hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
in vivoイメージング解析による血管平滑筋の収縮機構の解明

cGMPは、血管収縮などを制御する重要なセカンドメッセンジャー分子であり、その調節機構を理解するには、ライブイメージングによる時時空間動態解析が待ち望まれている。本研究では、これを可能にするための基盤技術の整備を目的に、高性能なcGMP指示薬の開発を行った。シグナル変化率向上と親和性変異体のスクリーニングを行った結果、従来の指示薬に比べシグナル変化率が最大5倍に向上した、複数の親和性変異体の開発に成功した。これらの指示薬は、人為的なNO刺激に伴うヒト培養細胞のcGMP応答だけでなく、既存の指示薬では検出が困難であった自発的走化性運動に伴う微弱なcGMP濃度変動も検出できることが明らかになった。FRET型cGMP指示薬の機能向上を目的とした指示薬開発を行った。具体的にはFRET効率変化を最適化するため、ドナーならびにアクセプターとしてシアンならびに黄色蛍光タンパク質(ECFP, Venus)の完全長もしくはこれらの円順列変異体(cp173ECFP, cp173Venus)を材料に、その順列の入れ替えを含めた合計8種類のFRET骨格を作製した。さらにこれらのドナー・アクセプターの間にcGMP感受性モチーフであるprotein kinaseGもしくはcGMP specific phosphodiesterase(PDE5)の部分配列を挿入した指示薬をデザインした。大腸菌もしくはヒト培養細胞由来の精製指示薬タンパク質を得た後、in vitroでの性能評価を行った結果、従来の指示薬にくらべてシグナル変化率が5倍に向上(変化率=250%)した新たな指示薬を開発する事に成功した。HEK293細胞ならびに平滑筋細胞を用いた生細胞内での機能評価を行ったところ、cGMPシグナルをトリガーするNO刺激に対して、150%という大きなFRETシグナル変化を示す事を確認した。In vitroでの解離定数を決定したところ、Kd=1μMであり、生体内でのライブイメージングに適した性能を有していることが明らかになった。血管平滑筋の収縮・弛緩は血圧調整を行う重要な現象であり、特に細胞内NO-cGMPシグナル伝達系は平滑筋細胞の弛緩に必須な機構である。本研究では血管平滑筋でのcGMP動態を可視化するための機能性指示薬の開発を行った。PKGIbが有する二つのcGMP結合ドメインをセンサーモチーフとするFRET型指示薬を、電気穿孔法ならびにレンチウイルスを用い、初代培養血管平滑筋細胞に導入する系を確立した。指示薬導入細胞へのNOドナー添加に伴うcGMP濃度上昇の可視化を試みたところ、十分なシグナル変化を得ることが出来なかった。指示薬のcGMP解離定数が4μMと低親和性であったため、細胞内でのcGMP濃度変化を検出するには指示薬の高感度化を含む改良が必要であることが示唆された。そこで、cGMP結合モチーフとしてPKGIbもしくはcGMP特異的ホスホジエステラーゼ(PDE5)を材料に、指示薬の高感度化とシグナル変化率の増強を試みたところ、PKGIbの有するcGMP結合モチーフのうち片方だけを用いる事で、解離定数0.5μM、シグナル変化率110%を示す改良型指示薬を開発し、HEK293細胞ならびに血管平滑筋細胞におけるcGMPダイナミクスを可視化する事に成功した。本指示薬をマウス血管に導入し、Dorsal skinチャンバーを介した二光子顕微鏡観察を行う系を立ち上げ、生体内でのcGMP動態の可視化を行っている。生物学従来に比べ機能が大幅に向上したcGMP指示薬の開発に成功しており、培養平滑筋細胞での機能検証での良好な結果を得ている。新たに開発したcGMP機能性指示薬を用いた生体内ライブイメージングを行う。まずは、血管平滑筋細胞で本指示薬を発現するトランスジェニックマウスを作出するため、発現ベクターの構築を行う。予備的な実験から、平滑筋特異的な遺伝子であるSM22alphaの発現制御領域(プロモーター)では十分量の指示薬を発現できないことが示唆されたため、CAGプロモーター::LoxP-STOP-LoxP--指示薬遺伝子という発現ユニットを構築し、トランスジェニックマウスの作出を行う。得られたマウスをSM22alpha::Creマウスと交配する事で平滑筋細胞特異的に本指示薬を発現するマウスを得、cGMPの生体内動態についてライブイメージング解析する。モデルマウスの作出には時間を要するため、ゼブラフィッシュを用いたパイロット研究も並行して行う。
屋内歩行センシングデータの収集と統合による建物構造生成手法の構築

本研究では複数の人の歩行センシングデータを用いた歩行空間ネットワーク構造生成手法の確立が目的であり,以下の4つのテーマを設けて研究を推進している.(I)建物らしさの概念の体系化,(II)高精度歩行軌跡推定手法の確立,(III)歩行軌跡の統合によるネットワーク構造推定手法の確立,(IV)歩行センシングデータ収集のための参加型センシング基盤の構築.本年度は特に(II),(III)を中心に研究を推進した.(II)では,複数の同一経路歩行軌跡を平均化して歩行軌跡の精度を向上させる手法について,昨年度の研究成果を改善した.その結果,従来の誤差を約半分に抑えることに成功した.また,少ないセンサでの屋内位置推定を実現する要素技術として,角速度・磁気・気圧センサを単独で用いたステップ認識手法を提案した.一般的にはステップ認識には加速度センサが適しているが,このような代替センサを用いたステップ認識によって,屋内位置推定に必要なトータルのセンサ種類を削減し,デバイス小型化や省電力化を期待できる.(III)については,昨年度提案した異なる経路を歩行する複数の歩行軌跡同士から,共通する部分を発見する手法について精査し,Wi-Fiや磁気の時系列変化といった新たな特徴量を模索し,精度評価を行った.また,機械学習アルゴリズムの一つであるSVMにおいて,サポートベクトルからの距離を推定信頼度とみなし,信頼性の高い結果のみを利用することで高精度な共通部分推定を達成した.これまでの成果によって,(I),(II)と(IV)の一部については概ね研究目標が達成されている.技術的に最も困難な課題は(III)歩行軌跡の統合によるネットワーク構造推定手法の確立の部分であり,現在も継続的に検討中である.前述の通り,技術的に最も困難な課題は(III)歩行軌跡の統合によるネットワーク構造推定手法の確立の部分である.複数の歩行軌跡のうち共通する部分を発見するアルゴリズムについては概ね実現できており,次は共通部分に基づいて複数の歩行軌跡を統合するアルゴリズムについて検討する.本研究では複数の人の歩行センシングデータを用いた歩行空間ネットワーク構造生成手法の確立が目的であり,以下の4つのサブテーマを設けて研究を推進している.(I)建物らしさの概念の体系化,(II)高精度歩行軌跡推定手法の確立,(III)歩行軌跡の統合によるネットワーク構造推定手法の確立,(IV)歩行センシングデータ収集のための参加型センシング基盤の構築.本年度は(II)と(III)を中心に研究を進めた.まず(II)については,一般的な建物に存在する折り返し階段に着目し,歩行軌跡の高精度化に取り組んだ.まずPDR(Pedestrian Dead Reckoning)によって推定された歩行軌跡から折り返し階段と思われる部分を切り出す.次に,折り返し階段の前半と後半,また踊り場部分を求める.建物知識として,折り返し階段の前半と後半は平行である,複数階にわたる折り返し階段の幅と長さは等しい,という知識をあてはめ,推定歩行軌跡の修正を行った.歩行軌跡から折り返し階段部分を推定する精度は99%であった.歩行軌跡修正についてはアルゴリズム部分は完成しているが,具体的な精度評価には至っていない.(III)については,複数の同一経路歩行軌跡を平均化することで歩行軌跡推定精度の向上をはかり,研究を推進した.同じグループに所属する人は,同じ経路で目的地に向かうことが多いため,複数の同一経路歩行軌跡が得られる,という仮定に基づいている.このサブテーマは,さらに同一経路歩行軌跡の統合の際に手がかりとなる共通部分を発見する,発見された共通部分に基づいて軌跡を平均化する,という2つの手順を必要とする.本年度は手順前半のアルゴリズムを検討するため,まずは共通部分を手動でラベリングして正解データを生成するラベリングツールを実装し,大規模コーパスHASC-IPSCの補講センシングデータに適用した.当初は,(I)建物らしさの概念の体系化,(II)高精度歩行軌跡推定手法の確立,(III)歩行軌跡の統合によるネットワーク構造推定手法の確立,(IV)歩行センシングデータ収集のための参加型センシング基盤の構築,までを本年度までに完成させる予定であったが,(II),(III)の検討にとどまった.特に(I)のサブテーマは,(II),(III)のアルゴリズム実装や議論において整理されるはずであったが,(II),(III)のアルゴリズム実装自体が遅れたため,(I)の議論にはいたらなかった.本研究では複数の人の補講センシングデータを用いた歩行空間ネットワーク構造生成手法の確立が目的であり,以下の4つのテーマを設けて研究を推進している.(I)建物らしさの概念の体系化,(II)高精度歩行軌跡推定手法の確立,(III)歩行軌跡の統合によるネットワーク構造推定手法の確立,(IV)歩行センシングデータ収集のための参加型センシング基盤の構築.本年度は(I),(II),(III)を中心に研究を推進した.まず(I)については,建物内で活動する人は多くがグループを形成しており,建物内で同一経路を歩行する場合が多い点に着目した.(II)では,複数の同一経路歩行軌跡を平均化して歩行軌跡の精度を向上させる手法を提案した.このアプローチは昨年度既に提案されたものであったが,アルゴリズムを見直し,更に精度を向上させた.また,歩行時の進行方向を推定する新たな手法として,加速度平面成分を用いた手法を提案した.(III)については,異なる経路を歩行する複数の歩行軌跡同士から,共通する部分を発見する手法の基礎検討を行った.Wi-Fiの観測情報などの特徴量を用いて機械学習(SVM)を行い,注目するペアが共通部分であるか否かを推定するアルゴリズムを提案した.

昨年度に作成した正解データのラベリングツールを用いて,屋内歩行センシングコーパスHASC-IPSCから推定された歩行軌跡同士の部分一致情報をラベリングし,それに基づいて精度評価を行った.昨年度はやや遅れている状態であったが,課題(II)における歩行軌跡の高精度化手法や課題(III)の歩行軌跡間部分一致致推定手法が確立できたため,実際に建物構造推定にまで至る道筋が立てられた.本研究では複数の人の歩行センシングデータを用いた歩行空間ネットワーク構造生成手法の確立が目的であり,以下の4つのテーマを設けて研究を推進している.(I)建物らしさの概念の体系化,(II)高精度歩行軌跡推定手法の確立,(III)歩行軌跡の統合によるネットワーク構造推定手法の確立,(IV)歩行センシングデータ収集のための参加型センシング基盤の構築.本年度は特に(II),(III)を中心に研究を推進した.(II)では,複数の同一経路歩行軌跡を平均化して歩行軌跡の精度を向上させる手法について,昨年度の研究成果を改善した.その結果,従来の誤差を約半分に抑えることに成功した.また,少ないセンサでの屋内位置推定を実現する要素技術として,角速度・磁気・気圧センサを単独で用いたステップ認識手法を提案した.一般的にはステップ認識には加速度センサが適しているが,このような代替センサを用いたステップ認識によって,屋内位置推定に必要なトータルのセンサ種類を削減し,デバイス小型化や省電力化を期待できる.(III)については,昨年度提案した異なる経路を歩行する複数の歩行軌跡同士から,共通する部分を発見する手法について精査し,Wi-Fiや磁気の時系列変化といった新たな特徴量を模索し,精度評価を行った.また,機械学習アルゴリズムの一つであるSVMにおいて,サポートベクトルからの距離を推定信頼度とみなし,信頼性の高い結果のみを利用することで高精度な共通部分推定を達成した.これまでの成果によって,(I),(II)と(IV)の一部については概ね研究目標が達成されている.技術的に最も困難な課題は(III)歩行軌跡の統合によるネットワーク構造推定手法の確立の部分であり,現在も継続的に検討中である.(II),(III)のアルゴリズム実装と評価実験を通して(I)の議論を推進する.また,それと並行して(IV)のシステム実装を行う.特に課題(III)の建物構造推定手法を検討する.これまでに取得できている歩行軌跡同士の部分一致情報に基づいて,それらの歩行軌跡を統合する.また,実環境での適用実験を目指すため,(IV)の参加型センシングシステムの実装を行う.前述の通り,技術的に最も困難な課題は(III)歩行軌跡の統合によるネットワーク構造推定手法の確立の部分である.複数の歩行軌跡のうち共通する部分を発見するアルゴリズムについては概ね実現できており,次は共通部分に基づいて複数の歩行軌跡を統合するアルゴリズムについて検討する.物品購入費としてネットワーク機器の購入を予定していたが,研究室内備品を利用可能であったため新規購入を行わなかった.(理由)物品購入ほとしてネットワーク機器の購入を検討していたが,研究室内備品を利用可能であったため新規購入を行わなかった.(使用計画)
口腔扁平上皮癌の浸潤・転移に関与する運動因子の解析

口腔扁平上皮癌における癌細胞の運動能と浸潤様式との関連を明らかにする目的で浸潤様式の異なる3種類の口腔扁平上皮癌細胞株(OSC20,3型;OSC19,4C型;HOC313,4D型)を用いて細胞の運動能を比較検討するとともに,それらの運動能に関与する運動促進因子の発現と機能について検討した.金コロイド法を用いて細胞の運動性を測定したところ,血清存在下での運動能はHOC313細胞が最も高く、次いでOSC19細胞,OSC20細胞の順であったが,無血清培地ではHOC313細胞のみが大きな運動能を示した.この結果からHOC313細胞が運動促進因子を自ら産生していることが推測された.これらの細胞における自己分泌型運動促進因子(autocrine motility factor.AMF)遺伝子の発現を検討した結果,いずれの細胞でもmRNAの存在が認められたがHOC313細胞で特に強く発現していた.またAMFに対する免疫組織化学染色ではHOC313細胞のみにAMF蛋白の存在が認められ,また抗AMF抗体により運動性が抑制されたことから,HOC313細胞が自己運動促進因子としてAMFを産生していることが明らかになった.扁平上皮癌細胞がAMFを産生・分泌しているのを証明したのは本研究が初めてである.AMFレセプターのmRNAの発現はいずれの細胞にも認められたが,レセプター蛋白の存在量はHOC313細胞>OSC20細胞の順に高く、OSC19細胞では認められなかった.AMFと同一アミノ酸配列を有するグルコース6-リン酸イソメラーゼ(glucose 6-phosphate isomerase,G6PI)を作用させると,HOC313細胞とOSC20細胞は濃度依存的に運動性が亢進し,これはAMFレセプター蛋白の発現量と相応していた.分散因子/肝細胞増殖因子(scatter factor/hepatocyte growthfactor,SF/HGF)に対しては,HOC313細胞とOSC20細胞で濃度依存的な遊走性の亢進が認められた.フィブロネクチン(fibronectin,Fn)およびビトロネクチン(vitoronectin,Vn)に対する遊走性はHOC313細胞で著しく,OSC20細胞では認めなかった.以上より,口腔扁平上皮癌細胞の運動能と各種運動促進因子に対する感受性は浸潤様式によって異なり,特に4D型の癌細胞は自己分泌型の運動促進因子を産生・分泌して自らの運動能を高め,周囲組織へび漫性に浸潤していくものと考えられた.口腔扁平上皮癌における癌細胞の運動能と浸潤様式との関連を明らかにする目的で浸潤様式の異なる3種類の口腔扁平上皮癌細胞株(OSC20,3型;OSC19,4C型;HOC313,4D型)を用いて細胞の運動能を比較検討するとともに,それらの運動能に関与する運動促進因子の発現と機能について検討した.金コロイド法を用いて細胞の運動性を測定したところ,血清存在下での運動能はHOC313細胞が最も高く、次いでOSC19細胞,OSC20細胞の順であったが,無血清培地ではHOC313細胞のみが大きな運動能を示した.この結果からHOC313細胞が運動促進因子を自ら産生していることが推測された.これらの細胞における自己分泌型運動促進因子(autocrine motility factor.AMF)遺伝子の発現を検討した結果,いずれの細胞でもmRNAの存在が認められたがHOC313細胞で特に強く発現していた.またAMFに対する免疫組織化学染色ではHOC313細胞のみにAMF蛋白の存在が認められ,また抗AMF抗体により運動性が抑制されたことから,HOC313細胞が自己運動促進因子としてAMFを産生していることが明らかになった.扁平上皮癌細胞がAMFを産生・分泌しているのを証明したのは本研究が初めてである.AMFレセプターのmRNAの発現はいずれの細胞にも認められたが,レセプター蛋白の存在量はHOC313細胞>OSC20細胞の順に高く、OSC19細胞では認められなかった.AMFと同一アミノ酸配列を有するグルコース6-リン酸イソメラーゼ(glucose 6-phosphate isomerase,G6PI)を作用させると,HOC313細胞とOSC20細胞は濃度依存的に運動性が亢進し,これはAMFレセプター蛋白の発現量と相応していた.分散因子/肝細胞増殖因子(scatter factor/hepatocyte growthfactor,SF/HGF)に対しては,HOC313細胞とOSC20細胞で濃度依存的な遊走性の亢進が認められた.フィブロネクチン(fibronectin,Fn)およびビトロネクチン(vitoronectin,Vn)に対する遊走性はHOC313細胞で著しく,OSC20細胞では認めなかった.以上より,口腔扁平上皮癌細胞の運動能と各種運動促進因子に対する感受性は浸潤様式によって異なり,特に4D型の癌細胞は自己分泌型の運動促進因子を産生・分泌して自らの運動能を高め,周囲組織へび漫性に浸潤していくものと考えられた.口腔扁平上皮癌の浸潤と転移に関与する運動因子を明らかにする目的で、浸潤様式の異なる3種類の口腔扁平上皮癌細胞株OSC・20(3型)、OSC 19(4C型)、HOC・313(4D型)を用いて、金コロイド法で運動能の測定を行った。

その結果、10%FBS加イ-グルMEM培地では、OSC・20細胞は28.8±14.1(×100μm^2)、OSC・19細胞は43.6±24.6(×100μm^2)、HOC313細胞は168.0±98.1(×100μm^2)であり、浸潤様式が高度になるに従い運動能も高いことが判明した。また、同様に0.1%BSA加無血清イ-グルMEM培地では、OSC・20細胞は16.9±7.1(×100μm^2)、OSC・19細胞は15.0±4.4(×100μm^2)と両細胞株の運動能は低かったのに対して、HOC・313細胞は106.0±52.0(×100μm^2)と無血清培地においても極めて高い運動能を示した.これらの結果より、HOC・313細胞は自己分泌型の運動促進因子を産生分泌していることが示唆された.そこで次に、これらの細胞株において、自己分泌運動促進因子の一つであるautocrinmotilityfactor(AMF)のmRNAの発現をノーザンブロット法を用いて検討した。その結果、AMFのmRNAの発現はHOC・313細胞で最も強く、OSC・20細胞では弱く、OSC・19細胞は両者の中間であった。また、AMF受容体のmRNAはHOC・313細胞とOSC・20細胞では比較的強い発現を認めたが、OSC・19細胞ではその発現は微弱であった。以上の結果より、浸潤様式4D型を示すHOC・313細胞はAMFを産生分泌することによって高い固有運動能を保持していることが明らかとなった。さらに、これらの3つの癌細胞株についてトランスウェル・チャンバーを用いて傍分泌型の運動促進因子であるscatterfactor(SF)に対するケモタキシスを計測したところ、HOC・313細胞とOSC・20細胞はSFの濃度依存的に運動能の促進を認めたが、OSC・19細胞はSFに対して感受性を示さなかった。口腔扁平上皮癌における癌細胞の運動能と浸潤様式との関連を明らかにする目的で,浸潤様式の異なる3種類の口腔扁平上皮癌細胞株(OSC20,3型;OSC19,4C型;HOC313,4D型)を用いて細胞の運動能を比較検討するとともに、それらの運動能に関与する運動促進因子の発現と機能について検討した.金コロイド法を用いて細胞の運動性を測定したところ,血清存在下での運動能はHOC313細胞が最も高く,次いでOSC19細胞,OSC20細胞の順であったが,無血清培地ではHOC313細胞のみが大きな運動能を示した.この結果からHOC313細胞が運動促進因子を自ら産生していることが推測された.これらの細胞における自己分泌型運動促進因子(autocrine motility factor,AMF)遺伝子の発現を検討した結果,いずれの細胞でもmRNAの存在が認められたがHOC313細胞で特に強く発現していた.またAMFに対する免疫組織化学染色ではHOC313細胞のみにAMF蛋白の存在が認められ,また抗AMF抗体により運動性が抑制されたことから,HOC313細胞が自己運動促進因子としてAMFを産生していることが明らかになった.扁平上皮癌細胞がAMFを産生・分泌しているのを証明したのは本研究が初めてである.AMFレセプターのmRNAの発現はいずれの細胞にも認められたが,レセプター蛋白の存在量はHOC313細胞>OSC20細胞の順に高く,OSC19細胞では認められなかった.AMFと同一アミノ酸配列を有するグルコース6-リン酸イソメラーゼ(glucose 6-phosphate isomerase,G6PI)を作用させると,HOC313細胞とOSC20細胞は濃度依存的に運動性が亢進し,これはAMFレセプター蛋白の発現量と相応していた.
スティープスロープＭＯＳトランジスタに最適なＭＯＳゲートスタック構造に関する研究

本研究では、電源電圧を削減し情報処理エネルギーの大幅な低減を達成できるスティープスロープMOSトランジスタにおいて、その実現の鍵となるデバイス構造とその電気特性及びその関係の明確化に関する研究を行った。65nm世代の量産に用いられている標準Si CMOS試作環境におけるプロセス適用し、相補型のTFET(nチャネルTFETとpチャネルTFET)を、一体のプロセスフローを用いて実現した。B、As、C各イオンのイオン注入を用い、熱工程を制御することによって、急峻な不純物分布を持つ縦型トンネルソース構造を実現した。TFETの条件振りとしては、C(カーボン)I/Iの有無とオフセット・スペーサをエクステンションI/IとポケットI/Iの前に行うか後に行うかの組み合わせである。nTFETに対して試作条件振りによる電気特性の違いを調べたところ、C注入の有無では、C I/Iがある方が、TFETの電気特性が改善することが分かった。C I/Iの有無でのエクステンション領域での不純物のSIMS分布の結果の差を見ると、C I/Iの有る場合にはAsプロファイルが急峻になっていることから、ポケット不純物の急峻化により、トンネル距離が短くなっている可能性があることが示唆される。またオスセット・スペーサの順序の点では、オフセット形成後にエクステンションとポケットのI/Iを行うことによって性能が向上することが分かった。これは、オフセット・スペーサ形成時にSi基板が掘れることから、オスセット・スペーサ形成後のI/I形成後の方が、ゲートエッジ直下の不純物濃度が高くなるためではないかと考えられる。以上のように、ソース領域のI/I条件やプロセスの順序などの最適化が、TFET特性に極めて敏感に影響することが明らかとなった。また、ゲート長としては、50nmのゲート長でも適切に動作することが分かった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、電源電圧を削減し情報処理エネルギーの大幅な低減を達成できるスティープスロープMOSトランジスタにおいて、その実現の鍵となるデバイス構造とその電気評価技術に関する研究を行っている。特に、トンネルFET(TFET)に対する研究に関し、Si CMOS技術を用い、ポケットイオン注入とエクステンションイオン注入を用いて、ソース端部において電子をMOS界面方向にトンネリングさせる縦型TFETを対象として取り上げ、nチャネルTFETとpチャネルTFETの両方に関して、共同研究先の協力を得ながら、電気評価を開始した。素子条件としては、AsおよびBのポケットイオン注入とエクステンションイオン注入の注入条件、ポケットイオン注入の位置に重要な影響を与えるオフセットスペーサの有無、ゲートスタックに用いているゲート絶縁膜の膜厚の効果、注入されたイオンの拡散抑制が期待されるCドーピングの効果、ドレイン端でのリーク電流抑制の効果が期待されるパンチスルーストッパーの効果、接合へのシリサイド形成の効果などが比較できる素子群を用いて、これらのTFETの基本電気特性の抽出に成功した。結果として、現在までに得られている、TFETのサブスレッショールドスロープ(SS)値として、最も優れた値で、室温で、nTFETにおいて85 mV/dec、pTFETにおいて75 mV/decが得られることが分かった。更にBのイオン注入条件が、criticalであること、nTFETでは、ポケットイオン注入とエクステンションイオン注入で形成される領域の不純物濃度と深さが、pTFETでは、ポケットイオン注入で形成される領域の不純物濃度と深さが重要であること、オフセットスペーサがある方がTFETの電気特性が改善すること、パンチスルーストッパーがある方が接合のオフ電流が改善することなどが明らかになった。研究実績の概要で述べたように、来日後に本テーマに関して直接的に共同研究できる状況が整ったことから、Siを用いたトンネルFETの評価・解析に関して、先行的に研究を進めることができ、すでに実デバイスを用いて、多くの実験データの蓄積に成功している。当初予定していた強誘電体絶縁膜を用いた素子開発に関しては、絶縁膜堆積装置の不具合発生により、順番を変えて、TFETでの研究を先に進めているが、上記の理由で、こちらは予想を上回るペースで実験が進行しており、研究計画全体から見て、順調に研究が進んでいると判断できる。本研究では、電源電圧を削減し情報処理エネルギーの大幅な低減を達成できるスティープスロープMOSトランジスタにおいて、その実現の鍵となるデバイス構造とその電気特性及びその関係の明確化に関する研究を行っている。ここで、負性容量ゲートFETに関しては、その実現性に問題がなげかけられていることから、トンネルFET(TFET)に注力して、研究を進めることとした。共同研究先から、Si CMOS技術を利用した、Si nチャネルTFETとpチャネルTFETを提供してもらい、その詳細な電気評価と解析を進めた。このTFETでは、ポケットイオン注入とエクステンションイオン注入を用いて、ソース端部において電子をMOS界面方向にトンネリングさせる、縦型TFETが形成されている。結果として、ポケットイオン注入のない横型接合に比べて、縦型構造にすることで、電気特性が遥かに向上すること、Cイオン注入によりTFET特性が向上し、これはCの導入により、不純物の拡散が抑制され、より急峻な接合が形成されていることによると考えられること、オフセットスペーサ形成後にイオン注入を行うことで性能が向上すること、チャネル長で50 nmの短チャネルにおいても良好にTFETが動作すること、などが明らかとなった。また、TFETの電気特性のチャネル長依存性から、ある作製条件では、特定のチャネル長で閾値が最大になる逆短チャネル効果が得られることが見出された。またTFETの温度依存性から、Sファクターには比較的強い温度依存性が見られることが明らかとなった。

更に、逆短チャネル効果が見られる素子ほどSファクターの温度依存性が強くなり、相互の機構には共通の起源があることが示唆された。研究実績の概要で述べたように、共同研究先から提供されたSi TFETの評価・解析に関して、新規性があり興味深い結果が数多く得られていることや、研究期間で成果を十分にまとめることを考え、現在進めているSi TFETの電気特性の理解と最適構造の提案に、研究内容を絞って、本研究課題を進めることが適切であると判断した。この観点では、すでに実験的に多くの知見が得られていることから、発見された現象の物理的理解を深めることで、学術誌論文への投稿が十分可能なレベルにあり、研究計画全体から見て、順調に研究が進んでいると判断できる。本研究では、電源電圧を削減し情報処理エネルギーの大幅な低減を達成できるスティープスロープMOSトランジスタにおいて、その実現の鍵となるデバイス構造とその電気特性及びその関係の明確化に関する研究を行った。65nm世代の量産に用いられている標準Si CMOS試作環境におけるプロセス適用し、相補型のTFET(nチャネルTFETとpチャネルTFET)を、一体のプロセスフローを用いて実現した。B、As、C各イオンのイオン注入を用い、熱工程を制御することによって、急峻な不純物分布を持つ縦型トンネルソース構造を実現した。TFETの条件振りとしては、C(カーボン)I/Iの有無とオフセット・スペーサをエクステンションI/IとポケットI/Iの前に行うか後に行うかの組み合わせである。nTFETに対して試作条件振りによる電気特性の違いを調べたところ、C注入の有無では、C I/Iがある方が、TFETの電気特性が改善することが分かった。C I/Iの有無でのエクステンション領域での不純物のSIMS分布の結果の差を見ると、C I/Iの有る場合にはAsプロファイルが急峻になっていることから、ポケット不純物の急峻化により、トンネル距離が短くなっている可能性があることが示唆される。またオスセット・スペーサの順序の点では、オフセット形成後にエクステンションとポケットのI/Iを行うことによって性能が向上することが分かった。これは、オフセット・スペーサ形成時にSi基板が掘れることから、オスセット・スペーサ形成後のI/I形成後の方が、ゲートエッジ直下の不純物濃度が高くなるためではないかと考えられる。以上のように、ソース領域のI/I条件やプロセスの順序などの最適化が、TFET特性に極めて敏感に影響することが明らかとなった。また、ゲート長としては、50nmのゲート長でも適切に動作することが分かった。当面順調に研究が進んでいるSiを用いたトンネルFETの評価・解析技術を先行して進める予定である。
石綿鉱山と石綿工場における疫学調査

石綿発がんに関連した論点を整理した。まず石綿の発がんはもっぱらアンフィボールとする、Amphibole Hypothesisは、肺がんでは成立しないと考えられた。第2に作業環境中と肺組織内での石綿繊維種が逆転するChrysotile/Tremolite Paradoxについては、作業場での浮遊、気道末梢までの到達、気道排泄性、酸性化したホルマリンでの溶出の4つの説明が考えられた。第3の鉱山労働者に比べ、その石綿を原料とする紡績・織布工場作業者のがんが多いという、Texti1e Mysteryは石綿曝露評価を粉塵重量濃度から繊維本数濃度へ換算したことが影響している可能性が考えられた。本研究は1.「白石綿は青石綿ほど発がん性がない」というAmphibole Hypothesisの当否を、肺がんと胸膜中皮腫にわけ、喫煙の影響も考慮して検証する。2.ほとんど白石綿(クリソタイル)のみを取り扱う工場で、そこで働く作業者の肺組織内にはクリソタイルがほとんどなく、トレモライト石綿ばかりしか見られないという(Chrysotile/)Tremolite Paradoxの原因を解明する。3.同じ生産地の石綿に曝露しても、石綿鉱山より石綿製品工場の方が肺がんの発生率が高いといわれるTextile Mysteryの当否を確認する、という3つの目的を持つ。このうち第1と第3の目的については主に作業者の死亡原因に基づく疫学的研究であり、長期に追跡研究を行っている重慶石綿工場と四川省の石綿鉱山の作業者のデータの解析を継続しており、それぞれ論文を出版・発表または学術誌に受理され発表予定である。発表した論文の内容は、1972年1月1日時点からの作業者の追跡調査により、工程間の肺癌発生の差および喫煙状態の影響を解明する。第2の目的については、業務や工程による石綿繊維の種別とサイズ分布および混在粉じんの差が問題になるが、当該工場にある原料、梳綿、製糸、織布、スレート、ゴム、摩擦材の各工程それぞれの作業場で捕集した電子顕微鏡により繊維種ごとにカウントしその濃度を作業内容、作業場毎に示し、それぞれのサイズ分布を各試料500本以上の計測で明らかにする。この部分については、現在結果の解析を行っており、それをとりまとめ論文化する予定である。この研究により、石綿による発がん機序解明に必要な知見が得られるとともに、まだわが国で建築物などに数百万トン残存するという石綿の処理作業等における管理基準の設定と対策指針が明らかになると考える。第1の石綿のAmphibole Hypothesisについては、ほとんどChrysotileだけの曝露であるにもかかわらず、577人の作業者の計17,507人・年の観察で全がん96人、肺がん53人、悪性中皮腫2人が観察され、石綿の発がんをAmphiboleだけに帰するこの仮説は否定されると考えた。ただ、特に悪性中皮腫が対肺がんでは少なく、肺がんと中皮腫の発生メカニズムの差、特にプロモータとしての喫煙の両疾患における役割が問題になると考えられた。第2に石綿繊維工場と原料の石綿鉱山では同程度の曝露レベルであっても、繊維工場の方でがんが多いということについては、先行する米国や英国からの報告と同様のTextile Mysteryが成立したが、高曝露群においては両者の差がみられずいずれも高い率でのガンの発生が確認された。ここには作業環境の曝露濃度を石綿繊維本数ではなく作業環境中の粉じん重量濃度から一定の係数を用いて石綿等価本数濃度に換算して評価に用いているが、こうした換算が妥当であるという保証はない。研究の目的は、以下の3点:1.「白石綿は青石綿ほど発がん性がないJというAmphibole Hypothesisの当否を、肺がんと胸膜中皮腫にわけ、喫煙の影響も考慮して検証する。2.同じ生産地の石綿に曝露しても、「石綿鉱山より石綿製品工場の方が肺がんの発生率が高いJといわれるTextile Mysteryの当否を確認するとともに、業務や工程による石綿繊維の種別とサイズ分布および混在粉じんの差からこのMysteryの原因を解明する。3.ほとんど白石綿(chrysotile)のみに曝露しているにもかかわらず、肺組織中ではamphibole系のtremoliteばかりが観察されるTremolite Paradoxの原因を解明する。本研究により、石綿による発がん機序解明に資する知見が得られると考えた。電子顕微鏡を用いて、石綿の種別(chrysotile vs.tremolite)のサイズと濃度分布を調べ、それを疫学調査結果と対応させた。その結果、Amphibole Hypothesisについては、少なくとも肺がんについては成立せず、喫煙との相互作用が重要な役割を果たしている可能性が明らかになった。Textile Mysteryについては、特に鉱山では非繊維形の粉塵が多く、粉塵重量濃度から一律に繊維数濃度への換算をした場合、鉱山では石綿繊維濃度の過大評価が起こり、逆に鉱山ではこの換算方式で同濃度とされたにもかかわらず工場より発がんが少ないという結果になるためと考えられた。Tremolite Paradoxは生体内や試料処理過程で溶解しやすいchrysotileが組織標本中では実際の曝露、発がん作用時より減少、消失するためと考えられた。まず計測結果を中心に2編の論文を発表するとともに全体の結果をまとめる論文を執筆中である。すでに電子顕微鏡による作業環境中の石綿繊維のサイズと種別解析を行った論文は出版し、現在研究全体をまとめる総説論文を執筆中である。

派生的に始まった一般大気環境の粉じん=粒子状物質の濃度についての研究は都市部の測定局データを用いた研究に加え、噴火が持続している鹿児島県桜島での現地での測定を行い、喘息患者などハイリスク集団への影響と対策のための予備的調査も開始する予定である。本研究により、効果的な石綿防護策も開発できることと考える。ほぼクリソタイルのみが使われていた中国重慶の石綿製品工場での作業者のコホート研究を行ってきた。この工場では、原料工程、繊維工程で肺がんを中心に呼吸器疾患や全死亡率が高く、加えて工場内宿舎に住んでいた家族であった若い工員に悪性中皮腫が見られた。石綿による肺がんの発生については喫煙との相乗作用が知られているが、この工場においても先行研究と同様の相乗作用が見られた。こうした研究の総括として石綿発がんに関連した論点を3つに整理した。その第1は石綿の危険性はもっぱらクロシドライトやトレモライトなどのアンフィボールであり、クリソタイルは比較的安全とする、いわゆるAmphibole Hypothesisであるが、少なくとも肺がんについてそれは成立しないと考えられた。第2に電子顕微鏡による繊維種別解析では、作業環境中と肺組織内の繊維については前者ではトレモライト(アンフィボール石綿の一種)繊維は極めて少ないが,逆に肺組織内ではほとんどがトレモライト繊維であり、クリソタイル繊維は例外的にしか認められなかった。この逆転、すなわちChrysotile/Tremolite Paradoxについては、作業場での浮遊性の差、気道末梢までの到達、気道排泄性、酸性化したホルマリンでの溶出の4つの説明が考えられ、論文で公表した。第3のTexti1e Mysteryすなわち、クリソタイルを産出する鉱山労働者に比べ、同じその石綿を原料として繊維製品などを作る紡績・織布(Textile)工場で曝露する作業者は同程度の曝露でより多くがんが発生しているという、カナダと米国サウスカロライナや英国からの報告があるが、中国の石綿鉱山と工場でも一部成立した。この問題は石綿曝露評価として直接繊維濃度を計測せず、粉塵重量濃度からの繊維本数濃度へ換算したことが大きく影響している可能性が考えられた。石綿発がんに関連した論点を整理した。まず石綿の発がんはもっぱらアンフィボールとする、Amphibole Hypothesisは、肺がんでは成立しないと考えられた。第2に作業環境中と肺組織内での石綿繊維種が逆転するChrysotile/Tremolite Paradoxについては、作業場での浮遊、気道末梢までの到達、気道排泄性、酸性化したホルマリンでの溶出の4つの説明が考えられた。第3の鉱山労働者に比べ、その石綿を原料とする紡績・織布工場作業者のがんが多いという、Texti1e Mysteryは石綿曝露評価を粉塵重量濃度から繊維本数濃度へ換算したことが影響している可能性が考えられた。石綿研究は、論点2Textile Mysteryに関して2年目の終了までには外国人である研究代表者や作業感染測定チームが直接鉱山に入っての調査ができず、中国側の協力研究者に任せるしかないという困難があったが、引き続き交渉を続ける予定である。それ以外の現地での調査の実施可能な内容はすべて終了した。現在残されたことは、上の石綿鉱山に赴いての、現場での確認と石綿のサイズ
クロマチン構造変換複合体によるDNA損傷部位の核内配置制御とゲノム安定化への寄与

DNA損傷のうち最も重篤であるDNA二本鎖切断について、切断領域と核構造との相互作用が相同組換え修復に重要であることがショウジョウバエや哺乳類細胞において報告されている。これまで我々は、出芽酵母においてクロマチン構造変換複合体によりDNA二本鎖切断領域が核膜孔複合体(NPC)へ係留されることを示している。DNA損傷により起こる現象の1つとして、損傷誘導的な姉妹染色分体間接着(コヒージョン)が挙げられる。我々はこれまでDNA二本鎖切断領域がNPCへ結合できない変異株について、損傷誘導的なコヒージョンに欠陥が生じることを見出した。損傷誘導的コヒージョンには、損傷領域近傍へ導入された接着因子コヒーシンのSUMO化修飾が必要で、これはNPCと間接的に相互作用するSUMO化酵素Mms21により起こる。そこで、損傷部位のNPCへの結合がコヒーシンのSUMO化を促進することで損傷誘導的コヒージョンの確立に関与する可能性を考え、検証を行った。まず、損傷部位がNPCへ移行できない変異株では、損傷誘導的なコヒーシンのSUMO化レベルが低下していたことを明らかにした。このことから、損傷によりコヒーシンが低レベルでSUMO化された後、損傷領域がNPCへ結合して高レベルにSUMO化されることが示唆された。また、この株の損傷部位近傍にMms21を人為的に結合したところ、損傷誘導的コヒージョンが部分的に回復したが、同じ株でコヒーシン非SUMO化変異を過剰発現させた場合においては、回復が見られなかった。これらのことから、クロマチン構造変換複合体による損傷部位のNPCへの移行は、Mms21が損傷依存的にコヒーシンを高レベルにSUMO化し、損傷誘導的コヒージョンを確立するために必要で、このことが正確な相同組換え修復に重要であることを明らかにした。以上の結果について現在論文を準備中であり、近々投稿予定である遺伝子の発現のみならず、DNA修復の進行にもエピジェネティクス制御は必須であり、その破綻によるゲノム不安定化はがんなどを引き起こす。クロマチン構造に加え、クロマチンの核内空間配置がエピジェネティック制御の分子基盤であり、DNA二重鎖切断(DSB)部位の核膜近傍への移行が、出芽酵母で観察されている。出芽酵母においては、DSB領域はNPCのみならず核膜タンパク質Mps3とも相互作用することが報告されている。しかし、NPCとMps3の機能の違いや、DSB領域との結合に関わるクロマチン構造変換複合体は同定されていなかった。これまでに、DSBが生じた際、SWR1複合体と共にINO80複合体がDSB領域に結合し、DNA修復に協調的に機能することが報告されていることから、両複合体が協調してDSBの核内空間配置を制御し、ゲノム修復のエピジェネティック制御に関与することが示唆された。そこで、DSB領域の核膜近傍への移行の機構を明らかにするために、ガラクトース添加により誘導的かつ継続的にDSBを起こすことのできる酵母株で作成されたSWR1およびINO80構造変換複合体の変異株を用い、両複合体がDSBのNPCやMps3への移行に関与するかをクロマチン免疫沈降法により解析した。その結果、DSB領域とNPCとの結合、およびMps3との結合の両方にSWR1複合体が必要である一方、INO80複合体はMps3との結合にのみ必要であった。さらに、NPCおよびMps3の変異株では、異常な組み換えの指標であるuSCRの上昇が観察された。以上の結果から、修復の困難なDSBの正確な修復プロセス進行のためにDSB領域の核膜近傍への移行が必要であること、またDSB領域の核膜移行には複数の経路が存在し、SWR1およびINO80複合体がその経路選択に関与していることが明らかとなった。遺伝子の発現のみならず、DNA修復の進行にもエピジェネティクス制御は必須であり、その破綻によるゲノム不安定化はがんなどを引き起こす。研究代表者らは、DSB領域が、クロマチン構造変換複合体依存的に核膜孔複合体NPCおよび核膜タンパク質Mps3へと係留されることを報告し、クロマチン構造変換複合体がクロマチン核内空間配置変化に関与することを初めて示した。そこで、本研究では、DSBの核膜近傍への移行の意義とその機構を明らかにすることを目的とした。DSBの修復経路の一つである相同組換え(HR)修復では、DNA合成後の姉妹染色体を損傷DNA修復の鋳型として利用することにより、遺伝情報の欠失や変異のない正確な修復を行うことが可能となる。そこで、DSBの核膜近傍への繋留の意義として、効率的な相同組換え修復に必要な損傷誘導的染色分体接着(コヒージョン)への関与を考えた。クロマチン免疫沈降(ChIP)解析により、染色体接着タンパク質コヒーシンのDSB領域への結合を解析したところ、NPCおよびMps3は関与しないことが示された。一方で、SWR1クロマチン構造変換複合体によるNPCへのDSB領域の繋留が、この領域のコヒージョン形成に関与していることが示された。これらの結果から、クロマチン構造変換複合体を介したDSB領域のNPCへの繋留は、DSB領域のコヒーシンの結合ではなく、コヒージョンの確立に寄与することでDNA損傷後のHR修復に重要な役割を果たすことが示唆された。

DSBの核膜近傍への移行の意義とその機構の解明を本研究の目的としているが、まず、DNA損傷誘導的なコヒージョンに重要であるという意義を見出したことは大きな成果である。次に、移行機構を解明するにあたり、DSBのNPCへの結合には、NPCに結合したSUMO依存性ユビキチンリガーゼSlx5/8が必要であることが知られていることから、slx5/8変異株を用いてDNA損傷依存的なコヒージョン形成にSUMO化およびユビキチン化が関与するか解析を行った。その結果、変異株においてコヒージョン形成の低下が観察されたことから、DNA損傷依存的なコヒージョン形成へのSUMO化およびユビキチン化の関与が示唆された。DSBの核膜近傍への移行の意義に加え、移行機構の少なくとも一部を解明したことから、研究はおおむね順調に進んでいると判断した。DNA二重鎖切断(Double Strand Break; DSB)は、ヒトではがん化に関わる重篤なDNA損傷である。DSBの相同組換え(HR)修復は、DNA複製後の姉妹染色分体間の組み換えにより、損傷のない相同染色体領域を修復の鋳型とすることで正確な修復を可能とする。これまでに真核生物において、DSB領域が細胞核内の特定領域に移動して係留されることが、正確な組み換えに必要であることが観察されている。我々は、出芽酵母核内でDSB領域が核膜近傍に移行して核膜孔複合体(NPC)に結合することを報告しており、これをモデル系として、正確なDSB修復においてDSB領域が核内の特定領域へ係留されることの意義を明らかにすることを目的とした。DSBが生じると、コヒーシンがDSB領域に結合し、コヒーシンを介して姉妹染色分体間が接着(コヒージョン)する。この過程が正確なHR修復の進行に重要であることから、DSBのNPCへの係留がコヒージョン形成に関与している可能性を考えた。そこで、ガラクトース添加により染色体上に単一のDSBを誘導できる出芽酵母株を用い、DSB領域をGFPで可視化することで、蛍光顕微鏡下でコヒージョンの形成を観察した。その結果、NPC変異株において、DSB領域のコヒージョン形成に欠損が観察された。また、コヒージョン形成に関与することが知られているSUMO化酵素Mms21はNPCと相互作用することが知られているが、これをDSB領域近傍へ人為的に結合させたところ、コヒージョン形成が上昇した。この上昇はコヒーシン構成タンパク質Scc1のSUMO化部位を変異させることにより喪失した。これらの結果から、DSB領域がNPCに係留されることにより、Mms21よってコヒーシンがSUMO化修飾され、これによってDSB領域のコヒージョン形成と正確な組み換え反応が促進されることが示唆された。研究代表者たちは出芽酵母においてDSB領域がNPCへ結合するという現象をすでに報告しているが、その現象の意義についての十分な解析はまだ行われていなかった。今回その意義の1つとして、DSB領域がNPCへ結合することで、姉妹染色分体間接着に重要なタンパク質であるコヒーシンがSUMO化修飾をうけ、正確な相同組換え修復を行うことに関与するという可能性を示唆できたことより、進捗状況はおおむね順調であると判断した。DNA損傷のうち最も重篤であるDNA二本鎖切断について、切断領域と核構造との相互作用が相同組換え修復に重要であることがショウジョウバエや哺乳類細胞において報告されている。
地球外の縦孔・地下空洞を含む洞窟地形の計測システムと3次元モデルの活用

近年、月や火星の地表面には、溶岩洞窟の「天窓」と推定される巨大な縦孔がJAXAのSELENE(かぐや)、NASAのLROやMROの探査機カメラ画像データの解析研究によって数多く発見されてきた。地表面に較べて温度変化が少なく、宇宙線・太陽フレア・紫外線や隕石・デブリからの防護されているため、数多くの学術成果が期待されるフィールドである。また、天体観測機器の設置場所や将来的な探査プロジェクトの有人基地建設の候補地として有望視されている。本課題の目的は、未知の洞窟、とくに地球外天体の縦孔・地下空洞を遠隔操作や自律的に進入・計測する手法の構築とシステムの提案にある。UGVとUAVの洞窟の直接探査シミュレーション実験の裏付けをもとにシステムの開発と実証を行い、定量的な計測データの獲得・活用をテーマに据えている。2017年度に地上移動ロボット(UGV)に搭載したレーザーセンサー(Lidar)による人工洞窟の3次元レーザー測定を行い、実験後の別途処理により3次元モデルを作成した。また、火星の航空機縦孔探査プロジェクトを踏まえて、ドローン(UAV)による洞口周辺地形撮影の予備実験も行った。2018年度では、レーザー測定中に3次元モデルをリアルタイムで生成するSLAM実験を実施した。また、縦穴の上空に位置させたドローン(UAV)により、SfM/MVS写真測量、レーザースキャナーによる形状測定、赤外線カメラによる洞口検知の実験を実施した。写真測量とレーザー測定のデータから縦穴洞口付近の3次元モデルをそれぞれ作成し、比較検証を行った。火星のダストストームによる大気擾乱や太陽光遮蔽は航空や太陽光発電の障害になるため、その発生範囲と時期を予測する必要がある。気象・日照量観測体制作りの予備実験として、ドローン(UAV)による探査地上空のエアロゾルのリアルタイム観測を行った。2018年度は研究項目の目標を殆ど達成している。(1)地上移動ロボット(UGV)に搭載したレーザーセンサー(Lidar)によるSLAM(自己位置推定と環境地図作成)については、人工洞窟(長崎県佐世保市「無窮洞」)内においてレーザー測定中に3次元モデルをリアルタイムで生成するSLAM実験に成功した。(2)ヘキサコプター型ドローン(UAV)に搭載したレーザースキャナーによる縦穴の形状測定については、山口県美祢市秋吉台カルストのドリーネ内に開口する縦穴「恵藤穴」において、上空に位置させたドローンを使用したSfM/MVS写真測量(可視光カメラ)・3次元形状測定(レーザースキャナー)・洞口検出(赤外線カメラ)の実験を12月と3月に実施して目標を達成した。可視光カメラとレーザースキャナーの計測データのそれぞれから作成し、縦穴洞口付近の3次元モデルについて比較検証を行った。(3)ドローン(UAV)と地上移動ロボット(UGV)を結ぶ無線データ通信については、年度末の3月まで(2)の実験に注力したため、次年度の研究実施項目に変更した。(4)クァッドコプター型ドローン(UAV)による縦穴等の探査地上空においてエアロゾルのリアルタイム観測を行った。本課題の構想は探査実験用候補地(類似地形)の予備調査を皮切りに、水中考古学ROV調査、洞窟探検調査、水中洞窟の潜水調査・ROV調査、UGV洞窟計測探査実験、洞窟レーザスキャナ測量、UAV洞窟計測探査実験・考古学遺跡のSfM/MVS写真測量等の様々なプロジェクトにより醸成した。2018年度までに佐世保工業高等専門学校・松江工業高等専門学校・九州大学・国士舘大学・日本文理大学・名古屋大学宇宙地球環境研究所・JAXA宇宙科学研究所・東北大学流体科学研究所・日本洞窟学会の有志メンバーによる横断連携組織『洞窟計測探査シミュレーションプログラム』を構築し、2018年度は国立高等専門学校機構の研究ネットワーク形成支援事業「地球外洞窟及び氷衛星氷層下水中環境の計測探査シミュレーションに関する研究ネットワーク形成に向けた準備活動」として採択された。2019年度は『洞窟計測探査シミュレーションプログラム』を基盤として、UAV(ドローン)やUGV(地上移動ロボット)に搭載したレーザセンサの向きの制御と複数の点群の自動統合、洞窟内と洞口周辺地形のシームレスかつリアルタイムな3次元SLAMによる移動経路生成を研究する。洞窟内のようなGPSが使用できない環境下におけるナビゲーションの研究と連携することにより、費用対効果の大きい複合UV洞窟計測探査システムを構築する。発展段階として、火星の超低圧大気環境下において使用可能なローターや固定翼の研究、超高効率モーターの研究と連携し、火星環境下における複合UV洞窟計測探査システムの構築を目指す。また、『ドローンと小型センサを利用した大気微量気体とエアロゾルの3次元計測』(名古屋大学宇宙地球環境研究所との一般共同研究)による地球大気環境測定システムの研究を進める。発展段階では、火星環境の気象研究と連携することにより、火星UAVへの影響評価や運用計画策定を目指す。21世紀前半の今日においても、地下空間の入口である洞窟は未踏領域・フロンティアであり、自然地理学・地質学・地形学・洞窟学・古生物学などの地球科学分野が重合するフィールドである。暗黒の闇に隠された迷宮の空間情報を効率的に取得することは現在の探査ロボット技術でも困難であり、解決すべき課題は多い。近年、月や火星などの地球外に発見された巨大な縦孔とその底部に推定されている地下空洞は、月学・火星学など固体惑星学の宇宙分野にまで裾野を広げた学術成果が期待されている。隕石・デブリや宇宙線・太陽フレアからの効果的なシェルターになり得るため、天体観測機器の設置場所として、また、将来的な有人探査プロジェクトの基地建設候補地として有望視されている。