hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高温有機超伝導体の開発

(1)非対称なドナーDMETの誘導体を中心に有機超伝導体の開発を行った.側鎖を修飾したDMPT,DMMTおよび骨格を変えずにヘテロ原子のみを置換したDIMETおよびETDMなど新たな有機ドナーを設計合成し,ラジカル塩の構造並びに物性を研究した.特にETDMの線形陰イオンの塩においては低温まで金属的性質を示すものが見つかり,新たな超伝導体が期待できる系と考えられる.(2)新規分子ブラーレン類の超伝導体の研究も行い,C_<60>の超伝導体は金属相から超伝導体相に転移することを明らかにした.また金属アジドを用いることの有用性を明らかにし,超伝導体積が100%になる系が存在することも示した.また繰り込み理論を用い,より正しいコヒーレンス長を求めた.(1)非対称なドナーDMETの誘導体を中心に有機超伝導体の開発を行った.側鎖を修飾したDMPT,DMMTおよび骨格を変えずにヘテロ原子のみを置換したDIMETおよびETDMなど新たな有機ドナーを設計合成し,ラジカル塩の構造並びに物性を研究した.特にETDMの線形陰イオンの塩においては低温まで金属的性質を示すものが見つかり,新たな超伝導体が期待できる系と考えられる.(2)新規分子ブラーレン類の超伝導体の研究も行い,C_<60>の超伝導体は金属相から超伝導体相に転移することを明らかにした.また金属アジドを用いることの有用性を明らかにし,超伝導体積が100%になる系が存在することも示した.また繰り込み理論を用い,より正しいコヒーレンス長を求めた.有機超伝導体を与える非対称な電子供与体DMETのラジカル塩についてさらにいくつか結晶構造を明らかにした。また熱起電力の温度変化を測定し、電荷担体を明らかにするとともに結晶の示す電気伝導度との関係を調べた。BF_4塩の電気伝導度に現れる金属ー半導体転移も熱起電力の温度変化と対応した。新しい系としてDMETの誘導体であるDMPTおよび有機超伝導体を与えるもう一つの非対称電子供与体MDTーTTFとその誘導体であるEDTーTTFのラジカル塩を作成した。新しい金属的電気伝導を示すものを得たが、新しい超伝導体は出現しなかった。これらの塩について単結晶赤外偏光反射スペクトルを測定し、結晶構造に見られる構造の次元性との関係を調べた。κー(BEDTーTTF)_2Cu(NCS)_2についてはBEDTーTTFの二つの外側エチレン基の^<12>Cをすべて^<13>Cに置換した塩(^<13>C体)のTcがH体とD体の中間に位置することを見いだした。外側のエチレン基の原子置換により逆同位体効果が見られたことはエチレン基のなんらかの振動またはエチレン基・アニオンのなんらかの相互作用がこの系の超伝導に寄与していることが明らかとなった。(BEDTーTTF)_2Cu(NCS)_2の類縁体については多数の錯体をスクリーン探索し、その中から有望と考えられる組合せについてより詳しい物性、構造研究を行った。さきに作成した(BEDTーTTF)_2[NH_4Hg(SCN)_4]が米国でrf侵入法により超伝導体であることが報告された。Tcが1K近傍であったため我々のスクリーン探索で検出出来なかったことは残念である。伝導度測定により超伝導を確認し(Tc=0.8K)、結晶構造、シュブニコフ・ドハース効果、角度依存量子振動効果なども調べた。また以前作成したBEDOーTTFのCu(SCN)_2錯体においても米国においてrf侵入法で検出された。これら二つの錯体が我々が既にかなり以前に作成していたことを考えると、今後rf侵入法のように超伝導を0.5Kまで簡便に検出出来る装置の作成が必要である。1.代表的なDMET塩の反射スペクトルと熱電能を測定し電子状態を調べた.PF_6塩では反射スペクトルから求めた伝導度スペクトルにもギャップが存在することがわかり,熱電能も半導体的温度依存性を示した.BF_4塩は金属に特徴的なスペクトルと熱電能の温度変化を示した.二種のカラムではa軸に沿ったカラムの方がバンド幅が大きい.金属的電気伝導度を示すグル-プ3と4の塩では,カラム内ではグル-プ3の塩の方が相互作用が大きいことを明かにし,グル-プ3の塩の方が次元性が小さいという我々の考え方を実証した.2.DMETの誘導体である非対称なドナ-DMPT,DIMET,METを合成し,それらのラジカル塩の物性を研究したが,新たな超伝導体は合成できなかった.3.κー(BEDTーTTF)_2[Cu(NCS)_2]のTcはBEDTーTTFの水素体では10.4K,重水素体では11.1Kである.BEDTーTTFの外側エチレン基の^<12>Cをすべて^<13>Cに置換した錯体のTcはH体とD体の中間に位置し,この系のTcはBCS理論から予想される同位体効果とは逆である.外側エチレン基の原子置換により逆同位体効果が見られることにより,エチレン基のなんらかの振動またはエチレン基・アニオンのなんらかの相互作用がこの系の超伝導に寄与していることを明らかにした.

κー(BEDTーTTF)_2Cu[N(CN)_2]Br錯体のBEDTーTTF水素体でのTcは11.8Kであるが,重水素体のTcは11.3Kと低く,通常の同位体効果を示す.4.これらの2種の錯体の格子定数の変化を室温から14OKまで比較し,ドナ-層と陰イオン層間の相互作用とTcの関係を調べた.5.金属ハロゲノ,擬ハロゲノ酸塩を対イオンとする多数の錯体を,2次元的でドナ-層と強い原子接触をもつ陰イオン層を導入することを設計指針としてスクリ-ン探索した.支持電解質としてNaN(CN)_2CuCN,NaN(CN)_2ーCuCl,CuBrーC(CN)_3,ROーC[C(CN)_2]_2などを,また酸素,セレン,テルルを含むドナ-を用いた.1.前年に引き続き多数の陰イオンとBEDTーTTFなどのドナ-との錯体単結晶を作成した.2種の新規BEDTーTTF有機超伝導体を初め,24種の金属的伝導体を開発し,それらの結晶構造,電導造,超伝導性を研究した.新超伝導体は共にκ型のドナ-配列を持ち,κー(BEDTーTTF)^2Cu(CN)[N(CN)_2],κ'ー(BEDTーTTF)_2Cu_2(CN)_3と示される.前者のTcは我々が1987年に見いだしたκー(BEDTーTTF)_2Cu(NCS)_2のTc=10.4Kより約1K高い11.2Kである.室温での伝導異方性は約230で,κー(BEDTーTTF)_2Cu(NCS)_2(異方性600)より三次元性が強く,κー(BEDTーTTF)_2Cu[N(CN)_2]Br(異方性200,Tc=11.8K)と同程度である.二次元面内での上部臨界磁場は1.5Kで21テスラでPauli limitを越えている.陰イオンは一次元的ポリマ-鎖を成し,薄い絶縁層を形成する.ポリマ-鎖間に短い原子接触が存在しないので,陰イオン構造は一次元的である.ホ-ル(二次元)と電子(一次元)によるフェルミ面が共存し,その二種のフェルミ面間にギャップが存在する.κ'ー(BEDTーTTF)_2Cu_2(CN)_3のTcは常圧で3.8Kである.伝導異方性は約400で,電子状態の三次元性はκー(BEDTーTTF)_2Cu(CN)[N(CN)_2]錯体より小さい.陰イオン絶縁層は二次元蜂の巣構造の陰イオンポリマ-よりなる.2.炭素原子のみからなるフラ-レンを用いた超伝導体の探索を行った.始めにHPLCによる能率的なフラ-レンの分離法を確立し,この方法により炭素数76以上のフラ-レンも1カ月で150mg程度分離精製することが可能となった.同時に溶媒としてCS_2を用い,良質のC_<60>単結晶を作成することを見いだし,この試料を用い,KやRbをド-プすることで,超伝導性を示すことを電気抵抗の測定から確認した.転移温度より高温では負イオンのキャリヤ-をもつ金属であることを見いだした.DIMETのラジカル塩の物性とDMETの誘導体である新規ドナーのETDMにおいて有機超伝導体の探索を行った。DIMETのI_3などの線形陰イオン塩には液体窒素温度以下の低温まで金属的な挙動を示すものが多く,本度年は圧力下での電気物性の測定を行った。AuI_2塩では液体ヘリウム温度以下まで金属的挙動を示したが,新たな超伝導体の発見には至っていないDMETの誘導体で同じ数のSeとS原子を含むEDTMを合成することができた分子内のクーロン反発の大きさはDMETに比べて大きいなど分子設計の段階で考慮できなかった点などがあるが,I_3塩などでは20K以下まで金属的挙動を示すなど新しい超伝導体の発見につながる可能性がある。フラーレン超伝導体に関してはドープする金属の量および均一性など問題点が残されていたが,金属アジドを用いることでC_<60>K_2Cs_1の超伝導体積がほぼ100%のものが得られた。この方法は超伝導機構の解明および新たな超伝導体の発見に役立つと考えられる。
陽子線治療計画のための高精度線量計算法の研究

陽子線治療計画における最重要部分である線量分布計算法の改良を行い、精度の検証をファントムを使って行った。ペンシルビーム法は、ブロードビーム法に比べ精度の改善に大きな効果があることが分かった。また従来のペンシルビーム法における入射ビームモデルの見直しを行い、より正確な入射ビームモデルを作り精度の向上を図った。またRange-Modulated Pencil Beam Algorithmを開発し、従来のペンシルビーム法とほぼ同等な精度を保ちつつ計算時間を数十分の一にすることが可能であることを示した。ペンシルビーム法が、ボーラスなどを通過したビームが水中で作る線量分布を良く再現できることを実測との比較で確認した。一方、人体のいくつかの部位のようにLateral方向に大きな不均質がある場合の線量分布については、ペンシルビーム法による計算結果に測定データとの有意な乖離が見られる場合があった。この乖離の原因は、ペンシルビーム法の散乱モデルの不備にあることが明らかになった。これを改善するにはモンテカルロ法が必要だが、従来のフルモンテカルロ法は計算時間がかかりすぎる欠点があった。そこで簡易化されたモンテカルロ法で計算した不均質媒質中の線量分布が実測を良く説明することを示すと同時に、この方法により計算時間の短縮もある程度可能であることが分かった。6個程度のCPUを並列に使用することで30分程度で計算できる見通しがたった。そこで現状では、Lateral方向の不均質がさほど大きくない対象ではペンシルビーム法が十分な精度で線量予測できるので、これを使用し、Lateral方向の不均質が大きい対象には、モンテカルロ法により精度の検証を行うべきである。陽子線治療計画の高精度線量計算に必要な正確な入射ビームモデルを2重リング・2重散乱体法の場合に作った。即ち、ビームライン上に配置された複数の散乱源を有効線源(傾きのない位相空間楕円で表現できる。)で代表して取り扱い、有効線源のパラメータを簡単に計算する方法を明らかにした。2重散乱体法の場合、2重リングを第2散乱体として使っているので有効線源は内リング、外リングに対応して2つあり、照射点に寄与する各有効線源からの寄与は、中心からの距離により変化し、且つ方向依存性を持つ。これを、分布関数として与える方法を明らかにした。また、有限なエミッタンスを持つビームの場合に2重リング2重散乱体法を適用するときの最適なパラメータの決定法を、既に分かっているゼロエミッタンスの場合に対応付けて求める方法を考案した。そしてこれを使って有効線源モデルに簡単に適用する方法を示した。有効線源パラメータは、複数の場所でコリメータを使って半影を測定し、またガウス型ビームの半値幅の変化を測ることで確かめることが可能だが、コリメータを使っての半影測定は相対誤差が大きいので概略の値の確認にするのに留まる。またコリメータを使った2重リングを用いた半影測定にはコリメータの表面散乱の影響もあることが分かった。2重散乱体法で作った一様なビームの場合には、中心軸におけるフルエンスの深さ依存性を測ることで入射ビームの角度の拡がりを知ることが可能である。ペンシルビームの線量計算に必要な分布の中心軸項(ブロードビームの水中の深部線量分布)を求めるためにモンテカルロコードGEANTを使って、10点のエネルギーに対応したブロードビームの水中でのブラッグ曲線(2重散乱体通過後)を計算した。L型ファントムを通過した陽子線が水中で作る線量分布を測定し、その結果がペンシルビーム法で計算した分布と良く合うことが示された。陽子線治療の前提となる陽子線治療計画における最重要部分である線量分布計算法の改良を行い、精度の検証をファントムを使って行った。

また従来のペンシルビーム法の入射ビームモデルの見直しを行い、より正確な入射ビームモデルを作り精度の向上を図った。またRange-Modulated PencilBeam法を開発し、従来のペンシルビーム法とほぼ同等な精度を保ちつつ計算時間を数十分の一にすることが可能であることを示した。ペンシルビーム法が、ボーラスなどを通過したビームが水などの均質媒質に入射した場合の線量分布を良く再現することが出来ることを実測との比較で確認した。一方、人体のいくつかの部位のようにLateral方向に大きな不均一がある場合の線量分布については、ペンシルビーム法による計算結果に測定データとの有意な乖離が見られる場合があった。この乖離は、簡易化されたモンテカルロ法で計算した結果ではかなり小さくなった。従って、この乖離の原因は、ペンシルビーム法の線量計算モデルが散乱された粒子のトラッキングを正しく扱っていないことによるものである。モンテカルロ法の問題点は、計算時間が長くかかることにある。簡易化されたモンテカルロ法である程度、計算時間の短縮が可能であることを示したが、完全な3次元問題を解こうとするとやはり単一CPUでは、半日程度の計算時間がかかるので、並列化による高速化により、30分以内程度に収める必要がある。現状では、Lateral方向の不均一がさほど大きくない対象についてはペンシルビーム法は十分高精度で線量分布予測ができるので、ペンシルビーム法を主体に線量計算を行い、Lateral方向の不均一が大きい対象には、モンテカルロ法の計算により精度の検証を行うべきである。
固定化オペロンを用いたRNAポリメラーゼのDNA上運動の解析

本研究の目的は、大腸菌のシステムに、担体に固定化した鋳型DNA(固定化オペロン)を用いた新しい手法で、転写に伴うRNAポリメラーゼを中心とする転写複合体の、時間的な変化を検出することである。つまり、素早い混合によって転写を同調して開始させ、続いて、転写複合体に結合した蛋白分子と遊離の分子とを、急速ろ過または大過剰希釈によって分離して、複合体の構造を明らかにするというものである。本年度の成果は、1.λファージの強いプロモーターPRを持つ1.2kbのλDNAをpBR322にクローンし、EcoRI端をビオチン化してアビジンアクリルアミドに固定して、固定化オペロンを作製した。2.同期した転写を開始して、2秒から10秒後の1000倍に転写時と同じ緩衝液で大過剰希釈して、低速遠心で遊離の蛋白を除き、転写複合体中のσサブユニットを定量した。σ解離は、大過剰希釈により凍結され、約5秒でσサブユニットが解離する過程が追跡できた。3.希釈緩衝液中にATPやCTPが存在すると、2秒でもσは解離しており、σ解離は凍結されなかった。つまり、σの解離が凍結されたのは、ヌクレオシド三燐酸が除かれたためであった。ATPの非水解アナログを用いて、ATPのβγ燐酸ジエステル結合がσ解離に必要であることが示された。このことは、σの解離には、転写の開始とヌクレオシド三燐酸のβγ燐酸ジエステル結合の水解が必要であり、RNAの伸長だけでは不十分であることを明らかにした。
移動ロボットのためのJAUS準拠サブシステムの開発と統合に関する研究

移動ロボットのためのJAUS準拠サブシステムの開発と統合に関する研究を行うため、JAUS Referenceに基づき、サブシステムの開発・実装を行った。その実証、デモンストレーションの場としてつくばチャレンジ、Intelligent Ground Vehicle Competitionにて実験を行った。特にJAUSの実装では、IGVC2013のJAUS Challengeで優勝、IGVC2014のInterOperability Profiles Challengeで優勝、IGVC2015のIOP Challengeで6位入賞を果たし、実装において互換性のレベルの高さを示すことができた。平成25年度の研究は,主にJAUSを用いたローカルコンポーネントのための要素モジュールの開発および実験を行った。具体的には、LIDARモジュール、深度センサモジュール、3D-LIDARモジュールなどの開発を行った。また、アクチュエータモジュールとして、緊急回避モジュールの開発および検討も行った。2013年6月に参加したIGVC2013大会では、出場チーム39チーム中,競技の1部門であるJAUSチャレンジにおいて優勝、ナビゲージョンチャレンジ部門で4位,総合部門で準優勝となるなどの成果を収めることができた。JAUSの実装においては、複数の米国のチームが競技に参加する中、トップとなる実績を残すことができた。2.つくばチャレンジ20132013年11月に参加したつくばチャレンジでは,自律型ロボットで参加した。開発した要素モジュールを用い実装した自律型ロボットをつくばチャレンジコースでテストを行い,要素モジュールの有効性を確認した。実際の競技においては,プログラミング上の不具合により完走はできなかったが,公道を974m走行するなど,一定の知能レベルを満たすことが確認できた。これらの成果は,論文として計測自動制御学会誌に1件、国内学会(つくばチャレンジ2013開催記念シンポジウム,日本知能情報ファジィ学会知的制御研究会第64,63回知的制御研究部会,第12回システムインテグレーション部門講演会、日本知能情報ファジィ学会第40回ファジィ・ワークショップ)での発表9件,国際会議(SICE Annual Conference 2013)で発表5件を行った。平成26年度の研究は、JAUSコンポーネントとRT-Middlewareコンポーネントの比較をはじめ、実際に移動ロボットに適用した場合に生じた問題に対応するための各種JAUSコンポーネントの開発・改良を行った。2014年6月に参加したIGVC2014大会では、出場チーム50チーム中、競技一つであるIOP(Interoperability)チャレンジ部門において優勝、Auto-Navチャレンジ部門において4位、Designチャレンジ部門において5位、総合で3位の成果を収めることができた。JAUSに関する競技は、IOPチャレンジ部門で行われ、複数の米国のチームが競技に参加する中、トップとなる実績を残すことができた。2.つくばチャレンジ20142014年11月に参加したつくばチャレンジでは、自律型移動ロボットで参加した。開発した要素モジュールを用い、実装した自律型移動ロボットをつくばチャレンジコースでテストを行い、要素モジュールの有効性を確認した。実際の競技においては、プログラミング上の不具合・センサの不具合などにより完走はできなかったが、公道を358.4m走行できた。また、今年度新たに設定された人物発見の課題についても対応し、走行通路近くにいた1名の対象者の発見を行うことができた。これらの成果は、国内学会(つくばチャレンジ2014開催記念シンポジウム、日本知能情報ファジィ学会知的制御研究部会第66,65回知的システム研究会、計測自動制御学会第15回システム・インテグレーション部門講演会、日本知能情報ファジィ学会第41回ファジィ・ワークショップ)での発表10件、国際会議(SICE Annual Conference 2014,SCIS&ISIS2014)で、7件の発表を行った。平成27年度の研究は、「移動ロボットのためのJAUS準拠サブシステムの開発と統合」に関する研究のまとめとして開発したJAUS準拠サブシステム(LIDAR, Gyro, GPS ,制御コントローラなど)を統合し、自律移動ロボットとして構築した。これらの実証実験の場として、ミッションの異なる2つの競技大会、IGVC2015およびつくばチャレンジ2015に参加しその有効性の検証を行った。1.IGVC2015大会:出場42チーム中、JAUSをメインとした競技であるIOP(Interoperability Profiles Challenge)部門において、6位入賞を果たし、実装の互換性レベルの高さを示すことができた。また、移動ロボットのデザインを審査するDesignコンペティション部門でも、6位入賞を果たすことができた。2.つくばチャレンジ2015:2015年11月に参加したつくばチャレンジでは、公道における実証実験を行った。異なるミッションにおいても、比較的短期間で、サブシステムを統合することで、目的の機能を果たす移動ロボットを構築することができた。本走行会では、雨に降られた関係もあり、良い結果を得ることはできなかったが、実証のため貴重なデータを得ることができた。これらの成果は、国内学会(日本知能情報ファジィ学会第42回ファジィ・ワークショップ、つくばチャレンジ2015開催記念シンポジウム、日本知能情報ファジィ学会第67,68回知的システム研究会、SICE産業応用部門2015年度大会、日本知能情報ファジィ学会第31回ファジィシステムシンポジウム)での発表計10件、国際会議(SICE Annual Conference 2015)で2件、さらに、英文ジャーナル(Journal of Robotics and Mechatronics)に2件の発表を行った。

その実証、デモンストレーションの場としてつくばチャレンジ、Intelligent Ground Vehicle Competitionにて実験を行った。特にJAUSの実装では、IGVC2013のJAUS Challengeで優勝、IGVC2014のInterOperability Profiles Challengeで優勝、IGVC2015のIOP Challengeで6位入賞を果たし、実装において互換性のレベルの高さを示すことができた。JAUSコンポーネントとなる、移動ロボットの制御に不可欠なセンサの故障の対応、および代替品の確保の遅れなどがあった。全体の進行には支障は無かったが、センサ修理代の額の確定に時間がかかったため予算執行において遅れが生じた。移動ロボットセンサの故障対応については、平成26年度末に解消された。最終年度にあたる、平成27年度は、これまでの3年間の成果のまとめと、これまで開発したJAUSコンポーネントを統合し、新たなJAUS準拠移動ロボットを開発し、今年度開催される、IGVC2015およびつくばチャレンジ2015でその有効性を検証する。購入予定の機材などの変更、および購入の遅れ等があったが、研究目的を達成する上では、順調に進んでいる。JAUSコンポーネントとなる、移動ロボットの制御に不可欠なセンサが故障してしまった。修理額の確定,代替品の確保に時間がかかった。そのため全体の進行には支障は無かったが、予算執行において遅れが生じた。平成25年度は、JAUS準拠コンポーネントのための要素モジュールの開発および検証を行ってきた。来年度は、これらをJAUS準拠コンポーネント化し、それらの検証および統合のための実験を行う。センサの修理費用の予算を確保したが、修理が遅れたことと、想定より安い費用で修理できたため、昨年度の予算を繰越しJAUS準拠移動ロボットの新たなJAUSコンポーネント作成の費用に当てる予定である。購入を予定していた実験装置の価格が、想定より価格が下がらず、予算範囲内に入らなかった。そのため次年度の予算と合算し導入することとした。合算した次年度使用額を有効に活用できるように、実験計画を見直し、再度購入可能な実験装置の検討を行い、夏休み前までに執行する予定である。
リョ-ドベリ分子の励起解離過程と励起位置との相関に関する研究

本研究の目的は、分子をリュ-ドベリ分子と呼ばれる、イオン化する直前の、高励起状態にした時、分子は最初に励起された分子内の位置を記憶した状態で反応を起こすかどうかを調べることである。研究対象として、SiCl_4、SiHCl_3、GeCl_4、CH_3SiCl_3および(CH_3) _2SiCl_2を選び、これらの化合物の106ー200nmにおける価電子における光吸収スペクトルを分子科学研究所極端真空紫外光実験施設を使って測定し、リュ-ドベリ状態のエネルギ-準位を確定した。この測定結果に基づいて、10.2および11.6eVの真空紫外光を照射して、励起解離生成物からの発光を分光した。また、SiF_4については33133eVのシンクロトン放射光で分解し、生成するフラグメントイオンの測定を行った。これらの測定の結果、次のことが明らかになった。1.ケイ素およびゲルマニウムの塩化物においては、塩素原子の非結合電子をリュ-ドベリ状態に励起すると、電子励起SiCl_2およびGeCl_2ラジカルが生じ、蛍光を発する。2.ケイ素の塩化物においては、SiCl_3ラジカルからの発光と考えられる蛍光を観測した。これは今回新たに発見した発光であり、発光源がSiCl_3であることを確証するための研究を現在も続行している。3.CH_3SiCl_3および(CH_3) _2SiCl_2においては、CーH結合電子をリュ-ドベリ状態に励起しても発光は観測されない。4.SiF_4では、105eV以上の光で、Si原子の内殼2p電子を束縛あるいはリュ-ドベリ状態に励起すると、一光子励起であるにもかかわらず、三価の分子イオンが生じるという多価イオン生成の現象を観測できた。以上のように、基本的には初期の研究目的を達成できたものと考える。
脳神経疾患におけるシグマレセプター機能解析のためのインビボ核医学診断剤の開発

シグマレセプターは、精神病、うつ病などの中枢性疾患、ジストニア、遅発性ジスキネジアなどの中枢性運動障害、カルシウムチャンネルなどと密接に関係していると考えられてきた。また、シグマレセプターは、脳内アセチルコリン作動性神経系の機能を調節するなど、他の神経系の伝達を調節しており、高次脳神経機能の調節と、学習記憶形成過程において重要な役割を果たしていることが明らかとなり、近年、学習記憶障害や痴呆症との関連から大いに注目されている。本研究では、脳虚血により引き起こされる遅延性神経細胞死とシグマレセプターとの関連について検討した。これまでに開発したシグマレセプター機能診断用放射性薬剤である[^<125>I]o-BON{1-(2-[^<125>I]iodophenyl-propyl)-4-(3,4-dimethoxyphenylethyl)piperazine}および、ラットを用いて作製した脳虚血モデルを用いて、脳虚血時におけるシグマレセプター分布の変化を、遅延性神経細胞死が確認される海馬領域を中心に観察した。脳虚血モデルとして、虚血側と正常側を同一個体で比較可能な中大脳動脈閉塞モデル(MCAOモデル)を用いた。このモデルラットでインビトロオートラジオグラムを作製し、虚血時における[^<125>I]o-BONの集積量を画像評価した。インビトロオートラジオグラム法により、海馬CA1領域における[^<125>I]o-BONの集積量は、虚血再灌流2時間後で有意な上昇が確認できた。この結果は、インビトロで海馬CA1領域における虚血再灌流後早期に[^<125>I]o-BON集積量が増加することを示しており、[^<125>I]o-BONが、遅延性神経細胞死に至る以前に再生可能部位を描出し、画像診断の可能性をもつことを示唆している。近年、脳虚血により引き起こされる遅延性神経細胞死とシグマレセプターの関連が注目されている。脳虚血時におけるシグマレセプター分布の変化をとらえることができれば、遅延性神経細胞死に至る部位の同定が可能となり、脳虚血性疾患の早期発見、治療方針の決定に役立つものと期待される。本研究では、これまでに開発したシグマレセプター機能診断用放射性薬剤である[^<125>I]o-BON(o-BON)および、ラットを用いて作製した脳虚血モデルを用いて、脳虚血時におけるシグマレセプター分布の変化を、遅延性神経細胞死が確認される海馬領域を中心に観察した。脳虚血モデルとして、遅延性神経細胞死が確認されている4-血管結紮再灌流モデル(4-VOモデル)、および虚血側と正常側を同一個体で比較可能な中大脳動脈閉塞モデル(MCAOモデル)を用いた。これらのモデルでインビトロオートラジオグラムを作製し、虚血時におけるo-BONの集積量を画像評価した。インビトロオートラジオグラム法により、海馬CA1領域におけるo-BONの集積量は、4-VOモデルでは虚血再灌流後遅延性細胞死が確認される以前に、Sham群と比べ有意な上昇が認められた。また、MCAOモデルでも海馬CA1領域におけるo-BONの集積量は、虚血再灌流2時間後で有意な上昇が確認できた。この結果は、インビトロで海馬CA1領域における虚血再灌流後早期にo-BON集積量が増加することを示しており、o-BONが、遅延性神経細胞死に至る以前に再生可能部位を描出し、画像診断の可能性をもつことを示唆している。

近年、脳腫瘍を含む様々な癌細胞でシグマレセプターの過剰な発現が確認されており、悪性腫瘍の診断ならびに治療の新たな標的として注目されている。これまでの研究で、新規に開発した放射性ヨウ素標識o-BON([^<125>I]o-BON)が、シグマレセプターに特異的かつ定量的な画像を与える新規シグマレセプター機能診断薬剤として有望であることを示してきたが、[^<125>I]o-BONは、さらに悪性腫瘍診断用放射性画像診断薬剤としても有用であると期待される。本研究では、[^<125>I]o-BONの悪性腫瘍に対する特性を検討し、悪性腫瘍診断剤としての有用性を基礎的に評価した。様々な組織由来の癌細胞を用いたインビトロ実験、および、各種担癌モデルマウスを用いたインビボ実験の結果、[^<125>I]o-BONは、癌細胞に発現したシグマレセプターに選択的に結合し、癌細胞におけるシグマレセプターの発現量を測定することができることを見出した。さらに、各種担癌モデルマウスにおいて[^<125>I]o-BONの癌への集積量は、シグマレセプターの発現量及び癌の増殖能の指標であるdubling time(癌細胞が2倍に増殖するのに要する時間で、短いほど増殖能が大きい。)と高い相関性を示した。したがって、[^<125>I]o-BONは、悪性腫瘍診断用放射性薬剤として脳腫瘍を含む多くの癌で適用可能と考えられ、癌の形態学的診断のみならず、癌の悪性度診断も可能であると示唆された。近年、脳腫瘍を含む様々な腫瘍細胞でシグマレセプターの過剰な発現が確認されており、悪性腫瘍の診断ならびに治療の新たな標的として注目されている。これまでの研究で、新規に開発した放射性ヨウ素標識o-BON([^<125>I]o-BON)が、シグマレセプターに特異的かつ定量的な画像を与える新規シグマレセプター機能診断薬剤として有望であることを示してきた。さらに、[^<125>I]o-BONの癌細胞への集積量は、シグマレセプターの発現量及び腫瘍の増殖能と高い相関性を示し、[^<125>I]o-BONは悪性腫瘍診断用放射性画像診断薬剤としても期待されることを示してきた。本年度の研究では、[^<125>I]o-BONの腫瘍細胞に対する特性を詳しく検討し、[^<125>I]o-BONが腫瘍細胞成長抑制作用を持つことを見出した。本作用はシグマアゴニスト特有の作用であり、特に、o-BONの作用は、他のシグマリガンドに比較して強力であった。また、その作用機構は、o-BONによりまず細胞内カルシウムの放出が起こり、次いで細胞破壊によるLDHの放出、最終的にDNAの断片化が引き起こされるアポトーシス誘発作用に起因するものであることを見出した。以上の結果、放射性ヨウ素標識o-BONは、腫瘍の形態学的並びに悪性度診断に優れた画像診断薬剤となりうるだけでなく、さらに、標識する放射性ヨウ素の選択により内部照射による放射線治療効果と、アポトーシス誘発作用の両面を合わせ持つ腫瘍成長抑制剤としての可能性を持つことが明らかとなった。これまでに、シグマレセプターに高親和性と高選択性を有する放射性画像診断用薬剤として1-(2-iodophenylpropyl)-4-(3,4-dimethoxyphenethyl)piperazineを開発し、この化合物がシグマレセプターのシングルフォトンCT(SPECT)用核医学機能診断剤として優れた性質を持つことを示してきた。
乱流混合が微小慣性液滴の蒸発過程に与える影響の解明

定常等方性乱流場を直接数値計算により計算し、その中を運動する微小慣性粒子の運動および成長をラグラジアン法によって追跡する数値計算法(Lagrangian Cloud Simulator, LCS)を開発した。LCSのプログラムコードは並列計算向けに最適化されており、共有メモリ型と分散メモリ型のハイブリッド並列計算を効率的に実行できる。このLCSを用いて、粒子ストークス数、過飽和度、レイノルズ数を変化させた時の粒子径分布の時間変化データを得た。これにより、乱流混合が微小慣性液滴の蒸発過程に及ぼす影響を初めて定量的に明らかにした。平成25年度は<プログラム実行,乱流混合の影響解明のための年度>であった.前年度までに,定常等方性乱流場を形成する差分コードおよび粒子運動をラグラジアン法によって追跡する既存コードをベースとして,水蒸気場(スカラー場)の計算過程および水滴の蒸発過程を実装した.まず,並列プログラム実行の検証を行った.96*96*96個の計算格子中に7万粒子を混入させるケースを検証対象として,プロセス数を1,8,64と変化させた.その結果,計算実行時間がプロセス数に反比例して減少すること,結果が統計的に同じであることを確認した.また,乱流混合の影響を受けながら粒子群のサイズ分布の時間変化を計算した.その結果,乱流の影響,特にエネルギー消散率,によって径成長速度が大きく変化することを確認した.さらに,初期のサイズ径分布(つまり粒子ストークス数や粒子数密度)を様々に変化させた実験も行った.そして,それら実験から得られたデータと,実際の気象シミュレーションで用いられるパラメタリゼーションから予想される結果を比較した.その結果,既往のパラメタリゼーションでは乱流の影響を正しく考慮できないことを明らかにした.また,同じ条件下の計算を何回も繰り返すことによって,成長速度の分散に測定することにも成功した.この分散に関する情報はパラメタリゼーションでは得られない貴重なものである.以上,本年度はプログラムの並列実行および乱流混合の影響の解析を開始した.また,並列コードのチューニングにも取り組んだ.今年度は96*96*96個の計算格子を用いた低レイノルズ数流れを対象とした.次年度にはより大規模な計算を行うことによって,より高いレイノルズ数流れを得て,乱流混合の影響のレイノルズ数依存性についても検討する.定常等方性乱流場を直接数値計算により計算し、その中を運動する微小慣性粒子の運動および成長をラグラジアン法によって追跡する数値計算法(Lagrangian Cloud Simulator, LCS)を開発した。平成24年度はプログラム開発および検証年度であった.本研究では,3次元気相乱流場のNavier-Stokes方程式を直接計算し,微小慣性粒子(水滴)の個々の運動をラグラジアン法により追跡計算する.既に定常等方性乱流場を形成する差分コードおよび粒子運動をラグラジアン法によって追跡するコードは開発されていた.本年度は,このコードをベースとして,水蒸気場(スカラー場)の計算過程および水滴の蒸発過程を実装した.当然,水蒸気場と水滴は結合された.厳密には,温度場の計算も必要であるが,本研究は蒸発現象を主対象とし,当初の計画通り温度場を無視した.開発したコードの検証のために,ある一つの粒子から一定の速度で水蒸気が放出される系の計算を行った.この単純な系に対してはフーリエ解析による理論解が存在する.水蒸気の濃度変動強度の時間変化に関して,理論解と計算結果を比較した結果,乱流場を精度良く解像するのに十分な解像度(つまりコルモゴロフスケール程度の解像度)を用いれば,理論解と計算結果は良く一致することが確認された.さらに,多数の粒子が乱流中を運動しながら蒸発するという系に対しても検証実験を複数行い,乱流エネルギーや濃度変動強度の収支が正確に評価されることも確認した.さらに,試計算を行う中で,ある特定の条件下では,比較的落ち着いた乱流状態と励起された乱流状態とを繰り返す現象を発見した.このような現象は粒子蒸発のない系では見られないので,この現象は粒子の蒸発と乱流場が相互作用した結果引き起こされていると考えられる.この現象が乱流混合にどう影響するのか今後明らかにしていく.以上,本年度は主にプログラムコードの開発および検証実験を行うことにより,信頼性の高いコードを開発することに成功した.高い計算性能を目指すことはしておらず,コードのチューニングはまだ途上である.これは次年度に行う.最終年度である平成26年度には、これまでに開発してきた定常等方性乱流場を直接数値計算により計算し、その中を運動する微小慣性粒子の運動および成長をラグラジアン法によって追跡する数値計算法(Lagrangian Cloud Simulator, LCS)を用いて、前年度までに引き続き、様々なパラメータ空間におけるデータを取得するとともに、計算コードの並列計算向け最適化も行った。自動並列化できないループをOpenMP指示行を追加することによって共有メモリ並列化することにより、主要なすべてのループが自動並列化/OpenMPによる共有メモリ並列およびMPIによる分散メモリ並列に対応した。つまり、共有メモリ型と分散メモリ型のハイブリッド並列計算を効率的に実行できるようになった。

この最適化コードを用いれば、レイノルズ数を大きくできるので、レイノルズ数というパラメータ軸(つまりレイノルズ数依存性)も検討できる。一方、粒子周り流れを介しての粒子間相互作用(aerodynamic interaction)までを考慮して、現実に即した形で、蒸発による粒子形分布の変化を得られるようにもアップデートした。この最先端コードを用いて、粒子ストークス数、過飽和度、さらにはレイノルズ数を変化させた時の粒子形分布の時間変化に関する参照データを得た。先行研究では、粒子をラグランジアン的に追跡することをせずに、簡易的に2流体系として扱うことが多かった。本研究によって得られた参照データによって、2流体系として簡略化することの影響を定量的に示すことができた。得られた成果を論文誌上や学会で発表しただけでなく、本計算で得られたデータのオンライン公開も行った。公開データに関してすでに複数の問い合わせをいただいている。環境流体工学プログラムコードの並列実行および乱流混合の影響の解析を所期の予定通り行い,貴重なデータを得ることができた.一方で,初年度に予想外に発見した,“ある特定の条件下では,比較的落ち着いた乱流状態と励起された乱流状態とを繰り返すという興味深い現象"の深い考察には手が回らなかった.ただし,これは応募当初の想定外のタスクであった.結局,本年度の達成度は応募当初の想定通りだったと考える.プログラムコードの開発および検証を所期の予定通り行った.さらに,ある特定の条件下では,比較的落ち着いた乱流状態と励起された乱流状態とを繰り返すという興味深い現象を発見した.これは粒子蒸発のない系では見られないので,この現象は粒子の蒸発と乱流場が相互作用した結果引き起こされていると考えられる.この予想されていなかった興味深い現象を踏まえることによって,乱流混合に及ぼす粒子蒸発の影響の解明が大きく推進されると期待される.最終年度である平成26年度には,乱流混合の影響のレイノルズ数依存性を調べるために,高レイノルズ数数でのデータを取得する.これまではワークステーションでのプログラム実行を行ってきたが,平成26年度には効率的に研究を進めるために,申請者の所属する(独)海洋研究開発機構が保有するスーパコンピュータを用いる.その際には,再びコードのチューニングが必要になるかもしれない.得られるデータのサイズが大きくなるため,データ解析や可視化作業にもスーパコンピュータの利用が必要になるかもしれない.また,成果の学会発表,論文発表だけでなく,得られる貴重なデータをインターネット上でも積極的に公開していく.平成25年度以降は小中規模の計算を実行することによって,乱流混合が微小慣性液滴の蒸発過程に与える影響の解明に取り組む.がむしゃらに条件を設定してプログラムを実行するのは効率的ではないので,まずは計算条件をじっくり検討するための試行錯誤を行う.
起立動作を支援することで要介護者を自立へ導くインテリジェント型手すりの開発の研究

我々は運動機能が低下した高齢者の,起立動作を助けることを目的に,インテリジェント手すりの開発を行った.手すりのデザインは以下である.68cmのストロークを持つ直線運動アクチュエータを直角に組み合わせ,アクチュエータはコンピュータ制御とし,使用者の起立動作に同期して駆動するようプログラムした.なお起立動作と同期するためのトリガーとして足下に圧センサーを設置した.駆動実験の結果,起立不可のパーキンソン患者が独力で起立可能となった.我々は運動機能が低下した高齢者の,起立動作を助けることを目的に,インテリジェント手すりの開発を行った.手すりのデザインは以下である.68cmのストロークを持つ直線運動アクチュエータを直角に組み合わせ,アクチュエータはコンピュータ制御とし,使用者の起立動作に同期して駆動するようプログラムした.なお起立動作と同期するためのトリガーとして足下に圧センサーを設置した.駆動実験の結果,起立不可のパーキンソン患者が独力で起立可能となった.インテリジェント手すりの移動軌跡を検討する目的で,独力で起立不可のパーキンソン患者の起立動作の分析を行なった.分析対象はパーキンソン病群,対象健常若年群とした.この結果,椅子座位から手すりを把持し起立動作を開始する瞬間,パーキンソン患者では十分な前方への速度だが得られないまま,立ち上がろうとしており,起立動作のタイミングが原因となり起立に失敗していると考えられた.また重心にかかる力のベクトルが健常者成人に比較し床面に対する角度が大きく,力の大きさも拡大することが示された.健常者の起立動作では重心をあらかじめ前方へ移動させ曲線的に上方へ転じることが知られている.このことに対してパーキンソン群では起立初期から直線的に上方へ向かおうとする傾向が示されたと考えられる.またこの角度が起立時の負荷を増大させていることが示唆された.以上からインテリジェント手すりは起立動作初期の体重心の前方移動において動作をアシストする必要性が確認された.試作機の改良に関しては,上記手すりの移動制御をプログラム化するとともに.動作開始時の使用者の起立動作とレーザーファインダーを利用した姿勢判別システムを開発し試行の段階に入った.本研究では,パーキンソン病患者の起立動作の誘導のために軌道及び装置の改良を行ったその結果,以下の結論を得た。1.起立動作に有効な運動戦略を利用した手すりの軌道を検討力制御戦略を用いた健常者の起立動作の肩峰軌道を基に手すりの軌道を作成した.その軌道を用いたパワーアシスト型手すりでパーキンソン病患者の重心の動きを誘導した場合,手すりを固定して使用するよりも効果的な結果を得た.2.重心移動をべースとしたリアルタイム軌道生成重心移動によって足部の支持基底面内の垂直反力が変化するために,垂直反力を計測できる垂直反力計を作成した.また,その垂直反力から軌道を生成するために軌道生成プログラムを開発した.3,開発したプログラムの評価及び軌道の検討軌道生成プログラムを用いて,パーキンソン病患者に起立動作実験を行った,その結果,閾値80[%]で軌道を斜め上方向に変化させた場合,パーキンソン病患者の起立動作時の重心軌跡は健常者の重心軌跡と似ており,下肢の筋力の負荷をパーキンソン病患者が発揮可能な筋力まで低減させることができた,これらのことから,体重の80%の力が足部の支持基底面に加わるまで手すりを斜め下方向に移動させて,その後殿部離床に移行するまで斜め上方向に移動させる軌道が安定した起立動作を誘導するために有効であると確認された.1.起立動作に有効な運動戦略を利用した手すりの軌道を検討力制御戦略を用いた健常者の起立動作の肩峰軌道を基に手すりの軌道を作成した.その軌道を用いて手すりでパーキンソン病患者の重心の動きを誘導した場合,手すりを固定して使用するよりも効果的な結果を得た.2.重心移動をベースとしたリアルタイム軌道生成重心移動によって足部の支持基底面内の垂直反力が変化するために,垂直反力を計測できる垂直反力計を作成した.その垂直反力から軌道を生成するために軌道生成プログラムを開発した.3.開発したプログラムの評価及び軌道の検討軌道生成プログラムを用いて,パーキンソン病患者に起立動作実験を行った.その結果,閾値80[%]で軌道を斜め上方向に変化させた場合,下肢の筋力の負荷をパーキンソン病患者が発揮可能な筋力まで低減させることができた.これらのことから,体重の80%の力が足部の支持基底面に加わるまで手すりを斜め下方向に移動させて,その後殿部離床に移行するまで斜め上方向に移動させる軌道が安定した起立動作を誘導するために有効であると確認された.4.試作1号機で得た知見をもとに小型インテリジェント手すりを設計試作した.5.インテリジェント手すりにおいて開発した起立支援プログラムの電動車椅子に応用実験を行った.この方法で,独力で起立困難なパーキンソン患者が起立可能であることが立証された.
痴呆症高齢者に対する効果的なコミュニケーションによる看護介入の開発

本研究は痴呆症高齢者に残されている現実認識の力を引き出す効果的コミュニケーション方法を明らかにすることを目的とした。対象者は、65歳以上の痴呆症高齢者女性6名男性4名で、痴呆レベルはMMSE測定不能-21点、N式テスト4-21点の中等度から重度であった。一人に4-9日間、援助者との会話を録音した。分析は、第1に痴呆症高齢者に残された現実認識の力を明らかにして、その力が現れた状況より効果的コミュニケーション方法を抽出した。更に事例検討より効果的なコミュニケーション内容を示した。最後に、彼らが経験している世界を明らかにしてコミュニケーション方法を考えた。【結果】1.痴呆症高齢者に残された力は、「大笑い」「繰り返し聞き返す」「気遣い」「口調を変えて主張」「行動をリード」と他者に働きかけて関係をつくる力と、「自己決定」「照れ笑い」「言い訳,いい繕い」の他者に気持ちを表す力で、これを効果的なコミュニケーションの判断指標とした。その結果、「環境や会話を変化」「直接的ケア」「痴呆症高齢者が承認され,かつ影響を及ぼす相互関係」「関心のある話題提供」「自己決定の機会提供」「聞き返す」が効果的なコミュニケーション方法であった。2.重度事例から、「慣れている動作の援助」「体験を通して会話」「戸外散歩」「選択する機会」「理解のために聞く」が効果的なコミュニケーションであった。3.彼らは「物忘れの自覚」「他者と上手く生きる努力」「寂しいと感じている」を経験していたことから、見守る援助だけでなく彼らの経験を支持しながら積極的に介入する必要性が示唆された。以上から、中等度.重度の痴呆症高齢者に対する効果的コミュニケーションは、「慣れている動作の援助」「関心のある話題提供」など彼らの力を支持して安定を維持すると同時に、「環境の変化」「聞き返す」など彼らの力を引き出す積極的介入の両側面の援助が必要であると示された。痴呆性老人療養病棟に入院中の5名の痴呆症高齢者に対し、研究者1名が毎日の生活の流れの中でケアをしながら会話を行い,その会話を全て録音して調査を実施した。現在更に5名の痴呆症高齢者に調査を継続している。調査を終えた5名の対象者の年齢は71-88歳で入院生活期間は2ヶ月-1年半であった。痴呆症のレベルはMMSE検査では検査不能が2名、4-14点が3名、そしてN式老年者精神状態尺度は13-21点で全員が中等度から重度の高齢者で1人4-9回の調査で行われた。会話及び行動を記録したデータをラベル化,カテゴリー化して、それまでの患者の言葉や行動に変化にあった場面の状況を抽出した。中等度・重度痴呆症高齢者には殆ど見られなかった「大笑いする」「繰り返し聞き返す」「気遣いをする」「口調が変わる」「こちらの行動をリードする」「自己決定する」「照れ笑いする」「言い訳やいい繕いをする」の会話や行動に変化があった場面を抽出した結果、1.散歩しているとき、2.直接的なケアをしているとき、3.研究者が自然な感情を思わず出したとき、4.患者が脅かされると感じたとき、5.支持したとき、6.関心のある話題のとき、の5つの状況において、中等度・重度の痴呆症高齢者とのコミュニケーションが効果的になることが明らかとなった。

今後は更に5名の対象者のデータを加えて,今回まで明らかになったことの確認と、更に、どのような状況で彼らの変化が引き出されるのかを明らかにして行く。本研究は痴呆症高齢者に残されている現実認識の力を引き出す効果的コミュニケーション方法を明らかにすることを目的とした。対象者は、65歳以上の痴呆症高齢者女性6名男性4名で、痴呆レベルはMMSE測定不能-21点、N式テスト4-21点の中等度から重度であった。一人に4-9日間、援助者との会話を録音した。分析は、第1に痴呆症高齢者に残された現実認識の力を明らかにして、その力が現れた状況より効果的コミュニケーション方法を抽出した。更に事例検討より効果的なコミュニケーション内容を示した。最後に、彼らが経験している世界を明らかにしてコミュニケーション方法を考えた。【結果】1.痴呆症高齢者に残された力は、「大笑い」「繰り返し聞き返す」「気遣い」「口調を変えて主張」「行動をリード」と他者に働きかけて関係をつくる力と、「自己決定」「照れ笑い」「言い訳,いい繕い」の他者に気持ちを表す力で、これを効果的なコミュニケーションの判断指標とした。その結果、「環境や会話を変化」「直接的ケア」「痴呆症高齢者が承認され,かつ影響を及ぼす相互関係」「関心のある話題提供」「自己決定の機会提供」「聞き返す」が効果的なコミュニケーション方法であった。2.重度事例から、「慣れている動作の援助」「体験を通して会話」「戸外散歩」「選択する機会」「理解のために聞く」が効果的なコミュニケーションであった。3.彼らは「物忘れの自覚」「他者と上手く生きる努力」「寂しいと感じている」を経験していたことから、見守る援助だけでなく彼らの経験を支持しながら積極的に介入する必要性が示唆された。以上から、中等度.重度の痴呆症高齢者に対する効果的コミュニケーションは、「慣れている動作の援助」「関心のある話題提供」など彼らの力を支持して安定を維持すると同時に、「環境の変化」「聞き返す」など彼らの力を引き出す積極的介入の両側面の援助が必要であると示された。
フマル酸による翻訳後修飾の抑制を指標とした最適な栄養バランスの検討

以前我々は、生活習慣病の進展に伴い脂肪細胞でS-(2-succinyl)cysteine(2SC)が生成することを明らかにしている。今回我々は、組織を破砕せずに血液検査等で2SCを定量する測定法を確立した。さらに、医療従事者による採血が不要で簡便に生体2SCを測定法として髪、爪、さらに指先からの微量血液でも2SCの測定を可能にした。これらの測定法により、腎疾患の発症に伴って顕著に血中2SCが上昇すること、コレステロール値の高い者および、コレステロール値は正常であるが、野菜嫌いな者でも高値になる傾向があることを確認した。脂肪細胞は糖・脂質代謝制御に関して重要な役割を演じ、その機能不は糖尿柄、高血圧、脂質異常症を誘発し、結果的に動脈硬化をはじめとする様々な老化関連疾患の発症を促進する。我々は、脂肪細胞が高血糖状態に曝されると、TCAサイクルの中間体であるフマル酸の細胞内濃度が上昇し、フマル酸が蛋白と反応してS-(2-succinyl)cysteine(2SC)が生成すること、さらに本反応によってアディポネクチンをはじめ様々な細胞内蛋白の機能が低下する新規な翻訳後修飾経路を見いだした。今年度、液体クロマトグラフィータンデム質量分析装置(LC-MS/MS)を用いて、脂肪細胞および血清中2SCの測定系の確立を行った。2SCはN-acetyl-Cys 30mM、N-ethylmaleimide 60mMを反応させた後、薄層クロマトグラフィーで生成物を確認した。生成物をダウエックス50カラムにアプライした後、5Mアンモニアで溶出した。2SCと思われるピークをアミノ酸分析で純度検定、NMRで構造を確認し、LC-Ms/Msによる2sc測定の標準試料を得た。Hillicカラムを備えたLC-MS/MS分析では溶出時間10分に、親イオン238、プロダクトイオン121、221で2SCの測定が可能となった。3T3-L1細胞を定法にしたがって脂肪細胞に分化させた後、回収した細胞蛋白0.1mgを6N塩酸、100°Cで加水分解した結果、脂肪細胞の培養期間に応じて細胞内2SC含量が上昇することが確認された。同様な結果をラット腸管膜より得た脂肪細胞でも確認した。また、糖尿病ラットの血清を同様に加水分解することによって、血中2SCが測定可能となった。我々は、脂肪細胞が高血糖状態に曝されると、TCAサイクルの中間体であるフマル酸の細胞内濃度が上昇し、フマル酸が蛋白と反応してS-(2-succinyl)cysteine (2SC)が生成すること、さらに本反応によってアディポネクチンをはじめ様々な細胞内蛋白の機能が低下する新規な翻訳後修飾経路を見いだしており、今回、脂肪細胞において2SC生成が促進するメカニズムを解明し、栄養学的観点から2SC生成を抑制するのに最適な食事の摂取バランスおよび摂食タイミング等を検討することを目的としている。今年度の研究により、タンデム質量分析装置(LC-MS/MS)による血清中2SCの絶対的定量に必須である13C標識された内部標準用2SCの合成に成功した。血清中2SCの測定は、血清を分子量3000のカットオフフィルターで低分子量画分を得ることで測定が可能となった。そこで、健常及び糖尿病を誘発したラットの血清中2SCを比較したが、顕著な違いは認められなかった。現在、組織中2SC含量の比較を行っている。脂肪細胞中2SCの測定は、脂肪酸や様々な夾雑物によってイオンサプレッションの現象がおこり、内部標準を含む2SCの測定感度が著しく低下した。対応策として、細胞蛋白0.1 mgを6N塩酸で加水分解後に塩酸を乾固し、陽イオン交換カラムであるStrata-X-Cカラムを用いて夾雑物を低減した結果、2SCのシグナルが検出可能となった。実際、未分化3T3-L1細胞に比較して、脂肪細胞に分化した細胞では2SC含量が高値を示し、脂肪細胞をフマル酸共存下で培養するとさらに2SC含量が上昇することがLC-MS/MSで確認された。また、今年度の研究により、抗原の合成法を改良して新たにモノクローナル抗2SC抗体が得られている。生活習慣病の進展に伴って組織にメイラード反応後期生成物(AGEs)が蓄積することが報告されている。これに対して、以前我々は脂肪細胞ではAGEsよりTCAサイクル中間体であるフマル酸の細胞内濃度が上昇し、システインのチオール基との反応からS-(2-succinyl)cysteine (2SC)が生成することを明らかにしている。通常TCA回路の異常は、組織や細胞を破砕してNADH/NAD比などを測ることによって評価されるが、血液検査等で生体2SCが測定可能となれば、組織を破壊せずにTCA回路の異常を評価することが可能となる。