンを含む酸素の低密度気体流れの可視化像が得られた。2.紫外線専用撮像管により紫外線を可視光への変換を試みたところオゾンを含む酸素ジエットの低密度気体流れの可視化に成功した。この際のオゾンの質量流量は0.17mg/S、濃度53mg/lであった。3.撮像管出力信号をビデオ画像処理ボードが付置されたパソコンにとりこみ画像処理を行なったところ、より鮮明な可視化像が得られた。下記に、画像処理前後の紫外線吸収法を用いた低密度気体流れの可視化結果を示す。
拡散強調機能的MRI法の生理学的機序の解明及び実用化

本研究では、申請者等が2006年に世界に先駆けて実用化した、拡散強調機能的MRI法(DfMRI法)の生理学的機序の解明として、最も基本的な支配方程式Bloch-Torrey方程式を解析的に解くことに成功、DfMRI撮像法における最適撮像パラメタの導出に成功した。また、ワーキングメモリタスクとDMN法に応用しその有用性を確認、従来法と異なり血流の影響を受けにくいことを示唆した。これまで、拡散強調画像法を用いた機能的MRIのヒトへの応用は、単純なフリッカーなどの視覚刺激を使って後頭葉にある視覚野の応答を観察してきた。21年度は、より高次の情報処理が生じているとされる頭頂葉・側頭葉での応答を観察した。用いたのは漢字のワーキングメモリ課題で、被験者に、連続的に提示される漢字が二つ前のものと同じだった場合にボタン押しで応答させた。この課題では漢字を認識することに伴なう側頭葉後部と、ワーキングメモリ課題で一般に賦活される頭頂間溝の活動が予測され、拡散強調法と従来法ともに、それら領域の活動を検出できた。視覚野で見られたのと同様、拡散強調信号はBOLD法よりも立ち上がり、下がりともに早い応答を見せた。またBOLD法では被験者の間でも、脳部位の間でも応答にばらつきがみられたが、拡散強調法ではピーク潜時やアンダーシュートに見られるばらつきが少なかった。これは拡散強調信号が検出する事象が、より神経活動そのものに近く、血流現象を媒介していないとの我々のモデルに一致した。また、乳幼児のMRI撮像に関して、検討を行った。近年の神経科学や脳神経臨床では、乳幼児の発達過程をMRIを用いて形態的、機能的両側面から調べることにより、非常の興味深い知見が得られ始めており、DfMRI法の応用先として候補の一つとなっている。しかし、麻酔や動き、乳幼児や親の心理的負担の問題から、未だにその撮像は容易ではない。そのため、付添人が乳幼児と一緒にMRI装置内に入り、直接観察が可能な手法に関して初期検討を行った。具体的には、付添人役がMRI画像上に写らないようにするためのRFシールド検査着の開発、乳幼児ファントムの作製、及びファントム撮像による画像及び付添人への影響の調査、を行った。その結果、付添人の存在によるアーティファクト等は観測されなかったものの、画像のSNRは半減、付添人への末梢神経刺激を低減するため、スルーレートも半減させなければならないことが分かった。平成22年度は、前年度に引き続き、漢字ツーバックワーキングメモリタスクを用いて、拡散強調機能的MRI撮像法(DfMRI法)と、グラディエントエコー法、スピンエコー法を用いた機能的MRI撮像法(GE-BOLD法,SE-BOLD法)の比較を行った。特に、被験者数を21人まで増加させ、ランダムイフェクトモデルを用いたグループ解析(SPM8のDARTEL法)を行うことにより、より高精度に3者の差異を明確化する事を試みた。その結果、3者全ての方法により、第一次視覚野と頭頂間溝正に活動部位が見られ、それぞれの部位での正規化後のDfMRI信号の時間変化は、GE-BOLD法、SE-BOLD法のそれらより数秒早いことが確認された。これらの結果は、今までに得られた我々の結果と同じであり、DfMRI信号源が、血流由来の物だけでは説明がつかないことを、より高信頼度で明らかに出来たと言える。また、数理モデルによる理論解析により、血流変化のDfMRI信号への寄与、特に血管内デオキシヘモグロビンが形成する傾斜磁場と傾斜磁場コイルが形成する傾斜磁場との相互作用の影響を調査した。この相互作用はDfMRI信号変化を抑制する方向に働き、実験結果の解釈を困難にする要因であるため、その影響の定量化、また抑制法の開発が期待されている。理論解析においては、拡散強調撮像法として使用されるStejeskal-Tanner法及びTwice-refocusing法それぞれにおいて、そのDfMRI信号をモデル化し、理論的に前者が後者よりも相互作用の影響が大きく、その抑制は不可能であること、一方、後者においては、完全に相互作用を抑制できる撮像シーケンスの最適化が可能であることを見いだし、その理論値を導出した。なお、予定していたDefault Mode Network法への応用に関しては、DfMRI法の低SNR性のため、十分に信頼性の高い結論を得ることは出来ず、更なるDfMRI法の改良が必要であることが分かった。DfMRIのデフォルトモードネットワーク(DMN)への応用を、再度試みた。低SNRに関しては、同一被験者に対して撮像実験を複数回行うことで解決した。また、DfMRIが脳の各部位で同等な検出感度を持つかどうか、複数の脳葉が賦活されるような実験を行い、fMRI法とDfMRI法を比較した。並行して、最終的な信号検出のターゲットとなるDMNの挙動を従来法で確認するため、ネットワークの異なる応答を引き起こす心理課題を同じセッション内で負荷する実験を行った。

その結果、脳の各部位における信号応答は、従来法では既知のばらつきがみられたが、DfMRIでは均質で、血流の影響を受けにくいことが示唆された。同様に信号変化量の個体差を調べても、従来法でより大きく、さらにその個体差は従来法とDfMRIで相関しなかった。DMNの挙動を従来法で観察した実験では、当該ネットワークは3つの活動レベルを持ち、異なるレベルへの移行に伴い一部の領域は一過性の高い活動を示した。血管内デオキシヘモグロビンの形成する傾斜磁場の理論解析を、拡散効果のDfMRI信号への寄与を記述するBloch-Torry方程式(BTE)まで遡り、試みた。その結果、BTEの非線形磁場環境下での解析解導出に成功し、その解が22年度に用いた数理モデルと合致する事を確認した。ただ一方で、この数理モデルはモンテカルロシミュレーション(MCS)から得られたSE型fMRI法における血管径選択性を説明できないことが知られているため、その原因を調査したところ、BTEが血管の存在を仮定せず血管近傍では成立しないモデルであること、また血管径の減少に伴いBTEモデルとMCSモデルとの誤差が拡大すること、の2点が示唆された。CO2負荷実験を行いDfMRI信号変化のb値依存性を調査したところ、明確な依存性は検出されなかった。計画していたファントム実験に関しては、微小血管を模したファントム作成法が成功せず、実施できていない。
ルテニウム三核錯体二量体が示す三核クラスター骨格間原子価振動

研究代表者伊藤は,1995年12月,本研究の研究分担者であるPurdue大学Kubiak教授の研究室に赴き,同教授が当時開発したばかりの高性能電解赤外分光装置を用いて,ある種のルテニウム三核クラスター錯体の架橋二量体の一電子還元体の赤外吸収スペクトルの測定を行い,異常にブロードなCO伸縮振動スペクトルを観測し,これが分子内の動的過程に起因していることを示唆する事実を見いだした.相互に研究室を訪れ,類縁化合物を新たに合成して同様な実験を試み,また,吸収線形を解析するなど詳細な研究を行った結果,観測された現象が「三核クラスターユニット間の混合原子価状態における,ユニット間の分子内高速電子移動が誘起する赤外吸収バンドのコアレッセンス」であることが明らかとなった.赤外スペクトルのタイムスケールという極めて速い時間領域における動的化学現象が電磁波吸収スペクトルのコアレッセンスを引き起こしている例は,これまでほとんど知られておらず,それまでの成果を科学分野の最高級ジャーナルの一つであるScience誌に公表した〔Science,277,660-663(1997)).電子移動速度が最も速い系の速度定数は,10^<12>s^<-1>のオーダーであった.更に,混合原子価中心間の距離を種々変化させた化合物や,架橋配位子の種類を変えユニット間の電子的相互作用の程度を変化させた化合物を新たに合成し,これらの化合物系へ上記の電解赤外分光法を適用して高速分子内電子移動速度の評価を行った.研究代表者伊藤は,1995年12月,本研究の研究分担者であるPurdue大学Kubiak教授の研究室に赴き,同教授が当時開発したばかりの高性能電解赤外分光装置を用いて,ある種のルテニウム三核クラスター錯体の架橋二量体の一電子還元体の赤外吸収スペクトルの測定を行い,異常にブロードなCO伸縮振動スペクトルを観測し,これが分子内の動的過程に起因していることを示唆する事実を見いだした.相互に研究室を訪れ,類縁化合物を新たに合成して同様な実験を試み,また,吸収線形を解析するなど詳細な研究を行った結果,観測された現象が「三核クラスターユニット間の混合原子価状態における,ユニット間の分子内高速電子移動が誘起する赤外吸収バンドのコアレッセンス」であることが明らかとなった.赤外スペクトルのタイムスケールという極めて速い時間領域における動的化学現象が電磁波吸収スペクトルのコアレッセンスを引き起こしている例は,これまでほとんど知られておらず,それまでの成果を科学分野の最高級ジャーナルの一つであるScience誌に公表した〔Science,277,660-663(1997)).電子移動速度が最も速い系の速度定数は,10^<12>s^<-1>のオーダーであった.更に,混合原子価中心間の距離を種々変化させた化合物や,架橋配位子の種類を変えユニット間の電子的相互作用の程度を変化させた化合物を新たに合成し,これらの化合物系へ上記の電解赤外分光法を適用して高速分子内電子移動速度の評価を行った.本研究は,電気化学的に発生させたルテニウム三核錯体の架橋二量体の一電子還元体(骨格間混合原子価状態)について,電気化学的手法,赤外分光法,近赤外分光法などの研究手段を用いて,米国Purdue大学のKubiak教授グループと共同研究を行うことを目的とする.カルボニルを含む{Ru_3(O)(CH_3COO)_6(L)_2}(Lはピリジン誘導体)をユニットとする対称的なポテンシャル面をもつ架橋二量体について以下の成果が得られた.(1)本研究の最も大きな成果は.π電子を伝え易いピラジンを架橋配位子として用いた系の混合原子価状態がCO伸縮揺動スペクトルのコアレッセンス現象を示すことを見出したことである.これが分子内高速電子移動に基づく現象であることをさまざまな実験から明らかにし,また,吸収帯の線形解析から,電子移動速度が速いL=4-ジメチルアミノピリジンの系ではその速度定数が9x10^<11>s^<-1>であることを決定した.分子の動的化学過程に基づく電磁波吸収スペクトルのコアレッセンス現象は,NMRでよく知られているが,タイムスケールが10^<8->10^9倍も速い赤外スペクトル領域で観測されたのは本研究が世界で初めてである.(2)分子内電子移動の速度はターミナル配位子の種類に依存し,電子供与性が高いほど速度が速いことが解った.(3)電気化学で観測される酸化還元波の分裂幅から,混合原子価状態の均化定数を決定した.(4)混合原子価状態が近赤外領域に示すIntervalence Bandを測定し,その形状からユニット間相互作用の大きさを表すパラメーターH_<AB>を決定した.

これらの成果を,科学的に極めて高度な内容の論文のみを掲載する評価の高い学術誌,“Science"に公表した.研究代表者伊藤は,1995年12月,本研究の研究分担者であるPurduc大学Kubiak教授の研究室に赴き,同教授が当時開発したばかりの高性能電解赤外分光装置を用いて,ある種のルテニウム三核クラスター錯体の架橋二量体の一電子還元体の赤外吸収スペクトルの測定を行い,異常にブロードなCO伸縮振動スペクトルを観測し,これが分子内の動的過程に起因していることを示唆する事実を見いだした.相互に研究室を訪れ,類縁化合物を新たに合成して同様な実験を試み,また,吸収線形を解析するなど詳細な研究を行った結果,観測された現象が「三核クラスターユニット間の混合原子価状態における,ユニット間の分子内高速電子移動が誘起する赤外吸収バンドのコアレッセンス」であることが明らかとなった.赤外スペクトルのタイムスケールという極めて速い時間領域における動的化学現象が電磁波吸収スペクトルのコアレッセンスを引き起こしている例は,これまでほとんど知られておらず,それまでの成果を科学分野の最高級ジャーナルの一つであるScience誌に公表した(Science,277,660-663(1997)).電子移動速度が最も速い系の速度定数は,10^<12>s^<-1>のオーダーであった.更に,混合原子価中心間の距離を種々変化させた化合物や,架橋配位子の種類を変えユニット間の電子的相互作用の程度を変化させた化合物を新たに合成し,これらの化合物系へ上記の電解赤外分光法を適用して高速分子内電子移動速度の評価を行った.
赤外線深度センサーを用いた家畜牛の非侵襲的行動検知法の確立と分娩予測技術への応用

本研究では、3次元情報を取り扱うことが可能な赤外線深度センサーカメラという機器を使用し、繁殖和牛を対象とした簡易かつ高精度の分娩予測技術の確立のための研究を試みた。調査では、分娩時間の予測指標となる姿勢変化、尾挙げ、屈曲、回転の4行動について、肉眼観察データと比較することで赤外線深度センサーカメラの行動検知精度を評価するとともに、それらの検知偏差に影響する環境条件について調査した。その結果、姿勢変化や屈曲、回転については非常に高い精度で検知できることが明らかとなったが、尾挙げに関しては、カメラの画角や撮影条件の影響を受け検知精度が下がることが明らかとなった。本研究では、3次元情報を扱うことができる赤外線深度センサーカメラを用いた和牛の非侵襲的分娩予測技術の開発を目的として、予測指標となる和牛の分娩前24時間の行動反応の特定と赤外線深度センサーによるそれら行動反応の記録精度についての調査を試みた。供試牛として黒毛和種繁殖牛8頭を供試し、赤外線深度センサーカメラ(ASUS社製のXtion PRO LIVE。以下深度センサー)及び暗視カメラを使用し行動を記録した。調査項目は分娩房内での姿勢変化(立位・伏臥)、回転(分娩房内を旋回する行動)、尾挙げ、屈曲(頭部を腹部側に向ける行動)の4項目とし、暗視カメラではそれぞれの開始・終了時刻を、深度センサーでは録画時に対象行動の実施の有無を記録した。分娩前の姿勢変化頻度は、分娩6時間前付近から徐々に中央値の上昇がみられはじめ、3時間前には一度低下したが、2時間前に再び上昇し、8頭中6頭で1時間に5回以上姿勢が変化するようになった。一方、尾挙げ行動割合も、5時間前から増加し始め、3時間前には8頭中6頭で、1時間の尾上げ割合が50%を超え、2時間前には8頭中7頭で100%、1時間前にはすべての個体で100%となった。一方、回転、屈曲については、出現頻度が少なかったり、明確な特徴が見られなかった。指標行動とした姿勢変化、回転、屈曲行動は、いずれも赤外線深度センサーによる検知精度は非常に高かったが、尾挙げについては微妙な挙動の変化をとらえるためにはさらなる工夫が必要であると考えられた。分娩動画は暗視カメラでの記録ができていたため、分娩前行動の記録はできている。ただ赤外線深度センサーによるデータ取得が、日射により若干欠損したため、今年度対策を立て不足分を補充予定。今年度は、昨年までの結果から赤外線深度センサーによるデータ取得率の低かった繁殖牛の分娩前尾上げ行動を中心として、測定間隔、測定環境条件ならびに機種変更による調整がデータ取得率の向上に及ぼす影響についての調査を中心に実施した。測定間隔は記録データサイズを考慮し、1秒ならびに5秒間隔での行動判別の可否について確認した。その結果、指標行動とした姿勢変化、尾上げ、屈曲の3項目については5秒間隔で問題なく記録できることが判明した。一方で、分娩房内を旋回する回転行動は、5秒間隔では判別が難しく検知精度が落ちることが明らかとなった。また環境条件として、測定分娩房に日射を制御する隔壁を設置した場合と、設置しなかった場合で比較したところ、特にデータ取得率が低かった分娩3時間前の尾上げのデータ取得率が、隔壁なしでは50%程度だったものが、隔壁があることにより80%まで向上させることができることが明らかとなった。さらに、昨年まで使用していたASUS社製のXtion PROLIVEから、赤外線照射力の強いMicrosoft社製のKinectv2への機種変更により、このデータ取得率はさらに15%向上し、尾が牛体の影に隠れてカメラに映らないなど非撮影条件以外、すべての指標行動をほぼ100%記録できることが明らかとなった。一方で、各指標行動の変異要因についての調査では、子牛の性差および母牛の産次が、予測指標の一つである分娩前尾上げ行動の変異要因となっている可能性が明らかとなった。昨年度は測定条件や機種調整によりデータの取得率が向上したこともあり、分析データはそろいつつある。本研究では、赤外線深度センサーカメラ(IR depth sensor camera)という3次元情報の計測が可能なセンサーカメラを用いて、繁殖牛を対象とした簡易かつ高精度の分娩予測技術の研究を行った。昨年までの我々の研究から、本センサーカメラを使用して繁殖牛の分娩前に見られるいくつかの特徴的な行動(姿勢変化・尾挙上行動)を自動で検知できること、さらには、赤外線強度の強い機種を使用し、日光の入射量を制限する環境条件を整えることで、姿勢変化については人の肉眼による観察との一致率がほぼ100%、尾挙上行動についても80%とそれらのデータ取得精度を高めることができることが明らかとなった。最終年度は、出生子牛の体重、子牛の性別、母牛の産次数を予測変数として、予測指標行動の一つである尾挙上行動の生起時間との関係を解析した。その結果、母牛の産次(R=0.44, P<0.1)と子牛の性別(オス:153.75分,メス:120分, P=0.1)が尾挙上行動の生起時間との関連性が認められた。

さらに、複数年にわたる分娩データを得られた個体を対象に、同一個体内における分娩前行動の変異について解析した結果、姿勢変化(R=0.575, P<0.05)および尾挙上時間(R=0.576, P<0.05)には個体間で高い相関が認められたことから、同じ個体の場合、前回の分娩行動に関するパラメーターを追加することから分娩の予測精度の向上が図れるものと考えられた。本研究では、3次元情報を取り扱うことが可能な赤外線深度センサーカメラという機器を使用し、繁殖和牛を対象とした簡易かつ高精度の分娩予測技術の確立のための研究を試みた。調査では、分娩時間の予測指標となる姿勢変化、尾挙げ、屈曲、回転の4行動について、肉眼観察データと比較することで赤外線深度センサーカメラの行動検知精度を評価するとともに、それらの検知偏差に影響する環境条件について調査した。その結果、姿勢変化や屈曲、回転については非常に高い精度で検知できることが明らかとなったが、尾挙げに関しては、カメラの画角や撮影条件の影響を受け検知精度が下がることが明らかとなった。28年度は、指標行動となる分娩前の尾上げならびに姿勢変化について骨格認識プログラムの当てはめを実施するとともに、新たに動画データから分娩前24時間の活動量の計測を試みる。また、次年度の分娩予測モデル解析のため各指標行動のデータの集積を図る。本年度は指標行動の変異を考慮した予測モデルの作成が中心となる予定。動物行動学消耗品への支出が若干少なかったため、残額が生じているが、助成金はおおむね予定通り執行している。次年度使用額として若干残額が生じた理由は、予定していた出張等が校務により実施できなかったことによるものである。センサーデータの解析が中心となる年となるため、引き続き3次元データサンプリング機器の維持経費と動画解析に使用するプログラム経費を中心に使用する。またデータがたまってきているため記録メディア類への使用も考慮する。当該研究に関わる発表に際しての出張費として使用する予定
レーザ誘雷におけるレーザ照射の時間差によるリーダ誘導効果の向上に関する研究

レーザー誘雷研究では誘雷塔先端にレーザープラズマを生成し、レーザープラズマから上向きリーダを生成させて雷雲まで進展させることにより、雷雲の電荷を中和させることが目的である。このため、プラズマチャンネル長は重要なファクターである。長尺プラズマの生成には多光子吸収による弱電離プラズマ(荷電粒子密度n<10^<15>cm^<-3>)を用いることが考えられる。UVレーザの利点は(1)注入エネルギーが少なくてすむ、(2)生成プラズマ密度が空間的に一様であるため、リーダを沿わせ易い、などが挙げられる。当研究所は、弱電離プラズマに放電のトリガ効果の高い強電離プラズマ(荷電粒子密度n>>10^<15>cm^<-3>)を組み合わせたハイブリッド方式を用いて、扱電誘導特性の向上を目的とした実験を行った。実験はギャップ間隔14cmの棒一平板電極を用いた。棒電極の先端に絶縁物ターゲットを設置し、それをCO_2レーザ(出力エネルギー70J)で照射することにより、強電離プラズマチャンネルを生成した。弱電離プラズマは、KrFレーザ(出力エネルギー350mJ)を集光することにより生成させた。棒電極に負極性を印加した場合には、強電離プラズマによってリーダがトリガされ弱電離プラズマに沿ってガイドされて主放電に至った。放電誘導効果は、強電離・弱電離プラズマをそれぞれ単独で使用するよりも、併用した方が明らかに50%フラッシオーバー電圧(V50)の低下が見られた。さらに、KrFレーザの繰り返し周波数を増加させるとこの傾向は顕著になり、V50が大幅に低下しする事が判明した。レーザー誘雷研究では誘雷塔先端にレーザープラズマを生成し、レーザープラズマから上向きリーダを生成し、雷雲まで進展させ雷雲の電荷を中和させることが目的である。高出力の炭酸ガスレーザーを大気中に照射すると高周波加熱理論によって電離されプラズマチャンネルが生成され、放電が形成される。一方、雷放電におけるリーダの進展過程は、ステップドリーダと呼ばれる断続的な進展を繰り返して進展する。1ステップの時間間隔は約2050μsであり、これが数回繰り返して地上と雷雲を短絡する。しかし、レーザの誘導効果は100μsと短く、リーダがレーザプラズマ中を進展する間に先端プラズマチャンネルは誘導効果が消滅することになる。これを解決するための有効な手段として、レーザ照射に時間差を付けてレーザプラズマの生成を行うことが考えられる。本研究ではレーザ照射に時間差を付け、リーダの進展速度と同期してプラズマチャンネルの誘導効果が最も高くなるタイミングにレーザプラズマ生成を行うことによって、リーダの誘導効果が増加することを目的として実験を行った。実験は棒-平板電極で行った。100kVの直流高圧印加装置を用い、充電用コンデンサー容量は0.2μF、充電抵抗100MΩ、放電抵抗1.8kΩとした。棒電極には正電圧を印可し、平板電極は接地した。ギャップ長は160mmである。棒電極の先端に絶縁物を設置し、それを100J、50nsの炭酸ガスレーザーで照射することによって6cmのレーザープラズマを生成した。その後、50J、50nsのガスレーザーを絶縁物に照射することによって、炭酸ガスレーザーで生成したプラズマの先にさらに6cmのプラズマを生成した。炭酸ガスレーザーとガラスレーザーの照射タイミングを変化させ、その場合の50%フラッシオーバー電圧の変化を昇降法により求めた。炭酸ガスレーザーとガラスレーザーの照射時間を0μsとした場合の50%フラッシオーバー電圧は45kV、10μsの50%フラッシオーバー電圧は48kV、100μsは59kV、300μsは64kV、500μsは75kVとなった。時間差が100μsを越えるあたりから50%フラッシオーバー電圧が急激に上昇する。この結果は最初に炭酸ガスレーザーで生成されたプラズマ中の電子が急激に減少し、100μs程度で放電誘導効果が極端に低下したためと判断できる。来年度はストリークカメラを用いてストリーマ-の進展状態を把握し、最適な時間タイミングを検討する。またガラスレーザーを紫外光レーザーに変更することによって、弱電離での誘導効果を測定する。

弱電離プラズマは、KrFレーザ(出力エネルギー350mJ)を集光することにより生成させた。棒電極に負極性を印加した場合には、強電離プラズマによってリーダがトリガされ弱電離プラズマに沿ってガイドされて主放電に至った。放電誘導効果は、強電離・弱電離プラズマをそれぞれ単独で使用するよりも、併用した方が明らかに50%フラッシオーバー電圧(V50)の低下が見られた。さらに、KrFレーザの繰り返し周波数を増加させるとこの傾向は顕著になり、V50が大幅に低下しする事が判明した。
耳石に対する骨代謝の影響ー良性発作性頭位めまい症の新たな診断・分類法の開発

本研究は、主要なめまい疾患である良性発作性頭位めまい症(BPPV)発症への骨代謝異常の影響を明らかにすることで、BPPVと他のめまい疾患の鑑別方法の開発や、予防法の確立を目指すものである。BPPV患者と骨代謝障害の関連を明らかにするため、BPPV患者とめまいの既往がない対象群とで、骨折発生危険度を評価するアルゴリズムであるFRAX(http://www.shef.ac.uk/FRAX)を用いて骨折発生危険度を計算し比較することで、BPPV患者群では将来の骨折発生危険度が有意に高いことを明らかにした。FRAXはWHOが開発した骨折リスクのスクリーニングツールとして広く利用されるものである。BPPV患者は骨折高リスク群であるため、スクリーニングを積極的に行うことから骨粗鬆症に対する早期治療に繋げることができれば、将来の骨折発生、ADL低下の予防へ繋げられる可能性がある。本結果を耳鼻咽喉科学会中部地方連合会、日本めまい平衡医学会で発表した。またAuaris Nasus Larynxへ論文を発表した。外側半規管型BPPVには半規管結石症とクプラ結石症が存在し病態が異なるとされるが不明な点も多い。両者の病態の差が骨代謝障害の程度であると仮定の下、半規管結石症患者ではビタミンD濃度がクプラ結石症患者より有意に低値であることを明らかした。これは両者の病態差が骨代謝障害の程度の差であることを示唆する重要な知見であり、Frontiers in Neurologyに論文を発表した。2019年5月には国際耳科学会である32th Politzer Society Meetingで発表する予定である。当初の予定通り、良性発作性頭位めまい症と骨代謝障害との関連について新たな知見を得ることができた。当初早急に購入予定であったPC、検査キットなどの購入を見あわせたため次年度使用額が大きく発生した。次年度に購入する予定である。また耳石器機能検査に必要な機器の購入や、検査技術向上のための技師の受講費用などへも使用する予定である。