hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
食肉の硬直結合解除の起因である筋節A-I接合部からのパラトロポミオシンの遊離

今後、得られた400kDaサブフラグメントを用い、パラトロポミオシンとの相互作用およびパラトロポミオシンの400kDaサブフラグメント上の結合部位を調べる計画である。1,等電点の異なる4個の43kDa断片を酸性側からC1,C2,C3およびC4とし、N末端アミノ酸配列をプロティンシークエンサで分析した結果、C1,C2およびC4断片の配列はそれぞれEGKKHFL---、EGKKHFL---およびYQFRVYAVNK---と決定された。C3断片については分析量が少なく、決定できなかった。2,決定したC1,C2およびC4断片のアミノ配列を、既知のヒト心筋コネクチンA-I接合部領域に対して相同性検索を行った。その結果、C4断片の配列と80%の相同性を示す既知配列がI-51ドメイン(7556-7565AA)に認められた。C1およびC2断片に関してはV8 proteaseの切断部位特異性が適合せず、非特異的な断片であろうと推定された。3,報告されている心筋コネクチンのドメイン構造を基にすると、C4-43kDa断片は45個のドメイン(I-51A-1)から構成されていると考えられ、この領域は、A-I接合部近傍のFibronectin-3様ドメインの特徴的な並びが認められる領域に良く一致した。4,さらにC4断片の内部アミノ酸配列を明らかにするために、in gel digestion法でC4断片を内部消化し、消化物のアミノ酸配列の決定を試みたが、分析量が少なく明らかにできなかった。今後は、A-I接合部領域を含むコネクチンの400kDa断片を材料とし、より詳細なコネクチン上のパラトロポミオシン結合部位を明らかにする予定である。
活動量計とICTを活用した遠隔型運動支援プログラムの効果検証

身体活動の増加は健康の保持増進に有効である。従来広く用いられている対面型の身体活動支援介入は時間や場所が制限される課題を抱えており、重要なターゲットに支援が行き届かない問題を有する。一方で、webやICTを活用したプログラムは、対象者が「いつでも・どこでも」支援を享受できる可能性がある。本研究では、身体不活動が多く見られる中年期の男女を対象に、腕時計型活動量計とICTを活用した遠隔型の身体活動支援プログラムが身体活動量の増加に与える影響を検討することを目的とした。平成30年度は、平成29年12月より開始した「遠隔型身体活動支援プログラム」の効果検証を引き続き行い、中間測定(事前測定より6ヵ月後)と事後測定を行った。対象者は研究参加の同意および事前測定後に、活動量計を配布され、自己フィードバックのみで身体活動の増進に取り組む対照群(20名)と、活動量計の配布・装着による自己フィードバックに加えて支援者からのメッセージによる遠隔型支援を受ける介入群(20名)のいずれかに無作為に割り付けられた。介入群へ行った遠隔型支援では、活動量計に記録される身体活動量やその変化・推移に応じて、励ましや具体的な活動内容の提案をするものであり、支援者によって全てテーラーメード化されたメッセージを作成し、送信した。遠隔型支援は6ヵ月間行われた。平成30年6月に中間測定を行い、平成30年12月に事後測定を行った。中間測定においては6名(対照群1名、介入群5名)が参加を辞退し、事後測定においてはさらに4名(対照群3名、介入群1名)から協力を得ることができなかった。最終的には30名(対照群16名、介入群14名)が研究を完遂した。研究開始初年度に所属機関の異動があったため、準備に予定以上の時間を要し、最終年度内での論文化には至らなかったが、今後速やかに成果公表を行う予定である。運動の習慣化は健康の保持・増進に有効である。従来より広く用いられている対面型の運動支援介入は時間と場所によりその活用が制限されるほか、効果の継続性にも課題を抱えている。一方で、webやe-mailなどのICTを活用したプログラムは対象者が「いつでも・どこでも」支援を享受できる。本研究では、身体不活動な中年男性を対象に、活動量計とICTを活用した遠隔型の運動習慣化支援プログラムを開発し、その効果を検証することを目的とする。平成28年度には、運動習慣化支援プログラムの内容を精査することを目的とし、研究を遂行した。主な介入内容として、1)活動量計を配布し、各自でモニタリングをおこなってもらう、2)個人で設定した(もしくは支援者によりアドバイス・設定された)目標と実際の活動量より、支援者からのフィードバックを受ける、の2点を予定しているため、類似した先行研究および予備調査(対象は中高年の男女)、関連分野の研究者との意見交換をおこなった。その結果、それぞれについて、1)対象者が装着する活動量計はリストバンド型かつスマートフォンアプリ等で随時データをアップロードできるデバイスが良く、2)支援者から受けるフィードバックは1週間ないしは2週間に一度の頻度で、100から200文字程度の短文(ショートメッセージ)が望ましいとの結論に至った。これらの結果を踏まえ、活動量計の選定をおこない、支援の頻度を最初の3ヵ月は週に1回、その後は2週に1回とするなど、介入方法を決定させた。平成28年度においては、運動習慣化支援プログラムの内容を精査し、翌年度に実施する介入の内容を確定することを達成目標としていた。当初の予定どおり、予備調査等により、介入の具体的な内容が固まり、平成29年度以降の計画に移ることが可能であるため。一方で、webやICTを活用したプログラムは、対象者が「いつでも・どこでも」支援を享受することができる。本研究では、身体不活動が多く見られる中年男女を対象に、腕時計型活動量計とICTを活用した遠隔型の身体活動支援プログラムが身体活動量の増加に与える影響を検討することを目的としている。今年度は1)遠隔型身体活動支援プログラムを行なうためのソフトウェア開発と、2)30から60歳の男女40名を対象に1年間(介入6ヵ月間+観察6ヵ月)のプログラム効果を検証するための無作為化比較試験をスタートさせた。ソフトウェアに関しては、ソフトウェア開発企業と共同して、参加者の活動量を随時観察でき、メッセージを送信できる仕組みのものを開発した。無作為化比較試験における、対象者の選定基準としては、1)日常的に不活動であること、2)スマートフォンなどを使用してのアプリの操作が可能であること、3)過去1年以内の類似したプログラムを受けていないこと、4)医師から運動を禁止されていないことの4点全てを満たす者とした。全員に対してベースライン調査と集団講義型の健康講話を実施し、対照群へは活動量計の配布を行った。対照群へは以降の特別な介入を行わず、連絡は研究のスケジュールの周知などの事務的なことのみとした。介入群へは活動量計の配布とともに、週1回(3ヵ月経過以降は隔週)の遠隔型支援を行った。予定通り、プログラムの効果検証試験を開始することができた。現在、介入遂行中であり、途中脱落者はおらず、順調に遂行できている。

従来広く用いられている対面型の身体活動支援介入は時間や場所が制限される課題を抱えており、重要なターゲットに支援が行き届かない問題を有する。一方で、webやICTを活用したプログラムは、対象者が「いつでも・どこでも」支援を享受できる可能性がある。本研究では、身体不活動が多く見られる中年期の男女を対象に、腕時計型活動量計とICTを活用した遠隔型の身体活動支援プログラムが身体活動量の増加に与える影響を検討することを目的とした。平成30年度は、平成29年12月より開始した「遠隔型身体活動支援プログラム」の効果検証を引き続き行い、中間測定(事前測定より6ヵ月後)と事後測定を行った。対象者は研究参加の同意および事前測定後に、活動量計を配布され、自己フィードバックのみで身体活動の増進に取り組む対照群(20名)と、活動量計の配布・装着による自己フィードバックに加えて支援者からのメッセージによる遠隔型支援を受ける介入群(20名)のいずれかに無作為に割り付けられた。介入群へ行った遠隔型支援では、活動量計に記録される身体活動量やその変化・推移に応じて、励ましや具体的な活動内容の提案をするものであり、支援者によって全てテーラーメード化されたメッセージを作成し、送信した。遠隔型支援は6ヵ月間行われた。平成30年6月に中間測定を行い、平成30年12月に事後測定を行った。中間測定においては6名(対照群1名、介入群5名)が参加を辞退し、事後測定においてはさらに4名(対照群3名、介入群1名)から協力を得ることができなかった。最終的には30名(対照群16名、介入群14名)が研究を完遂した。研究開始初年度に所属機関の異動があったため、準備に予定以上の時間を要し、最終年度内での論文化には至らなかったが、今後速やかに成果公表を行う予定である。平成29年度の内容は、身体不活動な中年男性を対象に、活動量計とICTを活用した遠隔型運動習慣化支援プログラムの効果検証をおこなうことである。具体的な実施内容として、不活動であることや運動制限がないこと等の採択基準を満たす50名程度の対象者に対して対面型の運動介入を12週間おこない、その後、遠隔型運動習慣化支援プログラムを受ける介入群と受けない対照群へ無作為に割り付け、1年間の介入を実施する。平成30年度には、介入の効果を検討するために、再調査・測定をおこない、運動の習慣化ができているかの確認をおこなう予定である。平成30年6月に中間評価を控えており、準備中の段階である。また、最終評価を平成30年12月に予定している。予備調査(資料の印刷および活動量計の購入等)および関連分野の研究者との意見交換(関連学会への参加等)に当初の予想よりも使用金額が安価に済んだため。ソフトウェア開発に予定していた費用が想定よりも安価で済んだため残額が生じた。残額については次年度の測定に関する消耗品費およびデータ整理に関わる人件費に充当する予定である。未使用額は、介入に於ける対象者数の増加にともなう介入実験用消耗品および、国際学会への参加旅費へ充てる予定である。
腸内代謝産物によるＩｇＡ誘導作用機序の解明と次世代粘膜ワクチンへの展開

ヒトの消化管粘膜は、およそ100兆個の腸内細菌に曝されている。腸内細菌は宿主の消化酵素では分解できない食物繊維などを微生物発酵により分解し、終末代謝産物として様々な低分子化合物を産生する。これら代謝物は、宿主細胞の栄養源として利用されている他、免疫系調節因子として機能している。しかしながら、腸内代謝物が免疫系を修飾する分子メカニズムは不明であった。本研究課題の目的は、腸内細菌が粘膜バリア機能の維持に重要なイムノグロブリンA(IgA)産生B細胞を誘導するメカニズムを解明することである。無菌マウスに通常のマウス由来の腸内細菌を定着させたマウスの解析から、腸内細菌が産生する短鎖脂肪酸の一つである「酪酸」が大腸のIgA産生B細胞の誘導を促すことが分かった。そこで、酪酸によるIgA誘導作用機序を明らかにするため、未熟B細胞をIgA誘導条件下で培養し、酪酸添加によるIgA陽性細胞割合の変化を調べた。その結果、酪酸を添加してもIgA産生細胞の割合に変化は見られなかった。これより、酪酸はB細胞以外の腸管内細胞に作用し、間接的にIgA誘導を促す可能性が示唆された。そこで、生体内における酪酸の作用を調べるため、酪酸を含む餌をマウスに一定期間与え、大腸の免疫学的表現型を解析した。その結果、酪酸は大腸の腸上皮細胞におけるTGFβの発現および樹状細胞におけるレチノイン酸(RA)合成酵素の活性(ALDH活性)を高めた。TGFβおよびRAは、IgA誘導に必須の因子であることから、酪酸はこれら因子の発現を高めることで、間接的にIgA産生細胞を増やす可能性が示唆された。現在、本現象の分子メカニズムの解析を行うとともに、本研究成果の論文化に向けた準備を進めている。27年度が最終年度であるため、記入しない。
神経ペプチドを介した血管内皮増殖因子による炎症非依存性疼痛惹起メカニズムの解明

変形性膝関節症(OA)における炎症非依存性の疼痛発生機序の解明と薬物シーズの探索をすべく血管内皮増殖因子(VEGF)を介した疼痛機序の検討を行った。全人工関節置換術時に変形性膝関節症患者より採取した滑膜組織からRNAを抽出し、VEGFの発現を検討した。疼痛スコア(Visual analog Scale, VAS)が6以上の患者と6未満の患者に群分けし、2群間でのVEGFの発現を検討した。その結果、VAS 6以上の患者ではVEGFの発現が有意に高かった。このことから滑膜組織におけるVEGF発現は疼痛に関与する可能性が示唆された。また、in vitro実験系を用いてVEGFが制御する神経ペプチドを探索したところ、VEGFは神経ペプチドApelinを制御していることが明らかになった。この結果を踏まえ論文投稿しBMC Musculoskelet Disordにアクセプトされた。次にVEGFの制御因子および制御機構の検討を行った。その結果、TGF-betaがMAPK経路を介してVEGFを制御していることが明らかにした。さらに、新規薬物シーズを探索すべく、滑膜組織におけるVEGF発現と相関する神経ペプチドの探索を行った。その結果、強い相関が認められる神経ペプチドを1つ同定した。同定神経ペプチドの疼痛への関与を検討するためにCRISPR Cas9システムを用いて同ペプチドのKOマウス作製を行った。その結果、野生型マウス(C57BL/6J)をbackgroundにもつ同ペプチドのKOマウスの作製に成功し、モノヨード酢酸誘発変形性膝関節症モデルの作製に着手した。VEGFが制御する神経ペプチドおよびVEGFを制御する因子の同定に成功している。また、同定神経ペプチドのノックアウトマウスの作製にも成功しておりおおむね順調に進展している。作製したノックアウトマウスを用いて変形性膝関節症モデルを作製し、同定神経ペプチドと疼痛との関連性を検討する。また、滑膜組織における同定神経ペプチドの発現と疼痛との関連性を検討する予定である。
生きる力を育成する文章表現科目のプログラム評価と授業改善ツールの開発

本研究は、文章表現科目の改善に資する理論的枠組やツールの提供を主目的としている。研究成果としては、文章表現科目の質を向上させるために押さえる6つのポイントを明らかにした上で、新たな知見として3点を提示できた。第1に、読み手に対して説得や共感を求める「対人課題型」テーマと、自己の経験を振り返る「対自己課題型」テーマ、様々な情報から課題を発見し、解決策を構想・表現するタイプの「対課題型」テーマを融合するテーマ設定が重要であるということである。第2に、アクティブラーニングの導入によって生じる課題とその解決方法に関する視点を提示した。第3に、学力の3要素を育成するALと授業設計の類型化を行った。初年次教育やリメディアル教育から始まった文章表現科目は、現在、日本語リテラシー育成やアカデミック・ラインティングと、キャリア教育の両分野で別個に展開されることが多くなってきている。だが、自己の経験と結び付けない知識活用型・課題解決型文章は当事者意識に欠けた内容になりがちであったり、知識活用と結び付けない経験叙述型文章は社会的な視点を欠いた自己中心的な内容になりがちであることが危惧されるようになっている。だが、真のキャリア教育や社会人育成という観点からみると、社会的課題と個人的な視点を接続させる(「社会的課題の内面化」)と同時に、個人的な問題が社会性を持つことを意識させる(「個人的問題の課題化」)、という2つの視点が、文章表現科目においても重要となる。本年度(初年度)においては、このような視座を確立するとともに、「生涯学び続ける力・生きる力としての言語能力や文章表現能力を育成する」ことをねらいとした文章表現科目の基本的な方向性を明らかにした。それは、「課題に対する解決策を言語で表現する」という「対課題型アプローチ」と、自己の経験を語る「対自己型アプローチ」という2つのアプローチをいかに統合するかということである。そのための一つの方法として、「対自己・対課題型課題の設定」をモデルとして設定した。つまり、「知識を活用」しつつ、「当事者意識」に立って課題に向き合い、自分の視点や立場から解決策を構想するという思考プロセスを要求するタイプの文章を考えることは、「新たな課題に対応し、解決策を提案する力」すなわち日本語リテラシーと、「経験を通じて成長する力」すなわちコンピテンシーを同時に育成する授業モデルとなりえると考えている。また、その目標自体が教養教育の一つの目標として設定されうるのではないかという構想を立てている。今年度は、大きく2つの実績を積み上げた。第1に、これまでの取組成果を学会報告や研究会によって発信した。昨年度実施したアンケートやヒアリング等をもとに、今年度は理論的な検討をすすめ、社会的課題と個人的な視点を接続させる(課題の問題化)と同時に、個人的な問題が社会性を持つことを意識させる(問題の課題化)、という2つの視点をもとに、「対課題型アプローチ」と、「対自己型アプローチ」の2つを統合し、広い意味でのジェネリックスキルを育成する課題設定や文章表現科目の設計について知見を積み上げた。特に、対自己型アプローチのために不可欠なリフレクション(ふりかえり)に関する体系的方法としてTAE(Thinking at the Edge)の検討を行うとともに、TAEの日本での提唱者である研究者との交流を通じて、より広い視点からの理論構築および教育プログラムに関する様々なモデルを検討することができた。その成果は、年度末に実施した公開研究会で報告を行った。公開研究会は本研究グループの共同研究者および協力研究者を含む7名の研究者によって行われ、参加者も100名近くと大規模なものとなった。次に、FD活動やワークショップの実施を通じて、各大学の文章表現科目担当者へのヒアリングを実施し、評価ツール作成に向けた情報収集を行った。その際には、昨年度に実施した本研究グループが構築してきた日本語表現育成モデルに基づいたワークショップに加え、TAEなどのリフレクションを体系的に行うためのワークショップを組み込み、授業評価ツールの作成に向けたモデル構築を行った。平成28年度に向けて研究代表者が大学を異動することに伴い、その準備のための時間的制約が大きかったことや、研究者同士のスケジュールが合わず、研究会を多く開催することが困難であったことなどから、評価ツール作成が遅れている。他方、ワークショップの実施等は様々な大学で多く実施した。昨年度より、経験から得た知恵(身体知、暗黙知)をことばで表現する方法(「経験のことば化」と呼ぶ)を検討を続けてきたが、今年度は、哲学者・心理学者であるユージン・ジェンドリンが創始したTAE(Thinking at the Edge)という手法を用いて、実際に授業で実現可能な方法をいくつか試行したうえで、その成果をフィードバックできた。さらに、多人数が参加した公開ワークショップ等を実施するなど、広範な実践活動を展開することができた。TAEはこれまで単独の表現活動・思考活動の手法として捉えられてきたが、文章表現科目の1つの手法として誰でも使えるツールとなっただけでなく、それを授業の中に組み込む方法についても実践例を積み重ねるができた。そのことにより、授業評価ツールに関しても、言語を用いた知識活用・課題解決型のリテラシー的文章表現授業と「経験の言語化」型の授業をいかに組み合わせるあり方を視野に入れることになる。以上のように、文章表現科目のねらいや到達目標が広がりつつあることは、高大接続システム改革報告書やいくつかの中教審答申で提示されている「学力の3要素」論と関連していると思われる。文章表現科目においても、「知識・理解」を重視する」

「語彙・文法志向アプローチ」、「思考力・判断力・表現力を重視する「リテラシー育成アプローチ」、そして自らの主体性・多様性・協働性に働きかける「リフレクションアプローチ」の3つのパターンとして分類可能であることが見えてきたが、それらを分断させることなく、複合化させた授業モデルを提示する見通しが得られた。「生きる力を育成する文章表現科目」とは、「知識・理解」「思考力・判断力・表現力」「主体性・多様性・協働性」という学力の3要素をバランス良く育成するための科目という意味であり、そのモデル作りについては、実践事例を積み重ねたことにより、大きな前進があった。特に、「主体性・多様性・協働性」に関わる「経験の言語化」に関する手法については、当初の予想以上の成果が上がっているといえる。TAEという手法をベースに、より汎用性の高い文章表現科目のあり方について、実際の教材や授業案作成といったレベルで検討を進めることができたといえる。反面、当初想定されていた科目評価ルーブリックや評価ツールについては、作成を進めてはいるもの、3つのポリシーやカリキュラムツリーやナンバリング、ルーブリックの普及が多くの大学で進行しており、文章表現科目においても、当初の想定以上に大学全体としての教育プログラムの組織化や体系化が進行しつつある。したがって、科目単独の評価ツールを開発し、普及させる意義については、方向性の見直しが必要になってきたと思われる。他方、「高大接続や社会人教育へと拡大する可能性を探る」という点については、キャリア教育の中で実施したり、高校の教員に対する研修等を実施するなど、対象を広げることができた。文章表現科目を初年次科目から拡大させるという点については、実践の場においても計画通り進行しているといえる。今年度は最終年であり、これまで蓄積してきた成果を総合し、リメディアル科目や初年次科目、アカデミック・ライティング等に限定されない生涯教育の観点から「言語を通じて生きる・生涯学び続ける力を獲得する」文章表現科目の可能性について、実践的な枠組を構築したうえで、その枠組みについて、様々な実践事例を通じて、有効性を検証した。第1に、これまで調査してきた様々な文章表現科目事例をもとに、文章表現科目の類型を3つに分類した。次に文章表現科目を意義あるものにしていくためのポイントとして6つを整理した。そのうえで今後の課題として3つを整理した。それは、第1に「経験の言語化」のプロセスの定式化であり、第2にルーブリックの活用方法であり、そして第3に「知識活用」と「経験の言語化」の融合である。それらを乗り越えるのはアクティブラーニングの深化であるとした。これらは学会発表を行うとともに、論文としてまとめることができた。第2に、文章表現科目を通じて、育成したい能力とアクティブラーニングの手法のマッチングに関するマトリックスを作成し、これまで文章表現科目の中で育成の対象とされていなかった資質・能力も含め、大きな見取り図を作ることができた。
極低温下で作動する印加磁場方向可変型精密磁化測定装置の開発

結晶の純良化・種々の物性測定によって,重い電子系超伝導体は非BCS的でその超伝導ギャップは波数空間で異方的であることが明らかになったが,対波動関数(秩序パラメータ)などの詳細については未だに不明な点が多い・この超伝導相を解明することを非常に困難にしている一因として,重い電子系化合物の特性温度が非常に低いために,秩序相での熱力学的物理量の精密測定を行いにくいということが挙げられる.一般に重い電子系磁性体・超伝導体の磁気・超伝導特性はきわめて異方的であり,通常の異方的有効質量モデルから帰結される予想と異なる実験結果が得られる可能性が強い.本研究では,試料の入れ替えなしに印加磁場方向を変化させ,極低温下での精密磁化測定を連続的に行い,異方性を調べることのできる磁化測定装置の開発を目的とした.精密磁化測定装置の心臓部には,これまで我々が開発してきたキャパシタンス式ファラデー磁力計の原理を用いることにし,現在小型化しているところである.また,研究室保有のスプリット型超伝導磁石に磁場勾配コイルを装着し,自然磁場勾配を用いないファラデー法による磁化測定も行えるようにした.また,この測定装置にあうように液体ヘリウム用デュワーを購入し,測定システムを改造した.一方,装置がまだ立ち上がっていないため,従来の装置(測定ごとに試料の入れ替えが必要)を用いて重い電子系超伝導体UPt_3およびUPd_2Al_3単結晶の磁化測定を磁場印加方向を変えて精密に行ない,磁化曲線および上部臨界磁場の印加磁場方向依存性を調べ,完成予定の磁化測定装置がきちんと作動しているかどうか判断する基礎データとした.結晶の純良化・種々の物性測定によって,重い電子系超伝導体は非BCS的でその超伝導ギャップは波数空間で異方的であることが明らかになったが,対波動関数(秩序パラメータ)などの詳細については未だに不明な点が多い・この超伝導相を解明することを非常に困難にしている一因として,重い電子系化合物の特性温度が非常に低いために,秩序相での熱力学的物理量の精密測定を行いにくいということが挙げられる.一般に重い電子系磁性体・超伝導体の磁気・超伝導特性はきわめて異方的であり,通常の異方的有効質量モデルから帰結される予想と異なる実験結果が得られる可能性が強い.本研究では,試料の入れ替えなしに印加磁場方向を変化させ,極低温下での精密磁化測定を連続的に行い,異方性を調べることのできる磁化測定装置の開発を目的とした.精密磁化測定装置の心臓部には,これまで我々が開発してきたキャパシタンス式ファラデー磁力計の原理を用いることにし,現在小型化しているところである.また,研究室保有のスプリット型超伝導磁石に磁場勾配コイルを装着し,自然磁場勾配を用いないファラデー法による磁化測定も行えるようにした.また,この測定装置にあうように液体ヘリウム用デュワーを購入し,測定システムを改造した.一方,装置がまだ立ち上がっていないため,従来の装置(測定ごとに試料の入れ替えが必要)を用いて重い電子系超伝導体UPt_3およびUPd_2Al_3単結晶の磁化測定を磁場印加方向を変えて精密に行ない,磁化曲線および上部臨界磁場の印加磁場方向依存性を調べ,完成予定の磁化測定装置がきちんと作動しているかどうか判断する基礎データとした.
生体の運動計画における基本戦略とその実現アルゴリズム

本研究では, (1)「生体はどのような運動を実現しているか」(2)「生体はどのようなメカニズムで運動を実現しているか」という問題に関する検討を行った。(1)については「生体は消費エネルギーの期待値の最小化」を図っていることを示唆する結果を腕のりーチング運動と歩行中の遊脚軌道の検討によって得た。ここで,「期待値」に対する最小化であるということは,生体は運動計画を行う際に短期的な最適化を実現する軌道を計算しているのではなく,進化や学習の長期的な時間にわたって経験的に最適な運動を獲得していることを意味する。本研究結果は異なる種類の運動の軌道がどのように決定されているかを共通の原理に基づいて説明できることを示した点で非常に意義のあるものである。(2)については,反射的な制御システムとリズム発生器が協調的に運動を学習・制御するアルゴリズムを検討し,反射とリズム発生器の両者の協調によっていずれか一方を用いた場合より外乱に強い制御を実現できることを示した。近年生体の歩行制御は反射のみで実現されているという主張がしばしばなされているが,本研究結果はリズム発生器が反射と協調的に働くことでロバスト性を大きく向上しうることを示した点で重要である。神経系がどのように運動を学習・制御しているかを理解するためには,運動軌道を一意に決定している拘束条件が何かを理解する必要かおる。本研究の目的は,(1)歩行や腕の到達運動の運動計画が「消費エネルギー最小化」に基づくことを示し,(2)「消費エネルギー最小化」といった拘束条件を満足する運動を学習・実現する神経メカニズムを制御論的視点で推定することである。以下にはそれぞれに関する本年度の成果を述べる。1.歩行運動の解析に関しては,歩行中の遊脚期における足先および踵・膝・腰関節の運動軌道を計測した結果と,数値計算により求めた消費エネルギーを最小にする最適軌道との比較検討を行い,両者が定性的にも定量的にも多くの点で類似することを示した。腕の到達運動に関しては,有力とされているいくつかの軌道決定規範について,生体ノイズの影響下で補間運動を繰り返して目標地点に到達するのに必要な総消費エネルギー量を計算し,どの規範が総消費エネルギーの点て優れているかを検討した。その結果,到達運動の軌道選択においても消費エネルギーの最小化が拘束条件となっている可能性を示唆するものであった。2.最適な運動を学習・実現する神経メカニズムに関しては,ネコやサルの神経生理学的知見をもとに,高次中枢と脊部内のCPGが協調して運動指令の大きさとタイミングを学習・出力する階層的学習制御モデルを提案し,その機能的妥当性をシミュレーション実験で確認した。
細胞増殖シグナルの再構成による癌細胞MEK阻害剤抵抗性の動作原理の解明

本研究では細胞増殖シグナルの一つ、mTORC1の活性を光操作することにより、抗癌剤の一つであるMEK阻害剤に感受性を示す癌細胞の細胞周期進行を人為的に制御すること、これによりMEK阻害剤感受性癌細胞に抵抗性を付与することが可能か、検証することを目的としている。この目的達成においては、生きた癌細胞内でmTORC1活性を任意の時系列で操作することが必要である。加えてMEK阻害剤抵抗性の細胞増殖における細胞周期進行とmTORC1活性の動態を同時に生細胞可視化することが必要である。平成30年度は前年度までに引き続き、mTORC1を選択的に活性操作するための方法について検討を行った。その結果、タンパク質の多量体化を促すタグ配列をmTORC1に付加し、その多量体化促進型のmTORC1変異体を培養細胞に発現させることで、mTORC1活性が未発現細胞と比べて10%程度減少することを初めて見出した。続いて、mTORC1の多量体化によるmTORC1不活性化反応の詳細解明ならびにmTORC1活性の光操作の可能性を模索するため、光によりmTORC1の多量体化を促進する実験系を構築した。今後、作製した系でmTORC1活性を実際に選択的に光操作できるか、検証を進める。細胞周期とmTORC1活性の生細胞可視化については、細胞周期インディケータであるFucci(CA)の色変異体作製ならびに、作製したプローブとmTORC1直下のキナーゼS6Kの活性を可視化するFRETプローブの培養細胞への安定発現を行った。さらに細胞周期とS6K活性の多色蛍光イメージングを行うための顕微鏡光学系および培養系の条件最適化を行った。今後は樹立した細胞株を用いて生細胞観察を行い、MEK阻害剤存在下で抵抗性細胞が示すmTORC1活性ゆらぎが細胞周期進行に果たす役割を定量解析する。平成28年度はMEK阻害剤感受性細胞A375と抵抗性細胞A549のMEK阻害剤存在下における細胞周期進行を細胞周期インディケーターFucciを用いて生細胞タイムラプス観察し、さらに1細胞トラッキングによりFucci蛍光強度の時系列を得た。そこからG0/G1期とS/G2/M期の進行速度を定量し、MEK阻害剤が細胞周期進行に及ぼす影響を評価した。その結果、MEK阻害剤感受性細胞ではMEK阻害剤により細胞がG0/G1期にアレストされること、さらに細胞周期のG0/G1期の進行速度がコントロール処理の半分以下に減少すること、結果としてS/G2/M期にいる細胞はコントロール処理と同程度の速度で細胞周期が進行し、細胞分裂の後G0/G1期でarrestする、という知見を得た。一方で抵抗性細胞ではMEK阻害剤存在下の細胞周期進行はコントロール処理とほぼ変わらなかった。用いたMEK阻害剤はERK活性を抑制するには十分な濃度であること、またmTOR阻害剤存在下ではいずれの細胞でも細胞周期進行速度の顕著な減少が観察されたことから、感受性細胞におけるG0/G1アレストの制御にはERK活性とmTORC1活性の両方が関与している可能性が示唆された。加えて、用いたMEK阻害剤濃度では感受性細胞のmTORC1活性は減少し、抵抗性細胞のmTORC1活性はほとんど減少しないことからERK依存的なmTORC1活性化は細胞周期進行、特にG0/G1期の進行において重要な役割を果たしていると考えられる。今後はERK活性およびmTORC1活性の動態を人為操作し、その際の細胞周期進行を定量計測することでERKおよびmTORC1活性が細胞周期進行の制御にどの程度十分であるか、検証が必要と考えられる。癌細胞における細胞周期進行の1細胞レベルでの定量計測は解析に必要なプログラム整備の観点から、実施が遅れることが予想された。しかしながら当初の予定より早めに解析パイプラインを構築できたことから、細胞周期進行に関する解析を一気に進めることができた。一方でmTOR活性の光操作に関しては、mTORのみを活性化する系の構築ができていない。このためmTOR活性の人為操作および細胞周期進行への影響の定量解析が未着手である。本研究では細胞増殖シグナルの一つ、mTORC1の活性を光操作することで抗癌剤の一つであるMEK阻害剤存在下における癌細胞の細胞周期進行を人為的に操作することを目的としている。この目的達成のため、平成29年度は以前開発していたmTORC1上流のPI3Kを光で活性化させる系がどの程度mTORC1を活性化可能か検討した。その結果、PI3Kの光操作によるmTORC1活性化は規定状態と比べて高々10%未満であり、血清培養下の細胞におけるmTORC1活性の自発的なゆらぎ(変化幅20-30%)を再現するには、活性化の強度が不足することが予想された。mTORC1をより強力に活性操作するためには、PI3K経路以外のmTORC1活性制御機構を利用した系の開発が必要である。一方でmTORC1活性化機構には十分理解されていない点も多く、活性化機構そのものの解明も必要であると考えた。そこで活性化機構の一つだがその詳細の多くは未解明であるmTORC1ホモ2量体化に注目し、ホモ2量体化の生細胞内可視化プローブを開発した。これまでにホモ2量体化の状態(強度や頻度)に細胞間不均一性があること、2量体化とmTORC1活性に相関があることを示唆する予備的結果を得ている。

この結果はmTORC1ホモ2量体化を人為操作することでmTORC1活性化を惹起できる可能性を示唆している。本研究ではmTORC1活性の光操作に伴う細胞周期進行を評価するため、これまでに1細胞追尾・輝度定量プログラムを開発していた。平成29年度はこのプログラムを更に改良し、数十個の1細胞の細胞周期について、その時系列データから統計的にパラメータを抽出することを可能とする新規解析パイプラインを構築した。またその成果について論文発表を行った。現時点ではmTORC1の強力な活性操作系が構築できていない。PI3Kの光操作に基づくmTORC1の人為活性化系は確かにmTORC1を活性化しうるものの、その強度は癌細胞の生理的なmTORC1活性動態の振幅(強度)と比べると半分以下であることが判明した。mTORC1活性動態が細胞周期進行に及ぼす影響を定量解析するという本研究の目的を達成するには、この系では不十分な可能性が高いと考えられる。一方でこの系でどの程度細胞周期進行が促進されうるのか、その評価がまだ行えていない。mTORC1活性の時系列データを細胞周期同様、1細胞レベルで、かつ統計的なパラメータ抽出に必要な多数のデータ数を取得するのに必要な、細胞追尾・輝度定量プログラムの機能拡充も必要である。本研究では細胞増殖シグナルの一つ、mTORC1の活性を光操作することにより、抗癌剤の一つであるMEK阻害剤に感受性を示す癌細胞の細胞周期進行を人為的に制御すること、これによりMEK阻害剤感受性癌細胞に抵抗性を付与することが可能か、検証することを目的としている。この目的達成においては、生きた癌細胞内でmTORC1活性を任意の時系列で操作することが必要である。加えてMEK阻害剤抵抗性の細胞増殖における細胞周期進行とmTORC1活性の動態を同時に生細胞可視化することが必要である。平成30年度は前年度までに引き続き、mTORC1を選択的に活性操作するための方法について検討を行った。その結果、タンパク質の多量体化を促すタグ配列をmTORC1に付加し、その多量体化促進型のmTORC1変異体を培養細胞に発現させることで、mTORC1活性が未発現細胞と比べて10%程度減少することを初めて見出した。続いて、mTORC1の多量体化によるmTORC1不活性化反応の詳細解明ならびにmTORC1活性の光操作の可能性を模索するため、光によりmTORC1の多量体化を促進する実験系を構築した。今後、作製した系でmTORC1活性を実際に選択的に光操作できるか、検証を進める。細胞周期とmTORC1活性の生細胞可視化については、細胞周期インディケータであるFucci(CA)の色変異体作製ならびに、作製したプローブとmTORC1直下のキナーゼS6Kの活性を可視化するFRETプローブの培養細胞への安定発現を行った。さらに細胞周期とS6K活性の多色蛍光イメージングを行うための顕微鏡光学系および培養系の条件最適化を行った。今後は樹立した細胞株を用いて生細胞観察を行い、MEK阻害剤存在下で抵抗性細胞が示すmTORC1活性ゆらぎが細胞周期進行に果たす役割を定量解析する。平成29年度はイメージングとERK活性の光操作の組み合わせにより、ERK活性動態がmTORC1活性および細胞周期進行におよぼす影響の定量解析を行う。平行してmTORC1活性を選択的に活性化する系の構築およびこれを用いたmTORC1活性の光操作を行い、mTORC1活性動態が細胞周期進行におよぼす影響を定量解析する。
血小板/フィブリン血栓の収縮反応における凝固XIII因子の新しい機能と分子機構

3年間の研究の結果より、細胞内血液凝固第XIII因子(Factor XIII, FXIII)Aサブユニット(FXIII-A)は、単球/マクロファージ系、巨核球/血小板系の増殖と分化に関与している可能性が示唆された。また、細胞外FXIII-Aは、糖タンパク質IIb/IIIaとの結合を介して、血小板内のシグナル伝達系を活性化し、血餅退縮を惹起していることが、明らかになった(論文投稿中)。ただし、細胞内FXIII-Aがこの反応に必須であるか否かについては、結論を得るに至らなかった。予備実験で血餠退縮能にFXIIIが関与することが示唆されている。血餠退縮能に最も寄与するのは血小板数なので、今年度は、血小板の産生や機能に及ぼすFXIII-A欠損の影響を検索し、異常の存在を検証することに主眼をおいた。(1)血小板産生系(1)野生型およびFXIII-AKOマウスの末梢血において、血小板の形態を比較したり、血小板数を計測して比較したところ、明らかな差は認められなかった。従って、実験的に乏血小板血症を惹起して、血小板数回復能を調べる必要がある。(2)それぞれの系統のマウスの骨髄の標本を作製して、各血球系の大まかな割合、形態を観察して比較した。特に巨核球系については数には大きな違いはなかったが、FXIII-A KOマウスの骨髄ではやや幼若な巨核球が多かった。(3)巨核球系細胞MEG01を培養して核DNA染色によりDNA量(N数)を計測して、成熟度の相違を比較したところ、FXIII陽性細胞は陰性細胞に比してN数が高いことが判明した。(2)血小板機能(1)高濃度ADP、トロンビンを用いた予備実験では、野生型とKOマウスの間で多血小板血漿の凝集能に大きな差はなかった。今後、他のリガンドを用いて凝集能を比較する必要がある。(3)マウスの背部、腹部の皮膚に器具によって一定の切開創を加えたところ、野生型とFXIII-A KOマウスの間に有意な出血時間の差は認められなかったので、創傷治癒を時経的に観察したところ、FXIII-AKOマウスでは明らかに遅延が認められ、創部の周辺に潰瘍が拡大していた。(1)巨核球成熟・血小板産生に関わる分子機構の解析(1)FXIII(13)-A欠損マウスの血液において、統計的に有意ではないものの血小板数が野生型よりも少ない傾向が認められた。(2)マウス骨髄のFACS解析において、FXIII(13)-A欠損マウスでは野生型に比べてCD61陽性細胞全体ではやや少ない傾向にあるものの、巨核球前駆細胞(CD61陽性かつcKit陽性細胞)が有意に多かった。以上の結果から、FXIII(13)-Aは巨核球の成熟を促進し、血小板の産生に寄与している可能性が示された。(2)血小板膜・細胞内タンパク質の生化学的解析(1)トロンビンによる血小板活性化に伴い、α穎粒中のフィブリノゲンがフィブリンとなり、FXIII(13)依存的に膜ラフト(スフィンゴ脂質ミクロドメイン)へ移行した。(2)膜ラフトは血小板表面においてフィブリンとアクトミオシン系を結び付ける中継点として血餅退縮に関わっていることを示した。(3)フィブリンと活性化ミオシンの分布を免疫蛍光染色により解析したところ、スフィンゴミエリン特異的膜ラフトに共局在したことから、これらのタンパク質がスフィンゴミエリン特異的膜ラフトに移行することがわかった。(4)ラフト破壊試薬メチルβシクロデキストリン処理により、スフィンゴミエリン特異的膜ラフトの破壊とともに血餅退縮が完全に抑制された。(5)細胞外のフィブリン線維と細胞内のアクトミオシン系が主にスフィンゴミエリン特異的膜ラフトを介して連結し、血餅退縮を促進していると考えられた。1.巨核球成熟・血小板産生に関わる分子機構の解析1昨年度の研究で、FXIII-A欠損マウス骨髄の巨核球前駆細胞が野生型マウスと比べて有意に多かったことから、トロンボポエチン存在下で骨髄細胞の培養を行なったところ、巨核球前駆細胞の増加がFXIII-A欠損骨髄細胞では野生型細胞と比べてより大きい傾向が示された。2一方、FXIII-A欠損、FXIII-B欠損いずれのマウスとも、血中の血小板数は野生型マウスよりやや少ない傾向にあった。また、LPS投与後の血小板数の変動は各マウス間で違いはなかった。1,2より、細胞外のFXIII-Aが巨核球の成熟に関与しているものと思われた。3巨核球系細胞MEG-

01においてFXIIIなどのトランスグルタミナーゼによって架橋される核タンパク質の同定を行い、少なくとも17種同定した。4同定した基質タンパク質にはRNA、DNAのプロセシングに関与するタンパク質やWntシグナルなど細胞外からのシグナル応答に関与するタンパク質などが含まれていた。3,4より、基質タンパク質の架橋結合がシグナル伝達に影響している可能性が示された。2.血小板膜・細胞内タンパク質の生化学的解析今年度は、野生型マウスでFXIII-Aに対するポリクローナル抗体の静注により中和を行い、白血球数、血小板数、赤血球数を計測、および多血小板血漿を調製し、血小板退縮時間の測定を行った。1陰性コントロールのIgGを静脈注射したものと比べ、有意差はないものの単球は増加傾向で、顆粒球は減少傾向だった。一方、赤血球数は変化がなかった。2血餅退縮時間については陰性コントロールとほとんど差がなかった。1,2より、FXIII-Aは白血球の産生や動員に関与している可能性がある。本申請者は、長年にわたり、血小板/巨核球の細胞内や膜表面に存在するFXIII(13)の機能について追究してきたが、FXIII(13)-Aが巨核球の成熟や血小板の産生に関与していることが推測されるエビデンスが得られつつある。また、FXIII(13)-Aが末梢血中の血小板の内・外で形態変化や収縮に関与することが確認され、相互作用する他のタンパク質分子を同定する段階に到達したので、所期の目的にかなり肉薄していると自己評価している。24年度が最終年度であるため、記入しない。(1)FXIII(13)の造血系(特に巨核球・血小板)での機能に関する研究では、引き続き、in vitroでの巨核球の分化誘導及び血小板産生の詳細について検討して行きたい。(2)FXIII(13)の血小板収縮に関する機能についての研究では、トロンビン刺激前後の血小板を用いてプロテオーム解析することにより、FXIII(13)-Aと相互作用するラフト分画のタンパク質の変動、特に架橋結合量の変化などについて調べる。(3)ヒト血小板においては、FXIII(13)-A以外のタンパク質が血餅退縮(血小板のフィブリン血栓収縮)に関与していると推測されるので、これを同定したい。
ウイルス因子による自己免疫疾患発症モデルの開発

本研究では、パルボウイルス非構造タンパク(NS)がTリンパ球にDNAメチル化を誘導し、アポトーシス抵抗性や細胞増殖性等の形質変化を起こすことを明らかにし、in vivoにおいてNSの発現によりコラーゲン誘導性関節炎の発症率への影響を検討した。NSを発現させたマウスTリンパ球は大半の細胞がアポトーシスにより死滅したが、生存細胞ではDNAメチル化の亢進によりBmperの発現が抑制され、ウイルス再感染抵抗性を獲得することが明らかとなった。また、NS発現ベクターを接種したDBA/1マウスにコラーゲン関節炎を誘導したが、その発症率は対照群との間に有意な差は認められなかった。本年度は、ウイルス因子を導入するためのウイルスベクターの作製とその評価を実施した。Rat parvovirus UT株のnon-structural protein(NS)及びレポーター遺伝子(EGFP)を発現するレトロウイルスベクターと対照とするEGFのみを発現するレンチウイルスベクターを作製した。ベクターの構造は、NSと選別マーカーおよびEGFPを共発現するようIRES配列をはさんで連結し、導入遺伝子の確実な発現のためにサイレンシングが起きないようprimer binding siteに変異を加えたMolony murine leukemia virus(MoMuLV)LTRを5'側に、negative controlregionを除いたPCMV-LTRを3'側に付加したものである。作製した2種のベクターの評価のため、ラットTリンパ腫細胞株C58(NT)Dに感染させ、EGFを指標として安定的に導入遺伝子を発現する細胞クローンを得た。NS-EGFP発現ベクターを感染させたクローンでは、NSの安定な発現も確認された。2.NS発現によるTリンパ球サブセットの推移の検討In vivo及びin vitroで、NS発現ベクターをコラーゲン関節炎好発系であるDBA/1マウスリンパ球に上記ベクターを感染させ、Tリンパ球サブセットをフローサイトメーターで検討するため、高濃度のウイルスベクターが必要となる。現在、ベクターの回収効率が不十分であるため、まず、in vitroでの検討を開始した。また、NSによる感染リンパ球のメチル化修飾について、DNAメチル化プロファイルの変化を確認中である。パルボウイルス非構造タンパク(NS)による自己免疫疾患発症モデルマウスの開発を目標として、NS発現ウイルスベクターを感染させたリンパ球の形質変化とDNAメチル化修飾を、主としてin vitroで解析した。NSおよびレポーター遺伝子EGFPを共発現するレンチウイルスベクターを作製した。このベクターを用いて、マウスにおけるコラーゲン関節炎の発症に対するNSの影響の検討を計画したが、高力価のウイルスベクターを必要な量だけ準備することが技術的に困難でin vivo感染実験を実施できなかったため、in vitroでの解析を中心に実施した。2.NSによるTリンパ球DNAメチル化の検討これまでに、ウイルス感染後に出現するアポトーシス抵抗性リンパ球ではBmper(BMP binding endothelial regulator)遺伝子の制御領域CpGアイランドが高度にメチル化されていたことから、NS-EGFP発現レンチウイルスベクターをTリンパ球細胞株C58(NT)Dに感染させ、クローニングによりNS/EGFP強陽性細胞クローン及びNS/EGFP弱陽性細胞クローンを得た。Bmper遺伝子制御領域のDNAメチル化の検討を行った。感染耐過細胞ではDNAメチル化とBMPERの発現抑制が認められたが、NS発現クローンでは実験結果の再現性が不十分であった。NSが感染リンパ球にエピジェネティック修飾を誘導することを証明できれば、リンパ球に感染するウイルスと自己免疫病等の発症メカニズムに新たな視点を提案できるので、実験条件を精査して再実験を進める予定である。自己免疫疾患の発症には、遺伝的要因に加えウイルス感染等の環境要因が関与するが、そのメカニズムは不明な点が多い。自己免疫疾患との関連が疑われるパルボウイルスは、感染Tリンパ球にアポトーシスを誘導した後、ウイルスが排除された後も一部のTリンパ球がアポトーシス抵抗性を獲得すること、パルボウイルスがリンパ球の遺伝子にエピジェネティック修飾を起こす可能性を示唆されている。本研究では、ウイルス因子による自己免疫疾患モデルの開発を目標に、パルボウイルス非構造タンパク(NS)がTリンパ球にDNAメチル化を誘導し、アポトーシス抵抗性や細胞増殖性等の形質変化を起こすことを明らかにし、in vivoにおいてNSの発現によりコラーゲン誘導性関節炎の発症率への影響を検討した。ウイルスベクターによりNSを発現させたマウスTリンパ球は大半の細胞がアポトーシスにより死滅したが、生存細胞ではDNAメチル化の亢進によりBMPERの発現が抑制され、生存細胞はアポトーシス抵抗性を獲得することが明らかとなった。また、NS発現ベクターをコラーゲン関節炎好発系であるDBA/1マウスリンパ球に感染させ、Tリンパ球サブセットをフローサイトメーターで検討したが、特定なサブセットでのアポトーシスは確認できなかった。NS発現ベクターを接種したDBA/1マウスにコラーゲン関節炎を誘導したが、その発症率は対照群との間に差が認められなかった。

パルボウイルスNSの発現により感染Tリンパ球にアポトーシスが誘導され、耐過したTリンパ球はアポトーシス抵抗性を獲得すること、感染Tリンパ球ではメチル化によりBMPERの発現が抑制されることを明らかにした。しかし、ウイルス感染後にアポトーシスを起こすリンパ球サブセットを特定することはできず、実験的自己免疫性関節炎モデルマウスの発症率を高めることもできなかった。レンチウイルスベクターの作製効率が悪く、感染動物実験に使用し得る高力価のウイルスを実験群に必要な量だけ得ることが困難であった。24年度が最終年度であるため、記入しない。ウイルスベクターの培養規模を拡大し濃縮により高力価ベクターの再調整を続けるとともに、in vitroでのリンパ球の形質転換とエピジェネシス誘導の解析を中心に進める。
放射線治療における臓器位置不確定性を考慮した新規有害事象予測モデルの包括研究

肺がんや肝臓がんは呼吸により位置や形状が変化する。がんの放射線治療において、臓器が動くことにより投与される放射線の分布が悪化する事がある。本研究では呼吸性移動を伴う臓器に放射線治療を行う際に投与される線量分布を予測するシステムを開発した。まずMRIのシネ画像から腫瘍の3次元的な動きを解析する手法を開発した。次に、その動く臓器を追いかけて放射線を照射する追尾照射の精度を計測するシステムを開発した。さらに、腫瘍の動きと放射線照射の両方が時間とともに変化する場合に起こる影響を解析する方法を開発した。これらにより、臨床で用いられる手法で精度良く放射線を照射できるか予測することが可能になった。本研究課題は、体内臓器の日々の変形、治療中の生理的運動を包括的に解析する方法を開発することを目標としている。初年度はシネMRIを用いて臓器の存在位置の確率分布を評価するアルゴリズムを開発し、その精度検証を行うこと、さらにその技術を応用して、腫瘍や正常組織に投与される線量分布に臓器の生理的運動が及ぼす影響を評価することを目標とした。我々は放射線治療を受ける患者に対し、治療時と同じ体位で矢状断、冠状断のシネMRI画像を30秒間撮影し、連続する各画像フレーム間の運動ベクトルをPyramidal Lucas-Kanade法を用いて解析した。この方法は2次元的に変化の大きい特徴点を求め、次の画像フレームで対応する特徴点を探索する方法である。次に解析対象とする臓器の輪郭をMRI画像の1フレーム上で描画し、その輪郭の各頂点に対し近傍の運動ベクトルを適用し、次のフレーム上の移動後の座標に複製することにより、全ての画像フレーム上に輪郭を作成した。各輪郭の重心座標を対象臓器の生理的運動として解析した。本解析手法の精度を検証するため、明瞭に描出されている血管の運動を本手法で解析し、また血管の輪郭重心の軌跡と比較した。両手法で解析した血管の運動データはほぼ一致しており、正確に対象臓器の運動を解析できていることが証明された。上記の内容を、学会発表(第109回日本医学物理学会学術大会)、学術論文(Medical Physics)を通して発表した。さらに定位放射線治療で治療された患者の線量分布データを用いて、臓器の各ボクセルに投与される線量を臓器の生理的運動を加味して解析を行い、生理的運動が線量分布に与える影響を解析した。本内容は次年度に学会発表(International Congress of Radiation Research)を通して公表する予定である。初年度はシネMRI画像とLucas-Kanade法を用いて肝臓の三次元的な動きを解析し、定位放射線治療における線量分布への影響を評価する手法を開発した。その成果は第15回International Congress of Radiation Researchで発表した。2年度目はビームデリバリーに伴う時間変化の影響にも着目した。呼吸性移動を伴う臓器に対して、呼吸同期や呼吸追尾といったビームデリバリー側の不確かさもまた臓器に投与される線量に影響を及ぼす。サイバーナイフは呼吸性移動を伴う腫瘍に対して可動式アームにより追尾照射を行う。本研究ではその追尾精度を評価する方法を開発した。プラスチックのU字型フレームに追尾用の金属マーカー及び位置同定用の蓄光マーカーを貼り付け、プラスチックシンチレータ上を動体ファントムですべらせるように動かした。動体ファントムの動きに合わせて追尾照射を行い、シンチレーション光をカメラで撮影することにより、呼吸性移動に対するX線ビームの追尾精度を評価した。これにより、呼吸性移動のある肺がん・肝臓がんに対する追尾照射において線量分布が治療計画をどの程度再現できるか評価するための情報を得ることができた。この成果は第57回American Association of Physicists in Medicineおよび第10回サイバーナイフ研究会で発表した。呼吸性移動が放射線治療に及ぼす影響として、臓器の動き、変形、そして臓器移動とビームデリバリーの時間変化が引き起こすinterplay効果や追尾誤差などが挙げられる。2年度目の実施計画は臓器変形への対応であったが、臓器変形への対応については近年では多くの商用ソフトウェアが登場しており、また体幹部定位照射で一般的に用いられる呼吸抑制下ではその影響も比較的小さい。一方、interplayや追尾誤差の影響は未知の部分が多い。そこで2年度目はさらに研究計画を発展させ、呼吸性移動がビームデリバリーに与える影響を評価する手法を開発した。初年度に開発した臓器移動評価とビームデリバリーの影響、そしてこれらを用いて最終的な線量分布を解析することにより、臓器位置不確定性が及ぼす影響の評価に到達できると考えられる。最終的な目標として設定している臓器位置不確定性の影響評価には着実に近づいており、遅延なく進行していると考えられる。本研究課題は、体内臓器の日々の変形、生理的運動を包括的に解析する方法を開発することを目的としている。2年度目は呼吸性移動に対する追尾照射における追尾精度の評価を行った。最終年度は呼吸性移動が線量分布に及ぼす影響を評価する方法を開発した。古典的な放射線治療はビームの照射自体には時間変化がないが、近年用いられるようになった強度変調放射線治療(IMRT)に代表される高精度治療では、時間とともにビームの強度や照射野の形状が変化し、さらに患者の臓器も時間とともに移動・変形すると、両方の時間変化の相互作用によりInterplay effectsと呼ばれる線量分布の悪化が起こる。この影響を解析するため、放射線ビームが照射される時間軸情報を、治療装置から出力されるログファイルを元に解析する方法を開発した。