hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
薬剤標的同定の為のプロテオミクス的プロファイリング法の改良と利用

薬剤の標的分子を明らかにすることは、容易ではない。我々は、細胞が薬剤に応答して変化するプロテオームのパターンを比較する事によって、新規薬剤の標的を推測するシステム、ケモプロテオベース(ChemProteoBase)を構築してきた。ChemProteoBaseでは2次元電気泳動上の296スポットをもとに薬剤の標的を推測するが、それらスポットの同定情報を利用することによってより高精度の迅速な推測システムに改良し、活用することを目的として研究を行った。1.予測精度を向上する為には、データベースの拡張が必須である。昨年に引き続き作用既知の薬剤の解析を行ない、データを登録することによってデータベースの拡張をはかった。2. ChemProteoBaseの296スポットを用いて比較を行うが、未同定のスポットの同定を試みた。MALDI-TOFをもちいたペプチドマスフィンガープリンチング法に加え、LC-MS/MSを用いた解析を行い、90%以上のスポット同定が完了した。3.同定情報をデータベースに組み込み薬剤によって特徴的な増減のあったスポットと同定情報を対応させるシステムを作成した。また、296スポット以外の薬剤に特徴的なスポットをデータベースに格納するシステムも作成した。4.データベースのマイニングツールとして、化合物の類似度をランキング形式で示すプログラムや、特定のスポットを薬剤間で比較するプログラムを作成して、解析の迅速性を高めた。5.同定情報や、作成した解析プログラムを利用して、新規化合物の解析を行った。糸状菌より単離された新規薬剤ピロリジラクトンを解析して、最も可能性の高い標的としてプロテアソームを予測した。精製プロテアソームを用いてピロリジラクトンの阻害活性が確認され、本解析系の標的推測精度が高くなったことが示唆された。25年度が最終年度であるため、記入しない。2次元電気泳動をベースとしたプロテオーム解析手法である2D-DIGEを用いた薬剤の標的分子同定を目的としたプロファイリング法(ChemProteoBase)を用いて、理研化合物バンク(NPDepo)の作用未知化合物であるNPD6689, NPD8617, NPD8969を解析した。標準化合物42化合物と比較したところ、ノコダゾールやビンブラスチンなどのチューブリン作用薬やトポイソメラーゼのカタリティック阻害剤であるBNS-22やICRF-193と同じクラスターに分類された。また、これら化合物は、形態を用いたプロファイリング法であるモルフォローム解析でもチューブリン阻害剤に最も類似した作用があることが示された。これらの推測結果をもとに、チューブリンの重合に及ぼす作用をタンパク質レベルで検討したところ、チューブリンの重合を阻害した。細胞レベルでも細胞周期をG2/M期で停止させること、紡錘体形成やチューブリンのネットワークに作用することから、NPD6689, NPD8617, NPD8969の標的はチューブリンであることが示され、本解析を用いた推測が有効であることが示された。新規化合物Protuboxepin Aについても解析を行った。Protuboxepin Aは染色体のミスアライメントを誘導し、分裂中期で細胞周期を停止させる化合物としてとられたが、解析の結果、チューブリン阻害剤などの同様な作用をもつ化合物とは異なったクラスターに分類され、新規作用を示唆する結果が得られた。既知化合物のデータを取得しデータベースの拡張とともに、新規データベース作成のために化合物に特徴的なスポットのデータ取得と同定を行った。得られたデータから化合物の標的同定につながるマイニングツールの作成を行った。また、2次元電気泳動技術を含め、本解析系を用いた共同研究にも着手した。ChemProteoBaseを利用した化合物の解析については、新規化合物についても解析例が徐々に増えている。

現在解析中の化合物を含めるとシステムを利用した解析という点では、おおむね目的が達成された。また、本システムを用いた共同研究や2次元電気泳動の技術を生かした共同研究も開始することができた。今回取り組んでいる、より精度の高いデータベースとマイニングシステムについては、初年度はデータの収集/解析/データベースの基本的システムの構築に時間を割いてきた。データから化合物の標的を推定する為のマイニングシステムについては、既存のデータを主に用いて作成を行ってきたが、新しいデータベースについての拡張を早めに取り組む必要がある。現在のデータベース拡張のために化合物の作用解析を進める。既存のデータベースを利用してマイニングツールを作成し、新規データーベースシステムに拡張し、新規化合物の解析結果に反映させる事によって精度の高いシステムを構築する。また、作用標的の明らかでない化合物の解析を順次進めていく。25年度が最終年度であるため、記入しない。
直接遷移型多色発光材料の研究

本研究は、サイズ、組成が変化した量子ドットを作製し、そこに局在した励起子の発光を利用して、直接遷移による多色発光を実現し、新機能光デバイスへの萌芽を図ることを目的に行った。結果を以下に示す。1.GaAs基板上にZnSを成長し、その上にCdSeを成長することで、14%という大きな格子定数差に基く多様な量子ドットが作製できた。ホトルミネセンス測定に上り量了閉じ込め効果によるブロードな発光を観察し、異なる量子ドットからの発光の重なりであるという原理を実証したが、ZnSの平坦性が現状では不十分なことが今後の課題として残された。2.ZnO上にZnCdOを成長すると、特定の成長条件のもとで、強い相分離の効果によってnmレベルでの組成揺らぎが生じることがわかった。Cdリッチ領域の組成はほぼCdOに近く、強い局在中心として働くことが示された。3.上記のような試料からは、ブロードで強い青色のホトルミネセンスが得られた。詳細な光物性評価や発光ダイナミクスの測定から、発光の起源は異なるエネルギー準位への励起子の局在が空間的に並列して生じたためであることが明らかになった。以上、エネルギーの異なる量子準位に起因した発光の重ね合わせが観測できたものと考えられ、本研究で目的とした多色発光の原理が強く示唆された。今後、量子準位の制御法の確立とその高品質化を行うことで、高効率、新機能光デバイスへの研究が展開しうる見通しが得られた。結果を以下に示す。
粘土鉱物アロフェンを用いた光触媒表面の反応場構築と光燃料電池への応用

チタンアルコキシドのゾルーゲル反応を利用して、粘土鉱物アロフェンで修飾した酸化チタン電極を作製した。植物性高分子のモデル化合物であるグルコースおよびでんぷんを燃料物質として、酸素溶存水溶液中における光触媒分解および光電気化学測定を行った。少量のアロフェンナノ粒子を分散させることにより、酸化チタンの光触媒特性および電子伝導性を大きく低下させることなく、有機物質の吸着・分解を効率よく行い、発電することが可能であることがわかった。また、グルコースの分解・電流発生効率に及ぼす光照射密度依存性を調べることにより、アロフェン表面からチタニア表面への燃料物質の拡散が律速過程であることを明らかにした。1.アロフェン修飾酸化チタン光触媒薄膜電極の作製高濃度の酸を含むTiアルコキシドのゾルーゲル反応溶液(酸化チタン前駆体ゾル)に天然の鹿沼土から水簸により分離したアロフェンを混合し、約50°Cで超音波照射を行うことによりアロフェンを分散したゾルを作製した。ITO電極板上に上記のゾルをコーティングし、500°Cで焼成することにより酸化チタンナノ結晶を生成させ、アロフェンー酸化チタン複合光触媒薄膜電極を得た。アロフェンの混合量の異なる条件で試料を作製した。2.触媒の構造観察作製した試料のSEMおよびTEM観察、XRD測定、IRスペクトル測定を行った。アロフェン粒子が酸化チタンに均一に分散したことを確認した。3.光燃料電池電極上における光触媒分解の反応解析本研究において合成したアロフェンー酸化チタン複合電極を用い、植物性高分子のモデル化合物であるグルコースおよびでんぷんを燃料物質として、酸素溶存水溶液中におけるの光触媒分解および光電気化学測定を行った。液相中のIRスペクトル分析により、分解生成物の定性・定量を行った。各電極の光電気化学測定を行ったところ、燃料物質を含まない電解液を用いた場合はアロフェンの添加量とともに短絡電流は減少した。全ての電極において、電解液中の燃料物質の濃度増加に伴い光電流密度は増加した。また、このときの短絡電流の値は、0.10%のアロフェンを添加した試料が最も高く、燃料物質の分解速度と二酸化炭素の生成速度に対応する結果であった。アロフェンを混合することにより酸化チタンの光触媒能が阻害される傾向がある。しかし、少量の添加によりチタニアの結晶化を大きく妨げず、チタニアの半導体特性を大きく低下させることなく、吸着分解性能を確実に高めることができた。アロフェンが燃料物質を吸着しチタニア表面に拡散させるため、効率的な酸化分解と電子注入がおこったと考えられる。1.アロフェン修飾酸化チタン光触媒薄膜の作製吸着能が高いアロフェンと光触媒の酸化チタンを複合化することにより、高吸着能を有し、分解効率の高い光触媒が得られる。まず、高濃度の酸を含むTiアルコキシドのゾルーゲル反応溶液(酸化チタン前駆体ゾル)に天然の鹿沼土から水簸により分離したアロフェンを混合し、約50°Cで超音波照射を行うことによりアロフェンを分散したゾルを作製した。酸の添加と超音波照射はアロフェンのナノ粒子をゾルに高分散させるためである。ガラス基板およびITO電極板上に上記のゾルをコーティングし、500°Cで焼成することにより酸化チタンナノ結晶を生成させ、アロフェンー酸化チタン複合光触媒薄膜を得た。アロフェン粒子は酸化チタンに均一に分散した。アロフェン粒子には酸化チタンの結晶成長を抑制する働きがあったが、酸化チタン粒子の形状への影響は小さかった。3.光触媒分解の反応解析作製したアロフェンー酸化チタン複合触媒を用い、植物廃材などの分解を目標として、酸素溶存下の溶液中における植物性高分子であるでんぷんの光触媒分解実験を行った。IRスペクトル分析により、でんぷんおよび生成物を定性・定量した。さらに、光照射による電流密度を測定した。酸化チタンのTiに対してアロフェンのAlが0.1%の比で複合化した場合は、酸化チタンに比べて光触媒分解効率が高く、光照射時の電流も高い値を示した。アロフェン量がこれ以上増加すると、反応効率は低下した。アロフェンナノ粒子が酸化チタン粒子表面に均一に分散することにより、絶縁性のアロフェンが酸化チタンの半導体特性を低下させることなく、植物性高分子の吸着と分解を促進させ、発電効率を向上させることができた。チタンアルコキシドのゾルーゲル反応溶液(酸化チタン前駆体ゾル)に天然粘土鉱物アロフェンを混合し超音波照射を行うことにより、アロフェンを分散させたゾルを調製した。ITO電極基板上に上記のゾルをコーティングし、500°Cで焼成することにより酸化チタンナノ結晶を生成させ、アロフェンー酸化チタン複合光触媒薄膜電極を得た。

作製した試料のSEMおよびTEM観察、XRD測定、IRスペクトル測定により、アナターゼ型酸化チタン粒子表面の極一部をアロフェンナノ粒子で修飾した薄膜の生成を確認した。上記のアロフェンー酸化チタン複合薄膜電極を用い、植物性高分子のモデル化合物であるグルコースおよびでんぷんを燃料物質として、酸素溶存水溶液中における光触媒分解および光電気化学測定を行った。液相中のIRスペクトル分析により、分解生成物の定性・定量を行った。燃料物質の分解により、ギ酸および二酸化炭素の生成を観測した。各電極の光電気化学測定を行ったところ、燃料物質を含まない電解液を用いた場合は、アロフェンの添加量とともに光電流密度は減少した。すべての電極において、電解液中の燃料物質の濃度の増加に伴い光電流密度は増加した。また、このときの光電流密度の値は、0.10%のアロフェンを添加した試料が最も高く、燃料物質の分解速度と生成物の生成速度に対応する結果となった。アロフェンを混合することにより、酸化チタンの光触媒能が阻害される傾向がある。しかし、少量のアロフェンナノ粒子を分散させることにより、酸化チタンの光触媒特性および電子伝導性を大きく低下させることなく、有機物質の吸着・分解を効率よく行うことができることがわかった。また、グルコースの分解・電流発生効率に及ぼす光照射密度依存性を調べることにより、アロフェン表面からチタニア表面への燃料物質の拡散が律速過程であることがわかった。光物理化学1.アロフェン修飾酸化チタン光触媒薄膜電極の作製アロフェンー酸化チタン複合光触媒薄膜電極試料の作製法が確立し、安定した特性を得ることができたため、おおむね計画通りに進展したといえる。2.触媒の構造観察試料の電子顕微鏡観察、XRD分析、分光分析により、アロフェンおよび酸化チタン粒子の形状の確証を得ることができたため、おおむね計画通りに進展したといえる。3.光燃料電池電極上における光触媒分解の反応解析グルコースおよびでんぷんの光触媒分解における反応解析および電流測定により、作製した試料の光触媒特性評価を行い、アロフェンと電極のナノ構造と反応性との関係を明らかにした。これにより反応効率を上げるための確実な条件を得ることができたため、おおむね計画通りに進展したといえる。1.アロフェン修飾酸化チタン光触媒薄膜の作製アロフェンー酸化チタン複合光触媒薄膜試料およびその電極試料の作製法がほぼ確立したため、おおむね計画通りに進展したといえる。2.触媒の構造観察試料の電子顕微鏡観察、XRD分析、分光分析は過去の経験より問題なく行われ、アロフェンおよび酸化チタン粒子の形状を把握することができたため、おおむね計画通りに進展したといえる。3.光触媒分解の反応解析でんぷんの光触媒分解における反応解析および電流測定により、作製した試料の光触媒特性評価を行い、アロフェンと酸化チタンの構造と反応性との関係を明らかにした。これにより反応効率を上げるための条件を得ることができた。これは当初、平成25年度に実施する計画であったことから、計画以上に進展したといえる。<電極の電気化学測定および詳細な反応解析
ビリルビン代謝と脳血管内皮の機能的成熟評価による早産児核黄疸予防の基礎的検討

前年度に引き続き、香川大学医学部附属病院および関連施設で入院管理している新生児(正期産児、早産児、超早産児)を対象とし、新生児のCO-Hbの測定がビリルビンの生成指標となるためCO-oximeterによるCO-Hb(%)の測定を行い、産生能の指標としている。4Z,15Z-ビリルビンIXαと抱合ビリルビンの測定をHPLC等での測定を応用し、血清や尿での測定を行うとともに新生児の尿中コプロポルフィリン(UCPI/I+III)比をHPLCを使用し解析を行い、抱合能の測定と同様に、在胎週数別、生後日齢別の解析を行っている。脳循環周期性変動の測定は、多チヤンネルNIRS(光トポグラフィー、日立製作所製、24chもしくは91ch)を使用し静睡眠時に測定を行い、20分程度の測定時間で、酸素化Hbと脱酸素化Hbでの周期性変動を共に解析し、0.001-0.02Hz,0.02-0.06Hz,0.06-0.10Hz, 0.10-0.15Hzの周波数のpower spectrum density(PSD)を解析し、0.06-0.10Hzの割合の変動を在胎週数別、生後日齢別の解析を行った。新生児の体温測定と周期変動の領域別の局所的相関を検討し、connectivityの検討も行うとともに同時にABRの測定も行い、各波形の出現率や潜時との比較検討も行っている。肝臓ビリルビン抱合能、中枢神経系血管内皮機能の成熟度を在胎週数別、生後日齢別に評価し、関連性を検討すると同時に、現在の高ビリルビン血症治療基準での体重別同一区分内での、成熟度の相違による群分けの可能性を検討しており、k時点あるので、各分科会等で発表している。前年度に引き続き、新生児(正期産児、早産児、超早産児)を対象としており、ご協力を得られることが困難なことがある。また、器機の整備や設定の改良に時間を要していることと検体採取と処理に時間を要していることが考えられる。令和元年は、症例数の獲得と、研究実施計画に基づき研究の成果を確認することに努めていく予定である。香川大学医学部附属病院および関連施設で入院管理している新生児(正期産児、早産児、超早産児)を対象とし、新生児のCO-Hbの測定がビリルビンの生成指標となるためCO-oximeterによるCO-Hb(%)の測定を行い、産生能の指標とした。4Z,15Z-ビリルビンIXαと抱合ビリルビンの測定をHPLC等での測定を応用し、血清や尿での測定を行う。新生児の尿中コプロポルフィリン(UCPI/I+III)比をHPLCを使用し解析を行い、抱合能の測定と同様に、在胎週数別、生後日齢別の解析を行った。脳循環周期性変動の測定は、多チヤンネルNTRS(光トポグラフィー、日立製作所製、24chもしくは91ch)を使用し静睡眠時に測定を行い、20分程度の測定時間で、酸素化Hbと脱酸素化Hbでの周期性変動を共に解析し、0.001-0.02Hz,0.02-0.06Hz,0.06-0.10Hz, 0.10-0.15Hzの周波数のpower spectrum density(PSD)を解析し、0.06-0.10Hzの割合の変動を在胎週数別、生後日齢別の解析を行った。また周期変動の領域別の局所的相関を検討し、connectivityの検討も行うとともに同時にABRの測定も行い、各波形の出現率や潜時との比較検討も行った。肝臓ビリルビン抱合能、中枢神経系血管内皮機能の成熟度を在胎週数別、生後日齢別に評価し、関連性を検討すると同時に、現在の高ビリルビン血症治療基準での体重別同一区分内での、成熟度の相違による群分けの可能性を検討していくようにしている。新生児(正期産児、早産児、超早産児)を対象としており、ご協力を得られることが困難なことがある。検体採取と処理に時間を要していることが考えられる。

新生児の体温測定と周期変動の領域別の局所的相関を検討し、connectivityの検討も行うとともに同時にABRの測定も行い、各波形の出現率や潜時との比較検討も行っている。肝臓ビリルビン抱合能、中枢神経系血管内皮機能の成熟度を在胎週数別、生後日齢別に評価し、関連性を検討すると同時に、現在の高ビリルビン血症治療基準での体重別同一区分内での、成熟度の相違による群分けの可能性を検討しており、k時点あるので、各分科会等で発表している。前年度に引き続き、新生児(正期産児、早産児、超早産児)を対象としており、ご協力を得られることが困難なことがある。また、器機の整備や設定の改良に時間を要していることと検体採取と処理に時間を要していることが考えられる。平成30年度は研究実施計画に基づき症例数を増やすように努めていく予定である。令和元年は、症例数の獲得と、研究実施計画に基づき研究の成果を確認することに努めていく予定である。今年度は、必要とする金額を使いきれていなかったため、次年度使用額が生じたと考えられる。平成30年度は、研究で必要な器機の整備や物品で必要とする金額を使い切れていなかったため、次年度使用額が生じたと考えられる。
大脳神経前駆細胞における層特異的運命決定機構の解明

本研究の目的は、大脳皮質神経前駆細胞が如何にして多種多様な細胞群を時期特異的に生み出すのかという問いに、発生工学及び分子生物学的手法を駆使して明らかにすることである。研究の進行は研究計画に従い、当初の目的を達成すべく順調に行われた。研究実施期間の前半は、子宮内電気穿孔法を用いてマウス胎児の神経前駆細胞へ活性化型NotchとCDKインヒビターの一つであるp18Ink4cを一定期間(El2.5-15.5)強制発現させたのちCre-loxPシステムによりその発現を停止させ、細胞周期を一定期間停止させることによる神経前駆細胞の性質変化に対する影響を観察した。その結果、対照群(活性化型Notchのみを発現)では、発現解除後の細胞は大脳皮質上層に存在し、Brn2等の大脳皮質2/3層のマーカー分子の発現が認められた。一方、実験群(活性化型Notchとp18Ink4cを発現)では、発現解除後の細胞は大脳皮質全体に散在し、その形態はオリゴデンドロサイト様であった。これらの結果から、神経前駆細胞における正常な細胞運命決定において、細胞周期の調節が非常に重要な役割を担っていること示すことができた。研究実施期間の後半では、異なった発生時期の神経前駆細胞に発現する遺伝子群を検索し、神経前駆細胞に時期特異的に発現する遺伝子の候補を単離することに成功した。以上の結果は、現在まで哺乳類においてはほとんど解明されていなかった、幹細胞の時間軸における性質変化という分野の突破口となる萌芽的研究として今後更なる発展が期待される。本年度は研究計画に従い、子宮内電気穿孔法を用いてマウス胎児の神経前駆細胞へ活性化型NotchとCDKインヒビターの一つであるp18Ink4cを一定期間(E12.5-15.5)強制発現させたのちCre-loxPシステムによりその発現を停止させ、細胞周期を一定期間停止させることによる神経前駆細胞の性質変化に対する影響を観察した。当初はCre-loxPシステムによる活性化型Notch及びp18Ink4cの発現解除にはタモキシフェン誘導型Creを用いていた。しかしながらタモキシフェン誘導型Creのバッククラウンドが非常に高いこと、またタモキシフェンの投与により、親マウスの流産の確率が上がることなどの問題が発生したため、上記分子の発現解除にはCreリコンビナーゼの発現ベクターをE15.5でエレクトロポレーションすることにより行った。解析は生後7日に行い、各種層特異的マーカー分子(Brn2,TLE4等)や細胞種特異的マーカー分子(NeuN, GFAP等)に対する免疫組織化学により効果を検討した。これらの細胞がオリゴデンドロサイトかどうか現時点では確定できていないが、各種層特異的マーカーの発現は認められず、また神経細胞特異的マーカーの発現も認められなかった。これらの結果は、神経前駆細胞において正常な細胞周期の進行が細胞の運命決定において重要な役割を担っていることを示唆している。今後は研究計画に従い、これら細胞周期の進行による正常な神経前駆細胞の性質変化が、どのような分子により制御されているのかを明らかにしていく。
ニッケル基L1_2型金属間化合物における原子拡散のメカニズム

Ni_3Al,Ni_3GaおよびNi_3Geの熱力学的性質を種々の実験により調べ,得られた結果に基づいて点欠陥の濃度を評価し,拡散のミクロなメカニズムを考察した.まずNi_3Alについては,Alの一部をFeで置換したNi_3(Al,Fe)の規則-不規則転移温度を電気抵抗測定により決定し,Fe濃度をゼロに外挿してNi_3Alの仮想的な規則-不規則転移温度を1721±34Kと評価した.この値は以前に熱力学的活量の実験データとMonte-Carloシミュレーションの結果から得た値(1680-1740K)と合致している.Ni_3Alにおける拡散はNi,Alいずれも主にNi原子の副格子内の空孔機構によるとするモデル(α副格子空孔機構)を以前提案し,NiとAlの拡散係数の温度依存性・組成依存性はこの機構により説明できることを示した.その議論においては有効相互作用エネルギーの値が重要な位置を占めるが,今回求めた転移温度の値はそれと物理的意味において等価であり,拡散機構の妥当性が裏づけられた.Ni_3GaおよびNi_3Geについては,固体電解質を用いた起電力法により成分元素の熱力学的活量を測定した.Ni_3Gaについては,活量の組成依存性から原子間相互作用エネルギーの値が0.101±0.002eVと求められた.この値に基づいて点欠陥の濃度を理論的に評価し,拡散機構を考察した.これまで得られているトレーサー拡散や化学拡散のデータはα副格子空孔機構で首尾一貫して説明できる.Ni_3Geについては今回行った活量測定の方法に原理的な問題があることがわかった.それを解決するにはNi-Ge-O三元系の状態図の詳細を明らかにする必要があり,今後の課題である.相互作用エネルギーの値を実験から得ることはできなかったが,0.15eV程度と仮定すると,この物質における拡散も他の二つの化合物と同様にα副格子空孔機構で説明することは可能である.Ni_3Al,Ni_3GaおよびNi_3Geの熱力学的性質を種々の実験により調べ,得られた結果に基づいて点欠陥の濃度を評価し,拡散のミクロなメカニズムを考察した.まずNi_3Alについては,Alの一部をFeで置換したNi_3(Al,Fe)の規則-不規則転移温度を電気抵抗測定により決定し,Fe濃度をゼロに外挿してNi_3Alの仮想的な規則-不規則転移温度を1721±34Kと評価した.この値は以前に熱力学的活量の実験データとMonte-Carloシミュレーションの結果から得た値(1680-1740K)と合致している.Ni_3Alにおける拡散はNi,Alいずれも主にNi原子の副格子内の空孔機構によるとするモデル(α副格子空孔機構)を以前提案し,NiとAlの拡散係数の温度依存性・組成依存性はこの機構により説明できることを示した.その議論においては有効相互作用エネルギーの値が重要な位置を占めるが,今回求めた転移温度の値はそれと物理的意味において等価であり,拡散機構の妥当性が裏づけられた.Ni_3GaおよびNi_3Geについては,固体電解質を用いた起電力法により成分元素の熱力学的活量を測定した.Ni_3Gaについては,活量の組成依存性から原子間相互作用エネルギーの値が0.101±0.002eVと求められた.この値に基づいて点欠陥の濃度を理論的に評価し,拡散機構を考察した.これまで得られているトレーサー拡散や化学拡散のデータはα副格子空孔機構で首尾一貫して説明できる.Ni_3Geについては今回行った活量測定の方法に原理的な問題があることがわかった.それを解決するにはNi-Ge-O三元系の状態図の詳細を明らかにする必要があり,今後の課題である.相互作用エネルギーの値を実験から得ることはできなかったが,0.15eV程度と仮定すると,この物質における拡散も他の二つの化合物と同様にα副格子空孔機構で説明することは可能である.拡散機構を考察する際に重要な情報となる点欠陥の性質を明らかにするために,Ni_3Al,Ni_3GaおよびNi_3Geの高温における熱力学的挙動を実験により調べた.まず,固体電解質を用いた起電力法により,種々の組成のNi_3GaおよびNi_3Ge試料について,成分元素(Ni_3GaではGa,Ni_3GeではGe)の熱力学的活量を1100Kから1250Kの温度範囲で測定した.Ni_3Gaについては,活量の組成による変化から規則化エネルギーの値が0.101±0.002eVと求められた.Ni_3Geについては実験方法に問題がありまだ確固とした結果が得られていないので,次年度に方法の改良を試みる.次に,Ni_3Alの仮想的な規則-不規則転移温度を評価する実験を行った.Ni_3Alは融点まで規則構造を保つが,AlをFeで置換すると規則-不規則転移が融点以下でおこるようになり,Ni_3AlとNi_3Feは低温でL1_2構造の擬二元系連続固溶体を形成する.本研究ではAlの一部をFeで置換したFe濃度が2%から5%の試料を作製し,高温で電気抵抗をその場測定して,各組成での規則-不規則転移温度T_cを正確に求めた.それらをFe濃度ゼロに外挿して,Ni_3AlのT_cを1700±10Kと評価した.

この値を用いて統計熱力学的な理論計算を行えば,拡散において重要な役割を果たすアンチサイト欠陥の濃度を高い信頼性で計算することができる.Ni_3Al,Ni_3GaおよびNi_3Geの熱力学的性質を種々の実験により調べ,得られた結果に基づいて点欠陥の濃度を評価し,拡散のミクロなメカニズムを考察した.まずNi_3Alについては,Alの一部をFeで置換したNi_3(Al,Fe)の規則-不規則転移温度を電気抵抗測定により決定し,Fe濃度をゼロに外挿してNi_3Alの仮想的な規則-不規則転移温度を1721±34Kと評価した.この値は以前に熱力学的活量の実験データとMonte-Carloシミュレーションの結果から得た値(1680-1740K)と合致している.Ni_3Alにおける拡散はNi,Alいずれも主にNi原子の副格子内の空孔機構によるとするモデル(α副格子空孔機構)を以前提案し,NiとAlの拡散係数の温度依存性・組成依存性はこの機構により説明できることを示した.その議論においては有効相互作用エネルギーの値が重要な位置を占めるが,今回求めた転移温度の値はそれと物理的意味において等価であり,拡散機構の妥当性が裏づけられた.Ni_3GaおよびNi_3Geについては,固体電解質を用いた起電力法により成分元素の熱力学的活量を測定した.Ni_3Gaについては,活量の組成依存性から原子間相互作用エネルギーの値が0.101±0.002eVと求められた.この値に基づいて点欠陥の濃度を理論的に評価し,拡散機構を考察した.これまで得られているトレーサー拡散や化学拡散のデータはα副格子空孔機構で首尾一貫して説明できる.Ni_3Geについては今回行った活量測定の方法に原理的な問題があることがわかった.それを解決するにはNi-Ge-O三元系の状態図の詳細を明らかにする必要があり,今後の課題である.相互作用エネルギーの値を実験から得ることはできなかったが,0.15eV程度と仮定すると,この物質における拡散も他の二つの化合物と同様にα副格子空孔機構で説明することは可能である.
AFPトランスジェニックマウスを用いたRAおよびEAEの発症に関する研究

AFP(alpha-fetoprotein)産生トランスジェニックマウスを用い、RA(rheumatoid arthritis)を実験的に誘導した。AFPには免疫抑制能があると報告されており、RAでは関節腔内にAFPの存在を示唆する論文がある。RAを誘発した場合、その作用が極めて顕著に反映されるものと考えられた。(1)実際にRAを誘導する前に、AFP産生トランスジェニックマウスにおいてRAに関連する膝関節の軟骨細胞においてAFPが産生されていることを確認した。(2)メチル化牛血清アルブミン(mBSA)の2回投与によりごく弱い関節炎が誘導されるが、炎症反応をより強めるため、2回投与後さらにmBSAを直接関節へ投与した。mBSAを投与したことによりコントロールマウスの膝関節では、多くの場合、変性や血管周囲に多くの単核球細胞の浸潤、パンヌスの形成が観察された。一方、トランスジェニックマウスにおいては同様の処置後でもほとんどの場合、RAの誘導は抑制された。つまり、AFPはこの時誘導される炎症細胞の浸潤に対して抑制的に作用したと考えられた。RAの発症機序については、T細胞が関与していると考えられており、今回の誘導においてもT細胞に対するAFPの免疫抑制と考えられる。また、他の実験においてAFPが影響を及ぼす免疫担当細胞はNK細胞およびマクロファージであることがすでに証明されており、今回のRAの誘導についてもこれら免疫担当細胞の関与が示唆された。本研究の成果は現在論文作成中である。またEAE(experimental allergic encephalomyelitis)については、何代かの交配により動物を作製しなければならないため、今回は主な結果は得られなかった。
質感の深層生成学習理論

本研究では、幅広い質感ドメインに適用可能な生成モデル理論を開発するため、教師なし学習による生成モデルの構築を目指す。教師なし学習モデルと視覚神経表現との関係を扱った研究代表者のこれまでの研究に加え、近年の機械学習アプローチである「深層生成学習モデル」を取り入れることで、質感研究に適した汎用性の高い生成学習理論の構築を目的とする。本年度では、そのようなモデルとして、(1)高次元かつ大規模なデータセットに対しても実用的効率で学習可能、(2)複数の特徴パラメタを互いに統計的に独立した変数として推定可能、(3)訓練データにない新規の刺激を生成できる高い汎化性能、(4)質感特有の高次統計を捉えることのできる非線形性、を兼ね備えたモデルの開発を進めた。具体的には、同内容のデータアイテムを一つのグループにし、そのようなグループ多数からなる「グループ化データセット」を仮定するというアプローチを考案した。グループ化されたデータから、共通因子は「内容」、それ以外の因子は「変形」として推定できるようにした。この考えを、効率的なアルゴリズムとして実現するため、Variational autoencoder法をベースに手法を設計し、実装を行なった。これを用いて3次元顔画像のデータセットをグループ化し、アルゴリズムに適用したところ、期待されたように内容と変形の因子を分離して推定できることを確認した。本年度の目標は、深層生成学習の手法を設計・実装することであったが、概ね完成している。今後は、3次元物体の画像を始め、様々なデータセットに適用し性能評価をしていく。特に、訓練データにない内容を持つデータに関して、適切に特徴パラメタを推定可能かどうか、について評価し、既存手法との定量的な比較を行っていく。また、さらなる性能向上を目指して、generative adversarial network法などの併用なども検討していく。さらに、学習で得られた生成モデルの性質と、過去に報告された神経科学・心理学の実験事実と比較する。特に、このモデルを用いて多階層のネットワークモデルを設計し、サルの顔領域について知られている神経生理学的な性質の再現可能性を調べるとともに、生成型でないフィードフォワードの深層学習モデルとの比較も検討する。
生体内環境における磁性ナノ粒子の発熱機構を解明する評価分析法の確立

ハイパーサーミアとは、がんの温熱治療のことである。腫瘍部を42.5°C以上に選択的に加温することが求められる。ハイパーサーミアは、外科療法、化学療法(抗がん剤)、放射線療法に伴う傷跡や副作用のない、患者負担が軽微な治療法として期待されている。このがん治療法を実現するために高効率に発熱する磁性ナノ粒子の開発に結びつく研究成果を得た。具体的には生体内環境下での磁性ナノ粒子の発熱機構を解明することに成功した。がん温熱治療は傷跡や副作用などの患者負担が少ない治療法である。腫瘍に集約可能な低濃度の磁性ナノ粒子で十分な発熱を得ることが課題である。細胞内に分散若しくは局在する磁性ナノ粒子の発熱特性とその磁界強度・周波数依存を評価するための測定手法を確立し、低強度・低周波数磁界で高い発熱を示す最適な粒径、修飾種を明らかにすることを研究目的としている。磁性ナノ粒子の発熱特性と磁気特性を測定した。溶媒に分散する微量の磁性ナノ粒子の交流磁気特性を高精度に評価可能な計測システムを構築することに成功した。また表面修飾した磁性ナノ粒子を細胞に取り込ませ、その粒径依存を明らかにするとともに、修飾種が細胞取り込みに与える影響を検討した。平成27年度に実施した研究及び得られた成果を以下に示す。(1)細胞内磁性ナノ粒子の発熱起源の同定細胞内の磁性ナノ粒子は、物理的に束縛されるためにブラウン緩和は生じないと報告されているが、本研究では細胞に取り込ませた磁性ナノ粒子の、がん温熱治療で印加する高周波磁界下での磁気特性を測定することに成功した。細胞中の磁性ナノ粒子から生じる発熱量を初めて定量的に示した。(2)細胞内磁性ナノ粒子の分散・局在状態の評価磁性ナノ粒子を添加した培養細胞の位相差・蛍光顕微鏡観察、及び本研究のオリジナルである交流磁化特性の測定を行った。交流磁化特性から、一様に分散する磁性ナノ粒子の特性と細胞内に局在する場合の特性の差異を明確に示すことができた。当初の研究計画に従い、磁性ナノ粒子の交流磁気特性を評価し、細胞中に局在する磁性ナノ粒子の発熱量や局在状態を検証することに成功したため。細胞内に分散若しくは局在する磁性ナノ粒子の発熱特性とその磁界強度・周波数依存を評価するための測定手法を確立し、低強度・低周波数磁界で高い発熱を示す最適な粒径、修飾種を明らかにすることを研究目的とした。細胞の温度を実測できないために、交流磁気特性から磁性ナノ粒子の発熱を算出することが本研究の特色である。以下に得られた研究成果を示す。(1)磁性ナノ粒子の発熱特性と磁気特性を測定した。溶媒中に分散する微量の磁性ナノ粒子の交流磁気特性を高精度に評価可能な計測システムを構築した。(2)細胞内の磁性ナノ粒子は、物理的に束縛されているためにブラウン緩和は生じないと報告されている。本研究では初期的な結果ではあるが細胞中の磁性ナノ粒子の交流磁気特性を測定することに成功し、発熱量を定量的に示すことができた。(3)磁性ナノ粒子の交流磁気特性において、溶媒中に分散する試料と固体中に固定した試料を用いて、励磁磁場の強度・周波数依存を明らかにすることができた。この測定結果から磁性ナノ粒子間の双極子相互作用が顕在化される濃度条件、並びにそれが観測される周波数領域を明らかにした。(5)高い発熱を示す最適な粒径、修飾種を提示することについては、磁性ナノ粒子のコア径と、コア粒子の凝集状態などこれまでに多くは議論されていない要素が関連しており、それが磁性ナノ粒子の単純な最適設計を妨げているとの知見を得た。当初の研究計画に従い、磁性ナノ粒子の交流磁気特性を評価するための計測システムのセットアップを完了した。最終年度は、生体内環境での発熱機能の解明、及び高発熱磁性ナノ粒子の設計指針を提示する。磁性ナノ粒子の細胞内存在形態と細胞内の発熱特性を評価し、その発熱機構を定量的に解明する。また、本研究の総括として、細胞内分散・局在や発熱特性に対する磁性ナノ粒子の粒径・表面修飾種の依存を評価し、高発熱を実現する磁性ナノ粒子の設計指針や励磁条件を提示する。28年度が最終年度であるため、記入しない。

計測工学、磁気工学、磁性材料磁性ナノ粒子の磁気特性を、それを内包する細胞ごと試料として測定することに挑戦する。生体内環境での発熱機構を解明するとともに、細胞内分散・局在や発熱特性に対する磁性ナノ粒子の磁気緩和機構を解明する。実験進捗の都合により、測定試料の準備を一部、平成28年度に繰り下げたため。28年度が最終年度であるため、記入しない。細胞に添加した磁性ナノ粒子の磁気特性を、細胞ごと測定する実験準備に関して、細胞培養にコンタミネーションが危惧され、細胞培養の一部実験を次年度に行うことにしたため。関連消耗品を購入し、測定試料の準備を行う。平成26年度に実施できなかった細胞培養の一部実験を行う。
ＲＮＡとの相互作用に基づくポリアミンによる遺伝子発現制御機序の解明

ポリアミンは、主にRNAと相互作用し細胞増殖因子として働く。本研究では、ポリアミンにより、翻訳レベルで合成促進をうける細胞増殖や生存率維持に必要な蛋白質をコードする遺伝子群をポリアミンモジュロンと命名し、バイオフィルム形成や生存率に関与する大腸菌の新規ポリアミンモジュロンの探索を行った。UvrY、CpxR、RRFの3種を同定し、ポリアミンがこれらのmRNAに結合して構造を変え、バイオフィルム形成能や細胞生存率を上昇させることを明らかにした。ポリアミンは主としてRNAと結合し、その構造を変化させることにより特定蛋白質合成を翻訳レベルで促進する。これまでに大腸菌で11種の細胞増殖に関連する蛋白質及び6種の生存率上昇に関わる蛋白質がポリアミンにより合成促進をうけることを明らかにし、これらの蛋白質をコードする遺伝子群をポリアミンモジュロンと命名した。今年度は、真核細胞において翻訳因子eEF1Aを新たなポリアミンモジュロンとして同定した。eEF1A合成のポリアミンによる合成促進メカニズムはeEF1A mRNAの18S rRNAとの相補配列の位置が他のmRNAと異なっているためであることを明らかにし、その相補配列をeukaryotic Shine-Dalgarno (eSD)配列と命名した。また、ポリアミン輸送系に関して、大腸菌の2種のプトレスシン輸送系(PotFGHI及びPuuP)の性質と特徴に関して明らかにした。ポリアミン(プトレスシン、スペルミジン、スペルミン)は、生命に必須な低分子生理活性アミンであり、ウイルスからヒトに至るほぼ全ての生物に普遍的に存在する。主としてRNAと結合し、その構造を変化させることにより特定蛋白質合成を翻訳レベルで促進する。これまでに大腸菌で11種の細胞増殖に関連する蛋白質及び3種の生存率上昇に関わる蛋白質がポリアミンにより合成促進をうけることを明らかにし、これらの蛋白質をコードする遺伝子群をポリアミンモジュロンと命名した。細菌は飢餓ストレスにさらされると、生存率上昇の戦略のひとつとしてバイオフィルムを形成する。代表的なものに、歯垢、排水溝のぬめり、カテーテル内に形成される黄色ブドウ球菌のコロニー等がある。医療面において、難治性細菌のバイオフィルム形成による抗生物質耐性が問題となっている。今年度、大腸菌のバイオフィルム形成能に対するポリアミンの効果を調べた結果、定常期においてポリアミンが細胞内に蓄積すると、バイオフィルム形成が著しく上昇することを見出し、バイオフィルム形成制御に関わる二成分情報伝達系のレスポンスレギュレーターであるUvrYとCpxRがポリアミンにより翻訳レベルで合成促進をうけることを見出した。さらに蛋白質合成に必須なribosome recycling factor (RRF)が生存率上昇に必須なポリアミンモジュロンであることを見出した。さらにUvrY、CpxR及びRRFのポリアミンによる合成促進機構と生理機能を明らかにした。ポリアミンの生理機能解明に関し、ポリアミンにより翻訳レベルで合成促進をうける遺伝子の同定が大腸菌で順調に進行し、現在酸化ストレスに対するポリアミンモジュロンSoxRとEmrRの同定を進めている。真核細胞でも翻訳因子eEF1Aのほかに時計遺伝子を見出した。eEF1A合成のポリアミンによる合成促進メカニズムは、eEF1A mRNAの18S rRNAとの相補配列の位置が他のmRNAと異なっているためであることを見出しており、メカニズムを詳細に検討する予定である。大腸菌では、ポリアミンが結合してRNAのバルジドアウト構造に変化を起こすことにより、翻訳レベルで合成促進を起こすことが同定されてきた。この構造変化を分子レベルで更に明らかにするためCDやNMR等により構造解析を行う。また、真核細胞でも同様なメカニズムでポリアミンが翻訳を促進するかどうか、mRNAに特徴があり、細胞増殖・分化に重要な遺伝子をポリアミンモジュロンとして同定する。また、ポリアミンが作用するRNA部位を特定し、原核生物と真核生物に共通性や普遍性が認められるかを明確にする。ポリアミンが特徴的な構造変化を引き起こすRNAを合成し、CDやNMR解析を行う。また真核細胞の細胞培養系を用いて、遺伝子トランスフェクション、Western blottingやNorthern blotting等により解析する。以上のように物品費に主として使用すると共に、研究成果発表のための旅費として使用する。
統合失調症病態のD-アミノ酸酸化酵素による制御機構の解明

ヒト由来のD-アミノ酸酸化酵素(DAO)遺伝子を大腸菌に組み込み,大量発現系を確立した.高純度に精製したDAOをもとに作成したポリクローナル抗体を用いヒトおよびラットの中枢神経系各組織におけるDAOの発現強度を調べたところ,小脳に最も強く存在していた.In situ PCR法により,遺伝子レベルでもこれらの領域にDAOの発現を確認したが,さらに統合失調症と関わりのある大脳にも弱いながら発現が認められた.ラットのC6グリア細胞内にNMDA受容体の活性化因子でありかつDAOの基質でもあるD-Serを細胞外から投与すると細胞死が誘導された.DAOを過剰発現させた系(C6/DAO)を作成し,DAOの機能を調べたところ,この細胞死は過酸化水素によるものであり,DAOの阻害剤共存下ではこの細胞毒性は軽減した.このことからグリア細胞内にあるDAOが細胞外にあるニューロトランスミッターのD-Serの代謝に重要な役割を果たすことが強く示唆された.現在グリア細胞とニューロンにそれぞれ特異的に発現させるプロモーターの下流にDAO遺伝子を組み込んだ発現ベクターを作成中である.X線回折法によりヒトDAOの結晶構造を2.4Åの解像度で決定した.ヒト酵素はブタ酵素と立体構造上も高い相同性を示し,またアミノ酸の代わりにヒドロキシ酸を酸化する類縁酵素の乳酸酸化酵素にもみられる基質のカルボキシル基との親和性に重要なTyrおよびArg残基を保存していた.一方,統合失調症の治療薬であるchlorpromazineはブタDAOの活性を阻害することが報告されていたが,ヒトDAOでは比活性が低下した.これらの結果は基質と拮抗する阻害剤の他,酵素の高次構造の変化もDAO活性の制御の重要な因子であることを示唆しており,構造解析結果をもとにDAO活性を変える分子の探索を今後試みる.我々は既に新生ラット脳から初代グリア分離培養を行い、タイプ1アストロサイトにおけるDAO遺伝子の発現を報告している。そこで、D-セリンが実際にアストログリア細胞で発現されているD-アミノ酸酸化酵素によって代謝されるのか否か、またその代謝の結果細胞がどの様な影響を受けるかについて検討した。まずラットのC6細胞(glioma cell line)およびラット初代培養アストロサイトを用いて、D-アミノ酸添加後の細胞の変化を解析した。C6細胞のDAO発現量をWestern blot法を用いて観察したところ、かなり低い発現量でしか検出されなかった。このことは、DAO遺伝子発現量が比較的高い小脳由来の初代培養アストロサイトでの観察結果と一致し、DAO遺伝子の発現量が高い細胞では、D-セリンがアストログリア細胞で代謝された結果、細胞死が誘導されることを示唆するものであった。この現象は、D-セリンの代謝により生成された過酸化水素の作用であると考えられ、この細胞死はDAOの阻害剤である安息香酸の添加によって抑制された。以上から、観察された細胞死がD-セリンのD-アミノ酸酸化酵素による代謝の結果引き起こされた現象であることが予想され、脳においては、D-セリンの代謝にアストログリア細胞に存在するDAOが積極的に関与することが示唆された。よって、中枢神経系においてD-アミノ酸酸化酵素は、脳内在性D-セリンの代謝を司るキーエンザイムとして、D-セリンシステムの生理的また病態生理学意義に寄与すると考えられた。本研究がNMDA受容体の機能異常に基づく統合失調症などの難治性精神疾患の病態に対する新規治療薬としての酵素阻害剤開発の基盤研究となる展開が期待される。ヒト由来のD-アミノ酸酸化酵素(DAO)遺伝子を大腸菌に組み込み,大量発現系を確立した.高純度に精製したDAOをもとに作成したポリクローナル抗体を用いヒトおよびラットの中枢神経系各組織におけるDAOの発現強度を調べたところ,小脳に最も強く存在していた.In situ PCR法により,遺伝子レベルでもこれらの領域にDAOの発現を確認したが,さらに統合失調症と関わりのある大脳にも弱いながら発現が認められた.ラットのC6グリア細胞内にNMDA受容体の活性化因子でありかつDAOの基質でもあるD-Serを細胞外から投与すると細胞死が誘導された.DAOを過剰発現させた系(C6/DAO)を作成し,DAOの機能を調べたところ,この細胞死は過酸化水素によるものであり,DAOの阻害剤共存下ではこの細胞毒性は軽減した.このことからグリア細胞内にあるDAOが細胞外にあるニューロトランスミッターのD-Serの代謝に重要な役割を果たすことが強く示唆された.現在グリア細胞とニューロンにそれぞれ特異的に発現させるプロモーターの下流にDAO遺伝子を組み込んだ発現ベクターを作成中である.X線回折法によりヒトDAOの結晶構造を2.4Åの解像度で決定した.ヒト酵素はブタ酵素と立体構造上も高い相同性を示し,またアミノ酸の代わりにヒドロキシ酸を酸化する類縁酵素の乳酸酸化酵素にもみられる基質のカルボキシル基との親和性に重要なTyrおよびArg残基を保存していた.一方,統合失調症の治療薬であるchlorpromazineはブタDAOの活性を阻害することが報告されていたが,ヒトDAOでは比活性が低下した.これらの結果は基質と拮抗する阻害剤の他,酵素の高次構造の変化もDAO活性の制御の重要な因子であることを示唆しており,構造解析結果をもとにDAO活性を変える分子の探索を今後試みる.
児童の思考から見る道徳授業評価の研究

道徳授業を連想法によって子どもの意識の変容によって評価する教育臨床の技法を開発し、長崎を中心とした連想調査をおこないながら、いのちの道徳授業および国際的な死の意識比較をおこなった。1.子どもの意識をフィールドとする教育臨床の提案2.連想法を教育臨床の技法として位置づけ2.道徳授業評価としての連想法の確立3.連想法による死の意識調査4.死の意識の国際比較5.いのちの道徳遠隔授業の実施6.連想法による道徳授業評価連想法は、1つの提示語(cue word)から50秒で思いつく言葉(回答語:response word)をたくさん挙げてもらい、これを情報論によって処理して連想マップ(association map)にして、回答者(子ども)の意識を数値としても視覚においても把握可能にする手法である。連想法によるデータを授業者など関係者とともに意味として読み取る臨床上の検討をおこない、課題に対応しようとする。道徳遠隔授業をおこなった結果について連想調査などにより、2005年12月にポルトガルでおこなわれたIADIS(International Association for Development of the Information Society)のE-Commerce部門国際会議において発表するとともに、レフェリー付きの同機関誌に発表し、以下の点を論じた。発表の主眼は、授業の評価方法として、連想調査法が子どもたちの意識変容を見るために有効であるという主張にあった。1.(対連想調査:友だち画面)児童が教育の場に参加する動機が友だちにあることを明らかにし、道徳遠隔授業において提示画面の他に第2の画面「友だち画面」を設定することを提案し、2画面による遠隔授業を実施し、児童の参加意識が高かったことを明らかにした。2.(単一自由連想調査)3地点接続によるこの遠隔授業について、連想調査が、授業中に表出された発言に止まらない子どもたちの心の動きを明らかにし、授業のテーマ「ふるさと」に対する意識がものから人へと深まった様子を明らかにするのに適切な手法であることを見いだした。3.(携帯電話)バーチャルな教室空間における携帯電話を使った子ども同士の個別化された対話が、本道徳授業への各人の参加を促し、子どもたちの認知において全体としてカテゴリの結びつきによる構造的変容が生じたことを明らかにした。1.子どもの意識をフィールドとする教育臨床の提案2.連想法を教育臨床の技法として位置づけ3.道徳授業評価としての連想法の確立4.連想法による死の意識調査5.死の意識の国際比較6.いのちの道徳遠隔授業の実施7.連想法による道徳授業評価連想法は、1つの提示語(cue word)から50秒で思いつく言葉(回答語:response word)をたくさん挙げてもらい、これを情報論によって処理して連想マップ(association map)にして、回答者(子ども)の意識を数値としても視覚においても把握可能にする手法である。
マイクロコンピュータを応用した体外循環システムの開発

乳幼児での体外循環に通常の人工心肺装置を用いることは、血液の充填量が多い、流量設定が困難、低流量での操作が困難であるなど技術的な不都合があった。また、乳幼児は成人に比べて体循環血液量が少ない、先天性の心奇形のために血行が異なっている等の理由からポンプ操作が困難であった。我々は、乳幼児症例の開心術に伴う合併症の軽減を目的として、拍動流送血ポンプ、マイクロコンピュータによる自動灌流制御機構を備えた人工心肺装置の開発を行なった。拍動流ポンプは、(1)流量特性及び拍出圧波形形状を改善するため新形状のヘッドケーシングを開発し、従来型に比べ35-85%の特性改善に成功、(2)240bpmまでの高い拍動数を発生し、さらにR波に同期しての送血が可能、(3)流量設定に対する誤差が3%以内、0.1cc単位のストロークでの送血が可能、(4)CRTディスプレイによる集中情報表示、(5)内臓マイコンによる操作ガイド、メッセージ機能、等の優れた特性を実現した。開発したポンプ装置を用いて、現時点までに約200の臨床例に体外循環を実施し、その結果定常流送血に比較して拍動流送血では、抹梢血管抵抗の低下、賢血流量の増加などの優位点があることが明らかになった。マイコンによる自動灌流制御装置は、人間の操作よりも正確な血液バランスの維持、体外循環の安全性の向上を目的として研究を進めた。自動灌流操作には、動脈圧、リザーバーレベルなどの計測値から、中心動脈圧(CVP)に目標値を定めCVP目標値と計測値の誤差が少なくなるように送脱血流量をコントロールする方式を用いた。制御のアルゴリズムには離散PI(Proportional-Integral)制御を用い、制御ゲインは体重によって計算している。自動制御装置は、現在までに約20例の動物実験に用い安定した制御に成功している。昨年度に引き続き、開発した送血ポンプを用いて拍動流送血と定常流送血についての比較検討を、臨床並びに動物実験において実施した。その結果、動物実験では末梢血管抵抗の低下、腎血流量の増加、尿量の増加などにおいて拍動流送血の優位性を認めたが、臨床では末梢血管抵抗の低下以外に有意差を見いだすことはできなかった。しかし臨床でも、尿量の増加傾向などがあるため、今後、手術時間、疾患、年齢などのばらつきを少なくするようにして検討を続ける予定である。自動記録システムは、自動制御装置の安全性の評価、体外循環中の操作差者の制御動作の解析を目的として計画、開発された。装置は血圧、ポンブ流量、体温などの推移を記録するだけでなく、投薬、輸血などの操作、血液ガス分析値などのオフラインデータの記録も可能となっており、データーの蓄積だけでなく、ポンプテクニシャンの負担軽減にも役立つものと思われる。現在、動物実験において評価、修正を繰り返し完成をめざしている。自動制御システムは、臨床用として開発されてきたコンピュータのプログラムの完成が遅れているが、しかし現在、動物実験においての最終的な調整段階に入っているため、ここ数カ月のうちに臨床応用を実現できるものと思われる。動物実験において、開発された自動制御方式は1ないし5時間の体外循環に100%安定した動作を実現しているため、臨床にも問題なく使用できるものと考えられる。この方式は、患者の動脈圧、中心静脈圧(CVP)からCVP目標値を決定し、体外循環中はCVP計測値の目標値からのずれを小さくするように送脱血流量を操作する。またCVP目標値はリザーバーレベルの変動、コラプスなどによって自動補正される。