hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マルチピンホールを用いる蛍光X線CTの小動物撮像に向けた基礎的検討

本課題では、マルチピンホールを用いる蛍光X線CT(pFXCT)を開発し、マウス等の小動物撮像に向けた基礎的検討を行うことが目的である。この目的のために、タングステン製のマルチピンホールを開発し、第3世代型の蛍光X線CT撮像方式を実現した。また、Geant4によるシミュレーションや各種ファントムを用いた実験により撮像方式を評価をした。さらに,マウス試料の撮像実験により,小動物撮像に向けた基礎的検討を行った。本研究により、提案するpFXCTはヨウ素造影剤を利用するマウスの脳血流イメージングなどのin vivo計測に利用でき,造影剤にGNPを利用すれば腫瘍の機能イメージングに利用できる可能性がある。放射光蛍光X線CTは非放射性元素の空間分布を高感度・高空間分解能に画像化できるが,従来法では撮像に1日程度を要し,in vivoへの適用を困難にさせていた.これは,現行の撮像方式が第1世代型CT,すなわちペンシルビームによるデータ取得方式を採用しているからであり,投影データを1点ごとに取得しているため,1断面の撮像にも数時間要する.この方式に依っている限り高速撮像は望めず,in vivo撮像においてはモーションアーチファクト等による画質劣化は避けられない.本研究では,高空間分解能・高速撮像のためにピンホールを用いる新しい撮像方式と高精度CT再構成アルゴリズムを提案し,これらの有効性をシミュレーションや実験を通して実証した.具体的には,撮像システムに25穴のマルチピンホールを用い,1度の撮影で25枚の投影像を同時に得ることが可能になった.再構成法では新たに撮像方式に基づいたEMアルゴリズムを取り入れ,検出されたフォトン数が数100個程度であっても定量的にCT像を再構成できるようになった.これらの開発により,撮像時間は約1時間までに短縮された.本手法の実証のために,数個の穴を空けたアクリル円筒に低濃度のヨウ素を入れたファントム撮影を試み,空間分解能約200 um,濃度分解能約50 ug/mlの蛍光X線3次元CT像を得ることが可能になった.前年度は主に撮像時間短縮のためのシステム最適化を行った.本年度では,高エネルギー加速器研究機構PF-AR NE7Aビームラインにて3回(11日間)のマシンタイムを取得し,本撮像システムを用いて,定量性ファントム,ヨウ素以外の造影剤ファントム,in vitroマウスの撮像を行った.また,本撮像法は,造影剤ターゲットからの蛍光X線がピンホールを通り検出器に至るまでの伝搬経路を高精度に測定する必要があるため,システムのキャリブレーション用として新しく位置合わせ用ファントムを開発した.その結果,高精度な位置情報が得られるようになり,前年よりも高精細・高感度な蛍光X線CT像が再構成できるようになった.撮像データの解析により,定量性ファントムからは濃度分解能50 ug/mlのヨウ素造影剤を描出できることが分かった.また,Auのナノ粒子から発生する蛍光X線を本手法により撮像できることが分かった.さらに,将来的な生体撮像のためのテストとして,ガドリニウム造影剤が注入されたマウス肝臓内の血管の3次元撮像を行い,血管の3次元分布を描出することができた.今年度の実験によりマルチピンホール撮像方式における造影剤濃度分解能が向上し,in vivo小動物撮像に向けて生体試料の撮像を行うことができた.本課題では、マルチピンホールを用いる蛍光X線CT(pFXCT)を開発し、マウス等の小動物撮像に向けた基礎的検討を行うことが目的である。従来の蛍光X線CTは、非放射性元素の空間分布を高感度・高空間分解能で画像化できるものの、CTの撮像方式が第一世代型CT方式を採用しており、高速撮像が望めなかった。初年度では、蛍光X線CTの高速化のために、タングステン製のマルチピンホールを開発し、第3世代型の蛍光X線CT撮像方式を実現した。また、pFXCTの撮像方式に基づくCT再構成アルゴリズムを開発し、25枚の投影像から50 ug/mlのヨウ素分布を画像化することに成功した。また、Geant4によるシミュレーションや各種ファントムを用いた実験を行い、システムの最適化を行ってきた。次年度では、小動物撮像に向けた基礎的検討を行うために、マウス試料の撮像実験を行った。これにより、in vitroではあるが、マウス肝臓の血管中元素分布を3次元的に画像化することができた。また、高精細なCT像を得るためには、事前に被写体、ピンホール、検出器の位置関係を高精度に取得しておく必要がある。そのために、キャリブレーション用のファントムを開発し、事前にファントムのCTを撮影して、CTから位置関係を高精度に見積もることが可能になった。最終年度では、金ナノ粒子(GNP)やガドリニウム造影剤など他の元素による撮像の可能性を検討した。GNPは、毒性が低く、生体適合性も高いことから、腫瘍の分子イメージングや放射線治療のモニタリング用途での利用が検討されている。GNPの撮像実験により、0.3 mg/mlの濃度分解能を確認した。本研究により、提案するpFXCTはヨウ素造影剤を利用するマウスの脳血流イメージングなどのin vivo計測に利用でき、また、GNPを利用すれば腫瘍の機能イメージングに利用できる可能性がある。

また、Geant4によるシミュレーションや各種ファントムを用いた実験により撮像方式を評価をした。さらに,マウス試料の撮像実験により,小動物撮像に向けた基礎的検討を行った。本研究により、提案するpFXCTはヨウ素造影剤を利用するマウスの脳血流イメージングなどのin vivo計測に利用でき,造影剤にGNPを利用すれば腫瘍の機能イメージングに利用できる可能性がある。今年度の実験によりマルチピンホールを用いた蛍光X線撮像法が撮像時間の短縮に有効であることが実証された.マウスなどの小動物撮像や,GNPなどの他造影剤を用いる応用を考えている.医用画像工学小動物撮像を行うためには,濃度分解能の向上が不可欠であり,撮像方式・再構成法の改良やターゲット元素の変更などを考えている.予定していた国際会議に出席できなかったため.本研究でデータ解析用ワークステーションとデータ測定用PCを購入予定であったが,当初計画時の予算額より支給額は大幅に減額されたため,次年度の予算と合わせて購入することにしたため来年度の国際会議の参加費として利用する.今年度購入予定であったデータ解析用ワークステーションとデータ測定用PCを次年度購入する予定である.
水の磁気的相互作用による構造形成と物性変化

酸素を溶存した純水は磁気処理によって影響されたMFA水を生成した。磁気処理に伴って水由来のラマンバンドが増大し,新しい化学種の生成が確認された。この変化には酸素が必要であることが分かった。MFA水の差ラマンスペクトルはクラスレートハイドレート構造あるいは過冷却水のスペクトルに酷似しており,酸素クラスレートハイドレート様構造の存在が示唆された。磁気処理に伴う粘度や接触角の減少に誘導時間やメモリー効果が認められ,これらはクラスレートハイドレート系の現象と合致した。MFA水は物質生成に影響を与え,新規な構造や性質をもつ物質をもたらすことが示され,磁気処理程度で異なる性質をもつグリーンな溶媒である。研究期間中に,「水の磁気的相互作用」によって生成する水の未知の実体の構造を決定し,物性・機能との因果関係を解明する。そのため,1)酸素ハイドレート類似構造や過冷却水類似構造の確証を得。2)磁束変化が大気圧・室温でハイドレート構造を誘起する機構を解明する。3)熱力学検討を加え,準安定状態を理解する。4)酸素の溶存状態と磁気的相互作用との関係を解明する。5)酸素ハイドレートの構造と物性因果関係を明らかにする。6)新しい磁気処理系を探索し,普遍化する。加えて,7)磁気処理効果は,広い物質系で種々の現象や構造変化としてあらわれる有用な方法であり,磁気処理された水(溶媒)は多様性のある試薬とみなされることを示す。H25年度は,6つの課題の内1)3)および7)について検討した。水の活量の指標として水蒸気圧を磁気処理しながら測定した。温度制御を0.1K以内にしたところ,0.05Torr以下の蒸気圧上昇しか観測されなかったが,更なる温度制御による検証が必要である。酸素バブリングによる酸素の溶存量や溶存状態の効果は検出できなかったが,これまで得られてきている磁気処理水の一般的現象ー接触角の低下やラマン散乱における増加,これらにおけるメモリー効果や溶存酸素の必要性などはほぼ再現でき,酸素クラスレートハイドレートの存在が示唆された。溶存酸素濃度や水構造の制御のための高圧分光セルと高圧ポンプは目的に合う仕様の検討に手間取ったために次年度購入することにした。7)に関連して,ケイ酸ナトリウムをイオン交換してシリカゲルを調製する際に,水和プロセスが重要と思われるので,磁気処理水を用いてイオン交換してシリカヒドロゲルを調製した。初期のゾルの粘度を比較すると,磁気処理によって粘度が顕著に増加した。しかし,最終的なゲル化への効果やゲル構造への効果については未決である。磁気的相互作用により生成する水の状態をO-17NMRと蒸気圧を測定して検討した。超純水をNMR管に封入し、超伝導マグネットボア内(298K)の6Tの磁場中を振動させたが、NMRスペクトルに有意差は認められなかった。前年度までに、水の活量が磁気処理によって増加した。この追試のために、0.1K以内に制御するように装置を改善し、水の蒸気圧を磁気処理しながらin-situで測定した。磁気処理によって水の蒸気圧が昨年度と同様に上昇したが、その変化量は一桁小さく0.01Torr程度であった。したがって、水の活量への磁気処理効果は留保して、今年度も検証実験を継続することにした。酸素クラスレートハイドレートは100atm以上の高圧で生成する。しかし、水の磁気処理においては、磁束変化がハイドレート様構造を1気圧でも生成させるとの仮説を検証するために、高圧分光セルシステムを設計・製作した。次年度に酸素および水素結合の圧力依存性の検討を通じて検討する。クラスレート生成助剤が酸素クラスレート様ハイドレート生成を促進するかを検討するために、テトラヒドロフランを共存させて磁気処理し,接触角を測定した。現在のところ、磁気処理効果が得られていないが、継続して助剤による磁気処理条件の軽減効果による磁気処理機構を調べる。磁気処理水を用いて珪酸ナトリウム水溶液をイオン交換して得た活性珪酸からシリカゲルを生成した。そのゾルの粘度とSi-29NMRスペクトルの時間変化を調べ、縮合反応および凝集反応の速度論への磁気処理水効果を検討した。活性化過程が308Kを境に変化することがわかった。また、生成したシリカゲルに均一メソ孔が生じるなどの細孔構造への磁気処理効果も得られた。これは今後磁気処理効果の好例となりうる。昨年度に引き続き,磁気処理水を用いて珪酸ナトリウム水溶液をイオン交換して得た活性珪酸の粘度とSi-29NMRスペクトルを調べた。本年度はゾルの粘度の時間変化をさらに詳細に調べた。温度を5°C40°Cで変化させ,縮合反応および凝集反応の速度論への磁気処理水効果を活性化エネルギーによって検討した。磁気処理系では活性化過程が308Kを境に変化することを再確認した。この過程には水和が重要な役割を果たしていることをDSC測定から確かめた。また,活性ケイ酸を磁場中に静置して,同様に検討した結果,静磁場はシリカゲル成長を速めたが,磁気処理効果のように凝集を速めることはなかった。無機アモルファス系であるシリカゲルへの磁気処理効果はこれまで報告がないと思われる。炭酸カルシウム生成への磁気処理水効果はよく知られているが,我々の検討ではCa2+水溶液への磁気処理効果であり,今回,再度実験し,これを確かめた。

また,いくつかのCa2+化合物生成への磁気処理効果を検討し,アパタイトなどいくつかの化合物でも磁気処理効果の感触を得た。これまで強磁場効果を追求してきたが,磁気処理効果は永久磁石を用いて行われるのが通例であるので,ネオジム磁石をチューブを挟むように配列して,0.5 T以下で実験した。純水をチューブ内に流して3 h循環させたところ,接触角が3o程度減少し,磁気処理効果を示した。食塩水に変えると,接触角変化が小さくなり,塩の存在は通常不可欠と信じられているが,磁気処理効果には必要ではないと考えられる。酸素クラスレートハイドレート様化学種の磁気処理による生成が重要との立場から準備してきた高圧実験装置はガス導入などに支障があることが判明し,12月までに改良した。その後,高圧試験を繰り返し,年度末に漸く完成をみた。新しい磁気処理効果が発現する新しい系として無機アモルファスであるシリカゲルを見出した。また,静磁場効果との比較によって,動的な磁場効果との違いも見出した。炭酸カルシウム生成への磁気処理効果において,Ca2+水溶液への磁気処理効果が重要であることを確定し,他のCa2+化合物への磁気処理効果を見出した。磁気処理効果は,溶媒としては水でのみ確認されており,Ca2+化合物も炭酸カルシウムだけが報告されている。これらの物質系を広げて,磁気処理効果の普遍性を示していくことが必要であり,今回のアパタイトでの磁気処理効果の検出は重要である。また,永久磁石を用いた磁気処理装置によって磁気処理される結果を得たことは大きな前進であるが,結論を得るには慎重にならざるをえない。このように,いくつかのテーマで成果を得ており,高圧実験が遅れているとはいえ,概ね順調に推移していると考えられる。ケイ酸の重合過程へ外場として磁場印加したときの効果や磁場に暴露した純水(磁気処理水)中でのシリカゲル生成過程の解明を目的として,29Si NMRへのケモメトリクスを適用して定量的に検討した。磁場中でのシリケート水溶液からのシリカゲル形成を29Si NMR,粘度,窒素吸着により測定した。29Si NMRの多変量解析によるスペクトル分解を行い3つの純成分のスペクトルと濃度プロフィールに分解した。これらの成分はそれぞれオリゴマー、ポリマー、マイクロゲルに帰属した。6 Tの磁場はポリマーの形成とマイクロゲルへの重合反応を促進した。一方で、オリゴマーとマイクロゲルの構造は大きくは影響されなかった。また、磁場は粒子成長とシラノール基間の相互作用を抑制し、0 Tに比べて粘度を減少させる傾向が見られた。このような磁場効果は磁気配向やポリマー、マイクロゲルの水和によると推定した。亜鉛イオンの配位子としてトリアゾール(Taz)とシュウ酸(Oxac)を用いて新しい多孔性配位高分子[Zn2(Taz)(Oxac)2]・(H2O)2.5を合成したのち,適度な前処理によって残した細孔中の吸着水と二酸化炭素の吸着による相互作用で形成される化学種を、真空脱気のみで除去することによって5倍の細孔容量をもつ新しい細孔形成に成功した。また,このPCPは磁場中合成によって,モルフォロジーを大きく変化させるだけでなく,二酸化炭素吸着能を高めるとともに,細孔の疎水化,細孔直径の均一化をもたらすなど,磁場による細孔制御にも展開した。
微細胃粘膜障害の進展と修復因子に関する研究

本研究は主に虚血が惹起するごく軽微な胃粘膜障害の発生・修復過程を^<51>Cr-EDTAクリアランス法を用い研究することを目的とした.(1)実験動物の体温調節,潅流液の回収を自動化し,^<51>Cr-EDTAクリアランスの測定の能率化した.この改良のためより早く,より正確な^<51>Cr-EDTAクリアランスの測定が可能となった.(2)胃粘液は活性酸素の消去作用を有することがしられていたが,in vivoでの作用は明らかでなかった.胃に限局する虚血のみにより惹起される微細粘膜障害を^<51>Cr-EDTAクリアランス法で定量するモデル(Am.J.Physiol.266:G263-270,1994)で,胃粘液の役割をin vivoで検討した結果,胃粘液は微細虚血再潅流障害に対し防御的に働くことが示された(J Lab Clin Med 126:287-293,1995).(3)H_2受容体拮抗剤,プロトンポンプインヒビターで内因性酸を抑制すると虚血による^<51>Cr-EDTAクリアランスの上昇は抑制された.しかし,リン酸緩衝液で内腔の酸を中和した状態ではクリアランスの上昇は抑制されなかったことから,この微細胃粘膜障害には分泌された酸自体は重要ではないが、ATPを消費する酸の産生・分泌が重要意味を持つことが判明した(J Clin Gastroeterol 21:S108-112,1995).(4)微細粘膜障害の迅速な修復(restitution)の速度は^<51>Cr-EDTAクリアランスの回復曲線の解析で,比較的簡便に定量化できたが,内因性粘膜および酸はほとんど関与しないと考えられた.(5)将来の門脈圧亢進症モデルの粘液障害の検討のため,^<51>Cr-EDTAクリアランスを指標とする下部虚血性粘膜障害モデルを確立を試みる過程で,下部消化管虚血は上部とは異なり致命的ショックを誘発することが判明した.本ショックは下部腸管微細粘膜障害と内毒素進入の関連の興味から研究をすすめたが,補体系がショックを誘発するカギとなり,また,微細粘膜障害に補体反応が重要であることを示す成績を得つつある.今後の研究の進展が望まれる.本研究は主に虚血が惹起するごく軽微な胃粘膜障害の発生・修復過程を^<51>Cr-EDTAクリアランス法を用い研究することを目的とした.(1)実験動物の体温調節,潅流液の回収を自動化し,^<51>Cr-EDTAクリアランスの測定の能率化した.この改良のためより早く,より正確な^<51>Cr-EDTAクリアランスの測定が可能となった.(2)胃粘液は活性酸素の消去作用を有することがしられていたが,in vivoでの作用は明らかでなかった.胃に限局する虚血のみにより惹起される微細粘膜障害を^<51>Cr-EDTAクリアランス法で定量するモデル(Am.J.Physiol.266:G263-270,1994)で,胃粘液の役割をin vivoで検討した結果,胃粘液は微細虚血再潅流障害に対し防御的に働くことが示された(J Lab Clin Med 126:287-293,1995).(3)H_2受容体拮抗剤,プロトンポンプインヒビターで内因性酸を抑制すると虚血による^<51>Cr-EDTAクリアランスの上昇は抑制された.しかし,リン酸緩衝液で内腔の酸を中和した状態ではクリアランスの上昇は抑制されなかったことから,この微細胃粘膜障害には分泌された酸自体は重要ではないが、ATPを消費する酸の産生・分泌が重要意味を持つことが判明した(J Clin Gastroeterol 21:S108-112,1995).(4)微細粘膜障害の迅速な修復(restitution)の速度は^<51>Cr-EDTAクリアランスの回復曲線の解析で,比較的簡便に定量化できたが,内因性粘膜および酸はほとんど関与しないと考えられた.(5)将来の門脈圧亢進症モデルの粘液障害の検討のため,^<51>Cr-EDTAクリアランスを指標とする下部虚血性粘膜障害モデルを確立を試みる過程で,下部消化管虚血は上部とは異なり致命的ショックを誘発することが判明した.本ショックは下部腸管微細粘膜障害と内毒素進入の関連の興味から研究をすすめたが,補体系がショックを誘発するカギとなり,また,微細粘膜障害に補体反応が重要であることを示す成績を得つつある.今後の研究の進展が望まれる.本研究は虚血が惹起するごく軽微な胃粘膜障害の発生・修復過程を^<51>Cr-EDTAクリアランス法を用い研究することを目的としたが,(1)実験動物の体温調節をコントローラーで自動化し,灌流液の回収をフラクションコレクターで行うことにより,^<51>Cr-EDTAクリアランスの測定能率化を実現した。すなわち,ラットを麻酔下に大腿動静脈を確保し直腸温をモニターしつつ,体温自動調節装置で37°Cに保った。

前胃より二重管を挿入し胃内腔を生食で灌流し,血中に^<51>Cr-EDTAを約100μCi投与後,胃灌流液を十分な流量が得られかつ死腔が少ないチューブを用いフランクションコレクターに接続し,5分毎5ml自動的に回収した。この改良のためより早く,より正確な^<51>Cr-EDTAクリアランスの測定が可能となった。(2)胃粘液は活性酸素の消去作用を有することがしられていたが,in,vivoでの作用は明らかでなかった。胃に限局する虚血のみにより惹起される微細粘膜障害を^<51>Cr-EDTAクリアランス法で定量するモデル(Am.J.Physiol.266:G2630270,1994に発表)で,胃粘液の役割をin vivoで検討した結果,胃粘液は微細虚血再灌流障害に対し防御的に働くことが示された(投稿中).(3)微細粘膜障害の迅速な修復(restitution)の速度は^<51>Cr-EDTAクリアランスが回復する時の曲線をコンピューターを用い解析した結果,比較的簡便に定量化できることを見いだした。(4)胃粘液は虚血による微小粘膜障害の発生には防御的に働くが,修復過程(restitution)にはあまり関与していないことが判明した。しかし,EGFがrestitutionに関与している抗ラットEGF抗体を用いて示す計画は,3T3細胞を用いたin vitroの実験の結果EGF抗体を投与するだけでは活性をブロックできず,抗原抗体複合物を除いてはじめて効果のあることが判明し,in vivoで血中の抗原抗体複合物を如何に除くかが大きな問題となり進展していない。(5)大腸,下部小腸の虚血性微小粘膜障害モデルの作成を試みた結果,胃とは異なり下部消化管の虚血は,補体系が関与する全身的ショックを誘発することが判明し,下部腸管の微小粘膜障害と管腔内毒素の進入との関係に興味が持たれた(本年度米国消化器病学会で発表予定)。本研究は主に虚血・血流障害が惹起する軽微な胃粘膜障害の発生・修復過程を^<51>Cr-EDTAクリアランス測定法で定量的に研究することを目的とした.(1)内因性酸が微細粘膜障害発生に果たす役割:まず、H2受容体拮抗剤(T593),プロトンポンプインヒビター(PPl;オメプラゾール)で強力に内因性酸を抑制し,胃虚血による微細粘膜障害を検討した.いずれの薬剤投与でも胃内pHは6.8-7.0となり,虚血による^<51>Cr-EDTAクリアランスの上昇は抑制された.次に,胃内腔をリン酸緩衝液で潅流し内腔の酸を中和した状態で検討したが,虚血によるクリアランスの上昇は抑制されなかった.しかし,H2受容体拮抗剤,PPlを再度リン酸緩衝液潅流下に投与すると虚血によるクリアランスの上昇は明らかに抑制された.これらの結果から,この微細胃粘膜障害には分泌された酸自体は重要ではないが,ATPを消費する酸の産生・分泌が重要意味を持つことが判明した(JClin Gastroenterol 21:S108-112,1995).(2)下部消化管における虚血性粘膜障害モデル作成計画:将来の門脈圧亢進症モデルの粘膜障害の検討のため,^<51>Cr-EDTAクリアランスを指標とする虚血性粘膜障害モデルを確立を試みる過程で,下部消化管虚血は上部とは異なり致命的ショックを誘発することが判明した.本ショックは下部腸管微細粘膜障害と内毒素進入の関連の興味から研究をすすめたが,補体反応系がショックを誘発するカギとなり,血中カルボキシペプチダーゼが防御的役割を有していることを見いだした(投稿中).さらに,補体系を抑制すると虚血によるクリアランス上昇が抑制されることから微細粘膜障害に補体反応が重要であることを見いだした(一部を1996年米国消化器病学会で発表する).(3)増殖因子とrestititution:微細粘膜障害の迅速な修復(restitution)の速度は^<51>Cr-EDTAクリアランスの回復曲線の解析で定量化できることを見いだし一定の成果を得たが,restitutionの速度を変える因子は現時点で確認できていない.
超高磁場MR装置を用いたグルタミン酸興奮毒性の病態解明

グルタミン酸(Glu)は中枢神経系における主要な興奮性神経伝達物質であり、その過剰は様々な神経疾患の原因と考えられている。しかし、過剰なGluが引き起こす脳化学変化は十分に解明されていない。本研究では7テスラ超高磁場MRI装置を用いたMR spectroscopyによる神経化学的解析からGluが中枢神経系に及ぼす病態の解明、ならびにヒト神経疾患におけるGlu興奮毒性の関与を検討した。グルタミン酸トランスポーター(GLT1) iKOマウスは、GLT1活性が正常に比べて30-40%に減少している。そのためシナプス内Gluのアストログリアへの取り込みが障害され、シナプス内Gluの蓄積が想定される。MR spectroscopyによる解析で、グルタミン(Gln)上昇、クレアチン(Cr)・コリン(Cho)・ミオイノシトール(mIns)・タウリン(Tau)の低下が認められた。過剰なGluを無害なGlnに転換し蓄積させる生体メカニズムが想定された。リン脂質代謝酵素欠損マウス(Pnpla7変異マウス)ではN-アセチルアスパラギン酸(NAA), Cr, Cho, Glu低値、mIns高値が認められた。PNPLA7は中枢神経において髄鞘形成に寄与し、その欠損は髄鞘低形成に加えて神経細胞障害、Glu-Glnサイクル異常をきたす可能性が考えられた。ヒト急性脳症27例のうち、頭部MRIで異常がなく、MRスペクトルスコピーで一過性にGlnが高値であった症例は7症例であった。いずれの症例も610病日に臨床症状は軽快し、後遺症なく退院した。従来の脳症分類で分類不能とされる軽症脳症例の一部は、興奮毒性が関与する軽症脳症(mild encephalopathy with excitotoxicity [MEEX])であり、けいれん重積型(二相性)脳症(AESD)と一連のスペクトラムを呈する可能性がある。グルタミン酸は中枢神経系における主要な興奮性神経伝達物質であり、記憶や学習機能に重要な役割を果たしている。過剰に放出されたシナプス内グルタミン酸は、神経細胞障害を引き起こし種々の神経疾患の原因と考えられている。しかし、過剰なグルタミン酸が引き起こす脳化学変化は十分に解明されていない。平成28年度はグルタミン酸トランスポーターコンディショナルノックアウト(GLT1 iKO)マウスの解析を施行した。本マウスはGLT1活性が正常に比べて30-40%に減少している。そのためシナプス内グルタミン酸のアストログリアへの取り込みが障害され、シナプス内グルタミン酸の蓄積が想定される。臨床的には過剰な毛繕い行動を呈する。放射線医学総合研究所の7テスラ前臨床MR装置(Avance-II, Bruker Biospin)を用いMRS (PRESS法, TR/TE/NEX= 4000/20/256, ROI=視床、基底核、皮質, VOI=3x3x3mm, 2x2x2mm, 3x3x1.5mm)を施行した。その結果、GLT1 iKOマウスでグルタミン(Gln)上昇、クレアチン(Cr)・コリン(Cho)・ミオイノシトール(mIns)・タウリン(Tau)低下が認められた。Glnが高値となる機序として、有害なグルタミン酸(Glu)でなく無害なGlnとして蓄積させる生体メカニズムが想定された。mIns, Cho, Tauの低下は、Glnが同様に増加する肝性脳症・尿素サイクル異常症でも認められる変化である。Gln蓄積によるアスロトサイト浸透圧上昇に対応し、放出された結果と解釈される。本研究により、シナプス内Glu過剰に対応する生体メカニズムの一端が解明された。グルタミン酸トランスポーターコンディショナルノックアウト(GLT1 iKO)マウスに対するMRSによる脳代謝解析は、24-27年度の大脳白質形成不全症を中心とした研究を継続するものである。確立した測定技術のもと、信頼性のあるデータを取得できている。平成28年度に施行したGLT1 iKOマウス研究成果は論文投稿中である。マウスで得られた成果をもとに、グルタミン酸毒性の想定されているけいれん重積型(二相性)急性脳症(AESD)の脳代謝についても並行して解析を施行している。おおむね順調に進展している。平成29年度に施行したリン脂質代謝酵素欠損マウス(Pnpla7変異マウス)のMRS解析結果は、病理所見と比較検討し報告する予定である。そのなかで興奮毒性が関与する新たな急性脳症概念(MEEX)を報告した。第60回日本小児神経学会シンポジウム「急性脳症の最新知見」において「興奮毒性型急性脳症スペクトラムの拡がり」として講演予定である。

グルタミン酸(Glu)は中枢神経系における主要な興奮性神経伝達物質であり、その過剰は様々な神経疾患の原因と考えられている。しかし、過剰なGluが引き起こす脳化学変化は十分に解明されていない。本研究では7テスラ超高磁場MRI装置を用いたMR spectroscopyによる神経化学的解析からGluが中枢神経系に及ぼす病態の解明、ならびにヒト神経疾患におけるGlu興奮毒性の関与を検討した。グルタミン酸トランスポーター(GLT1) iKOマウスは、GLT1活性が正常に比べて30-40%に減少している。そのためシナプス内Gluのアストログリアへの取り込みが障害され、シナプス内Gluの蓄積が想定される。MR spectroscopyによる解析で、グルタミン(Gln)上昇、クレアチン(Cr)・コリン(Cho)・ミオイノシトール(mIns)・タウリン(Tau)の低下が認められた。過剰なGluを無害なGlnに転換し蓄積させる生体メカニズムが想定された。リン脂質代謝酵素欠損マウス(Pnpla7変異マウス)ではN-アセチルアスパラギン酸(NAA), Cr, Cho, Glu低値、mIns高値が認められた。PNPLA7は中枢神経において髄鞘形成に寄与し、その欠損は髄鞘低形成に加えて神経細胞障害、Glu-Glnサイクル異常をきたす可能性が考えられた。ヒト急性脳症27例のうち、頭部MRIで異常がなく、MRスペクトルスコピーで一過性にGlnが高値であった症例は7症例であった。いずれの症例も610病日に臨床症状は軽快し、後遺症なく退院した。従来の脳症分類で分類不能とされる軽症脳症例の一部は、興奮毒性が関与する軽症脳症(mild encephalopathy with excitotoxicity [MEEX])であり、けいれん重積型(二相性)脳症(AESD)と一連のスペクトラムを呈する可能性がある。引き続き、同様の方法で、リン脂質代謝酵素欠損マウス(Pnpla7変異マウス)の脳代謝を検討する。本マウスはCre-loxPシステムを用いてリン脂質代謝酵素遺伝子を欠損させたマウスであり、東京都立医学総合研究所・生体分子先端研究分野・脂質代謝プロジェクト・平林哲也博士から提供される。ホスホリパーゼA2(PLA2)は、脂質メディエーター産生や膜リン脂質リモデリングを介して神経変性や神経保護に関与すると考えられている。Pnpla7はPLA2ファミリーであり、その欠損が膜代謝ならびにグルタミン酸-グルタミンサイクル及ぼす変化をMRSを用いて解析する。MRSで得られた結果を、他の方法(マスイメージング解析、病理など)と比較検討する。リン脂質代謝酵素欠損マウス(Pnpla7変異マウス)のMRSで得られた脳代謝を病理所見と比較検討する。その欠損が膜代謝ならびにグルタミン酸-グルタミンサイクルに及ぼす変化について解明する。Pnpla7変異マウスの実験終了後、Btbd9変異マウスの実験を施行する。同マウスはrestless leg syndrome(むずむず脚症候群)のモデルマウスである。むずむず脚症候群の病態は不明確であるが、中枢ドパミン系機能低下、鉄利用障害が想定されている。本マウスの検討により、むずむず脚症候群におけるグルタミン酸・グルタミンサイクルの関与を解明する。
ＧＰＵクラスタを用いた超高速解析による河川堤防の高精度リアルタイムセンシング

本研究では,不均質大地中の地下変位を地中レーダで検出するための検討として,GPUクラスタを用いたFDTD法によるシミュレーションを行っている.大きさや比誘電率が異なる物体をランダムに配置することで複数の不均質大地をモデル化し,不均質大地中における地下変位の検出特性を統計的に解析している.本研究では特に,均質大地と不均質大地で得られるレーダプロファイルとの相互相関値から検出特性を定量化するとともに,GPUクラスタを用いることで通常のFDTD法では計算時間を要する問題を解決できることを明らかにしている.平成25年度は,(1)大規模GPUクラスタにおけるFDTD法を用いた地中レーダシミュレーションの高速化,(2)GPUクラスタとFDTD法を用いた地中レーダシミュレーションの実際の災害現場における地下構造探査への応用,(3)航空機搭載レーダと地中レーダを用いた大規模自然災害における高効率な捜索支援手法の提案および実証実験を行った。(1)GPU 64台をネットワーク接続したGPUクラスタを用いて,FDTD法による地中レーダシミュレーションの高速化プログラムを実装した。この結果,PCクラスタ(Xeon E-5 2643 x16)でも170時間を要していた地中レーダシミュレーションが,開発したGPUクラスタ上のFDTDシミュレーションプログラムにより30分程度で計算できることを示し,大規模な領域の地下構造を高速に解析できることを明らかにした。(2)開発したFDTD法による超高速地中レーダシミュレーションプログラムを用いて,実際の災害現場における地下構造推定への応用を試みた。ここでは,平成25年度から実施している地中レーダによる東日本大震災の行方不明者捜索支援の問題として,地中レーダで検出可能な物体の大きさを開発したプログラムにより理論的に定量評価した。この結果,直交偏波であっても深さ1.0 m程度の4.0 cm x 4.0 cm x 10.0 cmの物体が検出可能であることを明らかにした。(3)東日本大震災のような大規模自然災害において,地下の被害状況や震災不明者の捜索活動を支援するための高効率な手法の開発として,JAXAのLバンド航空機搭載レーダPi-SAR-L2と地中レーダの組合せ手法を提案し,実際に東日本大震災で大きな被害を受けた名取市閖上他で実証実験を行った。この結果,Pi-SAR-L2により広大な領域の地下構造を1.0 m程度の深さまで探査可能性を明らかにした。本研究では,不均質大地中の地下変位を地中レーダで検出するための検討として,GPUクラスタを用いたFDTD法によるシミュレーションを行っている.大きさや比誘電率が異なる物体をランダムに配置することで複数の不均質大地をモデル化し,不均質大地中における地下変位の検出特性を統計的に解析している.本研究では特に,均質大地と不均質大地で得られるレーダプロファイルとの相互相関値から検出特性を定量化するとともに,GPUクラスタを用いることで通常のFDTD法では計算時間を要する問題を解決できることを明らかにしている.平成24年度は,(1)GPUクラスタを用いたFDTD法による地中レーダシミュレーションの超高速化と,(2)実際のフィールド実験との比較を実施した。(1)では,GPU 10台を用いたGPUクラスタのタスク並列により,1複数のモデルを与えることで地下構造を推定するプログラムを開発した。この結果,地下に埋設されたパイプの深度を短時間で推定できることを示した。さらに,2地下断層検出の統計的シミューレションを行うプログラムを開発した。この結果,計算時間が増大し困難であった地中レーダによる断層検出特性について,断層ずれと地中不均質性による関係を定量的に明らかにした。GPU 4台を搭載したワークステーション2台を接続したGPUクラスタのデータ並列により,3計算時間が増大する大規模な地下構造モデルを短時間でシミュレーションできることを明らかにした。さらに,4地中レーダをリアルタイムでシミュレーションできる可視化システムを開発した。(2)では,1校内砂場で金属・塩ビパイプの検出実験を行い,(1)で開発したプログラムとの比較を行った。この結果,(1)のプログラムにより,埋設深度を短時間で推定できることを明らかにした。2フィールドでの評価実験として,水分率が変化する海岸波打ち際での透水度検出や,3護岸堤防の内部構造探査の評価実験を行った。この結果,水分量により特徴的な受信信号が得られること,堤防内部の鉄筋の埋設深度や本数が短時間で検出できることを明らかにした。平成25年度以降の予定であった地中レーダを用いた自然災害の被災状況調査として,名取市閖上において震災行方不明者の捜索活動に参加した。地中レーダにより遺留品などを検出できる可能性があることを明らかにした。当初予定にはなかった地中レーダの深度推定で必要不可欠な誘電率測定について,新しい測定原理により低コスト化できる手法を開発した。平成26年度は東日本大震災行方不明者捜索など広域の地中探査を実現する高効率な手法の開発として,(1)JAXA航空機搭載レーダPi-SAR-L2による地中探査の実証実験,(2)人工衛星測位GNSSを用いた自律走行型地中レーダの基礎実験を行った。(1)JAXA航空機搭載レーダPi-SAR-L2による地中探査の実証実験では,1mx1mおよび50cmx50cmの正方3面コーナーリフレクタを製作し,Pi-SAR-L2フライトに地表面および地中に設置して反射強度を定量的に明らかにする同期実験を2回実施した。この結果,気象条件が良好であった1回の実験で地中に設置したコーナーリフレクタからの反射強度は地表設置と比べ10dB程度の差が生じることを確認した。

(2)GNSS測位に基づく自律走行型地中レーダの基礎実験として,測位端末の設計・製作,2重相対測位による測位精度向上実験,単独測位型自律走行車の設計・製作を行った。2重相対測位では測位精度は20%程度向上すること,単独測位型自律走行車は指定地点までGNSS測位をしながら到達できた。電磁波工学より大規模なGPUクラスタを用いたFDTD法による地中レーダシミュレーションプログラムを開発し,従来手法より飛躍的に計算時間の短縮が可能になった。本研究の発展的課題である自然災害への適用として,東日本大震災の被災地への応用や,JAXA航空機搭載レーダPi-SAR-L2と地中レーダの組合せ手法により広大な領域の地下構造推定の実証実験を進めている。平成24年度の研究目的であったGPUクラスタによる超高速地中レーダシミュレーションプログラムの開発と,実際のフィールド実験との比較を予定どおり行っている。これに加えて,平成25年度以降の予定であった東日本大震災の震災行方不明者捜索活動にも研究成果を適用しており,また予定として挙げていなかった地中レーダの深度推定で必要不可欠な誘電率測定について,新しい手法で低コストな誘電率測定器を開発している。さらに,地中レーダによる行方不明捜索の発展として,JAXAの人工衛星や航空機搭載レーダを組み合わせた手法による共同研究を始めている。研究成果は,学術論文や学会・研究会で報告している。また,東日本大震災の震災行方不明者捜索活動は,テレビや新聞で報道されている。さらに,開発した新しい誘電率測定器は,特許出願中である。実際のフィールドでの実証実験を行う。(1)東日本大震災の被災地支援として,引き続き震災不明者捜索支援手法の開発を行う。航空機搭載レーダがどの程度の深さの物体まで検出可能であるかの実証実験やシミュレーションによる評価を行う予定である。(2)広大な領域を高効率で探査する手法として,人工衛星測位に基づく自動走行地中レーダシステムの開発を行う予定である。地中レーダとGPUクラスタによる超高速シミュレーションを用いて,また,他の電磁波センシングとの組み合わせにより,実際のフィールドで自然災害の防災・減災・救助・復興に適用するための評価実験を行っていく予定である。(1)河川堤防の透水度・危険度検出の評価実験およびシミュレーションとの比較を行う。(2)地中レーダと人工衛星・航空機搭載レーダの組み合わせによる広域の地下構造検出について,実際に東日本大震災で被害を受けた地域での評価実験を行う。(3)地中レーダや人工衛星・航空機搭載レーダの地下構造推定で必要不可欠な誘電率測定器について,新しい測定原理により低コスト化・高精度化できる測定システムを開発する。実際のフィールドで地中レーダを用いた評価実験を行う。(1)河川堤防の透水度・危険度検出特性では,仙台市内の実験に適した場所を選定し,晴天時や雨天後などにおける評価実験を行う。評価実験の場所については,国交省と調整中である。(2)広域における地下構造検出について,地中レーダとJAXAの航空機搭載
日本古代の伊勢神宮・天照と王権

本研究は天皇の祖先神とされる天照、その天照を祀る伊勢神宮に関し、王権(特に天皇)といかなる関係を結んでいったのか、その時期的な推移を検討することで、古代から中世初期(院政期)にかけての王権の特徴を通史として把握することを目的とする。考察にあたっては、伊勢神宮に奉仕する斎王(斎宮)、天照と同一視される神鏡(八咫鏡)の二つを主要な分析対象とする。古代王権が斎王を設置した理由、斎王や神鏡に関わる祭祀の成立過程・執行方法などの分析を通じ、斎王と神鏡の古代神祇史上の位置づけを究明し、その上で多種多様な神宮祭祀の全体構造を見据えつつ、古代における神宮・天照、天皇の歴史的特徴の解明を目指す。
生体機能分子動作メカニズムの非平衡熱力学的記述

本年度は研究計画の最終年度にあたるため,研究成果の取りまとめと国内外における成果発表を活動の主体とした.成果は6本の原著論文(査読あり)としてまとめることができた.また我々の研究成果について国内外に効果的に流布するため,2回の国際会議での発表と1件の国内での集中講義を行なった.さらにこの研究課題で行なった研究内容を基礎から堀起こし,"生体高分子のメゾスコピックな記述を目指して"という内容にまとめあげて,分子科学若手夏の学校にて日本各地から集まる大学院生を対象に集中講義を行なった.これらの活動を通して,この研究課題の成果はより多くの研究者に認知され,詳しい研究内容の問い合わせや論文引用も順調に増えている.特に上記の国際ワークショップ(Physics of Molecular Machines)は課題採択者が国外研究者と協力して企画・開催したものであり,実験研究者と理論研究者が相互の研究について正しい理解を獲得する場を提供したものである.生命科学と物理学の歴史的乖離を反映した両者の乖離を解消することは,タンパク質の機能発現メカニズムの研究に本質的な進展をもたらすためには不可欠であり,このワークショップによって採択者は今後目指すべき方向を明確に認識することができた.本研究では今年度、生体高分子の非平衡状態における熱力学的記述を模索するために以下の研究を行なった。(1)非平衡定常状態での反応経路の自律的制御とそれに伴うエネルギー障壁の自発的変化エネルギー障壁を越えることにより状態を変化させられる玩具モデル系を非平衡定常状態におき、平衡状態での既知理論(化学反応の遷移状態論)と比較、非平衡状態で現れる特性を見つけた。通常、2状態間の変化は正方向の変化と逆方向への変化の間に対称性があり、反応経路・エネルギー障壁が共通になる。しかし系が多自由度で配位に選択の余地がある場合は、非平衡下で対称性が崩壊し、反応の方向性が生じることがわかった。更に、非平衡状態で対称性が崩壊した状態について有効ポテンシャルを構成できることを示唆する結果を得、非平衡状態で取り出せる仕事を熱力学的に議論できる可能性を示唆できた。(2)タンパク質エネルギーランドスケープの熱統計力学エネルギー励起後のタンパク質の非平衡状態を特徴づけるための準備として、タンパク質固有の多重安定なエネルギーランドスケープについて、inherent structureの視点から統計力学的議論を行なった。数値計算によってinherent structureの状態密度を決定し、この量をもとに折り畳み転移をはじめとしたタンパク質の諸特性を説明できることが示せた。その結果、短時間局所的な調和的熱揺らぎと遅い大域的スケールの構造揺らぎがほぼ分離できることがわかり、タンパク質の非平衡状態での熱力学的議論を行なうための基盤を作ることができた。本年度は、昨年度の成果をより一般的な記述へ昇華することを目標とし研究を実行した。(1)Feynmanラチェットに代表される、定常熱流下で揺らぎを利用して働く熱機関に着目し、その動作原理についての普遍的説明を追及した。一回の熱励起過程において、系は励起のために熱浴からエネルギーを前借し、エネルギー障壁を越えた後に同量のエネルギーを熱浴に返す。エネルギーは総量としてっじつまがあっていればよいので、複数の熱浴に接した構造的に非対称性を有する系では、各熱浴から借りるエネルギー量と返すエネルギー量の間に任意性があることになる。実際、数値計算により各熱浴との熱のやり取りを調べた結果、平衡状態でも一励起過程あたりに熱浴間に流れる「隠れた熱流」が同定された。さらに、この熱量を用いてオンサガー相反係数に直感的説明を与えられることを見出した。これにより、熱浴間に温度差があれば具体的に駆動力となること、隠れた熱流の符号によって駆動された粒子流の方向も決定されることが一般的な原理として明確にできた。(2)タンパク質の遅い緩和過程および遅い折りたたみ過程の特徴づけを試みた。昨年度の研究により、inherent structureで特徴付けたエネルギーランドスケープの状態密度は、平衡状態での構造揺らぎや折りたたみ転移といった熱力学特性が説明することがわかった。本年度は状態密度のエネルギースケーリングに着目し、その指数がファネル固有であること、それを受けて緩和特性が変わることを見た。ランダムコイルの状態からの折りたたみ過程は、あるファネルの中をゆっくりと降りていく過程に相当している。折りたたみ時刻をそろえたアンサンブルをもとに、非平衡状態でのinherent structureエネルギーとエントロピーを同定することにより、平衡到達度(折りたたみ完成度)を温度パラメータとして表現した。この温度は非平衡では高く、平衡状態に到達すると熱浴温度に到達した。本年度は研究計画の最終年度にあたるため,研究成果の取りまとめと国内外における成果発表を活動の主体とした.成果は6本の原著論文(査読あり)としてまとめることができた.また我々の研究成果について国内外に効果的に流布するため,2回の国際会議での発表と1件の国内での集中講義を行なった.さらにこの研究課題で行なった研究内容を基礎から堀起こし,"生体高分子のメゾスコピックな記述を目指して"という内容にまとめあげて,分子科学若手夏の学校にて日本各地から集まる大学院生を対象に集中講義を行なった.これらの活動を通して,この研究課題の成果はより多くの研究者に認知され,詳しい研究内容の問い合わせや論文引用も順調に増えている.特に上記の国際ワークショップ(Physics of Molecular Machines)は課題採択者が国外研究者と協力して企画・開催したものであり,実験研究者と理論研究者が相互の研究について正しい理解を獲得する場を提供したものである.

生命科学と物理学の歴史的乖離を反映した両者の乖離を解消することは,タンパク質の機能発現メカニズムの研究に本質的な進展をもたらすためには不可欠であり,このワークショップによって採択者は今後目指すべき方向を明確に認識することができた.
循環型でしなやかな社会の構築を目指した自立型水再生循環・エネルギーシステム

(1)水再生技術・水循環システム開発:膜、紫外線、自然型浄化の技術開発に着手した。雑排水の生物処理と膜処理を組み合わせた最適な技術について、長期モニタリング調査を実施している。また、オゾン等を用いた酸化処理による難分解性有機物の分解および生分解性向上の検討を行った。さらに、様々な紫外線ランプを用いた消毒効果や紫外線と過酸化水素等とを組み合わせた効率的な促進酸化処理の検討をすすめた。自然型浄化方法については、人工湿地法および微生物と藻類を併用した水再生実験の実施とその評価手法について、検討を開始した。途上国の雨水利用システムの特徴を調査して、その高度化・強靭化のための膜処理と紫外線の利用の検討を開始した。(2)建築設備・エネルギーマネジメント:創エネ技術と蓄エネ技術の最適化のための研究に着手した。太陽光発電、燃料電池、蓄電池を用いたVPP(Virtual Power Plant)構想を目指す実証的実験を開始した。すなわち、オフグリッド住宅・建物をモデル化した実証建物を用いて、EV(電気自動車)を含めた家庭での電力自給・売買電の検討を開始した。また、屋根通気層を利用したPCM(Phase change material:潜熱蓄熱材)による空調エネルギー削減効果について、実在住宅を対象として、その蓄放熱量を検討した。さらに、太陽熱を利用して外皮を介して室内を除湿するシステムを提案し、試験体による実験および数値シミュレーションを開始した。(3)システム提案・LCA評価:本研究で開発する技術の社会実装へ向けた自立型水・エネルギーシステムの検討に着手した。まず、(1)で研究対象とした大学キャンパス内の建築物からの雑排水再生に関して、ライフサイクルアセスメント(LCA)による評価を実施した。また、システム提案対象地域の検討のため、東南アジアや南アジアの研究組織との共同研究を検討した。(1)水再生技術・水循環システム開発:膜および紫外線の技術をベースとしながらも、イノベーティブな技術開発として、それらの酸化処理との組み合わせや、自然型浄化方法への取り組み等に着手することが出来た。(2)建築設備・エネルギーマネジメント:大学内のグリーンビルディング実験棟やエネマネハウス2015「水と暮らしの重ね箱」での設計と装置の設置の経験をベースとして、VPP構想への研究のシフトを順調にすすめることが出来た。また、建築の省エネルギー技術の性能を数値シミュレーションにより評価することが出来た。(3)システム提案・LCA評価:水再生技術・水循環システム開発と連動した研究が推進出来たとともに、ベトナム、中国、インド等の研究施設との研究交流をすすめることが出来た。(1)水再生技術・水循環システム開発:膜、紫外線、自然型浄化の技術開発を継続する。具体的には、雑排水を対象とした生物処理と膜処理を組み合わせた最適な技術を検討、オゾン等を用いた酸化処理による難分解性有機物の分解および生分解性向上の検討、UV-LEDや真空紫外線といった様々な紫外線ランプを用いた消毒効果や紫外線と過酸化水素等とを組み合わせた効率的な促進酸化処理の検討等を行う。また、人工湿地法による水再生循環技術の検討を継続する。さらに、協力企業とも共同して雨水貯留およびその利用について、膜や紫外線を用いた質向上の試験を行い、災害時も考慮した強靭な自立型システムを検討する。(2)建築設備・エネルギーマネジメント:創エネ技術と蓄エネ技術の最適化に関して、様々な建物の利用状況、自然状況で期間積算のエネルギー消費をゼロとするシナリオの検討およびVirtual Power Plant(VPP)が構築できるシナリオの検討を継続する。さらに、居住空間の快適性を重視した検討をすすめる。(3)システム提案・LCA評価:本研究で開発する技術の社会実装へ向けた自立型水・エネルギーシステムの検討を継続する。ベトナムを対象に具体的なシステムの提案とLCA評価の対象地域選定を検討する。

また、システム提案対象地域の検討のため、東南アジアや南アジアの研究組織との共同研究を検討した。(1)水再生技術・水循環システム開発:膜および紫外線の技術をベースとしながらも、イノベーティブな技術開発として、それらの酸化処理との組み合わせや、自然型浄化方法への取り組み等に着手することが出来た。(2)建築設備・エネルギーマネジメント:大学内のグリーンビルディング実験棟やエネマネハウス2015「水と暮らしの重ね箱」での設計と装置の設置の経験をベースとして、VPP構想への研究のシフトを順調にすすめることが出来た。また、建築の省エネルギー技術の性能を数値シミュレーションにより評価することが出来た。(3)システム提案・LCA評価:水再生技術・水循環システム開発と連動した研究が推進出来たとともに、ベトナム、中国、インド等の研究施設との研究交流をすすめることが出来た。(1)水再生技術・水循環システム開発:膜、紫外線、自然型浄化の技術開発を継続する。具体的には、雑排水を対象とした生物処理と膜処理を組み合わせた最適な技術を検討、オゾン等を用いた酸化処理による難分解性有機物の分解および生分解性向上の検討、UV-LEDや真空紫外線といった様々な紫外線ランプを用いた消毒効果や紫外線と過酸化水素等とを組み合わせた効率的な促進酸化処理の検討等を行う。また、人工湿地法による水再生循環技術の検討を継続する。さらに、協力企業とも共同して雨水貯留およびその利用について、膜や紫外線を用いた質向上の試験を行い、災害時も考慮した強靭な自立型システムを検討する。(2)建築設備・エネルギーマネジメント:創エネ技術と蓄エネ技術の最適化に関して、様々な建物の利用状況、自然状況で期間積算のエネルギー消費をゼロとするシナリオの検討およびVirtual Power Plant(VPP)が構築できるシナリオの検討を継続する。さらに、居住空間の快適性を重視した検討をすすめる。(3)システム提案・LCA評価:本研究で開発する技術の社会実装へ向けた自立型水・エネルギーシステムの検討を継続する。ベトナムを対象に具体的なシステムの提案とLCA評価の対象地域選定を検討する。