所属
工学部 電気電子工学課程 教授
外部リンク
コバヤシ マサキ
小林 正樹
Kobayashi Masaki
学位
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博士（工学） （ 1993年7月 東北大学 ）
研究キーワード
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バイオフォトン
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極微弱発光分光分析
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生体医用光学
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極微弱光計測
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Biomedical Optics
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Ultraweak Photon Detection
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極微弱光イメージング
研究分野
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ナノテク・材料 / 光工学、光量子科学
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ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学） / 計測工学 / 生体計測
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ライフサイエンス / 生体医工学 / 生体医用光学
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ライフサイエンス / 生体材料学 / 生体医用光学
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ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学） / 計測工学 / 生体医用光学
研究テーマ
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バイオフォトンの研究
1986年4月
生体極微弱発光による生体計測
学歴
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博士（工学）（東北大学）
1993年7月
経歴
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東北工業大学 工学部 電気電子工学課程, 教授
2025年4月 - 現在
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東北工業大学 工学部 電子工学科 教授
2006年4月 - 現在
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東北工業大学 工学部 電子工学科 助教授
2000年4月 - 2006年3月
所属学協会
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応用物理学会
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日本生体医工学会
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日本生物物理学会
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日本光学会
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Optical Society of America
委員歴
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日本規格協会 JIS原案作成委員会
2016年4月 - 2017年3月
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応用物理学会東北支部 幹事
2012年4月 - 現在
団体区分：学協会
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東北地区若手研究者研究発表会 運営委員
2007年4月 - 2021年3月
団体区分：その他
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応用物理学会東北支部 評議委員
2002年4月 - 2012年3月
職務実績
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代議員幹事会
2016年3月
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部局長会議，代議員会
2012年5月 - 2016年3月
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教務委員会
2008年4月 - 2012年3月
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教務委員会
2005年4月 - 2008年3月
論文
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- 査読 国際誌
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- 32 ( 2 ) 146 - 153 2022年10月
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- 査読 国際誌
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- 10 21667 2020年12月
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- 査読
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- 59 100904 2020年10月
-
- 査読 国際誌
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10 9626 2020年6月
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Non-invasive visualization of physiological changes of insects during metamorphosis based on biophoton emission imaging 査読
Shoko Usui, Mika Tada, Masaki Kobayashi
Scientific Reports 9 ( 1 ) 2019年12月
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Ultrasound-enhanced chemiluminescence tomography in biological tissue 査読
Masaki Kobayashi, Naoto Kikuchi, Akihiro Sato
ULTRASONICS SONOCHEMISTRY 31 1 - 6 2016年7月
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Polychromatic spectral pattern analysis of ultra-weak photon emissions from a human body 査読
Masaki Kobayashi, Torai Iwasa, Mika Tada
JOURNAL OF PHOTOCHEMISTRY AND PHOTOBIOLOGY B-BIOLOGY 159 186 - 190 2016年6月
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Optical tomography of fluorophores in dense scattering media based on ultrasound-enhanced chemiluminescence 査読
Masaki Kobayashi, Naoto Kikuchi, Akihiro Sato
APPLIED PHYSICS LETTERS 106 ( 2 ) 021103 2015年1月
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Highly sensitive imaging for ultra-weak photon emission from living organisms 査読
Masaki Kobayashi
JOURNAL OF PHOTOCHEMISTRY AND PHOTOBIOLOGY B-BIOLOGY 139 34 - 38 2014年10月
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Synchronization of cellular clocks in the suprachiasmatic nucleus. 査読 国際誌
Shun Yamaguchi, Hiromi Isejima, Takuya Matsuo, Ryusuke Okura, Kazuhiro Yagita, Masaki Kobayashi, Hitoshi Okamura
Science (New York, N.Y.) 302 ( 5649 ) 1408 - 12 2003年11月
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Adrenergic regulation of clock gene expression in mouse liver
H Terazono, T Mutoh, S Yamaguchi, M Kobayashi, M Akiyama, R Udo, S Ohdo, H Okamura, S Shibata
PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA 100 ( 11 ) 6795 - 6800 2003年5月
書籍等出版物
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Highly Sensitive Imaging and Spectral Analysis of UPE from Biological Systems and Their Application.,In: Ultra-Weak Photon Emission from Biological Systems -Endogenous Biophotonics and Intrinsic Bioluminescence- (I. Volodyaev, E. van Wijk, M. Cifra, Y. A. Vladimirov eds.) 査読 国際共著
（ 担当： 分担執筆 , 原著者: Masaki Kobayashi）
Springer Nature 2023年12月 （ ISBN:9783031390777 ）
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8. M. Kobayashi: Modern technology on physical analysis of biophoton emission and its potential extracting the physiological information Energy and Information Transfer in Biological Systems (F.Musumeci, L.S.Brizhik and M.W.Ho eds.) pp157-187, World Sc・・・
MISC
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Ultrasound-enhanced chemiluminescence tomography in biological tissue (vol 31, pg 1, 2016)
Masaki Kobayashi, Naoto Kikuchi, Akihiro Sato
ULTRASONICS SONOCHEMISTRY 38 750 - 750 2017年9月
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Visualization of mPer1 transcription in vitro: NMDA induces a rapid phase shift of mPer1 gene in cultured SCN
Makoto Asai, Shun Yamaguchi, Hiromi Isejima, Masafumi Jonouchi, Takahiro Moriya, Shigenobu Shibata, Masaki Kobayashi, Hitoshi Okamura
Current Biology 11 ( 19 ) 1524 - 1527 2001年10月
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Gene expression - View of a mouse clock gene ticking
S Yamaguchi, M Kobayashi, S Mitsui, Y Ishida, GTJ van der Horst, M Suzuki, S Shibatall, H Okamura
NATURE 409 ( 6821 ) 684 - 684 2001年2月
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The 5 ' upstream region of mPer1 gene contains two promoters and is responsible for circadian oscillation
S Yamaguchi, S Mitsui, S Miyake, L Yan, H Onishi, K Yagita, M Suzuki, S Shibata, M Kobayashi, H Okamura
CURRENT BIOLOGY 10 ( 14 ) 873 - 876 2000年7月
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Photon statistics and correlation analysis of ultraweak light originating from living organisms for extraction of biological information
M Kobayashi, H Inaba
APPLIED OPTICS 39 ( 1 ) 183 - 192 2000年1月
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Two-dimensional photon counting imaging and spatiotemporal characterization of ultraweak photon emission from a rat's brain in vivo
M Kobayashi, M Takeda, KI Ito, H Kato, H Inaba
JOURNAL OF NEUROSCIENCE METHODS 93 ( 2 ) 163 - 168 1999年11月
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In vivo imaging of spontaneous ultraweak photon emission from a rat's brain correlated with cerebral energy metabolism and oxidative stress
M Kobayashi, M Takeda, T Sato, Y Yamazaki, K Kaneko, K Ito, H Kato, H Inaba
NEUROSCIENCE RESEARCH 34 ( 2 ) 103 - 113 1999年7月
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Observation of super-Poisson statistics of bacterial (Photobacterium phosphoreum) bioluminescence during the early stage of cell proliferation
M Kobayashi, B Devaraj, H Inaba
PHYSICAL REVIEW E 57 ( 2 ) 2129 - 2133 1998年2月
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Two-dimensional imaging of ultraweak photon emission from germinating soybean seedlings with a highly sensitive CCD camera
M Kobayashi, B Devaraj, M Usa, Y Tanno, M Takeda, H Inaba
PHOTOCHEMISTRY AND PHOTOBIOLOGY 65 ( 3 ) 535 - 537 1997年3月
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In vivo laser computed tomographic imaging of human fingers by coherent detection imaging method using different wavelengths in near infrared region
B Devaraj, M Takeda, M Kobayashi, M Usa, KP Chan, Y Watanabe, T Yuasa, T Akatsuka, M Yamada, H Inaba
APPLIED PHYSICS LETTERS 69 ( 24 ) 3671 - 3673 1996年12月
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10. M. Kobayashi, M. Usa, H.Inaba: Highly sensitive detection and spectral analysis of ultraweak photon emission from living samples of human origin for the determination of biomedical information Trans..SICE, Vol. E-1, No. 1. pp. 214-220 (2001)
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9. H. Terazono, T. Mutoh, S. Yamaguchi, M. Kobayashi, M. Akiyama, R. Udo, S. Ohdo, H. Okamura, S. Shibata: Adrenergic tregulation of clock gene expression in mouse liver Proc Natl Acad Sci U S A , Vol. 100, No. 11, pp. 6795-6800 (2003)
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7. M. Kobayashi: Spontaneous ultrweak photon emission of living organisms –biophotons¬ – phenomena and detection techniques for extracting biological information, Trends in Photochem. Photobiol., Vol.10, pp.111-135 (2003)
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6. S. Yamaguchi, H. Isejima, T. Matsuo, R. Okura, K. Yagita, M. Kobayashi, H. Okamura: Synchronization of cellular clocks in the suprachiasmatic nucleus Science, Vol.302, No. 5649, pp 1408-1412 (2003)
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5. Y. Kobayashi, K. Misawa, M. Kobayashi, M. Takeda, M. Konno, M. Satake, Y. Kawazoe, N. Ohuchi, A. Kasuya: Silica-coating of fluorescent polystyrene microspheres by a seeded polymerization technique and their photo-bleaching property. Colloids and Sur・・・
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4. M. Takeda, M. Kobayashi, M. Takayama, S. Suzuki, T. Ishida, K. Ohnuki, T. Moriya, N. Ohuchi Biophoton detection as a novel technique for cancer imaging. Cancer Sci, Vol. 95, No. 8, pp 656-661 (2004)
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2. M. Nakajima, M. Takeda, Kobayashi, S. Suzuki, N. Ohuchi: Nano-sized fluorescent particles as new tracers for sentinel node detection: experimental model for decision of appropriate size and wavelength. Cancer Sci. Vol. 95, No.6, pp 353-356 (2005)
講演・口頭発表等
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ヒト顔の極微弱バイオフォトン発光画像計測とAI による特徴抽出
遠藤悠吏, 小林正樹
令和7年東北地区若手研究者研究発表会 2025年3月
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Biophoton imaging as a life’s work. 招待 国際会議
Masaki Kobayashi
A Century of Biophotons Workshop 2023年11月 National Institute of Theoretical and Computational Sciences (NITheCS), Stellenbosch University
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極微弱発光画像計測による顔皮脂過酸化状態の可視化
伊藤友貴,赤坂哉斗, 小林正樹
令和5年東北地区若手研究者研究発表会 2023年3月
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ヒト皮膚の青色光誘起極微弱遅延発光の時系列解析
伊藤幹太,笹野優我,宍戸駿太,多田美香,小林正樹
令和4年東北地区若手研究者研究発表会 2022年2月
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メイラード反応初期過程における極微弱化学発光の高感度分光分析と基質依存性評価
浅利善輝,多田美香,小林正樹
令和4年東北地区若手研究者研究発表会 2022年2月
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機械学習を用いた食品加工ライン用異物検出システムのLabVIEWによる自動化
及川大輔,小林正樹
令和4年東北地区若手研究者研究発表会 2022年2月
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極微弱光計測技術を応用した皮膚酸化ストレスの非侵襲的評価
土田克彦, 小林正樹
第60回日本生体医工学会大会 2021年6月 日本生体医工学会大会
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機械学習を用いた近赤外線によるカット野菜異物検出システムの開発
佐藤天雅,小林正樹
令和3年東北地区若手研究者研究発表会 2021年3月
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メイラード反応過程における極微弱発光の計測と分光分析
小倉真由子,多田美香,小林正樹
令和3年東北地区若手研究者研究発表会 2021年3月
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The imaging technique to evaluate oxidative stress in the human skin. 招待 国際会議
Masaki Kobayashi
11th International Conference on Skin Challenges 2020 2020年11月 The International Society of Microbiota (ISM) and the International Society of Antioxidants in Nutrition and Health (ISANH)
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極微弱発光による生体計測 －稲場生物フォトンプロジェクトからの30年－ 招待
小林正樹
第38回レーザセンシングシンポジウム，特別記念講演 2020年9月
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ヒト皮膚の青色光誘起極微弱遅延発光の分光分析による発光メカニズムの解析
若林勇賢, 滝口瑠音, 下村悠太, 鈴木将史, 小林正樹
令和6年東北地区若手研究者研究発表会 2024年3月
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透明な甲殻類を用いた生体内部のバイオフォトン画像計測
土屋拓斗,小林正樹
令和3年東北地区若手研究者研究発表会 2021年3月
産業財産権
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UPE（バイオフォトン）量の推定方法
土田克彦,小林正樹,岩佐琥偉
Works（作品等）
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哺乳類体内時計の脳内制御機構に関する研究
2001年
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Development of ultra weak photon emission analysis system based on 2D photon correlation.
2000年
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生体時計の分子機構
2000年
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Molecular control of circadian rhythms
2000年
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2次元光子相関・光子統計分析法を用いた極微弱発光分析装置の開発
2000年
受賞
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第11回トーキン科学技術振興財団研究奨励賞
2000年
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1996年度計測自動制御学会論文賞・蓮沼賞
1996年
共同研究・競争的資金等の研究課題
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超音波タグ蛍光断層画像計測・診断装置の開発
研究課題/領域番号：19300162 2007年4月 - 2010年3月
日本学術振興会 科研費 基盤（B） 基盤（B）
小林 正樹
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
配分額：12350000円 （ 直接経費：9500000円 、 間接経費：2850000円 ）
生体の機能やがんなどの病巣を診断するため,生体内に投与した蛍光ラベル剤からの蛍光を,体外から断層画像計測する技術の研究を行った。蛍光励起のためのレーザー光と同時に超音波を照射し,生体内で発生した蛍光に発生源を知らせる超音波タグ(超音波による光変調)を付加しそれを高感度検出することで,生体内部の蛍光画像情報を得る技術を開発し,深さ30mm程度の生体内に局在する蛍光物質の位置を数mm程度の分解能で画像化することに成功した。
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極微弱遅延発光分光による皮膚酸化ストレス評価法に関する研究
研究課題/領域番号：21K12630 2021年4月 - 2024年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
小林 正樹
配分額：2600000円 （ 直接経費：2000000円 、 間接経費：600000円 ）
皮膚に光を照射すると，数分から数十分にわたって減衰する極微弱な発光が観測される。太陽光下で皮膚が日常的に浴びる強度と同レベルの可視光により誘起される遅延発光であり，その発光強度は照射光波長に依存する。皮膚組織の蛍光性色素分子による光増感反応，及びその過程で生成する活性酸素種が関与していると考えられているが，励起エネルギー移行などを経て，発光に至る最終励起分子種は多様であり詳細なメカニズムは不明である。本研究は，光増感剤として作用する分子種，励起種生成のメカニズム，活性酸素種の関与を，発光時系列解析及び同時多波長分光により同定し，皮膚酸化ストレスと遅延発光の関連を明らかにすることを目的とする。
令和３年度は，極微弱遅延発光分析のための高感度同時多波長分光システムの開発を行った。大口径高感度冷却型CCDを検出器とするための，明るさを優先して開発した高スループットレンズ光学系に透過型回折格子を内蔵した高感度分光ユニットを設計・試作した。冷却CCDに装着し，同時多波長分光性能及び感度性能の評価を行い，その結果皮膚由来遅延発光の計測に十分な感度性能を有することを確認した。これを用いて，皮膚遅延発光への関与の可能性が想定される蛍光性物質として糖化反応生成物の分光的特徴を計測するため，アミノカルボニル反応（メイラード反応）による物質レベルでの極微弱化学発光の分光分析を行った。アミノ酸と還元糖の加熱によるメイラード反応初期過程での化学発光スペクトルを種々の組み合わせにより分光計測し，その分光的特徴としてアミノ酸優位にピーク波長が決定する傾向が得られた。今後、遅延発光メカニズム解析のための物質レベルでの発光スペクトルデータの取得を継続するとともに，皮膚遅延発光の分光計測のための光照射系を組み込んだシステムの開発を行い遅延発光の分光的時系列解析を進める。 -
化学発光増強効果を利用した超音波タグ生体光断層画像計測技術の研究
2017年 - 2020年
日本学術振興会 科学研究費補助金 基盤研究（C）
小林 正樹
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
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プロエイジング因子β2ミクログロブリンを介した体内時計機能の加齢変化の解明研究
研究課題/領域番号：16K08518 2016年4月 - 2019年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
守屋 孝洋, 小林 正樹, 小林 拓美, 茂木 明日香, 竹生田 淳, 吉田 寛伸, 井上 莉香
配分額：4810000円 （ 直接経費：3700000円 、 間接経費：1110000円 ）
加齢は体内時計の働きに影響を与え、睡眠の断片化などをもたらすことが知られている。本研究では、主要組織適合遺伝子複合体MHC I の構成因子であるbeta２ミクログロブリンが体内時計の加齢変化に関与している可能性を検討した。beta 2ミクログロブリンを外来的に投与すると、加齢に伴う変化と同様に体内時計のリズム周期が延長し、その背景には中枢時計の視交叉上核におけるアルギニンバソプレシン神経細胞やアストロサイトの存在密度の低下があることが明らかになった。本研究により体内時計の加齢変化が末梢由来のプロエイジング因子によってもたらされていることが明らかになった。
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酸化ストレスの非侵襲画像計測技術の研究
2013年 - 2015年
文部科学省 私立大学戦略的研究基盤形成支援事業
小林 正樹
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
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超音波タグ蛍光検出法による生体内ICG（インドシアニングリーン）イメージング
2013年 - 2015年
日本学術振興会 科学研究費補助金 基盤研究（C）
小林 正樹
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
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脱アセチル化酵素ＳＩＲＴ１を介した神経幹細胞の増殖における概日リズム形成機構解明
研究課題/領域番号：24590294 2012年4月 - 2015年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
守屋 孝洋, 小林 正樹
配分額：5460000円 （ 直接経費：4200000円 、 間接経費：1260000円 ）
記憶等に重要な役割を果たしている脳の海馬では、ニューロンを生み出す神経幹細胞が存在し、絶えず分裂して、自身の数を絶やさないようにしています。この海馬・神経幹細胞の細胞分裂は１日の中で特定の時間帯に起こることが実験動物を用いた研究により明らかになっております。ところが、その詳しいメカニズムは不明のままです。本研究では、神経幹細胞の細胞分裂がいつ起こるのかを自動で解析する実験系を構築しました。また、このシステムを用いてSirt1という脱アセチル化酵素が細胞分裂の日内リズムを生みだしていることが分かりました。この成果は抗がん剤の副作用を軽減する時間薬物療法の開発に応用できる可能性を秘めています。
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CdSeナノクリスタルを用いた食道癌組織の生体内リアルタイムイメージング
研究課題/領域番号：19591527 2007年 - 2009年
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
亀井 尚, 宮田 剛, 武田 元博, 大内 憲明, 里見 進, 小林 正樹, 桜井 遊, 川添 良幸, 小林 正樹
配分額：4160000円 （ 直接経費：3200000円 、 間接経費：960000円 ）
蛍光プローブとしてのCdSe-Her2抗体複合体の安定した作成法を確立し、Her2発現ヒト食道癌を用いた坦癌マウスにおいて、静脈内投与により、体外から腫瘍組織を蛍光検出することができた。また、臨床応用を念頭に励起光の高出力化、検出能の改善も行った蛍光内視鏡下手術システムを新規に試作した。大動物モデルとしてブタを用い、消化管におけるリンパ管網やセンチネルリンパ節の蛍光検出を蛍光シグナルにより、リアルタイム検出に成功した。
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多機能センシングナノビーズを用いた乳がん手術の開発
研究課題/領域番号：19390329 2007年 - 2009年
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(B)
石田 孝宣, 石田 孝宣, 武田 元博, 大内 憲明, 小林 芳男, 小林 正樹, 大原 智
配分額：17940000円 （ 直接経費：13800000円 、 間接経費：4140000円 ）
がん診断・治療において最適な粒径の薬剤は受動的に腫瘍に取り込まれる。我々は、移植乳がんに対し各種サイズの取り込みを画像計測した。その結果、粒径200nmの粒子は腫瘍血管外に漏出せず、20,40,100nmの粒子が腫瘍間質に漏出することを明らかにした。また蛍光量子ドットによる鏡視下センチネルリンパ節検出を試み、センチネルリンパ節の転移開始場所を精細に特定できた。抗腫瘍抗体結合量子ドットにより病巣可視化が可能であり、精細外科手術の実現に向けた基礎を築くことができた。
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高速生物フォトン画像計測による迅速がん病理診断
研究課題/領域番号：18500340 2006年 - 2008年
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
武田 元博, 大内 憲明, 甘利 正和, 小林 正樹, 小林 正樹, 森谷 卓也
配分額：4190000円 （ 直接経費：3500000円 、 間接経費：690000円 ）
がん手術において迅速病理診断は病変の悪性診断のみならず、切除断端における腫瘍の遺残の判定により正確な切除範囲を決定する上で欠かせない病理検査であり、個々の患者の病期に合わせた、いわば外科手術の個別化を実現する基本的検査法と言うことができる。しかしすべての病院に病理医がいるわけではないため、迅速病理診断ができるわけではなく、現実的に多くの病院では迅速病理診断を行うことができない。こうした病院では、外注で行うことがあるが、手続きが煩雑で手術時間の延長の問題があるため、初回手術の後に病理診断を基に再手術が行われることも少なくない。我々はこれまで生物フォトン現象の研究過程おいて、悪性腫瘍組織が極微弱な光を発することを示してきた。今回、その結果を基に手術組織の生物フォトン計測からがん悪性度診断を試みている。従来生物フォトン計測は30分以上の計測時間を要するため、標本の輸送時間を合わせると迅速病理診断には向かない面があった。我々は高開口度レンズや高感度ディテクタ等、種々の工夫から15分程度で計測可能な方法を開発した。本年は担癌動物の腫瘍について計測を行い、更に長時間の安定な計測条件を求めた。その結果、冷却と最適ガス選択により最適な計測を行い得る1時間程度の保存が可能になった。当施設における手術室から計測装置までの移動、設定、計測開始に1時間程度を要することから、ヒト標本を計測するのに最低限の保存が可能になったと言える。
現在移植腫瘍について更に他の腫瘍について有用性の検討を行っている。なお、乳がんについては病理診断の臨床試験を行うべく準備中である。本方法は組織形態によらず、組織の生理的機能から悪性診断を行い得る方法であり、実用化が期待される。 -
蛍光変調検出法によるがんの高感度センチネルリンパ節生検法
研究課題/領域番号：18591427 2006年 - 2008年
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
甘利 正和, 武田 元博, 大内 憲明, 小林 正樹, 小林 芳男
配分額：4060000円 （ 直接経費：3400000円 、 間接経費：660000円 ）
超音波蛍光変調検出法の実用化を目的として、模擬生体における有用性の評価並びに装置の最適化を進めた。模擬生体、食肉を用いた検討である程度の深度にある蛍光色素の検出に成功し、我々が開発した蛍光断層画像計測装置を生体に応用すべく素子をリニアアレイ化したプロ-ブを用い、模擬生体の20-30mmの深さにある蛍光色素を検出することに成功した。この結果から、生体においても従来の検出法を上回る深度の蛍光色素を検出できる可能性が強く示唆された。リニアアレイ型トランスデュ-サの各素子への信号の位相制御による集束化および走査の検討を行い液体散乱媒質中に蛍光体検出にも成功した。以上により装置開発における新たな課題が出てきたが、本研究は実用化に向けて着実に前進した。
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超音波タグ蛍光検出法による生体蛍光断層画像計測装置の開発
2006年
科学技術振興機構 平成18年度シーズ発掘試験
小林 正樹
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
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超音波タグ蛍光検出法による生体内蛍光レポータ遺伝子，蛍光マーカの画像検出法の研究
研究課題/領域番号：17500314 2005年4月 - 2007年3月
日本学術振興会 科研費 基盤（C） 基盤（C）
小林 正樹
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
蛍光を利用して,生物が生きた状態(in vivo)でその遺伝子発現や生理機能の発現を観察する技術は,生命科学におけるきわめて重要なツールとなっている。最近,各種レポータ遺伝子を組み込んだトランスジェニック生物を利用した遺伝子発現の分析法が広く普及してきている。これは光イメージング技術の有する非侵襲性,リアルタイム性といった特長を生かした技術である。しかしながら生体組織の多重光散乱により,生体組織内部を実用的分解能で画像計測することは非常に困難であった。われわれは,マウスなどの小型実験動物を対象として生体に侵襲を与えず,その内部における遺伝子発現や生理機能発現の動態計測を行うための新規技術の研究開発を目指して,超音波を援用した超音波タグ蛍光検出法の研究開発を行った。この手法は超音波の生体透過性と音響光学効果を利用し,集束超音波焦点での光学特性を空間選択的に計測するものである。平成17年度は,本原理に基づく散乱体内部の蛍光分布画像化の可能性について,コンピュータシミュレーションや液体光散乱媒質を用いた基礎検討により明らかにした。その結果に基づき平成18年度は生体模擬試料を用いた実験,および使用波長領域を生体に対する親和性の高い近赤外領域に変更し,実際の生体組織を用いた計測実験と計測装置のシステム化研究を行った。その結果,50mW CW近赤外光を励起光として,ブタ筋肉を生体試料に用い,深さ20mmの位置に設置した直径3mmの円柱型蛍光体を蛍光断層画像計測することに成功した。検出SN比の評価検討から,蛍光体波長,量子収率を選定することにより,深さ30mm程度まで約1mmの分解能で画像計測が可能であるとの見積りを得た。このことから,遺伝子発現に限らずヒト生体を対象にした蛍光ラベル法によるがんなどの異常細胞の検出や物質代謝計測など,幅広い応用が可能であるとの結論を得た。今後さらにこの研究成果を,臨床応用を目指した実用レベルに引き上げるため,専用の超音波・光照射プローブの開発など実用装置化研究を行い,広く医療応用を目的とした診断装置としての実用化研究として継続する予定である。
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超音波タグ蛍光検出法による生体蛍光断層画像計測技術の開発
2005年
科学技術振興機構 研究成果活用プラザ宮城事業化可能性試験
小林 正樹
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
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新規蛍光物質CdSeナノクリスタルによる食道癌細胞の生体内イメージング
研究課題/領域番号：16659350 2004年 - 2006年
日本学術振興会 科学研究費助成事業 萌芽研究
宮田 剛, 大内 憲明, 佐竹 正延, 亀井 尚, 小林 正樹, 武田 元博, 粕谷 厚生, 川添 良幸, 里見 進
配分額：3200000円 （ 直接経費：3200000円 ）
(CdSeナノクリスタルの作成)
CdSeナノクリスタルは、安定した作成法を確立したが、官能基を結合させるための外殻ポリマーコーティングが必要である。生体に無毒なシリカでコーティングを行ったところ、蛍光特性が減弱する現象が認められ、そのままでは本実験に使用できなかったため、種々の条件下で、改良したコーティング法を試行したが、その解決には至らなかった。
(腫瘍の体外からのイメージング)
Her2抗体を付加したCdSeナノクリスタルは坦癌マウス腫瘍特異的に集積し、体外からのイメージングができたが、高感度CCDカメラを組み込んだ装置と自家蛍光のsubtraction処理が必要である。800nmの蛍光で、約1cmの深部まで観察可能であった。
(大動物によるセンチネルノードナビゲーション内視鏡下手術応用への基礎的実験)
胸腔や腹腔など体腔内は皮膚の自家蛍光の影響が少なく、内視鏡下操作であれば基本的に暗い空間であるので蛍光波長を捉えるのに都合がよい。ブタを用いて大動物体内でCdSeナノクリスタルの蛍光検出を試みた。消化管内視鏡下に食道粘膜下層にCdSeを局注した場合の食道周囲リンパ節、反回神経周囲リンパ節を胸腔鏡で、胃粘膜下層に局注した場合の左胃動脈周囲リンパ節を腹腔鏡で観察した。このとき使用した体腔鏡は通常の手術用硬性内視鏡の先端にレーザー照射装置を組み込んだ自作のものを用い、ナノクリスタルは蛍光が長波長の800nmを用いた。リンパ節の蛍光が検出でき、少なくとも数十分観察が可能であることを確認した。センチネルナビゲーションに応用可能であり、官能基を付加したクリスタルであれば機能を持たせて、転移リンパ節だけに集積させることも可能となる。 -
マウス遺伝子発現の光によるin vivoリアルタイム計測技術に関する研究
研究課題/領域番号：15500322 2003年4月 - 2005年3月
日本学術振興会 科研費 基盤（C） 基盤（C）
小林正樹
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
ポストゲノム研究として,遺伝子機能やタンパク機能の生きた状態(in vivo)での解析が強く求められている。生物発光酵素や蛍光タンパクの遺伝子をレポーター遺伝子として組み込んだ,トランスジェニックマウスによる遺伝子発現の分析法が広く普及してきたが,その測定対象は組織切片や,細胞,あるいは開腹臓器やその表層に限られており,生体組織深部を対象とした計測はこれまでの技術では不可能である。われわれは,生きたままの生体を対象として生体に侵襲を与えることなく,その内部の遺伝子発現の動態を経皮的に観測する画像計測技術の研究開発を行ってきた。生体内の蛍光タンパクや蛍光マーカーを外から検出するための要素技術として,第1に生体組織の光散乱による空間分解能の劣化に対する改善と,第2に背景光雑音の原因となる生体組織自家蛍光の効果的な分離法に関する検討を行いそれらの技術の統合化,システム化研究を行った。第1の課題に対しては,コヒーレント検出イメージング法による直進散乱光成分の選択的検出法を適用し,散乱体中における高分解画像検出法を検討した。第2の課題に対しては,ターゲット蛍光物質と自家蛍光の蛍光寿命の差を利用した蛍光時間分解画像計測法,およびターゲット蛍光物質と自家蛍光のスペクトルパターンのちがいを利用した分光画像計測法の2つの手法について検討をそれぞれ行った。まずこれらの実験に先だって,蛍光物質がゲル散乱体中に局在する生体模擬試料を作製するとともに,要素技術開発のための生体光特性分光データの収集,取得を行った。これに基づき,コヒーレント検出画像化法,蛍光寿命画像計測法,分光画像計測法の各要素技術の開発をおこない,その有効性を確認した。評価実験では,蛍光寿命の長い半導体ナノクリスタル(量子ドット)をターゲット蛍光体として用い,時間分解蛍光画像計測法による評価,およびターゲット蛍光物質と自家蛍光のスペクトルパターンの相違を利用した分光画像計測法による評価を行った。実際の生体試料を用いて検討した結果,深さ20mmを超える厚さの筋肉組織下の蛍光物質の画像化が可能であるとの結論を得た。これらの技術は,遺伝子発現計測を目的とした生体組織内部における蛍光物質分布の非侵襲定量計測のための重要な要素技術となり得ることを確認した。
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半導体ナノクリスタルを用いた生体蛍光画像計測技術の研究
2002年 - 2004年
厚生労働科学研究費補助金
資金種別：競争的資金
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極微弱光による遺伝子発現の可視化に関する研究
2001年 - 2003年
科学技術振興調整費による重点基礎研究
資金種別：競争的資金
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生体時計の分子機構
研究課題/領域番号：11233101 1999年 - 2002年
日本学術振興会 科学研究費助成事業 特定領域研究
柴田 重信, 岡村 均, 福永 浩司, 深田 吉孝, 近藤 孝男, 永井 克也, 本間 研一, 柴田 重信, 吉岡 亨, 中原 大一郎, 海老原 史樹文, 小林 正樹, 重吉 康史, 井上 慎一
配分額：76500000円 （ 直接経費：76500000円 ）
生体時計の分子機構の総括班会議を行った。本年度は特定領域研究の最終年度に相当するので、それぞれの班の研究代表者による4年間の研究成果の発表を行い、それに対する質疑応答を行った。本間班ではフィードバックループの形成に重要であるDec1,Dec2遺伝子を同定し、これがPer遺伝子に対する転写抑制作用が強いことを明らかにし、その成果はNatureに掲載された。また、clock変異体マウスを用いた研究から、視交叉上核内細胞間のカップリングが発振に垂要であることを明らかにした。柴田班では毎日一定時刻に餌の提示を行うことにより、末梢時計がリセットされることを世界に先駆けて発表した。グルコースの一過性の上昇が必要である可能性については深田班の研究で明らかにされた。深田班は体内時計の発振、リセット機構にMAPキナーゼのリン酸化が関与していることを、ヒヨコの松果体やマウスの視交叉上核、さらに培養細胞系で明らかにしてきた。福永班では、時計のリセット機構にCaMKII,IVがかかわっていることを明らかにした。また、共同研究の滝口らのグルーブが肝臓でプラスミノーゲン遺伝子発現に独自のリズム機構が働いていることを明確にした。海老沢班ではヒトのサーカディアンリズム障害と時計遺伝子多型について調べた。Per3遺伝子の変異と、睡眠リズム位相後退や非24時間リズム障害との連鎖が報告された。また、Per2蛋白のリン酸化にかかわっているカゼインカイネース1イプシロンの変異と、睡眠リズム疾患との関連性も述べられた。近藤班ではシアノバクテリアを用いた時計の分子機構が精力的に進められ、特にkaiA,B,C遺伝子産物のリン酸化や、多量体形成機構についての研究が進んでいた。評価委員の井上、永井各氏は研究成果の内容等に高い評価を下した。また、班員間の共同研究も十分行われているという評価を得た。
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Study on Biophoton Phenomena
資金種別：競争的資金
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Study on Biomedical Optics
資金種別：競争的資金
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Study on the Measurement of Gene Expression of Circadian Rhythm by using Ultraweak Photon Emission
資金種別：競争的資金
教育実績
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バイオ・光エレクトロニクス
種別：その他教育活動上特記すべき事項 2020年4月
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センサ工学
種別：その他教育活動上特記すべき事項 2010年1月 - 2014年1月
電子制御技術の基本としてのセンシング技術を学ぶ。センサデバイスとして光，温度，磁気，音響センサを前半で取り扱い，後半は変位，速度，ひずみ量，加速度などの機械量センサや，ガス，イオンなどの化学センサについて学ぶ。また，これらのセンサを使いこなすための，基本的な計測法や回路，信号処理技術についても学習し，センシング技術の基礎知識を修得する。
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バイオエレクトロニクス
種別：その他教育活動上特記すべき事項 2010年1月
バイオ技術とエレクトロニクス技術の境界領域にあるバイオエレクトロニクスについて，生物学の基礎知識から，バイオエレクトロニクスデバイスと，生体計測のためのエレクトロニクス（ＭＥ）技術について学ぶ。バイオエレクトロニクスデバイスについてはバイオセンサやバイオチップを中心に学習し，ＭＥ機器としては，エレクトロニクスの生体計測への応用という視点から，脳波計や心電計，またＭＲＩやＸ線ＣＴ，超音波などの画像診断技術などについて学ぶ。これによりバイオ材料や機能を利用したデバイスや医学分野におけるエレクトロニクス技術の基礎知識を修得する。
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電気数学Ⅰ，Ⅱ
種別：その他教育活動上特記すべき事項 2009年1月
Ⅰ／電気回路や電磁気学など専門の基礎教科を学ぶ上で必須となる，関数の微分・積分について，１変数の微分・積分の範囲を修得する。授業は習熟度別にクラス分けし，講義と演習をセットで行う。Ⅱ／電気回路や電磁気学など専門の基礎教科を学ぶ上で必須となる，関数の微分・積分について，１変数の微分の復習と不定積分・定積分，さらに２変数関数の偏微分と重積分を理解，修得する。授業は習熟度別にクラス分けし，講義と演習をセットで行う。
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知能エレクトロニクス入門（１／３）
種別：その他教育活動上特記すべき事項 2007年1月 - 2010年1月
電子工学（エレクトロニクス）は，広範な学問分野と融合し，知能エレクトロニクスとして発展を遂げている。今日のエンジニアリングの根幹を成す新しい学問体系として，知能デバイス－マテリアル系，知能センシング－バイオ・フォトニクス系，知能システム－ロボティクス系の３つの系列に分け，知能エレクトロニクスの全体像をとらえるための専門へのオリエンテーションを行う。
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光エレクトロニクス
種別：その他教育活動上特記すべき事項 2007年1月
光エレクトロニクスは高度情報化社会を支える基幹技術である。半導体受光素子，半導体レーザ，光ファイバ，光制御素子などの光エレクトロニクスデバイスの基礎を修得し，光エレクトロニクス応用システムについて学ぶ。エレクトロニクス技術者として必要不可欠な，実用光工学技術の知識修得をめざす。
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品質管理(1/4)
種別：その他教育活動上特記すべき事項 2005年1月 - 2009年1月
品質管理に必要な「統計学」を担当
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プログラミング演習Ⅰ，Ⅱ
種別：その他教育活動上特記すべき事項 2001年1月 - 2007年1月
Ⅰ／１年次で学んだC言語の文法，基本的なプログラミング技法の復習を行った上で，ポインタ，関数，構造体などの高度な文法，プログラミング技法を修得する。また応用プログラミングのためのアルゴリズムについても学ぶ。Ⅱ／プログラミング演習Ⅱでは，情報処理技術者試験に用いられる言語CASLⅡによりアセンブラ言語のプログラミングを学習する。演習を主体として，アルゴリズムとアセンブラ言語プログラミング技法の基礎と機械語について学ぶ。
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レーザ工学
種別：その他教育活動上特記すべき事項 2000年1月 - 2010年1月
レーザは，光通信，光記録など今日の高速大容量通信・情報処理技術を支えるキーデバイスであり，先端科学からエレクトロニクス産業まで幅広い分野においてレーザ応用技術が利用されている。コヒーレント光としてのレーザ光の特質と，レーザ発振の基本原理，各種レーザ装置のしくみについて修得し，光通信，光記録技術などレーザ応用技術の最新動向について学ぶ。
メディア報道
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NHKテレビ あしたが変わるトリセツショー「“正しい洗顔”3つの鉄則!肌荒れ・乾燥撃退SP」 テレビ・ラジオ番組
NHK あしたが変わるトリセツショー 2022年9月