hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
グルココルチコイド受容体の炎症制御における分子ネットワークの解明

グルココルチコイド(GCs)製剤は難治性炎症性疾患に対して強力な抗炎症作用を有すが、GCs製剤の長期的利用は糖尿病、高血圧、骨粗しょう症などの誘発や薬剤耐性といった副作用の問題を多く残している他、その抗炎症メカニズムにも不明な点が多い。本研究においてはGCsが標的となるグルココルチコイド受容体(GR)の転写活性に着目し、GCs-GRによる抗炎症メカニズムを明らかにするのを目的とし、ルシフェラーゼアッセイとヒト遺伝子ライブラリーを用いたGRの転写調節因子のスクリーニングを実施し、GRの転写活性に関わるコファクターを含めた分子ネットワークを明らかにすべく研究を進めた。グルココルチコイド(GCs)製剤は自己免疫疾患を含む様々な難治性炎症性疾患に対する強力な抗炎症作用を有する。しかしながらGCs製剤の長期的利用は糖尿病、高血圧、骨粗しょう症などの誘発や薬剤耐性といった副作用の問題を多く残しており、またGCsの抗炎症メカニズムについてもいまだ謎が多い。本研究においてはGCs-グルココルチコイド受容体(GR)の抗炎症メカニズムを明らかにすること、そして新たな抗炎症薬の創薬ターゲット探索を目的として『GRの転写調節』に着眼し、GRのコファクターを含めた分子ネットワークを明らかにすべく研究を進めている。この目的のために本研究においては大きく分けて、GRの転写調節因子候補の探索、候補因子のGCs-GRの抗炎症メカニズムへの寄与、創薬ターゲットとしての候補因子の評価の3つのステップについて段階的に研究を進めていく。平成26年度においては本研究に先駆けて実施した遺伝子機能ライブラリーを用いたハイスループットスクリーニングアッセイにおいて同定したGRの転写活性化候補因子27遺伝子について各因子のGCs-GRの抗炎症メカニズムへの関与について組織特異性、細胞内局在、GRとの結合性、炎症刺激下の発現プロファイル、以上の4つのポイントに絞った分子生物学的解析を進めた。27遺伝子の内、特にGRとの結合性が示唆された遺伝子はGRと同様にほぼ全身で発現し、LPSなどの刺激により発現が変化するだけでなく、飢餓などの刺激により細胞内局在が変わるなどの応答性が認められた。この目的のために本研究においては大きく分けて、1) GRの転写調節因子候補の探索、2)候補因子のGCs-GRの抗炎症メカニズムへの寄与、3)創薬ターゲットとしての候補因子の評価の3つのステップについて段階的に研究を進めていく。平成27年度においては本研究に先駆けて実施した遺伝子機能ライブラリーを用いたハイスループットスクリーニングアッセイにおいて同定したGRの転写活性化候補因子27遺伝子の内、特にGRとの結合性が示唆された遺伝子についてさらに解析を進めた。この遺伝子がGRと同様にほぼ全身で発現し、LPSなどの刺激により発現が変化するだけでなく、飢餓などの刺激により細胞内局在が変わるなどの応答性が認められ、特定のドメインを介してGRの転写誘導活性を制御することを明らかにした。平成27年度においては遺伝子機能ライブラリーを用いたハイスループットスクリーニングアッセイにおいて同定したGRの転写活性化候補因子27遺伝子うち特にGRとの結合性が示唆された遺伝子については詳細な解析を進め一定の成果を得ることができた。しかしながら当初の計画ではノックアウトマウスの作製を完了する予定であった。しかしながら細胞系でのノックアウトは成功しているものの実際のマウスでは実験に使用可能な系統を得ることが出来なかった。ノックアウトマウスの作製と解析については引き続き平成28年度に実施し、スクリーニングより得られた各因子がGCs-GRの抗炎症メカニズムへ関与について詳細に解析を進める。本年度においてスクリーニングにおいて同定したGRの転写活性化候補因子27遺伝子の内、特にGRとの結合性が示唆された遺伝子について解析を進めた。この遺伝子がGRと同様にほぼ全身で発現し、特定のドメインを介してGRの転写を活性化することやLPSなどの刺激により発現が変化するだけでなく、飢餓などの刺激により細胞内局在が変わるなどのストレス応答性が認められた。またsiRNAの導入によりマクロファージ細胞の増殖や生存に影響が出ることを明らかにし、創薬ターゲットとして可能性を示唆した。

グルココルチコイド(GCs)製剤は難治性炎症性疾患に対して強力な抗炎症作用を有すが、GCs製剤の長期的利用は糖尿病、高血圧、骨粗しょう症などの誘発や薬剤耐性といった副作用の問題を多く残している他、その抗炎症メカニズムにも不明な点が多い。本研究においてはGCsが標的となるグルココルチコイド受容体(GR)の転写活性に着目し、GCs-GRによる抗炎症メカニズムを明らかにするのを目的とし、ルシフェラーゼアッセイとヒト遺伝子ライブラリーを用いたGRの転写調節因子のスクリーニングを実施し、GRの転写活性に関わるコファクターを含めた分子ネットワークを明らかにすべく研究を進めた。平成26年度においては遺伝子機能ライブラリーを用いたハイスループットスクリーニングアッセイにおいて同定したGRの転写活性化候補因子27遺伝子について、織特異性、細胞内局在、GRとの結合性、炎症刺激下の発現プロファイル、以上の4つのポイントに絞って各因子の分子生物学的解析を行った。各因子の分子生物学的解析については特にGRとの結合性が示唆された遺伝子についてはGRと同様にほぼ全身で発現し、LPSなどの刺激により発現が変化するだけでなく、飢餓などの刺激により細胞内局在が変わるなどの細胞応答性などが認められるなど、一定の成果を得ることができた。しかしながら当初の計画では免疫細胞を用いたGR転写活性化因子のノックダウン解析を行い各因子のGCs-GRの抗炎症メカニズムへ関与について解析を進める予定であったが、残念ながら各因子の分子生物学的解析に想定以上に難航してしまったために、免疫細胞を用いたGR転写活性化因子のノックダウン解析についてはいまだ解析中である。ノックダウン解析については引き続き平成27年度に実施し、スクリーニングより得られた各因子がGCs-GRの抗炎症メカニズムへ関与について詳細に解析を進める。平成27年度に引き続きノックアウトマウスの作製を継続する。ノックアウトマウスには平成27年度に利用したCRISPRシステムに加え、TALEN技術など別なゲノム編集技術を利用して作製を行う予定である。また作製したノックアウトマウスを使用し、各種炎症性疾患モデルマウスを作製し、その表現型を野生型マウスと比較し、GCs-GRコファクターの炎症疾患による関与を解析する。炎症性疾患モデルマウスとしてはGRのダイマー化による遺伝子転写調節機構と密接に関わっているとされる炎症性疾患として知られる敗血症、関節リウマチを採用する。敗血症はLPSあるいはCLPによる腹腔内注射により誘導し、関節リウマチはG6PI (Glucose-6-Phosphate Isomerase)を抗原として誘導を行う。ノックアウトマウスおよび野生型マウスそれぞれにおいてモデルマウスを作製し、症状の悪性度や免疫系細胞の組織浸潤などの解剖学的解析やデキサメタゾンなどのGCs製剤の奏功について比較し、各候補因子の創薬ターゲットとしての有用性を評価していく。
ゼブラフィッシュ成魚脳を用いた神経幹細胞/前駆細胞の増殖・分化の分子機構の解析

ゼブラフィッシュ成魚脳視蓋では、深層のperiventricular gray zone(PGZ)の辺縁に分裂細胞、PGZ深層に放射状グリア、表層に神経細胞が分布し、PGZ辺縁に分布する分裂細胞は神経上皮細胞様の神経幹・前駆細胞である(Ito et al.,2010)。そこで、本年度は、これら神経上皮細胞様神経幹・前駆細胞の増殖・分化を制御する遺伝子の候補を選定することを目的とした。哺乳類成体脳において神経新生の制御への関与が示唆されているFGF、Notch、Shh、Wntシグナルのリガンド、レセプターのゼブラフィッシュ成魚脳視蓋PGZにおける発現パターンを蛍光in situハイブリダイゼーションにより調べた。
スピン間有効交換相を作用の非経験的分子軌道計算に基づく新規高分子磁性体の設計

本研究は新規高分子磁性体の分子設計のための基礎的デ-タを提供することを目的として実行された。本年度は特に電気伝導のキャリア-となるド-プされたホ-ルあるいは電子と局在スピンとの相互作用について詳細な検討を行った。まず、三重項メチレンをCC二重結合で連結した糸(1)を考察した。中性の状態ではビスメチレンのσ電子対はπ電子系のスピン分極により反強極性的相互作用をしていることが判明した。次に、1をイオン化することによりホ-ルを1個導入した場合の完全配置SCF(CASSCF)計算を実行したところ、高スピン(HS)状態の方が低スピン(LS)状態より安定になることがわかった。一方、1に電子を1個導入したアニオンラジカルではLS(二重項)がHS(四重項)よりも安定であった。さらに、CASSCFの主配置より判断する限り、イオンラジカル系ではスピン多重度間で主配置が異なり、いわゆる局在スピン系に対して適用されるハイゼンベルグモデルが使用出来ないことがわかった。次に、HS状態にあるポリフェニルセルベン(2)のNBMOにあるπ電子を1個イオン化することにより生成するイオンラジカルのスピン分極型MO計算を実行したところ、中性状態に比較してスピン多重度が1減少するのみで、LS状態がHS状態よりも安定になることはなかった。一方、2のNBMOに電子を1個付加しても、事情は同じであった。上記の結果より、HSあるいはLS状態にある中性のポリカルベン系にホ-ルあるいは電子をド-プすると、それらのド-プされる軌道の対称性によりスピン多重度が変化することが判明した。この結果より、高スピンイオンラジカルを生成するためには、ヘテロ原子や極性置換基を適当に導入することにより、ホ-ルあるいは電子の導入軌道を制御する必要があると言えよう。
尿蛋白クレアチニン比を用いた、新たな学校検尿システムの構築

【緒言】前年度は尿蛋白陽性と判定された生徒の残余検体を用い,尿蛋白(uTP)と尿クレアチニン(uCr)の定量検査による尿蛋白の偽陽性率を検討した。その結果、従来の尿定性法では尿蛋白偽陽性率が非常に高いことが判明したが、尿蛋白定性陰性者は検査対象でないため感度特異度は算出できなかった。このため本年度は2次検尿の対象となった小学校の全生徒の残余検体を用い、uTPとuCrの定量検査にくわえ、近年検診検尿で注目されている尿試験紙による尿蛋白クレアチニン比(P/C)を測定し、各々の陽性判定基準を変化した場合の尿蛋白検出における感度特異度を測定した。尿蛋白陽性はuTP/Cr 0.15g/gCr以上とした。また県教育委員会から提供を受けた学校生活管理指導表の診断名を用い,判定基準の変更による腎炎疑い・管理中児の検出状況の変化を調査した.【結果】小学校2次検尿の対象者: 455名(うち尿蛋白陽性者は49名)。うち学校生活管理指導表で"腎炎疑い・管理中"の診断名が記載されていた生徒: 5名。<尿定性> (1+)が陽性判定基準の場合:陽性31名(感度63.3%,特異度7.1%),腎炎診断偽陰性2名. (2+)が陽性判定基準の場合:陽性12名(同24.5%,同0%),偽陰性4名.<P/C> (1+)が陽性判定基準の場合:陽性43名(同87.8%,同35.5%),偽陰性1名. (2+)が陽性判定基準の場合:陽性16名(同32.7%,同8.1%),偽陰性4名.【考察】小学生の2次検尿を対象とした検討では、P/C(1+)以上が尿蛋白検出に優れ,腎炎診断の見逃しも少なく,従来の尿定性法よりも優れている可能性が示唆された。【今後の研究の展開】数年間同様の検討をおこない、慢性腎炎の存在が疑われる尿所見異常検出力(特に尿蛋白)に優れる学校検尿の検査項目の組み合わせを明らかにする。計画当初では、全県の学校検尿の残余検体を用いる予定にしていましたが、検査費用が限られていることから全県での残余検体の尿定量検査の実施は困難であると判断しています。しかし現在研究協力をしていただいている検査施設は、滋賀県の約60%の学校検尿検査を受託しておりサンプルサイズとしては十分であると考えます。平成30年度からは小学校の二次検尿対象者全員のみに対して尿定量検査を実施することで、各々の検査項目の尿蛋白検出における感度特異度が測定でき、さらに当初の研究計画では予定していなかった尿試験紙による尿蛋白クレアチニン比の有効性が示唆されました。平成31年度は平成30年度からの研究費の繰り越しを併せて用いることで、当初の計画通り尿アルブミン定量検査と尿ベータ2マイクログロブリンの定量検査も実施することが可能となる見込みであり,計画としては概ね順調に進展していると考えます。現在研究協力をしていただいている検査施設で実施される小学校の二次検尿対象者に尿定量検査を行うことを複数年継続し、慢性腎炎の存在が疑われる尿所見異常の検出率を比較検討することで、各検査の感度特異度を測定し、慢性糸球体腎炎の検出率が高い学校検尿の検査項目の組み合わせを複数年の結果から推定する予定です。小学校での検討を複数年実施した後に、中学校で同様の検討を行う予定としています。平成29年度は、滋賀県の約60%の学校検尿検査を受託する検査会社で尿蛋白陽性と判定された小中学校全生徒の残余検体を用い1残余検体の尿定量検査の実施可能性、2尿蛋白(uTP)と尿クレアチニン(uCr)の定量検査による尿蛋白の偽陽性率を検討した。尿蛋白偽陽性を尿蛋白定性(1+)以上かつ, uTP/uCr 0.15g/gCr未満とした。【結果】<小学校>【1次検尿】全県対象者49,061名のうち尿蛋白陽性211名と尿蛋白+尿潜血陽性20名の定量検査を実施した。uCr値の中央値は151mg/dL (IQR 114ー198)。尿蛋白偽陽性率は尿蛋白陽性者で37.4%、尿蛋白+潜血陽性者で45.0%であった。【2次検尿】同466名のうち尿蛋白陽性19名と尿蛋白+潜血陽性2名の検査を実施した。偽陽性率は尿蛋白陽性者で21.1%、尿蛋白+潜血陽性者で0%であった。<中学校>【1次検尿】同23,837名のうち尿蛋白陽性544名と尿蛋白+尿潜血陽性76名の検査を実施した。uCr値の中央値は230mg/dL (IQR 180.25ー292)。尿蛋白偽陽性率は尿蛋白陽性者で57.5%、尿蛋白+潜血陽性者で55.3%であった。【2次検尿】同70名のうち尿蛋白陽性59名と尿蛋白尿潜血陽性11名の検査を実施した。偽陽性率は尿蛋白陽性者で27.1%、尿蛋白+潜血陽性者で45.5%であった。

【考察】学校検尿の残余検体を用いた尿定量検査の実施は可能であることが確認できた。また現状では尿蛋白偽陽性率が高いことが判明した。今後尿蛋白定量検査の導入により多数の偽陽性者数を低減しうる可能性が示唆される。【今後の研究の展開】学校検尿の残余検体をもちい各種尿検査を行うことで、慢性腎炎の存在が疑われる尿所見異常の検出率を比較検討し、慢性糸球体腎炎の検出率が高い学校検尿の検査項目の組み合わせを明らかにする。計画当初では、平成30年度は全県の学校検尿の残余検体を用いる予定にしていましたが、検査費用が限られていることから全県での残余検体の尿定量検査の実施は困難であると判断しました。しかし現在研究協力をしていただいている検査施設は、滋賀県の約60%の学校検尿検査を受託しておりサンプルサイズとしては十分であると考えます。平成30年度は小学校の二次検尿対象者全員のみに対して、尿定量検査を実施することに限定したため、費用の問題もクリアできていることから計画としては概ね順調に進展していると考えます。【緒言】前年度は尿蛋白陽性と判定された生徒の残余検体を用い,尿蛋白(uTP)と尿クレアチニン(uCr)の定量検査による尿蛋白の偽陽性率を検討した。その結果、従来の尿定性法では尿蛋白偽陽性率が非常に高いことが判明したが、尿蛋白定性陰性者は検査対象でないため感度特異度は算出できなかった。このため本年度は2次検尿の対象となった小学校の全生徒の残余検体を用い、uTPとuCrの定量検査にくわえ、近年検診検尿で注目されている尿試験紙による尿蛋白クレアチニン比(P/C)を測定し、各々の陽性判定基準を変化した場合の尿蛋白検出における感度特異度を測定した。尿蛋白陽性はuTP/Cr 0.15g/gCr以上とした。また県教育委員会から提供を受けた学校生活管理指導表の診断名を用い,判定基準の変更による腎炎疑い・管理中児の検出状況の変化を調査した.【結果】小学校2次検尿の対象者: 455名(うち尿蛋白陽性者は49名)。うち学校生活管理指導表で"腎炎疑い・管理中"の診断名が記載されていた生徒: 5名。<尿定性> (1+)が陽性判定基準の場合:陽性31名(感度63.3%,特異度7.1%),腎炎診断偽陰性2名. (2+)が陽性判定基準の場合:陽性12名(同24.5%,同0%),偽陰性4名.<P/C> (1+)が陽性判定基準の場合:陽性43名(同87.8%,同35.5%),偽陰性1名. (2+)が陽性判定基準の場合:陽性16名(同32.7%,同8.1%),偽陰性4名.【考察】小学生の2次検尿を対象とした検討では、P/C(1+)以上が尿蛋白検出に優れ,腎炎診断の見逃しも少なく,従来の尿定性法よりも優れている可能性が示唆された。【今後の研究の展開】数年間同様の検討をおこない、慢性腎炎の存在が疑われる尿所見異常検出力(特に尿蛋白)に優れる学校検尿の検査項目の組み合わせを明らかにする。計画当初では、全県の学校検尿の残余検体を用いる予定にしていましたが、検査費用が限られていることから全県での残余検体の尿定量検査の実施は困難であると判断しています。平成30年度からは小学校の二次検尿対象者全員のみに対して尿定量検査を実施することで、各々の検査項目の尿蛋白検出における感度特異度が測定でき、さらに当初の研究計画では予定していなかった尿試験紙による尿蛋白クレアチニン比の有効性が示唆されました。平成31年度は平成30年度からの研究費の繰り越しを併せて用いることで、当初の計画通り尿アルブミン定量検査と尿ベータ2マイクログロブリンの定量検査も実施することが可能となる見込みであり,計画としては概ね順調に進展していると考えます。
鉄・マンガン酸化細菌群集による微量金属の除去機構と地下水浄化技術への応用

本研究は、鉄・マンガン酸化細菌を集積したバイオリアクターを構築し、金属汚染地下水浄化への適用可能性を示すことを目標とした。集積培養系により産生される鉄・マンガン酸化物が亜鉛等の微量金属を高効率で吸着除去できることを明らかにした。さらにこの金属酸化物の形成には、α-プロテオバクテリア綱に属する新奇細菌群が大きく関与することを示した。鉄・マンガン酸化集積培養系による金属浄化においては、この細菌群の挙動に着目して浄化プロセスの管理を行うことが重要であると考えられた。鉄・マンガン酸化細菌群集が形成する鉄・マンガン酸化物は、重金属やヒ素など有害微量元素の優れた吸着担体として機能するため、有害微量元素で汚染された地下水浄化への適用が期待される。本研究では、鉄・マンガン酸化集積培養系を構築し、地下水浄化システムのラボスケールモデルを構築することを目的としている。本年度は、鉄・マンガン酸化細菌群集の集積化とその群集構造の解析を検討し、以下の成果を得た。1.以前の研究で調製したマンガン酸化集積培養系を中性pH、好気条件下でMn(II)(5mg/L)を添加しながら継代維持した。この培養系の一部を別の培養器に移し、Mn(II)(5mg/L)とFe(II)(5mg/L)を同時に添加しながら、新たに鉄・マンガン酸化物の形成を伴う集積培養系を作製した。2.鉄・マンガン酸化細菌群集の集積において、培養時間の経過とともに培養液のマンガン酸化活性は徐々に上昇した。一方、鉄に関しては試験初期より急速に酸化沈積したことから、溶存酸素による化学酸化の寄与が大きいと推察された。3.マンガン酸化細菌群集より16S rRNA遺伝子をPCR増幅してクローンライブラリーを作製し、群集構造の解析を行った。その結果、系統的に多様なα-Proteobacteria Bacteroidetesが主要なクローンとして検出された。さらに、希釈平板法によりMn(II)酸化細菌を分離したところ、試験した9菌株全てがα-Proteobacteriaに属し、5菌株(Rhodobacteraceae)は集積系より得られた1クローンと近縁であることがわかった。以上より、Mn(II)酸化集積培養系には多様なα-Proteobacteriaが主要な細菌群として存在し、それらの少なくとも一部はMn酸化物の形成に直接的に関わっていることが示唆された。本研究では、鉄・マンガン酸化集積培養系を活用した汚染地下水の浄化システムを構築することを最終の目的としている。本年度は、作製した集積培養系による微量金属イオンの吸着特性、および集積培養系のマンガン酸化を担う細菌群について検討し、以下の知見を得た。1.鉄・マンガン酸化物を沈積した集積培養物(凍結乾燥品)を用いてCo(II)、Ni(II)及びZn(II)の吸着等温線を作成した結果、各金属とも試験した濃度範囲(800μM)ではFreundlich式に従うことがわかった。マンガン酸化物のみを含む培養物でも各金属に対してほぼ同等の吸着量であり、集積培養系による金属イオンの吸着にはマンガン酸化物が大きく関与することが示唆された。2.微量(各50μg/L)のCo(II)、Ni(II)及びZn(II)を添加して回分培養試験を行った。その結果、溶存態鉄・マンガンの除去に伴い微量金属イオンも水相より除去された。試験した金属イオンの中ではCo(II)の除去率が最も大きく、次いでNi(II)、Zn(II)の順であった。Co(II)はマンガン酸化物により酸化されて不溶化するため、高い除去率が得られたと推察された。3.マンガン酸化集積培養系より、あらたにマンガン酸化細菌を分離した。本菌は平板培地上で酵母様微生物と共存した状態で得られ、単離して純粋培養することは困難であったが、分子系統解析によりα-プロテオバクテリアに属する新規の細菌であることが分った。さらに、前年度のクローン法による細菌群集構造の解析結果と併せると、本菌(またはその近縁種)はマンガン酸化集積培養系の主要細菌群として(全クローンの11%を占めていた)、マンガン酸化機能を担っていると示唆された。鉄・マンガン酸化集積培養系による微量金属回収プロセスにおける微生物群集の役割を明らかにするため、前年度に分離された新規マンガン酸化細菌(I株)の増殖特性や微生物生態について調査した。本菌は酵母様微生物共存した状態で得られ、単離して純粋培養することは困難であったが、Escherichia coliやBacillus subtilisなど種々のグラム陰性・陽性細菌との共存下で増殖してマンガンを酸化することがわかった。また細菌のほか、Aspergillus niger等真菌の共存下でも増殖した。

前年度の16SrDNA-クローンライブラリー解析により、本菌(または近縁種)がマンガン酸化集積培養系の主要構成細菌群の一つであることが示唆されたが、多様な微生物共存下で増殖することから、微生物集団の中で生残し易い特性をもつと推察された。16S rDNAに基づく分子系統樹を作成した結果、本菌はα-プロテオバクテリア綱に属するが、未培養の種々の環境クローン配列と独自のクラスターを形成した。この細菌群をPCR検出可能なプライマー配列を決定し、鉄・マンガン酸化集積培養系からの検出を行ったところ、近縁種が存在することが明らかになった。さらに河川床のマンガン沈積物など幾つかの環境試料からも検出され、この細菌群が自然環境中に広く分布し環境中でのマンガン動態に関与する可能性が示された。本研究により、本菌とその近縁種が重要な機能をもつことが初めて明らかになり、鉄・マンガン酸化集積培養系による金属回収においては、この細菌群の挙動に着目しながらプロセスの管理を行うことが重要であると考えられた。
自然排便の促進を目指した臨床看護技術の効果検証

本研究は,自然排便を促進する看護技術の適応化を目的にした研究である.自然排便を促進する新たな看護技術として,腰背部に微振動をかける方法の科学的根拠の探索と慢性的な便秘を有する透析患者を対象に看護技術を実施した.その結果,排便の頻度が増加し,便の性状ならびに主観的に感じる排便排泄時のスムーズ感に変化が認められた.便意の原因は多様にあるが,一般的に水分摂取量や食物繊維等の減少,運動量の低下等が挙げられ,寝たきり状態にある患者に多くみられる.また,透析療法を実施している患者は水分量の制限や薬剤の影響により便秘は深刻な問題であり,常習的な便秘においては緩下剤の量を減らすこと,さらに自然排便をもたらすような排便を促進する看護ケアの確立が必要である.そこで本研究では,自然排便を促進する看護技術の臨床適応化を目的とした.自然排便を促進する新たな看護技術として,腰背部に微振動をかける方法(腰背部微振動)の科学的根拠の探索と,慢性的な便秘を有する透析患者を対象に看護技術の臨床効果について検証し,臨床看護技術の確立を図りたいと考えている.腰背部に微振動を与える排便促進に向けた看護技術の効果として,1腰背部に微振動をかけることにより排便促通効果があるか,また2慢性的な便秘症状を有する透析患者を対象に微振動を行うことによる排便促通効果についてついて明らかにすることが目的である.平成25年度は,研究1腰背部に微振動をかけることによる排便促通効果について,生理学的指標を用いた準実験研究を実施し,腰背部に微振動時の生体反応を評価することを目標としていた.評価指標として,自律神経機能と皮膚音や腸音,排ガス・排便状態を考えており,腰背部微振動時の振動を測定するための機器,時間,部位などに関する生理的指標の妥当性について文献的な調査を実施し評価指標の選定を行なった.文献調査に基づいて,平成26年度に準実験研究を実施する予定である.便意の原因は多様にあるが,一般的に水分摂取量や食物繊維等の減少,運動量の低下等が挙げられ,寝たきり状態にある患者に多くみられる.また,透析療法を実施している患者は水分量の制限や薬剤の影響により便秘は深刻な問題であり,常習的な便秘においては緩下剤の量を減らすこと,さらには自然排便をもたらすような排便を促進する看護ケアの確立が必要である.そこで,本研究では,腰背部に微振動を与える排便促進を目的とした看護技術の効果として,腰背部に微振動をかけることにより排便促通効果があるか,また慢性的な便秘症状を有する透析患者を対象に微振動を行うことにより排便促通効果があるか明らかにすることを目的としている.透析患者は,尿毒症や代謝異常,栄養障害,酸塩基平衡に異常を来しやすいことから,全般的に腸管の筋層が薄弱になり筋力低下が生じやすい.このことから腸蠕動も微弱になり,腸管の便の移送が困難になる.加えて水分制限があり,透析時の除水により便の高度が増すという悪循環に陥りやすい.透析患者の便秘に関しては,看護においても重要視されてきたが,看護援助の方法はいまだ確立されていない.そこで本研究では,自然排便を促進する看護技術の臨床適応化を目的とした.慢性的な便秘を有する透析患者を対象に,自然排便を促進する新たな看護技術として腰背部に微振動をかける方法(腰背部微振動)の排便に関する効果についての研究を実施した.平成28年度は,透析患者を対象に腰背部微振動による排便状態の変化について事例による検討を行った.週3回外来において透析を実施している患者は常習的な便秘がみられた.腹部CTの所見から,狭窄などの物理的通過障害はないため,便秘の種類は機能性便秘であると考えた.患者は緩下剤も常用しており,便秘による苦痛を訴えていた.そこで,週3回の透析時に腰背部微振動を実施し,排便に関する状態について,排便頻度,便の性状(ブリストルスケール),排便時の主観評価,緩下剤の量,腸蠕動音などを指標として評価した.腰背部微振動開始後1週目から2週目にかけては4日間連続して排便がみられ,排便頻度の平均が4.5日に一回から1.6日に一回みられるようになった.ブリストルスケールも平均34(やや硬い便普通便)であったが,腰背部微振動後は平均45(普通便やや軟らかい便)となり,主観的にもスムーズに排便が可能な頻度が多くなったという評価が得られた.また,緩下剤の服用量もわずかではあるが減少した.本研究は,自然排便を促進する看護技術の適応化を目的にした研究である.自然排便を促進する新たな看護技術として,腰背部に微振動をかける方法の科学的根拠の探索と慢性的な便秘を有する透析患者を対象に看護技術を実施した.その結果,排便の頻度が増加し,便の性状ならびに主観的に感じる排便排泄時のスムーズ感に変化が認められた.腰背部に微振動をかけることにより排便促通効果について,生理学的指標に基づいた準実験的研究を実施する予定としていたが,生理学的指標の妥当性についていまだ十分な見解が得られていないため.リハビリテーション看護学平成27年度は,平成26年度の課題をクリアし研究を早急に進める予定である.研究1準実験研究の準備が遅れている.生理学的指標に関する妥当性について,明確な根拠を導くための文献調査に時間を要してしまった。

実験研究が遂行できなかったため平成26年度は,平成25年度に実施予定であった準実験研究を実施する.その結果を基づいて平成26年度・27年度と継続して実施する予定である介入研究を実施する予定である.H26年度に計画した研究を実施する準実験研究で使用する測定機器の選定中であり,平成25年度に購入できなかったため.平成25年度に購入できなかった機器を購入する予定である.
活性酸素シグナルによる精子幹細胞自己複製制御機構の解明

本研究では精子幹細胞の自己複製分裂における活性酸素の役割を解析した。これまでに活性酸素は生殖細胞に悪影響を与えると考えられており、男性不妊の治療においても活性酸素の抑制が一般的に行われている。しかしながら、我々は活性酸素を産生する酵素であるNox1のノックアウトマウスを解析することにより、Nox1の欠損により精子幹細胞の自己複製分裂が顕著に低下していることを明らかにした。さらにNox family分子に属する別分子であるNox3が一過性に活性酸素を産生することが自己複製分裂の開始に重要であることも見出した。体内に入った酸素は体の中でエネルギーを生み出す過程で、その一部が活性酸素に変化する。活性酸素は細胞内の情報を伝達するメッセンジャーとしての役割をもつと共に、その制御の異常は細胞膜に損傷を与え、細胞内の酵素を不活性化し、DNAの断片化を誘導する。そのため活性酸素は変成疾患を引き起こすになるのみならず、老化やがんの誘因として重要な役割を担っている。生殖細胞においては、活性酸素による酸化ストレスは発生過程の卵子の染色体異常や受精後の細胞死に関与することが知られている。特に雄の生殖細胞では成熟した精子を含め、さまざまなステージの精子形成細胞にダメージをあたえ男性不妊症を引き起こす。これまでの研究で活性酸素は精子幹細胞に毒性をもち、細胞死を引き起こすと考えられていた。今回の研究により、活性酸素の低下は試験管内で培養された精子幹細胞の増殖を抑制するのみならず、適度な量の過酸化水素の添加は幹細胞の増殖を促進する作用をもつことが分かった。更に、過酸化酸素で長期間培養された幹細胞からは正常な産子を得ることができた。生体内においても活性酸素の低下は精原細胞の増殖低下をおこし、活性酸素の産生に寄与するNADPHoxidase1 (NOX1)分子欠損マウスでは幹細胞の自己複製能力が著しく低下していた。従来、活性酸素は精子の運動率や機能を低下させる作用があることが知られており、男性不妊症の原因の一つとして考えられていた。しかしながら、今回の研究成果は活性酸素の低下が精子を作るもととなる幹細胞の増殖を低下させる作用があるということを明らかにすることができた。この結果は、不妊男性の活性酸素を低下させると幹細胞の能力が低下し、必ずしも精子形成全体には良い影響があるとは言えないことを示唆する。その点で我々の成果は不妊患者への治療のあり方を幹細胞のレベルから新たに見直す必要があることを示す。更にNox1遺伝子の発現を異なった発達段階の精巣においてreal-time PCRにより調べたところ、Nox1は精原細胞の増殖が活発に行われている生後10日齢においては比較的発現レベルが低いことが分かった。これらの結果はNox1遺伝子以外の分子がROSの産生に関与していることを示唆していると考えられる。上記の実験に加えて、我々はGS細胞の増殖刺激を行う際にGDNFおよびFGF2を除去した際には細胞分裂の速度が顕著に低下していることも明らかにした。この結果から我々はGS細胞のROSの発生タイミングは自己複製因子による刺激直後に強いこともフローサイトメトリーにより判明した。本年度我々はNox遺伝子の別familyであるNox3遺伝子がマウス精子幹細胞の自己複製分裂において果たす役割の解析を行った。通常Nox3遺伝子は対数増殖期にある培養精子幹細胞であるgermline stem (GS)細胞には発現していない。しかしながら、自己複製因子を除き飢餓状態にした後に再度自己複製因子を添加することで一過性に発現してくる。Nox3に対するshort hairpin RNAをGS細胞で発現すると、自己複製因子を添加した後の活性酸素量の低下が見られるのみならず、細胞増殖も抑制される。Nox3を強制的にGS細胞に発現してもその増殖には大きな影響は見られなかったが、Nox3の発現抑制されたGS細胞もしくは精巣細胞を精子幹細胞移植法により定量すると精子幹細胞活性が低下していることが明らかになった。このことから、精子幹細胞の自己複製分裂にはNox1とNox3遺伝子が異なった局面で作用していることがわかった。活性酸素がNox1以外の分子によっても発生し、それが精子幹細胞の自己複製を促進している可能性を示す証拠が得られた。27年度が最終年度であるため、記入しない。生殖生物学計画書に記載されている残りの実験についても現在進行中であり、Nox1以外にROSの発生に関与する遺伝子の同定を試みる予定である。これまでに活性酸素が精子幹細胞の自己複製に関与を明らかにすることができた。また、Nox1分子がその産生に大きな役割を果たすことも分かった。これは当初予想した以上の成果であった。当初必要であると見込まれたマウスの購入維持費が実際には予想よりも少なかったため。計画書に記載されている残りの実験についても現在進行中であり、生体内におけるNox遺伝子の役割について更なる解析を行う。

また試験管内におけるNox分子と活性酸素の関係についてもその自己複製シグナルとの関係を明らかにしていく予定である。次年度でのマウス維持費として充当する予定。27年度が最終年度であるため、記入しない。
データからの潜在ダイナミクス抽出のための統計的機械学習とその応用

本研究では,(課題1)作用素論的ダイナミクス抽出法のベイズ学習に基づく定式化とその拡張・体系化,(課題2)主要なダイナミクス特定のための統計的推測方法の確立,及び(課題3)抽出情報に基づくダイナミクス予測のための学習アルゴリズム構築,の3課題を明らかにすることで研究目的の達成する.当該年度では,(課題1)の(Sub1-1)「作用素論的解析のベイズ学習を中心とした確率的定式化と学習アルゴリズの導出」に関連して,その基礎となる確率モデルとその推論方法の導出,及びその理論的性質の解析を行なった.本モデルの推定は従来的な動的モード分解のそれへ収束することが示されるが,確率的なモデルであるため,種々の機械学習的なテクニックをこれまで動的モード分解が適用されていたような場面において導入することを実現するため重要なものである.当該年度においてはその一つとして,本モデルをさらに拡張して,非定常な時系列データへも適用可能な確率モデルの導出を行なった.本モデルは,動的モード分解の適用では直接推定が困難であった場面での,時系列データの背後にあるシステムのダイナミクスに関する情報(動的モードの遷移など)の抽出を可能とする.また当初計画では想定していなかった成果の一つとして,自身が以前提案した再生カーネルを用いた動的モード分解を拡張し,構造を持った系列データ(例えば,グラフの系列データなど)へ適用可能な方法を導出した.数理的枠組みとしては,再生カーネルの終域がスカラー値ではなくベクトル値を考えることでこれを実現する.本方法は,例えば集団運動などへ適用することで,その相互関係の動的な性質に関する情報を抽出することを可能とする.本研究においても,魚の集団運動やスポーツのデータによりその有用性を確認した.当初想定していた計画においては,(課題1)の(Sub1-1)「作用素論的解析のベイズ学習を中心とした確率的定式化と学習アルゴリズの導出」について,その基本となる動的モード分解の確率モデルの導出,及びその再生カーネルを用いた一般化を想定していた.前者については計画通り遂行されたが,後者についてはまだ検討途中の段階である.一方で,当初想定していなかったものとして,参画者との議論の中で,自身が以前提案した再生カーネルを用いた動的モード分解を拡張し,構造を持った系列データ(例えば,グラフの系列データなど)へ適用可能な方法の導出が行われた.この成果は,本研究課題においても,今後の研究を進める上で重要なものである.以上のように,一部計画に遅れが出ているものの,発展的な内容の成果も出ており,全体としてはおおむね順調に進展していると考えている.上記のように,これまでは本研究課題はおおむね順調に進展しており,基本的には今後も当初計画に沿って進めていこうと考えている.一方で,当初は想定していなかったような応用的な広がりも見えてきており,これらについては,本研究課題の発展性を示すために重要であると考えられるため,各分野の研究者と積極的に連携を進めて研究を実施していきたいと考えている.本研究では,(課題1)作用素論的ダイナミクス抽出法のベイズ学習に基づく定式化とその拡張・体系化,(課題2)主要なダイナミクス特定のための統計的推測方法の確立,及び(課題3)抽出情報に基づくダイナミクス予測のための学習アルゴリズム構築,の3課題を明らかにすることで研究目的の達成する.当該年度では,(課題1)の(Sub1-1)「作用素論的解析のベイズ学習を中心とした確率的定式化と学習アルゴリズの導出」に関連して,その基礎となる確率モデルとその推論方法の導出,及びその理論的性質の解析を行なった.本モデルの推定は従来的な動的モード分解のそれへ収束することが示されるが,確率的なモデルであるため,種々の機械学習的なテクニックをこれまで動的モード分解が適用されていたような場面において導入することを実現するため重要なものである.当該年度においてはその一つとして,本モデルをさらに拡張して,非定常な時系列データへも適用可能な確率モデルの導出を行なった.本モデルは,動的モード分解の適用では直接推定が困難であった場面での,時系列データの背後にあるシステムのダイナミクスに関する情報(動的モードの遷移など)の抽出を可能とする.また当初計画では想定していなかった成果の一つとして,自身が以前提案した再生カーネルを用いた動的モード分解を拡張し,構造を持った系列データ(例えば,グラフの系列データなど)へ適用可能な方法を導出した.数理的枠組みとしては,再生カーネルの終域がスカラー値ではなくベクトル値を考えることでこれを実現する.本方法は,例えば集団運動などへ適用することで,その相互関係の動的な性質に関する情報を抽出することを可能とする.本研究においても,魚の集団運動やスポーツのデータによりその有用性を確認した.当初想定していた計画においては,(課題1)の(Sub1-1)「作用素論的解析のベイズ学習を中心とした確率的定式化と学習アルゴリズの導出」について,その基本となる動的モード分解の確率モデルの導出,及びその再生カーネルを用いた一般化を想定していた.

前者については計画通り遂行されたが,後者についてはまだ検討途中の段階である.一方で,当初想定していなかったものとして,参画者との議論の中で,自身が以前提案した再生カーネルを用いた動的モード分解を拡張し,構造を持った系列データ(例えば,グラフの系列データなど)へ適用可能な方法の導出が行われた.この成果は,本研究課題においても,今後の研究を進める上で重要なものである.以上のように,一部計画に遅れが出ているものの,発展的な内容の成果も出ており,全体としてはおおむね順調に進展していると考えている.上記のように,これまでは本研究課題はおおむね順調に進展しており,基本的には今後も当初計画に沿って進めていこうと考えている.一方で,当初は想定していなかったような応用的な広がりも見えてきており,これらについては,本研究課題の発展性を示すために重要であると考えられるため,各分野の研究者と積極的に連携を進めて研究を実施していきたいと考えている.
微細手術作業時の手の自励振動特性とその抑制制御法

医療の高度化に伴い,血管の縫合や眼球の手術など微細な生体器官に対する手術が要求されてきている.一方,医師はピンセットや針などで生体に対して手術を行うが,人間本来の筋肉やそれを制御する神経系の特性により,手先に自励的な振動現象が見られる.それにより,微細な手術はよほど熟練した医師でないと行うことができない.本研究の目的は,自励現象を抑制し,経験の浅い医師でも微細な手術を行えるようにするため,自励振動を抑制できる手術器具を開発することである.平成9年度で自励振動の変位におけるの発生周波数や振幅を調べた.しかしながら指の振動が手術器具に伝わるのは指先の皮膚特性を介してであり,その特性を調べなければ効率のよい振動抑制をすることができないことがわかった.そこで,平成10年度は指先の変位だけではなく,力も測定し,指先皮膚組織のインピーダンス特性を調べた.そして,自励振動抑制の制御システムの開発のための重要な知見を得た.得られた結果を以下に示す.1.指先垂直方向の自励振動はほぼ5Hzから10Hzの間であり,接触力が強くなると,指先変位の自励振動は高周波となり振幅も小さくなる.しかしながら力は振幅周波数ともほとんど変わらない.つまり,器具をつかむ力に係わらず自励振動の大きさは変わらないことがわかった.従って,振動を抑制するためには指先より伝わる力を測定し,5Hzから10Hzのバンドパスフィルタをかけた後,その力を打ち消す制御力をかけてやればよいことがわかる.ただし,自励振動力の大きさは器具をつかむ力に対して変わらない.2.指先せん断方向のインピーダンス特性を見ると,剛性は器具つかみ力に比例して大きくなっているが,粘性特性は変化しないことがわかった.従って,器具のつかみ方により振動の周波数は変化するが,減衰は変化しないことがわかった.今後の課題として,本研究結果を反映した制御器を組み込むことができる,小型軽量の振動抑制装置の実現であろう.近年,医療の高度化に伴い血管の縫合や眼球の手術などの微細な生体器官に対する手術が要求されてきている.一方,医師はピンセットや針などで生体に対して手術を行うが,人間本来の筋肉やそれを制御する神経系の特性により,手先に自励的な振動現象が見られる.従って,よほど熟練した医師でなければ手先のふるえにより,正確な手術を行うことができない.これは作業が微細になればなるほど顕著となる.このような人間の振動特性を抑制する装置をとりつけた手術器具を開発すれば,熟練した医師のみならず,経験の浅い医師においても正確な手術が可能になると考えられる.本研究の目的は微細作業中の人間の振動特性の解析とその振動を効率的に抑制する制御法を開発することである.平成9年度は,微細作業時の人間の自励振動特性を解析し,それを抑制する制御アルゴリズムの開発のための基礎データを得るため,医療用のピンセットによる微細位置決め作業をしたときの,ピンセット先端位置を計測した.姿勢は,立位,座位,肘固定,手首固定の4種類とし,それぞれのピンセット先端の振動の振幅と周波数を観察した.その結果,以下のことがわかった.1.手首固定,肘固定,座位,立位と動作する自由度が大きくなるにつれて,ふるえの振幅は大きくなる.2.振動はピンセットを左右に振らせる方向に大きくなっている.これは,肘や手首の回転など左右方向に作用する部位が多いためである.3.軽いピンセットでは並進成分の振動が,重いピンセットでは回転成分の振動が大きくなる.4.ふるえの周波数は10Hz以内であり,手首固定,肘固定,座位,立位と動作する自由度が大きくなるにつれて低い周波数成分が多くなる.また,軽いピンセットほど高い周波数成分が多くなる.以上の結果より,来年度は手の制振をする制御手法の開発を行う.医療の高度化に伴い,血管の縫合や眼球の手術など微細な生体器官に対する手術が要求されてきている.一方,医師はピンセットや針などで生体に対して手術を行うが,人間本来の筋肉やそれを制御する神経系の特性により,手先に自励的な振動現象が見られる.それにより,微細な手術はよほど熟練した医師でないと行うことができない.本研究の目的は,自励現象を抑制し,経験の浅い医師でも微細な手術を行えるようにするため,自励振動を抑制できる手術器具を開発することである.平成9年度で自励振動の変位におけるの発生周波数や振幅を調べた.しかしながら指の振動が手術器具に伝わるのは指先の皮膚特性を介してであり,その特性を調べなければ効率のよい振動抑制をすることができないことがわかった.そこで,平成10年度は指先の変位だけではなく,力も測定し,指先皮膚組織のインピーダンス特性を調べた.そして,自励振動抑制の制御システムの開発のための重要な知見を得た.得られた結果を以下に示す.1.指先垂直方向の自励振動はほぼ5Hzから10Hzの間であり,接触力が強くなると,指先変位の自励振動は高周波となり振幅も小さくなる.しかしながら力は振幅周波数ともほとんど変わらない.つまり,器具をつかむ力に係わらず自励振動の大きさは変わらないことがわかった.

従って,振動を抑制するためには指先より伝わる力を測定し,5Hzから10Hzのバンドパスフィルタをかけた後,その力を打ち消す制御力をかけてやればよいことがわかる.ただし,自励振動力の大きさは器具をつかむ力に対して変わらない.2.指先せん断方向のインピーダンス特性を見ると,剛性は器具つかみ力に比例して大きくなっているが,粘性特性は変化しないことがわかった.従って,器具のつかみ方により振動の周波数は変化するが,減衰は変化しないことがわかった.今後の課題として,本研究結果を反映した制御器を組み込むことができる,小型軽量の振動抑制装置の実現であろう.
血管新生を標的とした消化器癌腹膜播種性転移に対する遺伝子治療

1ヒト胃癌細胞株MKN45を用いたヌードマウス腹膜転移モデルに対して、NK4発現アデノウイルスベクターを腹腔内投与したところ、予め、同ベククーを投与した後、癌細胞を接種する予防投与にて、強力な腹膜転移の抑制と生存延長効果が得られた。腹腔および全身におけるNK4蛋白の発現をELISAにて定量したところ、癌細胞の初期転移形成部位である腹膜乳斑における選択的かつ高濃度のNK4発現が得られた。GFP発現アデノウイルスベクターおよび微粒子活性炭の投与実験により、乳斑の主たる構成細胞であるマクロファージが、アデノウイルス感染に伴うNK4発現細胞であることを明らかにした。また、NK4による転移抑制機序を明らかにするため、予めアデノウイルスベクター投与により乳斑でNK4を発現させた後、GFP発現MKN45細胞を腹腔接種し、大網乳斑における癌細胞の集積着床をFACSにて定量し、コントロールと比較した。その結果、NK4群において集積着床の有意の抑制が認められ、乳斑NK4発現による浸潤および血管新生の抑制により強力な転移形成の抑制が得られた可能性を明らかにした。アデノウイルスベクターを用いた腹膜転移予防のための腹腔内標的遺伝子療法の可能性が示唆された。2 NK4発現マウス大腸癌細胞株CT26-NK4を作成し、同系マウス皮下移植モデルを用いてNK4の抗腫瘍機序について詳細に検討した。NK4を発現しないコントロール細胞(CT26)に比較して強力な造腫瘍性の抑制が得られ、組織学的検討により、CT26-NK4群において、新生血管数の減少とアポトーシス細胞の増加が認められ、血管新生の抑制が抗腫瘍作用に深く関与することを明らかにした。血管新生抑制に基づく消化器癌の腹膜播種性転移に対する遺伝子治療の可能性を明らかにするため、マウスモデルを用いて以下の検討を行った。1.腹膜播種性転移初発部位としての腹膜リンパ組織の機能解析これまで、当教室では乳斑と呼ばれる腹膜リンパ組織が腹膜播種性転移形成の初発部位となることを動物モデルを用いて明らかにした。今回、GFP (green fluorescence protein)遺伝子導入による蛍光発現を指標にマウス腹膜乳斑の機能を解析した。その結果、遺伝子導入腫瘍細胞株、宿主細胞(マクロファージ、樹状細胞、線維芽細胞など)をマウス腹腔内投与したところ、いずれも微粒子活性炭により黒染された乳斑への選択的な集積所見が認められた。また、GFP発現アデノウイルスベクター投与によっても、乳斑における選択的なGFP発現が得られることを見い出した。2.微少腹膜播種性転移に対する血管新生抑制遺伝子治療ヒト胃癌細胞株移植によるヌードマウス腹膜播種モデルを用いて、アデノウイルスベクター腹腔内投与による治療効果について検討した。治療遺伝子として、HGF(hepatocyte growth factor)アンタゴニスト活性とともに血管新生抑制作用を示すNK4を用いた。その結果、微少転移を示す移植後早期のアデノウイルス投与により、播種形成の抑制とともに生存日数の延長が認められた。抗腫瘍機序として、微少転移を示す乳斑における特異的なNK4発現による血管新生抑制が関与していることを明らかにした。
冷却コイルとSQUIDピコボルトメータを用いた磁気ナノバイオイメージング法の開発

本研究では、体内に集積した磁気ナノ粒子の位置と量を検出するためのイメージングシステムを開発した。最初に、冷却コイルとSQUIDピコボルトメータを用いて雑音磁界が9 fT(単位周波数当り)の高感度測定システムを開発した。また、粒子検出の際の空間分解能を高めるため、傾斜磁場(0.2 T/m)を用いた検出システムを開発し、磁気粒子からの高精度な磁界マップの取得を可能にした。さらに、得られた磁界マップから磁気ナノ粒子の位置を高精度に推定するためのデータ解析法を開発した。この手法を用いて、深さ50 mmの位置にある2つの磁気粒子サンプルを空間分解能10 mm程度で明瞭に識別することに成功した。磁気マーカー抗体を体内の疾患部に集積させ、その位置と量を検出することにより疾患の位置と程度を検査する「磁気ナノバイオイメージング法」は、新しい体内診断技術として注目されている。本研究では、磁気イメージングシステムの実現のために必要な、高感度な交流磁場計測システム、高調波信号を用いた信頼性の高い計測法、及び、計測した磁界マップから磁気マーカーの位置と量を推定するためのデータ解析法を開発することを目的としている。本年度に得られた主な成果は以下の通りである。1)磁気マーカーからのピコテスラ程度の微弱磁界を高精度に検出できる交流磁場計測システムを開発した。液体窒素温度に冷却した検出コイルのパラメータを最適化してコイル性能を高度化するとともに、HTS SQUIDピコボルトメータとの間の信号伝達効率を改善した。これにより、測定周波数において12 fTの磁界雑音スペクトルを持つ高感度な磁界検出システムを開発した。また、センサから50 mmの距離離れた位置にある磁気マーカーの検出実験を行い、1μgまでの微量な検出が可能であることを示し、本システムの高感度性を示した。2)励起磁界の干渉の問題を防止するため第3高調波測定法を用いた磁気粒子の検出法を高度化した。これにより、大きな励起磁界(1.6 mT)中でピコテスラ程度の微弱信号の高精度な磁界マップの計測を可能にした。また、磁気粒子検出の際の空間分解能を高めるため、傾斜磁場を用いた計測法を開発した。傾斜磁場の導入により空間分解能が5倍程度改善することを示し、傾斜磁場の有効性を示した。さらに、得られた信号磁界マップのデータから磁気粒子の分布を推定するための解析法を開発した。1)冷却した検出コイルとHTS SQUIDピコボルトメータを用いた磁界マッピングシステムを高度化した。測定システムの磁界雑音を9 fT(単位周波数当り)にまで低減するとともに、第3高調波測定法を用いた検出法を高度化し高精度な磁界マップの取得を可能とした。また、傾斜磁場を発生するための平面型傾斜磁場コイルと傾斜磁場のゼロ磁場点(Field Free Point: FFP)を電気的に走査するためのシフトコイルを新たに開発し、これまでの機械的な走査法に比べて高速での磁界マッピングを可能とした。これにより、高速・高精度な磁気ナノ粒子の計測を可能にした。2)得られた信号磁界マップのデータから磁気ナノ粒子の位置を高精度に推定するため、特異値分解法と呼ばれる数学的手法を用いた磁気粒子の分布推定法を開発した。この際用いた傾斜磁場の大きさは0.4 T/mであり、従来研究(2 T/m)に比べて小さいにもかかわらず、高い空間分解能を得ることが出来た。この結果は開発したデータ解析法の有効性を示している。本年度の研究は当初の計画通りに進んでおり、研究遂行において特に問題はなかった。本年度は、1)超高感度な交流磁場計測システム、及び、2)磁界マップ測定システム、の開発を行ったが、研究実績の概要に記したようにそれぞれの課題に関して多くの成果が得られた。これにより磁気イメージングのための要素技術を高度化するとともに、イメージングシステムの高性能化のための指針を明らかにすることが出来た。電気電子工学・計測工学

これまで当初の計画通りに研究が進展しており、今後の研究遂行においても特に大きな問題はないと思われる。本年度までに得られた成果を発展させてそれぞれの要素技術を高度化するとともに、これらを組み合わせて体内診断への応用が可能な磁気ナノバイオイメージング法の開発を行っていく予定である。