hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ラクトフェリンを用いた早産抑止効果の臨床応用への可能性に関する検討

【目的】Lactoferrin(LF)は、制菌・抗菌、抗炎症、免疫調節など多彩な作用を有することが報告されている。今回我々は当該施設での動物実験委員会の承認を得て、子宮頸管内にE.coliを直接投与することによりラビット早産モデルを作成し、LFの早産の予防に関する研究を行った。【結果】1.妊娠継続日数は、生食群7.0±0日、E.coli群3.3±0.4日、LF群4.9±1.8日であり、LF群はE.coli群と比較し有意に延長した。2.胎児生存率は生食群95.7%、E.coli群0%、LF群32.6%であり、LF群はE.coli群と比較し有意に高値を示した。3.分娩時の母獣血清中TNF-α濃度は生食群45.6±10.2pg/ml、E.coli群96.6±22.6pg/ml、LF群69.2±12.0pg/mlであり、LF群においてE.coli群と比べて有意差を認めなかったが、低くなる傾向があった。4.分娩時の羊水中TNF-α濃度はE.coli群218.7±27.2pg/ml、LF群48.5±24.7pg/mlであり、母獣血清中と同様の傾向を認めた。【まとめ】LFはE.coli投与ラビット早産モデルの妊娠期間を延長し、胎児生存率を上昇させた。さらに母獣血清、羊水において炎症性サイトカインであるTNF-αを抑制させた。以上のことから、LFが早産の予防・治療、さらには母体及び新生児予後改善の手段として応用できる可能性が示唆された。ヒト子宮頚管細胞を用いた頚管感染モデルによる実験系既に作成したヒト子宮頚管細胞を用いた子宮内感染モデルを用い、各種バクテリア(特に切迫早産・preterm PROMの病因菌)に対するNatural Antibioticsの殺菌・制菌効果について条件設定も含めて検討する。さらに上記バクテリアに対するラクトフェリン・レセプターの発現をも検討した。現在投稿準備中である。切迫早産動物モデル(ラビット)を用いた実験系動物実験管理委員会の承認の下(既取得)、ラビット切迫早産動物モデル(New Zealand White Rabbitの頚管内に直径5mmのfiber scopeを用いてLPSないしは細菌を直接投与し、早産予防薬として臨床応用の可能性について更に具体的に検討。実際には妊娠ラビットに対し様々な細菌を用いて頚管炎及び絨毛膜羊膜炎を発生させ、そこへラクトフェリン(特にrecombinant human Lactoferrin:rh-LF)などのNatural Antibioticsを各種条件下で投与し、その有効性の確認および評価を行った。【方法】(1)妊娠継続期間の比較、(2)投与された細菌数の推移、(3)血中、羊水および頚管粘液中のサイトカインを含めた早産マーカーの比較。さらには、その効果を従来の治療薬(COX-2選択的阻害剤なども含めて)と比較した。また病理学的にも検討を加えた。【結果】(1)rh-LF投与による妊娠期間の延長が認められた。(2)及び(3)については現在測定中である。母獣の子宮及び卵膜での炎症の程度、胎児の脳におけるアポトーシスの発現等についても現在検討中である。切迫早産動物モデル(ラビット)を用いた実験系動物実験管理委員会の承認の下(既取得)、ラビット切迫早産動物モデル(New Zealand White Rabbitの頚管内に直径5mmのfiber scopeを用いて細菌を直接投与し、早産予防薬として臨床応用の可能性について更に具体的に検討。実際には妊娠ラビットに対しE.coliを用いて頚管炎及び絨毛膜羊膜炎を発生させ、そこへNatural AntibioticsでありPrebioticsのひとつであるラクトフェリン(特にrecombinant human Lactoferrin:rh-LF)を各種条件下で投与し、その有効性の確認および評価を行った。(2)及び(3)については(1)rh-LF投与による炎症性サイトカインの産生抑制効果が認められた。以上より、ラクトフェリンの早産予防に対する臨床応用の可能性が示された。

3.分娩時の母獣血清中TNF-α濃度は生食群45.6±10.2pg/ml、E.coli群96.6±22.6pg/ml、LF群69.2±12.0pg/mlであり、LF群においてE.coli群と比べて有意差を認めなかったが、低くなる傾向があった。4.分娩時の羊水中TNF-α濃度はE.coli群218.7±27.2pg/ml、LF群48.5±24.7pg/mlであり、母獣血清中と同様の傾向を認めた。【まとめ】LFはE.coli投与ラビット早産モデルの妊娠期間を延長し、胎児生存率を上昇させた。さらに母獣血清、羊水において炎症性サイトカインであるTNF-αを抑制させた。以上のことから、LFが早産の予防・治療、さらには母体及び新生児予後改善の手段として応用できる可能性が示唆された。
表面ナノ加工基板を用いた表面支援レーザー脱離イオン化質量分析システム

低分子の解析に最適なナノ基板を用いる表面支援LDI(SALDI)システムの開拓を行った。合金からのDealloy法によって、電気化学的エッチングによりナノポーラス白金基板の作製を行い、成功した。また、合金組成の違いによって、ナノポーラス構造が大きく変化していることを見出した。この基板をSALDIに用いたが、有機化合物の脱離・イオン化は熱拡散により困難であった。それに対し、半導体微粒子の集積法によるLDI用試料基板形成を行い、LDI質量分析に用いたところ、効率よく化合物が脱離・イオン化されることが明確となった。表面支援レーザー脱離イオン化法に対する新しい基板の構築とその脱離・イオン化メカニズムの解明を行っている。本年度は、金属腐食の機構を有効に用いて、合金基板から特定の金属元素のみを選択的に溶解させるDealloy法(脱成分腐食法)や電気化学的手法によってナノオングストロームレベルでの凹凸をもつ金属ならびに半導体基板の作製ならびにその処理・表面構造解析とレーザー脱離イオン化について検証するとともに、そのメカニズム解明のための装置設計を行った。具体的には銅/白金合金基板から銅のみを溶解させエッチングし、表面でナノからオングストロームレベルの凹凸をもつ基板を作成することに成功した。その凹凸のサイズについては、処理法によって制御可能であった。その基板の表面SEM写真および断面TEM写真の撮影を行い、その凹凸について評価した。また、電気化学的操作によるナノレベルの凹凸をもち、かつ、先端を先鋭にした基板の開発にも成功している。こうした基板を用いたLDI実証試験を行っているところであり、いくつかの低分子化合物とペプチド・タンパクの高効率なソフトイオン化が可能となったことが示された。しかしながらいくつかの有機化合物は脱離されないことが見出され、その理由はまだ不明である。こうした脱離イオン化の詳細な機構を検証するために、レーザーによる有機物質脱離量を検量するためのシステム構築について設計を開始し、22年度、実際に作製に入る。銅/白金合金基板から脱成分腐食によって合成した基板表面には、白金ナノ粒子が堆積していることが示された。白金は紫外レーザー照射による有機物の基板からの脱離に効果的であることが考えられたが、基板上に作成される凹凸が大きいことが理由と考えられるが、効率のよい脱離が難しかった。特にアニール後の基板からは全く脱離されず、導電性と基板の凹凸の大きさは脱離能に大きな影響を示すことが明らかとなった。一方で、白金ナノ粒子を用いた有機物の脱離能は、その構造などで大きく影響されることも有機化合物の脱離評価によって明らかとなってきている。また、白金、銅組成を変更して銅/白金合金基板を作製した。組成を変えることで腐食処理後の白金粒子の大きさを変化させることができた。本年度はさらに、実際に、プロトタイプとなるLDI-TOF-MS装置を設計・製作した。特にこれは、SALDI-MSに適合するように試料チャンバーを設計し、レーザーも波長を選択できるようにしている。さらに本装置では、従来のLDI-TOF-MSの機能に加え、脱離およびイオン化について、容易に分けて実験を行えるような環境を作成することを目指した。そのために設計を途中変更して、より容易に脱離・イオン化について分離して考察できるシステムとした。このために時間を余計に要してしまったが、容易にイオン化を行うメカニズムをコストをかけずに付加することができた。質量分析分野において、レーザーを用いて基板からサンプルを脱離・イオン化する。特に、このとき、有機マトリクスを加えて行うことをMALDIという。このとき、マトリクス分子にはレーザーエネルギーが大きく関与し、マトリクス分子が分解し、いくつかのピークを示す様になる。一方で、ナノ粒子やナノ構造基板を用いてレーザー照射するSALDI-MS法では、こうしたピークを示さないため、低分子量化合物である薬物・毒物の検出に向いている。そこで、いくつかのナノ構造をもつ金属基板、半導体基板を作成し、SALDI-MS検討を行った。SALDI-MS検討の結果、ナノ粒子、金属種の違いによって、ソフトイオン化率、検出効率などが大きく異なることが分かった。しかし、レーザー照射によって生じる熱は非常に大きく、脱離に対する影響が非常に大きく変化するとは考えにくい。MALDIシステムでは、検出されるのは、脱離した分子のごくわずかがまずイオン化され、それから検出されると考えられており、それをラッキー・サバイバーという。それを考えると、多くの場合には、低分子はMALDI、SALDI双方において脱離しており、そのイオン化システムに検出効率が大きく依存する可能性が高いと考えられる。その場合、イオン化効率をあげることが、検出への近道であると結論することができる。これを考えたとき、ナノ構造体・ナノ粒子表面に特定のイオンを持たせることが好ましいことが分かった。

これまで検討してきたナノ粒子の中では、酸化銅を用いた場合には、銅2+の附加体が検出されることが分かり、また、アルカリ金属イオンを多くドープしたものなどは、そのイオンが附加する場合を見つけることができた。これは新しいSALDIシステムとして興味深い
サイトカインによる卵胞発育の卵巣内調節機構に関する基礎的研究

卵胞の発育は、排卵およびそれに続く黄体形成がつつがなく行なわれるための重要なプロセスであり、その障害がすなわち卵巣機能不全であると言っても過言ではない。卵胞発育は主として下垂体ホルモンであるゴナドトロピンにより調節されているが、ゴナドトロピン受容体の未発達な未熟卵胞の発育等、ゴナドトロピンによる内分泌調節のみでは説明できない点が多く、卵巣内局所因子による調節機構の解明が重要である。最近では、NGF、VIPなどニューロペプタイドなどの神経系による制御機構の可能性が、挙げられてきているが、我々はこうした卵巣内調節因子として以前よりサイトカインに代表される免疫系が重要な役割を担っている可能性を報告してきた。こうした卵巣内局所因子に関する報告は顆粒膜細胞・莢膜細胞に対する影響を単独にみたものがほとんどであるが、これらの細胞培養系では、回収できる細胞は比較的成熟した卵胞由来の細胞のみであり、ゴナドトロピンの調節を受けない未熟な細胞を採取することは技術的には困難である。本研究ではマウス初期卵胞の培養系を確立し、これらを用いて初期卵胞の成熟過程をサイトカインを含めた様々の観点から検討することを目的とした。今回の我々はマウス初期卵胞の培養系確立に成功し、それを用いて解析した結果、2点の重要は発見をした。ひとつは、インテグリンa6とラミニンとの結合をブロックすることによって顆粒膜細胞のエストロゲン産生が増強することと、ふたつめは、アミノペプチダーゼのインヒビターであるベスタチンを添加することにより、やはり顆粒膜細胞のエストロゲン産生が増強することである。これらは、まったく新しい卵胞発育機序を示唆しており今後のさらなる解析が求められる。平成6年度は、まず成熟ICRマウス卵巣より、機械的・酵素的処理を加えることにより比較的均一ゴナドトロピンに低い反応を示す初期卵胞を分離し、ウシ胎仔血清を含む培養液中で組織培養し、ゴナドトロピンへの反応を主にステロイド産生能を指標にして安定な系の確立を目指した。ところが、成熟マウスでは、すでに多くの卵胞がゴナドトロピンへの反応性を獲得していること、場合によっては卵巣内に排卵後の黄体が存在していることなどがあり、卵巣は小さいながら、未成熟のマウス卵巣を使用することに変更した。まず基礎実験として2週齢前後のICRマウスにPMSG+hCGによる過排卵刺激を加えて反応をみたところ、13日齢マウスでは全例に排卵がみられなかったものの、16日齢マウスではほぼ全例に排卵を認めたため、ゴナドトロピンへの低反応性卵胞として12日齢マウス卵巣を、またゴナドトロピン高反応性卵胞として28日齢マウス卵巣を用いることにした。これは、12日齢のマウス卵巣を用いることで、均一でかつ低ゴナドトロピン反応性の卵胞を得ることが可能となった。しかしながら、次の段階として、サイトカインその他の成長因子の卵胞発育への影響を検討する上では、無血清培地での安定した培養条件が望まれるが、現段階では、いまだ確立したとはいえない。分離操作での細胞障害がその大きな問題点と考えられ、初期卵胞発育に対する免疫系の関わりを明らかにするためには、さらに培養系を改良する必要があると思われる。

最近では、NGF、VIPなどニューロペプタイドなどの神経系による制御機構の可能性が、挙げられてきているが、我々はこうした卵巣内調節因子として以前よりサイトカインに代表される免疫系が重要な役割を担っている可能性を報告してきた。こうした卵巣内局所因子に関する報告は顆粒膜細胞・莢膜細胞に対する影響を単独にみたものがほとんどであるが、これらの細胞培養系では、回収できる細胞は比較的成熟した卵胞由来の細胞のみであり、ゴナドトロピンの調節を受けない未熟な細胞を採取することは技術的には困難である。本研究ではマウス初期卵胞の培養系を確立し、これらを用いて初期卵胞の成熟過程をサイトカインを含めた様々の観点から検討することを目的とした。今回の我々はマウス初期卵胞の培養系確立に成功し、それを用いて解析した結果、2点の重要な発見をした。ひとつは、インテグリンα6とラミニンとの結合をブロックすることによって顆粒膜細胞のエストロゲン産生が増強することと、ふたつめは、アミノペプチダーゼのインヒビターであるベスタチンを添加することにより、やはり顆粒膜細胞のエストロゲン産生が増強することである。これらは、まったく新しい卵胞発育機序を示唆しており今後のさらなる解析が求められる。
dおよびf電子を含む系の軌道偏極とX線吸収二色性の理論

研究期間中に得られた成果を以下に記す。1.YTiO_3を含む遷移金属酸化物における軌道偏極とX線吸収二色性モット絶縁体では珍しい強磁性を示すYTiO_3のTiの3d軌道秩序状態とTi_2p内殻軟X線吸収スペクトル線二色性の関係をTiの電子間多重極相互作用と結晶場を考慮した1イオン模型に基づき調べた。また、この係で行われた線二色性スペクトルを解析し、T_1イオンの3d電子状態に3重縮重したt_<2g>軌道のどのようおな重ね合わせになっているかを明らかにした。また、同様の手法に基づき、多くの酸化物で行われた軟X線吸収二色性実験を解析し、3d軌道の偏極状態に関する情報を引き出すと共に秩序状態の出現機構を議論した。2.GW近似計算のためのFLAPW法による誘電関数計算コードの開発GW法で本質的な役割を果す誘電関数を平面波を基底関数として採用し、その対称化された行列要素の計算精度がどの程度平面波エネルギーのカットオフに依存するかを調べた。具体的に、MnO, N_1,Siを選び行列要素の計算を行った結果、カットオフとして20Ry程度を選ぶことにより、誘電関数が精度よく求まることを示した。これは波動関数のLAPW基底と同程度のカットオフであり、平面波基底による誘電関数の計算が十分実用に適した手法であることが明らかになった。3.BaVS_3における金属絶縁体転移の理論BaVS3は六方晶ペロブスカイト構造を持ち、VS_6八面体がC軸方向に1次元鎖を成す。この系で起こる金属絶縁体転移の機構を、周期的境界条件を課した8個のVイオンから成る1次元鎖を考え、軌道縮重、原子内クローン・交換相互作用を考慮したハミルトニアンをランチョス法で取り扱うことにより調べた。その結果、この系の金属絶縁体転移は、強い電子格子相互作用に起因し、長周期の軌道秩序を伴なっていること、またそれに伴う電荷密度波の振動は小さいことを示した。またV3d軌道占有から予想されるVp内殻X線吸収スペクトル線二色性を議論した。(1)3d遷移金属酸化物の軌道秩序と軟X線吸収線二色性モット絶縁体では珍しい強磁性体YTiO_3に対し、強磁性出現機構と深く関係する3重縮退したTi 3d t_<2g>軌道の軌道秩序状態とTi L_<2,3>吸収の線二色性の関係を、多重極相互作用を考慮した1イオン基づき、理論的に明らかにした。また、広島大学の物質創製、放射光測定グループと共同で、この系でのTiの軌道秩序状態を確定した。その結果、溝川と藤森によって指摘されていた4つ副格子でのxy, yz, zx軌道の占有比をほぼ再現することが示された。さらに2重縮退を持つ3d e_g軌道での軌道秩序を含め、総合的に軌道秩序と線二色性の関係を調べた。特に、2重縮退の系では、強的・反強的軌道秩序を問わず、線二色性スペクトルが観測される限り、それの基本的パターンは1種類であることを示した。(2)3

d遷移金属酸化物の金属絶縁体転移と高エネルギー分光理論VO_2およびTi_2O_3の金属絶縁体転移について、3d軌道の縮重度および原子内交換相互作用を考慮した多電子描像に基づく有限サイズクラスター模型を用い議論し、その転移の機構が統一的な見地から説明しうることを示した。転移により逆光電子分光スペクトルおよび遷移金属L_<2,3>吸収の線二色性に大きな変化が予想され、予測されるスペクトルの計算も行った。また、マグネタイトにおける円偏光入射2p内殻共鳴光電子分光実験の解析を行い、価電子帯頂上付近の3d電子状態について詳細な情報が得られることを明らかにした。さらにこの物質の低温相における、軌道・電荷秩序状態についても議論した。1.マグネタイト(Fe_3O_4)における複素軌道秩序の可能性マグネタイトFe_3O_4に対し、Fe Bサイトのminority spinを持つt_<2g>電子のモデルとしてspinless-3バンドハバードモデルを仮定し、有限サイズクラスターの厳密対角化法とHatree-Fock近似を用いて、Verwey転移の前後での電荷・軌道秩序を議論した。我々は、non-collinearな軌道磁気モーメントを伴った複素軌道秩序状態が高温および低温相の両方で実現しているという従来とは全く異なる説を提案した。ここで言う複素軌道秩序状態とは、占有軌道の波動関数が3つのt_<2g>軌道xy,yz,zxの複素係数の線形結合として表される秩序のことである。Verwey転移は3d電子状態と格子歪みとの強い結合によって、低温相で電荷秩序を伴ったより長周期の秩序状態が実現することに起因し、バンドギャップの異なる半導体から半導体への転移であるという解釈を提案した。LaMnO_3とYTiO_3に対しLDAに基づく第一原理計算およびLDA+Uの計算を行った。LaMnO_3についてはLDA,LDA+Uともに、正しい軌道秩序を得ることを確認した。MnのK edge共鳴X線散乱の実験から、Mnの非占有p状態が偏極していることが知られているが、その起源をめぐっては、Coulombメカニズム(同一サイトの3d電子からのCoulombポテンシャルによりp状態が偏極)とJahn-Tellerメカニズム(隣接酸素のp軌道との強い混成の結果、Jahn-Teller歪みおよび結晶の対称性を反映しp状態が偏極)の間で論争がある。我々は第一原理計算から、Jahn-Tellerメカニズムが支配的であることを明らかにするとともに、これを実験的に確証する方法として、K edge X線内殻励起線二色性の実験を提案し、そのスペクトルの予言を行った。YTiO_3についても同様の計算を行った。本年度に得られた成果を以下に記す。1.GW近似計算のためのFLAPW法による誘電関数計算コードの開発GW法で本質的な役割を果す誘導関数を平面波を基底関数として採用し、その対称化された行列要素の計算精度がどの程度平面波エネルギーのカットオフに依存するかを調べた。具体的に、MnO, Ni, Siを選び行列要素の計算と行った結果、カットオフとして20Ry程度を選ぶことにより、誘導関数が精度よく求まることを示した。これは波動関数のLAPW基底と同程度のカットオフであり、平面波基底による誘導関数の計算が十分実用に適した手法であることが明らかになった。2.BaVS3における金屑絶縁体転移の理論BaVS2は六万晶ベロブスカイト構造を持ち、VS6八面体がc軸方向に1次元鎖を成す。この系で起こる金属絶縁体転移の機構を、周期的境界条件を課した8個のVイオンから成る1次元鎖を考え、軌道縮重、原子内クローン・交換相互作用を考慮したハミルトニアンをランチョス法で取り扱うことにより調べた。
量子ドットにおける励起子ラビ振動と位相緩和機構の研究

本研究の目的は、重ね合わせ状態の自在な制御に対応する「ラビ振動」の観測を、従来とは異なる新しい手法でより直接的に観測する事であった。これに対して(1)従来の方法で測定したラビ振動を理論的に説明、(2)新しい手法を実現するための実験系の構築、の2つの成果が挙げられる。(1)新規の方法でラビ振動を測定する前に、従来の方法で測定したラビ振動を理論的に説明する必要があると考え解析を行った。本研究で観測されたラビ振動は理想的な単一2準位系モデルの計算からずれていた。そして集団であることの効果(遷移エネルギー・遷移双極子モーメント・励起電場強度のばらつき)だけを考慮した計算で、フィッティング変数を一切使うことなく、実験結果を非常によく再現することに成功した。つまり、我々の試料が、外界との大きな相互作用もない単純な2準位系の集団として見ることができる系であることを証明した。これは、ラビ振動の実時間測定を行う上でも非常に大きな特長となる。また、励起電場強度の空間分布を制御することで、マクロなラビ振動を積極的に制御できるという事を理論的・実験的にデモンストレーションすることにも成功した。(2)従来の方法では励起子ラビ振動はすべてパルスエリアの変化を入射電場の強度を変化させることで実現してきた。しかしこの方法ではキャリア密度増大の効果を避けることができないという問題があった。そこでパルス幅を連続的に変えることによってパルスエリアを変化させる方法を提案し実験系を構築した。実時間測定を行う上で我々はパルス時間幅を連続的に変えることのできるパルスシェイパーを構築した。比較的スペクトルの広いフェムト秒パルスを回折格子によって空間的にスペクトル分解して特定のスペクトルのみ切り出して再び回折格子で元に戻す。この過程によってスペクトル幅(時間幅)を連続的に変化させることが可能になった。
STMデータ解析における統計物理学的モデル推定手法の構築

STMトポグラフィ像に現れる原子を表すピークについて、その中心位置や幅といったパラメータをスパースモデリングを用いたベイズ推定によりデータそのものから推定可能にするアルゴリズムを開発した。これにより、超伝導を示すSrVO3薄膜上の酸素原子位置を局所的な歪みや欠損位置まで含めて推定することができるようになった。さらに、原子欠損間に働く有効相互作用を推定することで背後にある物理過程を推測することや、二種類以上の原子が含まれるSTMトポ像から原子位置の特定と原子種の弁別をも可能にするアルゴリズムを開発した。また、モデル選択において重要な交差検証誤差について、再重率法を用いた高速な計算手法を開発した。本年度は走査型トンネル顕微鏡(STM)により得られるトポグラフィデータに対するモデル推定を用いた原子位置決定手法の基礎確立と検証を研究計画に設定しており、これを完遂した。本研究では、STMトポグラフィデータに現れる一原子に対応するひとつひとつのピークを適切な基底関数でモデル化し、モデルパラメータをデータから推定する機械学習的手法の構築を目指している。これにより、フーリエ解析では捉えきれない試料表面の局所的な歪みや原子欠損など、高温超伝導などの特異的な物性に影響を及ぼす情報の抽出が可能になる。本年度の研究計画では、1.データモデル構築+データ解析手法の実装、2.人工ダミーデータにおける解析手法の検証、3. STM実測データへの応用の3点を挙げた。1.について、我々の提案するデータ解析手法はデータからのピーク分離問題と捉えることができる。一般的に、ピーク分離問題はピーク数が未知の場合について困難であることが知られており、本研究も計画立案当初においてはピーク数既知の状況についてのモデル推定手法の構築を目指していた。しかしながら、本年度の研究進展に伴い、機械学習で用いられる関連ベクトルマシン(RVM)を用いたデータモデルを構築することで、ピーク数未知の状況においても正しくピーク数、ピーク位置、ピーク強度を推定することが可能となった。続いて、2.について新たに実装された解析手法をダミーデータに適用することで我々の解析手法を用いることでデータピクセル数の解像度を超えた精度での原子位置推定が可能となったことが確かめられた。さらに、SrVO3表面におけるSTMトポグラフィデータに対しても本データ解析手法が有効であることが確かめられ、実際のデータに対しても格子歪みを検出できる精度での原子位置推定が可能となった。本研究の成果は日本物理学会などの場において既に公表されている。本研究計画立案当初では、原子数が既知の状況におけるSTMトポグラフィデータからの原子位置推定手法を提案していたが、情報科学分野の研究者との交流により、機械学習的手法を用いることで、原子数未知の状況での推定という計画を超える形でのデータ解析手法が確立できた。本研究成果はSTMトポグラフィデータに限らず、様々なイメージデータからのピーク分離、特徴抽出に応用することができ、汎用性が高い手法となっている。さらに、共同研究者であるSTM専門家とのデータを介した密な連携体制を整えることができ、物質材料科学の本丸のひとつともいうべき高温超伝導物質の物性発現機構の解明に繋がる端緒を新しく切り開くことができた点において、提案当初よりも進展していると考える。本年度はSTMのターゲットとして、重要な物質系である金属酸化物薄膜における実測データに対する原子位置・欠損位置の抽出を可能にするデータ解析手法の確立を目指し、これを完遂した。計画初年度で構築したスパースモデリングを用いた関連ベクトルマシン最適化手法により、ピーク数未知かつ多数の2次元マップデータにおけるピークスペクトル分解が可能となった。これを実データに対し適応する際には様々な困難がある。すなわち、スペクトル分解に用いる基底関数の選択、またサンプル表面の鉛直方向の不均一性(すなわち、テラスなどの表面特有の構造)による誤判定などが挙げられる。しかしながら、東工大一杉研究室から提供されたSrVO3薄膜表面におけるSTMトポグラフィーデータに対する応用では、当初想定した二次元ガウス関数によるピーク分解が有効であることがわかり、実際に欠損の正確な密度推定、分布の特徴づけ、原子位置のゆらぎを高精度で定量化することが可能となった。特に、酸素原子欠損の分布に関しては、空間統計学の応用から4格子間隔程度までは排他的(欠損間の斥力の存在を示唆)、それより長距離のスケールではランダムな配置であることが明らかとなり、局所的な不均一さがもたらす物性発現の解明に重要な物理量を定量化したことが大きな成果である。初年度にあげたダミーデータ上でのデータ解析手法の構築・検証を踏まえて、二年度目は実際の試料に対するデータ解析を行い、大きな成果を得た。特に、金属酸化物薄膜中の原子欠損の空間分布について、フーリエ解析などを用いた従来手法では明らかにできなかった空間配置の特徴付けが得られた点については、単なるデータ解析を超えて、「物理」の抽出が実際の計測データから可能となったという点において、大きな成果を上げたと言える。さらに、本研究計画提案当初に想定した物質系以外にも様々な物質系におけるデータ解析のニーズを拾い上げることができ、当初見込んでいたよりも多くのSTM専門家とのデータを通じた共同研究体制が構築できたことは想定以上の成果と言える。データ駆動科学アプローチの一例として、今まで抽出することが困難であった物理を定量化することが物質科学研究を質的に進化させる過程においては、多様な物質系におけるデータを収集し、解析し、テストケースを積み上げることが重要であると認識しているが、本研究計画はその点において大きな共同研究バックグラウンドを構築できている。情報科学で近年注目されているスパースモデリングの枠組みを用いたSTMデータ解析について、主に金属酸化物薄膜における実測データへの応用に関する研究を行った。

前年度までの研究でノイズの大きなSTMトポグラフィデータに対して、原子を表すピークを2次元ガウス関数とみなすことにより、原子位置を測定解像度を超えた精度で決定することが可能になった。ここで用いたアルゴリズムは関連ベクトルマシンとスパースモデリングという二つのデータ科学の知見の融合であり、その成果は本年度内に論文誌「Journal of the Physical Society of Japan」に掲載済みである。以降、本年度における成果をまとめる。前年度までの主要なターゲットはSrTiO3薄膜であった。扱っている薄膜の表面に現れる原子は頂点酸素原子のみであることが事前にわかっており、ピーク種はこの一つに限られる。一方、Fe(Te, Se)などの鉄系超伝導物質においては、Te, Seという二つの種類の原子が共存しており、これらの空間分布や間に働く相互作用は不明である。そこで前年度までに開発したSTMトポグラフィデータに対する原子位置・ピーク幅・ピーク強度に関する解析手法を新たな物質系に適用し、得られたピーク強度から各々のピークの種類を弁別することに成功した。さらに、ボルツマン機械学習のアイデアを敷衍し、それぞれの間に働く友好相互作用(引力か、斥力か、あるいはその相互作用長)を推定する枠組みを構築した。また、これまでの推定において例えば、ピーク幅を決定する際に重要な交差検証エラーの平衡統計力学における再重率法を応用したマルコフ連鎖モンテカルロ法による新たなサンプリング手法を開発し、計算コストを小さくしたハイパーパラメータの決定を行うための手法が確立された。以上の成果は論文ならびに、日本物理学会大会などの発表で公表済みである。STMトポグラフィ像に現れる原子を表すピークについて、その中心位置や幅といったパラメータをスパースモデリングを用いたベイズ推定によりデータそのものから推定可能にするアルゴリズムを開発した。これにより、超伝導を示すSrVO3薄膜上の酸素原子位置を局所的な歪みや欠損位置まで含めて推定することができるようになった。さらに、原子欠損間に働く有効相互作用を推定することで背後にある物理過程を推測することや、二種類以上の原子が含まれるSTMトポ像から原子位置の特定と原子種の弁別をも可能にするアルゴリズムを開発した。また、モデル選択において重要な交差検証誤差について、再重率法を用いた高速な計算手法を開発した。STMのターゲットとして、重要な物質系である金属酸化物薄膜における実測データに対する原子位置/欠損位置の抽出を可能にするデータ解析手法の確立を目指す。この試みにおいては、汎用的な解析手法と、個別の系やデータの性質に依存するケース・バイ・ケース的処方箋の二つを明確に切り分け、より汎用的なデータの解析に寄与する手法開発が肝要である。一般に、酸化物表面の構造は乱れが多く、本質的に得られるデータも様々な要因による系統誤差が含まれる。
局所網膜電図と局所視覚誘発電位に関する研究-スキャンニングレーザーオフサルモフコープ(SLO)を用いて-

目的:Scanning laser ophthalmosco(SLO)microperimetryは、眼底を直視下に見ながら網膜を直接光刺激して、局所の網膜感度を自覚的に測定するものである。我々はこの機器を利用し、網膜局所の他覚的機能検査である局所網膜電図(ERG)および局所視覚誘電位(VEP)測定の可能性と、その測定条件について検討した。方法:Buriann-Allen電極をERGの記録電極とし、VEP記録にはには銀塩化銀電極を用いた。刺激および眼底のモニターにはSLO microperimetryを用いた。背景光10cd/m^2で、刺激時間は100ms、He-Neレーザー光(6200cd/m^2:0dB)を用いた刺激光を、サイズ、強さ、刺激部位を変え、種々の条件下でERG,VEPを記録した.記録は50回加算平均した。結果:ERGに関しては、正常被検者で視神経乳頭と同大の刺激光(直径約5度)で黄斑部を刺激した場合、反応は刺激光の強度に伴い大きくなるが、25dB以上ではa波、b波とも振幅の増大傾向は認められなかった。散乱光の影響をみるために視神経乳頭で視神経乳頭と同大の刺激を加えた場合、25dBまでは反応が得られなかったが、25dBより強い刺激では弱いながらも反応が記録された。25dB、さらに2dB弱い27dBで、黄斑部とその耳側、鼻側網膜のERGを測定したところ、黄斑部で最大振幅を得たが、耳側、鼻側網膜においても反応が得られた。黄斑部で刺激サイズを小さくしたところ、直径100′、27dBの刺激においても、a波は小さいもののb波は良好な振幅を保っていた。VEPに関しては、ERGと同様の傾向を得たが、今回のシステムではノイズが多く、困難があった。結論:SLO microperimetryを用いて局所ERGを測定することが可能であった。刺激強度としては25dBあるいは27dBが適当であると考えられた。黄斑部では直径100′の小さな刺激でも反応を得ることができ、臨床上有用な検査であることが示唆された。本年度はスキャニングレーザーオフサルモスコープ(SLO)を用いた局所網膜電図、局所視覚誘発電位の記録方法の確立を目標としていたが、必要機器の組立設置後に新たに生じた問題として、SLOと交流増幅器の両方へ同時に刺激の信号を送ることのできる装置が必要となった。これは、コンピューターマウスの改良とスイッチボックスを組み合わせた装置を作製し、現在、0.50.1HZの刺激が可能となっている。次の問題は雑音の問題である。通常、局所網膜電図や局所視覚誘発電位は数μVと非常に小さな電位変化であるため、雑音の混入に左右される。このため、加算平均はもちろんであるが、S/N比のよいBurrian-Allen電極を用いることにより雑音を減弱させることが可能となりつつある。しかしながら、まだまだ満足な記録は得られていないのが実情である。さらに問題となるのは、刺激時間が100msecであるため、それによるONとOFFの反応の関係も考えなければならない点である。現在、2名の正常被験者を用いて、黄斑部、黄斑近傍、視神経乳頭部の刺激による局所網膜電図と局所視覚誘発電位の同時記録を繰り返し行なっている。

再現性のあるデータをとることができるようになった後に、さらに多数の正常被験者で記録し、正常コントロールの確立を次年度の前半の目標とする。その後に、種々の眼科的疾患における記録を施行したいと考えている。目的:Scanning laser ophthalmoscope(SLO)microperimetryは、眼底を直視下に見ながら網膜を直接光刺激して、局所の網膜感度を自覚的に測定するものである。我々はこの機器を利用し、網膜局所の他覚的機能検査である局所網膜電図(EPG)および局所視覚誘電位(VEP)測定の可能性と、その測定条件について検討した。方法:Buriann-Allen電極をERGの記録電極とし、VEP記録には銀塩化銀電極を用いた。刺激および眼底のモニターにはSLOmicroperimetryを用いた。背景光10cd/m^2で、刺激時間は100ms、He-Neレーザー光(6200cd/m^2:0dB)を用いた刺激光を、サイズ、強さ、刺激部位を変え、種々の条件下でERG、VEPを記録した。記録は50回加算平均した。結果:ERGに関しては、正常被検者で視神経乳頭と同大の刺激光(直径約5度)で黄斑部を刺激した場合、反応は刺激光の強度に伴い大きくなるが、25dB以上ではa波、b波とも振幅の増大傾向は認められなかった。散乱光の影響をみるために視神経乳頭で視神経乳頭と同大の刺激を加えた場合、25dBまでは反応が得られなかったが、25dBより強い刺激では弱いながらも反応が記録された。25dB、さらに2dB弱い27dBで、黄斑部とその耳側、鼻側網膜のERGを測定したところ、黄斑部で最大振幅を得たが、耳側、鼻側網膜においても反応が得られた。黄斑部で刺激サイズを小さくしたところ、直径100'、27dBの刺激においても、a波は小さいもののb波は良好な振幅を保っていた。VEPに関しては、ERGと同様の傾向を得たが、今回のシステムではノイズが多く、困難があった。結論:SLO microperimetryを用いて局所ERGを測定することが可能であった。刺激強度としては25dBあるいは27dBが適当であると考えられた。黄斑部では直径100'の小さな刺激でも反応を得ることができ、臨床上有用な検査であることが示唆された。
ICTを活用した見積りスキルアップ食育プログラムの展開

食品素材や料理の重量見積りは,管理栄養士やその対象者(患者)自身が食品摂取状況を把握するために必要な技能である.本研究は,ICT(情報通信技術)を活用した食品重量見積力習得プログラムを開発することと,その学習効果を向上させるための指針を得ることを目的とした.食品の2次元デジタル画像では奥行の把握が難しいことから,3次元表示の食品画像を採用し,さらに画像表示を実物大に補正する電子ものさし機能を採用することにより,学習効果の向上が確認された.6週間の学習により,調味料を除く全食品(25品目)の重量見積りにおいて,精度が高まり,重量見積りへの意識にも向上が認められ,現場での利用が期待される.様々な理由から食事コントロールが必要になると,食品・料理重量の毎回の実測は現実的でないことから,その対象者は重量を見積らなければならなくなる.しかしながら,対象者はもちろんのこと,担当の管理栄養士にとっても,見積力の習得は容易ではない.本研究では,そのような場合に役立つ食品・料理重量見積力習得のための教育プログラムを,近代的な教育手法とICTとを活用して構築している.教育面では行動変容の概念を採り入れ,ICTではeラーニングによる段階的学習を採り入れている.基本的な教育効果の向上を図るとともに,eラーニングでは3次元表示画像を採用することで,より一層の教育効果向上を目指している.設定した項目ごとに行う定量評価により方針を明確化しながら,栄養教育のための食品・料理重量見積力習得プログラムを構築する.本年度は,(1)利用画像を評価項目として,2次元画像(2D)と3次元表示画像2種類(360度立体回転画像(Turn)および一般的な360度立体画像(3D))を採用し,食品重量の「見積りやすさ」に関する視覚的な認知度を検討する調査プログラムを作成して適用調査を行った.形状などを考慮して24種の食品を採用した.食品の3種類画像をPCに実寸大に表示した.調査対象者を434名,栄養士・管理栄養士課程生および社会人として,5件法で見積もりやすさを評価した.その結果,見積りやすさは3D,Turn,2Dの順で,平均得点は3Dで3.5点,Turnで3.0点,2Dで2.4点であった(p<0.01).見積りの困難な液体や粒子状の食品うち,球状食品については3D画像とすることで見積りやすさが向上した.以上の結果を基礎データとして,(2)実寸大表示の2種類の3次元表示画像を採用したeラーニングシステムの開発に着手した.食品重量見積力習得のための教育プログラムとして,2種類の3次元表示画像それぞれのeラーニングシステム(画像表示を実寸大表示に補正するプログラム機能導入)を開発し,その有効性を検討した.複数大学の管理栄養士課程生を教育介入群(2次元表示画像(51名)と2種類の3次元表示画像学習コース(360度立体回転画像(53名)と360度立体画像(55名))と対照群(81名)に分け,教育介入群のみが6週間の食品画像重量の見積り教育と教育前後の食品画像(31品目)重量の見積りテストを実施した.両群は教育前後に計画的行動理論に基づいて作成した質問紙調査(重量見積り意識や行動等)と教育後の重量見積スキル習得度調査(食品画像重量から実物の食品重量の想定と実物の食品(31品目)重量見積り)を行った.質問紙調査と食品画像と実物の食品重量見積力の結果から,3次元表示画像利用のeラーニングシステムの教育プログラムとしての有効性を評価,検討した.重量見積力は,見積り誤差率((重量見積値ー重量実測値)/重量実測値×100)の絶対値(%)から検討した.事前質問紙調査項目の因子分析結果から,5因子(第1因子:教育訓練への意見,第2因子:モチベーション,第3因子:食への関心,第4因子:行動意図,第5因子:行動へのコントロール感)が抽出された.両群の各因子の下位尺度得点を算出し,学習効果を検討した.学習後,教育介入群の全食品画像の見積り誤差率は,学習前より有意に低値になった(p<0.01).表示画像形態別間の重量見積り誤差率には有意差がなかった.学習後,教育介入群の各因子の下位尺度得点が対照群より有意に高値であったのは,行動意図であった(p<0.05).食品画像重量から実物の食品重量の想定は難しかった.実物の食品重量の見積り誤差率は,教育介入群のほうが有意に低値であった.eラーニングシステムの有効性が確認できた.本研究課題は,本年度(H27年度)の研究計画通りに実施ができているため.画像食品を利用した重量見積り教育に,実物食品による重量見積り訓練を一部導入し,学習効果に及ぼす影響を検討した.教育対象を複数大学の管理栄養士課程生とし,教育介入群と対照群(76名)に分け,教育介入群はさらに2次元表示画像食品の利用群(37名),360度立体回転画像食品の利用群(39名),および360度立体画像食品の利用群(41名)に分けた.全ての群が,計画的行動理論(Ajenら)に基づいて作成した質問紙調査(重量見積り意識や行動等),実物食品による重量見積り訓練と訓練前後の重量見積りテスト(31品目)を行ったあと,教育介入群のみが,画像食品を利用した重量見積り教育(eラーニング)と教育前後の重量見積りテスト(31品目)とを,6週間で実施した.

その後,全ての群は重量見積スキル習得度調査(実物大表示された画像食品とその重量をもとに実物食品の重量を推定する技能の調査(5品目))を行い,最後にもう一度,実物食品の重量見積りテスト(31品目)と,前回と同じ質問紙調査を実施した.見積り誤差率((重量見積値ー重量実測値)/重量実測値×100)の絶対値(%)を評価基準としたところ,調味料を除く画像食品と実物食品の見積り誤差率が,学習後の教育介入群で有意に低い値となった.さらに,3次元表示画像食品(360度立体回転画像食品と360度立体画像食品)の利用群は,2次元表示画像食品の利用群よりも,学習後の見積り誤差率が低くなった.質問紙調査項目について因子分析と共分散構造分析を行い,重量見積り行動に影響する要因を検討したところ,行動への態度,行動へのコントロール感や主観的規範は,行動意図との関連が認められ,教育介入群の方が重量見積り教育の重要性を強く認識したことが示された.以上のように,学習効果は向上したと考えられるが,教育改善による見積り誤差率のさらなる低減が,次の課題となっている.食品素材や料理の重量見積りは,管理栄養士やその対象者(患者)自身が食品摂取状況を把握するために必要な技能である.本研究は,ICT(情報通信技術)を活用した食品重量見積力習得プログラムを開発することと,その学習効果を向上させるための指針を得ることを目的とした.食品の2次元デジタル画像では奥行の把握が難しいことから,3次元表示の食品画像を採用し,さらに画像表示を実物大に補正する電子ものさし機能を採用することにより,学習効果の向上が確認された.6週間の学習により,調味料を除く全食品(25品目)の重量見積りにおいて,精度が高まり,重量見積りへの意識にも向上が認められ,現場での利用が期待される.平成26年度の研究実施計画を概ね達成できているが,実寸大表示の2次元画像と2種類の3次元表示画像それぞれによるeラーニングシステムを管理栄養士課程生(21名)に試用してもらい形成的評価を実施したが,統計解析が進んでおらず,次年度内には分析をすすめたい.次年度(平成28年度)は,まず最初に,調査対象者に実物の食品重量の見積り訓練を行ってもらい,食品重量の見積りの認識化を図る.そして,調査対象者に本年度に利用した実寸大表示の2種類の3次元表示画像それぞれによるeラーニングシステム(画像表示を実物大に補正するプログラム機能導入)を学習してもらい,eラーニングシステムの有効性を比較検討する.調査対象者を教育介入群(2次元表示画像と2種類の3次元表示画像の学習コース)と非教育介入群に分け,本年度(平成27年度)と同様に一定期間の教育訓練を行い,本年度(平成27年度)の解析結果から修正した質問紙調査(事前・事後,重量見積り意識や行動などの質問項目)および重量見積力試験を行った結果から,見積力に影響する要因分析を行い,3次元表示画像を利用したeラーニングシステムの教育プログラムとしての有効性を評価,検討する.調査対象者は,本年度(平成27年度)に調査を実施した大学を含んだ複数の大学の管理栄養士課程生を予定している.
質量分析が可視化する植物ステロール代謝のダイナミクス

本研究では、マトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析イメージング(MALDI-MSI)により植物組織内におけるステロール群の代謝動態を直接的に捉えると共に、表現型や転写プロファイルの統合的解析により、ステロールが制御する生理機構を理解することを目的としている。MALDI-MSIでは組織における対象化合物の検出(イオン化)を補助する低分子化合物(マトリックス)の選定および塗布条件の選択が、実験結果に大きな影響を与える。また植物組織に対してMALDI-MSIを行う場合、動物組織とは違い凍結薄切片の作成が困難なため、組織調製法についての最適化が必要であると考えられた。そのため以下に示した実験を試みた。1.高感度かつ再現性の高いMALDI-MSI試料調製法の開発MALDI-MSIではマトリックス塗布方法としてスプレーコーティング法と蒸着法が汎用されているが、両者は検出感度・再現性の面で長所、短所を有する。そこで従来の蒸着法に加えて組織上でのマトリックス再結晶化条件を最適化し、高感度かつ再現性の高いMALDI-MSI試料調整法を整備した。2.シロイヌナズナ葉における代謝物分布解析本課題の目的代謝物であるステロールの可視化には至らなかったが、病虫害に対する防御物質である複数種のグルコシノレート(GSL)の高感度可視化に成功した。さらに異なる生育条件下におけるGSL蓄積および分布の違いを確認し、同試料を用いたLC-MSによるGSL定量解析の結果、MALDI-MSIの結果と相反しない蓄積量の差異が認められた。また同試料におけるGSL生合成・分解に働く遺伝子発現解析と上述の代謝物分析の結果から新規のGSL代謝制御機構を見出した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。植物は多岐に分岐した経路で種々のステロールを生合成し、関連代謝物の存在量比を変化させて発育段階を制御する。ステロール生合成の関連遺伝子が形態形成と連動した応答性を示すことが転写レベルでは明らかになっているが、その合成経路が複雑に分岐し、様々な中間体を経て多様な産物が合成されることから、複数種のステロール群の動態を直接的・網羅的に追跡することは未だ困難である。本研究では組織内の代謝動態を非標識で捉えるマトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析イメージング(MALDI-MSI)技術を用い、植物組織の微小空間でダイナミックに変動するステロール動態を代謝物レベルで可視化し、質量分析を基軸とした新規な分析手法を開発するとともに、関連代謝物の生理機能について理解することを目的としている。上記の目的の達成のために、植物組織に適したMALDI-MSI試料調製法の最適化を行った。試料として用いたシロイヌナズナ葉組織の表皮細胞層を除去することにより、組織内部に蓄積すると考えられる複数の代謝物由来ピークを検出すると同時に、高解像度かつ高感度な代謝物分布画像を得ることに成功した。続いてマトリックス塗布法として、汎用法である真空蒸着法に改良を加えた方法を用いることにより内在性代謝物の高感度かつ再現性の高いイメージング結果を得るに至った。本手法を用い、ステロール群および生合成前駆物質を同時に検出可能なマトリックスの選定、ならびにマトリックス塗布時に組織上においてステロール群を誘導体化する方法により、その組織内動態の同時可視化を試みている。今年度計画していた植物組織を用いたMALDI-MSI試料調製法の最適化を予定通りに実施することができた。その手法として、葉組織の表皮細胞層を剥離し海綿状組織を露出した試料を測定に用いることにより、葉の内部組織に蓄積する内在性代謝物の高感度かつ高解像度なイメージング結果を得る実験条件が整ったと判断できる。またマトリックス塗布法に改良を加えることで、再現性の高いイメージング結果の取得が可能となった。前述の方法を用いて、異なる二種の環境条件下において生育させた植物体の葉を採取し、イメージング解析を行ったところ、ある特定の代謝物の蓄積様式に顕著な差が認められた。これら一連の実験手法をステロール群ならびに生合成中間体に適用できると考えられる。そのため本年度は以下に示した実験を試みた。1MALDI-MSI試料調製法の開発MALDI-MSIでは組織における対象化合物の検出(イオン化)を補助する低分子化合物(マトリックス)の塗布条件の選択が、実験結果に大きな影響を与える。マトリックス塗布法としてスプレーコーティング法、蒸着法が汎用されているが両者は検出感度・空間分解能・実験の再現性に関して互いに長所・短所を有する。この技術的ボトルネックを解決するべく、マトリックス塗布方法の最適化を試みた。組織試料として発芽後2週間のシロイヌナズナ葉、マトリックスとして低分子代謝物の分布解析に有用である9-aminoacridineを使用した。従来の蒸着法に加え、蒸着後に有機溶媒を用いたマトリックス再結晶化処理を行うことにより内在性代謝物の高感度かつ再現性の高いイメージング結果を取得する手法を開発した。2シロイヌナズナ葉のMALDI-MSI植物ステロールを検出できるマトリックスの探索を行ったが、現段階では複数種のステロールを同時に検出可能なマトリックスを見出すには至っていない。

しかしながら、試料調製法を最適化する過程で上述の9-aminoacridineを用いることにより、複数種のグルコシノレート(GSL)の分布様式を可視化することに成功した。この方法を用いて、生育条件に応じたGSL蓄積の時空間的変化を捉えるべく、光条件の違いがGSL蓄積と組織内分布におよぼす影響を解析した。連続光条件下で生育させたシロイヌナズナに一定期間の暗処理を行った試料をMALDI-MSIに供した。当初、予定していたシロイヌナズナ葉におけるステロール分布の可視化には至っていないが、MALDI-MSIの実施例が少ないシロイヌナズナにおいて、内在性代謝物の蓄積様式を高感度かつ再現性良く可視化できる条件を見出したため。本研究では、マトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析イメージング(MALDI-MSI)により植物組織内におけるステロール群の代謝動態を直接的に捉えると共に、表現型や転写プロファイルの統合的解析により、ステロールが制御する生理機構を理解することを目的としている。MALDI-MSIでは組織における対象化合物の検出(イオン化)を補助する低分子化合物(マトリックス)の選定および塗布条件の選択が、実験結果に大きな影響を与える。また植物組織に対してMALDI-MSIを行う場合、動物組織とは違い凍結薄切片の作成が困難なため、組織調製法についての最適化が必要であると考えられた。そのため以下に示した実験を試みた。1.高感度かつ再現性の高いMALDI-MSI試料調製法の開発MALDI-MSIではマトリックス塗布方法としてスプレーコーティング法と蒸着法が汎用されているが、両者は検出感度・再現性の面で長所、短所を有する。そこで従来の蒸着法に加えて組織上でのマトリックス再結晶化条件を最適化し、高感度かつ再現性の高いMALDI-MSI試料調整法を整備した。2.シロイヌナズナ葉における代謝物分布解析本課題の目的代謝物であるステロールの可視化には至らなかったが、病虫害に対する防御物質である複数種のグルコシノレート(GSL)の高感度可視化に成功した。さらに異なる生育条件下におけるGSL蓄積および分布の違いを確認し、同試料を用いたLC-MSによるGSL定量解析の結果、MALDI-MSIの結果と相反しない蓄積量の差異が認められた。また同試料におけるGSL生合成・分解に働く遺伝子発現解析と上述の代謝物分析の結果から新規のGSL代謝制御機構を見出した。ステロール群ならびに生合成前駆物質の分布様式を同時に可視化するべく、混合マトリックスの作製およびステロールの構造類似体であるステロイドの組織上誘導体化法を応用し、イメージング解析を進める。またステロール生合成変異系統における全ステロールの代謝動態を追跡するとともに、代謝物分析、遺伝子発現解析を並行して行うことで、ステロール代謝動態と表現型との相関を検討する。MALDI法におけるステロールの検出方法として、ステロールの構造類似体であるステロイドの組織上誘導体化法を応用すること、またマトリックスを混合使用することにより、ステロール分布を可視化する実験条件の整備を目標とする。またGSLについては今年度得られた結果をもとに、暗処理を行った試料より抽出液を採取し、GSL・含硫黄代謝物定量解析を行う。