東北大学 研究シーズ集

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D

Developmental Cognitive Neuroscience

脳機能および精神的健康感の維持向上法開発研究

 スマート・エイジング国際共同研究センター(通称SAIRC)は、国際的な研究拠点として、超高齢社会における新たな統合的加齢科学分野を切り開き、世界を先導するスマート・エイジング研究を通じて、持続可能型高度成熟社会の形成に寄与するため、文系・理系に拘らない架橋融合的研究、国際共同研究、産学連携研究などを展開します。
 脳機能イメージング及び実験心理学的手法を核としながら、心を豊かに穏やかに加齢するための方法論的研究を、脳を直接研究対象とした脳科学研究、認知機能向上法開発のための認知心理学研究、認知症予防、メンタルヘルスを対象とした医学的研究、こころや死生観までを対象とした哲学・心理学研究・倫理学研究などを融合して推進します。
 スマート・エイジング研究に関する共同研究を募集しますし、学術指導も積極的に行います。

加齢医学研究所 スマート・エイジング国際共同研究センター
川島 隆太 教授 医学博士
KAWASHIMA, Ryuta Professor

Diabetes

実践的かつ経営的処方を支援する薬品決定支援システムおよびプログラムの開発

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 糖尿病における実地医療現場で実践的かつ経営的処方術を実施するための薬剤決定支援システムおよび薬剤決定支援プログラムを発明した(特許第4176438号)。
 我が国の保健医療現場における医師の処方は1剤205円以内の6剤投薬と規定されている。この制限を越えた投薬を施行した場合には薬価請求額の10%が減額されるしくみになっている。但し、服用法が同じで、かつ205円以内に収まる複数の薬剤は1剤とみなされ、6剤を越えた処方がなされても6剤以下の処方と扱われる。
一方、我が国の高齢化社会では加齢に伴い糖尿病患者が増加している。糖尿病合併症を含めその治療薬を1人の内科医が処方すると容易に6剤投薬を超えてしまう。そこで医療経営的にジェネリック(後発品)の使用が不可欠となる。しかし、医師が先発品と後発品の医薬情報を薬価まで熟知し瞬時に処方を行うことは極めて難しい。本発明は主に糖尿病診療における内科医の処方技術を実践的かつ経営的に改善するものである。
 本発明(特許)を活用して事業化を企てる企業または出資者・開発支援者を求めている。
 ソフトウエアのサンプルあり。

医工学研究科
野々垣 勝則 教授 医学博士
NONOGAKI, Katsunori Professor

糖尿病治療にむけた臓器間神経ネットワーク調節デバイスの開発

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糖尿病患者は種々の合併症を惹き起こし、失明や血液透析などの主要な原因となっているなど、社会的に大きな問題となっている。1型のみならず2型の糖尿病でも膵β細胞の数が減少していることが示され、膵β細胞を体内で再生させることができれば、有望な糖尿病治療となる。再生治療といえば、iPSなどの未分化細胞を試験管内で増殖・分化させ移植する研究が行われることが多いが、克服すべき問題も多い。
我々は、膵β細胞を増加させる肝臓からの神経ネットワークを発見し、膵β細胞を選択的に増殖させることに成功(図)し、モデル動物での糖尿病治療に成功した(Science 2008)。これらの神経ネットワークを人為的に制御することにより、患者体内で、あるべき場所において患者自身の細胞を増やして糖尿病の治療につなげるデバイスの開発を目指す。

医学系研究科 代謝疾患医学コアセンター
片桐 秀樹 教授 医学博士
KATAGIRI, Hideki Professor

Display Design

人間の図地知覚特性を利用した多義的表現と社会的メッセージの創出

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情報の受け手にとって、魅力があり、意義深い印象をもつ表示デザインを創出するには、人間の感性特性、特に図と地に関する知覚心理学的知見を応用することが重要である。
図1は、人間の図地知覚において斜め線分がポップアウトする特性と、持続的注視による知覚的消失現象を利用したディスプレイである。中央付近をじっと見ていると、小さな「木」や、それらで構成される大きな「森」が見えなくなってしまい、斜め線分から構成される「人」で埋め尽くされてしまう。人が森林を破壊するという社会的メッセージも含んでいる。
図2は、透明視知覚現象を利用したデザインで、遮蔽された「人」→単安定的「人」→両安定的「人」に進化する様子を示し、それぞれ、男女関係、そして国際関係などにたとえた場合の社会的メッセージを含んでいる。
このような手法をWeb デザインやロゴなどに利用すれば、より心理的・感性的に洗練されたメッセージを効果的に発信することができる。

文学研究科
行場 次朗 教授 文学博士
GYOBA, Jiro Professor

DMRV

遠位型ミオパチーに対する治療法の開発

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縁取り空胞を伴う遠位型ミオパチー(DMRV)は、体幹から離れた部位の筋肉から萎縮していく極めて稀な疾患である。本疾患患者ではGNEという酵素の遺伝子に変異がありN-アセチルノイラミン酸の合成が十分にできない。国立精神・神経医療研究センター疾病研究第一部において、DMRVのモデルマウスを作製し、発症前からN-アセチルノイラミン酸を投与し、運動能力や筋病理像などが正常マウスと同程度に推移することを明らかにした。N-アセチルノイラミン酸を摂取することにより、DMRV患者において病態の改善又は進行抑制が期待できると考えている。
N-アセチルノイラミン酸は、生理的に存在する物質であり、生体内でも合成され、食物としても摂取されている(図)。またN-アセチルノイラミン酸は過去に去痰剤として開発しようされ非臨床試験成績や少ない投与量ではあるが臨床試験成績が公表されている。これらの情報を参考資料とした上で、毒性試験を実施し、現在、第Ⅰ相臨床試験を実施中である。本研究に関して興味のある企業への学術指導をすることが可能である。

医学系研究科 神経内科学分野
青木 正志 教授 医学博士
AOKI, Masashi Professor

DNAマーカー選抜

品種開発のためのイネとアブラナ類のゲノムと遺伝子変異の研究

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特徴・独自性
遺伝子の一塩基の変異を多数の植物個体について低コストで分析できるドットブロットSNP法を開発した。この方法は、分析技術の熟練が必要ではあるが、一度に数千個体の遺伝子型分析を低コストで行うことを可能とするもので、作物育種の現場でのDNA分析による遺伝子型判定や、種子の純度検定、品種の同定等に利用することができる。さらに簡便な分析方法の開発、低コスト化の研究も進めている。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
植物遺伝子の解明の研究や、品種の純度検定や多様性評価、自家不和合性S遺伝子型の同定、生物の種名の同定など、種々の利用場面がある。種苗業界や食品産業等との連携が想定され、学術指導を行う用意がある。

農学研究科 植物機能科学講座 植物遺伝育種学分野
西尾 剛 教授 農学博士
NISHIO, Takeshi Professor

DNAメチル化

体外受精(出生)児のインプリント異常症診断システムの開発

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特徴・独自性
生殖補助医療(ART)は、不妊症患者に重要な治療法であり、年々増加している。しかし、一方でインプリンティング異常症の増加が指摘されている。これは、ARTにおいてインプリントが獲得される時期の配偶子を操作するため、インプリント責任領域にDNAメチル化が獲得あるいは維持できなかったことにより発症すると考えられている。本研究開発では、ART出生児の臍帯血を用い、インプリンティング異常症に関連する複数の遺伝子群のメチル化の有無について、PCR-Luminex法を用いた測定系を構築する。現在、ヒト精子の質的機能解析法として応用している。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
従来法より簡便、迅速、安価に検査が可能となるため、容易に臨床現場へ導入が可能である。本システムは、ART出生児のインプリンティング異常症の予防、早期診断として有用かつ重要な検査となるだけでなく、ART操作の安全性評価にもなる。がんや生活習慣病などのメチル化に起因する疾患の診断、予防、治療効果などの判定にも応用可能な技術である。PTC出願を実施した。

医学系研究科 環境遺伝医学総合研究センター 情報遺伝学分野
有馬 隆博 教授 医学博士
ARIMA, Takahiro Professor

DNA分析

水産生物における遺伝的多様性モニタリングシステムの構築

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特徴・独自性
遺伝的多様性の維持は、水圏生物の持続的利用や保全を図る上で重要なポイントです。本研究は、DNA分析と集団遺伝学的な解析を主なツールとして、1)自然集団の遺伝的構造や系統地理を明らかにして保全方策を提言し、2)栽培漁業の対象となっている魚介類について、放流種苗の遺伝的特徴や海域での種苗の生残率または再生産への寄与度を明らかにすることによって、より良い放流方法の確立に貢献することを目指しています。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
海洋や河川・湖沼の生態系の現況調査においては、種数や個体数だけではなく遺伝的多様性についてもモニタリングしておくことの重要性が認識されつつあります。主に分析手法や解析方法についての学術指導や共同研究を行う準備があります。

農学研究科
池田 実 准教授 博士(農学)
IKEDA, Minoru Associate Professor

Drug discovery

質量分析装置を用いた蛋白質の高感度多種類同時定量技術

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特徴・独自性
三連四重極型質量分析装置のMRM modeを利用して、多種類タンパク質を同時に高感度に定量する方法を開発した。タンパク質の酵素分解産物の中から、アミノ酸配列情報のみに基づいて「より高感度で信頼性の高い定量が可能なペプチド」を選択する技術は、国内外で特許登録済である。特に、抗体で困難な、特定のアミノ酸が修飾された蛋白質や、1アミノ酸が異なる蛋白質などの精密定量が可能である。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
食品、環境など、タンパク質が関与する全てのライフサイエンス産業への応用に可能性がある。図3には、特に、医薬品開発や診断や個別薬物療法などの医療関連産業への応用の可能性についてまとめた。

薬学研究科
寺崎 哲也 教授 薬学博士
TERASAKI, Tetsuya Professor

DTN

圏外でも通信可能な“スマホdeリレー”

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特徴・独自性
爆発的に普及したスマートフォンですが、そのWiFiを活用すれば、携帯電話がつながらなくても、隣の人はもちろん、周囲のスマートフォンにデータをリレーしてもらうことで遠くの人とも情報を交換することが可能になります。現在研究開発を進めている省電力技術やセキュリティ技術が確立すれば、電池残量を気にする必要もなく、他人にデータを見られる心配もなく、通信することが可能になります。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
災害等の緊急時の情報発信、商店街等での広告・クーポン配布、イベント会場等での少人数グループ内情報交換、団体旅行・登山等でのトランシーバ的な利用、新興国等での通信サービスなどへの応用が期待できます。

情報科学研究科 応用情報科学専攻
加藤 寧 教授 工学博士
KATO, Nei Professor

d

Disease resistance

育種学的手法及び飼料添加物による病気に強い動物の開発

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国内外の養豚生産現場で最も重要な病気は、複数の病原体の感染により豚が呼吸器病を示す豚呼吸器複合症(PRDC)である。宮城県畜産試験場との共同研究でマイコプラズマ性肺炎病変(MPS)低方向へ5世代選抜した結果、病変は減少し、相関反応として自然免疫能(貪食能:PA、顆粒球・リンパ球比率:GLR)、細胞性免疫能が高まり、液性免疫能であるSRBC特異的抗体産生能(AP)が抑制された。
海藻の飼料添加給与が液性免疫IgGやIgAを活性化させ、甘草の飼料添加給与が炎症性サイトカインを抑制するのでこれらの物質の利用により飼料への過度の抗菌剤添加を軽減させる。さらに、抗病性育種の選抜実験としてマウスの自然免疫、獲得免疫および両者を同時に選抜する3系統と無選抜対照系を20世代選抜し、これらの免疫特性、抗病性を比較検討中である。本研究で得られた技術を産業界で活用したい企業や団体からのお問い合わせをお待ちしています。

農学研究科
鈴木 啓一 教授 農学博士
SUZUKI, Keiichi Professor

drug design

実践的かつ経営的処方を支援する薬品決定支援システムおよびプログラムの開発

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 糖尿病における実地医療現場で実践的かつ経営的処方術を実施するための薬剤決定支援システムおよび薬剤決定支援プログラムを発明した(特許第4176438号)。
 我が国の保健医療現場における医師の処方は1剤205円以内の6剤投薬と規定されている。この制限を越えた投薬を施行した場合には薬価請求額の10%が減額されるしくみになっている。但し、服用法が同じで、かつ205円以内に収まる複数の薬剤は1剤とみなされ、6剤を越えた処方がなされても6剤以下の処方と扱われる。
一方、我が国の高齢化社会では加齢に伴い糖尿病患者が増加している。糖尿病合併症を含めその治療薬を1人の内科医が処方すると容易に6剤投薬を超えてしまう。そこで医療経営的にジェネリック(後発品)の使用が不可欠となる。しかし、医師が先発品と後発品の医薬情報を薬価まで熟知し瞬時に処方を行うことは極めて難しい。本発明は主に糖尿病診療における内科医の処方技術を実践的かつ経営的に改善するものである。
 本発明(特許)を活用して事業化を企てる企業または出資者・開発支援者を求めている。
 ソフトウエアのサンプルあり。

医工学研究科
野々垣 勝則 教授 医学博士
NONOGAKI, Katsunori Professor

e

e-voting

東日本大震災後の選挙に見る情報技術活用の課題と可能性

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被災地の選挙管理は、自治体職員の多くの被災もあり、また多くの住民が避難生活を余儀なくされたこともあってマンパワー不足であった。被災地の選管などからは、情報技術の活用に期待する声があがったが、一方でそれをクリアするには技術的・法律的な課題が少なくない。ただ、ネット選挙の解禁だけではなく、有権者の本人認証システムの構築や投票機器の改善といった部分でも、情報技術を選挙の現場で活用できると思われる。
ただ、情報技術の活用は容易でないのが現実である。2017年度、我々の研究プロジェクトで全国市区選管事務局にアンケート調査(回収率97.7%)を実施したところ、約4割がセキュリティポリシーが厳しい関係から無線LAN接続が不可能であり、約4割が導入実績がないため利用が難しい状況があることが明らかになった。自治体内に、技術トラブルといったリスクをおそれ、情報技術の活用に二の足を踏ませる力学が働いている。情報技術を活用するための環境づくりも実は必要なのである。
加えて、選挙管理を含めた行政環境への情報技術の導入は、いわゆる最先端の技術よりも、「既存の、ある程度一般に普及した『信頼性の高い」技術』の方が容易のように見える。技術に対する信頼を高めるにはどうすべきか、検討しなければならない。
技術的な産学連携だけではなく、新しい技術を導入するための場づくりの共同研究も進めるべきと考えている。

研究の詳細はPDFファイルを参照。

情報科学研究科
河村 和徳 准教授 修士(法学)
KAWAMURA, Kazunori Associate Professor

ecological environment

江戸博物学の成果から動植物分布・環境の変遷を探る

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 動植物の命名記載の学としての博物学が隆盛を極めた18世紀から19世紀初頭に、欧米以外では唯一、日本が独自の博物学を発達させ、広く動植物の情報を収集整理していた。その成果を現代に役立てる研究である。即ち、江戸博物学の膨大な文献と明治期以降の資料を合わせて、ファウナとフローラの変遷を読み解くに足る資料を抽出し、現在の分類学の見地から再整理し、我が国と周辺地域におけるその変遷を極力具体的に明らかにしようとしている。
 例えば鳥では、旧ロシア帝国のシベリア開発と日本による千島開発の試みが行われた時期に、我が国のガン類の渡来状況が一変していることが通時的に把握できる。環境の人為的改変や気候の変動が生じる前後の自然環境の変化を歴史的に極力客観的に記述することは、保全すべき、あるいは再構築すべき環境の姿を描き出す一助となる。本研究に関して興味のある企業へ学術指導を行う用意がある。

国際文化研究科
鈴木 道男 教授 博士(国際文化)
SUZUKI, Michio Professor

electron correlation

分子性有機物質の新電子物性開拓

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有機分子の集積によって構成されている分子性伝導体を中心に研究を進めています。分子で構成されている有機物質の特徴は“やわらかい”ことです。この特長から、近年、有機ELデバイスなどの軽量で“曲がる”エレクトロニクス材料として注目されています。当研究室では、このような分子性有機物質の基礎的物性(金属-超伝導-絶縁体)の解明、新物性の開拓を目指しています。
分子性有機物質は、無機物質と比べて“やわらかく”大きく広がった分子軌道や電荷の分布、また分子自身の持つ構造自由度などのために、電荷-スピン-分子格子-分子内結合の間にゆるやかで大きな自由度を有しています。このナノ分子サイズの“やわらかい”複合的自由度と強く関係している超伝導から絶縁体までの多彩な電子状態がバルクな物性として現れます。このような分子性物質の特長をフルに活かして、電子物性物理の重要で興味ある問題にチャレンジしています。 このような研究に興味のある企業への学術指導を行なう用意があります。

金属材料研究所 低温電子物性学研究部門
佐々木 孝彦 教授 工学博士
SASAKI, Takahiko Professor

energy expenditure

代謝解析装置の開発

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 生体の代謝状態を的確かつ簡便に測定することができるように構成した生体の代謝状態を解析する装置及録媒体に関する発明であり、任意の時点と異なる2時点間での脂肪組織における酸素消費量とエネルギー産生量を換算するソフトウエアを備える点に特徴を有する(特許第3848818)。
 前記健康管理に有益な指針情報として、身体インピーダンスの計測値に基づく任意の1時点における代謝状態を表す指標と、異なる2時点における代謝状態を表す指標(脂肪組織における酸素消費量とエネルギー産生量)を算出できる点に特徴を有する。本算出法は既存の体脂肪計に備えられている基礎代謝量の推定換算方法とは全く別の算出式を使用し、より高精度である。本装置の解析ソフトは、インピーダンス値や除脂肪量を算出する装置に追加して備えることも可能である。
 本発明(特許)を活用して事業化を企てる企業または出資者・開発支援者を求めている。

医工学研究科
野々垣 勝則 教授 医学博士
NONOGAKI, Katsunori Professor

energy metabolism

代謝解析装置の開発

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 生体の代謝状態を的確かつ簡便に測定することができるように構成した生体の代謝状態を解析する装置及録媒体に関する発明であり、任意の時点と異なる2時点間での脂肪組織における酸素消費量とエネルギー産生量を換算するソフトウエアを備える点に特徴を有する(特許第3848818)。
 前記健康管理に有益な指針情報として、身体インピーダンスの計測値に基づく任意の1時点における代謝状態を表す指標と、異なる2時点における代謝状態を表す指標(脂肪組織における酸素消費量とエネルギー産生量)を算出できる点に特徴を有する。本算出法は既存の体脂肪計に備えられている基礎代謝量の推定換算方法とは全く別の算出式を使用し、より高精度である。本装置の解析ソフトは、インピーダンス値や除脂肪量を算出する装置に追加して備えることも可能である。
 本発明(特許)を活用して事業化を企てる企業または出資者・開発支援者を求めている。

医工学研究科
野々垣 勝則 教授 医学博士
NONOGAKI, Katsunori Professor

E

Electrostatic Transportation

ナノ・マイクロ粒子の静電輸送による微粒子超音速流動加工の高性能化

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 ナノ・マイクロ粒子超音速流動加工は,微粒子を非熱の高速ジェット中に注入し,粒子を基板に高速衝突させることにより基板上に皮膜を形成する省エネルギー型成膜法である。本研究では,微粒子動態を考慮した超音速流動モデルおよび皮膜形成モデルを統合した新たなモデルを提案した。また,最先端歯科医療等への本成膜法の革新的応用を想定し,実機を対象として実時間数値計算と実験の統合解析を行い,本プロセスの高性能化を行った。さらに,静電気力を用いた帯電ナノ粒子の加速制御により,微小空間において衝撃波や複雑干渉を伴う極限環境下でのナノ粒子高速輸送を可能にし,成膜効率が向上することを数値計算により示した。
 なお,本研究は,2008年度日本機械学会奨励賞(研究)を受賞した。本技術を産業界で活用したい企業や団体との共同研究を希望する。

流体科学研究所
高奈 秀匡 准教授 工学博士
TAKANA, Hidemasa Associate Professor

Enzyme

質量分析装置を用いた蛋白質の高感度多種類同時定量技術

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特徴・独自性
三連四重極型質量分析装置のMRM modeを利用して、多種類タンパク質を同時に高感度に定量する方法を開発した。タンパク質の酵素分解産物の中から、アミノ酸配列情報のみに基づいて「より高感度で信頼性の高い定量が可能なペプチド」を選択する技術は、国内外で特許登録済である。特に、抗体で困難な、特定のアミノ酸が修飾された蛋白質や、1アミノ酸が異なる蛋白質などの精密定量が可能である。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
食品、環境など、タンパク質が関与する全てのライフサイエンス産業への応用に可能性がある。図3には、特に、医薬品開発や診断や個別薬物療法などの医療関連産業への応用の可能性についてまとめた。

薬学研究科
寺崎 哲也 教授 薬学博士
TERASAKI, Tetsuya Professor

EV用充電システム

非接触エネルギー伝送を用いた産業機器・医療機器の開発

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特徴・独自性
独自技術を用いた非接触電力伝送システムを中心に数ワットから数十キロワットクラスの幅広い開発を行っている。産業機器ではモバイル機器を始めEVや工場内搬送装置に至る幅広い対応が可能である。医療機器では人工心臓への電力伝送や、主に四肢不自由者の運動機能再建を目指す機能的電気刺激装置(FES)の開発、がん治療として体内の温度計測を必要としない小型埋込素子を用いたハイパーサーミアの開発を行っている。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
産業・医療用途共に、独自の信号伝送システムも併せて開発を行い実用化している。

医工学研究科
松木 英敏 教授 工学博士
MATSUKI, Hidetoshi Professor