【研究分野】森林科学

【研究領域課題番号】15H02450 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

MRI / クライオSEM / 乾燥ストレス / 凍結ストレス / 流速分布 / 非破壊観察 / 可視化 / 通水阻害 / 樹液流速分布 / キャビテーション / エンボリズム / 再充填 / 樹液流速 / 貯水 / マイクロX線CT / 木部 / 木部構造 / X線CT / 凍結融解 / リフィル / 木部組織 / 壁孔 / 萎凋病 / 道管 / 仮道管 / 凍結

【研究成果の概要】

樹木の幹木部における非生物的ストレス（乾燥ストレスおよび凍結ストレス）による通水阻害の発生と道管の再充填による通水機能の回復、生物的ストレス（病害）による通水阻害の発生について、主にMRIによる非破壊観察手法と解剖学的手法、クライオSEM観察を併用して明らかにした。従来の通水測定手法におけるアーティファクトとして知られている切断や凍結によるエンボリズム、吸水による再充填を生じさせない実験手法を確立した。樹液流速の可視化手法を確立し、QSI法によるケヤキ成木の年輪内の通水部位の特定やPSI法による苗木の流速分布の可視化に成功した。針葉樹の凍結時の壁孔閉塞による通水阻害の発生を明らかにした。

【研究の社会的意義】

ストレスによる木部通水阻害は、樹木の生育限界や森林の衰退枯死を決定する重要な生理学的プロセスであるが、従来は直接観察することが困難で、切枝を用いた通水測定によって評価されていた。MRIを用いた非破壊観察によって、従来の測定手法におけるアーティファクトの発生を抑える手法を確立したこと、実際の樹木内部の樹液流速分布をMRIにより可視化する手法を確立したことは、今後の樹木生理学的研究の基礎となる。また森林限界付近に分布する亜寒帯針葉樹の凍結ストレスによる通水阻害メカニズムとして、従来のエンボリズムとは異なる壁孔閉鎖というメカニズムが働いていることを発見した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2020-03-31

【配分額】42,380千円 (直接経費: 32,600千円、間接経費: 9,780千円)

【研究分野】森林科学

【研究領域課題番号】20380086 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

マツノザイセンチュウ / キャビテーション / MRI / 樹液流 / 通水阻害 / 材線虫病 / エンボリズム / 核磁気共鳴 / 非破壊観察 / クロマツ / embolism / wilt / 萎凋 / visualization / 可視化 / cavitation

【研究成果の概要】

マツ材線虫病における萎凋枯死過程の理解のため、マツノザイセンチュウ接種後の通水阻害の進展をMRIを用いて非破壊観察するとともに、マツノザイセンチュウの木部における分布とMRIで観察した通水阻害発生分布の比較を行った。その結果、接種部における多数の線虫の存在は面的な通水阻害をもたらし、樹脂道周辺の斑状の通水阻害は移動する線虫によるものと考えられた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2008 - 2010

【配分額】19,110千円 (直接経費: 14,700千円、間接経費: 4,410千円)

【研究分野】放射線科学

【研究領域課題番号】20790884 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

MRI / 拡散 / 生体内水分子 / 細胞膜機能 / 可視化 / 細胞膜透過率 / ラット / ヒト / 有限差分法 / 非侵襲

【研究成果の概要】

本研究では磁気共鳴画像装置より非侵襲的に得られる生体内水分子の拡散情報を用いて,生体内水分子の細胞膜透過率ならびに細胞内拡散係数を推定する方法を提案し,健常ヒトおよび脳梗塞ラットの脳皮質の細胞膜透過率を推定した.推定された細胞膜透過率は健常ヒトでは76±9μm/sec,脳梗塞ラットの梗塞部では58μm/secであり,細胞膜透過率は梗塞部で低下する傾向があった.これは脳梗塞による損傷が細胞膜機能の低下を引き起こす要因であると考えた.

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2008 - 2009

【配分額】2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)

【研究分野】生物物理学

【研究領域課題番号】16370071 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

分子イメージング / 蛍光プローブ / MRI / 近赤外発光 / 光誘起電子移動 / 蛍光 / レシオ / 亜鉛 / バイオイメージング / 可視化 / 長寿命蛍光 / 超寿命蛍光 / 一酸化窒素 / 蛍光顕微鏡 / DAC

【研究成果の概要】

本研究は,生体分子(生理活性種・酵素・受容体・遺伝子など)を動的に可視化することにより,生理機能解析法を開発することを目的としている。放射線被曝がなく非侵襲的で,かつ体外からの高感度検出が可能である蛍光法や核磁気共鳴法(MRI)などの分光学的手法に基づき,生組織,生体系、特にin vivo系を試料とした「生きている状態」における生体分子をそれぞれの作用部位において直接検出し,時々刻々の変化を画像として捉えるプローブを開発するものである。開発したプローブは可視化と同時に、臨床検査薬などの実用的な応用を目指す。研究期間内に、1.in vivo系に適用可能な近赤外領域発光の蛍光可視化プローブ、2.機能性MRI画像化プローブ、3.長寿命型蛍光可視化プローブの3テーマに焦点を絞って新規プローブの開発を行った。その結果、1.のテーマに関しては、in vivo系に適用可能な近赤外領域発光の一酸化窒素に特異的な蛍光可視化プローブDACs(DAC-P & DAC-S)、亜鉛イオン可視化プローブおよびpH感受性プローブの開発に成功した。2.のテーマに関しては、Gd^<3+>錯体を基盤に、Zn^<2+>と複合錯体を形成することで水の緩和時間を変化させることを原理とした世界で初めてMRI用亜鉛イオンプローブの開発に成功した。更に遺伝子発現をモニターできるMRI用ベータガラクトシダーゼプローブの開発にも成功している。3.のテーマに関しては、実用的な新規ロイシンアミノペプチダーゼ(LAP)活性測定用臨床検査試薬の開発に成功した。また、2型糖尿病に関連しているdipeptidyl peptidase(DPP)4酵素の活性測定用蛍光ランタノイド錯体の開発にも成功した。DPP4阻害剤のスクリーニングに応用でき、医薬品開発の有用である。上記したように、本研究費補助金で極めて画期的数多くの成果が得られた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2004 - 2007

【配分額】16,410千円 (直接経費: 15,600千円、間接経費: 810千円)

【研究分野】化学系薬学

【研究領域課題番号】16659003 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

in vivoイメージング / MRI / ガドリニウム / 亜鉛 / 造影剤 / 分子イメージング / 核磁気 / 画像化 / 亜鉛イオン / 可視化 / 虚血 / プローブ / 錯体

【研究成果の概要】

生体の3次元断層画像を得る方法(in vivoイメージング)の一つであるMRI(Magnetic Resonance Imaging)は、放射線被曝がなく、かつ生体を傷つけることなく深部にわたる画像を得ることが出来るという大きな利点を持っている。そのためMRIは画像診断法として汎用されており、その画像は水分子の水素原子核におけるNMR現象を利用している。前年度までに生体内でのZn(II)の動態をMR画像変化としてバイオイメージングできるMRI造影剤の開発を行った。
今年度は昨年度後半から行っている遺伝子発現をモニターできるベータガラクトシダーゼプローブの実用化を目指した。Gd(III)は強い常磁性イオンであるため、通常、イオン近傍の水素原子核の主に縦緩和時間を短縮する。Gd(III)に配位している水分子が強いMRシグナルを示し、水分子の配位数の変化はこのMRシグナルを変化させる。今回、このような原理とは異なり、アルブミンのような高分子量の分子とGd(III)錯体が結合することでGd(III)錯体分子自身の分子回転が非常に遅くなり、周囲の水分子に対して、大きな緩和時間の短縮を引き起こす。この現象はreceptor induced magnetization enhancement(RIME)と呼ばれるが、これを利用した分子設計を行った結果、アルブミンとGd(III)錯体との結合が酵素により切断されることでMR信号強度に大きな変化を生じさせることに成功した。更に、アルブミンとの結合の親和性をより高める検討を引き続き行っている。

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2004 - 2006

【配分額】3,300千円 (直接経費: 3,300千円)