金沢大学医薬保健研究域保健学系

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大学院医薬保健学総合研究科保健学専攻・医療科学領域病態検査学講座

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研究内容  

 

関根 克尚 研究室(物理化学 生物物理化学 誘電分光学)

 (関根 克尚 准教授 紹介)

 

 

 

1.担当する科目の説明

 

情報管理学(1年前期 必修科目)

 

 コンピュータは、0と1が並んだ2進法の信号を処理する装置です。この科目の目的は,以下のようなことを学んで,コンピュータによる情報処理の仕組みを理解することです。@2進法の信号を処理する方法。A2進法の信号と文字・波・画像とを相互に変換する方法。Bハードウェアとソフトウェアの種類と働き。Cコンピュータネットワークを作るために設置されているコンピュータの種類と働き。

 コンピュータによる情報処理の新しい技術を開発するにはもっと高度で専門的な知識・経験が必要ですが,この科目で学ぶことは,医療現場や日常生活でコンピュータや携帯端末を正しく安全に活用する基礎になります。また,現場のニーズに合った医療システムを設計する基礎になります。

 

生体物質化学実験(1年前期と後期に同じ内容で開講,選択必修科目)

 

 この科目は大学入学後に初めて受講する化学の実験で,以下のことを目的にしています:

@生命の活動を理解する上で重要な物質,現象,反応について実際に体験する。

A物質,現象,反応を原子・分子の振る舞いに注目して考察する方法を理解する。

B実験結果を解析・整理するための技術(グラフの描き方,有効数字,単位の取り扱い)を理解する。

これらは臨床検査技師としての専門的な学習・研究の基礎になります。さらにこの科目で使用する実験機器(pHメータ,分光光度計,微量天秤,ビュレット,ピペットなど)は臨床検査技師が必ず使う機器であり,これらを正しく使うトレーニングの第一歩になります。

 

 

2.卒業研究内容の説明

 

研究内容

 

・交流電気を用いた細胞・組織の構造解析の基礎となるシミュレーション

・低周波電場・低周波磁場の生体作用に関するシミュレーション

 

 

指導方針

 

・パソコンマニアであることを要求していません。主としてExcelと研究室自作の計算プログラムを使いますが,必要なスキルは一から指導します。学生は,シミュレーション結果の意味についてよく考えてください。

・研究なので,これまで誰もやったことのない(論文として公表されていない)シミュレーションを行います。期待通りの結果になるとは限りません。目新しい結果が出たとき,それが間違った計算作業によるものか,本当に新しいことなのか,自分にしかわかりません。間違いのない作業を粘り強く行う必要があります。この点は実験と同じです。

・強制的な拘束時間はできるだけ短くします。しかしこれは「何もしなくても良い」とは意味が違います。テーマを仕上げるためには,自分で時間を見つけて,頭と体を十分に働かせる必要があります。

 

 

3.研究室内容(大学院生指導担当者)

 

交流電気を用いた細胞・組織の構造解析の基礎となるシミュレーション

 

 家庭用としても市販されている体脂肪率計では,足底で踏みつけたり手で握ったりする電極を通して身体に微弱な交流電流を流し,電流の流れやすさを測定して体脂肪率を推定します。脂肪は筋肉より電気を通しにくいため,体脂肪率が高いほど電流が流れにくくなります。

 このような測定をもっと詳細に行うと,交流電気を用いた細胞・組織の構造解析ができます。細胞は,非常に薄い電気絶縁性の膜である細胞膜で囲まれています。このような細胞膜はコンデンサーと同じ電気的性質をもつため,交流電気の周波数が低いときには電気を通しませんが,周波数が高くなると電気をよく通すようになります。このため,細胞の電気の通しやすさは交流電気の周波数によって変化します。逆に交流電気の通りやすさの周波数変化をうまく解析すると細胞の構造を推定できます。細胞の形や複数の細胞が集積してできる組織の構造の影響をシミュレーションによって予め調べておき,構造解析に活用しようというのがこの研究の目的です。

 

K. Sekine, A. Yamada, H. Kageyama, T. Igarashi, N. Yamamoto and K. Asami, Numerical calculations for effects of structure of skeletal muscle on frequency-dependence of its electrical admittance and impedance, J. Phys. D: Appl. Phys. 印刷中

K. Asami and K. Sekine, Dielectric modelling of erythrocyte aggregation in blood, J. Phys. D: Appl. Phys. 40 (2007) 2197–2204

K. Asami and K. Sekine, Dielectric modelling of cell division for budding and fission yeast, J. Phys. D: Appl. Phys. 40 (2007) 1128–1133

K. Sekine , C. Hibino, M. Kimura and K. Asami, Effects of T-tubules on dielectric spectra of skeletal muscle simulated by boundary element method with two-dimensional models, Bioelectrochemistry 70 (2007) 532–541

K. Sekine, Y. Watanabe, S. Hara and K. Asami, Boundary-element calculations for dielectric behavior of doublet-shaped cells, Biochim. Biophys. Acta 1721 (2005) 130–138

 

 

低周波電場・低周波磁場の生体作用に関するシミュレーション

 

 細胞膜はコンデンサーと同じ電気的性質をもつため,周波数の低い交流電気のなかに置かれた細胞では,交流電気によって細胞膜に電位差が発生します。交流電気の周波数が高い場合には,細胞内部や細胞周囲にジュール熱が発生します。これらによって,細胞の機能が変化する可能性があります。

 くびれや突起をもった細胞や細胞同士が接近した組織では,ある狭い周波数範囲で,ある狭い部分だけで細胞膜での電位差発生や細胞内部や細胞周囲でのジュール熱発生が増幅される可能性があります。これをうまく利用すれば,交流電気を用いて目的とする特定の変化だけを発生させる細胞操作が可能になります。交流磁場でも同様のことが期待できます。シミュレーションによって細胞の形や細胞同士の接近の影響を調べようというのがこの研究の目的です。

 

K. Sekine, T. Takeda, K. Nagaomo and E. Matsushima, Boundary-element calculations for amplification of effects of low-frequency electric fields in a doublet-shaped biological cell, Bioelectrochemistry 77 (2010) 106–113

 

 

 

 

 

 

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