hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高脂血症及び糖尿病に関する遺伝子多型の疾病リスクと予防医学的評価

高脂血症、肥満、心疾患等の慢性疾患の遺伝は多因子遺伝と考えられており、これらの遺伝子の影響とその組合せによる効果の検討、および遺伝子と宿主側の要因(生活習慣等)との組み合わせによる効果の検討を行う必要がある。本研究では、近年の調査結果をふまえ、LDL関連蛋白5(LRP5)遺伝子のAI330V、アドレナリンβ2受容体(ADRB2)遺伝子のGly6Arg多型を測定することとした。そして、日本の一般人でこれらの遺伝子が、糖尿病、高脂血症に影響を与えているのか、そしてその影響が、生活習慣など、これまでのリスクファクターと比較してどの程度であるか明らかにし、予防医学的に評価することを目的としている。本年度はまずLDL関連蛋白5(A1330V)遺伝子の測定を終了し、高コレステロール血症(総コレステロール値≧240mg/dL)の発症について検討を行った。pooled logistic regression解析により、A1300V遺伝子が、男性対象者において、毎年の年齢、BMI、飲酒、喫煙、運動習慣について補正しても、有意に高コレステロール血症の発症と関連していることが明らかになったAV型の男性遺伝子保有者の、AA型に対する高コレステロール血症発症のオッズ比は、1.49(95%信頼区間:1.04-2.12)であった。また、その他の遺伝子多型の測定結果との組合せを検討したところ、GNB3/1429TT型と、LDL受容体関連蛋白5遺伝子(LRP5)の1330VV又はAV型の遺伝子を同時に保有する場合、男女とも高コレステロール血症を発症しやすいことが明らかになった。男性でも女性でも同様の結果が得られたことは重要な所見であり、今後高コレステロール血症を予測し、予防する上で、これらの遺伝子がマーカーとして役立つことが示唆された。また、ADRB2/Gly16Argについては、949献体について測定を行っており、現在男性でAA=183人、AG=179人、GG=185人、女性でAA=145人、AG=144人、GG=103人であった。今後測定をさらに進め、高脂血症や糖尿病発症との関連を調査する予定である。分子生物学の医学への応用が急速に進歩し、近年は後天性の慢性疾患でも関連遺伝子が報告されている。高血圧症、肥満、心疾患等の慢性疾患の遺伝は多因子遺伝と考えられており、複数の遺伝子が相互作用しつつ、あるいは環境因子や宿主側の要因(生活習慣等)から影響を受けつつその相互作用によって発症すると考えられる。したがって大規模な一般人の集団に対しこれらの遺伝子の影響とその組み合わせによる効果の検討、および遺伝子と宿主側の要因(生活習慣等)との組み合わせによる効果の検討を行う必要があるとの考えに至った。ミトコンドリア脱共役蛋白遺伝子(A-3826G、Ala55Val)、インシュリン遺伝子(VNTR)、TNF-α(G-308A)は、糖尿病、肥満、高脂血症に関連する遺伝子として欧米で注目されているが、日本人での大規模な研究は行われていない。そこで、本研究では、日本の一般人でこれらの遺伝子が、糖尿病、高脂血症に影響を与えているのか、そしてその影響が、生活習慣など、これまでのリスクファクターと比較してどの程度であるか明らかにし、予防医学的に評価することを目的としている。

本年度の実績としては、同意が得られた対象者のみに関し平成9年から16年まで毎年行われている健康診断時の年齢、既往歴、家族歴、生活習慣、身体計測値、血圧測定値、および尿、血液の測定結果をコンピュータに入力(コンピュータ購入)し、結合してデータベースを作成したこと、平成17年度の一般健康診断時に問診表を用いて対象者の既往歴および家族歴等を調査したこと。同意が得られた対象者のみに関し、健康診断時の年齢、既往歴、家族歴、生活習慣、身体計測値、血圧測定値、および尿、血液の測定結果をコンピュータに入力(コンピュータ購入)し、データベースを完成させたこと、遺伝子多型の検索に必要な試薬について購入をし、測定に着手したことである。さらに、今後これらの遺伝子多型について、検索、解析を進める予定である。高血圧症、肥満、心疾患等の慢性疾患の遺伝は多因子遺伝と考えられており、これらの遺伝子の影響とその組み合わせによる効果の検討、および遺伝子と宿主側の要因(生活習慣等)との組み合わせによる効果の検討を行う必要がある。本研究では、近年の調査結果をふまえ、LDL関連蛋白5(LRP5)遺伝子のA1330V、アドレナリンβ2受容体(ADRB2)遺伝子のGly16Arg多型を測定することとした。そして、日本の一般人でこれらの遺伝子が、糖尿病、高脂血症に影響を与えているのか、そしてその影響が、生活習慣など、これまでのリスクファクターと比較してどの程度であるか明らかにし、予防医学的に評価することを目的としている。本年度はまずLDL関連蛋白5(A1330V)遺伝子の測定を終了し、高コレステロール血症(総コレステロール値【greater than or equal】240mg/dL)の発症について検討を行った。pooled logistic regression解析により、A1330V遺伝子が、男性対象者において、毎年の年齢、BMI、飲酒、喫煙、運動習慣について補正しても、有意に高コレステロール血症の発症と関連していることが明らかになった。AV型の男性遺伝子保有者の、AA型に対する高コレステロール血症発症のオッズ比は、1.49(95%信頼区間:1.04-2.12)であった。また、その他の遺伝子多型の測定結果との組み合わせを検討したところ、GNB3/1429TT型と、LDL受容体関連蛋白5遺伝子(LRP5)の1330VV又はAV型の遺伝子を同時に保有する場合、男女とも高コレステロール血症を発症しやすいことが明らかになった。男性でも女性でも同様の結果が得られたことは重要な所見であり、今後高コレステロール血症を予測し、予防する上で、これらの遺伝子がマーカーとして役立つことが示唆された。また、ADRB2/Gly16Argについては、949検体について測定を行っており、現在男性でAA=183人、AG=179人、GG=185人、女性でAA=145人、AG=154人、GG=103人であった。今後測定をさらに進め、高脂血症や糖尿病発症との関連を調査する予定である。
環境水の界面活性剤オンラインモニタリングに用いるイオン選択性電極の開発

陰イオン界面活性剤の測定には、メチレンブルー吸光光度法がよく使われているが、この方法では、毒性のあるクロロホルムを大量に使用することに加えて、感度が十分とは言えず、自動モニタリングに利用できないなどの問題点もある。有機溶媒を必要としない、簡易連続モニタリングへの展開が可能な新しい分析技術の開発が求められている。本研究では、陰イオン界面活性剤選択性電極の開発と、この電極を用いた陰イオン界面活性剤の定量方法の確立を行い、産業排水や生活排水および河川水、湖水などの表流水の測定・モニタリングへの応用を目的とした。本研究の主な成果のは以下の通りである。1)陰イオン界面活性剤を選択的に応答するポリ塩化ビニール膜型イオン選択性電極を試作するとともに、本電極を指示電極とした電位差滴定法を提案し、工場および生活排水中の陰イオン界面活性剤測定への適用が可能であることを示した。2)標準添加法の導入により、低濃度(0.30.02ppm)陰イオン界面活性剤の測定を可能にした。3)環境水中の陰イオン界面活性剤の測定に対する共存物質の影響を検討した結果、高濃度の塩素イオン、炭酸水素イオン、タンパク質、フミン質の共存は分析値に負の誤差をもたらすが、一般的な河川水の測定ではそれらの影響は無視できることが分かった。4)泡沫濃縮と組み合わせることにより、定電位滴定法および標準添加法の定量下限をそれぞれ0.3と0.001まで低減でき、環境水や水道水中低濃度界面界面活性剤を測定・モニタリングできる可能性が示された。本研究では、陰イオン界面活性剤選択性電極の開発と、この電極を用いた陰イオン界面活性剤の定量方法の確立を行い、この方法を各種産業排水、生活排水および河川水、湖水などの表流水の測定・モニタリングへの応用を目的としている。陰イオン界面活性剤を選択的に応答できるポリ塩基ビニール膜型イオン選択性電極を試作し、本電極の基礎特性、すなわち、陰イオン界面活性剤に対する応答特性と選択性、安定性、溶液条件の影響、寿命、再現性などについて検討した。本電極は陰イオン界面活性剤に対する選択性が高く、共存陰イオンの影響をあまり受けないことが分かった。pH=311の範囲では電極電位に対するpHの影響が見られないこと、界面活性剤の濃度変化に対して応答が早く、30秒以内で平衡に達することなどが示された。電極の寿命については、6ヶ月連続使用しても、電極の性能がほとんど変化しないことが確認されている。本電極を指示電極とした電位差滴定法を用いて合成洗剤工場排水中の陰イオン界面活性剤を測定し、既存のメチレンブルー吸光光度法と同様な結果が得られ、しかも高い回収率と十分な分析精度を示したことから、本方法は工場排水分析へ適用できる可能性が示された。陰イオン界面活性剤の測定には、メチレンブルー吸光光度法がよく使われているが、この方法では、毒性のあるクロロホルムを大量に使用することに加えて、感度が十分とは言えず、白動モニタリングに利用できないなどの問題点もある。本研究では、陰イオン界面活性剤選択性外電極の開発と、この電極を用いた陰イオン界面活性剤の定量・連続モニタリング方法の確立を行い、これらの方法の産業・生活排水、河川水と湖水などの表流水および水道水の測定・モニタリングへの適用性を明らかにすることを目的としている。前年度では界面活性剤選択性電極を指示電極とした電位差滴定法を提案するとともに、本方法が工場および生活排水中の陰イオン界面活性剤測定への適用が可能であることを示した。

今年度では、環境水中や飲料水中の低濃度陰イオン界面活性剤(<0.3ppm)の測定方法として、標準添加による直接電位法と気泡濃縮による低濃度界面活性剤の濃縮方法などについて検討を行った。0.3ppm以下の低濃度範囲、すなわち非Nernst応答範囲での陰イオン界面活性剤濃度と電極電位との相関式を実験的に求めた。本相関式を利用した標準添加法により、0.2ppmの標準試料を測定した時の相対誤差は2.6%と低く、その時の変動係数は2.6%と小さかった。0.02ppmの標準試料を測定した時の相対誤差および変動係数はそれぞれ6.7%と5.2%であり、十分満足できる正確さと精度が得られた。本方法を河川水および湖水の測定に適用し、従来のメチレンブルー吸光光度法に対する測定値の相対誤差は12%-12%であり、本方法は低濃度の試料にも適用可能であることが示された。なお、連続モニタリングのための気泡濃縮法についても検討を行った。陰イオン界面活性剤の測定には、メチレンブルー吸光光度法がよく使われているが、この方法では、毒性のあるクロロホルムを大量に使用することに加えて、感度が十分とは言えず、自動モニタリングに利用できないなどの問題点もある。有機溶媒を必要としない、簡易連続モニタリングへの展開が可能な新しい分析技術の開発が求められている。本研究では、陰イオン界面活性剤選択性電極の開発と、この電極を用いた陰イオン界面活性剤の定量方法の確立を行い、この方法を各種産業排水、生活排水および河川水、湖水などの表流水の測定・モニタリングへの応用を目的としている。平成9および10年度では、陰イオン界面活性剤選択性電極を試作するとともに、本電極を指示電極とした電位差滴定法を提案し、工場および生活排水中の陰イオン界面活性剤測定への適用が可能であることを示した。さらに、環境水中や飲料水中の低濃度陰イオン界面活性剤(<0.3ppm)の測定方法として、標準添加について検討を行い、0.30.02ppm範囲での測定を可能にした。本年度は環境水中の陰イオン界面活性剤の測定に対する共存物資の影響、濃度変化に対する電極応答速度、泡沫分離による低濃度陰イオン界面活性剤の濃縮などについて検討を行い、以下のことを明らかにした。1)高濃度の塩素イオン、炭酸水素イオン、タンパク質、フミン質の共存は分析値に負の誤差をもたらすが、一般的な河川水の測定ではそれらの影響は無視できる。2)標準添加法よりも定電位滴定法は共存物資の影響を受けにくい。3)食塩の添加と最適通気量を選ぶことにより、低濃度陰イオン界面活性剤を20倍濃縮することが可能である。4)濃縮と組み合せることにより、定電位滴定法および標準添加法の定量下限をそれぞれ0.3と0.001まで低減することが可能である。
量子サイバネティクス総括班

1.事後評価報告書作成の為、総括班メンバーによる会合を2回開催(4月24日、理研東京連絡事務所ー6月12日、WTCコンファレンスセンター)し、以下の通り成果を確認した。:量子サイバネティクス領域は、高度で複雑な量子状態制御を目指している。応募時には、1新規な量子制御・検出の実現と、2多様な物理系においての包括的な量子制御の理解、を領域の目標として挙げた。また応募時の研究期間内の成果の一例として、混合量子系での単量子の操作や検出の目覚ましい進展を挙げた。数多くの混合量子系の可能性の中で、特に人工原子量子光学での飛躍的発展や、人工原子と機械振動の結合、微視量子系と固体素子量子系の結合の実現などに言及した。5年の研究の結果、領域内の全ての物理系で、量子状態制御の科学技術大きく進展し、設定目標はほぼ達成された。「1新規な量子制御・検出」に関しては、超伝導人工原子での高忠実度状態制御や量子非破壊・単事象観測などをはじめ、すべての物理系で目覚ましく進展を遂げた。「2多様な物理系においての包括的な量子制御の理解」に関しては、例えば超伝導人工原子量子光学と、従来の自然原子の量子光学との比較より、特に「単原子」量子光学に関する新規な知見を得、より包括的な理解を確立した。また他の多くの新規な混合量子系を実現した成果から、より包括的な理学が生まれた。また目標には当初なかった、新規な量子効果である超伝導細線でのコヒーレント量子位相滑りの実現などの成果も達成した。全論文数372件、内トップ1%引用論文は20件あることから、遥かに標準を超えた成果が生み出されたことが分かる。また既存の学問分野の枠に収まらない新興・融合領域の創成という目標に対し、数々の学際的な研究成果を達成した。2.研究成果報告書(冊子体)の作成に向け、会合を開催(9月30日、筑波大学東京キャンパス)し、全113頁の報告書を作成した。26年度が最終年度であるため、記入しない。「異なる学問分野の研究者が連携して行う共同研究の推進」を目指し、多くの領域内共同研究を立ち上げ、多くの成果を上げた。「ダイアモンドNV中心と超伝導量子ビットの結合」の研究成果は、Nature誌に掲載された。新たな学術領域を創成し、異なった背景を持つ各研究項目間の横断的連携研究を目指した「領域融合ワークショップ」を計13回開催した。領域内での連携強化のため、領域内研究室の学生・ポスドクなど若手研究者を、領域内の他の研究室が短期間受け入れた。本領域研究総括班活動は、当初内閣府補正予算との絡みがあり、活動を始めるタイミングが少し遅れたが、その後徐々に活動のペースを回復してきた。総括班は本領域計画を遂行するため、第1回の総括班会議を2009年10月21日と22日行った。場所は関東と関西の在住の研究代表が集いやすい熱海であった。参加者は総括班メンバーのみでなく、各研究グループの研究代表と研究分担者、主要な研究連携者も含めた会議を行い、領域運営に関しての広範囲の意見を聞き、議論を深めた。特に連携研究の可能性について討議をし、例えば超伝導デバイスを利用した光子量子ビットシステムの研究や連携の可能性などについて検討した。有志学生が自発的に組織する、量子情報学生チャプターと有機的に連動し、本領域の研究、特に連携研究を活性化すること計画している。このたび学生チャプターの活動の支援の一環として、学生チャプターの関西チャプター会議を主催し支援した。また今後はさらに連携を強めるため、学生チャプター会議を主催・支援すると同時に、そのつど研究代表が数名その会議に出席し、各々の研究グループの活動を説明し、学生との連携を強める取り組みを計画した。領域のホームページを早々に立ち上げ(http://www.riken.jp/cybernetics/)、更にその内容向上に向けて、業者を選定し、増強計画を進めている。新バージョンのホームページは、世界に対する情発信をもくろみ、日・英両文の表記になっている。ホームページベース上でのニュースレターの発行も計画通り進み、第1回の発行は2月中に実現する(日・英語版)。研究領域の事務処理を担当する事務アシスタントを雇用した。総括班は研究領域内の融合的研究の推進を図るため、以下の活動を行った:1.総括班会議を2回開催(8月5日、12月9日)2.領域融合ワークショップ開催:第1回:「量子情報処理用マイクロ波測定装置の開発」、10月25日、於:NECつくば研第2回:「量子推定理論の基礎と進展」、1月18日、於:阪大第3回:「Quantum transport in biological systems」,「Sending a photon backwards in time」、1月28日、於:大阪第4回:「Surface code量子誤り訂正」、2月23, 24日、於:阪大第5回:「多様な物理系の量子光学:'原子'-光子強結合系」、3月22, 23日、於:京都(予定)3.領域内の融合研究を目的としたインターン交換派遣の実現:阪大北川研田淵豊氏理研蔡研派遣(2か月)大阪市立大野崎幹人氏と林信介氏京大高橋研派遣(各1か月)4.領域のすそ野を広げ人材育成を図るため、「量子情報学生チャプター」なる学生研究サークルの活動をサポート。

具体的には「関東チャプター」会議(4回)、「関西チャプター」会議(2回)をサポート。5.領域活動の一般市民への宣伝(国民との科学技術対話)のため、以下の活動を行った:プレスリリース:「超伝導人工原子を組み込んだ新量子光学デバイスを開発-単光子増幅器、人工原子を並べた量子メタ材料、光スイッチなどへの応用も-」、2010年5月10日。5/10:NIKKEI NET総合、5/11:日刊工業新聞、マイコミジャーナル、ELISNET、等掲載。市民講座:理研一般公開講演「量子の制御とコンピュータ」を計画した(4月23日)。6.日本物理学会シンポジュウム「多様な物理系での量子制御」開催(2011秋)を提案。7.ニュースレターをホームページに掲載並びに各関係者へ配信(3回:5月、8月、12月)。総括班は研究領域内の融合的研究の推進を図るため、以下の活動を行った:1.総括班会議を2回開催(6月29日30日、12月15日)2.領域融合ワークショップ開催:第6回:「超伝導磁束で捕捉する原子・原子で見る超伝導磁束」、4月12日、於:阪大第8回:「冷却原子集団を用いたCavity QEDとその量子情報要素技術への応用」、8月18日、於:阪大第11回:「ダイヤモンド・超伝導ハイブリッド系の量子状態制御」、11月11日、於:阪大3.領域内の融合研究を目的としたインターン交換派遣の実現:慶應大MORTEMOUSQUE Pierre-Andre氏、大阪市立大吉野共広氏理研蔡研派遣(1か月)4.領域のすそ野を広げ人材育成を図るため、「量子情報学生チャプター」なる学生研究サークルの活動をサポート。具体的には「関東チャプター」会議(2回)、「関西チャプター」会議(2回)をサポート。5.領域活動の一般市民への宣伝(国民との科学技術対話)のため、以下の活動を行った:市民講座:理研一般公開講演「量子の制御とコンピュータ」於:理化学研究所(4月23日)サイエンスアカデミー1「量子の不思議を体験してみよう」於:青森県立三本木高等学校付属中学校(10月11日)SSH先端科学講座「量子力学と情報処理」於:群馬県立高崎高校(10月25日)6.日本物理学会シンポジウムにて講演を行った。「ジョセフソン量子ビットの最新の成果」於:富山大学(9月22日)7.ニュースレターをホームページに掲載並びに各関係者へ配信(3回:7月、11月、2月)。総括班は研究領域内の融合的研究の推進を図るため、以下の活動を行った:1.総括班会議(全体会議)を2回開催(7月11日12日、東京;12月16日12月17日、京都)し、領域での研究融合促進のための方策を図り、実行した。12月の会議は、最終的領域融合の議論を最優先にとらえ、他のプロジェクトは切り離し独立に開催した。2.領域融合共同研究を新たに設定・発掘し、その実行を促した。領域内共同研究の数は総計で26件に上がることを確認し、この共同研究活動からすでに論文が6件出版されていることも確認した。3.領域内の融合研究を目的としたインターン交換派遣の実現:大阪大学基礎工学研究科助教ー京都大学高橋研究室(3日間)、東工大大学院生ー東京大・樽茶研究室(1年間)。4.領域のすそ野を広げ人材育成を図るため、「量子情報学生チャプター」なる学生研究サークルの活動をサポート。
パルスパワーの新応用技術-極短高電圧パルスによる受精卵への物質導入-

本研究では,簡便で高効率な物質導入技術の確立を目指し,極短高電圧パルスとそのほかのパルスを組み合わせた物質導入システムの構築を行い,導入効率に関する実験を行った。システムは極短高電圧パルスを発生するパルスパワー発生器,低電圧長パルスを発生するRC放電回路,これらをコントロールするトリガ信号発生器,反応容器等から構成される。本システムを用いることで,メダカ受精卵内部組織に対し電気的ダメージを与えることなく,卵内ヘシクロヘキシミド,アクチノマイシンDなどの化学物質や蛍光色素の導入が確認できた。極短高電圧パルス発生器として複数のブルームライン線路やマイクロ秒以上のパルス発生装置として半導体スイッチによるRC放電回路を製作し,15ns数十μsまでの矩形波パルスを出力できる実験システムを構築した。また,実験効率をあげるために新しく反応容器を設計製作した。この実験システムを用いて,産卵した日のヒメダカの受精卵を試験対象としてその周囲に配置された化学物質の導入実験を行った。今年度は,化学物質として主にタンパク質合成阻害剤(シクロヘキシミド)を用い,コントロールに対する成長の遅れを観測することにより,化学物質の導入の有無を調査した。高すぎる印加電圧では卵内部は死滅するほどの電気的ダメージを受け,一方,低すぎる電圧では特に顕著な影響は確認されなかった。その中間程度の電圧を印加すると,シクロヘキシミドが導入されたことに起因すると思われる成長遅れが見られる試験体が観測された。このとき,卵内部に対する電気的影響はほとんど確認されなかった。印加する矩形波パルスのパルス幅と電圧の組み合わせにより,シクロヘキシミドの導入が確認される試験体の割合は変化し,導入割合が試験体総数の80%以上となる印加パルス条件が判明した。このときエネルギー効率の観点からみたとき,最適なパルス条件(100ns,1.2kV)があることも分かってきた。本年度は,高い導入割合を維持しながら,物質の導入量を増加することを目標とした実験をおこなっていく。また,シクロヘキシミド以外の物質についても導入実験を行っていく。ブルームライン線路型パルスパワー発生装置による単発の矩形波高電圧パルス(100ns,1.2kV)をメダカ受精卵に印加することで,電気的ダメージを抑えつつ化学物質(シクロヘキシミド)を導入し,8割以上の受精卵に成長遅れを発生させることができた。このとき,塩水(30mS/cm)にシクロヘキシミド(10μM)を混入させたものを周囲溶液(90μL)とすることで,パルス発生装置と反応容器の整合を取っていた。しかし,導入物質を他の化学物質に変更すると,反応容器の抵抗値変化に起因する出力電圧のバラつきが発生した。そこで,塩水の導電率を5mS/cmとし,抵抗(25Ω)を並列接続することで電圧の安定化を図った。この変更により矩形波パルスの最適な充電電圧は3.6kVと増加したが,物質導入の結果において変化は見られなかったため,6月以降この条件で実験を継続した。これまで用いてきた"単発"の矩形波高電圧パルスではシクロヘキシミドの導入量を増加することや,分子量の大きい化学物質(アクチノマイシンD)の導入は困難であることが分かった。そこで,本年度は新しく"2連続"パルスシステムを設計製作した。このシステムは,低い電圧波高値で長い時定数の減衰波(66μs,60V)と,高い電圧波高値で短いパルス幅の矩形波(100ns,3.6kV)を,反応容器に続けて出力することができ,パルス出力順やパルス間隔の調整も可能である。ダブルパルスシステムを用いた導入実験を行い,最適なパルス条件を調査した。ダブルパルスシステムによる実験では,"単発"の矩形波での結果と比較して,メダカ受精卵に著しい成長遅れを観測することができた。また,"単発"の矩形波では導入することが困難であった化学物質アクチノマイシンDの導入を示す結果も観測された。一方で電気的ダメージを受けたメダカ卵の割合には増加が見られなかった。これより,2連続パルスシステムがメダカ受精卵の物質導入には有効であることを示すことができた。昨年度,製作したダブルパルスシステムを用いることで,実験の当初用いた単発の高電圧矩形波パルスのみを用いた結果と比べると,化学物資(シクロヘキシミド,アクチノマイシンD)の導入量を増加できることが確認された。しかしながら,導入量のさらなる増加や分子量のより大きな物質を導入をするためにダブルパルスの低電圧長パルスの振幅やパルス幅を広げた場合,受精卵に対する電気パルスの影響が大きくなることが分かり,ダブルパルスのままでは,導入量の増加は困難であることが判明した。そこで,本年度は,受精卵に対する電気ダメージを抑えつつ,投入エネルギーを増加することが可能となる新しいパルスシステムを設計製作し,その有効性について調査した。非対称バーストパルスシステムと名付けた新しいシステムは,高電圧短パルスの前に印加する低電圧長パルスとして正負両極性のバースト型パルスを発生できるものである。

このとき,正負パルスごとに,振幅とパルス幅を異なる値に設定できる回路とした。また,パルス印加時にメダカ受精卵を設置する反応容器(リアクタ)の形状も,従来の平行平板電極から,片方の電極にレール型突起をつけた非対称電極としたものを新たに製作した。非対称バーストパルスシステムを用いて,正極性パルス(300 us, 30 V)と負極性パルス(30 us, 35 V)を1セットとしたバーストパルス100セットを印加し,その100 ms後に,高電圧短パルス(100 ns, 3 kV)を印加することで,メダカ受精卵に対して,電気ダメージの増加はほとんどなく(コントロールの死亡率20%),一方でシクロヘキシミドやビスフェノールといった化学物質の導入量を大幅に増加できるという結果が得られた。また,非対称電極を用いることで,物質導入について,平行平板電極を用いたときよりも少ないエネルギーで,同様またはそれ以上の結果が得られた。各電圧パルスが電気的影響を及ぼす範囲の調査,それらを組み合わせたダブルパルスシステムの構築,それを用いた物質導入の最適条件調査等に関しての実験は進んでおり,化学物質(シクロヘキシミド,アクチノマイシン)の導入も確認できている。また,実験システムの生物実験室への設置も完了しており,実験効率は上がっている。24年度が最終年度であるため、記入しない。化学物質(シクロヘキシミド,アクチノマイシン)が導入されていることは,発生遅れから確認できている。今後,印加パルスの組み合わせや反応容器の電極形状の最適化を行い,分子量の大きな化学物質の取り込みが可能であるかを調査する。また,顕微鏡による目視の影響観測だけではなく,電気的影響等を遺伝子レベルで調査する予定である。
ヒトN-アセチルガラクトサミン転移酵素アイソザイムの正常および癌細胞における発現

l.ヒトUDP-N-アセチルガラクトサミン:ポリペプタイドN-アセチルガラクトサミン転移酵素アイソザイム(T1,T2)のcDNA配列を基に、コンピューター解析により親水性および抗原性に富むペプタイドを合成した。この合成ペプタイドに対するウサギ抗血清を用い、大腸癌および正常大腸組織におけるT1およびT2蛋白発現を免疫組織化学染色により検討した。その結果、大腸癌組織においてTlの蛋白発現が13例中l例(8%)にのみ認められたのに対し、T2の蛋白発現は13例中9例(69%)に認められた。大腸癌症例6例の癌組織の同一切片に存在した正常組織および健常人20例の正常大腸組織においてT1およびT2の蛋白発現はみられなかった。以上の結果より、大腸上皮細胞の癌化に伴いT2蛋白発現はup-regulateされていることが示さた。また、癌化に伴うT2蛋白発現にはheterogeneityがあることが明らかとなった。2.ヒト培養癌細胞株(膵癌9種、胃癌2種、乳癌l種、大腸癌5種)におけるヒトUDP-N-アセチルガラクトサミン:ポリペプタイドN-アセチルガラクトサミン転移酵素アイソザイム(T1,T2,T3)のmRNAの発現をNorthern blot法により検討した。その結果、検討したすべての培養癌細胞株において、T1およびT2のmRNAは低レベルながらも比較的一様な発現が認められた。一方、T3のmRNA発現は分化度によって異なり、高分化癌では高発現レベル、中分化癌では低発現レベルを示した。未分化癌におけるT3のmessage発現は検出されなかった。癌細胞の分化度によるT3の発現の差は遺伝子組み替えT3蛋白に対する抗体を用いたWestern blotでも確認された。以上の結果より、癌細胞では分化に伴いヒトUDP-N-アセチルガラクトサミン:ポリペプタイドN-アセチルガラクトサミン転移酵素が発現され、癌細胞における糖鎖構造の変異は同糖転移酵素により調節されていることが示唆された。1.ヒトUDP-N-アセチルガラクトサミン:ポリペプタイドN-アセチルガラクトサミン転移酵素アイソザイム(T1,T2)のcDNA配列を基に、コンピューター解析により親水性および抗原性に富むペプタイドを合成した。その結果、大腸癌組織においてT1の蛋白発現が13例中1例(8%)にのみ認められたのに対し、T2の蛋白発現は13例中9例(69%)に認めれた。以上の結果より、大腸上皮細胞の癌化に伴いT2蛋白発現はup-rcgulatcされていることが示さた。また、癌化に伴うT2蛋白発現にはheterogencityがあることが明らかとなった。2.ヒト培養癌細胞株(膵癌9種、胃癌2種、乳癌1種、大腸癌5種)におけるヒトUDP-N-アセチルガラクトサミン:ポリペプタイドN-アセチルガラクトサミン転移酵素アイソザイム(T1,T2,T3)のmRNAの発現をNorthcrn blot法により検討した。

一方、T3のmRNA発現は分化度によって異なり、高分化癌では高発現レベル、中分化癌では低発現レベルを示した。未分化癌におけるT3のmcssage発現は検出されなかった。癌細胞の分化度によるT3の発現の差は遺伝子組み替えT3蛋白に対する抗体を用いたWestcrn blotでも確認された。以上の結果より、癌細胞では分化に伴いヒトUDP-N-アセチルガラクトサミン:ポリペプタイドN-アセチルガラクトサミン転移酵素が発現され、癌細胞における糖鎖構造の変異は同糖転移酵素により調節されていることが示唆された。
多自由度動力義手の開発

本研究では、まず、人間の関節駆動筋に似せた拮抗筋構造をもつアクチュエータ(Antagonistic Muscle like Actuator,以下AMA)を考案し、その開発と平行して理論解析をおこなった.この結果非線形性をもつバネを導入することによりAMAによって駆動される関節の剛性を広く制御することができることを確認した.AMAの基本構造は以下の通りである.1対のボールねじにより1つの自由度が駆動される.1対のボールねじは1つのDCモータのみで駆動され、その駆動方式はステッピングモータによるギアの切り替えで以下のモードが可能である.(1)単駆動:片方のボールねじのみを駆動する.(2)同相駆動:対のボールねじナットを同時に同方向に駆動する.このモードにより主に関節の剛性が調節される.(3)相反駆動:対のボールねじナットを同時に反対方向に駆動する.このモードにより主に関節角度が変化する.ボールねじナットと関節は非線形性を有するバネを介してワイヤでつなげる.この機構の利点は対のボールねじを多セット配置することにより、1つのDCモータおよび1つのステッピングモータで複数の自由度を駆動できることであり、動力義手などのように体積・重量に制約のある機器への応用には有利でる.そこで、このAMAを搭載した前腕動力義手の開発をおこなった.開発した前腕動力義手は手首関節に2自由度および指部に4自由度の計6自由度を有し、1つのDCモータおよび1つのステッピングモータで全ての自由度が駆動される.また.非線形バネを介して関節の剛性をほぼゼロから無限大まで変化させることが可能となっている.指は複合4リンクに遊星ギアを組み合わせた構造をもち、指の3つの関節の角度が把持物の形状に応じて変化する機構となっている.完成した前腕動力義手の駆動実験をおこない、所与の性能を確認した.本研究では、まず、人間の関節駆動筋に似せた拮抗筋構造をもつアクチュエータ(Antagonistic Muscle like Actuator,以下AMA)を考案し、その開発と平行して理論解析をおこなった.この結果非線形性をもつバネを導入することによりAMAによって駆動される関節の剛性を広く制御することができることを確認した.AMAの基本構造は以下の通りである.1対のボールねじにより1つの自由度が駆動される.1対のボールねじは1つのDCモータのみで駆動され、その駆動方式はステッピングモータによるギアの切り替えで以下のモードが可能である.(1)単駆動:片方のボールねじのみを駆動する.(2)同相駆動:対のボールねじナットを同時に同方向に駆動する.このモードにより主に関節の剛性が調節される.(3)相反駆動:対のボールねじナットを同時に反対方向に駆動する.このモードにより主に関節角度が変化する.ボールねじナットと関節は非線形性を有するバネを介してワイヤでつなげる.この機構の利点は対のボールねじを多セット配置することにより、1つのDCモータおよび1つのステッピングモータで複数の自由度を駆動できることであり、動力義手などのように体積・重量に制約のある機器への応用には有利でる.そこで、このAMAを搭載した前腕動力義手の開発をおこなった.開発した前腕動力義手は手首関節に2自由度および指部に4自由度の計6自由度を有し、1つのDCモータおよび1つのステッピングモータで全ての自由度が駆動される.また.非線形バネを介して関節の剛性をほぼゼロから無限大まで変化させることが可能となっている.指は複合4リンクに遊星ギアを組み合わせた構造をもち、指の3つの関節の角度が把持物の形状に応じて変化する機構となっている.完成した前腕動力義手の駆動実験をおこない、所与の性能を確認した.本年度は,はじめに拮抗筋構造をもつ関節駆動システムのシミュレーション解析をおこない,以下の知見をえた.1)関節回りのスティフネスを調節するためには,拮抗筋構造が必要であり筋は非線形特性を持たなければならない.2)外乱トルクに対して両方の筋を同時に収縮させることにより,オーバーシュートのない安定した応答が可能となる.続いて,腕動力義手の多自由度化を可能とする機構の設計・製作をおこなった.本年度開発した機構は以下の特徴をもつ.1)多自由度:手首2自由度と,指部4自由度をもつ.駆動用モータは小型DCモータ1個のみであり,1個のステッピングモータにより,伝達ギアの切り替えをおこなう.2)スティフネス可変機能:脊椎動物の骨格筋は屈筋と伸筋の拮抗構造により,関節の角度および関節スティフネスを調節している.これに模して,ペアの拮抗するボールねじにより非線形ばねを同時に同方向あるいは逆方向に駆動することにより,関節角度およびスティフネスを機構的に調節する.3)コンパクト:設計・製作した動力義手の機構は前腕部にすべて収納できる.4)指部なじみ機構:1つの指にはDIP,PIPおよびMP関節があり,これを独立して駆動することは機構の制約上不可能である.しかしながら把持物の形状にあわせて,それら3つの関節の角度が自動的に変化し,かつ把持力を調節することのできる機構が必要である.そこで.複合4リンクと遊星ギアの組み合わせにより,1自由度でこれを実現する機構を考案し,製作した.さらに,駆動回路およびソフトを製作し,基本的な駆動実験をおこなった結果,ワイヤの摩擦で指の駆動に難があったものの,正常に駆動できることを確認した.

本研究では、まず、人間の関節駆動筋に似せた拮抗筋構造をもつアクチュエータ(Antagonistic Muscle like Actuator,以下AMA)を考察し、その開発と平行して理論解析をおこなった.この結果非線形性をもつバネを導入することによりAMAによって駆動される関節の剛性を広く制御することができることを確認した.AMAの基本構造は以下の通りである.1対のボールねじにより1つの自由度が駆動される.1対のボールねじは1つのDCモータのみで駆動され、その駆動方式はステッピングモータによるギアの切り替えで以下のモードが可能である.(1)単駆動:片方のボールねじのみを駆動する.(2)同相駆動:対のボールねじナットを同時に同方向に駆動する.このモードにより主に関節の剛性が調節される.(3)相反駆動:対のボールねじナットを同時に反対方向に駆動する.このモードにより主に関節角度が変化する.ボールねじナットと関節は非線形性を有するバネを介してワイヤでつなげる.この機構の利点は対のボールねじを多セット配置することにより、1つのDCモータおよび1つのステッピングモータで複数の自由度を駆動できることであり、動力義手などのように体積・重量に制約のある機器への応用には有利でる.そこで、このAMAを搭載した前腕動力義手の開発をおこなった.開発した前腕動力義手は手首関節に2自由度および指部に4自由度の計6自由度を有し、1つのDCモータおよび1つのステッピングモータで全ての自由度が駆動される.また.非線形バネを介して関節の剛性をほぼゼロから無限大まで変化させることが可能となっている.指は複合4リンクに遊星ギアを組み合わせた構造をもち、指の3つの関節の角度が把持物の形状に応じて変化する機構となっている.完成した前腕動力義手の駆動実験をおこない、所与の性能を確認した.
水銀耐性鉄酸化細菌に存在する新規二価鉄依存性水銀還元システムの分子生物学的解析

水銀はほとんどすべての生物に対して強い毒性を持つ重金属として知られている。本研究は、高度水銀耐性鉄酸化細菌Acidithiobacillus ferrooxidans MON-1株の水銀還元能を利用して大量の水銀汚染土壌から省エネルギー的に水銀を気化・回収する技術の開発を目指している。A.ferrooxidans MON-1株は、20μMの塩化水銀存在下でも生育が可能な高度水銀耐性鉄酸化細菌である。これまで、本菌がNADPH依存性のmercury reductase活性を持つとともに、2価鉄依存性の新規水銀還元システムを持つことを明らかにしてきた。今回、水銀気化に対する電子供与体として2,3,5,6-tetramethyl-p-phenylenediamine(TMPD)を用いて、MON-1株洗浄細胞が嫌気的条件下で水銀を気化できること、この活性が1mMのシアンで完全に阻害されることを明らかにした。この結果はcytochrome c oxidase(cyt.c oxidase)が水銀の気化に関与していることを強く示唆している。鉄酸化細菌に特徴的な2価鉄依存性の水銀還元酵素による水銀気化機構をより詳細に解析するために、MON-1株から鉄酸化酵素の主要成分であるcyt.c oxidaseを高度に精製し、精製酵素がTMPDを電子供与体として水銀を気化できることを明らかにした(CHAPTER 1)。この結果は、末端酸化酵素としてのみ知られていたcyt.c oxidaseが、分子状酸素以外にHg^<2+>をも還元できること、即ち、分子状酸素の還元以外に水銀の還元にも関与できる多機能性酵素であることを強く示唆している。現在、鉄酸化細菌A.ferrooxidansに、有機水銀分解酵素(organomercurial lyase)遺伝子merBの存在は報告されていない。本研究の過程で、A.ferrooxidans株がMerB様活性を持つこと、無機水銀に最も耐性であったMON-1株が有機水銀分解に関しても最も高い活性を持つこと、MON-1株の無細胞抽出液からMerB様酵素活性が部分精製できること、等を世界に先駆け見い出し報告した(CHAPTER2)。MON-1株は、中等度水銀耐性鉄酸化細菌A.ferrooxidans SUG2-2株から誘導された高度水銀耐性鉄酸化細菌で、現在最も高い2価鉄依存性の水銀気化活性を持っている。これまでSUG2-2株のcytochrome c oxidaseが、2価鉄を電子供与体にして2価の水銀(Hg^<2+>)を金属水銀(Hg^0)に還元できることを示してきた。MON-1株のcytochrome c oxidaseは、SUG2-2株に比較して更に水銀気化活性が高くなっていることが予想された。鉄酸化細菌で見出された新規水銀気化システムが水銀耐性鉄細菌の確かな生物機能であることを確証するために、MON-1株からcytochrome c oxidaseを精製し、精製酵素を用いて水銀気化のメカニズムを解析した。また、二価鉄の代わりにcytochrome c oxidaseの電子供与体として知られている2,3,5,6-tetramethyl-p-phenylenediamine(TMPD)を電子供与体にして水銀気化の有無を検討した。MON-1株洗浄細胞によるTMPD酸化の最適pHはpH3.5、活性は菌体濃度及び水銀濃度に依存していた。TMPDの酸化に伴って水銀の気化が起り、活性はNaCNで完全に阻害された。

水銀に対してのK血値は0.14μMであった。興味深いことに好気的条件下においても、嫌気的条件下で観察された気化活性の約25%が観察された。水銀は、あらゆる生物に対してごく低濃度で強い毒性を示す重金属として知られている。本研究は,高度水銀耐性鉄酸化細菌Acidithiobacillus ferrooxidans MON-1株の水銀還元能を利用して、大量の水銀汚染土壌から省エネルギー的に水銀を気化・回収できる技術の開発を目指している。前年度、鉄酸化細菌で見出された新規2価鉄依存性の水銀気化システムが、水銀耐性鉄細菌が持つ特徴的な生物機能であることを確証するために、MON-1株からcytochrome c oxidase(cyt. c oxidase)を高度に精製し、精製酵素が二価鉄の代わりに、cyt. c oxidaseの電子供与体として知られている2,3,5,6-tetramethyl-p-phenylenediamine(TMPD)を電子供与体にして水銀気化を行うことを示した。本年度は,MON-1株から精製したcyt. c oxidaseを用いて更に解析を進め、2価鉄、TMPDばかりでなく元素硫黄も電子供与体にして2価水銀を金属水銀に還元できること、この還元・気化活性が1mMのシアン化ソーダの存在で完全に阻害されることを明らかにした。また、MON-1株のcyt. c oxidaseは5μMの塩化第二水銀存在下でも、水銀無添加時の約40%の活性を保持しているのに対して、水銀感受性株から精製したcyt. c oxidaseは1μMの水銀存在により完全に阻害さることを見出した。この結果は、MON-1株のcyt. c oxidaseは感受性株よりも水銀耐性であることを強く示唆しておりその分子機構に興味が持たれる。現在まで、鉄酸化細菌A.ferrooxidansに、有機水銀分解酵素(organomercurial lyase)遺伝子と同遺伝子産物merBの存在は報告されていなかった。11種類の鉄酸化細菌菌株を0.1μMのp-クロル安息香酸第二水銀(PCMB)を含む二価鉄無機塩培地(pH2.5)に接種し、30°Cで振とう培養した。無機水銀に耐性であったMON-1株が他の鉄酸化細菌株に比較して有機水銀に対しても耐性であることを見出した。また、MON-1株洗浄細胞が、PCMB、酢酸フェニル水銀(PMA)、メチル水銀よりHg^0を気化できることを明らかにした。A.ferrooxidans ATCC23270株由来merAをクローニングし、大腸菌内で発現、部分精製し、MerB活性測定の際MerB用活性により生成したHg^<2+>を還元するのに用いた。MON-1株細胞質画分をDEAEカラムに供試した結果、0.1M溶出画分にmercury reductaseが、0.3M溶出画分にPMA分解活性が存在していることを見出した。以上、鉄酸化細菌中にMerB様酵素の存在を初めて明らかにした。
距離空間の位相的性質と次元の研究

距離空間とその周辺における空間の位相的構造と次元の研究である。研究組織を、「距離空間の位相的研究」(田中、池田)、「距離空間と次元論」(後藤、木村)、「距離空間と関数空間」(森下)、および「距離空間と位相幾何学」(関沢、細川)に分け、それぞれの研究班で交付配分費を基本的に運営した。次の主な課題に対して、課題(A);(B);(C);(D)について、それぞれ、田中・池田;後藤;木村・森下;関沢が主に研究を行った。(A)距離空間の商空間における位相的構造と積空間の研究(B)距離空間と次元の研究(C)距離空間におけるコンパクト化と次元の研究(D)多様体における接球束、超曲面と次元の研究距離空間;局所コンパクト空間の商空間として、それぞれ特徴付けされる列型空間;k-空間などの位相的構造や性質の研究である。課題(A)に関連して、研究代表者は次の古典的な課題(1)、(2)、および、独自な課題(3)の研究を行った。その結果、種々の「解答」や「niceな成果」を得た。(1)位相空間をある種の距離空間のniceな商空間として特徴付ける。(2)k-空間X,Yの積空間XxYがk-空間になるためのX,Yにおける(同値)条件を求める。(3)位相空間がk-ネットワーク、あるいは、被覆に関して弱位相をもつとき、空間の位相的構造の研究。課題(B)-(D)などに関連しても、各分担者は「次元」の観点から新しい興味ある研究成果を得た。上記の研究課題(A)-(D)に関連して、我々は研究期間中に、権威ある国際学術雑誌に10個余り、専門学術雑誌に10個程度の学術論文の発表、その外、学術研究報告や、口頭発表など行った。これらの研究発表の研究成果内容や、学術論文、研究報告書などは研究成果報告書(平成17年3月出版、340頁)に記載されている。本年度の科学研究費において、シンポジューム、研究集会、セミナーなどに積極的に参加し、研究成果の発表、情報交換、研究打ち合わせなどに旅費を活用し、研究の発展、遂行に大変有意義であった。一方、最新の情報を得るため、位相関連図書などを購入した。また、情報に関連したモバイル環境の改良や、研究資料などの整理などのため(ノート)パソコンや周辺文具、消耗品などの購入を行った。研究組織を、「距離空間の位相的研究」(田中、池田)、「距離空間と次元論」(後藤、木村)、「距離空間と関数空間」(森下)、および「距離空間と位相幾何学」(関沢、細川)に分け、それぞれの研究班で交付申請費を基本的に運営し、研究の促進と連携をはかった。以下、本研究で得られた、研究成果の概要を報告する。研究成果として、「距離空間」の位相的研究として、(1)(基底の拡張として)k-ネットワーク理論と距離化可能問題の研究;(2)距離空間の商空間による特徴付とそれらの包括的定理の研究三;(3)点列空間(収束点列によって位相が構成されている)やその周辺の空間(例えば、k-空間)の積空間についての研究;(4)距離空間のコンパクト化と無限次元、および、距離に依存した次元の研究などに多くの研究成果が得られた。これらを、いくつかの学術論文、研究集会(京都大数理解析研究所;位相数学国際会議(島根大)など)に発表した。

また、距離空間の具体例としてユークリッド空間などがあるが、その周辺において、位相幾何学の立場から、Riemann多様体に導入されたある種の計量の特性と、接球束の断面曲率の符号問題の研究(含、外国での共同研究)も行い、学術論文や研究集会などにおいて、研究成果の発表を行った。(本研究に関わる学術論文10数個程度)。一方、位相的な教材研究として、「実数の連続性」に関連した研究を行った。微分・積分学や解析概論における実数の位相的構造(収束と連続など)を「連続公理」や「アルキメデスの公理」の立場から考察し、それらをいくつかの大学において(集中)講義した。本年度の科学研究費において、シンポジューム、研究集会、共同研究の打合せなどに積極的に出席し、研究成果の発表、情報交換、研究打ち合わせなどに旅費を活用し、研究の発展、遂行に大変有意義であった。一方、最新の情報を得るため、位相関連図書などを購入した。また、情報に関連したモバイル環境の改良や、研究資料などの整理などのため(デスクトップ)パソコンやその周辺器具・消耗品、文房具などの購入を行った。研究組織を、「距離空間の位相的研究」(田中、池田)、「距離空間と次元論」(後藤、木村)、「距離空間と関数空間」(森下)、および「距離空間と位相幾何学」(関沢、細川)に分け、それぞれの研究班で交付申請費を基本的に運営し、研究の継続と、促進・連携をはかった。一方、最近、話題になっている「数学の効果的・実践的な教材研究」を共通の研究テーマとして、取り組んだ。以下、本研究で得られた、研究成果の概要を報告する。研究成果として、「距離空間」の位相的研究として、(1)k-ネットワークによる、距離空間の商空間の種々の特徴付とそれらの関連研究(継続);(2)点列空間(収束点列によって位相が構成されている)やその周辺の空間(例えば、k-空間や列型空間)の積空間についての研究(継続);(3)弱位相と位相的性質の遺伝性、距離化可能性の研究;(4)距離空間のコンパクト化と無限次元、および、距離に依存した次元の研究などに多くの研究成果が得られた。これらを、いくつかの国内外の学術論文、および研究報告(京都大数理解析研究所など)に発表した。研究代表者は学術百科事典(Encyclopedia of General Topology (Elsevier))の分担執筆をした。距離空間の具体例としてユークリッド空間などがあるが、その周辺において、位相幾何学の立場から、Riemann多様体に導入されたある種の計量の特性と、接球束の断面曲率の符号問題の研究も行い、研究成果の発表を行った。一方、位相的な教材研究として、「実数の連続性」の継続研究を指数・対数関数の観点から行った。また、「数学離れ」を防ぐ観点から、数学の実践的研究として、数学・算数の教材研究を行った。情報に関連したモバイル環境の改良や、研究資料などの整理などのためパソコンの周辺器具・消耗品、文房具などの購入を行った。研究組織を、「距離空間の位相的研究」(田中、池田)、「距離空間と次元論」(後藤、木村)、「距離空間と関数空間」(森下)、および「距離空間と位相幾何学」(関沢、細川)に分け、それぞれの研究班で研究の継続と、促進・連携をはかった。「距離空間(周辺)」と「次元」の位相的研究として、次の研究課題の(継続)研究を行った。(1);(2);(3)は主に田中、(4)は木村、森下、後藤、(5)は関沢が研究を行った。
オンデマンド・バーチャルリアリティ鏡治療の難治性疼痛治療への応用

バーチャルリアリティ(VR)を応用した鏡治療は、システムが大掛かりで高価なため岡山大学病院に固定設置され、患者の治療機会が制限される欠点があった。当該研究では、在宅での加療を可能とするために、市販のゲーム機に使用されているモーションキャプチャー器を応用し設定が容易で、身体への非接触状態で身体動作が正確に計測できるモバイル型VR鏡治療システムを完成させた。岡山大学病院以外の医療施設や患者自宅に設置して加療を開始した。我々はバーチャルリアリティ(VR)を応用した鏡治療を平成17/18年度科学研究費(萌芽研究)で開発し、難治性疼痛患者での鎮痛効果を確認した。当該研究は、難治性疼痛患者が世界中から我々のバーチャルリアリティ鏡治療(VRMVF)にインターネットを介してアクセスし鎮痛を得るものである。研究初年度の23年度は、1「患者が遠隔地から入力するツールとしてのインターフェース開発」、2「世界中からの双方向型のアプリケーションも処理可能なサーバ開発」、3「膨大な患者データを解析するプログラム開発」を柱としていたが、1と3の進捗が遅れていた。24年度はまず23年度の未実施部分の完成を急いだ。1では既に世界中で広く普及しているマイクロソフト社のキネクト(Kinect)を応用したシステムを完成させた。モーションキャプチャー手段として既に技術的信頼性が確立し、また世界中で購入が可能な器機をシステムに組み込むことで、当該研究の最終的な目標である世界中からの治療参画の実現性が高まった。インターネットによるアクセスに関しては、VRMVF治療システムが固定設置されている岡山大学病院から当該研究分担者の一人である五福の研究室(岡山大学工学部)へインターネット回線を介してデータの送信・受信の実証実験を行い、システムが実働することを確認した。平成24年度以降はオンデマンド・VR鏡治療の供用を開始し、蓄積されたデータをもとに臨床的な治療効果の解析、統計学的検証による難治性疼痛患者の特に運動に関連した特徴的障害パターンを解析し、fMRIなど機能的脳画像診断法を用いて関連を検証する計画であり、まず24年度はオンデマンド・VR鏡治療の供用を開始した。岡山大学病院で治療を受ける患者の自宅と兵庫県姫路市の医療施設へシステムを設置し、データの蒐集を開始した。我々が開発した、バーチャルリアリティ(VR)を応用した鏡治療は、システムが大掛かりで高価なため岡山大学病院に固定設置され、患者の治療機会が制限される欠点があった。当該研究の最終年度においては、インターネット上でのVR鏡治療システムの公開を視野に、在宅で加療が可能なモバイル型VR鏡治療システムを完成させた。このシステムに必要な要件は、オリジナルシステムと同等の治療ができること、安価でシステムが構築できることであった。それに加え我々は、治療時の身体動作データを記録できる機能を付加した。市販のゲーム機に使用されているモーションキャプチャー器を応用し、PCの設定が容易で、身体への非接触状態で計測でき、しかも身体動作が正確に計測できるシステムを完成させた。当該研究で用いる鏡治療やVR鏡治療の対象は、難治性で慢性的に持続する痛みの患者である。その治療機序は、脳内での身体機能の再学習により機能改善を行うニューロリハビリテーションである。そのため患者が治療意欲を維持して治療を継続することが重要である。我々は患者の治療意欲を阻害する要因を検討し、治療意欲維持のための様々な仕掛けをシステムに付加した。システムのユーザビリティはユーザーがそのシステムを使用する意欲に大きく影響するため、治療システムを一体化し改善した。また治療目標となる、患者の治療時間や治療による痛みの程度の変化などをモニター上に提示できるようした。システムの完成を待って、我々はモバイル型VR鏡治療システムを遠隔の医療施設や患者自宅へ設置し、その治療効果を検証した。特に患者の身体動作のデータ蒐集と健常者のデータを併せた解析も行った。治療タスク中の患者と健常者の身体動作を比較すると異なる特徴が見られた。これら特徴の発見は患者の疼痛の状態を定量的に評価できる可能性がある。それぞれの成果は学会で発表し、論文にまとめた。23年度は、患者が遠隔地から入力するツールとしてのインターフェース開発、世界中からの双方向型のアプリケーションも処理可能なサーバ開発、そして膨大な患者データを解析するプログラム開発を柱としていた。現在岡山大学病院に固定設置しているVRMVF治療システムでは、患者治療時の動作データを保存することができない。当該研究の遂行には、治療時の患者動作をデータとして保存することが必須となる。本年度の研究成果としては、世界中からアクセスした患者の治療時の動作データをCSVファイルとして保存し、通信プロトコルTCPを用いてインターネットを通じて患者CSVファイルをサーバに送り、サーバ上のデータベース管理ソフトのMySQLを用いてデータベースにデータを保存するシステムを開発したことが挙げられる。