hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
複数定在波モード擬似進行波型の新加速方式を用いた低エミッタンス高周波電子銃の開発

先進的な加速空洞を持った新しい高周波電子銃の開発を行った.この電子銃は新しい加速方式である擬似進行波型の空洞を持っており,これは2つの定在波型のサイドカップル空洞を用いて実現される.すなわち,2つの定在波の加速空洞を互い違いに同じ軸上に配置していき90度の位相差で高周波を供給すれば,ビームにとっては進行波のように見える.この電子銃は高電荷低エミッタンスのビーム発生に適している.この擬似進行波型を用いたサイドカップル空洞高周波電子銃の電気設計・機械設計を行い,製作をほぼ完了している.先進的な加速空洞を持った新しい高周波電子銃の開発を行った.この電子銃は新しい加速方式である擬似進行波型の空洞を持っており,これは2つの定在波型のサイドカップル空洞を用いて実現される.すなわち,2つの定在波の加速空洞を互い違いに同じ軸上に配置していき90度の位相差で高周波を供給すれば,ビームにとっては進行波のように見える.この電子銃は高電荷低エミッタンスのビーム発生に適している.この擬似進行波型を用いたサイドカップル空洞高周波電子銃の電気設計・機械設計を行い,製作をほぼ完了している.23年度は,複数定在波モード擬似進行波の加速空洞のビーム加速シミュレーションを進め,空洞の形状を決定した.特に5nCと高電荷においても空洞の中の高周波の電場による集束力を利用しスペースチャージによる発散力を打ち消しビーム透過量を100%に保つ構造を設計できた.特にスペースチャージの影響が大きい第一空桐では,空洞形状の寸法をパラメータとして滑降シンプレックス法を適用し最適な構造を求めることができた.これにより,当初の予想よりも高電荷,低スポットサイズが得られる結果となった.また,フォトカソード用のレーザーシステムの準備も進めている.フォトカソード高周波電子銃においては入射レーザーとのタイミング調整が重要になるので52MHzのレーザー共振器を作製しローレベル高周波システムを構築し,S-band(2856MHz)の高周波の位相と同期するシステムを開発した.これは,レーザー共振器から得られた信号から高調波成分を取り出し572MHzでIQ信号を検出しピエゾ素子で共振貴重にフィードバックをかけたものである.更にこの共振器からのレーザーパルスを増幅して約1mJのエネルギーを得ている.フォトカソードにおいては別の高周波電子銃において材質による量子効率の測定を行った.これは,LaB6とIr5Ceの2種類を試し量子効率と寿命について評価している.カソードのレーザクリーニングによる量子効率の向上も測定し,また,その効果の持続性も評価した.これらを組み合わせて次年度に実機でのビーム測定ができるように研究を進めている.新しい電子ビーム加速方式である複数定在波モード擬似進行波を使った高電荷低エミッタンスビーム発生のための高周波電子銃の開発を行った.空洞の設計においてはハイパワーレーザによる高電荷バンチ加速に耐えうる形状をシミュレーションにより導き出した.特にスペースチャージの影響が大きい第一空洞では,空洞形状の寸法をパラメータとして滑降シンプレックス法を適用し最適な構造を求めることができた.これにより,当初の予想よりも高電荷,低スポットサイズが得られるというシミュレーション結果を得た.また,複数定在波モードを実現するため,電気的に独立した2つのサイドカップル空洞を同じ軸上に配置するための空洞設計も行った.サイドカップル空洞は3次元構造であるがシミュレーションコードを使って,加速電場や結合係数を決めて設計を行った.2つのサイドカップル空洞が重なりあうような非常に複雑な形状になるが,セルごとの機械設計を進め,超精密加工でセルを制作した.この2つの空洞に90度の位相差で高周波を供給するための小型のハイブリッドも作成した.フォトカソード用のレーザにおいてもS-band(2856 MHz)の高周波の位相と同期したシステムを準備し,十分なパワーが得られることを確認している.このように,十分な設計・計算に基づき電子銃本体をほぼ完成させ,高エネルギー加速器研究機構で構築したテストベンチで近日中にビーム発生試験を行えるまでに至った.高周波電子銃の設計はほぼ決まり,その他の準備においても不足しているものはないので計画通りに次年度の実験ができると予測させるから.24年度が最終年度であるため、記入しない。24年度の前期で高周波電子銃を完成させ,その優位性を実証するためビーム測定実験を行なっていく.24年度が最終年度であるため、記入しない。
脳卒中発症リスク要因としての長期避難生活が及ぼす影響に関する疫学研究

東日本大震災とそれにともなう東京電力福島第一原発事故による避難区域住民では、避難による肥満、高血圧等の脳卒中危険因子の増加、及び放射線への不安など心理的ストレスの増加を介して脳卒中の発症と関連する可能性があり、これらの短期的な要因が脳卒中発症との関連することが考えられるが、長期的な影響については明らかになっていない。福島県内における脳卒中の発症と長期的な生活習慣、身体的因子、心理的因子との関連について経年変化や地域差、メカニズムを含めて疫学的に明らかにすることを目的とした。
脳動脈瘤の細胞分子イメージング法の確立と非外科的治療法開発

くも膜下出血の多くは脳動脈瘤破裂により発症し予後不良であるが、脳動脈瘤が発生増大し破裂に至る分子機構は未だ十分には解明されておらず、外科治療が行われている。外科治療のリスクを考慮すると非外科的治療の開発が望まれるが、有効な薬物治療は存在しない。本研究において、ラット、サル脳動脈瘤モデルを用いた解析システムの開発と改変、脳動脈瘤形成から破裂に至る各段階での脳動脈瘤壁内の細胞群および遺伝子蛋白発現の経時的変化、脳動脈瘤形成から破裂に至る各段階でのMR画像によるイメージング追跡、未破裂脳動脈瘤発生増大破裂に対する薬物治療の候補の選定を行った。本研究は、われわれが先に開発した脳動脈瘤モデル(マウス、ラット、サル)を用い、脳動脈瘤発生増大破裂の分子機構を主に炎症カスケードに関与する因子につき、遺伝子、蛋白レベルで解析し、生体内細胞分子イメージング追跡を用いて明らかにし、解明された分子機構を用いた脳動脈瘤の発生増大破裂に対する新規薬物治療法を確立することを目標としている。我々は高率に未破裂脳動脈瘤を発症するモデル動物をラット、マウスにおいて開発してきた。本年度では、ラットの効率に脳動脈瘤を誘発できるモデルを改変し直接血管損傷を起こすことなく脳動脈瘤破裂を引き起こすモデルの試作、サルにおける一定した脳動脈瘤誘発モデルの作成を行い、脳動脈瘤壁におけるマクロファージ浸潤の継時的変化と関与するマクロファージの種類の解析を行った。さらに、ラット、サルにおいてMRによる脳血管および脳動脈瘤の可視化の条件設定を行い、USPIOを用いたMR画像により追跡を行った。またサルの脳血管の正常構築とバリエーションを詳細に解析するとともに、サル脳動脈瘤モデルを用いプロスタグランジン系に関与する抗炎症薬剤による脳動脈瘤誘発に対する効果を組織学的に解析した。サルモデルにおいては先行論文から想定していた脳動脈瘤誘発の割合より実際に誘発される割合が低いことが判明したため、脳動脈瘤を誘発する因子の負荷条件を上げるなどモデル改変を行っている。先に開発した血行力学的ストレス誘発による脳動脈瘤モデルラットでは誘発率は高いが破裂率はわずか数%である。本年度においてラットモデルにおいて破裂率を上昇させる方法を確立した。またラットモデルで重要性が証明されているマクロファージの浸潤につき画像化の可能性を検討し、可視化することに成功した。昨年度、従来のサルモデル(Hashimoto N et al J Neurosurg 67:903-905,1987)では脳動脈瘤誘発率が低いことが確認されたため、現在、誘発率を上げるための条件設定を行い、数匹のサルにおいて画像追跡を行い、一部の個体において脳動脈瘤の確認を行った。さらに、マクロファージイメージングのための新たな造影剤の開発を進めている。因子解析では脳動脈瘤誘発における機構としてプロスタグランジン系のautocrine loopの存在を明らかにした。サルモデルの開発において若干の遅れが見られるものの、ラットモデルにおける解析が順調に進んでおり、数編の英語論文発表を行っている。本研究ではラットにおいてプロスタグランジンEに関わるカスケードの関与を検討し、炎症カスケードにおけるautocrine loopの関与を解析し、サルモデルにおいて拮抗剤の効果検証を行った。また、サルにおける脳動脈瘤作成の至適条件の検討を行うため、雌カニクイザル屍体脳45例を解析し、正常脳動脈とそのバリエーションにつき解析を行った。さらに脳動脈瘤誘発のために、片側腎動脈を狭窄、両側総頚動脈結紮、両側卵巣摘出などの負荷を行い、脳動脈瘤の発生を確認した。また、脳動脈瘤破裂に関わる因子の解析のために、脳底動脈および発生した脳動脈瘤において、蛍光色素含有リポソームの貪食により単球・マクロファージを可視化し病変部での単球・マクロファージの浸潤等の挙動と血管壁の動きを同時に観察可能であることを確認した。

くも膜下出血の多くは脳動脈瘤破裂により発症し予後不良であるが、脳動脈瘤が発生増大し破裂に至る分子機構は未だ十分には解明されておらず、外科治療が行われている。外科治療のリスクを考慮すると非外科的治療の開発が望まれるが、有効な薬物治療は存在しない。本研究において、ラット、サル脳動脈瘤モデルを用いた解析システムの開発と改変、脳動脈瘤形成から破裂に至る各段階での脳動脈瘤壁内の細胞群および遺伝子蛋白発現の経時的変化、脳動脈瘤形成から破裂に至る各段階でのMR画像によるイメージング追跡、未破裂脳動脈瘤発生増大破裂に対する薬物治療の候補の選定を行った。ラットモデルにおける組織学的解析を順調に進めながら、正常サルの脳血管構築の解析およびサル脳動脈瘤モデルにおける脳動脈瘤誘発の条件設定の強化について検討を加えながら、脳動脈瘤モデルとして適切なサルモデルの確立を目指す。ラットモデルにおける解析を進めるとともに薬物による脳動脈瘤抑制効果のみならず脳動脈瘤破裂予防効果についても検証する。サルモデルにおいては組織学的検討を行い、一部の薬剤による組織学的効果の検討を行ってきたが、脳動脈瘤誘発条件を強化し新たな誘発モデルとして確立する。各動物におけるイメージング機種として、MRのみならずCTなど他のモダリテイを活用する。29年度が最終年度であるため、記入しない。
エネルギー蓄積用高温超伝導マグネット技術の創成

導体特性モデルを基にソレノイドコイル、2ポールコイル、4等配コイル、及びトロイダルコイルの各々について蓄積エネルギー、臨界電流、磁束流損失、交流損失、使用導体長などの諸特性を解析できるマグネット特性モデルを作成し、各々のコイル配置について最適形状を追及した。高温超伝導線材には臨界電流とn値がテープ線材への磁束の進入角度と磁界強度に依存するという特徴を持つ。今回使用した、Bi2223/Agテープ線材の臨界電流とn値について線材への進入角度と磁界強度を変えて液体窒素温度77Kで測定を行った。次に、コイル臨界電流は上記の測定結果より得られた近似式により解析され、HTSコイルの蓄積エネルギーを解析する。本研究ではソレノイドコイル,2極コイル,4極コイル,要素コイル12個のトロイダルコイルという4種のコイル配位において、蓄積エネルギー密度の増大、漏洩磁界の抑制という観点からそれぞれ比較検討を行った。トロイダルコイルは蓄積エネルギー密度を見てみると、ソレノイドコイルの約60%程度となっているが、漏洩磁界を見てみるとソレノイドコイルの約4分の1に抑えることが可能である。しかしながら、トロイダルコイルも漏洩磁界を低く抑える事が可能なため、用途によって使い分ける必要がある。電力・産業用に適用できる信頼性があり経済的で高性能なエネルギー蓄積(SMES)を主目的とした高温超伝導マグネット技術を創成することを目的とする。しかし、高温超伝導マグネットをSMESに適用するためには臨界電流の磁界異方性、交流損失、フラックスフロー(磁束流)損失、撚線導体の偏流などを解明した上で所要導体長を最短にして経済性を満足する高性能なSMESを構築することが必須である。そこで、第1ステップとして磁界異方性の考慮の下に臨界電流、交流損失、フラックスフロー損失等を評価できる導体特性モデルを作成した。第2ステップとして蓄積エネルギーに加えて、導体の使用量、マグネット体積、臨界電流、磁界、インダクタンス、フラックスフロー損失と分布、交流損失と分布を評価できるマグネット特性モデルを作成した。次いで、マグネット特性モデルによりソレノイドコイルを始め、2ポールコイル、4ホールコイル、4等配コイル、及びトロイダルコイルの解析モデルを作成した。先ず、ソレノイドコイルのエネルギー蓄積と交流損失に関し詳細な検討をした。高温超伝導テープの磁界異方性が大きく、従って、それで巻線されたコイルでは、その影響がコイル端部に顕著に表れコイルの通電性能を低下させる原因になっている。そこで、コイル端部に巻線される導体の密度を変える、いわゆるグレイデイング法を考えた。コイル断面積の中、端部部分の40%を導体密度50%に下げることで通電性能が最大になり且つ使用する導体の長さを20%削減できコイルのコストを大幅に削減できることが明らかになった。また、ソレノイドコイルについて交流損失の評価も行った。
触知しやすい触図作成支援システムの開発に関する研究

任意の住所を入力するだけで視覚障害者向けの触地図を自動的に作成するシステムを開発した。その操作実験により、視覚障害者自身が触地図を作成できることを確認した。他方で、触地図の評価では、道路や店舗・施設の情報不足が指摘された。そこで、情報の豊富な商用の地図データを導入し、これに応じたシステムの改変を行った。新しいシステムで作成した触地図を用いた歩行実験により、触地図が視覚障害者の単独歩行の支援において有効であることを示した。【触図作成ガイドラインに関する情報収集】研究代表者・分担者・研究支援員が参加する輪講会を1年間で12回開催し,触図作成ガイドラインや触図自動作成システムに関する論文などを順番に紹介し,触地図作成システムを開発するための基礎情報とした.【触地図作成システムの開発】視覚障害者の自立活動促進のために,国内の任意の地点の触地図を視覚障害者自身が作成できるシステムの開発に取り組んでいる.このシステムはWebアプリケーションである.Webアクセシビリティに配慮して開発しているので,視覚障害者も操作ができる.利用者が任意の地点の住所を入力すると,システムは地図データベースから対象地点の地図データを検索し,触図に適するように情報の取捨選択を行い,凡例・方位・縮尺を付けて触地図の原図データを作成する.利用者は原図の画像を一般のプリンタでマイクロカプセルペーパに印刷し,このマイクロカプセルペーパを立体コピー現像機にかけることで,触図が完成する.視覚障害者を対象としたワークショップを開いて,このシステムを実際に操作してもらい,地図の表示内容とシステムの操作性・機能について意見を募ったところ,ランドマークの表示,道路幅の変化,道路名の表示,駅出入り口の表示,ルート検索機能,言葉による地図の説明機能などの機能追加の要望が得られた.この要望を受けて,現在もシステムの改良を進めている.同システムは既に一般公開されている.視覚障害者にも利用可能な触地図自動作成システムを開発中である。平成21年度には、このシステムに関して次の1から4のような進展があった。また、研究費で整備したGISデータを用いて、5のシステムを新たに開発した。1.立体コピーによる触地図の改良平成20年度は国土地理院の地図データを使用したが、利用者が望む情報を十分に含んでおらず、地図の表現能力に限界があった。そこで平成21年度の初めに、様々な情報を含む商用のGISデータを整備した。これを用いることで、道路幅に応じた道路線の描画、構内道路の描画、店舗・施設などランドマークの描画、信号の描画を実現した。2.歩行実験1のように改良した触地図を使って視覚障害者による歩行実験を行った。その結果、ランドマークを含んだ触地図を使うことで、視覚障害者が初めての場所へ1人で到達できることが示された。3.点図による触地図出力機能の開発点図を好む視覚障害者のために、点字プリンタによる点図の触地図を作成できる機能を開発した。触図に関するガイドラインにもとづいて、線や面の種類を選んでいる。4.システムのデモンストレーション学会のポスター展示、視覚障害者向けの展示会や講演会、自ら企画した体験会において、触地図自動作成システムをデモンストレーション展示し、情報発信に努めるとともに、触地図について視覚障害者の意見を収集した。5.周囲情報案内メールサービスの開発利用者がGPS機能付き携帯電話から現在地情報をメールで送ると、その周囲にある施設とそこまでの距離をメールで返信するシステムを開発した。返信メールは携帯電話の読み上げ機能で音声化することで、視覚障害者にも利用可能である。視覚障害者にも利用可能な触地図自動作成システムを開発し、その改良と利用促進を継続している。平成23年度には、このシステムに関して下のように研究を展開した。1.触地図の触りやすさ検証実験:触地図から触知記号や経路を探索する時間を求め、記号の弁別しやすさを検証する触知実験を行った。その結果、地図のブロック分けが触知記号の探索を促進することと、現状の2種類の面記号が弁別しづらいことが明らかになった。2.歩行実験のプロトコル分析:歩行実験の発言記録とビデオ記録を照合することで、視覚障害者が検出しやすい目標物(香りを出す店舗)や交差点の判定を誤る原因(交通量の少なさほか)を特定した。3.経路に絞った触地図の簡略化:経路の探索にかかる時間を短縮するため、経路とその周囲に絞った触地図簡略表示機能を開発した。4.点図触地図出力機能のWebアプリケーション化:触地図サーバプログラムを改良し、点図触地図出力機能をWeb画面から利用可能とした。5.作成・送付サービス:立体コピー機や点字プリンタをお持ちでない方向けに、希望する触地図を作成し、送付するサービスの運用を始めた。6.報告会・展示会における成果普及:研究成果報告会、各種機器展示会、学会のポスター展示において、触地図自動作成システムをデモンストレーション展示し、のべ数百名以上に機器を紹介した。

1によって触知しやすさについて、2によって視覚障害者の環境認知について学術的に新しい知見を明らかにした。3と4により、運用中の触地図自動作成システムの改良という実用的な進展を遂げた。5と6によって、研究成果を社会へ周知する方策を積極的に実施している。このように、学術的知見を積み上げるとともに、実用的な開発も行い、その成果普及も進めるという社会的責任も果たしている。
自然地形における自律移動ロボットの確率的環境理解に関する研究

ロボットが自然地形の様々な制約の中で知的行動を行うには、高い自律性と適応能力が必要である。本研究では自律航法誘導の重要な要素である環境知覚に着目し、ロボットの知能化を実現する技術の実現に取り組んだ。特に環境を従来の形状情報だけでなく土壌の特性等を含め多角的に知覚することを目指し、複数センサを用い環境との相互作用を学習する枠組みの構築を行った。ロボットが知覚可能な情報にはロボットが直接接している環境のもの(近接情報)と離れた環境のもの(遠隔情報)がある。本手法ではロボットが事前に収集したデータを機械学習によってモデル化することで、遠隔情報のみから近接情報を確率的に推定することを可能にした。この過去の経験から学習する枠組みによって多面的な近接情報を遠隔データのみから推定することができ、多面的要素を考慮に入れた行動計画を各種地形に適応しつつ行うことが可能となった。構築した手法はシミュレーションによる検討及び火山地形や火星模擬地形を含む実環境試験を組み合わせて評価を行い有効性を示した。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、事前情報の限られている屋外環境において、移動ロボットが自律的に環境を知覚するシステムの構築を目的とし、1)ステレオ視による地形の幾何形状の復元、2)画像と振動データに基づく土壌の非幾何パラメータの推定、3)自然地形における自己位置推定アルゴリズム、という研究課題に取り組んでいる。本年度は、まず1の課題に関してV-disparity法というステレオ視における路面推定アルゴリズムを自然環境に応用し、地形の幾何形状モデルを復元する手法を構築した。V-disparity法ではステレオ視により取得された視差画像から、3次元空間に投影することなく地面のグリッド地図を作成できる。その結果、従来の局所平面フィッティング法などに比べて計算効率の向上に寄与することを確認した。さらに実験で得られた画像により、提案手法が実データで有効であることを確認した。次に、3の課題に関して、未知環境において画像から自己位置を推定する手法を構築した。従来手法の問題点である計算量の大きさを、従来より少ない特徴点の数から相対姿勢を推定するアルゴリズムを考案することで解決を図った。その結果、実験で得られたデータにおいて推定精度を落とすことなく2倍以上の計算速度向上につながることを実証した。また、事前予測の困難である自然環境において、環境認識に基づいて適応的にアルゴリズム選択を行うことで、地形変化にロバストな位置推定ができることを実証した。本研究は、屋外自律移動ロボットが複雑な自然地形において高度な環境理解を実現することを目的としている。本年度は機械学習の技術を用いた1)地形分類法と2)走破性推定法について検証を行った。1の課題については、ロボットの走破性能に影響を与える砂や礫といった地面組成を、カメラと振動計を用いて推定する手法を構築した。特にパターン学習にあたって、独立した分類器間で相互学習を行わせることで、人間からの教示が不足する場合でも複雑な問題に対応可能とした。2の課題については、走行系の消費電力に着目し、遠隔観測から精度よく推定できる手法を構築した。ロボットの力学モデルと地形分類を考慮した実験的アプローチにより導出された推定モデルは、実際の屋外フィールドにおいて高い精度で推定を行えることが実証された。研究計画通り、遠隔センサと近距離センサを組み合わせた地形分類法の構築を進めている。手法をJAXA所有の砂地実験室、伊豆大島の火山地形、NASA所有の火星模擬地形で評価するなど、様々な環境における実証試験も合わせて進めている。研究計画通り、移動ロボットの自律環境知覚システムに関し、アルゴリズムの構築を進めている。同時に、構築した手法は伊豆大島の火山地形における実証試験により実用性を評価している。前年度までの成果を組み合わせ、未知の自然環境における包括的な環境理解システムを構築する。さらに、確率的な環境理解に基づく行動決定についても考慮し、自律移動システムとしての設計指針を検討する。次年度は土壌の非幾何パラメータをカメラを用いて遠隔で推定するために、機械学習を用いた手法の考案に着手する。また、構築したアルゴリズムをロボットの試験機に実装し、屋外フィールド試験において有用性を検証する。
粒子識別型マイクロドシメトリシステムPID-TEPCの開発

組織等価型ガス比例計数管(TEPC)に半導体検出器(SSD)とプラスティックシンチレーションカウンターを組み合わせたPID-TEPCシステムを改良し測定試験を行った。SSDの厚みは以前の500μmから700μmに変更し、粒子識別能の向上を目指した。性能は、広いエネルギー分布を持つ炭素線SOBPビームを用いて、粒子識別能の評価とマイクロドシメトリスペクトルの同定を行った。その結果、陽子、ヘリウム、リチウム、ベリリウム、ボロン、炭素及び中性子の同定しマイクロドシメトリスペクトルを決定できることを示した。この方法で、同定した中性子成分は、monoエネルギー炭素線がファントム内で発生する収量より多い傾向を示した。そのため、中性子の同定精度を考察するため、ビームモデレータで発生する中性子エネルギースペクトルの測定評価もあわせて行った。本研究課題においては、粒子識別型組織等価比例計数管(PID-TEPC)マイクロドシメトリ装置の開発を行う。一般に、組織等価比例計数管は粒子識別ができず全粒子のエネルギー付与スペエクトルとして測定される。しかしながら、粒子線治療や宇宙環境においては、多種類の粒子線が混在し、各々の線質が問題とされる。本研究年度は、新規購入したSi検出器の計算による評価および炭素ビームを用いた試験を行った。まず、購入したSi検出器の条件でモンテカルロ計算により炭素ビームに対する粒子識別能を評価したところ、十分な識別能が得られることがわかった。その後、放射線医学総合研究所においてSOBPカーボンビームを用いて、分解能の実測した。その結果、計算で得られた値を大きく下回る分解能しかえられなかった。その原因を調べたところ、SI検出器に光漏れがあり、これがもとで分解能があがらないことが確認された。現在、キャンベラへ送り返し修理中である。分解能は十分に得られなかったが、中性子同定が可能と考え、PID-TEPCシステムの中性子同定の精度評価を別途行った。この結果は、H21年度卒業論文にまとめてある。今後、修理後の検出器を用いた試験を行っていく。本研究課題においては、粒子識別型組織等価比例計数管(PID-TEPC)マイクロドシメトリ装置の開発を行うことを目的としている。本研究年度では、昨年度取得した700μm全空乏層型Si検出器2枚を組み込んだdual-Si検出器がノイズに弱く測定に利用できなかったことから、まずノイズ対策を行った。その後に、HIMACからの炭素線を用いたビーム試験を行った。dual-Si検出器にしたことで、組織等価ガス比例計数管(TEPC)とSi検出器を一体化できコンパクトにすることが達成できた。また、ビーム試験の結果、十分な分解能が得られ、400MeV/核子炭素線SOBPビームの生成するフラグメント粒子が10%程度の精度で粒子識別が行えることを明らかにした。更に、400MeV/核子炭素線SOBPビームにおいて、生成フラグメント種ごとに、マイクロドシメトリが可能であることが示された。これまでに、TEPCシステムに、特注で製作した700μmのdual-Si検出器とプラスティックシンチレーションカウンターを取り付けたプロトタイプのシステムを作成した。本システムで通常のマイクロドシメトリを行える事、更に入射粒子の識別を行いながらマイクロドシメトリスペクトルも決定できる。本研究年度では、開発した組織等価ガス比例計数管(TEPC)を用いて、2次中性子線のマイクロドシメトリを実施した。その測定結果を評価するために、液体シンチレータを用いた2次中性子線のエネルギースペクトルの測定を実施した。現在解析の途中であるものの、2次中性子線の測定結果と大きな矛盾はなく、PID-TEPCで2次中性子線を同定できた事は、確認されたと考えられる。したがって、作成したプロトタイプを用いる事で、荷電粒子と中性子の両方の識別ができることが確かめられた。今後、2つの測定結果の解析を行い、PID-TEPCの有効性と2次中性子線の線質の評価を行う。
ナノテクノロジーの健康・環境影響に関する保健政策学的研究

ナノテクノロジーの健康・環境影響に関する保健政策学的研究を行った。1)ナノテクノロジーの健康影響に関する研究ナノテクノロジーの健康影響の問題についてEU、英国において実施されている研究活動及び対策報告書の状況について調査し、健康影響に関する課題を整理し、わが国の政策提言を行った。2)ナノテクノロジーの環境影響に関する研究ナノテクノロジーがヒトおよび生態系等の環境へおよぼす影響について、そのリスク評価にかかる手法や対応等を検討し、EU、英国における暴露量予測等、各種ナノテク物質の生産・利用量の予測および周辺環境等への放出量等の推計、ヒトおよび環境生物に及ぼす影響、対象とすべき物質、媒体、影響、動植物を検討した。3)ナノテクノロジーの倫理、社会影響に関する研究ナノテクノロジーの社会影響等の倫理・社会的判断の根拠となる理論(予防原則等)の妥当性や科学性とのバランスを検討し、米国、EU、英国と我が国社会における合意形成の比較研究を行い、論文としてまとめた。特に、新たな分野としてナノテクノロジーとヘルスプロモーションの研究を行い、学会で報告した。4)ナノテクノロジーの予見的社会対策手法に関する研究健康・環境影響に関する知見が十分に整っていない状況の中、ナノテクノロジーについてEU、英国の取り組みについて検討し、我が国の予見的な社会対策の構築にあたり、その基盤となる研究を行った。特にナノ・エシックスについては、我が国の哲学者らと共同研究を行い、論文にまとめた。1)ナノテクノロジーの健康影響に関する研究ナノテクノロジーの健康影響の問題(遺伝子毒性、細胞毒性、器官毒性等)について、公衆衛生領域と科学哲学領域から、米国、欧州各国の各種研究活動及び対策報告書の状況について調査した。2)ナノテクノロジーの環境影響に関する研究ナノテクノロジーがヒトおよび生態系等の環境へおよぼす影響(大気・水・土壌、魚類、小動物等)について、公衆衛生領域と科学哲学領域から、そのリスク評価にかかる手法や対応等を米国、欧州各国の各種研究活動及び対策報告書の状況について検討した。3)ナノテクノロジーの倫理、社会影響に関する研究ナノテクノロジーの社会影響等の倫理・社会的判断の根拠となる理論(予防原則等)の妥当性や科学性とのバランスを、哲学・倫理(関与倫理、工学倫理)と生命倫理から検討し、米国、欧州各国と我が国社会における合意形成の方向性を検討した。4)ナノテクノロジーの予見的社会対策手法に関する研究健康・環境影響に関する知見が十分に整っていない状況の中、ナノテクノロジーについて諸外国の取り組みについて予防原則(Precautionary)と疫学から、また、グローバルな規制・倫理制度から検討するとともに、我が国の予見的な社会対策の構築にあたり、従来の化審法等との比較でその基盤となる研究を行った。研究協力者所属研究機関氏名役割分担英国サーレー大学・教授ジェフリー・ハント哲学・倫理的研究1)ナノテクノロジーの健康影響に関する研究ナノテクノロジーの健康影響の問題(遺伝子毒性、細胞毒性、器官毒性等)について、公衆衛生領域と科学哲学領域から、米国、欧州各国の各種研究活動及び対策報告書の状況について英国で調査した。2)ナノテクノロジーの環境影響に関する研究ナノテクノロジーがヒトおよび生態系等の環境へおよぼす影響(大気・水・土壌、魚類、小動物等)について、公衆衛生領域と科学哲学領域から、そのリスク評価にかかる手法や対応等を米国、欧州各国の各種研究活動及び対策報告書の状況について英国で検討した。3)ナノテクノロジーの倫理、社会影響に関する研究ナノテクノロジーの社会影響等の倫理・社会的判断の根拠となる理論(予防原則等)の妥当性や科学性とのバランスを、哲学・倫理(関与倫理、工学倫理)と生命倫理から検討し、米国、欧州各国と我が国社会における合意形成の方向性を検討し、論文にまとめた。4)ナノテクノロジーの予見的社会対策手法に関する研究健康・環境影響に関する知見が十分に整っていない状況の中、ナノテクノロジーについて諸外国の取り組みについて予防原則(Precautionary)と疫学から、また、グローバルな規制・倫理制度から検討するとともに、我が国の予見的な社会対策の構築にあたり、従来の化審法等との比較でその基盤となる研究を行い、学会で発表した。研究協力者所属研究機関氏名役割分担英国セント・メリー大学・教授ジェフリー・ハント哲学・倫理的研究ナノテクノロジーの健康・環境影響に関する保健政策学的研究を行った。
公私協働の日中比較―「社区」ガバナンスの構築

本研究は、中国において憲法上「自治組織」とされている都市の居民委員会及び農村の村民委員会が行う行政的活動について、公私協働の観点から分析を行う。中国の行政法学では、「法治」の実現のため、法に従った権力行使を行政機関に要求する「依法行政」が基本原則とされている。他方で、行政を担う主体は行政機関に限られないため、公正・公平な行政を実現するには、非行政機関も含めた法的統制や責任分担が求められる。本研究は、法による国家権力の統制と、自治組織に対する国家の介入が同時に要請されている中国の現状に着目し、「法治」と「自治」の関係を探る。さらに、公私協働の日中比較を通して日本の行政法学への示唆を探求する。
酵母のカルネキシン及びPDIホモログノックアウトが蛋白質の品質管理に及ぼす影響

酵母Saccharomyces cerevisiaeの糖タンパク質特異的な分子シャペロンカルネキシンをノックアウトすることによって、アミロイド型変異リゾチームや不安定変異リゾチームが多量分泌することを明らかにした。この観察はカルネキシンがタンパク質の品質管理に関与していることを示しており、分子病(アンフォールディング病)と分子シャペロンの機能との関連を明確に示すものである。今年度は酵母Saccharomyces cerevisiaeのカルネキシンのクローニングに成功し、その機能を詳細に調べた。その結果、カルネキシンはクエン酸シンターゼのリフォールドを促進するいわゆるシャペロン活性を示すが、モノグルコース型のハイマンノース糖鎖の存在下ではその機能は失われた。この観察は(1)カルネキシンのレクチンドメインが新生タンパク質との相互作用に必須であること。(2)新生タンパク質のフォールディングはレクチンドメインに近接した領域で行われる事を示す。今年度はさらに、カルネキシンと同様に膜接合型分子シャペロンであるPDIホモログ(Eps1)をノックアウトした酵母を作成することに成功したので、この酵母を用いて、Eps1がSS結合を多く含む蛋白質(リゾチーム、シスタチン)の品質管理にどのような影響を及ぼすか検討中である。
インターエレメント不飽和結合の化学

1.2,4-ジ-t-ブチル-6-メチルチオメチルフェニル基を安定化基としたジチオキソホスホランの脱硫反応を行うと、対応するチオキソホスフィンが得られ、それは、徐々に3量化してトリチアトリホスフィナンが単離された。2.1-トリス(トリアルキルシリル)置換シクロトリシレンのビシクロ[1.1.0]テトラシランへの光化学的異性化反応を見いだした。また、アルコールの付加がアンチ付加で起こることを明らかにした。さらに、シクロトリシレン生成反応の副生成物として、スピロペンタシラジエン誘導体を単離し、構造解析することに成功した。3.2π電子系3員環芳香族化学種シクロトリゲルメニウムイオンと嵩高い求核剤との反応で飽和ゲルマニウム上における非対称置換型シクロトリゲルメンを合成し、置換基の電子的、立体的影響によってゲルマニウム二重結合のコンホメーションが変化することを明らかにした。4.Martinリガンドを有する5配位1,2-オキサシレタニドのプロトン源として酢酸または1,1,1-トリフルオロエタノール存在下での熱分解について検討した。これらは3位の置換基の嵩高さとプロトン源の酸性度によりPeterson反応とhomo-Brook転位反応中間体としての挙動を示すことが分かった。5.2,6-ビス[ビス(トリメチルシリル)メチル]-4-[トリス(トリメチルシリル)メチル]フェニル基を利用し、新規15族異周期元素間二重結合化合物スチバビスムテンを安定に合成・単離することに成功した。6.置換基の電子効果と立体効果を系統的に明らかにし、異性化や二量化に対して安定で、明確なケイ素-ケイ素三重結合をもつ化合物を合成標的として理論予測した。また、ゲルマニウム、スズ、鉛の三重結合の可能性に関しても検討を加えた。シラナフタレンとシラベンゼンの構造と芳香族性を明らかにした。インターエレメント不飽和結合および関連の小員環化合物の構造、物性、反応性の研究、およびその理論的解明のために、次の5研究テーマを計画研究とした。1.リン原子を含む不飽和結合化合物の構造、物性、反応性の研究:チオキソホスフィン、ジセレノキソホスホランなどの安定化のために、立体的に嵩高く、かつ分子内に電子的効果が期待できるようなアミノ基やアルコキシ基、チオエーテル基などをもつ置換基を合成し、P=SやP=Se基がアミノ基により、強い安定化効果を受けることを見いだした。2.不飽和結合を有する小員環ケイ素化合物の合成と反応の研究:ビスシラシクロプロパンおよびビスシラシクロプロペンの生成とその挙動について検討した結果、フェニル基置換の化合物の合成に成功し、構造とその反応性を明らかにした。3.芳香族性高周期14族元素化合物の合成研究:トリゲルマシクロプロパンを前駆体とし、ゲルマニウム原子のみから成る3員環2π電子系化合物、トリゲルマシクロプロペニウムイオンの合成、構造解析に成功した。4.高配位典型元素小員環化合物の有する特異なインターエレメント結合の研究:5配位3-フェニル-1,2-オキサチエタンを相当する4配位化合物のmCPBA酸化で合成した。この化合物は、その熱分解反応では全くオレフィンを与えず、オキシランをほぼ定量的に与えることが分った。5.インターエレメント結合の特性の理論的研究:ケイ素-ケイ素間の三重結合の本性を理論的観点から解明し、安定なケイ素三重結合化合物合成のための置換基の電子効果と立体効果の役割を明らかにした。

インターエレメント不飽和結合および関連の小員環化合物の構造、物性、反応性の研究、およびその理論的解明のために、次の5研究テーマを計画研究とし、実施した。1.リン原子を含む不飽和結合化合物の構造、物性、反応性の研究:アミノ基やRO基、RS基などをもつ置換基により安定化されたArP=X、ArP(=X)_2(Ar=2,4-t-Bu_2-6-Me_2NC_6H_2など、X=O,S,Seなど)を合成し、総括班に設備したIP型X線結晶構造解析装置により構造決定を行った。2. 14族エレメントの不飽和-飽和結合相互作用系の構築と物性の研究:ケイ素-ケイ素2重結合を持つ最小員環状化合物であるシクロトリシレンを安定に単離することに初めて成功した。このものは四塩化炭素と容易に反応し、対応する(E)-1,2-ジクロロ付加体を特異的に生成した。3.芳香族性高周期14族元素化合物の合成研究:シクロトリゲルメニウムイオンと種々の求核剤の反応により非対称置換シクロトリゲルメンの合成に成功し、その構造をX線結晶構造解析により明らかにした。また、非対称置換シクロトリゲルメニウムイオンの合成にも成功した。4.高配位典型元素小員環化合物の有する特異なインターエレメント結合の研究:1,2-アザホスフェチジンの3位に電子求引性基としてメトキシカルボニルを導入したところ、予期に反して無置換体の時よりN-アピカル体の比が増加したが、3位をエピマー化することで、5配位1,2-アザホスフェチジンの擬回転異性体、GアピカルN-エクアトリアル体を単離・合成することに成功した。5.インターエレメント結合の特性の理論的研究:長年の夢であるケイ素-ケイ素三重結合を実現するために、異性化および二量化を阻止するのに有効な置換基を理論計算により幾つか明らかにした。また、大規模計算により、Wittig反応の反応機構と立体選択性を明らかにした。1.2,4ジ-t-プチル-6-メチルチオメチルフェニル基を安定化基としたジチオキソホスホランの脱硫反応を行うと、対応するチオキソホスフィンが得られ、それは、除々に3量化してトリチアトリホスフィナンが単離された。2.1-トリス(トリアルキルシリル)置換シクロトリシレンのビシクロ[11.0]テトラシランへの光化学的異性化反応を見いだした。また、アルコールの付加がアンチ付加で起こることを明らかにした。さらに、シクロトリシレン生成反応の副生成物として、スピロペンタシラジエン誘導体を単離し、構造解析することに成功した。3.2π電子系3員環芳香族化学種シクロトリゲルメニウムイオンと嵩高い求核剤との反応で飽和ゲルマニウム上における非対称置換型シクロトリゲルメンを合成し、置換基の電子的、立体的影響いよってゲルマニウム二重結合のコンホメーションが変化することを明らかにした。4.Martinリガンドを有する5配位1,2-オキサシレタニドのプロトン源として酢酸または1,1,1-トリフルオロエタノール存在下での熱分解について検討した。これらは3位の置換基の嵩高さとプロトン源の酸性度によりPeterson反応とhomo-Brook転位反応中間体としての挙動を示すことが分かった。5.2,6ビス[ビス(トリメチルシリル)メチル]-4[トリス(トリメチルシリル)メチル]フェニル基を利用し、新規15族異周期元素間二重結合化合物スチバビスムテンを安定に合成・単離することに成功した。
GAK-PP2Aリン酸化・脱リン酸化経路を介した中心体制御の解明

癌細胞の特徴は染色体の不安定性であり、その原因として、中心体の制御異常による異常な染色体分配があげられる。中心体は、体細胞分裂期には、染色体の均等な分配に関与している。このとき、中心体には物理的な力が伝わっていることから、中心体を維持するには、この力に負けない「構造維持の機構」が重要である。申請者はGAKが中心体構造維持に関与することを示唆するデータを得た。その原因として当初は予想もできなかったことだが、GAKをノックダウンするとPolo like kinase 1(Plk1)のタンパク質量が減少し、その結果中心体タンパク質であるKizunaのリン酸化タンパク質量が減少することで中心体崩壊へと結びついていることを示唆するデータが得られた。なお、GAKノックダウンでPlk1のタンパク質量が減少した原因を追究した結果、GAKはPlk1の転写を制御していることを示唆する興味深いデータが得られた。Plk1は重要なM期制御因子にも関わらずその転写メカニズムは不明な点が多く、非常に意義ある結果が得られた。また、GAKの欠失は、異常な染色体整列およびチェックポイントの活性化をもたらすことがわかっている。この原因として、Clathrin heavy chain(CHC)と密接に関わっていることを示すデータが得られた。本研究によりGAKはM期でmitotic spindle上に局在することが判明し、同じくmitotic spindleに局在するCHCの局在を制御していることを見出した。また両者のダブルノックダウンを行ったところ、GAK単独ノックダウン時とMitotic indexが殆ど変わらなかった。これらの結果は、GAKはCHCの上流に位置し、両者が協調的に働いて正常な染色体整列に関与することを示唆している。本結果はエンドサイトーシスとM期制御を結びつける重要な知見だと考えられる。
衝撃を受けるロボットの動構造解析手法および設計に関する研究

本研究は、衝撃を受けるロボットの動構造解析手法を開発し,ロボット上肢・下肢機構に衝撃荷重が作用した際の動的構造解析を行い,その挙動を明らかにすると共に,各種ロボット機構の耐衝撃特性を明らかにし,さらに,ロボット機構の耐衝撃設計法の基礎を検討することを目的に行われた.得られた結果は以下の通りである.1.ニューマークのbate法を利用した動的骨組み構造解析プログラムを作成し,衝撃を受ける各種ロボット機構の動的構造解析を可能にした.同手法によれば,比較的長時間にわたる動構造解析が可能であり,運動を伴うロボット機構の対衝撃挙動解析が行える.2.1.で作成した動構造解析プログラムによりロボット機構として代表的な開ループ機構,平行クランク形機構の動構造解析を行った.その結果,機構の種類,形状により衝撃荷重下での挙動がかなり異なることが明らかになつた.また,その挙動は静的に荷重が作用する場合の挙動とはかなり異なることもあり,耐衝撃強度設計の必要性を確認した.3.以上の解析結果を基に,ロボット機構の耐衝撃挙動データベースの構築を行った.同結果によれば各機構の耐衝撃挙動を知ることが可能である.従来から行ってきたロボット機構の静力学特性・動力学特性および本研究で行った耐衝撃特性の解析結果を基にロボット機構の知的設計支援システムの構築をハイパーテキストを利用し行った.以上の結果より,ロボットの耐衝撃強度設計を考慮した機構総合の基礎を確立することができた.本研究は、衝撃を受けるロボットの動構造解析手法を開発し,ロボット上肢・下肢機構に衝撃荷重が作用した際の動的構造解析を行い,その挙動を明らかにすると共に,各種ロボット機構の耐衝撃特性を明らかにし,さらに,ロボット機構の耐衝撃設計法の基礎を検討することを目的に行われた.得られた結果は以下の通りである.1.ニューマークのbate法を利用した動的骨組み構造解析プログラムを作成し,衝撃を受ける各種ロボット機構の動的構造解析を可能にした.同手法によれば,比較的長時間にわたる動構造解析が可能であり,運動を伴うロボット機構の対衝撃挙動解析が行える.2.1.で作成した動構造解析プログラムによりロボット機構として代表的な開ループ機構,平行クランク形機構の動構造解析を行った.その結果,機構の種類,形状により衝撃荷重下での挙動がかなり異なることが明らかになつた.また,その挙動は静的に荷重が作用する場合の挙動とはかなり異なることもあり,耐衝撃強度設計の必要性を確認した.3.以上の解析結果を基に,ロボット機構の耐衝撃挙動データベースの構築を行った.同結果によれば各機構の耐衝撃挙動を知ることが可能である.従来から行ってきたロボット機構の静力学特性・動力学特性および本研究で行った耐衝撃特性の解析結果を基にロボット機構の知的設計支援システムの構築をハイパーテキストを利用し行った.以上の結果より,ロボットの耐衝撃強度設計を考慮した機構総合の基礎を確立することができた.
超並列計算機コネクションマシンを用いた3次元粒子コードの開発と基礎研究

本国際学術研究では、並列粒子計算コードの研究をおこなった。本研究ではおもにデータ並列型の粒子計算法を行う予定であった。現実に研究をはじめてみて判明したことであるが、並列計算機の開発は冷戦の崩壊により、科学技術計算のための特別に高速な計算機は軍事予算削減のためにほとんど開発はストップしており、データ並列方式を想定した計算機例えばSIMD型の超並列計算機等は姿を消しつつあり、むしろ、民生用技術、特に、ワークステーション技術をベースにしたス-パスカラRISC型プロセッサを利用したMIMD型並列計算機がビジネス用に多く利用されており、データ並列型計算機コードは、現実のハードウェアに即したプログラミングモデルとしてではなく、単なるプログラミングスタイルとしてのみ利用されていた。このようなビジネス利用を想定した並列計算機においては、メッセージパッシング型の並列計算が主流でプログラム効率は非常に高いが、プログラミングとデバッキングが大変である。そこで、われわれはまず、並列計算機の性能をはかるためだけに、メッセージパッシング型粒子コードを開発した。さらにこのモデルでは並列計算機の初期化、フィールドソルバ、粒子プッシュ、電荷デポジットと粒子法の基本部分のみからなるスケルトンコードモデルを提唱し、それを利用した。このモデルをもとに、データ並列型粒子コードをメッセージパッシング型粒子コードと同様に比較、並列計算機性能計測のため開発した。このモデルでは、データ並列に強く固執するとMIMD型計算機では高性能なコードを得ることが難しいので、少し条件を緩和してオペレーションごとではなく単位サブプログラムごとに並列計算機の通信同期をとるSPMD (Single Program Multiple Data)型のモデルに変更して、メッセージパッシング型の並列粒子計算コードの性能に近づくよう努力した。その結果、SPMDモデルを採用した2次元粒子コードの速度ではメッセージパッシングモデルに対して1.5倍以下に押さえられるコードの開発に成功した。従来データパラレル型では5-10倍の速度の劣化が見られたのでこの結果は画期的である。今後3次元などへ拡張してその結果はJournal of Computational Physics等で公式に発表される予定である。本研究では本来、数百億、数十億、数ギガの粒子とグリッドデータ即ちフィールドデータを扱うことを目的とし、コネクションマシンのようなSIMD型の並列計算機に即したアルゴリズムの開発が目的であった。粒子とグリッドデータ間通信を最小に押さえるため、粒子のソ-ト法を新たに考え出し計算の局所性を高める。次に、粒子のFlux Splitting法を考え出し、粒子・グリッドのデータ通信を最適にした。フィールドソルバ、粒子ブッシュなどの基本アルゴリズムをインプリメントし、データを各プロセッサで局所的に処理をするためのソ-ト法、Flux Splitting法を開発した。現在128プロセッサCRAY T3Dを使い6億個の粒子を扱うシミュレーションが可能となった。しかし、現実には上述のとおり、データ並列プログラミングは現在ただ単なるプログラミングスタイルであり、これを並列計算機で実行する場合、効率は悪すぎる。したがって、データ並列条件を緩和し、SPMD型に直す必要があった。これにより、太陽風と地球の磁気圏の干渉シミュレーションが高効率で可能となり、地球と太陽磁場のつなぎ替え問題即ちリコネクション問題を扱うことが可能となった。今後、扱える粒子の数を60-600億へと増やして行き、統計的なノイズを減らしより現実的な問題を扱えるようにし、リコネクション問題を位相学的に扱えるようなモデルにしていきたい。基本的なアプローチとしてはデータパラレル型アルゴリズムとタスクを並列化するメッセージパッシング法が考えられたが、この場合、アルゴリズムのスケーラビリティ等の面からSPMDモデルがベストであることが判明した。研究方法としては、更に類似の計算機で試して行きたい。

本研究では本来、数百億、数十億、数ギガの粒子とグリッドデータ即ちフィールドデータを扱うことを目的とし、コネクションマシンのようなSIMD型の並列計算機に即したアルゴリズムの開発が目的であった。粒子とグリッドデータ間通信を最小に押さえるため、粒子のソ-ト法を新たに考え出し計算の局所性を高める。次に、粒子のFlux Splitting法を考え出し、粒子・グリッドのデータ通信を最適にした。フィールドソルバ、粒子ブッシュなどの基本アルゴリズムをインプリメントし、データを各プロセッサで局所的に処理をするためのソ-ト法、Flux Splitting法を開発した。現在128プロセッサCRAY T3Dを使い6億個の粒子を扱うシミュレーションが可能となった。しかし、現実には上述のとおり、データ並列プログラミングは現在ただ単なるプログラミングスタイルであり、これを並列計算機で実行する場合、効率は悪すぎる。したがって、データ並列条件を緩和し、SPMD型に直す必要があった。これにより、太陽風と地球の磁気圏の干渉シミュレーションが高効率で可能となり、地球と太陽磁場のつなぎ替え問題即ちリコネクション問題を扱うことが可能となった。今後、扱える粒子の数を60-600億へと増やして行き、統計的なノイズを減らしより現実的な問題を扱えるようにし、リコネクション問題を位相学的に扱えるようなモデルにしていきたい。基本的なアプローチとしてはデータパラレル型アルゴリズムとタスクを並列化するメッセージパッシング法が考えられたが、この場合、アルゴリズムのスケーラビリティ等の面からSPMDモデルがベストであることが判明した。研究方法としては、更に類似の計算機で試して行きたい。並列コンピュータの出現以来Particle-In-Cell(PIC)粒子コードは流体力学、気体力学、プラズマ物理において空気中の粒子もしくはプラズマにおけるイオン、電子などの複雑なダイナミックス、振る舞いを研究する上で非常に現実的なソフトウェアツールとして認識されるようになった。特に近年では米国政府の提唱する“Grand Challenge"問題の一つとしても脚光を浴びるようになってきた。これは一つにはPICコード自体が固有の性質として並列性を持つためにその並列計算の実現性が高いためである。一般的に、PICコードにおいてシミュレーション空間はグリッドに写像される。
新規転写因子ＭａｆＢ遺伝子改変マウスを用いたマクロファージ腫瘍免疫機構の探究

当教室にて作成されたマクロファージ特異的Dominant-NegativeMafB遺伝子改変マウス(TG)を用いて、転写因子MafBが腫瘍免疫で演じている役割を検討した。癌細胞移植モデルとして、メラノーマ細胞株を尾静脈からTGマウスと野生型マウスに投与したところ、両群間で生存率に差を認めず、腫瘍内・周辺に存在するマクロファージ数に差は認められなかった。無処置で飼育した場合の両群間の生存率にも差は認めず、ウレタン腹腔内投与後6ヶ月後に発症してくる肺結節・過形成病変に関しても両群で有意差を認めなかった。以上より、転写因子MafBは腫瘍免疫に関しては重要な役割を演じていないことが理解された。我々はマクロファージ特異的にdominant-negative(DN)-MafBを発現する遺伝子発現マウスを作成し、1肺胞マクロファージ数の減少、2肺胞マクロファージにおける電子顕微鏡所見上マクロファージの偽足形態の変化と光学顕微鏡所見での偽足の延長不良、3腹腔マクロファージでの細胞表面マーカーの変化、4肺胞マクロファージでの貪食能の減少とRhoA活性の低下が認められることを報告した。本遺伝子改変マウスにおける腫瘍免疫機構の変化を検討するため、転移性肺腫瘍モデルによる検証を行った。12週齢のDN-MafBマウスとコントロールマウスに対し、メラノーマ細胞株(B16-F10)を尾静脈から注入し、生存を解析した。両群とも投与後20日から死亡を認め、30日から40日にかけて急速に生存率が低下し死滅した。Kaplan-Meier曲線は両群でほぼ同一の曲線を描き、log rank test P =0.74と生存率に関して有意差を認めなかった。メラノーマ腫瘍内ならびにその周辺の腫瘍関連マクロファージ数をMac3による蛍光免疫染色で検討したが、両群間で明らかな差はなかった。原因としてメラノーマ細胞の腫瘍増殖速度が速すぎるため、マクロファージによる腫瘍免疫機構が関与する間もなくマウスが死滅してしまうことが考えられたため、原発性肺癌モデルとしてのウレタンによる自然発症肺癌モデルでの検証と、GFP発現肺癌細胞株による転移性肺腫瘍モデルによる検証を試みることにした。12週齢のDN-MafBマウスとコントロールマウスに対して、マウス1gあたり1mgのウレタンを腹腔内投与し、6か月後にマウスを屠殺し、肺組織の病理組織標本を作製した。現在、ウレタン腹腔内投与による肺腫瘍の発生を確認し、その発生数、腫瘍サイズ、マクロファージ数に関して検討を進めている。またGFP発現肺癌細胞株の尾静脈投与準備を進めている。マクロファージ転写因子MafBはマクロファージの分化に関与すると考えられている。その欠損マウスは致死的であるため、我々はdominant Negative(DN)MafBをスカベンジャーレセプタープロモーター(SR-P; Horvai A et al. PNAS 1995)制御下でマクロファージ特異的に発現させるマウスを作製した(MSR-DNMafBマウス)。この遺伝子改変マウスでは肺胞マクロファージ数がコントロールに比して有意に減少しており、しかもマクロファージ細胞表面分化マーカー(F4/80, CD11b)の発現が変化していることが観察された。すなわち我々の計画のとおり、マクロファージの分化に変調をきたしたマウスが得られたと考えられる。本研究の目的は、MafB活性抑制が悪性腫瘍の発生と進展におよぼす影響の有無を検討することとした。まず最初にMSR-DNMafBマウスで悪性腫瘍の加齢による自然発生率を観察した。MSR-DNMafBマウスとコントロールマウスを無刺激下で長期に飼育・観察したが、両群に生存率の差はなく、MafBの抑制による自然発がんの増加は観察されなかった。つぎに、本遺伝子改変マウスにおけるマクロファージの貪食能を検討した。MSR-DNMafBマウスとコントロールマウスから肺胞マクロファージを回収し、オプソニン化された蛍光標識ビーズの貪食を評価したところ、遺伝子改変マウスにて有意にマクロファージの貪食が低下していた。当初は初年度に、マクロファージの表面マーカーの解析を計画していたが、マウスの生産性がやや悪く、予定していた計画が遂行できなかった。癌細胞移植でのMafBの腫瘍免疫に果たす役割を検討するためMSR-DNMafBマウスとコントロールマウスに培養がん細胞(Lewis Lung carcinoma cellなど)を尾静脈投与し、一定期間飼育後に転移の程度を病理学的に比較評価する。さらに、両マウスにおける生存率を比較評価する研究を計画している。また、MafBがマクロファージの表現型に影響を与えているかどうかを検討するため、MSR-DNMafB