hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
標的タンパク質指向型天然物単離による再生加速分子の創製研究

本研究では幹細胞に働き,再生医薬のリードとなり得る天然物を,天然物エキスライブラリーから見いだすことを目的とした.標的タンパク質ビーズを用いる「標的タンパク質指向型天然物単離法」として,bHLH転写因子Hes1,ヘッジホッグ(Hh)シグナルの転写因子GLI1,ノッチ(Notch)シグナルの転写因子NICDを担持したタンパク質ビーズを用い,それぞれに結合し生物活性を有する天然物を見いだした.また,細胞アッセイを用いuscharin等のNotchシグナル阻害剤を見いだした.本研究では組織幹細胞の再生能力に着目し,それらの「多分化能」を制御し,「再生プロセスを加速する化合物」を天然物を基盤として創製することを目的とする.再生プロセスに関わるシグナル伝達(Wnt, Hh, Notch)等の鍵タンパク質に着目し,それらに結合する天然物を天然物抽出エキスから釣り上げる「標的タンパク質指向型天然物単離」を用いて迅速に単離・構造決定する.本年度は神経幹細胞分化に関わるbHLH転写因子の一つであるHes1 (hairy and enhancer of split 1)担持セファロースビーズを用いたHes1に結合する化合物のスクリーニング及び天然物単離、活性評価を行い、また、新規なビーズスクリーニング構築の試みとして、ヘッジホッグシグナルの最下流に位置する転写因子GLI1担持セファロースビーズを用いた標的タンパク質指向型天然物単離」法の構築と天然物単離を行った。Hes1担持セファロースビーズを用いたスクリーニングを当研究室保有の放線菌エキスライブラリー、植物エキスライブラリーに対して実施したところ、放線菌株2種、植物エキス1種がヒットエキスとして選出された。放線菌株2種からは、新規天然物を含む2種の天然物の単離に成功した。これらの化合物はHes1に結合することが確認され、また弱いながらもHes1二量体形成阻害作用を有していた。新規化合物であるマクロライド系天然物は部分タンパク質担持ビーズを用いた詳細な検討の結果、Hes1のC末端側に結合することが明らかとなった。また、以前に単離していた新規天然物については神経幹細胞の分化活性化能を有することが明らかとなった。ヘッジホッグ(Hh)シグナルの最下流に位置する転写因子GLI1担持セファロースビーズを用いるスクリーニング系を構築することに成功した。さらに、2種のアミド化合物の単離に成功し、Hhシグナル阻害活性を確認した。以前に構築したHes1ビーズスクリーニングを用いての探索は順調に進んでおり、放線菌2種からHes1に結合する化合物を2種単離することに成功している。また、新たな標的タンパク質指向型天然物単離法の構築の試みとして、Hhシグナルの最下流で働く転写因子GLI1 (Glioma-associated oncogene homolog 1)に着目し、GLI1担持セファロースビーズを用いた天然物の探索法を構築した。用いたGLI1はDNAと結合するジンクフィンガードメインを5つ有する部分タンパク質として大腸菌から発現、精製して用いた。構築したスクリーニング法を用いて当研究室の植物ライブラリーをスクリーニングし、バングラデシュ産コショウ科植物にGLI1に結合する天然物が含まれていることを見いだした。HPLCを用いて該当天然物を2種単離することに成功し、細胞アッセイ系でHhシグナル阻害作用を検討した結果、これらの化合物はHhシグナル阻害作用を有することが明らかとなった。さらに、GLI1とDNAの複合体形成阻害能をゲルシフトアッセイにて評価したところ、これらの化合物はGLI1とDNAの複合体形成を直接に阻害することが明らかとなった。このように、本研究はおおむね順調に進展していると判断できる。本研究では生体の臓器各所に存在する組織幹細胞の再生能力に着目し,それらの「多分化能」を制御し,「再生プロセスを加速する化合物」を天然物を基盤として創製することを目的とする.再生プロセスに関わるシグナル伝達(Wnt, Hh, Notch)等の鍵タンパク質に着目し,それらに結合する天然物を天然物抽出エキスから釣り上げる「標的タンパク質指向型天然物単離」を用いて迅速に単離・構造決定する.昨年度構築に成功したヘッジホッグ(Hh)シグナルの最下流に位置する転写因子GLI1担持セファロースビーズを用い,当研究室の天然物化合物ライブラリーからGLI1に結合する天然物として,1種の天然物を見いだした.本化合物は以前,Hhシグナル阻害剤としても見いだされている.さらに,「標的タンパク質指向型天然物単離」を用いてバングラデシュ産コショウ科植物Piperchabaから単離した2種類の天然物のがん細胞における効果を検討した.その結果,2種はHhシグナルが亢進しているがん細胞,膵臓がん細胞PANC1および前立腺がん細胞DU145に対し,弱いながら毒性を示した.一方で,Hhシグナルが動いている正常細胞C3H10T1/2には毒性を示さなかった.また,2種はPANC1において転写因子GLI1のタンパク質量を減少させた.以前に構築に成功した神経幹細胞の分化に関わる転写因子Hes1ビーズスクリーニングについては,引き続き順調にHes1結合天然物の探索が行われている,また,昨年度に構築したヘッジホッグシグナルの転写因子GLI1担持ビーズを用いて単離した2種の天然物については,がん細胞における活性を評価し,さらに新たなGLI1結合天然物の単離を目指して,当研究室の植物エキスライブラリーをスクリーニングしているところである.

さらに,今年度は新たなビーズアッセイとして,Notchシグナルの転写因子の一つ,NICD担持ビーズを用いるスクリーニングの構築に成功した.本スクリーニングを用いて,当研究室の天然物化合物ライブラリーから,NICDに結合する天然物を1種見いだすことに成功した.NICDに直接結合する化合物の報告は国内外でも知る限り1種しかなく,本例は2番目の例となる.本ビーズスクリーニングを用いて,引き続き,当研究室の放線菌エキスライブラリーからNICDに結合する天然物を探索している.本研究では再生プロセスに関わるシグナル伝達(Wnt, Hh, Notch)等の鍵タンパク質に着目し,それらに結合する天然物を天然物抽出エキスから釣り上げる「標的タンパク質指向型天然物単離」を用いて迅速に単離・構造決定する.構築に成功したヘッジホッグシグナルの最下流に位置する転写因子GLI1担持セファロースビーズを用い,バングラデシュ産植物Flemingia congestaから,GLI1ビーズに結合する化合物のHPLC上のピークを指標に,3種の新規天然物を含む5種の天然物を単離した.当研究室にて構築したヘッジホッグシグナル阻害剤探索のためのルシフェラーゼアッセイを行ったところ,それぞれ,5.8から14.2 uMのIC50を示すことが明らかとなった.そのうち1種について詳細に解析を進めたところ,GLI1とDNAの複合体形成を阻害することが明らかとなった.さらに,ヘッジホッグシグナルが亢進しているがん細胞,膵臓がん細胞PANC1,前立腺がん細胞DU145および肝がん細胞Huh7に対し,それぞれ9.0, 9.4, 6.9 uMのIC50にて細胞毒性を示した.またウェスタンブロットによりヘッジホッグの標的タンパク質BCL2, PTCH, BMI1を減少させることが明らかとなった.BMI1はがエピジェネティックコントロールによりがんの幹細胞性を上げていることが知られている.そこで,がん幹細胞性を検討できるスフェアアッセイを行ったところ,本化合物存在下では,スフェア形成が阻害され,がん幹細胞性が減少することが明らかとなった.さらに,フローサイトメトリーにて検討したところ,本化合物を25 uM処理をすると,肝がん細胞Huh7において,がん幹細胞マーカーであるEpCAM陽性の細胞が91.4 %から51.6%にも減少することが明らかとなった.本研究では幹細胞に働き,再生医薬のリードとなり得る天然物を,天然物エキスライブラリーから見いだすことを目的とした.標的タンパク質ビーズを用いる「標的タンパク質指向型天然物単離法」として,bHLH転写因子Hes1,ヘッジホッグ(Hh)シグナルの転写因子GLI1,ノッチ(Notch)シグナルの転写因子NICDを担持したタンパク質ビーズを用い,それぞれに結合し生物活性を有する天然物を見いだした.また,細胞アッセイを用いuscharin等のNotchシグナル阻害剤を見いだした.今後はこれまでに構築しているHes1およびGLI1担持ビーズを用いた標的タンパク質指向型天然物単離を引き続き行い、標的のそれぞれのシグナルの阻害剤を天然物から見いだし、それらの活性を評価していく。
拡散集団の適応戦略

本研究は新・旧大陸においてモンゴロイドがどの年代にどう拡散していったかの動きを知るために、東アジア、オセアニア、東南アジア、北アジア、北アメリカ、南アメリカ地域の考古学者を班員および公募研究員として組織し、各地域での最近の考古学遺跡情報を収集することを第一の目的とした。現在のところメンバ-からの報告によると各地域200から500遺跡、(計約2500遺跡)のカ-ドが集積されている。これにより、モンゴロイドの初期拡散の大まかな様相は把握できたと考えている。今年度は北アジアを重点的に行い、木村、佐川が総会で発表した。北アジアにおける旧石器時代の人類と文化の拡散のもようが明らかになった。自然環境研究班(第4班)の提出したデ-タとのすりあわせが進みつつある。各地域のデ-タ量から遺跡の分布は調査の精度により地域格差のあることが明らかになってきた。この問題を解消するためには遺跡の分布を予測できるようなシミュレ-ション・プログラムが必要である。すなわち、ある時代の遺跡は地形・植生・動物相等の自然環境条件をそなえており、それによって特定の分布状態を示すはずである。それ故、空白の地域をメッシュによって小地区に分割し、その地にその時代の遺跡があるかどうかを決定するのである。これに関するモデル地域として北海道をとりあげ、考古学デ-タを集積し、地理班などの情報も加え、プログラムを開発中である。
都市部における「互助」の概念明確化と評価尺度の開発

【目的】地縁・血縁が希薄化し、互いに助け合うことが難しいとされている都市部において「互助」とは何を指すのか、Rogersの概念分析の方法を参考に、都市部における「互助」の概念を検討する。【方法】2019年3月にインタビュー調査を実施した。対象は、特別区2区の地域包括支援センターを利用している住民、ならびに包括支援センターのスタッフ、地域づくり活動を実践した経験のある行政保健師計16名であった。調査内容は(1)今、お住まいの地域は(ケア・ワーカーに対しては、管轄の地域は)、ご近所どうしや、お知り合いとのやりとりが比較的多いエリアですか?(2)ご近所どうしや、お知り合いと「互いに支え合う」、とは具体的にどのようなことだと思いますか(3)あなたは、お住まいの地域で、ご近所の方やお知り合いと互いに支え合っている、と感じたことはありますか、等である。インタビュー内容はICレコーダに録音した後、逐語録を作成し文字データとし、語りの意味・内容の類似性に基づいてカテゴリ化し質的記述的に分析した。【結果】詳細な分析は、現在試行中である。インタビュー実施後の所感となるが、都市部においては「余計なことをしない」「嫌がられない」ことを優先して「困ったことはありませんか?」と声をかける習慣は乏しい様子であった。「互いに支え合う」以前に、まずは知り合うこと、互いの存在を知ること、そのための「場」を提供する機関として、地域包括支援センターが機能していることが考えられた。他業務のため、本研究への着手が遅れた。そのため、概念の検討に必要なインタビュー調査の実施までは終えたが、結果の分析と概念の検討はこれから行うことになる。全体の遂行に支障を来すことがないよう、質問紙調査の回数を1回にして対応する。当初の予定では、質問紙調査をパイロットスタディと本調査の2段階で実施する予定であったが、研究協力の同意の確認手続きを丁寧に行うことにより、回収率を高く確保するよう試みることが可能と考え、1回の実施に変更する。具体的には、2019年47月にインタビューの分析、質問紙調査の項目抽出、89月に質問紙の作成と研究協力依頼(往復はがき)の発送、10月に質問紙の発送、1112月に質問紙の回収、2020年1月にデータ入力(業者依頼)、2月にデータ分析、37月にまとめと公表準備、8月公表、投稿する予定とする。業者に委託したインタビューのテープ起こしの納品が2019年4月になったため、約9万円の支出が2019年度に繰り越しとなった。また、インタビューの対象人数は、当初20名程度を予定していたが、内容の飽和をみとめたため、16名で終了とした。

インタビュー協力者への謝金が予定より少額となったことと、協力者の中で、2名は謝礼の受け取りを拒否し、1名は消耗品での受け取りのみ応じたため、人件費・謝金の予定額より少なくなった。平成30年度の未使用額は176,733円、令和元年度の所要額780,000円、計956,733円が次年度使用額となる。内訳は、物品費(統計解析ソフトSPSS,Amos)200,000円、国内旅費(成果の公表)66,733円、謝金(研究協力謝礼)450,000円、その他(協力依頼往復はがき4万円、調査票の送付と返送200,000円)計240,000円である。
第三世界フィールドワークのためのGIS・GPS利用技術の検討

平成8年度に行った主な成果・知見を列挙すると以下のとおりである。アフリカの一農村を対象として、GPSによる位置観測値を含む様々な現地取得データをもとに、既存の5万分の1地図と空中写真、解析図化機を活用して、4種類の主題図を作成した。すなわち、地勢図(等高線間隔2m)、土地利用図(耕地境界と栽培作物)、樹木分布図(樹種と位置、一部区域については樹冠径・胸高直径も含む)、土壌肥沃度分布図(土壌サンプル取得位置、分析結果は未入力)である。また、県レベルの統計・聞き取りデータを用いて、メソ・スケールの分布図、すなわち、民族・言語・人口・市場・農法要素等の分布図も多数作成した。上記の各主題図の約半数はGISデータ(属性データ+図形データ)としてコンピュータ上に取り込んでおり、一連の作業によって、第三世界フィールドワークでの地図作成作業行程における、GIS・GPS・解析図化技術の活用方法とその有用性、効率と非効率の有り様を確認した。加えて、昨年度に試作したヒマラヤ地域の農・牧事例データベースの事例数を約60に拡張し、技術要素の分布図の出力を継続した。これに際し、新たに付加した統計解析機能によって、技術要素の分布のみならずその結合度を調べ、代表的な農-牧結合型を抽出する作業に入ることが可能となったので、その作業を進行中である。この試作中のシステムは、分化領域研究に大変有力なツールとなる見通しである。
新規クロマチンインシュレータを搭載した遺伝子治療ベクターの開発

クロマチンインシュレータは、近傍遺伝子に対する干渉を防ぐとともに、ヘテロクロマチン化を阻止して当該遺伝子の発現を安定化するシスエレメントである。標的細胞に導入した治療用遺伝子の発現維持と、ベクター挿入変異・発癌リスクの低減を目的として、ヒト19番染色体長腕末端部近く(AAVS1領域)のインシュレータ利用を試みた。(1)部位特異的組み込みによるインシュレータ利用:アデノ随伴ウイルスのRep蛋白はAAVS1領域にゲノムを組み込む働きをもつが、この領域には癌関連遺伝子がなく安全であり、しかもインシュレータ配列を有するため治療用遺伝子を組み込むのに好適である。間質幹細胞株UEET1へのヒト凝固第IX因子遺伝子導入に際して一過性にRepを働かせ、一定の頻度(6/58)でAAVS1領域への組み込みがみられたが、第IX因子発現は長続きしなかった。AAVS1領域への遺伝子組み込みに伴って大半のクローンでインシュレータ配列が破壊され、プロモータのCpG配列が広範にメチル化されていたことが原因と考えられた。単純にRepを用いてAAVS1領域に遺伝子を組み込むアプローチには限界がある。(2)インスレータ搭載ベクター:AAVS1インシュレータをGFP発現カセットの両端にそれぞれ向きを変えて配置し、インシュレータなしと合わせて5種類のレトロウイルスベクターを構築した。夫々のコンストラクトで遺伝子導入したK562白血病細胞クローンを樹立後、GFP発現の推移を1年以上観察した。インスレータなし(3/11)に比べ、インスレータで挟むと中等度以上の発現を維持する率は向上し、インスレータの向きによる違いも見られた(5/11、4/10、9/11、5/10)。5'テロメア側-3'セントロメア側の向きをもつインシュレータで前後を挟んだものが最も成績が良く、さらに改良を加えれば実用性が向上すると考えられる。遺伝子治療ベクターの発現安定化と挿入変異リスク低減をめざし、新規クロマチンインシュレータの機能解析を行った。インシュレータは、他遺伝子領域の発現に対する干渉を防ぎ、ヘテロクロマチン化を防いで当該遺伝子の発現を安定化するシスエレメントである。今年度は、ヒト第19番染色体長腕末端部近く(AAVS1領域)からインシュレータ活性をもつ約330塩基のSmaI断片をクローニングし、そのヘテロクロマチン化阻止作用について検討した。インシュレータには方向依存性があるが、従来の解析は任意のエンハンサとプロモータの間に置かれたインシュレータの作用についてのみである。また、レトロウイルスベクターへの搭載例では逆転写に伴うLTRのコピー&ペースト現象を利用しているため、発現カセットを挟むインシュレータは必ず同じ方向になる。そこで、向きによるインシュレータ機能の違いをより詳しく検討するため、サイトメガロウイルスプロモータ支配下に緑色蛍光蛋白質(GFP)マーカー遺伝子とネオマイシン耐性遺伝子を同時に発現するプラスミド(対照用)と、この発現カセットの両端にそれぞれ向きを違えてインシュレータを配置した4種類の発現プラスミドを構築した。以上5種類のプラスミドをそれぞれヒト赤白血病細胞K562にトランスフェクトし、ネオマイシンアナログG418耐性株を多数樹立した。その中からGFPを中等度以上発現するものを選び、G418による選択圧解除後の遺伝子発現について長期観察している。また、これら5種の発現カセットを搭載する自己不活化型(SIN)レトロウイルスベクターも構築し、K562細胞に感染させて得たG418耐性クローンについても追跡観察している。構造上、これらのウイルスはタイター面で不利なため、より多くのG418耐性クローンを得るためにウイルス調製・遺伝子導入条件を検討している。5'テロメア側-
極低温イオンペア分子の超高速光会合

レーザー冷却された極低温ルビジウム原子集団に対する光会合過程を利用してイオンペア分子ポテンシャル中に励起する分子振動波束のダイナミクスを実時間観測、および制御するための実験装置の開発に成功した。原子集団の密度を上げて光会合効率を向上させるために光双極子トラップを導入し、磁気光学トラップ中のものに比べ密度を2桁増加させることに成功した。原子集団の捕獲・冷却シーケンスと波束励起用ピコ秒パルスレーザーの照射タイミングを完全に同期させる制御システムを開発した。遅延をつけたプローブ用パルスレーザーによるイオン化を使い波束ダイナミクスをイオン信号として検出するための高効率イオン観測装置を構築した。本研究では、冷却原子の光会合過程に対して超高速コヒーレント制御技術を適用し、並進・振動・回転運動が冷却された最低基底状態の分子を生成する新たな手法を開拓することを目指している。その方法は、冷却Rb原子の光会合過程においてパルス整形された超短光パルスレーザーを使用してイオンペア分子ポテンシャル中に所望の分子振動波束を形成し、その後適切なタイミングで別の超短光パルスを照射して波束を基底状態へと効率的に遷移させるものである。平成25年度は、イオンペア分子ポテンシャル中に分子を光会合し、それをイオン化することで励起状態中の分子振動状態を同定する計画であった。そのためには分子イオンを検出する観測装置を改善してより高い効率で分子イオン信号を得る必要があったため、その改善と評価を行った。この評価には遷移強度が強い5S-5Pポテンシャルに漸近する分子の光会合を使用した。対象となる冷却Rb原子は真空チャンバー内の磁気光学トラップ中に準備した。このトラップ用および光会合・イオン化用のレーザー光のアクセスを確保しつつ、トラップ近傍に多数のイオン電極を配置し生成された分子イオンを高効率で検出するためには、電極の構造とそれらに印加する電圧の時間応答を見直し再設計する必要があった。併せて電圧分解能が12ビットの高分解能デジタルオシロスコープを新たに導入し、より微弱な構造のイオン信号を測ることができるようになった。平成26年度は、この観測装置を用いてイオンペア分子の光会合実験へと移る予定である。本研究では冷却原子の光会合過程に対して超高速コヒーレント制御技術を適用し、並進・振動・回転運動が冷却された最低基底状態の分子を生成する新たな手法を開拓することを目指している。その方法は、レーザー冷却されたRb原子の光会合過程においてパルス整形されたピコ秒パルスレーザーを使用してイオンペア分子ポテンシャル中に所望の分子振動波束を形成し、その後適切なタイミングで別のピコ秒パルスを照射して波束を基底状態へと効率的に遷移させるものである。本研究は極低温物理と超高速化学の融合による量子状態の新たな制御技術の開拓へと繋がるものである。平成25年度は、励起状態ポテンシャル中の分子振動波束をプローブパルスでイオン化して検出するにあたり、イオン観測装置の改善を行った。平成26年度は、光会合過程における分子の生成効率を上げるため、分子の元になる冷却Rb原子集団の密度の向上を図った。以前は磁気光学トラップ中に準備した原子集団を使用していたが、光双極子トラップを導入することで原子集団の密度が2桁近く増加した。これによって分子の生成効率が4桁近く向上すると期待できる。このような高密度の原子集団を準備するにあたり、蒸発冷却を含めた原子の捕獲・冷却シーケンスに1.6秒必要となった。そこで、このシーケンスとピコ秒パルスレーザーを同期するためのタイミング制御システムを構築した。このようにして、比較的遷移強度の強い5S-5Pポテンシャル中に光会合を通じて分子を安定して生成できるようになった。当初計画していたイオンペア分子ポテンシャル中への光会合実験を行うまでには至らなかったが、ピコ秒パルスレーザーと同期した高密度の冷却Rb原子集団の準備、および高効率のイオン観測装置の構築を行うことができた。今後これらの装置を活用してイオンペア分子ポテンシャル中での分子振動波束の形成実験へと展開していきたいと考えている。量子光学平成25年度において、生成された分子イオンを高効率に検出するために原子トラップ近傍のイオン電極構造およびそれら電極への印加電圧の時間応答を詳細に検討し、ほぼ100%の効率で生成されたイオンがマイクロチャンネルプレートに到達し観測できるようになった。冷却Rb原子に対する光会合過程を通じて当初計画していたポテンシャル中の分子への遷移強度が比較的弱いため、このような高効率の観測装置を用いることで生成した分子の信号を捉えることができるようになると期待できる。改善された観測装置を利用して、引き続き磁気光学トラップ中に捕獲された冷却Rb原子に対してナノ秒光パルスレーザーを用いた光会合・イオン化実験を行い、Rb2分子のイオンペアポテンシャルにおける各振動状態の同定を行う。繰り返しレートが遅くなるものの、光会合に有利なより高密度のRb原子集団を得られる光双極子トラップの使用も検討する。そして、ピコ秒光パルスレーザーによる光会合を通じたRb2分子の振動波束の形成と制御を行う。

振動波束の検出には別のピコ秒パルスを用いたイオン化を行い、光会合パルスとイオン化パルスの間の遅延時間を変化させることで波束のダイナミクスを観測する。伝票処理の遅れにより支払いが4月4日となったため。4月4日に支払い済みである。
高臨場仮想環境による身体動作学習システムに関する研究

本研究では、身体動作による仮想空間制御インタフェースを開発し、身体動作を利用した効率的な学習システムの構築を目指した。高臨場仮想環境においてどのようなインタフェースを利用するかは、そのアプリケーションの利用性を左右する重要な要素である。そこで、没入型仮想環境を対象に、直感的な操作を行うための身体動作を、非接触で検出する画像処理を組み込む設計とした。まず、高臨場感仮想環境の身体動作インタラクションを円滑に行うため、画像処理による制御インタフェースを開発した。画像処理を利用することで、利用者が自由に手足を動かすことが可能になる。利用者を映像で取り囲む仮想環境提示システムに適応させるため、複数視点からの映像を処理して距離情報を取得することにより、利用者の頭部、両腕の位置を追跡する機能を構築した。没入型ディスプレイ内で利用者の身体動作をリアルタイムで検出し、インタフェースとして利用できる環境を整備した。次に、身体動作による仮想空間制御インタフェースを仮想空間内の視点移動制御機能として実装し、ユーザ・パフォーマンスを評価した。従来のデバイス(ジョイスティック)や手腕ジェスチャと比較する評価実験では、指定された経路を正確に進むよりも、仮想空間内で高速に移動することに向いていることが示唆された。また、身体動作インタラクションによる仮想空間制御インタフェースを実現する過程で、あるいはその応用として必要になった、仮想空間提示用コンテンツとして惑星間空間プラズマ及び月面を可視化するシステム、仮想空間提示デバイスとしてHands-Free表示を可能にするHMDの評価、仮想共有空間を構築するための衛星ネットワークの特性、仮想空間だけではなく現実空間を融合させた拡張現実感技術を利用した拡張教材について研究した。高臨場感仮想環境の身体動作インタラクションを円滑に行うため、画像処理を利用する。そのために、利用者の身体動作をリアルタイムで検出する必要があり、利用者を映像で取り囲む仮想環境提示システムに適応させなければならない。また、利用者が物理的に自由に移動できるように、利用者の位置を検出して仮想空間内の視点を補正する必要がある。本研究では、身体動作による仮想空間制御インタフェースを開発し、身体動作を利用した効率的な学習システムの構築を目指す。本年度は、身体動作インタフェースのプロトタイプを作成し、仮想空間内で利用するコンテンツを試作した。身体動作インタフェースのプロトタイプ制御装置などを装着せずに、身体動作を利用して三次元仮想空間で視点移動制御を行えるようにするため、画像処理によるインタラクションを行うことにした。身体特徴点の安定した追跡を得るため、複数のカメラ画像から得られる距離情報を利用した。仮想空間内の視点移動制御を行うためのデータとして利用できることを確認した。また、学習ツールの入力インタフェースとして利用することを念頭に、語学支援ツールのプロトタイプ・システムを開発し、その動作を確認した。仮想空間提示用コンテンツの構築仮想空間提示用コンテンツとして、惑星間空間プラズマを可視化するシステムを構築した。物理現象の直感的理解を目的に、惑星間空間プラズマのグローバル構造を仮想三次元空間に提示し、まずは杖デバイスで操作できるようにした。プラズマ粒子流の比較観察や相対的速度を体感することができるようにした。情報可視化はシミュレーションデータの表現や測定データの解析表示だけではな、測定データが解析結果と直接的に結びつかない場合などにその関係を理解しやすくするのに有効であると考えられる。高臨場仮想環境の身体動作インタラクションを円滑に行うため、画像処理を利用する。そのためには、利用者の身体動作をリアルタイムで検出する必要があり、利用者を映像で取り囲む仮想環境提示システムに適応させなければならない。

仮想空間内での身体動作検出を円滑に行うための要素技術の開発から、異なる仮想環境ではその特性が違ってくることが示唆された。そこで、今年度は次の課題を並行して進めた。1.没入環境でのインタフェース評価没入型ディスプレイに実装した身体動作インタフェースについて、三次元空間視点移動制御の評価を行った。被験者の主観評価に加え、インタフェースの操作性などを客観的に測定できるように記憶実験コンテンツを設計した。実験では、仮想環境でしばしば利用される他のデバイス(ジョイスティックなど)との比較を行い、身体動作インタフェースの直感性の良さが示唆された。2.HMD(ヘッド・マウント・ディスプレイ)を利用した提示HMDを用いた映像提示による特性を測定し、没入環境との差異を明らかにした。頭部への装着装置が大きくなるため、利用者の物理的自由度は制限されるが、システム全体を小型化することができ、普及を考慮するとHMDは現実的であることが確認された。また、現実物体とのCGの融合を行う複合現実感技術を応用できるので、学習システムとしての利用性を高められる。本研究では、身体動作による仮想空間制御インタフェースを開発し、身体動作を利用した効率的な学習システムの構築を目指した。高臨場感仮想環境の身体動作インタラクションを円滑に行うため、画像処理による制御インタフェースを開発した。画像処理を利用することで、利用者が物理空間内で自由に手足を動かすことが可能になった。利用者を映像で取り囲む仮想環境提示システムに適応させるため、複数視点からの映像を処理して距離情報を取得することにより、利用者の身体動作をリアルタイムで検出する仕組みを構築してきた。前年度の研究から、仮想空間内における身体動作インタフェースの利用には安定した動き検出が不可欠であると同時に、そのパフォーマンス特性はアプリケーションにおける課題内容に左右されることがわかった。本年度は、仮想空間内の視点を移動する身体動作インタフェースについて、パフォーマンス特性が解釈しやすい内容での評価を実施した。そして、身体動作インタラクションを利用した仮想空間提示用コンテンツのプロトタイプ構築、及び身体動作インタフェースの遠隔共有空間での利用の基礎検討を実施した。身体動作による仮想空間制御インタフェースを仮想空間内の視点移動制御機能として実装し、ユーザ・パフォーマンスを測定した。従来のデバイス(ジョイスティック及び手腕ジェスチャ)と比較する評価実験では、指定された経路を正確に進むよりも、仮想空間内で比較的自由に高速に移動することに向いていることが示唆された。
磁石・静電力・万有引力とサーボ機構による非接触搬送の研究

機械的な運動機構と磁力などを用いて浮上体を搬送するための研究を行った.このシステムは,永久磁石と浮上体の間のギャップを調整することにより,浮上力を制御し非接触浮上を行うものである.本年度の研究実績の概要を以下に述べる.吸引力発生のために,永久磁石を用いるものとし,磁石を駆動するアクチュエータとしては,ボイスコイル機構を用いたものと,ピエゾ素子を用いたものについて考察した.ボイスコイルを用いたものは,力を発生する機構として,比較的ストロークが長くとれ,かつ線形性がよいことから,搬送システムの垂直方向の駆動機構として適している.またピエゾ素子は,高速応答が可能であり,支持機構が備わっているため,微小な浮上機構や,簡便なものに適している.これらのシステムについて,システムの状態量を検出するために必要とする観測量について考察した.この結果,浮上体の浮上位置を直接計測しなくても電圧や電流を検出することにより,適当な条件の下で,状態量を検出できることが確認された.この結果に基づいて,実検装置を試作した.実検装置は,水平面内の回転と垂直方向の並進が可能な2自由度のものとした.この装置を用いて,浮上実験を行った.浮上体の絶対位置を計測する場合には,非接触浮上に成功した.しかしながら,現在のところ,電流や電圧をフィードバックする制御システムでは,浮上に成功していない.これは,システムの諸元の同定がずれている,制御システムにおいてアナログ制御手法のデジタルへの置き換えがうまくいっていない,などの理由からであると思われるが,このことについては,ひきつづき実験を継続中である.機械的な運動機構と磁力などを用いて浮上体を搬送するための研究を行った.このシステムは,永久磁石と浮上体の間のギャップを調整することにより,浮上力を制御し非接触浮上を行うものである.本年度の研究実績の概要を以下に述べる.吸引力発生のために,永久磁石を用いるものとし,磁石を駆動するアクチュエータとしては,ボイスコイル機構を用いたものと,ピエゾ素子を用いたものについて考察した.ボイスコイルを用いたものは,力を発生する機構として,比較的ストロークが長くとれ,かつ線形性がよいことから,搬送システムの垂直方向の駆動機構として適している.またピエゾ素子は,高速応答が可能であり,支持機構が備わっているため,微小な浮上機構や,簡便なものに適している.これらのシステムについて,システムの状態量を検出するために必要とする観測量について考察した.この結果,浮上体の浮上位置を直接計測しなくても電圧や電流を検出することにより,適当な条件の下で,状態量を検出できることが確認された.この結果に基づいて,実検装置を試作した.実検装置は,水平面内の回転と垂直方向の並進が可能な2自由度のものとした.この装置を用いて,浮上実験を行った.浮上体の絶対位置を計測する場合には,非接触浮上に成功した.しかしながら,現在のところ,電流や電圧をフィードバックする制御システムでは,浮上に成功していない.これは,システムの諸元の同定がずれている,制御システムにおいてアナログ制御手法のデジタルへの置き換えがうまくいっていない,などの理由からであると思われるが,このことについては,ひきつづき実験を継続中である.
前駆体タンパク質の構造生物学的研究を基礎とした生理活性ペプチド成熟機構の解明

ペプチドホルモンであるウログアニリンの前駆体であるプロウログアニリンのX線結晶構造の高分解構造を決定した。成熟体領域とプロ領域の間の相互作用だけが重要であるのではなく、中間体とプロ領域の相互作用も重要であるのではないかということが示唆された。さらに、フォールディング過程の速度論的解析を行い、二つの中間体構造が重要である事を明らかにした。その他、βアミロイド前駆体蛋白質の溶液中での挙動も解析した。ペプチドホルモンの立体構造構築の制御を担うそのプロ領域の分子内シャペロンとしての作用機構を明らかにするために研究を遂行した。ウログアニリンおよび耐熱性エンテロトキシンのジスルフィド結合を基に人工ペプチドを設計し、その人工ペプチドをプロウログアニリンのプロ領域に融合させた人工タンパク質を二種類設計し、大腸菌で発現させ、精製する事に成功した。このハイブリッドタンパク質のフォールディングの過程を合成したペプチド部分との比較や、マススペクトルを用いる事により解析した。また、アミロイド前駆体タンパク質のαセクレターゼ切断部位(S-APPα)の試料調製条件を詳細に検討し、SDS、Native-PAGEで単一バンドを示し、動的光散乱により溶液中に単分散で存在すると考えられる生成試料の調製法を確立した。このS-APPαのCDスペクトルを測定したところ、二次構造を形成している事がわかり、結晶構造解析に適した試料であると判断した。これらの研究の過程で、ハイブリッドタンパク質やS-APPαの精製時に、アミノ酸やアミノ酸誘導体を添加する事によってタンパク質が安定化し、凝集がおこりにくくなる事を見いだした。そこで、タンパク質試料の調製時にアミノ酸やアミノ酸誘導体を添加する条件も詳細に検討した。さらに、モデルタンパク質としてリゾチームを用い、アミノ酸やアミノ酸誘導体の添加による結晶化に与える影響を詳細に検討した。これらの結果を総合して、ハイブリッドタンパク質、S-APPαともに、アミノ酸やアミノ酸誘導体を試料精製時と濃縮時に添加してタンパク質の収量を増すことに成功した。さらに、結晶化時にもこれらの小分子を添加する事によって、結晶構造解析に適した結晶を得るための条件検索を遂行した。現時点では、微結晶程度の大きさの結晶を得る事に成功しているが、X線回折実験等は今後の課題である。生理活性ペプチドの立体構造形成機構を解明するために、プロウログアニリン、プロオピオメラノコルチン(POMC)、S-APPαを用いて研究を遂行した。また、ウログアニリンおよび耐熱性エンテロトキシンのジスルフィド結合を基に設計した、人工蛋白質のフォールディングの過程を解析した。POMCに関しては、空間群P1、a=33.9,b=54.7,c=76.8,α=70.6,β=81.2,γ=72.0°の結晶を得、Native結晶のデータをSPring-8において1.6A分解能まで収集した。また、プロウログアニリンは、これまでの2K変異体を用いる事をやめ、V1A変異体を用いたX線結晶構造解析とNMR構造解析に着手した。このV1A変異体の単離精製に成功し、結晶化条件の検索に着手した。このV1A変異体のNMR構造解析にも着手し、現在までにプロトンNMR測定と窒素を放射同位ラベルした15NによるNMR測定を行った。さらに、アミロイド前駆体タンパク質のαセクレターゼ切断部位(S-APPα)の精製条件を種々変更し、また結晶化条件の検索を続けたが良好な結晶は得られなかった。人工蛋白質の解析では、ジスルフィド結合に着目したアンフォールディング反応の解析と、円二色性スペクトル測定によるフォールディング解析を行った。アンフォールディング解析の結果、人工タンパク質はプロウログアニリンと比べ、ジスルフィド結合を切断されやすいことがわかった。ハイブリッドタンパク質やS-APPαの精製時に、アミノ酸やアミノ酸誘導体を添加する事によってタンパク質が安定化し、凝集がおこりにくくなる事を見いだした事を基に、アミノ酸などの小分子を加える事による効率的結晶化条件検索法を開発した。これらの新しい手法を結晶化条件検索時に適応し、上記の結晶構造解析に適した結晶を得るための条件検索を遂行した。プロウログアニリンにおいては、SPring-8におけるデータ収集を行い、高分解能X線結晶構造の決定に成功した。この構造より、成熟体領域とプロ領域の間の相互作用だけが重要であるのではなく、中間体とプロ領域の相互作用も重要であるのではないかということが示唆された。さらに、還元変性状態およびフォールディング中間体からのフォールディング解析を行い、フォールディングの速度論的解析により、プロウログアニリンのフォールディングはスルフィドの酸化である初期相と形成されたジスルフィド結合のシャッフリングである後期相の2相から構成されることを明らかにした。すなわち、フォールディングの初期相においてジスルフィドの掛け違った異性体1と異性体2がまず集積され、後期相においてこれらの間違ったジスルフィドをシャッフリングすることでnativeに移行することがわかった。

さらに、示差走査熱量測定による成熟体、各フォールディング異性体の安定性の評価も行った。S-APPαに関しては、示差走査熱量測定による熱安定性の解析を行い、ヘパリン存在下での溶液中の挙動を光散乱実験で検証した。S-APPα、POMCの結晶構造解析のための結晶化条件検索も試みたが、構造解析に適する結晶を得る事はできなかった。また、上記蛋白質のフォールディング実験において見いだした、アミノ酸やアミノ酸誘導体を添加する事による蛋白質フォールディングや結晶化の効率化に関する研究も行った。
事象関連脳電位による新たな弁別推定アルゴリズムの開発

本研究では,他者がある刺激を他の刺激と弁別しているか否かを脳電位から推定する新しい手法を開発した。判定に用いる刺激呈示回数と電極数をできるだけ減らすことを目指した。まず,刺激を弁別しているときには,刺激提示後400-1000 msに後頭部優位に陽性電位が生じることを明らかにした。さらにこの脳電位に注目すると,刺激呈示回数5回・後頭部の1電極での計測であっても,弁別を有意に正しく推定できることが分かった。本研究の成果は,犯罪捜査のためのポリグラフ検査やブレイン-コンピュータインタフェースを使った意思伝達システムに応用できると期待される。1.研究の背景本研究は,「被験者がある刺激と他の刺激を弁別しているか」を,刺激に対する脳波の変化(事象関連電位)から推定することを目的とする。事象関連電位から弁別が推定できれば,人の好みや気になるものを,言葉や行動を介さずに知ることが可能になる。また,犯罪捜査場面において,「被験者が事件に関係する刺激と関係しない刺激を弁別しているか」を調べる隠匿情報検査にも応用できる。本研究では,実用場面を考え,「できるだけ少ない電極数からできるだけ少ない試行回数で」事象関連電位を測定し,弁別を推定するアルゴリズムを考える。本年度はまず,弁別が事象関連電位にどのように反映されるのかを調べた。2.分析データの収集被験者20名に模擬的に窃盗を行わせた。その後,窃盗品(事件関連刺激)を尋ねる隠匿情報検査を行った。検査中の脳波を測定した。3.結果事件関連刺激・事件非関連刺激間での事象関連電位の違いは,以下の2つの成分にみられた。(1)刺激呈示後200ms後に生じる中心部優位の陰性電位(N2),(2)刺激呈示後500ms以降に生じる後頭部優位の陽性電位(Positive slow wave)。特に,Positive slow waveは電位が大きく,事件関連・非関連刺激間の差異も大きかった。4.考察Positiveslow waveは,後頭部に1つ電極を装着すれば測定できる。また,SN比が大きい。Positive slow waveに注目すれば,「1つの電極から少ない試行数で」弁別の有無を推定できる可能がある。5.次年度の課題Positiveslow waveを利用して弁別を推定し,その精度を確かめる。「他者がある刺激を他の刺激と区別(弁別)しているか」を生理反応から知ることができれば,意思伝達やウソ発見など,幅広い分野に応用できる。特に,刺激に対する脳波の変化である事象関連電位(Event-related potential:ERP)を指標として弁別を推定することが期待されている。しかしERPを求めるためには,刺激を20回以上繰り返して提示し,脳波を加算平均することが必要である。これでは応用できる分野が限定されてしまう。そこで本研究では,少ない刺激提示回数で,ERPから刺激弁別の有無を推定するための統計的手法を開発した。まず,弁別しているときにどのようなERPが生じるかを調べた。ERPデータの収集には隠匿情報検査パラダイムを利用した。この検査は犯罪捜査で利用されているものであり,被検査者が事件に関する記憶を持っているか否かを,事件関連刺激と非関連刺激の弁別の有無から推定するものである。事件関連刺激に対しては,刺激提示後400-1000msに,後頭部において陽性電位の増大がみられた。次に,この後期陽性電位に基づいて,少ない刺激提示回数で弁別を推定する方法を開発した。事件関連刺激と非関連刺激の差波形を求め,400-1000ms区間のピーク振幅を算出した。そのピーク振幅が統計的に有意に大きいか否かを,ブートストラップ法を用いて判定した。その結果,刺激提示回数が5回程度でも,刺激弁別の有無を有意に正しく推定できることが明らかになった。
Zhu-Nakamura理論に基づく非断熱化学動力学の総合的研究

古典的に許されない非断熱遷移やトンネル効果を正しく扱い従来の方法を大幅に改良し、しかも、大次元系に適用出来る一般化軌道ホップ法及び半古典論的凍結波束伝播法を開発した。また、これら理論を用いて多次元系に適用可能な半古典論的レーザー制御理論を開発した。レーザー制御については、周波数の2次チャープによる励起の高効率化にも成功している。更に、電子移動に対するMarcus流の理論に旨くZhu-Nakamura公式を導入することに成功し、断熱領域から非断熱領域までの広い結合強度の範囲に亘って働く新理論を開発した。これはモンテカルロ法との合体で大次元系にも適用可能である。対称二重井戸におけるエネルギー分裂、及び、トンネルを介した準安定状態の崩壊過程に適用できる多次元トンネル理論をも開発した。高精度量子化学計算との合体により、現実の多原子分子への応用が可能となった。また、1次元の場合の転回点に対応する火線(コースティックス)を効率良く多次元系で検出する手法を開発し、反応へのトンネル効果の取入れを可能ならしめた。以上の新しく開発した諸理論は各種モデル系のみならず以下の様な具体的な分子系に応用され、実験との一致を含めその有効性が確認された。例えば、OHCl系の反応、N_2Oの光分解、レチナールの異性化、コロニュレン分子の炭素5員環の水素透過、シクロヘキサヂエンとヘキサトリエンの間の光変換(フォトクロミズム)の制御、HCNの光異性化の制御などである。トンネル分裂の理論はマロンアルデヒド、ビニルラジカル、蟻酸二量体などに適用され実験との良い一致を得ている。実験的には、世界最高精度の分子ビーム実験手法の開発に成功している。以上を纏めると、大次元系化学動力学機構の解明、現実的化学動力学のレーザー制御、分子機能の開発と制御等において、将来の更なる発展への道程を確実なものとしたと言える。以下に、主要な成果を列挙するが、基礎理論の整備と応用計算、及び実験との対比を目指した準備等が順調に進んでいる。(1)基礎理論の開発:(i)Zhu-Nakamura(ZN)理論を組み込んだ波束伝播の半古典多次元理論を構築(論文印刷中)、(ii)古典軌道とZN理論を用いて多次元系の扱いを可能とするレーザー制御理論を構築中、(iii)時間と空間に依存した非断熱遷移問題の新基本公式を導出(論文出版済)、(iv)非断熱反応の熱反応速度定数の理論を構築中、(v)エネルギー分裂及びトンネル崩壊に対する多次元トンネル理論を完成(論文出版済),(vi)多次元空間で転回点(火点)、を求める理論を完成(論文出版済)。(2)プログラム開発:(i)ZN理論を組み込んだ一般多次元に使える軌道ホップ(TSH)法を開発中、(ii)上部(i)のプログラムを開発中。(3)応用研究:(i)完全反射現象等を利用した分子機能開発を環状共役系分子で探索中(広範囲の量子化学計算を実行中)、(ii)O(^1D)+HCl反応系の3枚のポテンシャル曲面の電子結合を量子化学計算で求め大規模動力学計算用に準備、(iii)ZN理論と周期チャープを用いた波束運動制御の理論計算を実行、(iv)具体的分子(マロンアルデヒドやビニルラジカル等)のトンネル分裂に我々のトンネル理論を応用して解析中(一部論文出版済)。(4)実験的研究:(i)衝突エネルギー可変交差分子線散乱画像観測装置の製作、(ii)

励起酸素原子O(^1D)線の開発、(iii)交差分子線反応実験の実行(O(^1D)+H_2/D_2)、(iv)画像検出感度分布(装置関数)のシミュレーション、(v)光解離実験の実施(N_2O, OCS)(論文出版済)。以下に、主要な成果を列挙する。(1)基礎理論の開発:(i)非断熱化学反応の熱反応速度定数を直接評価する理論を構築(論文1報発表、一般論を構築中)、(ii)電子移動に関するMarcus理論の改良版を構築、(iii)半古典力学的最適制御理論を構築(基本論文発表)、(iv)振動励起状態に対するトンネル分裂の理論を構築(基本論文発表)、(v)Bose-Einstein凝縮に関係した非線形非断熱遷移理論を構築(一部論文発表)。(2)プログラム開発と応用計算の実行:(i)上述した諸理論の応用計算が進行中である。例えば、(1)-(iii)をHCNの異性化のレーザー制御に適用中。(ii)多次元系ポテンシャル曲面の表現法、勾配とヘシアンの計算を可能とするコードの開発、(iii)OHClの反応の計算及び2次チャープを用いた光分解のレーザー制御の研究、(iv)シクロヘキサジエンとヘキサトリエンの間のフォトクロミック変換の研究、(v)非断熱遷移を積極的に活用してナノチューブに水素原子を注入する研究、(vi)古典軌道ホップ法の一般化及びトンネル分裂の具体系への応用。(vii)N_2OHの電子状態計算及びレチナールのモデル化。(3)実験的研究:(i)O(^1D)+Hcl→OH+Cl反応の微分断面積を測定(画像観測法)。強い前方散乱、OHの強い振動励起、Clのスピン-軌道分裂などの予備的結果が得られた。(ii)N_2Oの光分解反応におけるN_2の状態分布の測定と機構の解明(一部論文発表)。なお、鈴木は学術振興会学術賞を受賞した。以下の成果を上げた:(1)化学反応動力学の研究(i)凍結ガウス波束伝播に基づく半古典的手法を開発(論文発表済)。(ii)トンネル効果を含めた一般的TSH法を開発(論文印刷中)。(iv)熱反応速度定数を直接評価する理論手法を開発(論文執筆中)。(2)レーザーによる化学動力学の制御(i)波束の動きを制御する半古典的理論を開発(論文3報発表済、レビュー1報印刷中)。(ii)2次チャープによる波束の高効率な電子励起を実現(論文発表済、レビュー1報印刷中)。(iii)位相制御による原子の近接準位の励起に成功(実験と理論)(論文発表済)。(iv)上記の(i)と(ii)を用いると広い範囲の化学動力学過程を制御できる。OHCl分子の光解離過程制御への応用を実行中。(3)分子機能の発現と制御非断熱遷移は分子が機能を発現するときに重要な役割を果たしている。また、上記(2)の手法を使えば機能の制御も可能となる。(i)コラニュレン分子の一部を臭素で置き換えると、非断熱トンネル現象によって水素原子が炭素5員環を共鳴的に透過することを発見(論文発表済)。(ii)フォトクロミズムの例であるcyclohexadiene/hexatrieneの電子状態計算と動力学計算を行い、機構を明確にすると共に、レーザーによりこの過程を制御しうることを示した(論文1報発表済、1報印刷中、1報執筆中)。(4)トンネル理論の構築
赤外領域で三光子励起多波長検出を可能にする希土類金属プローブの創出

本研究は、どこでも使えるユーザーフレンドリーな光源であるフェムト秒ファイバーレーザーを励起光源に、そして金属錯体をベースとしたプローブを用いて生体イメージングを実証することを目指している。平成28年度は、生体中の酸素マッピングを行うことを目的とし、酸素センシング機能を持つIr錯体、BTPHSAに着目し、その多光子吸収特性とフェムト秒ファイバーレーザー励起多光子イメージングを行った。BTPHSAの二光子吸収スペクトルを二光子誘起発光法により測定したところ、800-1200 nm付近に二光子吸収帯が観測され、二光子吸収断面積(二光子吸収の効率を表す量)の極大は、1030 nmに観察された。このことから、BTPHSAは、フェムト秒ファイバーレーザーの発振波長である1030 nmにおいて、二光子吸収を示すことが明らかになった。BTPHSAが二光子励起蛍光顕微鏡下で酸素センシング機能を示すかどうか確かめるため、常酸素および脱気条件下でBTPHSAのDMSO溶液の二光子励起発光スペクトルを測定した。。BTPHSAの常酸素条件下の二光子励起発光強度は、脱気条件下と比べておおよそ1/3にまで減少していた。のことから、BTPHSAは、低酸素環境で強い二光子励起発光を示すことが明らかになった。BTPHSAの二光子励起発光が酸素応答性を示すことが確かめられたため、実際にフェムト秒ファイバーレーザーを光源とした多光子励起蛍光顕微鏡を用いて生細胞のイメージングを試みた。本研究の測定条件下では、BTPHSA由来の赤色発光は低酸素雰囲気下でのみ観察され、常酸素条件下では観察されなかった。このように、平成28年度はフェムト秒ファイバーレーザーを励起光源として、生細胞中の酸素センシングを達成した。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、Eu、Sm、Ybを中心金属とした三種の希土類金属錯体を用いて、誰もが使える光源で、三光子励起・三色イメージングを実証することを目指している。平成27年度は、希土類金属錯体を取り扱い容易なフェムト秒ファイバーレーザーの発振波長である1050 nmで、高効率に三光子励起するための配位子の分子構造の決定に取り組んできた。モデルとしてEu錯体をまず選び、種々の配位子を持つEu錯体の三光子励起発光挙動を調査した。その結果、ナフタレンを分子内に持つb-ジケトン誘導体を配位子とするEu錯体が1050 nmで高効率に三光子励起発光を示すことが明らかになった。そこで、実際にフェムト秒ファイバーレーザーを光源として、そのEu錯体で染色された生細胞の三光子励起イメージングを試みた。フェムト秒ファイバーレーザーを搭載した多光子励起顕微鏡は現在のところ市販されていないため、本研究では自作した顕微鏡を用いた。その結果、生きた細胞中からもEu錯体由来の発光を観察することができた。平成27年度ではEu錯体をモデルに希土類金属錯体を1050 nmで高効率に三光子励起するための配位子の分子構造の決定、及びその配位子を用いてYb、Sm錯体を合成する計画であった。種々の配位子を検討したところ、狙い通り1050 nmで三光子励起が可能なEu錯体の開発に成功し、それを用いて生細胞中での三光子励起イメージングを実証できた。残るYb、Sm錯体の合成も完了しており、それらの錯体から三光子励起発光が生じることは平成27年度中に予備的に確かめてある。したがって、計画通りに順調に進展しているといえる。。

このように、平成28年度はフェムト秒ファイバーレーザーを励起光源として、生細胞中の酸素センシングを達成した。平成27年度の研究により、3色の発色団それ自身はほぼ完成していると言える。なので、平成28年度は研究計画通り、これらの発色団に、任意の生体物質を染色する機能を付与するためTag Proteinの認識部位の導入に力を注ぐ。開発したプローブは実際に三光子励起三色イメージングへと試用し、その結果を分子設計へとフィードバックしていくことで、実用上の観点で真に優れたプローブ群の開発を進める。28年度が最終年度であるため、記入しない。