hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新しいストレスタンパク質HSP66の細胞分化における役割とその発現調節機構

真性粘菌Physarum polycephalumのミクソアメーバに誘導される熱ショックタンパク質HSP66の遺伝子構造とその発現の機構を知るために,遺伝子DNAの単離とその塩基配列の決定に取組んだ.特に上流領域の調節配列に着目し,実験を進めたが,現在までに上流域約200bpまでしか単離できていない.なぜうまくいかないかについて検討し,更に新しい方法で分離を試みている.尚,上流約200bpには,調節配列は見当らず,今後約2kbpの上流DNAを分離する予定である.また,HSP66とin vivoで複合体を作っていると考えられるタンパク質HSP42(これも熱ショックによって誘導されるタンパク質である)を見出し,その精製を行なった.これは,HSP66とアクチンとの結合を調節しているタンパク質である可能性が示され,HSP66はHSP42が存在するとはじめてアクチンと結合するものと考えられる.現在,HSP42の抗体の作成と,HSP66,HSP42,アクチンの相互作用の解析を行っており,HSP42の部分アミノ酸配列の決定も遂行中である.真性粘菌Physarum polycephalumのミクソアメーバに誘導される熱ショックタンパク質HSP66の遺伝子構造とその発現の機構を知るために,遺伝子DNAの単離とその塩基配列の決定に取組んだ.特に上流領域の調節配列に着目し,実験を進めたが,現在までに上流域約200bpまでしか単離できていない.なぜうまくいかないかについて検討し,更に新しい方法で分離を試みている.尚,上流約200bpには,調節配列は見当らず,今後約2kbpの上流DNAを分離する予定である.また,HSP66とin vivoで複合体を作っていると考えられるタンパク質HSP42(これも熱ショックによって誘導されるタンパク質である)を見出し,その精製を行なった.これは,HSP66とアクチンとの結合を調節しているタンパク質である可能性が示され,HSP66はHSP42が存在するとはじめてアクチンと結合するものと考えられる.現在,HSP42の抗体の作成と,HSP66,HSP42,アクチンの相互作用の解析を行っており,HSP42の部分アミノ酸配列の決定も遂行中である.
妊娠認識時のウシ子宮改編に果たすオートファジー-リソソーム応答機構の解明と制御

本研究では、ウシ妊娠子宮組織において、プロテアーゼであるカテプシン(CTS)Bの活性化を明らかにし、これがIFNτによる可能性が示唆された。また、IFNτによるリソソームの活性化も確認された。一方、妊娠子宮およびIFNτ添加子宮上皮細胞でのCTS遺伝子発現の上昇がみられるものもあったが、オートファジーに直接関連する遺伝子の増加は見られず、その関与は少ないことが示唆された。RNA干渉によるIFN受容体の個別発現阻害によって、IFNτによるシグナル伝達経路がサブユニット特異的であることを明らかにした。加えて、子宮に接続する頸管組織での非常に高い妊娠特異的な発現遺伝子の変動を明らかにした。と場より採取した発情中期子宮の組織、あるいはそこから分離採取した子宮上皮細胞および間質細胞単層培養を確保し、実験を行った。当初研究計画で設定した妊娠15および発情15日目の子宮内膜組織を採取したオートファジー、カテプシンの活性を検出したところ、カテプシンBおよびリソソーム活性の明瞭な増加が確認された。特に、組織細胞内でのリソソームの活性化が顕著になり、カテプシンBもリソソームと同じスポット状パターンに活性化シグナルが検出された。加えて、E coliによる組換えウシIFNτの大量確保も済み、中期子宮組織への組換えIFNτの添加によって、妊娠子宮組織で見られたようなカテプシンBおよびリソソームの活性化が見られ、IFNτによる子宮組織の改編にカテプシンBおよびリソソームが関与することが示唆された。IFNτの受容体であるIFNR1,R2のそれぞれの遺伝子発列に対してsiRNAを設計、合成した。ウシ線維芽細胞を用いて予備的にリボフェクション導入したところ12時間後には8割近く遺伝子発現抑制効果が確認された。培養牛子宮上皮細胞を使って、IFNR1,R2のそれぞれ一方、あるいは両方サブユニット対して導入したところ、12-24時間後に有意な遺伝子発現抑制効果が確認された。IFNR1,R2の発現抑制を行った子宮上皮細胞に対してIFNτを添加し、IFNτによって誘導される遺伝子MX1, MX2, ISG15の発現について解析したところ、興味深いことに、R1を抑制した際にMX1, MX2, ISG15の発現が有意に抑制された。このことから、IFNRを介したIFNτのシグナル伝達にはIFNR1の関与が大きいことが示唆された。当初研究計画で設定した妊娠15および発情15日目の子宮内膜組織を採取したオートファジー、カテプシン活性評価系の確立は完了し、実際に採取組織におけるカテプシンBおよびリソソーム活性の明瞭な増加が確認された。加えて、E coliによる組換えウシIFNτの大量確保も済み、中期子宮組織への組換えIFNτ添加によって、妊娠子宮組織で見られたようなカテプシンBおよびリソソーム活性の再現に成功した。また、28年度計画を一部前倒したIFNτの受容体であるIFNR1R2の遺伝子発現をRNA干渉によって個別、または両サブユニットの発現阻害系の確立に成功した。本年度は、ウシ子宮上皮細胞を用いてIFNAR発現抑制がIFN-τのシグナル伝達に及ぼす影響を検証した。RNA干渉法によるIFNARの発現抑制がISGs,I型IFNシグナル関連遺伝子,着床関連遺伝子,細胞死関連遺伝子などのIFN-τによる誘導能に影響を及ぼすか否かを発現定量解析により検証した。RNA干渉はIFNAR1およびIFNAR2の発現を特異的に抑制し,IFN-τ添加後のISGsおよびIFNシグナル関連遺伝子の発現誘導も抑制した。この抑制効果はIFNAR2よりもIFNAR1の発現抑制で高いことから,ウシ子宮上皮細胞におけるIFN-τによるシグナル伝達はIFNAR1の発現が重要であることが示唆された。細胞死関連遺伝子もIFN-τ添加後に増加し,IFNAR発現抑制により抑制された。IFN-τのIFNARを介したJAK/STAT経路がアポトーシスおよびピロトーシス誘導に関与する可能性が示唆された。着床関連遺伝子もIFN-τ添加後に増加し,IFNAR両サブユニット発現抑制区ではIFN-τによる有意な誘導を受けなかった。これより,本実験で解析した着床関連遺伝子,TGF-β1,TGF-β2,PLAC8がIFN-τのIFNARを介したシグナルで直接,誘導されることが示唆された。以上より,着床前ウシ子宮内膜におけるIFN-τシグナルは,IFNAR1サブユニットの発現が重要であり, ISGsの発現および炎症性サイトカインの放出を伴うピロトーシスの誘導により,細菌やウイルスなどの感染症から子宮および胚を守るための免疫応答としての役割を果たすこと並びにアポトーシスの誘導により,着床期子宮組織リモデリングとしての役割を担う可能性が示唆された。また、妊娠子宮において、カテプシンB,K,LおよびZの発現が有意に増加していたが、オートファジー関連の遺伝子発現には妊娠の有無は影響しなかった。このことから、子宮内膜の改編には、オートファジー経路の関与が少なく、リソソームカテプシン動態が大きく関与することが示唆された。当初計画に従って、IFNARのにサブユニットそれぞれに対するRNA干渉によって、IFNτを介したシグナルがR1サブユニットに大きく依存していることが示唆される結果を得ることができた。

また、妊娠子宮内膜の改編には、オートファジー経路の関与が少なく、リソソームカテプシン動態が大きく関与することが示唆されたことから、カテプシンの活性化とアポトーシスとの経路の解析に重点を置いた研究を進める予定である。本研究では、ウシ妊娠子宮組織において、プロテアーゼであるカテプシン(CTS)Bの活性化を明らかにし、これがIFNτによる可能性が示唆された。また、IFNτによるリソソームの活性化も確認された。一方、妊娠子宮およびIFNτ添加子宮上皮細胞でのCTS遺伝子発現の上昇がみられるものもあったが、オートファジーに直接関連する遺伝子の増加は見られず、その関与は少ないことが示唆された。RNA干渉によるIFN受容体の個別発現阻害によって、IFNτによるシグナル伝達経路がサブユニット特異的であることを明らかにした。加えて、子宮に接続する頸管組織での非常に高い妊娠特異的な発現遺伝子の変動を明らかにした。本研究では、ウシの妊娠認識時に受胎産物から分泌されるインターフェロン(INT)τによる子宮再編について、新たなIFNシグナル経路を明らかにし、autophagy-lysosome機能に関わる基盤知見を得るとともに、その検出による受胎シグナルの向上に資することを目的とする。本年度は27年度からの研究成果として、妊娠子宮組織で高い誘導が確認された細胞死経路であるapoptosis, pyroptosisともその関与が低いことが示されたautophagyのさらなる応答性について、子宮上皮細胞培養系へのIFNτの添加によって詳細な解析を行った。その結果、子宮組織で確認されたapoptosis誘導経路として二つ知られているBAX-BCL2-CAPP9による経路よりもFADD-CASP8の経路の関与が示唆された。また、CASP11を介したpyroptosis経路活性化の一部の関与が示唆された。加えて、近年細胞死によるDNA損傷の新指標としてのγH2AXの増加もIFNτの細胞への添加によって有意に増加した。一方、生体結果と同じくautophagy遺伝子発現へのIFNτの関与は見られなかった。さらに、本研究の中で予想外の結果が得られた。妊娠ウシ生体で胚が産生するIFNτの産生量がピークになる妊娠18日目の子宮組織に接続される子宮頸管の外部組織でIFN誘導性遺伝子であるISG15, MX1およびMX2の遺伝子発現を測定したところ、従来、国内外でその発現が妊娠診断に利用可能と評価されている血中白血球での同遺伝子発現量が数倍-10倍程度であったのに対して、頸管では80倍近いISG15発現の増加が見られた。国内外で子宮から産生されるIFNτによる白血球への応答性促進が定説である、本研究では、子宮から直接頸管などの子宮外組織に反応してより高い妊娠応答性が起こることを初めて示した。本研究成果を特許申請し、今後、新たな妊娠応答機構の解明を進めると共に、簡易、高精度の早期妊娠診断技術開発への展開が多いに期待される。28年度については、27年度でのオートファジー、リソソームのIFNτによる活性化、遺伝子発現並びに蛋白質発現解析の系を引き続いて進め、IFNτ-オートファジー-リソソームシグナルの応答機構を明らかにする。本年度が最終年度なので、計画通りに進める予定である。
人間の群化領域知覚を考慮した画像情報検索システム

図形商標を用いて,人間の主観や感性に準じたCBIR(Content-Based Image Retrieval)の性能を向上させることを研究の目的として,本研究では,以下の機能を実現させた.これらの機能を申請者がこれまで開発してきた類似画像検索システムの機能として提案し,図形商標だけでなく種々の画像を対象にした画像情報検索システムへの適用可能性も調査した.(1)抽象図形を対象に,ゲシュタルト心理学で明らかにされている図形の群化要因「近接」「類同」「閉合」「よい連続」の4つを測定するモデルを提案し,判別分析により図形内に存在する複数の群化領域を認識する手法を開発した.(2)抽象図形を対象に,複数名から採取した図形群化に関するアンケート結果より,ゲシュタルト心理学で明らかにされている図形の群化要因「平行性による類同」を測定するモデルを開発した.(3)スポーツ映像のメタ情報を抽出することを目的として,放送型野球中継映像を対象に,画像内のスコアテロップがイニングごとに規則的に変化することを利用し,同じイニング内のフレームを同一とみなす,つまり,1イニングごとで群化されるフレーム集合をクラスタリングする手法を開発し,(1)の動画像への適用可能性を検討した.(4)じん肺診断支援システムの実用化を目的として,市販スキャナでディジタル化した肺X線像を対象に,主に肺野内の異常個所以外のノイズ除去に(1)の一部を適用し,医用画像への適用可能性を検討した.図形商標を用いて,人間の主観や感性に準じたCBIR(Content-Based Image Retrieval)の性能を向上させることを研究の目的として,本研究では,以下の機能を実現させた.これらの機能を申請者がこれまで開発してきた類似画像検索システムの機能として提案し,図形商標だけでなく種々の画像を対象にした画像情報検索システムへの適用可能性も調査した.(1)抽象図形を対象に,ゲシュタルト心理学で明らかにされている図形の群化要因「近接」「類同」「閉合」「よい連続」の4つを測定するモデルを提案し,判別分析により図形内に存在する複数の群化領域を認識する手法を開発した.(2)抽象図形を対象に,複数名から採取した図形群化に関するアンケート結果より,ゲシュタルト心理学で明らかにされている図形の群化要因「平行性による類同」を測定するモデルを開発した.(3)スポーツ映像のメタ情報を抽出することを目的として,放送型野球中継映像を対象に,画像内のスコアテロップがイニングごとに規則的に変化することを利用し,同じイニング内のフレームを同一とみなす,つまり,1イニングごとで群化されるフレーム集合をクラスタリングする手法を開発し,(1)の動画像への適用可能性を検討した.(4)じん肺診断支援システムの実用化を目的として,市販スキャナでディジタル化した肺X線像を対象に,主に肺野内の異常個所以外のノイズ除去に(1)の一部を適用し,医用画像への適用可能性を検討した.本研究では,図形商標を用いて,人間の主観に準じたCBIR(Content-Based Image Retrieval)の性能向上を研究目的として,図形内に存在する群化領域の認識手法について検討した.今年度の研究実施計画に従い,まず,本研究で提案した群化領域の認識手法に再現性があるか被験者と対象図形をさまざまに代えて検証した.本手法では判別分析を用いて2領域が群化するか否かの判別を行うが,図形内の構成要素の数が少ない図形をサンプルとして判別式を作成するほど人間の知覚に近い群化パターンを作成できることがわかった.次に,ゲシュタルト心理学における群化要因「平行性」に対するモデルを作成した.構成要素2領域に対し,角度差,線状性,距離,形状類似性の4要素をそれぞれモデル化し,これらを組み合わせて平行性特徴量を定義した. 22個の抽象図形に対し実験を行い, 13名の被験者から得た図形の平行性に関するアンケート結果と比較した.この結果,角度差と距離については平行性を表す特徴量として有効であることが示唆され,線状性と形状類似性については提案したモデルに課題を残した.以上の研究内容と並行し,「大域的群化」「平行性」「連続性」の要因を取り入れて,胃X線2重造影像を対象とした胃がん診断支援システムのプロトタイプを作成し群化領域認識の医用画像処理への適用可能性を調査した.胃X線2重造影像に出現する胃襞の平行パターンや集中パターンは健常・異常を診断する際のキーとなる. 100枚の胃X線像を用いて提案システムの有効性を検証し,群化領域の認識は医用画像へ十分適用可能であることを確認した.さらに,肺X線像内で大域的に粒状影が出現するじん肺症の診断支援システムのプロトタイプも作成した.これら画像診断支援システムの構築と群化認識の適用可能性検証は,次年度の研究実施計画の一部である.図形商標を用いて,人間の主観や感性に準じたCBIR(Content-Based Image Retrieval)の性能を向上させることを研究の目的として,本研究では,以下の機能を実現させた.これらの機能を申請者がこれまで開発してきた類似画像検索システムの機能として提案し,図形商標だけでなく種々の画像を対象にした画像情報検索システムへの適用可能性も調査した.(1)抽象図形を対象に,ゲシュタルト心理学で明らかにされている図形の群化要因「近接」「類同」「閉合」「よい連続」の4つを測定するモデルを提案し,判別分析により図形内に存在する複数の群化領域を認識する手法を開発した.

(2)抽象図形を対象に,複数名から採取した図形群化に関するアンケート結果より,ゲシュタルト心理学で明らかにされている図形の群化要因「平行性による類同」を測定するモデルを開発した.(3)スポーツ映像のメタ情報を抽出することを目的として,放送型野球中継映像を対象に,画像内のスコアテロップがイニングごとに規則的に変化することを利用し,同じイニング内のフレームを同一とみなす,っまり,1イニングごとで群化されるフレーム集合をクラスタリングする手法を開発し,(1)の動画像への適用可能性を検討した.(4)じん肺診断支援システムの実用化を目的として,市販スキャナでディジタル化した肺X線像を対象に,主に肺野内の異常個所以外のノイズ除去に(1)の一部を適用し,医用画像への適用可能性を検討した.
低酸素環境での代謝リプログラミングを促す転写制御機構の解明

細胞はミトコンドリアで酸素を燃焼させることにより、生存に必要なエネルギーの大部分を得ている。そのため、細胞への酸素供給が低下すると、生命の存続を脅かす「低酸素ストレス」となる。一方、生体は低酸素ストレスに対する防御機構を備えており、低酸素誘導性転写因子HIFを中心とした遺伝子発現様式の変化が分子基盤となっている。低酸素応答機構では、赤血球産生や血管新生などに関連した遺伝子発現が誘導され、エネルギー産生経路はミトコンドリアに依存しない解糖系に切り替わる(代謝リプログラミング)。この低酸素誘導性代謝リプログラミングでは、HIFによる遺伝子発現誘導に加え、酸素や代謝産物・基質の量的変動によって様々な酵素の活性が変化することが重要な引き金となる。肝臓特異的にHIF抑制因子PHDを欠損した遺伝子改変マウスを樹立し、解析を行った。その結果、HIF因子群のなかでもHIF2が肝臓における造血因子エリスロポエチン産生に重要な役割を担っていることが明らかとなった(Tojo et al, Mol Cell Biol 2015)。また、HIFを強制活性化したマウス肝臓には、脂肪およびグリコーゲンの著しい蓄積を観察した。さらに、HIF2はHIF3の発現を誘導すること、HIF3はHIF2による転写活性化を抑制的に制御することを見出した。肝臓の培養細胞を用いた解析からは、HIFが低酸素環境下ではクロマチン構造変換を介して転写を誘導することを明らかにした。一方、腎臓においては、PHD因子群のなかでもPHD2がHIFの制御において重要であることを示した(Souma et al, J Am Soc Neph 2016)。さらに、PHD2の活性化は腎臓病におけるエリスロポエチン産生低下を抑制したことから、腎性貧血治療におけるPHD阻害剤の有効性を示すことができた。27年度が最終年度であるため、記入しない。細胞への酸素供給が低下すると、生命の存続を脅かす「低酸素ストレス」となる。そのため、生体は低酸素誘導性転写因子HIFを中心とした低酸素ストレス防御機構を備えている。初年度の研究では、低酸素下での代謝情報を転写制御に伝達する分子メカニズムについて、HIFの抑制因子であるPHDの役割に着目して解析を進めた。PHDは3つのアイソフォームが知られていることから、それぞれを肝臓特異的に欠損したマウスを樹立した。その結果、目立った表現型を示さなかった。そこで、肝臓で3つとも欠損したマウスを樹立したところ、重篤な脂肪肝を発症し、生後10週以内に死亡した。このとき、肝臓におけるHIF1およびHIF2の活性が著しく亢進していた。また、HIFの標的遺伝子群の発現が亢進しており、ミトコンドリアの機能低下と数的減少が観察され、肝臓での脂肪酸利用が傷害されていることが示唆された。次に、HIFによる転写活性化の分子メカニズムを明らかにするために、培養細胞を用いた解析を行った。その結果、低酸素環境下で活性化したHIFは、一部の標的遺伝子のヌクレオソーム構造を変換させることにより、転写を誘導することを見出した。現在、PHDアイソフォームを欠損した細胞を樹立し、PHDの役割とHIFによる転写誘導の分子機構解明を目指した研究に取り組んでいる。当初の計画に即して、HIFを通常酸素環境下で抑制する因子であるPHD1、PHD2、PHD3について、各遺伝子を肝臓特異的に欠損したマウスを樹立した。

マウスの解析を行ったところ、HIFの恒常的な活性化が肝臓における脂質代謝に大きな影響を及ぼすことを明らかにした。また、クロマチン構造変換におけるHIFの役割について、PHD阻害剤などを用いて明らかにすることができた。成果が順調に得られたため、その一部を論文にまとめ、投稿した。現在、リバイス対応中である。27年度が最終年度であるため、記入しない。PHD-HIF経路による代謝と転写の制御メカニズムを明らかにするために、3つのPHDアイソフォームを様々な組み合わせで欠損した細胞株を樹立する。得られた細胞を用いて、代謝産物や転写産物の網羅的解析を行う。また、HIFがクロマチン構造を変換させることを見出したので、その分子メカニズムを明らかにする。そのために、HIFと相互作用するクロマチン構造変換因子の探索を行う。これまでに、いくつかの候補因子を同定しているが、同定された因子の機能解析を行う。とくに、a-ケトグルタル酸やNAD+などの代謝産物が各因子の活性に及ぼす影響を調べる。
サイズ変化をともなった円石藻の種分化の原因の解明

円石藻の多くの系統は,それぞれの系統の歴史の中で,地質年代の経過に伴ったコッコリスのサイズの変化(種分化をともなった進化)を繰り返し経験してきた。申請者は,貧栄養海域への適応に応じた大型化と,大型種の相対的な絶滅立の高さが,サイズ変化の原因であるという仮説を持っている。本研究は,コッコリスのサイズ変化をともなった種分化の根本的な原因を,化石記録と現生種の分子情報に基づいて検証・解明することを目的としている。平成24年度は以下の研究を行った。1)IODP306次航海によって,北大西洋のsite 1313,site 1314の2地点から採取された深海底コア試料中のGephyrocapsa属のコッコリス化石を走査型電子顕微鏡下で形態測定した。そして,完新世におけるGephyrocapsa属化石の形態とサイズ変化の詳細を調べた。3)これまでに確立・取得したG. oceanicaとE. huxleyiの培養株が形成するコッコリスの形態測定行い,培養株の増殖速度とコッコリスのサイズの関係を調べた。また,それぞれの培養株から全DNA抽出を行い,ミトコンドリアの部分塩基配列(Cox1b領域)の決定を行った。円石藻のサイズ変化をともなった種分化(多様化)の原因を解明するため、第四紀のGephyrocapsa属化石の形態進化の研究と、現生Gephyrocapsa属の形態観察並びに分子系統解析を行った。化石の研究では,IODP 306次航海で北西太平洋から採取されたコア試料を偏光顕微鏡と走査型電子顕微鏡で観察し,第四紀におけるGephyrocapsa属の形態・サイズの変遷を調べた。特に小型の個体に注目して形態観察を行った結果,これまでsmall Gephyrocapsaとしてひとまとめにされていた同属のコッコリスが,bridgeの角度や高さ,distal shieldのelementの形態にさまざまなバリエーションがあることを明らかにした。地質年代別のsmall Gephrycapsaの形態的な特徴の違いについて議論する論文を,現在,執筆準備中である。円石藻の多くの系統は,それぞれの系統の歴史の中で,地質年代の経過に伴ったコッコリスのサイズの変化(種分化)を何度も経験してきた.本研究は,コッコリスのサイズ変化をともなった種分化の根本的な原因を,化石記録と現生種の分子情報に基づいて検証・解明することを目的としている.平成23年度は以下の研究を行った.IODP306次航海によって,北大西洋のsite 1313から採取された深海底コア試料中のGephyrocapsa属化石を走査型電子顕微鏡を用いて検鏡し,完新世におけるGephyrocapsa属化石の形態とサイズ変化の概要を調べた.Gephyrocapsa属によって作られるコッコリスの形態・サイズと分子情報の関連を調べるために,日本の各地の海水からGephyrocapsa属の培養株の確立を行った.その結果,東京都小笠原村の兄島沿岸から6株,宮城沖の海水から12株,鳥取沿岸の海水から6株,五島列島沖の海水から10株,土佐湾の海水から2株のGephyrocapsa oceanicaの培養株を確立した.研究協力者(Ian Probert博士,ロスコフ海洋生物研究所)から,大西洋,地中海,南太平洋産のGephyrocapsa属の培養株の分譲を受けた.また,国立環境研究所の微生物系統保存施設から4株のG. oceanicaの培養株を分譲していただいた.以上の培養株が形成するコッコリスの形態的特徴を調べるために,各培養株のコッコリスの形態観察と形態測定を走査型電子顕微鏡下でおこなった.来年度に実施する分子系統解析の予備実験として,五島列島沖と鳥取沖から得られた培養株のミトコンドリア部分塩基配列の増幅とシークエンスを行った.そして,今後の実験に使用するプライマーの選定を行った.確立したG. oceanicaの培養株からのDNA抽出や,ターゲットとするcox1b塩基配列の増幅を行った。また,化石試料の走査型電子顕微鏡下での形態測定も順調に進んでいる。当初の研究計画では,福島から宮城沖の混合水域(黒潮と親潮の混合水域)にて複数回のサンプリングを行い,黒潮起源と親潮起源のGephyrocapsa oceanicaの培養株を確立する計画であった.しかし,東日本大震災の影響で予定していた海域での実施が難しくなった.そのため,代わりとして,長崎沖,土佐沖,小笠原沿岸などの海水を入手し,分子系統解析に使用する培養株の産地に多様性を持たせることができた.Gephyrocapsa属の形態進化や多様化の歴史を,地質学的・生物学的証拠に基づいて検証するために,本年度は以下の研究を行う。1)昨年度に引き続いて,IODP306次航海で採取された堆積物中のGephyrocapsa属化石の形態測定を,走査型電子顕微鏡下で行い,同属の形態進化の過程の詳細を化石記録に基づいて明らかにする。2)引き続き海水試料中からのGephyrocapsa属の培養株の確立を行い,Gephyrocapsa ericsoniiの培養株の確立を目指す。確立した培養株の形態測定を走査型電子顕微鏡下で行う。また,確立した培養株のミトコンドリア部分塩基配列を取得し,形態進化と遺伝学的多様性の関係を検証する。3)研究成果を学会・論文発表する。Gephyrocapsa oceanicaのサイズ変化を伴った多様化と進化の歴史を,地質学的・生物学的証拠に基づいて検証するために,本年度は以下の研究を行う.

1.昨年度に引き続いて,IODP306次航海で採取された堆積物中のGephyrocapsa属化石の形態測定を走査型電子顕微鏡を用いて行い,同属の形態進化の過程の詳細を化石記録に基づいて明らかにする.2.引き続き海水試料中からのGephyrocapsa属の培養株の確立を行い,Gephyrocapsa ericsoniiの培養株の確立を目指す.3.確立した培養株の形態測定を走査型電子顕微鏡を用いて行う.4.確立した培養株それぞれののミトコンドリア部分塩基配列を取得し,形態進化と遺伝学的多様性の関係を検証する.1)消耗品合計45万円(分子実験用消耗品:20万円,顕微鏡用消耗品,15万円,培養実験用消耗品:12万円)。2)培養株作成用の小笠原諸島・父島の海水試料の取り寄せ,11万円(内訳;5,500円X20回=11万円)。函館の外洋水の取り寄せ,40,000円(1万円X4回=4万円)3)鳥取県の外洋におけるサンプリングのための傭船料(その他・7万円)。4)サンプルの郵送費(その他・3万円)5)研究成果のための学会発表用の旅費合計47万円。内訳;日本地球惑星科学連合・連合大会(2013年5月19日5月24日,幕張メッセ,旅費10万円),国際ナノプランクトン学会(2013年9月1521日,アメリカ地質調査所,バージニア州,アメリカ,30万円),古海洋シンポジウム(2014年1月,東京大学大気海洋研究所,7万円)1.Gephyrocapsa oceanicaの分子系統解析を行うために,サーマルサイクラー(28万円),ゲル撮影装置(27万円),冷却機能付き高速遠心分離器(36万円),電気泳動装置(3万円),プラスチック容器類(20万円),試薬類(40万円)を購入する.2.東京都三宅島にて海水試料のサンプリングを行う(16万円)3.培養液作成に必要な試薬類(10万円)や使い捨て培養容器(約10万円)を購入する.4.研究成果を2012年7月1416日に北海道大学で行われる日本藻類学会(北海道),2013年1月に東京大学大気海洋研究所で行われる古海洋シンポジウム(千葉県)と,2012年12月中旬に行われるAGU Fall meeting(カリフォルニア州,アメリカ)にて発表する(学会発表のための旅費合計40万円).
ダクト内乱流水流における乱流熱伝達維持機構への高分子の影響に関する実験的研究

壁面に設けられたスロットから希薄高分子水溶液をダクト内乱流水流の遷移層に注入する場合を対象として、希薄水溶液中の高分子塊と壁乱流の組織構造、温度場の同時可視化法を新たに開発し、実験により得られた画像を処理して、組織構造が担う乱流・乱流熱伝達の維持機構への高分子の影響を調べ、以下の結果を得た。1.高分子粉末に付着させた蛍光絵具微粒子、水素気泡、および別のスロットから底層部に注入した蛍光染料水溶液は、それぞれ遷移層中の高分子塊、縦渦、および低速ストリークの同時可視化に有効である。2.カラーCCDカメラの画像のうち、緑色画像には反射光のみが、また赤色画像には蛍光のみが鮮明に捉えられる。さらに、絵具微粒子の蛍光は、染料の蛍光と区別できる。これより、緑色画像から水素気泡の位置と運動、赤色画像から高分子塊の位置および運動、低速ストリークの運動が独立に計測できる。3.縦渦により誘起される壁垂直かつ上流方向の小規模流れが水素気泡により観察された。この小規模流れの発生後に、低速ストリークの持ち上がりが観察された。いっぽう、近傍に高分子塊があるときに縦渦の発達が抑制され、したがって縦渦が誘起する小規模流れと低速ストリークの持ち上がりも減衰する。4.主流および希薄高分子水溶液として、ローダミンBを微量含む煮沸脱気水を用い、光源としてレーザー平面光を用いる平面レーザー誘起蛍光温度測定法(PLIF)は、高分子塊による遷移層内の温度変動の観察に有効である。5.絵具微粒子と水素気泡、および2台のCCDカメラ(うち1台は光学フィルターを装着)による画像撮影をPLIFと組合せることにより、高分子塊、縦渦、および温度場の同時可視化が可能となる。6.高分子塊を含まない場合に、中央部の低温流体が縦渦によって壁に接近し、遷移層温度が低下することが観察された。いっぽう、高分子水溶液が注入された場合には、高分子塊の近傍において縦渦の発生・成長が抑制されること、その結果乱流温度変動が特に高分子塊の上流側で減衰することが観察された。管内乱流水流にある種の高分子を微量混入させることによって、流動抵抗および管外への熱漏洩が著しく減少することはすでに知られている。しかしながら、乱流や乱流熱伝達の維持機構に深く関連する組織構造とそのダイナミクスへの高分子の影響については、ほとんど研究がなされていない。そこで本研究では、高分子と組織構造中の低速ストリークや縦渦の可視化実験を行い、それらの相互作用について調べる。本年度は、既存の実験装置のテストセクション部を改良したうえで、(1)縦渦の可視化には水素気泡、(2)低速ストリークの可視化には蛍光染料であるローダミンB水溶液、(3)水溶液中の絡まった高分子の可視化には蛍光絵具片、を用いた実験を行った。他者の類似の実験により(1)および(2)の可視化法の有効性は確認されているが、(3)の可視化法および3種類の方法の組み合わせは世界初であるので、さまざまに条件を変えて慎重に予備実験を行った。

その結果、赤色蛍光絵具を粉末高分子に塗布したものを水に溶かすことにより絵具片は長時間にわたり絡まった高分子の塊に付着していたこと、カラー原画像では不鮮明な絵具片の蛍光が原画像から抽出した赤色信号において鮮明に捉えられること、したがって絵具片の画像と水蒸気泡の画像を分離できること、などを得た。組織構造とそのダイナミクスを捉えために最低限必要な画像取込速度と観察領域を確保しつつ、かつ粒子追跡速度計測法により水素気泡と絵具片の速度を求められる分解能を確保できるように、カラーCCDビデオカメラを選定・購入して本実験を行った。実験の結果、近傍にある高分子塊により縦渦の発達が抑制され、縦渦が誘起する外向き流れと低速ストリークの持ち上がりが減衰することを明らかにした。また、複数の高分子塊により、比較的小規模の低速ストリークの持ち上がりが抑制されることも判明した。乱流液流にある種の高分子を微量混入させ、液流による壁面摩擦抵抗と壁面熱漏洩を低減できることが知られている。そのため多くの研究が行われているが、抵抗・熱漏洩の低減メカニズムには依然として不明な点が多い。とくに、高分子が壁近傍の組織構造による乱流や乱流熱伝達の維持機構とそのダイナミクスへ及ぼす影響については、あまり研究がなされていない。そこで本研究では、壁面に開けられたスロットから希薄高分子水溶液をダクト内乱流水流の遷移層に注入する場合を対象として、希薄水溶液中の高分子塊と壁乱流の組織構造、温度場の同時可視化法を新たに開発し、実験により得られた画像を処理して、組織構造が担う乱流・乱流熱伝達の維持機構への高分子の影響を調べた。平成12年度は特に温度場に焦点を絞り、高分子塊、縦渦、および温度場の同時可視化を行い、以下の結果を得た。1.主流およびスロットから注入する希薄高分子水溶液として、ローダミンBを微量含む煮沸脱気水を用い、光源としてYAGレーザー平面光を用いる平面レーザー誘起蛍光温度測定法(PLIF)は、高分子塊による遷移層内の温度変動の観察に有効である。透明発熱体による希薄高分子水溶液流の加熱、シース熱電対による同時温度計測はこの温度測定法に役立つ。2.蛍光絵具粒子と水素気泡による高分子塊と縦渦の可視化、および2台のCCDカメラ(うち1台は光学フィルターを装着)による画像撮影を上記PLIFと組合せることにより、高分子塊、縦渦、および温度場の同時可視化が可能となる。これにより、PLIFへの水素気泡反射光の影響の分離が可能である。3.高分子塊を含まない場合に、中央部の低温流体が縦渦によって壁に接近し、遷移層温度が低下することが観察された。4.高分子水溶液が注入された場合に、高分子塊の近傍において縦渦の発生・成長が抑制されること、その結果乱流温度変動が特に高分子塊の上流側で減衰することが観察された。
教育・臨床の看護技術教育シームレス化－卒業時点に求める内容とレベルの再探索-

看護基礎教育における技術教育のあり方に関する検討会以降、教育・医療機関は卒業時点で修得を期待する看護技術の到達度を達成するため、教育内容の充実や教育方法の工夫など様々な検討を重ねて看護学生の技術修得に向けて取り組んできた。しかし、卒業時点の学生の技術修得を目的として教育側と臨床側それぞれが担うべき教育上の役割や教育内容が共通理解されておらず、卒業時点で修得を求める到達度の解釈には教育側と臨床側で乖離がありシームレス化には至っていない現状があった。本研究は、1卒業時点の学生に求める看護技術到達度は教育側と臨床側でどのくらい乖離しているのか、2卒業時点の学生が実際に行動できるレベルの看護技術の内容は何か、1と2から看護基礎教育と現任教育各々の教育で担う看護技術のコアとなる内容は何かの3点を明らかにすることを目的とした。調査の結果、看護教員と新人指導者は卒業時点の学生に看護技術の基本が実施できることを求めていた。その技術はバイタルサインや観察、感染予防、生活の援助であった。卒業時点の実施状況は看護教員が援助の意味を理解して行えるととらえ、新人指導者はその多くを断片的にはできる状況ととらえていた。看護教員は手順通りに行えることが「実施できる」こと、一方、新人指導者は患者に合った方法で正確に技術を行えることが「実施できる」としてとらえていた。また、卒業時点で修得を期待するレベルは、看護教員が患者に応じた実施を求め、新人指導者は行為の意味を理解して実施するレベルを求めていた。このように、教育側と臨床側では現状の把握と期待するレベルが乖離していた。看護技術教育のシームレス化に向け、学生が一つ一つの行為を正確に行え、行為の意味を理解した上で行動できるよう、修得を求める技術や到達レベルが時代に適しているかを教育側と臨床側が共通理解のもとで見直し教育する仕組みを構築することを提案する。今年度は、研究目的である1卒業時点の学生に求める看護技術到達度は教育側と臨床側で乖離しているのか、2卒業時点の学生が確実に行動できるレベルの看護技術の内容は何かの2点に関連した現状を把握するためにインタビュー調査を実施した。調査対象は当初の計画通り、卒業年次臨地実習(統合実習・総合実習)担当教員および臨地実習を受け入れている医療機関の新卒新人看護師教育担当者で、調査協力の得られた5名にインタビューを行った。インタビュー結果から、卒業時点の学生および新卒新人看護師の技術到達度の状況は教育側と臨床側で乖離があると回答を得た。卒業時点での到達を求める技術の内容やレベルは「安全」、「安楽」、「観察」や技術の根拠が理解できることという基本的な内容であった。現在、看護基礎教育および現任教育において活用されている到達の程度を把握するための「技術チェックリスト」のあり方に関する見解については否定的であった。また、技術の実施においては「考えた」、「見た」、「行動した」、「体験した」のレベルであって「できた」と評価する現状でないという回答であった。臨床側は到達度として卒業時点で「できた」というレベルを求めておらず、むしろ教育側が「できた」と評価するにはどう指導を行うか試行錯誤している状況が窺えた。これらの結果は、卒業時点の学生が確実に行動できる技術の内容とその評価方法を再検討する上で重要な基礎資料と考える。このような今年度の実績をもとに次年度は質問紙による実態調査を計画中である。申請時の予備調査の方法を変更して実施した。計画がやや遅れたことは次の2点の理由である。1研究倫理審査の承認のプロセスに時間を要した。2調査対象者に協力・承諾を得る上で時間を要した。全体的には2ヶ月程度の遅れである。今年度の成果としては研究目的を明らかにするための調査項目のもとになる具体的内容が得られており、平成29年度計画の質問紙調査の項目の作成および精選に向けて結果を分析している状況である。研究目的である1卒業時点の学生に求める看護技術到達度は教育と臨床で乖離しているのか、2卒業時点の学生が確実に行動できるレベルの看護技術の内容は何か、3目的の1と2から看護基礎教育と卒後現任教育それぞれの視点から卒業時点の学生に求めるコアとなる看護技術の内容は何かの3点を明らかにするため、平成28年度に実施したインタビューデータの結果をもとに、質問紙調査項目抽出のためのデータ内容の分析を行った。データ内容の分析結果は、教育側と臨床側いずれも卒業時点の学生に求める看護技術到達度として看護基礎教育の基本となる「知識」、「技術」、「態度」の3つの側面に関する具体的な内容が表現されていた。卒業時点の学生および新卒新人看護師技術修得の現状は、実施する行為の裏付けとなる知識面での不足があること、行動面では学習した内容そのままを実施することはできても、学習内容を反映した行動には至っていないこと、行為に集中することで患者に意識が向けられないこと、加えて、患者に応じた実施方法には考えが及ばない現状であるととらえていた。態度面では、患者を大切にする気持ちは修得しているととらえていた。学ぶ者の姿勢としては、技術修得に向けて主体的に繰り返し練習を行い振り返ることの必要性と、その結果から何か一つ自分に自信の持てる技術を修得することを期待していた。

教育側と臨床側の捉え方に乖離があるという点では、基礎教育では実習体験の少なさをシミュレーター教育やチェックリストを用いた繰り返しの練習などの取り組みにより「実施できる」ことを目指している傾向があるが、臨床では新卒新人看護師に対して、「実施できない」現状であることを前提に対象理解、知識修得の確認、安全な技術の実践を指導している現状が窺えた。質問紙調査の項目精選を目標にデータ解析を行ったが、研究メンバーの変更などもあり、改めて研究者間で分析結果を見直し、確認することに時間を要した。看護基礎教育における技術教育のあり方に関する検討会以降、教育・医療機関は卒業時点で修得を期待する看護技術の到達度を達成するため、教育内容の充実や教育方法の工夫など様々な検討を重ねて看護学生の技術修得に向けて取り組んできた。しかし、卒業時点の学生の技術修得を目的として教育側と臨床側それぞれが担うべき教育上の役割や教育内容が共通理解されておらず、卒業時点で修得を求める到達度の解釈には教育側と臨床側で乖離がありシームレス化には至っていない現状があった。本研究は、1卒業時点の学生に求める看護技術到達度は教育側と臨床側でどのくらい乖離しているのか、2卒業時点の学生が実際に行動できるレベルの看護技術の内容は何か、1と2から看護基礎教育と現任教育各々の教育で担う看護技術のコアとなる内容は何かの3点を明らかにすることを目的とした。調査の結果、看護教員と新人指導者は卒業時点の学生に看護技術の基本が実施できることを求めていた。その技術はバイタルサインや観察、感染予防、生活の援助であった。卒業時点の実施状況は看護教員が援助の意味を理解して行えるととらえ、新人指導者はその多くを断片的にはできる状況ととらえていた。看護教員は手順通りに行えることが「実施できる」こと、一方、新人指導者は患者に合った方法で正確に技術を行えることが「実施できる」としてとらえていた。また、卒業時点で修得を期待するレベルは、看護教員が患者に応じた実施を求め、新人指導者は行為の意味を理解して実施するレベルを求めていた。このように、教育側と臨床側では現状の把握と期待するレベルが乖離していた。看護技術教育のシームレス化に向け、学生が一つ一つの行為を正確に行え、行為の意味を理解した上で行動できるよう、修得を求める技術や到達レベルが時代に適しているかを教育側と臨床側が共通理解のもとで見直し教育する仕組みを構築することを提案する。インタビュー調査のデータ分析の段階が平成29年度に継続されるため、平成29年度計画の質問紙調査の準備および実施は計画的に進めていく。研究協力および倫理審査の過程が滞ることも勘案すると、調査時期は申請時の計画よりも12ヶ月遅れることが予想される。その場合は平成30年度56月までを目処に調査を終えるよう計画を見直して取り組む。研究計画は以下のように予定する。・47月:インタビュー調査結果分析、質問項目の抽出・810月:質問紙作成、倫理審査、協力依頼・12月:調査実施(その後は結果回収、分析作業に入る)今年度は、インタビューデータの分析結果をもとに本質問紙調査を実施し結果をまとめる。計画としては、調査時期の見直しおよび日程調整により計画を遂行する。今年度は、次の2点の理由で支出が押えられた。1ノートパソコン、統計解析ソフトが安価に購入できた。2交付金が申請時より下回ったこと、研究方法の見直しを行ったことから予備調査をインタビュー調査に変更し、消耗品費を抑えることができた。(理由)
脳胞形成におけるホメオボックス遺伝子の機能解析 : 発生工学的アプローチ

1) Lbeホモローグ遺伝子Lbx1の遺伝子ターゲッティングマウスの作出Lbx1タンパク質コード領域をネオマイシン耐性遺伝子に置換したノックアウトベクターを作製し、相同組み換えを利用して胚性幹細胞に導入した。4クローンの相同組換え体細胞株をもとにキメラマウスを作製した。そのうち1クローンにおいて生殖系列への伝達が確認された。現在、このキメラマウスに由来する個体どうしを交配し、Lbx1のホモ変異個体を得る段階に至っている。また、Lbx1の発現解析をしてゆく過程で、マウス後部後脳から神経管での発現に加えて、一部の体節の側方部、すなわち将来の肢芽筋肉を形成する領域に発現していることが判明した。そこで、この領域でのLbx1の機能を解明するためにトランスジェニックマウスによる解析を行った。Myogeninプロモーターの下流にLbxl遺伝子を結合したトランスジェニックベクターを、あらかじめLacZ遺伝子を導入してある胚性幹細胞(以下LacZ胚性幹細胞)のゲノムに組み込んだ。このLacZ胚性幹細胞(合計11クローン)と正常胞胚とでキメラマウスを作出した。このうち一つの細胞株を用いて作成したキメラマウス胚(11.5日)でLbx1の発現部位を解析したところ、肢芽領域以外の筋節にもLbx1の異所的な発現が確認され(10個体中5個体)、さらにキメラマウスの出生後、骨格筋の組織学的解析を行ったところ、X-gal染色によってES細胞由来の細胞が含まれていると確認された前肢骨格筋(2個体中2個体)及び、背筋(3個体中3個体)で、筋組織の萎縮などの明らかな異常が観察された。2)ニワトリLbx1ホモローグ単離の試みニワトリLbx1ホモローグ単離する過程で、相同性のあるcHox11L2が単離できた。胚での発現パターンを解析したところ、神経冠細胞由来のニューロンである脳神経節、脊髄神経節、交感神経節、腸管神経節で発現が確認された。未分化な神経冠細胞では認められなかった。本研究は脊椎動物の脳神経系で特徴的な発現パターンを示すホメオボックス遺伝子に焦点を当て,新たな遺伝子の探索・単離とともに,これらの遺伝子群の機能をジーンターゲッティングターゲティングなど発生工学的方法を駆使することにより解明することを目標とする。本年度は以下の遺伝子のノックアウトマウスの作成を中心に研究を行った.1)Mbx遺伝子脳の部域で特異的に発現する遺伝子であるMbx遺伝子のノックアウトマウスを作成し,表現型を解析した.これらのマウスの一部では,著しい発育不良,運動量低下が認められたが,遺伝子型と表現型が必ずしも一致せず,マウスの系統差による影響が疑われた.現在,いくつかの近交系マウスへ本変異遺伝子を導入し確認している.2)Lbx遺伝子昨年度の研究により単離された後脳より後半の神経系で発現するホメオボックス遺伝子Lbxlのターゲティングベクターを作成し,マウス胚幹細胞へ導入した.450個のES細胞株をクローニングしそのうち5株で相同組み換えが生じていることがPCRで確認され,現在キメラマウスを作成中である.1) Lbeホモローグ遺伝子Lbx1の遺伝子ターゲッティングマウスの作出Lbx1タンパク質コード領域をネオマイシン耐性遺伝子に置換したノックアウトベクターを作製し、相同組み換えを利用して胚性幹細胞に導入した。

そのうち1クローンにおいて生殖系列への伝達が確認された。現在、このキメラマウスに由来する個体どうしを交配し、Lbx1のホモ変異個体を得る段階に至っている。また、Lbx1の発現解析をしてゆく過程で、マウス後部後脳から神経管での発現に加えて、一部の体節の側方部、すなわち将来の肢芽筋肉を形成する領域に発現していることが判明した。そこで、この領域でのLbx1の機能を解明するためにトランスジェニックマウスによる解析を行った。Myogeninプロモーターの下流にLbx1遺伝子を結合したトランスジェニックベクターを、あらかじめLacZ遺伝子を導入してある胚性幹細胞(以下acZ胚性幹細胞)のゲノムに組み込んだ。このLacZ胚性幹細胞(合計11クローン)と正常胞胚とでキメラマウスを作出した。このうち一つの細胞株を用いて作成したキメラマウス胚(11.5日)でLbx1の発現部位を解析したところ、肢芽領域以外の筋節にもLbx1の異所的な発現が確認され(10個体中5個体)、さらにキメラマウスの出生後、骨格筋の組織学的解析を行ったところ、X-gal染色によってES細胞由来の細胞が含まれていると確認された前肢骨格筋(2個体中2個体)及び、背筋(3個体中3個体)で、筋組織の萎縮などの明らかな異常が観察された。2)ニワトリLbx1ホモローグ単離の試みニワトリLbx1ホモローグ単離する過程で、相同性のあるcHox11L2が単離できた。胚での発現パターンを解析したところ、神経冠細胞由来のニューロンである脳神経節、脊髄神経節、交感神経節、腸管神経節で発現が確認された。未分化な神経冠細胞では認められなかった。
PET用連結型ブロック検出器の開発とイメージング装置への応用

ポジトロンエミッショントモグラフィー(PET)は生体の機能を高い精度で画像化できるため、研究や臨床に広く用いられている。最近、悪性腫瘍を高い感度で検出可能なF-18-FDGが保険適用になったためPETを臨床的に利用する施設が急激に増加している。臨床PETにおいては確実な診断に加えて患者の測定をできるだけ短時間で多くこなすこと、いわゆる高いスループットが求められる。さらにPET装置の低価格化も重要になっている。現状のPET装置は高分解能を目指した装置から発展したため、高いスループットと低価格という要求を満たすことは困難である。これらの問題点を解決するためにPET装置用の新しい検出器の開発を行った。検出器を実現するために新しいアイディアである"連結型ブロック検出器方式"を用いた。また連結型ブロック検出方式の有効性を実証するために、4ブロックでパネル検出器を構成し、乳癌診断用コインシデンスイメージング装置としての基礎的な性能評価も行った。PET装置用に連結型ブロック方式を用いた検出器の開発を行った結果、8x40のマトリクスに配置した2.9mmx2.9mmx15mmのGSOをほぼ完全に弁別することが可能となり、平面方向と体軸方向のシンチレータサイズを同じで、体軸方向にギャップなしで連続してシンチレータを配置することが可能なPET用検出器を実現できた。また開発した検出器4ブロックで構成するパネルパネル型2次元ガンマ線位置検出器を構成し、乳癌診断用コインシデンスイメージング装置としての性能評価を行った。その結果、乳癌を模擬したファントムを数十秒でイメージング可能であることが分かった。これらの結果より、開発した連結型ブロック検出器は、PET装置用検出器のみならず、乳癌診断用等のコインシデンスイメージング装置にも有用であることを実証できた。まず連結型ブロック検出器のためのシンチレータの選択とサイズの決定並びにPMTの選択を行った。シンチレータの候補としては入手の容易さ、発光量の違い、コスト等を勘案しBGO、GSO、MLSを選択し高分解能連結型ブロック検出器の試作を行った。サイズに関してはBGOとGSOは2mmx3mmx20mm、MLSは発光量がBGOの4倍程度あるので2.3mmx2.3mx15mmとした。光電子増倍管(PMT)に関しては現在最も良く用いられているPMTの一つである。1インチ角型2チャンネル内蔵のものを採用した。検出器に対して最適な2次元応答関数を得るためにはシンチレータの位置に応じてシンチレータ間の光のクロストークを調整する必要があるが、これには反射材の塗布の幅を変化させる方法を用いた。種々の実験により反射材の塗布割合を決定した。反射材としては厚みが薄く反射効率が高い多層ポリマー膜を採用した。連結型ブロック検出器の試作と並行して位置演算回路の試作を行った。位置演算方式はアンガー式を採用し、平面方向位置及び体軸方向位置信号をアナログ-デジタル(A-D)変換し、位置演算を行った後、アドレス変換テーブルを参照することでガンマ線の入射したシンチレータのアドレスを決定し出力する構成とした。連結型ブロック検出器を位置演算回路と組み合わせ性能評価を行った.その結果、GSOに関してはすべてのシンチレータセルを、余裕を持って分解できることが明らかになった。他の2種のシンチレータに関しても優れた2次元位置応答関数が得られた。これらの結果より連結型ブロック検出器はPET装置やポジトロンイメージング装置用の検出器として極めて有望であることが明らかになった。昨年度、開発に成功した連結型ブロック方式を用い、乳癌診断用コインシデンスイメージング装置に利用することを目的に、大口径2次元ガンマ線位置検出器の開発を行った。

この2次元ガンマ線位置検出器は、連結型ブロック検出器を4ブロック用いた構成とした。1つの連結型ブロック検出器は2.9mmx2.9mmx15mmのGSOを8x40のマトリクス状に配置したシンチレータブロックに6本の2回路内蔵型光電子増倍管(PMT)に光学結合した構造とした。この連結型ブロック検出器を4ブロック、隣接して配置することにより、視野125mmx100mmの大口径ガンマ線検出器を構成した。この構成により端部が乳房下部胸部表面まで近接可能で、深い場所の腫瘍の見落としが無い構造とすることができた。またガンマ線位置検出器用の遮光容器も製作した。大口径ガンマ線位置検出器のPMTからの電気信号はX方向、Y方向ともに重み付け加算された後、4回路のアナログ-デジタル変換器(ADC)に送られ、連続的にデジタル信号に変換される。デジタル化された信号は積分された後、ガンマ線の入射位置を重心演算により実時間で計算する構成とした。開発した大口径2次元位置検出器は511keVのガンマ線に対してほぼすべてのGSOを2次元位置応答関数上で弁別可能であった。エネルギー分解能は約20%FWRMであった。得られた2次元位置応答関数上に各GSOの場所とエネルギーを制限するルックアップテーブルを設定することも可能であった。以上の結果より、開発した連結型ブロック方式を用いた大口径2次元ガンマ線位置検出器は単一ガンマ線検出器との間で同時計数を行うことにより、乳癌診断用コインシデンスイメージング装置を構成できることができることが明らかになった。ポジトロンエミッショントモグラフィー(PET)は生体の機能を高い精度で画像化できるため、研究や臨床に広く用いられている。臨床PETにおいては確実な診断に加えて患者の測定をできるだけ短時間で多くこなすこと、いわゆる高いスループットが求められる。さらにPET装置の低価格化も重要になっている。現状のPET装置は高いスループットと低価格という要求を満たすことは困難である。これらの問題点を解決するためにPET装置用の新しい検出器の開発を行った。検出器を実現するために"連結型ブロック検出器方式"を用いた。また連結型ブロック検出方式の有効性を実証するために、4ブロックを用いてパネル検出器を構成し、乳癌診断用コインシデンスイメージング装置としての基礎的な性能評価も行った。開発した連結型ブロック検出器は、体軸方向にPMTをシンチレータブロックに対してオーバーラップして配置する。この方式を用いることによりPMTの本数を従来の約半分に減らすことが可能となった。実際の検出器は2.9mmx2.9mmx15mmのGSOを8x8に配置したGSOブロック5個に対して、6本の2回路内蔵型PMTを各GSOブロックに対してオーバーラップして光学結合した構造とした。この検出器の2次元位置ヒストグラムを測定した結果、8x40のマトリクスに配置したGSOをほぼ完全に弁別することができた。また開発した連続型ブロック検出器を4ブロック隣接して配置することにより、パネル型2次元ガンマ線イメージング装置を構成した。