hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
伝統木造建築物の改修工事に適した3次元モデルの構築・活用に関する研究

木造伝統建築に使用されている不規則な部材形状を高精度にモデリングするため、レーザースキャナーで取得した点群データを用いて3次元モデリングを効率的に実施するソフトウェア機能の開発を実施した。また、点群データを用いて柱の傾斜分析を行う方法について、ケースタディを行いながらその手順や課題をまとめた。さらにケーススタディ事例の改修工事に携わる設計事務所や伝統構法技術者へのヒアリングを行い、点群データの利用効果や今後の可能性を整理した。平成21年度の研究実施計画として、木造伝統建築の部材形状をレーザー計測による点群データから効率的にモデリングする手法の確立を挙げていた。ケーススタディとなる東本願寺阿弥陀堂では湾曲部材が多いため、その形状モデリングを中心に検討を進めた。基本的なモデリングプロセスとしては、部材の点群データを材軸に垂直方向に一定間隔で輪切りにして取り出し、輪切りにされた部材の点群データから断面線(ポリライン)を作成し、そのポリラインをロフト機能で立体化するというプロセスを想定した。まず、部材の点群データを輪切りにする作業はこれまで一箇所づつ実施していたが、作業が煩雑であったため、これを自動化する機能開発を外部企業へ委託開発した。輪切りの間隔や点群の厚みも任意に設定でき、輪切りにすると同時に自動的にポリラインの近似断面線を自動生成する機能が開発できた。この開発機能は概ね良好であり、作業効率を格段に向上させることが可能となった。しかし、近似断面線の自動生成機能は同企業による既開発ものもであり、あまり精度が高くない。したがって、部材の断面形状パターンを類型化し、自動生成機能を各々のパターンに分岐させて生成させる事を検討した。しかし、部材の断面形状は様々で類型化が困難であり、開発者と議論を進める中で、(手作業で断面形状を修正するなど)運用面での対処の方が望ましいであろうとの結論となった。よって、阿弥陀堂の一部の部材を対象としてモデリングを試行し、作業スピードやモデリングデータの精度検証を実施した。一方、阿弥陀堂の改修工事に関わっている設計事務所に対し、点群データの活用に関して説明を実施した。無償のビューアとともにこれまでに得た阿弥陀堂の点群データを提供し、一定期間使用してもらうこととした。効用性や可能性に関する意見を収集する予定であったが、これについてはまだ実施できてない。21年度には、既に開発を始めていた点群データ(レーザー計測データ)からの不規則な部材形状の3次元モデリング機能について、外部委託会社との調整のもと、機能の修正やマクロ機能の追加開発を行い、当初の想定形の6割程度の完成度で開発が完了した。具体的には、部材断面形状の近似断面線抽出機能の精度向上は技術的困難さから保留し、モデリングマクロ機能の開発を実施し、モデリングプロセスを効率化した。一方、点群データから2次元図面化への有効性についても確認するため、点群データを下敷きとした破損図の描き方を整理した。それらのモデリング機能や図面作成手法をケーススタディである東本願阿弥陀堂の主要構造体に適用し、その結果について検証した。22年度には、まず上記のモデリングの有効性を確認するため、汎用CAD用の点群処理ソフトウェアも導入し、上記のモデリング作業プロセスとの比較検討を行い、双方の利欠点を整理した。また、これらのモデリング機能を用い、東本願阿弥陀堂の主要な構造体をモデリングし、耐震設計を請け負っている設計会社ととの情報交換の中で、点群データや3次元モデリングの活用可能性についてヒアリングを行い、今後の点群データの活用性について一定の指針を得た。また、当初予定していた建物の傾斜や不陸の状態を可視化する機能については調査・検討の結果、自動化は現時点のソフトウェア機能や単純なカスタマイズでは困難であり、一方で、市販の点群処理ソフト機能を援用して作業遂行可能であることから、その作業プロセスや留意点について整理した。また、予定にはなかったが、点群データとそれを基にモデリングした3次元モデルの誤差を確認する方法も実施・検証した。これにより、3次元モデルの信頼性について担保する手掛かりを得た。
在宅呼吸不全患者に対する身体活動量を高めるための新戦略

本研究では、在宅慢性閉塞性肺疾患患者(COPD)の身体活動量を高めるための新しい戦略を提示することを目的とし、15名のCOPD患者を対象に、在宅での身体活動量と呼吸リハビリテーションの効果について検討した。6週間の外来呼吸リハビリテーションを実施した結果、在宅での身体活動量が高い群は低い群に比べ、下肢筋力や6分間歩行距離などの身体機能および健康関連QOL(CAT)が有意に向上した。したがって、在宅での身体活動量は呼吸リハビリテーションの効果に影響することが明らかとなり、これらを考慮した呼吸リハビリテーションプログラムの立案および実施が必要であると考えられた。平成26年度は、在宅呼吸不全患者に対する電気刺激による筋力トレーニングの有効性を検証し、さらにトレーニング効果を出すために必要な最低頻度(最低週に何回の電気刺激が必要か)に関する基礎研究を健常成人を対象に実施した。また筋力低下が著しい対麻痺患者に対し、電気刺激を実施することで筋萎縮が抑制出来るかどうかの検討も実施した。健常成人男女21名を週に1回電気刺激を実施する群(週1群)、週3回電気刺激を実施する群(週3群)、週5回電気刺激を実施する群(週5群)にそれぞれ無作為に3群(7名ずつ)に分け、ベースラインとして膝伸展筋力、大腿四頭筋筋厚、下腿三頭筋筋厚、心肺運動負荷試験による最高仕事量、最高酸素摂取量などを測定し、電気刺激を6週間実施後に同様の測定をして筋電気刺激によるトレーニング前後で比較検討した。その結果、週5群が筋力トレーニングとしては最も有効であるが、週3群にもトレーニング効果が認められ、週1群は有意なトレーニング効果が認められなかった。以上より、筋電気刺激による筋力トレーニングの効果を得るためには、最低でも週3回実施することが必要であることが明らかとなった。また、悪性リンパ腫による対麻痺患者に対し、化学療法中の筋萎縮を予防する目的で筋電気刺激を週6回、3週間実施した。その結果、化学療法中においても特に有害事象はなく、筋電気刺激が可能であり、また筋萎縮の予防効果が認められた。平成27年度は、前年度に確認した筋電気刺激による頻度別の効果を基に、実際に入院または外来通院中の慢性呼吸不全患者(主に慢性閉塞性肺疾患患者)数名に対して実施し、その効果を確認するパイロットスタディを行った。入院中および外来にて呼吸リハビリテーションを実施している3名の慢性閉塞性肺疾患患者に対し、通常の呼吸リハビリテーションプログラム(コンディショニング、胸郭可動域練習、下肢筋力トレーニング、持久力トレーニング)に加え、筋電気刺激を腰部から大腿部、下腿部周囲にかけて20分間実施し、6週間のプログラム前後において呼吸困難の程度(MRC息切れスケール)、等尺性膝伸展筋力、6分間歩行距離、大腿四頭筋筋厚(大腿直筋、中間広筋)を比較検討した。さらにプログラム期間中における1週間の身体活動量を活動量計を日中装着してもらい、前半および後半において比較した。その結果、筋電気刺激を加えた6週間の呼吸リハビリテーションプログラムによって呼吸困難感は大きな改善は認められなかったものの、等尺性膝伸展筋力、6分間歩行距離、大腿四頭筋筋厚は有意な増加が認められた。また身体活動量についても、プログラム前後において増加が認められた。さらに身体機能の改善が大きい症例は、日常生活における身体活動量が高いことも明らかとなった。以上のことから、筋電気刺激を加えた呼吸リハビリテーションプログラムは在宅での身体活動量を増加させる可能性が示唆され、これによって身体機能の改善が得られるものと考えられた。平成27年度は、入院または外来にてリハビリテーションを実施している慢性呼吸不全患者を対象とし、在宅で実施するための基礎データの収集を目的としていた。これについては、症例数は若干少なかったものの、筋電気刺激を含めた呼吸リハビリテーションの効果と身体活動量に及ぼす影響について確認できたため、おおむね順調であると考えられる。平成28年度は本研究課題の最終年度であり、前年度の研究で明らかとなった研究結果を基に、実際の臨床応用としてCOPD患者を対象とした介入研究を実施した。平成28年度における研究の目的は、在宅呼吸不全患者の日常における身体活動量が呼吸リハビリテーションの効果に影響するかを明らかにすることである。対象はCOPDと診断された安定期の患者で、全て外来にて呼吸リハビリテーションに参加した15名とした(最終的な解析対象は11名であった)。対象者に対し、週1回60分程度の外来リハビリテーションを6週間実施し、その前後における効果を在宅における身体活動量によって2群に分け比較検討した。実施した呼吸リハビリテーションは、コンディショニング、下肢筋力トレーニング、持久力トレーニングなどを含んだ約60分間のプログラムであり、同時に日常生活における身体活動量の重要性を教育した。6週間の介入の結果、対象者の1日の平均歩数は4919歩であり、中央値である3880歩よりも多い群を高活動群、少ない群を低活動群に分類し、呼吸リハビリテーション前後の膝伸展筋力、6分間歩行距離、CATスコア、呼吸困難、ADL能力を比較した。その結果、膝伸展筋力、6分間歩行距離、CATスコアは高活動群のみ有意に改善した。以上の事から、外来での低頻度による呼吸リハビリテーションの効果は、在宅における身体活動量に影響されることが明らかとなった。

6週間の外来呼吸リハビリテーションを実施した結果、在宅での身体活動量が高い群は低い群に比べ、下肢筋力や6分間歩行距離などの身体機能および健康関連QOL(CAT)が有意に向上した。したがって、在宅での身体活動量は呼吸リハビリテーションの効果に影響することが明らかとなり、これらを考慮した呼吸リハビリテーションプログラムの立案および実施が必要であると考えられた。平成26年度では、在宅呼吸不全患者が筋電気刺激を実施する際、最低で週何回実施したらよいかという、刺激頻度についての基礎研究を実施することが目標であった。これについては、健常成人を対象とした研究において、週3回実施することで、筋力や筋厚の改善効果が認められることが明らかとなり、この結果は今後の研究の基準となる。このように、平成26年度の研究計画については、おおむね順調であると思われる。平成28年度は本研究課題の最終年度となるため、さらに対象とする慢性呼吸不全患者数を増やし、実際のプログラムの効果を明確にすることで、筋電気刺激を用いた在宅呼吸リハビリテーションプログラムの確立を目指す予定である。リハビリテーション医学平成26年度に実施してきた研究は、健常成人を対象とした基礎研究と、対麻痺患者を対象とした、症例研究であった。したがって平成27年度は対象を入院または外来にてリハビリテーションを実施している慢性呼吸不全患者とし、在宅で実施するための基礎データを収集することを目的としている。当初購入を予定していた物品の費用が安く購入できたことや、人件費・謝金が生じなかったため、それらの残金を次年度に使用することとした。そのため未使用額が生じた。平成26年度は、健常成人を対象とした基礎研究を実施したため、購入を予定していたポータブルの筋電気刺激装置(消耗品)の数を当初予定の半数の購入にとどめ、次年度に回すこととした。また当初予定していた研究補助員に対する人件費も必要なかったため、次年度に使用することとしたため、未使用額が生じた。平成28年度は研究補助員を雇用し、データ入力等を実施してもらう予定である。また研究に必要な電極ベルトなどの購入や論文校正費などにも支出予定である。これらの費用に充当する予定である。平成27年度は、平成26年度に購入しなかったポータブル電気刺激装置(消耗品)を購入し、研究計画を遂行する予定である。また平成27年度は研究補助員を雇用し、データ入力等を実施してもらう計画である。
P80によるHodgkin細胞のALCL細胞への形質転換の分子機構の解析

我々はこれまでの研究でCD30過剰発現と恒常的NF-κBというHodgkin and Reed-Sternberg(H-RS)細胞の特徴が過剰発現によるCD30の自己活性化による恒常的NF-κB誘導というループを介してHodgkinリンパ腫の病態に本質的に関わっていることを明らかにした。H-RS細胞とAnaplastic large cell lymphoma(ALCL)細胞はCD30を過剰発現するにもかかわらず、恒常的NF-κB誘導はH-RS細胞では認めるがALCL細胞では欠如している。この原因を明らかにすることは同じCD30過剰発現を有するリンパ腫であるにもかかわらず異なる形質を示し、かつ境界例も存在するふたつの疾患群の分子基盤を明らかにする切り口となると考えられた。本研究ではT細胞系のH-RS細胞株にP80NPM-ALKを導入すると恒常的NF-κB誘導が消失しかつALCLの特徴を備えた細胞形質へと変化することが示された。すなわち、CD30-NF-κBシグナルのP80NPM-ALKによる阻害がH-RS細胞とALCL細胞を分ける重要な分子基盤であると考えられた。CD30はTRAFを介してNF-κBの恒常的活性化を誘導するが、P80NPM-ALKの存在下でCD30-TRAF-NF-κB経路を阻害することが明らかとなった。T細胞系のH-RS細胞株や皮膚ALCL細胞株にP80NPM-ALKを導入すると、恒常的NF-κB誘導が消失し、かつALCLの特徴を備えた細胞形質へと変化することが示された。具体的にはALCL特徴的形態、EMA、ClusterinといったALCLに特徴的マーカーの誘導である。B細胞系H-RS細胞株では、恒常的NF-κB誘導は抑制されたが、ALCLに特徴的マーカーの誘導は認められなかった。この実験結果は、P80NPM-ALK陽性ALCLが一般にT細胞性リンパ腫であるという事実を良く反映した結果である。すなわち、P80NPM-ALKはT細胞系のCD30過剰発現疾患群において一つの重要な分子基盤を与える分子であると考えられた。さらにCD30プロモーターの解析で、JunBがその発現誘導に重要であることを示した。さらにT細胞系のH-RS細胞株や皮膚ALCL細胞株、P80NPM-ALKを有するALCL細胞においてJunBによるCD30誘導がCD30過剰発現の共通の分子基盤であることが明らかになった。H-RS細胞とAnaplastic large cell lymphoma(ALCL)細胞はCD30を過剰発現するのもかかわらず、恒常的NF-kB誘導はH-RS細胞では認めるがALCL細胞では欠如している。この原因を明らかにすることは同じCD30過剰発現を有するリンパ腫であるにもかかわらず異なる形質を示し、かつ境界例も存在する二つの疾患群の分子基盤を明らかにする切り口となると考えられた。本研究ではT細胞系のH-RS細胞株にP80NPM-ALKを導入すると恒常的NF-kB誘導が消失しかつALCLの特徴を備えた細胞形質へと変化することが示された。すなわち、CD-30-NF-kBシグナルのP80NPM-ALKによる阻害がH-RS細胞とALCL細胞を分ける重要な分子基盤であると考えられた。本年度はその分子機構を詳細に検討した。

CD30はTRAFを介してNF-kBの恒常的活性化を誘導するが、P80NPM-ALKの存在下での以下のような機構でCD-TRAFを-NF-kB経路を阻害することが明らかとなった。(1)P80NPM-ALKはALK領域でTRAFと結合すること、(2)NPM領域はNPM-ALKの多量体化に関与すること、(3)NPMおよびTRAFと結合したNPM-ALKはNPMによるシャペロン構造を形成すること、(4)このシャペロン構造にトラップされたTRAFはCD30への動員活性化が阻止されること。H-RS細胞とAnaplastic large cell lymphom(ALCL)細胞はCD30を過剰発現するにもかかわらず、恒常的NF-kB誘導はH-RS細胞では認めるがALCL細胞では欠如している。この原因を明らかにすることは同じCD30過剰発現を有するリンパ腫であるにもかかわらず異なる形質を示し、かつ境界例も存在するふたつの疾患群の分子基盤を明らかにする切り口となると考えられた。前年度はP80NPM-ALKによるCD30-TRAF-NF-KB経路の阻害の分子機構を明らかにした。本年度の研究ではT細胞系のH-RS細胞株や皮膚ALCL細胞株にP80NPM-ALKを導入すると恒常的NF-κB誘導が消失し、かつALCLの特徴を備えた細胞形質へと変化することが示された。具体的にはALCL特徴的形態、EMA、ClusterinといったALCLに特徴的マーカーの誘導である。B細胞系HRS細胞株では、恒常的NF-κB誘導は抑制されたが、ALCLに特徴的マーカーの誘導は認められなかった。この実験結果はP80NPM-ALK陽性ALCLが一般にT細胞性リンパ腫であるという事実を良く反映した結果である。すなわち、P80NPM-ALKはT細胞系のCD30過剰発現疾患群において一つの重要な分子基盤を与える分子であると考えられた。さらにCD30プロモーターの解析で、JunBがその発現誘導に重要であることを示した。さらにT細胞系のH-RS細胞株や皮膚ALCL細胞株、P80NPM-ALKを有するALCL細胞においてJunBによるCD30誘導がCD30過剰発現の共通の分子基盤であることが明らかになった。
アルコールと内因性急死に関する法医学的研究(血管の反応性を中心にして)

血管内皮細胞は種々アゴニストに反応し、内皮由来の弛緩因子(EDRF、現在NOと考えられている)を産生放出する一方、平滑筋細胞を過分極させる弛緩因子(EDHF)も産生放出されることが知られている。EDRFは平滑筋細胞のグアニレートサイクラーゼを介してサイクリックGMPを増加させ弛緩させるが、EtOHはこのEDRFを介した反応を抑制することが知られている。しかし、EDHFはいまだ同定されておらず、またEDHFを介した弛緩反応に対するEtOHの効果に関しては研究されていない。そこで、我々はラット上腸間膜動脈を用い検討を行った。上腸間膜動脈はアセチルコリン(以下Ach)に対して内皮存在下で弛緩反応を示し、この弛緩反応はNO合成阻害剤のN^G-nitro-arginine(L-NNA)により抑制されたが完全に抑制されなかった。このL-NNA抵抗性弛緩反応は20mMKClおよびテトラエチルアンモニウムにより完全に抑制されたが、4-APおよびglibenclamideでは抑制されなかった。従って、L-NNA抵抗性弛緩反応はEDHFを介した反応であり、Ca流入により活性化されるタイプのK channelを介しているものと考えられる。また、EtOHはこのAchによるL-NNA抵抗性の弛緩反応を抑制することが見いだされ、一方、ソデゥラムニトロプルシッドによる弛緩反応に対しては影響はなかった。これらの結果からEtOHはEDRFだけでなくEDHFを介して反応をも抑制し、その抑制機序は少なくとも平滑筋細胞に対する非特異的な抑制作用でないことが明らかにされた。おそらく内皮細胞レベルでのEDHFの産生放出作用の抑制によるものと考えられるが今後の検討課題である。血管内皮細胞は種々アゴニストに反応し、内皮由来の弛緩因子(EDRF;現在NOと考えられている)を産生放出し平滑筋細胞のグアニレートサイクラーゼを介してサイクリックGMPを増加させ血管を弛緩させる。エタノール(以下EtOH)はこの内皮依存性の弛緩反応を抑制し、その抑制機序は内皮細胞レベルでのNOの産生・放出抑制作用にあることを明らかにしてきた。一方、最近内皮細胞からNO以外に内皮過分極因子(以下EDHF)も同時に放出され、内皮依存性弛緩反応に関与していることが報告されている。従ってEtOHの内皮依存性弛緩反応の抑制効果はNOだけでなくEDHFを介した反応も抑制している可能性がある。そこで平成八年度に行った研究目的としてラット上腸間膜動脈を用い、EDHFを介した弛緩反応に対するEtOHの効果を検討した。EDHFを介して内皮依存性弛緩反応はNO合成阻害剤のN^G-nitro-L-arginine (L-NNA)に抑制されず、このL-NNA抵抗性弛緩反応は20mMKClにより抑制されることが知られている。我々はそこでこのL-NNA抵抗性弛緩反応に対する、すなわちEDHFを介した弛緩反応に対するEtOHの効果を検討した結果、EtOHは明らかにEDHFを介した弛緩反応を抑制する新たな知見を得た。すなわちEtOHはアゴニスト作用時のNOとEDHFを介したいずれの経路をも介する内皮依存性弛緩反応を抑制することを明らかにした。今後、EDHFを介した反応のいずれの経路でEtOHが抑制しているのかを明らかにしていく計画である。血管内皮細胞は種々のアゴニストに反応し内皮細胞から生理活性物質を産生放出して弛緩反応を引き起こすことが知られている。

現在この生理活性物質として一酸化窒素(NO)と未だ同定されていない物質であるが平滑筋を過分極させる因子(EDHF)の2つが知られている。平成8年度においてエタノール(EtOH)はEDHFを介した弛緩反応を抑制することを明らかにしたが、9年度においてはその抑制機序を明らかにすべくラット上腸間膜動脈を用いて検討を行った。EDHFは内皮細胞で合成・放出され平滑筋細胞のカリウムチャンネル(Kch)を活性化させ過分極を引き起こして弛緩反応を生じさせる。数種類のタイプの異なったKchが知られており血管により異なったKchが関与しているものと思われる。そこで上腸間膜動脈において、EDHFがどのKchを介して弛緩反応を呈しているかを検討したところCa^<++>流入によって活性化されるタイプのKch(Ca-activated Kch)を介していることが予想された。従ってこのCa-activated Kchを刺激するアゴニストを用いて検討すれば、EtOHの抑制機序が内皮細胞のレベルかあるいは平滑筋レベルで弛緩反応を抑制しているのかが明らかになる。残念ながらCa-activated Kchアゴニストは入手できず、かわりにNOと同様に平滑筋細胞のグアニレートサイクレースを刺激するソデュウムニトロブルシッドを用い、この弛緩反応に対するEtOHの影響を検討したが抑制作用は認められなかった。従ってEtOHは少なくとも平滑筋細胞に対して非特異的作用によりEDHFを介した弛緩反応を抑制していないと判断される。以上総合的に判断して、EtOHのEDHFを介した反応の抑制機序は内皮細胞レベルか平滑筋レベルか明確には出来なかったものの少なくとも非特異的作用ではなく、またNOを介したEtOH抑制機序に関する報告から見ておそらく内皮細胞でのEDHFの合成・放出の抑制作用にあるものと思われるが、この点に関しては今後の検討課題となろう。
皮膚におけるプロスタグランジンE受容体の生理機能の解明と医薬応用

本研究では、正常皮膚組織を構成する複数の細胞種におけるPGE_2受容体サブタイプの同定、およびその生理機能との関わりを明らかにすることを目的として、研究実施計画に基づき解析を行い、下記の知見を得た。1)マウス皮膚組織におけるPGE_2受容体サブタイプ(EP)、シクロオキシゲナーゼ(COX)の発現解析出生期、3週令の毛包成長期においてEP3、EP4受容体、COX-1の発現がin situ hybridizationにより確認され、EP1、EP2の発現はいずれの時期においても確認されなかった。9週令の毛包休止期ではCOX-1のみの発現が確認された。EP3の発現部位は毛乳頭を含む毛包周囲の繊維芽細胞であり、EP4は毛根部の外毛根鞘であった。COX-1の発現は表皮角化細胞で主として有棘層に認められた。COX-2は脱毛処理により起こる毛周期の成長期にのみ、毛包の一部に観察された。2)毛周期におけるEP3、EP4サブタイプの発現量の変動EP4サブタイプの発現は、毛周期において休止期から成長期への移行にともない顕著に増大し、時期休止期において減少した。EP3にも同様の周期性が観察されるが、EP4に比べて発現量は低いものであった。3)受容体欠損マウスを用いた解析EP4欠損マウスにおいて、脱毛処理後の毛の伸長に野生型と比較して有意な遅延が観察された。EP3欠損マウスにおいては野生型と同様の伸長が見られた。以上の結果より、毛の成長制御機構においてEP4受容体を介してPGE_2が促進的な役割を有していることが推測される。
空間データ集計による位置情報の劣化と空間分析への影響

国や自治体が空間データを公開する際には個人の住所収入職業などといった情報を,町丁目,市区町村などの様々な空間単位で集計することで個人のプライバシーを保護している.一方データ利用者としての研究者から見ると,データは詳細であればあるほど有用であり,個人の詳細な情報を利用することが望ましい.しかしながらでは本当に常に個票データが必要なのか町丁目のような空間単位で集計されたデータでは何が分からないのかといった問いに対しては実は明確な答えは存在しない.データを集計することでどのような情報が欠落し,研究成果がどの程度不十分になるのか,ということは決して明らかではない.そこで本研究ではこのようなデータ流通の現状に一石を投ずるために空間データに求められる詳細さについて,空間分析の立場から検討を行っている.即ち空間分析の立場から考えた場合どの程度まで詳細な空間データが必要なのかを分析結果の信頼性という観点からの実証的研究を進めている.特にここでは空間データの独自性を鑑み位置情報の詳細さに焦点を当てる.つまり個人を空間上で特定するために用いられる位置情報についてデータを集計することによって位置情報の誤差がどの程度現れるのかそのデータを空間分析に利用すると分析結果にどのような影響がもたらされるのかさらには正しい分析を行うにはどの程度の詳細さが求められるのかを検討する.具体的には,バッファリング,ボロノイダイアグラムなどの空間操作において,空間集計の有無による結果の変動を統計的・実証的双方の視点から定量的評価を行っている.国や自治体が空間データを公開する際には,個人の住所,収入,職業などといった情報を,町丁目,市区町村などの様々な空間単位で集計することで,個人のプライバシーを保護している.一方データ利用者としての研究者から見ると,データは詳細であればあるほど有用で有り,個人の詳細な情報を利用することが望ましい.しかしながら,では本当に常に小兵データが必要なのか,まち鳥目のような空間単位で集計されたデータでは何が分からないのか,といったトイに対しては,実は明確な答えは存在しない.データを集計することでどのような情報が欠落し,研究成果がどの程度不十分になるのか,ということは決して明らかではない.そこで本研究では,この様なデータ流通の現状に一石を投ずるために,空間データに求められる詳細さについて,空間分析の立場から検討を行っている.即ち,空間分析の立場から考えた場合,どの程度まで詳細な空間データが必要なのかを,分析結果の信頼性という観点からの実証的研究を進めている.特にここでは,空間データの独自性を鑑み,一情報の詳細さに焦点を当てる.つまり,個人を空間上で特定するために用いられる一情報について,データを集計することによって一情報の誤差がどの程度現れるのか,そのデータを空間分析に利用すると,分析結果にどのような影響がもたらされるのか,さらには,正しい分析を行うにはどの程度の詳細さが求められるのかを検討する.具体的には,バッファリング,ボロノイダイアグラムなどの空間操作において,空間集計の有無による結果の変動を統計的・実証的双方の視点から定量的評価を行っている.国や自治体が空間データを公開する際には個人の住所収入職業などといった情報を,町丁目,市区町村などの様々な空間単位で集計することで個人のプライバシーを保護している.一方データ利用者としての研究者から見ると,データは詳細であればあるほど有用であり,個人の詳細な情報を利用することが望ましい.しかしながらでは本当に常に個票データが必要なのか町丁目のような空間単位で集計されたデータでは何が分からないのかといった問いに対しては実は明確な答えは存在しない.データを集計することでどのような情報が欠落し,研究成果がどの程度不十分になるのか,ということは決して明らかではない.そこで本研究ではこのようなデータ流通の現状に一石を投ずるために空間データに求められる詳細さについて,空間分析の立場から検討を行っている.即ち空間分析の立場から考えた場合どの程度まで詳細な空間データが必要なのかを分析結果の信頼性という観点からの実証的研究を進めている.特にここでは空間データの独自性を鑑み位置情報の詳細さに焦点を当てる.つまり個人を空間上で特定するために用いられる位置情報についてデータを集計することによって位置情報の誤差がどの程度現れるのかそのデータを空間分析に利用すると分析結果にどのような影響がもたらされるのかさらには正しい分析を行うにはどの程度の詳細さが求められるのかを検討する.具体的には,バッファリング,ボロノイダイアグラムなどの空間操作において,空間集計の有無による結果の変動を統計的・実証的双方の視点から定量的評価を行っている.
認知症高齢がん患者がもつ「痛みを伝える力」の解明－潜在能力を活かした疼痛ケア

認知症高齢がん患者の疼痛マネジメントに携わっている看護師に対し参与観察とインタビューを実施し、得られたデータから作業的概念を抽出した。その後、その概念に基づいて、疼痛マネジメントを実施する際の基本姿勢4つを定義した。さらに、認知症高齢がん患者の疼痛マネジメントのプロセスにおいて、治療可能なせん妄のアセスメントを追加した。研究計画当初は、せん妄とうつ病を除外する予定であったが、せん妄の除外が困難であり、参加観察中にせん妄となるケースも見られたため、認知症のある高齢がん患者のせん妄を排除しきることが不可能であると判断した。そして、看護師が疼痛マネジメントを実践し、疼痛の有無や程度を判断していく際に、都度せん妄であるのかどうかをスクリーニングする形式を採用した。その上で、疼痛の有無、程度を推測するための観察シートを作成した。既存の観察シートでは、疼痛の有無に限定しているもの、疼痛の強さを三段階で示すものなど観察シートも限界があったため、本研究では認知症をはじめとしたコミュニケーション障害のある方に使用されており、尺度の妥当性が検証されているDoloplus2とAlgoplus、さらに、Doloplus2の日本語版として紹介されているコミュニケーション障害を持つ高齢者の痛み行動観察尺度を参考に作成した。観察シートのみでは、認知症高齢がん患者の疼痛マネジメントにおける迷いや判断のサポートにつながりにくいことが、事前インタビューより示唆されたため、がん疼痛マネジメントにおいて痛みをアセスメントする際の妥当的判断を補助する方法を追加し、それらを疼痛緩和看護実践モデルとして作成した。現在、このモデルの妥当性を検証するための尺度開発を行っている。このモデルの有効性、妥当性が明らかになることで、認知症高齢がん患者が持つ「痛みを伝える力」を活かした疼痛緩和モデルが開発できると考える。自身の所属が変更となり、計画当初参加観察に協力していただくために選定していた施設への協力依頼が困難となったため。現在、参加観察に協力していただく施設の再選定を行っている状況である。参加観察に協力していただける施設の再選定を続けるが、残り6か月程度で見込みがなければ、病院施設だけでなく、介護保険福祉施設や在宅療養者など、選定先を広げていく必要がある。【目的】身体の自己報告が困難とされている認知症を伴う高齢がん患者が適切な疼痛緩和治療を受けるために必要とする疼痛表現能力を特定し、疼痛緩和につなげるための実践的アプローチを検証することを目的とし、今年度は先行研究から高齢がん患者の【痛みを伝える力】を特定し、作業的概念を抽出することを目的とした。【方法】20122017年までの高齢がん患者の疼痛緩和に関する文献を2つのデータベース(医学中央雑誌、CINAHL)と5つの学術雑誌(日本がん看護学会誌、老年看護学開始、Cancer、Palliative Medicine、Journal of pain and symptom management)から検索し、その中から患者の能力について記載されている文献を選択し精読した。さらに、病棟に勤務する看護師と入院している高齢がん患者がやりとりをする場面の参与観察、認知機能低下を伴う高齢がん患者のがん疼痛緩和に携わる訪問看護師からのヒアリングを実施した。【結果】文献検索において海外5件、国内12件の文献が抽出された。文献から、患者の記憶力、意思決定能力などについて記載されている箇所が少なく概念抽出に耐えうる文献の選択が困難であった。さらに認知症についてもアルツハイマーや脳血管型といった認知症の種類によっても能力に大きな違いがあり、意思決定能力や記憶力にも個人差が多くみられ、痛みを伝える力の特定の方法にも課題が残された。そこで参与観察とヒアリングから得られた看護師と患者のやり取りの時間、方法、内容についてデータ収集を行った。次年度は、得られたデータを分析して、作業的概念を抽出する予定である。高齢がん患者の記憶力や意思決定能力を推測できるだけの情報が記述されている文献が少なく、能力を査定することが困難であった。さらには、認知症の種類だけでなく、コミュニケーション能力そのものも個人差が大きく、痛みを伝える力の概念抽出が予定以上に難航したため。

観察シートのみでは、認知症高齢がん患者の疼痛マネジメントにおける迷いや判断のサポートにつながりにくいことが、事前インタビューより示唆されたため、がん疼痛マネジメントにおいて痛みをアセスメントする際の妥当的判断を補助する方法を追加し、それらを疼痛緩和看護実践モデルとして作成した。現在、このモデルの妥当性を検証するための尺度開発を行っている。このモデルの有効性、妥当性が明らかになることで、認知症高齢がん患者が持つ「痛みを伝える力」を活かした疼痛緩和モデルが開発できると考える。自身の所属が変更となり、計画当初参加観察に協力していただくために選定していた施設への協力依頼が困難となったため。現在、参加観察に協力していただく施設の再選定を行っている状況である。次年度は、参与観察とヒアリングから得られた看護師と患者のやり取りの時間、方法、内容について分析し、作業的概念を抽出する予定である。参加観察に協力していただける施設の再選定を続けるが、残り6か月程度で見込みがなければ、病院施設だけでなく、介護保険福祉施設や在宅療養者など、選定先を広げていく必要がある。痛みを伝える力の作業概念の抽出が予定以上に時間がかかっており、参与観察とヒアリングの日程が追加となった。そこで得られたデータ分析に向けて使用する予定である。参加観察を依頼する予定であった施設を再選定することとなったため。よって、次年度は、再選定した施設協力者への謝礼や交通費、さらに質的分析ソフトのなどNVIVO等の購入、学会参加、論文作成に使用を予定している。
計算創薬のための蛋白質複合系の精密構造・相互作用解析手法の開発

本研究課題では、主としてフラグメント分子軌道(FMO)法に基づくタンパク質ーリガンド分子複合系の大規模電子状態計算を行い、構造ベース・インシリコ創薬の基盤技術を構築することを目標とした。産官学が連携した「FMO創薬コンソーシアム」の活動の中で、スーパーコンピュータ「京」を用いて発ガンに関わるキナーゼp38とその約90種類のリガンド分子との相互作用解析を行い、結果をデータベース化した。また、分子動力学シミュレーションにより、やはり発ガンに関係したRasタンパク質の状態遷移についても検討し、阻害剤設計に関わる2つのスイッチの開閉機構を論じた。本研究課題では、フラグメント分子軌道(Fragment Molecular Orbital; FMO)法に基づくタンパク質ーリガンド分子系の電子状態計算を行い、構造ベース・インシリコ創薬の基盤技術を構築することを大きな目標としている。平成26年度は主に、FMO相互作用エネルギー(Inter-Fragment Interaction Energy; IFIE)解析に基づく薬剤候補分子のクラスタリングならびにスクリーニング技術の開発を行った。理化学研究所のSCLS計算機システムならびに神戸大学統合研究拠点のπ-Computerシステム(ともに富士通FX10)を用い、エストロゲン受容体などの核内受容体タンパク質とそれに対する多数のリガンド分子の結合構造を準備し、電子相関をMP2レベルで取り入れたFMO全電子計算を行って、リガンド分子とアミノ酸残基の間のIFIEからクラスター解析を実行した。FMO計算に基づくクラスター分析手法としては従来、VISCANA(VISualized Cluster ANAlysis of protein-ligand interaction based on the ab initio fragment molecular orbital method forvirtual ligandscreening)が知られているが、今回はそれに加え、SOM(Self-Organizing Map)やMDS(Multi-Dimensional Scaling)などの高次元クラスタリング手法も適用した。その結果、開発した手法が、例えばエストロゲン受容体に対して強い結合性を示す化合物群の同定とともに、そのリード化合物の発見や、アゴニストとアンタゴニストの分類、リード最適化などにも有効であることがわかった。本研究課題では、主としてフラグメント分子軌道(Fragment Molecular Orbital; FMO)法に基づくタンパク質ーリガンド分子複合系の大規模電子状態計算を行い、構造ベース・インシリコ創薬(ドラッグデザイン)の基盤技術を構築することを大きな目標としている。平成27年度は、一昨年立ち上げた「FMO創薬コンソーシアム」を軸として、産官学(製薬企業10社以上)の連携で、スーパーコンピュータ「京」などを用いて、様々なターゲットタンパク質に対するFMO相互作用解析を行い、実際に構造ベースのインシリコ創薬を遂行する上での技術ノウハウの蓄積を進めた。具体的な系としては特に、発ガンに関わるキナーゼp38とその約90種類のリガンド分子との相互作用解析を実行し、実験で得られている活性値との比較を行うとともに、既に開発済みの、また新規に開発した(SOM、MDS、SVDなど)クラスタリング手法の有効性を検証した。さらに、その周辺の技術開発として、1)リガンドドッキングのスコア関数の最適化手法の開発、2)タンパク質周辺の水による溶媒効果の検討、3)エントロピー効果の記述法の開発、なども行った。ターゲット系としては、キナーゼ以外にも、エストロゲン受容体(ER)、血管内皮リパーゼ(EL)、Rasタンパク質などの解析も行っており、細胞中での様々な構造を得るために、Protein Data Bank構造から出発した分子動力学(Molecular Dynamics; MD)計算も進めている。上記「研究実績の概要」で述べた「FMO創薬コンソーシアム」における産官学共同プロジェクトに関しては、平成27年度「京」を含むHPCIシステム利用に関する研究課題「HPCIを活用したFMO創薬プラットフォームの構築」(課題番号:hp150160)において、スーパーコンピュータ「京」を活用した大規模計算・解析を行った。平成28年度は「FMO創薬コンソーシアム」の活動と連携して、キナーゼp38に対する100種類近くのリガンド分子の結合構造に対して行ったフラグメント分子軌道(FMO; Fragment Molecular Orbital)計算(MP2/6-31G*レベル)の結果を基に、IC50などの活性値との相関を良くする(説明する)ための系統的な解析・検討を行った。出発構造における残基や原子の欠損の補完や水素付加、構造最適化、リガンドの分子構造によるクラスタリングなどを注意深く行うことで、結合エネルギーの計算値(IFIE; Inter-Fragment Interaction Energy)と実験値との合理的な整合性がとれるようになった。また、リガンド種とアミノ酸残基で構成したIFIE行列に対する特異値分解が相関の改善に有用であることもわかった。薬剤設計のための、これらの第一原理的なFMO解析に加えて、その周辺の理論解析として、モルビリ(麻疹)ウイルスと3種類のレセプターに対する結合親和性のFMO解析や、ガンに関わるRas/Rafタンパク質複合体の分子動力学計算、リガンドドッキングシミュレーションにおけるタンパク質の構造変化を考慮したFlexible Dockingシミュレーションの手法開発や、水の局所的な熱力学を考慮したドッキングのスコア関数の改良、生体分子周辺の水の水素結合ネットワークのもつエントロピーの動的変動の評価なども試みた。平成26-28年の3年間の研究を通して、生体分子系の第一原理的な電子状態計算を可能とするFMO法をベースに、X線結晶構造解析や分子動力学シミュレーションで得られた構造を用いてドラッグデザインを効率的かつ定量的に行うための様々な計算技術基盤が構築され、また上記FMO創薬コンソーシアムを通して、製薬企業などの数多くの研究者に技術提供することができた。

本研究課題では、主としてフラグメント分子軌道(FMO)法に基づくタンパク質ーリガンド分子複合系の大規模電子状態計算を行い、構造ベース・インシリコ創薬の基盤技術を構築することを目標とした。産官学が連携した「FMO創薬コンソーシアム」の活動の中で、スーパーコンピュータ「京」を用いて発ガンに関わるキナーゼp38とその約90種類のリガンド分子との相互作用解析を行い、結果をデータベース化した。また、分子動力学シミュレーションにより、やはり発ガンに関係したRasタンパク質の状態遷移についても検討し、阻害剤設計に関わる2つのスイッチの開閉機構を論じた。交付申請書に挙げた3つの課題のうち、平成26年度は主に、FMO-IFIE解析に基づく薬剤候補分子のスクリーニング手法の開発にフォーカスして研究を推進した。これにより、上記「研究実績の概要」に述べた成果が得られ、その内容を学術論文として発表した。また、関連研究として、インフルエンザウイルスのトリからヒトへの感染の分子メカニズムに関するFMO解析も行い、論文で報告した。血管内皮リパーゼの構造シミュレーションも着実に進展している。さらに、FMO法の生体分子ならびにナノ材料系への様々な適用事例に関し、Phys. Chem. Chem. Phys.誌にレビューを執筆した。我々は、国内の産官学が連携した形で、構造ベース・インシリコ創薬の基盤技術を構築することを大きな目標の一つとしているが、それに関しても、下記の「今後の研究の推進方策等」でも述べるように、「FMO創薬コンソーシアム」の設立やHPCI課題の採択などの点で大きな進展があった。「FMO創薬コンソーシアム」の成果に関しては、今後、ホームページなども活用した公開を進めていく。また、理研播磨のSPring-8や理研横浜研究所のNMRと連携した構造ベース創薬の推進も重要なミッションと考えている。遠隔講義「計算生命科学の基礎III」のオーガナイザーを務めた。計算生物学我々のグループでは、FMO法に基づいてタンパク質ーリガンド分子系の電子状態計算を行い、また、SPring-8などとも連携して、構造ベース・インシリコ創薬の基盤技術を構築・提供することを大きな目標としているが、平成26年度の研究実績を基に、2014年11月に、産官学共同でFMO法の創薬応用の基盤技術を構築することを目指す「FMO創薬コンソーシアム」を設立した(代表者:日本大学・福澤薫)。ここには、いくつかの大学、国立研究所とともに、製薬を中心とした民間企業10社以上も加わり、FMO法を実際の創薬の現場で活用するための実践的なノウハウやプロトコルの開発・共有を進めている。
ヒトiPS細胞を用いた胎児脳グルココルチコイド暴露モデルの確立と病態解明

健常人由来iPS細胞をSFEBq法によって神経系外胚葉に分化誘導し、浮遊培養をし続け神経凝集体を得た。神経系細胞マーカーの推移から、この神経凝集体が大脳皮質の発生を模倣することを確認した。この胎児脳モデルにIL-6を24時間暴露したところ、リン酸化STAT3が増加し、10日後に対象と比較してアストロサイトが増加し、神経細胞が減少した。ルテオリンの同時添加は濃度依存的にSTAT3のリン酸化を阻害し、IL-6による神経分化障害を抑制した。本研究で用いた神経分化系は、胎内環境による胎児脳障害の病態解析・治療探索に有用と考えられた。妊娠中の母体感染が、児の発達障害や統合失調症などのリスクとなることが臨床的に知られている。過去の動物実験からは、児の中枢神経への直接感染が原因ではなく、母体のサイトカインサージ、特にインターロイキン6 (IL-6)によるもの考えられているが、まだヒトでは明らかにされていない。今回我々は、ヒト由来iPS細胞を用いて、胎児期大脳皮質の神経分化をin vitroで再現し、IL-6暴露が胎児大脳皮質の分化に与える影響について調べることを目的とした。ヒト胎児の大脳皮質は、まず在胎3-4週で神経幹細胞が増殖し、その後神経細胞に分化する。在胎18週以降になると、その後アストロサイトに分化するといった経緯をたどる。健常ヒトiPS細胞をSFEBq法によって神経系に誘導し、60日間浮遊培養し続けると、直径2mm程度の神経凝集体となる。我々はqPCR法や免疫染色法を行い、この神経凝集体が胎児脳の神経分化を再現していることを確認し、胎児大脳皮質モデルとして妥当であると考えた。このヒトiPS細胞から培養された神経凝集体を用いることで、従来は倫理的にも困難であった発生初期のヒト胎児の神経系細胞に関する研究がin vitroで行うことが可能となると考えられる。この胎児大脳皮質モデルとしての神経凝集体にIL-6を投与することで、炎症が胎児の神経分化にどのような影響を与えるかを調べている。更にJak-STAT経路を中心にシグナル解析も行っている。今後は、この神経凝集体を用いて、IL-6による胎児脳への悪影響を阻害・抑制できるような物質を探索することができれば、臨床的にも非常に有益であると考えている。当初は、母体のストレスが胎児の神経系に対して様々な悪影響を与えることが知られており、その主たる内因物質であるグルココルチコイドが神経分化に与える影響を由来iPS細胞を用いて調べたが、計画した実験条件、培養基間では有意な結果が得られなかったため、よりドラステックな影響が起こると考えられる母体感染の条件化での研究に計画を変更した。ヒトiPS細胞を神経系細胞に誘導し、できた神経凝集体を浮遊培養し続けた。day 51にIL-6 (100ng/ml)を24時間投与した後に、day60に神経幹細胞(PAX6)、神経細胞(CTIP2)、アストロサイト(GFAP)のそれぞれのマーカーについて免疫染色を行った。IL-6未投与群と比較したところ、IL-6投与群では、神経幹細胞とアストロサイトが増加し、神経細胞が減少していた。IL-6はJak-STAT経路を介して細胞の増殖や分化に働きかけることが一般的に知られている。Western blot法を用いて、IL-6投与群でSTAT3のリン酸化が増加していることを確認した。現在は、IL-6にStattic (STAT3阻害剤)を同時投与することで、IL-6がこのJak-STAT経路を介して神経分化への影響を及ぼしているかどうかを明らかにすることを試みている。妊娠中の母体感染が、児の自閉スペクトラム症などの発達障害や統合失調症などのリスクとなることが臨床的に知られている。また、過去の動物実験からは、児の中枢神経への直接感染が原因ではなく、感染ストレスによる母体のサイトカインサージ、特にインターロイキン6 (IL-6)によるもの考えられているが、まだヒトでは明らかにされていない。健常ヒト由来iPS細胞をSFEBq法によって神経系外胚葉に誘導し、作成された神経凝集体をday60まで浮遊培養し続けた。神経幹細胞、神経細胞、アストロサイトそれぞれのマーカーについて遺伝子発現や免疫染色法を行うことで、この神経凝集体が胎児脳モデルとして妥当であることを確認した。次にこのヒト胎児脳モデルにおいて神経細胞の分化が完成しつつある時期にIL-6を24時間暴露させることで、神経凝集体の大きさの変化や神経前駆細胞、皮質神経細胞、アストロサイトそれぞれのマーカーの変化を調べ、IL-6暴露群で、アストロサイトが増加し、神経細胞が減少している可能性があることを確認した。母体のストレスが胎児の神経系に対して様々な悪影響を与えることが知られており、その主たる内因物質であるグルココルチコイドが神経分化に与える影響を由来iPS細胞を用いて調べたが、計画した実験条件、培養基間では有意な結果が得られなかったため、よりドラステックな影響が起こると考えられる母体感染の条件化での研究に計画を変更した。

ヒトiPS細胞を神経系細胞に誘導し、できた神経凝集体を浮遊培養し続けた。培養経過期間ごとの神経凝集体における神経幹細胞(PAX6)、神経細胞(MAP2)、アストロサイト(GFAP)などの発現を遺伝子や蛋白質レベルで調べ、胎児脳の神経分化モデルになることを確認した。day 51にIL-6 (100ng/ml)を24時間投与した後に、day60に神経前駆細胞(TBR1)、大脳皮質ニューロン(CTIP2, STAB2)、アストロサイト(GFAP)のそれぞれのマーカーについて免疫染色を行い、IL-6未投与群と比較した。妊娠中の母体感染が、児の自閉スペクトラム症などの発達障害や統合失調症などのリスクとなることが臨床的に知られている。また、過去の動物実験からは、児の中枢神経への直接感染が原因ではなく、感染ストレスによる母体のサイトカインサージ、特にインターロイキン6 (IL-6)によるもの考えられているが、まだヒトでは明らかにされていない。今回我々は、ヒト由来iPS細胞を用いて、胎児期大脳皮質の神経分化をin vitroで再現し、IL-6暴露が胎児大脳皮質の分化に与える影響について調べることを目的とした。ヒト胎児の大脳皮質は、まず在胎3-4週で神経幹細胞が増殖し、その後神経細胞に分化する。在胎18週以降になると、その後アストロサイトに分化するといった経緯をたどる。健常人由来iPS細胞をSFEBq法によって神経系外胚葉に分化誘導し、浮遊培養をし続け神経凝集体を得た。神経系細胞マーカーの推移から、この神経凝集体が大脳皮質の発生を模倣することを確認した。この胎児脳モデルにIL-6を24時間暴露したところ、リン酸化STAT3が増加し、10日後に対象と比較してアストロサイトが増加し、神経細胞が減少した。さらに、この神経分化障害を軽減する物質の候補としてJAK/STAT経路抑制効果が期待されるルテオリンの効果を検討した。ルテオリンの同時添加は濃度依存的にSTAT3のリン酸化を阻害し、IL-6による神経分化障害を抑制した。本研究で用いた神経分化系は、胎内環境による胎児脳障害の病態解析・治療探索に有用と考えられた。ルテオリンは種々の野菜に含まれるポリフェノールである。本研究から、母体のルテオリン摂取により、母体炎症による胎児脳障害を軽減できる可能性があることが示唆された。母体のストレスとしてより予備実験でドラステックな影響が考えられたIL-6投与に変更したが、計画変更後の実験計画は順調に進めている。今までの結果から、IL-6暴露はJak-STAT
脳科学研究のための超高感度電子スピン共鳴分光装置の開発

本研究プロジェクトでは、マウスの頭部を測定する電子スピン共鳴分光装置の開発を行ってきた。当初設定した目的に関して、以下のような到達度であった。(1)電子スピン共鳴スペクトラムの信号対雑音比を向上する。46週齢程度のマウスの頭部を測定可能な共振器を開発した。血中に存在するラジカルを頭部においてイメージングすることに成功した。腹腔内に投与した数十ミリモル/リットルの造影剤(Oxo-63)0.1mlが、血流で頭部に運ばれた画像を検出できるようになった。(2)直接フーリエ変換再構成法による二次元電子スピン共鳴画像化システムの開発系統的に画像再構成に用いるフィルタの遮断周波数を決定するための評価関数を提案し、計算コードを開発した。(3)電子スピン共鳴分光装置の安定性改善マウスを用いた実験おいて、十分にイメージングが行える程度の安定性を実現した。(4)動物実験による実証試験マウス頭部の電子スピン共鳴イメージングを行い、開発した技術の有効性を検討した。ハードウエアの面では、マイクロ波共振器に改良の余地があり、画像再構成においては、解像度の向上が重要な課題であることが分かった。当初の研究目的、「脳科学研究に用いる実験小動物(マウス)の頭部を高感度かつ安定に測定できる電子スピン共鳴分光装置を実現し、生命科学研究に用いる磁気共鳴スペクトロスコピーに関する基礎科学を開拓する」はほぼ達成された。今後も、電子スピン共鳴分光装置並びにイメージング法の開発を進め、生命科学に貢献できる技術を開拓していきたい。マウス頭部を計測することを目的とした650MHz連続波電子スピン共鳴分光装置の開発を行った。二種類のマイクロ波共振器のテストを行った。一つは、マウスの頭部を挿入できる方向に設置したサーフェースコイル共振器、もう一つは、ループ・ギャップ共振器である。サーフェースコイルのサイズは、マウスの頭部を挿入するために内径16ミリの寸法とした。ループ・ギャップ共振器は、内径18ミリとした。保有するヘルムホルツ型電磁石に、共振器及び磁場勾配コイル(3軸方向)、スキャンコイル、変調コイルを取り付け、目的とする実験が行えるように装置の改造を行った。また、データ取り込みソフト及び画像再構成プログラムの手直しを行い、試験管を用いたサンプルで装置のテストを行った。画像再構成において、低域通過フィルタの遮断周波数を決定する問題を解決した。点広がり関数の実効幅と、共振器周辺部の雑音レベルの積を評価関するとすることにより、評価関数が最小となる遮断周波数を自動的に決定する手法を開発した。解像度と雑音の抑制は相反する要求であり、評価関数を与えることによりトレードオフの関係にある要求を定量的に取り扱い、よい妥協点を与えることを実証した。本発明は特許出願(特願2005-038973)すると共に、英文論文として投稿した(近いうちに受理される見通しである)。基本的な実験装置が準備できたので、マウスによる試験を実施した。TAMラジカルをマウス腹腔内へ投与し、血液循環により頭部に到達したラジカルを検出する実験を行った。その結果、十分な感度で電子スピン共鳴信号を検出できることを確認した。また、体内での代謝によるおよその信号の減衰時間を確認した。その結果、電子スピン共鳴イメージングを行うのに十分な時間を確保できることが確認されたので、マウス頭部の電子スピン共鳴イメージングを行った。TAMラジカルを腹腔内投与したマウスにおいて、頭部のイメージングに成功した。得られた画像は、血流内に含まれるラジカルを可視化していると思われる。(1)マウスの頭部が計測できること(計測範囲は直径20ミリ)46週齢程度のマウスの頭部を測定可能な共振器を開発した。