hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
胚性幹細胞を用いた宇宙放射線の影響解析

国際宇宙ステーション(ISS)での活動や、火星への宇宙飛行のように、将来、人類が種々の放射線が錯綜する宇宙空間で長期間滞在する状況を踏まえ、宇宙放射線に人類は耐えうるかを検討し対策を講じることは重要である。生物は、放射線被曝によりDNAを切断された場合、修復遺伝子によってそのDNAを修復する。我々は、哺乳動物細胞でもDNA修復機能を活性化することができれば、宇宙放射線に対してより強い耐性を獲得することができるという仮説をたて、これを検証するために、Tet-onでヒストンH2AX遺伝子を誘導するES細胞を作製し解析した結果、発現が2倍に誘導された。我々は、DNA修復遺伝子の活性化により、哺乳動物細胞の放射線耐性が増強するという仮説をたてた。大腸菌などの原核生物や、真核生物であるが単細胞生物である酵母は、放射線照射により種々のDNA修復遺伝子の合成を誘導させて、放射線によるDNA切断に対応する機能をもっている。哺乳動物であるマウスやヒトには、このような誘導機能は備わっていない。そこで、宇宙放射線などに対してDNA修復遺伝子の発現レベルを誘導的に上げることにより、放射線に対する耐性を獲得できるのではないかと考えた。特に、ヒストンH2AX遺伝子は、その発現量により、DNA修復能、染色体異常の発生、細胞への発癌誘発性などが依存することが知られているので、その遺伝子発現を誘導することを目的に実験を行った。マウスヒストンH2AX遺伝子の開始コドンにテトラサイクリン(類似物であるドキシサイクリン)で発現を誘導するTet-Onシステムの転写活性化遺伝子rtTA2を挿入する。その下流には、遺伝子改変のためのマーカーであるネオマイシン耐性遺伝子を挿入する。さらに下流には、テトラサイクリンによる転写活性化に必要なオペレーターTRE2遺伝子を挿入し、その下流にヒストンH2AX遺伝子を連結する。このような構造をもつターゲティングベクターをES細胞に導入し、ヒストンH2AX遺伝子をTet-On誘導できるようにしたマウスES細胞を作製した。国際宇宙ステーションに日本の実験棟「きぼう」が建設され、火星探査、月面開発など人類が活動する可能性が高くなった。しかし、宇宙は放射線が錯綜する空間であり、微小重力、高真空など過酷な環境である。その中にある宇宙ステーションで人類は長期滞在でき子孫を増やせるかどうかという問題は人々の宇宙に対して抱く素朴な疑問である。しかし、実際に宇宙船内でマウスなどの動物個体の長期飼育が困難であること、あるいは受精卵などを保存するために必要な-150°Cの冷凍装置の装備がないことにより研究は進んでいない。申請者は、2012-2013年、国際宇宙ステーションに、マウスES細胞を凍結状態で打ち上げ、-95°Cの冷凍庫に長期間保存することが決定している。1ー2年後に地上にそれらの細胞を地上に戻して融解した後、その生存率、染色体異常を調べる。さらに、ES細胞を受精卵にマイクロインジェクションして、その後の発生に異常がないか解析し、宇宙放射線の哺乳動物に対するリスクを評価し、宇宙飛行士の安全をはかる。そこで申請者らは、宇宙放射線の哺乳動物への影響を解析するために、凍結したマウスES細胞を「きぼう」内のMELFIに長期間保管し、地上へ戻したのち、DNAへの損傷や染色体の異常を解析するとともに、ES細胞を受精卵に移植し、マウス個体への発生過程での影響及び生殖細胞など継世代の影響を観察することを着想した。その結果、宇宙での長期滞在に伴うリスクの評価、安全基準の策定及び防御方法の開発が期待できると考えた。しかし、宇宙は放射線が錯綜する空間であり、長期的な滞在による宇宙放射線被曝の影響は大きいと考えられる。申請者は、2013年、国際宇宙ステーションに、マウスES細胞を凍結状態で打ち上げ、-95°Cの冷凍庫に長期間保存している。実験開始後1年後のサンプルを地上に回収したので、それらを融解し、生存率、コロニー形成能、染色体異常について解析した。その結果、地上対照群と比較して、予備的ではあるが、差はみられないことが分かった。さらに、解析の数を増加させ、宇宙放射線の哺乳動物に対するリスクを評価し、宇宙飛行士などの安全をはかる。分子生物学(1) Tet-On誘導によるヒストンH2AX遺伝子高発現系ES細胞の作製マウスヒストンH2AX遺伝子の開始コドンにテトラサイクリン(類似物であるドキシサイクリン)で発現を誘導するTet-Onシステムの転写活性化遺伝子rtTA2を挿入した。さらに下流には、テトラサイクリンによる転写活性化に必要なオペレーターTRE2遺伝子を挿入し、その下流にヒストンH2AX遺伝子を連結した。このような構造をもつターゲティング

ベクターをES細胞に導入し、ヒストンH2AX遺伝子をTet-On誘導できるようにしたマウスES細胞を作製でき、これまでの目的は概ね順調に達せられた。当初の計画では、マウスES細胞を-80°Cの凍結状態で国際宇宙ステーションに打ち上げ、長期間「きぼう」内のMELFI冷凍庫(ー95°C)で保存する。1か月から2年の間に地上に順次凍結したまま回収する。解凍後、コロニー形成による生存率測定、リン酸化ヒストンH2AX抗体によるDNA損傷の検出、mFISHによる染色体異常を観察定量化し、地上で保存した対照群と比較し、宇宙放射線の直接の影響を解析する。予定である。実際に」平成24年度には、マウスES細胞の調製および、培養のリハーサルをおこない、平成24年度8月から、細胞培養回収を開始した。打ち上げは、若干遅れ、平成24年度3月1日になったが、その間、凍結細胞のチェックなどを経て、無事アメリカフロリダのケープカナベラルよりファルコン9号で、スペースXーIIにより、打ち上げが成功し、当初の計画が達成できた。同時に、報道機関により、新聞などで本研究の意図が報じられ、当初以上の効果が得られたと考えられる。Tet-On誘導によるヒストンH2AX遺伝子高発現ベクターを導入したES細胞について、ヒストンH2AX遺伝子の発現がテトラサイクリンの添加により誘導されるかどうか、ノーザンブロット、RT-PCR、ウエスタンブロットなどの方法により、定量的に解析する。さらに、ヒストンH2AX遺伝子の発現がテトラサイクリンにより高く発現することが明らかになれば、その細胞について、鉄イオン線、炭素イオン線のような宇宙放射線に含まれる放射線を地上で照射し、感受性を比較する。実際には、細胞の生存率、染色体異常などを解析し、放射線に対する耐性を獲得しているか検討する。さらに、ヒストンH2AX遺伝子産物の発現と耐性の関係について定量的に解析する。(1)平成25年12月に最初の6か月経過のサンプルが宇宙ステーションより帰還する前は、マウスES細胞を用いて、放射線の影響を地上で解析する。(2)平成25年12月に最初の6か月経過のサンプルが宇宙ステーションより帰還する予定なので、そこから、ES細胞の解析が始まる。(a)細胞の生存率(b)細胞の染色体の解析(c)細胞のDNA損傷の解析(d)細胞のマイクロインジェクションによる発生の解析マウスES細胞を用いて、放射線の影響を地上で解析および平成25年12月に最初の6か月経過のサンプルが宇宙ステーションより帰還するサンプルについて、ES細胞の解析が開始される。細胞の細胞の生存率、細胞の染色体の解析、細胞のDNA損傷の解析の試薬として、物品費400,000円が必要である。また、マイクロインジェクションなどの技術が必要で、研究補助員の謝金が300,000万円必要である。また、アメリカとの共同研究のため、サンプル交換、打ち合わせなどの出張費として400,000万円必要である。
セルロースとの共熱分解による無機塩化物のスプリッティング

本研究は,セルロースと無機塩化物の混合物加熱することによって,無機塩をスプリッティングし,塩酸のin-situ生成あるいは低pH熱水の自動生成が起こるか否か検証することを目的とした。固体混合物の熱分解では,アルカリ金属,アルカリ土類金属の塩化物は,いずれもセルロースの熱分解を触媒し,脱水反応を促進すること,触媒作用はアルカリ土類金属のほうが著しいこと,金属カチオンと塩素イオンのスプリッティング進行(後者の揮発)を明らかにした。熱水中加熱では,pHが1.82.2の水溶液の生成とこれによるセルロース加水分解ならびにレブリン酸などの高付加価値有機物の高収率・選択的生成に成功した。本研究は,セルロースと金属塩化物混合物を加熱することによってセルロースの水素および塩化物の塩素から塩酸・有機酸を生成し,同時にセルロース含酸素官能基への金属カチオンの固定(アルカリ水溶液源生成)による「塩化物スプリッティング」が可能かどうかを検証することを主目的とし,炭素資源を利用する酸・アルカリ製造の科学の開拓を目指すものである。本研究では,当初,セルロースとNaCl混合物の不活性雰囲気における加熱(熱分解)を実施したが,期待されたHClの生成・揮発は顕著には進行しなかった(この反応系は,分析法等に問題がある可能性があり,次年度に再度検討の予定)。そこでセルロースとNaClの接触に限界,制限がある可能性を踏まえ,NaCl水溶液中でセルロースを加熱し,その時に起こるセルロース変換反応を調べた。セルロースを熱水(180°C220 °C,加圧)に加熱したところ,水溶液中のNaClはセルロースの加水分解(単糖,多糖生成を伴う溶解)と溶解物の炭化物への再析出を著しく促進することが判った。水溶液のpHは,2あるいはそれを下回る値にまで低下した。CaCl2水溶液の場合にはpHは1.5未満に低下した。このようなpHの低下は,同定・定量済の有機酸の生成のみによって説明することが難しく,HClの生成,さらには,ClイオンのカウンタイオンであるCa2+,Na+が析出固体(炭化物)中になんらかの化学形態で取り込まれた可能性が示唆された。NaCl水溶液中でセルロースを加熱すると,単糖・多糖から数種の有機酸およびフラン類が生成したが,なかでもレヴリン酸の生成は顕著であり,その収率は20%(炭素基準)を超える条件も見出された。水熱条件下のレヴリン酸生成はすでに知られているが,高収率を得るためには比較的高価な触媒が必要である。本研究は安価・簡便な方法によるレヴリン酸の製造が可能であることを示した。前年度の研究において,NaClあるいはCaCl2を固体としてセルロースと混合して熱分解する方法よりも無機塩水溶液中でセルロースを加熱する方法のほうが,塩酸の生成(pH低下)とこれによるセルロース加水分解を促進し,さらにはレブリン酸等の有用化合物の生成を実現できることが判明した。そこで,本年度は,NaCl水溶液水溶液を反応性媒質とするセルロースの転換・酸生成の詳細機構を明らかにすることに目的を絞り,研究を展開した。セルロースと所定濃度のNaCl水溶液を耐圧性オートクレーブ内で所定温度まで加熱し,保持した。NaCl最大濃度(1.71 mol/L)はセルロース水酸基の濃度と同量となるように設定した。反応後のスラリーは濾過により固液分離し,固体残渣および濾液を分析した。濾液中の有機物:ギ酸,グルコース,フルフラール,HMF,レブリン酸,酢酸を定量した。まず,NaClはセルロースの分解(糖生成)とこれに続く,糖の重合(チャー生成),各種低分子の生成をいずれも促進する反応機構を速度論的に明らかにした。加えて温度(180220°C)と時間(5h)最適化によってチャー収率の最小化,低分子収率の最大化を実現できることがわかった。低分子の収率(有機酸+グルコースの合計収率)は,炭素基準で40%に達し,本反応系が極めて有効な有機酸生成反応場を提供することが示された。レブリン酸の収率は単独でも20%に達した。セルロースは分子内・分子間に強固な水素結合を持つが,NaClは熱水条件下においてこれを開裂し,セルロースを非晶質化する。このとき,カチオンであるNa+が水酸基酸素に配位することによって生じるCl&#8211;がプロトンキャリアとして作用し(プロトン源は狙い通り水酸基のH),その場で生成する有機酸とともに酸加水分解的にセルロースを低分子化することがわかり,これが反応進行に伴うpH低下の主因であることを突き止めた。HMFからレブリン酸への反応経路の重要性も確認できた。研究実績概要に述べたように,本研究では当初計画したセルロース・金属塩化物混合固体の熱分解とは異なり,金属塩化物水溶液(熱水)中でセルロースを加熱する反応系に関して新知見を得た。

当初の研究目的に照らせば,金属塩化物のスプリッティングの可能性を示唆する実験事実(有機酸の生成のみでは難しい水溶液のpH低下等)を既に得ている。平成27年度は,反応生成物の分析(有機酸,フラン・ケトン類,固体のキャラクタリゼーション)を検討する計画であったが,これらはいずれも実施し,特に析出固体に関しては迅速熱分解,固体NMRを含めた詳細な分析と構造評価を実施することができ,反応機構の解明(平成27年度)の準備が整った。一方,塩素と金属イオンの挙動に関しては,十分な知見を蓄積できていないので,平成27年度に固体の分析,とくに金属イオンの固体への取り込みを調査する。加えて,固体熱分解によるHCl生成について再確認のための試験・分析を実施する課題が残った。塩素イオンのカウンタイオン種に関しては,計画を前倒ししてCaCl2,MgCl2のセルロース水熱分解促進効果を調べ,NaClを超える顕著な効果を見出している。以上の進捗状況を踏まえると,当初想定した固体混合物の不活性雰囲気中の熱分解とは異なるが,新反応系,すなわち熱水における有機酸生成に対する金属塩化物の顕著な触媒的作用,HCl生成によると考えられる水溶液の低pH化を明らかにすることができた。さらに,高付加価値有機酸であるレヴリン酸の高収率・高選択性合成という重要な知見を得たことは予期せぬ重要な成果である。上述した検討課題への取り組みは平成27年度に問題なく実施できると考えている。このように,本研究は。1年を経過した時点で概ね順調に進捗しており,当初想定しなかった新知見も得ている。反応工学平成28年度は,以下の研究を実施し,当初計画(あるいは相当する新計画)全てを実施,目標を達成する。1. NaClを溶解した熱水中のセルロース転換特性・機構の解明:新知見を得た昨年度の研究をさらに展開する。まず,生成物(有機酸,フラン類,糖類,析出炭素化固体)を全て同定・定量し,炭素収支を満足したうえで,レヴリン酸あるいは他の有機酸の収率を最大にする条件を見出す。2.塩素および金属イオンの行方を明らかにし,水溶液の低pH化の原因がHClの生成(カチオンの固体への取り込みと塩素・金属イオンの分離)であるか否かについて結論を得る。3.有機酸生成,水溶液低pH化に対する金属イオン種の影響,ならびに金属塩化物濃度の影響を明らかにする(濃度の影響は,NaClに関しては既に明らかにしており,水溶液中の塩化物量とセルロース水酸基の間に重要な関係があることを見出している)。4. MgCl2,CaCl2を反応促進剤とした場合の有機酸生成量最大化に挑戦し,安価・安全なケミカルズを用いた有機酸製造プロセスを提案する。5.塩素の挙動は十分に解明できていなかった固体混合物(セルロース・金属塩化物)熱分解を新たな生成物回収系を開発,適用して実施し,固体反応系における金属塩化物スプリッティングと有機酸生成の程度を明らかにする。本研究は,当初目的を達成するために,主たる反応系を気固系から加圧熱水系へと変更した。水熱反応系は,耐圧・耐蝕性反応容器や周辺設備が必要であり,生成物の分離,回収,分析にもより多くの消耗品,経費が必要となる。そのため,平成26年度研究ではこれらの経費を可能な限り抑制し,より多くの実験的検討と分析が必要になる平成27年度研究に当初よりも多くの経費を使用する計画を作成した。
核酸クリップナノゲルのシャペロン機能

本研究の目的である、申請者がこれまでに研究を進めてきたオリゴ核酸修飾多糖ナノゲル(核酸クリップナノゲル)のさらなる機能化と生体高分子の中でも特にタンパク質との相互作用について基礎的な知見を得るとともに、タンパク質の構造、機能を制御し得る核酸クリップナノゲルの構築を進める。平成30年度は、タンパク質との相互作用に適したオリゴ核酸修飾多糖の設計と合成およびその基礎特性解析を行った。これまでに開発してきた核酸クリップナノゲルでは会合分子であるオリゴ核酸の構造に自己相補的配列(回文配列)を用いて来たが、タンパク質と核酸クリップナノゲルの相互作用により適したオリゴ核酸として非自己相補的配列のオリゴ核酸を会合分子として用いたオリゴ核酸修飾多糖を合成した。グアニンおよびシトシンにBNAを用い、種々の配列の6merオリゴ核酸を固相合成法により合成した後、それらをプルランに導入することでオリゴ核酸修飾プルランを得た。相補的な配列を有するオリゴ核酸修飾プルラン溶液同士を混合した後、超音波処理を行うことでオリゴ核酸の二重鎖形成による会合体形成を検討したところ、動的光散乱測定より50-100nm程度の微粒子を形成していることが確認された。また、電子顕微鏡(TEM)により観察した結果、動的光散乱測定で得られた粒径と同程度の直径を有した微粒子状構造が確認された。得られた会合体微粒子(核酸クリップナノゲル)はサイズ排除クロマトグラフィー多角度光散乱測定から数十分子のオリゴ核酸修飾プルランにより形成していることが確認された。次に、この核酸クリップナノゲルとモデル分子である相補的配列を有する蛍光修飾オリゴ核酸の相互作用を検討したところ、低温で混合静置することでナノゲルとオリゴ核酸を複合化し得ることが確認され、タンパク質との相互作用を検討する上で必要なオリゴ核酸修飾多糖ナノゲル設計の知見を得ることができた。平成30年度は、当初、これまでに開発してきた自己相補的配列(回文配列)オリゴ核酸を修飾したオリゴ核酸修飾プルランから成る核酸クリップナノゲルとタンパク質との相互作用について検討を行う予定であったが、ナノゲル形成に高温過程を経るアニーリング処理が必要なことや、分子内自己会合によるユニマーナノゲルを形成し得ることがタンパク質との相互作用を検討する上で障害となることが懸念されたため、次年度以降で計画していた会合点となるオリゴ核酸の配列設計を前倒して進めることとした。その結果、非自己相補的配列で鎖長として6merであり、配列中に人工核酸であるBNAを2-4個置換したオリゴ核酸を会合性分子として用いることで、相補的配列のオリゴ核酸を修飾した2種類のオリゴ核酸修飾プルラン溶液を混合し超音波処理するだけでナノゲルを形成し得ることが確認され、タンパク質との相互作用検討に適した核酸クリップナノゲル設計指針を得ることができた。また、オリゴ核酸の合成およびその多糖への導入についてもより効率化をはかることが出来、結果として今後生じるであろう課題を予め解決することが出来た。得られたオリゴ核酸修飾多糖の物性解析も進めており、相対的な研究計画自体の進行度合いとしては概ね順調である。2019年度からは平成30年度に開発した核酸クリップナノゲルとタンパク質との相互作用について検討を行う。モデルタンパク質としては等電点の異なるタンパク質および酵素を選択して評価する。核酸クリップナノゲルとタンパク質との相互作用の検討においてはタンパク質の構造変化にも着目し解析を行う。相互作用の検討は、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)、電気泳動法、蛍光相関分光解析装置(FCS)、円二色性分散計(CD)等を用いて行う。また、温度変化条件での核酸クリップナノゲルとタンパク質の相互作用についても検討を行い、温度応答性微粒子としての機能についても評価する。核酸クリップナノゲルとの相互作用とタンパク質機能との相関についても酵素をモデルタンパク質としてその酵素活性を指標として核酸クリップナノゲルのシャペロン機能を評価する。同時にタンパク質とナノゲルとの相互作用を増強する分子設計として、タンパク質へのオリゴ核酸の導入の検討も行う。温和な条件でのタンパク質へのオリゴ核酸修飾条件やオリゴ核酸側の分子設計を進め、オリゴ核酸の配列特異的な相互作用を介した核酸クリップナノゲルとタンパク質の複合体形成と機能解析も進めてゆく予定である。

相補的な配列を有するオリゴ核酸修飾プルラン溶液同士を混合した後、超音波処理を行うことでオリゴ核酸の二重鎖形成による会合体形成を検討したところ、動的光散乱測定より50-100nm程度の微粒子を形成していることが確認された。また、電子顕微鏡(TEM)により観察した結果、動的光散乱測定で得られた粒径と同程度の直径を有した微粒子状構造が確認された。得られた会合体微粒子(核酸クリップナノゲル)はサイズ排除クロマトグラフィー多角度光散乱測定から数十分子のオリゴ核酸修飾プルランにより形成していることが確認された。次に、この核酸クリップナノゲルとモデル分子である相補的配列を有する蛍光修飾オリゴ核酸の相互作用を検討したところ、低温で混合静置することでナノゲルとオリゴ核酸を複合化し得ることが確認され、タンパク質との相互作用を検討する上で必要なオリゴ核酸修飾多糖ナノゲル設計の知見を得ることができた。平成30年度は、当初、これまでに開発してきた自己相補的配列(回文配列)オリゴ核酸を修飾したオリゴ核酸修飾プルランから成る核酸クリップナノゲルとタンパク質との相互作用について検討を行う予定であったが、ナノゲル形成に高温過程を経るアニーリング処理が必要なことや、分子内自己会合によるユニマーナノゲルを形成し得ることがタンパク質との相互作用を検討する上で障害となることが懸念されたため、次年度以降で計画していた会合点となるオリゴ核酸の配列設計を前倒して進めることとした。その結果、非自己相補的配列で鎖長として6merであり、配列中に人工核酸であるBNAを2-4個置換したオリゴ核酸を会合性分子として用いることで、相補的配列のオリゴ核酸を修飾した2種類のオリゴ核酸修飾プルラン溶液を混合し超音波処理するだけでナノゲルを形成し得ることが確認され、タンパク質との相互作用検討に適した核酸クリップナノゲル設計指針を得ることができた。また、オリゴ核酸の合成およびその多糖への導入についてもより効率化をはかることが出来、結果として今後生じるであろう課題を予め解決することが出来た。得られたオリゴ核酸修飾多糖の物性解析も進めており、相対的な研究計画自体の進行度合いとしては概ね順調である。2019年度からは平成30年度に開発した核酸クリップナノゲルとタンパク質との相互作用について検討を行う。モデルタンパク質としては等電点の異なるタンパク質および酵素を選択して評価する。核酸クリップナノゲルとタンパク質との相互作用の検討においてはタンパク質の構造変化にも着目し解析を行う。相互作用の検討は、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)、電気泳動法、蛍光相関分光解析装置(FCS)、円二色性分散計(CD)等を用いて行う。また、温度変化条件での核酸クリップナノゲルとタンパク質の相互作用についても検討を行い、温度応答性微粒子としての機能についても評価する。核酸クリップナノゲルとの相互作用とタンパク質機能との相関についても酵素をモデルタンパク質としてその酵素活性を指標として核酸クリップナノゲルのシャペロン機能を評価する。同時にタンパク質とナノゲルとの相互作用を増強する分子設計として、タンパク質へのオリゴ核酸の導入の検討も行う。温和な条件でのタンパク質へのオリゴ核酸修飾条件やオリゴ核酸側の分子設計を進め、オリゴ核酸の配列特異的な相互作用を介した核酸クリップナノゲルとタンパク質の複合体形成と機能解析も進めてゆく予定である。予定していたバイオ試薬類の購入が研究の進捗状況に伴い予定していた実験を変更したため、それに相当する額が次年度使用額として生じた。
整流特性を有するメタロ超分子ポリマーの開発と素子化

平成29年度の研究実績:メタロ超分子ポリマーは、金属イオンと有機配位子の錯形成により得られる超分子型のポリマーである。メタロ超分子ポリマーにおける効率的な電子移動を目指して、ポリマー内のイオン移動性の向上を検討した。具体的には、カルボキシル基を導入した新たな非対称型有機モジュールを設計した。ターピリジン部位とピリジン部位のクロスカップリングを経て、目的とする非対称型有機モジュールを合成した。この非対称型有機モジュールと白金イオンを段階的に錯形成させることで、双極子モーメントの向きが揃ったメタロ超分子ポリマーを合成した。電極表面にポリマーが接続できるアンカー分子を導入することで、ポリマー鎖の双極子モーメントを揃えて、電極表面にポリマーを集積させた。得られたポリマー膜に対極を蒸着し、デバイスを完成させた。得られたデバイスに電圧を印加し、流れる電流値を測定した。その結果、ポリマー鎖の双極子モーメントの向きによる整流機能が発現することを見出した。一方、ポリマーの凝集構造を明らかにするために、走査型電子顕微鏡測定を行った。その結果、ポリマー鎖同士は凝集し、約300ナノメートルの太さのバンドル構造を形成していることが判明した。更に、このポリマーをイミダゾールの蒸気にさらすと、有機モジュールのカルボキシル基によって、イミダゾール分子がバンドル内部に取り込まれ、バンドルが膨潤する様子が確認できた。ポリマー鎖間の相互作用の変化が、外部刺激によって制御できることを見出した。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的:メタロ超分子ポリマーフィルムにおける電子移動の自在制御を目的として、非対称型の有機モジュールと金属イオンの錯形成によって、双極子モーメントが主鎖の一方向に揃ったhead-to-tail構造のメタロ超分子ポリマーを合成する。得られたメタロ超分子ポリマーを電極に(双極子モーメントの向きを揃えて)垂直配向させることで、電極界面での電子移動の自在制御(整流特性の自在制御)を実現し、それを用いた整流素子を作製する。平成28年度の目標:双極子モーメントが揃った(head-to-tail型)メタロ超分子ポリマーの合成平成28年度の研究実績:単座配位部位と多座配位部位の両方を有する新しい非対称型有機モジュールを鈴木ー宮浦クロスカップリング反応を用いて合成した。非対称型有機モジュールの多座配位部位には、ターピリジン系三座配位子を選択した。単座配位部位には、ピリジン構造を用いた。遷移金属イオンとして平面四配位構造の白金イオンを用いた。最初、白金イオンを非対称有機モジュールの多座配位部位に配位させることで1:1錯体を合成した。次に、反応条件を変えて、錯体内の白金イオンと単座配位部位を(錯体間で)錯形成させることで重合させ、双極子モーメントが一方向に揃ったhead-to-tail型のメタロ超分子ポリマーを合成することに成功した。錯形成はNMRスペクトルから確認された。また、透過型電子顕微鏡(SEM)測定により、得られたメタロ超分子ポリマーのバンドル構造を確認した。新しい非対称型有機モジュールを用いて、白金イオンと逐次的に錯形成させることで、双極子モーメントの揃ったhead-to-tail構造を有するメタロ超分子ポリマーの合成に成功し、透過型電子顕微鏡により、そのポリマーのバンドル構造を確認しており、当初の研究計画に沿って研究が進展したと考えられるため。平成29年度は、得られたメタロ超分子ポリマーを用いた薄膜を電極基板上に作製し、対極と組み合わせることで整流特性を有する素子を開発する。
群型壁面移動ロボットAnchor Climberの開発

複数台の子機と1台の親機をワイヤにより連結した群型壁面移動ロボット"Anchor Climber"の開発を行う.子機は,最大限の吸着力で壁面に吸着する静止状態と,壁面から剥がれ落ちない最低限の吸着力を生成しながら自由に移動可能な状態の,2つの吸着状態を切替可能とし,各子機および親機が交互に移動する.ここで,「永久磁石の強力な内部吸着力をバネユニットで補償することで,壁面からの容易な離脱が可能な装置」であるIBマグネットを用いて子機の吸着力を制御することで,この機能を実現する.IBマグネットは,塗装のない壁面上では原理的にはゼロの力で吸着力制御が可能だが,塗装のある壁面上では適切な補償が行えずにエネルギロスが生じる.これを防ぐために,壁面上の塗装の厚さと同じ距離だけバネ固定部をユニット内で移動させ,永久磁石の吸着力とバネの弾性力をバランスできる機構を搭載した子機を提案および作成した.この改良型子機を用いて,鉄板上に仮想的な塗装面である非磁性体のアルミ板を挟み,補償力が適切に調整可能で,少ないエネルギロスで吸着力が制御できることを確認した.これにより,子機を利用可能な環境が大幅に増加したと考えられる.また,リールユニットでのテザーのバックラッシュを回避するための,高トルク巻き取り・低張力巻き付けを同時に行える,遊星歯車を用いた差動型リール機構を提案した.本機構では,テザーはVプーリに噛み込んで張力の大半をかけ,スプールには緩く巻き付けられていく.アクチュエータからの駆動力が遊星歯車ユニットのサンギアを介して,リングギアからはスプールに増速されて,キャリアからは減速されてVプーリに伝達される.この機構の試験機による錘巻き上げ実験を行ったところ,20kgの錘を巻き上げてもテザーはスプールに緩く巻き付けられ,試験機はそのコンセプトを満足できていることがわかった.複数台の子機と1台の親機をワイヤにより連結した群型壁面移動ロボット"Anchor Climber"の開発を行う.子機は,最大限の吸着力で壁面に吸着する静止状態と,壁面から剥がれ落ちない最低限の吸着力を生成しながら自由に移動可能な状態の,2つの吸着状態を切替可能とし,各子機および親機が交互に移動する.ここで,「永久磁石の強力な内部吸着力をバネユニットで補償することで,壁面からの容易な離脱が可能な装置」であるIBマグネットを用いて子機の吸着力を制御することで,この機能を実現する.IBマグネットは,塗装のない壁面上では原理的にはゼロの力で吸着力制御が可能だが,塗装のある壁面上では適切な補償が行えずにエネルギロスが生じる.これを防ぐために,壁面上の塗装の厚さと同じ距離だけバネ固定部をユニット内で移動させ,永久磁石の吸着力とバネの弾性力をバランスできる機構を搭載した子機を提案および作成した.この改良型子機を用いて,鉄板上に仮想的な塗装面である非磁性体のアルミ板を挟み,補償力が適切に調整可能で,少ないエネルギロスで吸着力が制御できることを確認した.これにより,子機を利用可能な環境が大幅に増加したと考えられる.また,リールユニットでのテザーのバックラッシュを回避するための,高トルク巻き取り・低張力巻き付けを同時に行える,遊星歯車を用いた差動型リール機構を提案した.本機構では,テザーはVプーリに噛み込んで張力の大半をかけ,スプールには緩く巻き付けられていく.アクチュエータからの駆動力が遊星歯車ユニットのサンギアを介して,リングギアからはスプールに増速されて,キャリアからは減速されてVプーリに伝達される.この機構の試験機による錘巻き上げ実験を行ったところ,20kgの錘を巻き上げてもテザーはスプールに緩く巻き付けられ,試験機はそのコンセプトを満足できていることがわかった.
戦前の極東ロシアにおける日本人居留地の空間的特質と生活様式に関する研究

平成7年度においては、以下の成果をみた。1)十月にウラジオストクにおいて調査を行った。特に建造物の調査に重点をおいている。2)大正期にウラジオストクで発行されていた日本語新聞「浦潮日報」をもとに日本人居留を考える上での重要な手がかりである日本人商店の分布の復元を行った。3)上記新聞から日本人居留地の空間的な特質、生活様式に関して考察を行った。4)これまでの成果を踏まえ、最終成果報告書を作成した。構成は以下に示すとおり。「第1編ウラジオストク中心市街地の都市空間形成史1.市街地の形成過程と都市の骨格パターン2.街区構造とその形成3.スウェトランスカヤ通りの建築物の変遷第2編ウラジオストクの外国人居留(1920年前後の日本人居留を中心として)1.ロシア革命以前(18601920年代初頭)における各国人の居留の展開2.日本人居留の変遷と1920年前後における居留の特質3.1920年前後における日本人居留地」なお、結論としては、(1)中心市街地における敷地レベルでの空間構成の多様性、(2)外国人居留の領域一主に日本人に関して、(3)日本人居留の深度とその背景の3点に関して考察した。文化的に異種の起源を持つ空間が全く同じ街区に存在することがウラジオストクの都市空間の特徴であること、日本人の居留エリアの形成の要因は次第に北上していく居住空間形成と居留民の増大とのタイミングが合致していたことが考えられること、1920年前後は復元した商店の分布状況から、多くの日本人商店が立地していたことは間違いがないが、土地へ住みつくことの深度を土地や建物の所有で判断するならば、さほどの深度が見られなかったことなどを結論として指摘できる。ウラジオストクを中心にした極東ロシアの日本人居留地の実態について明らかにするために、関連文献資料について、極東技術大学、科学アカデミー極東センター歴史研究所、沿海州都市計画研究所等を対象に収集し、主要文献については和訳した。また、関係者へのヒアリング調査として、極東歴史学考古学民族学研究所研究員・青森県鰺ヶ沢町ロシア語格子のナターリア・クズメンコ氏を中心に行った。その結果、戦前のウラジオストクの中心市街地の状況に関して、まず市街地形成過程と都市の骨格パターンについては、初期の1860年代には地形と対峙するグリッド・パターンによる市街地形成が行われていたが、1920年以降は地形と整合するように骨格形成が変更されたこと、各国人の居留の展開については、欧米人は初期の頃から特権を背景にして商業・貿易を主目的とした長期的居留を展開していたのに対して、アジア人(中国・朝鮮・日本)はシベリア鉄道敷設時の出稼ぎ等の短期的居留であり欧米人の状況とは対照的であること、などが明らかになった。本年度の成果は平成6年10月にウラジオストクにおいて行った現地調査が主となる。以下の3点から調査を行った。(1)中心市街地建造物の連続立面写真の撮影→日本人の居留していた中心市街地の建造物を街路から連続的に写真撮影を行った。この写真は日本人居留及び外国人の居留と空間形成に関わる情報の整理の基盤となる。(2)1920年代における日本人及び外国人の商店リストの作成→現地調査に際して事前に国会図書館に所蔵されている1920-21の現地の日本語新聞「浦潮日報」に掲載されている日本人商店に関する情報を収集し、データベース化したが、同様の方法でウラジオストクの図書館に所蔵されていた各国人(日本人を含む)の商店リストの情報を整理した。(3)中心市街地の街区構造に関する調査

→中心市街地の街区の中で当時の空間構造が比較的よく現存する街区を3ケ所選び、1)街区内部へのエントランス、2)街区内部のヴォイド空間、3)街区内に存在する建造物、4)街路側からみた建造物の連続立面、という3点から調査を行った。以上をふまえ本年度の成果として以下の3点が見込むことができる。(1)ウラジオストク中心街地建造物の連続写真ノート→これにより、各国人居留に関する情報を総合的に示すことができ、居留と街路空間形成の関連について考察する基盤が出来上がる。(2)1920年代における各国人の商店分布図→各国人の商店の地理的分布が把握でき、その全貌と各国人の特性と地域的な特性が明らかになるであろう。(3)中心市街地街区構造の類型図→各国人が関与したと思われる空間構造の特質が抽出されたことにより、時系列的な構造の形成を分析的にとらえることができ、その系統発生的な考察を行う準備が整う。このように現時点まででウラジオストクに関する日本人居留の実態はかなり把握できると思われる。空間的特質に関しては、広域的な分布はほぼ明らかになる。本年度の成果は、主に以下の3点から行った調査結果にもとづくものである。1)中心市街地建造物の調査→日本人の居留していた地域を含む中心市街地の建造物を(1)建築物名、(2)建造年、(3)構造・階数、(4)設計者などに関する資料を入手、整理し、外観の写真撮影を行った。それらの結果から、スウェトランスカヤ通りの建築物に関して、1996年3月日本建築学会関東支部研究報告会にて発表を行った。2)1910-20年代における日本人の商店分布図の作成→昨年度作成した現地発行の日本語新聞「浦潮日報」に掲載されている日本人商店に関するデータベースに基づき、日本人商店の分布図を作成した。この分布図は、現地の郷土史の展示がなされているアルセ-ニエフ郷土博物館に展示されることが予定されている。3)現地発行の日本語新聞「浦潮日報」の収集及び整理→上記2)など、日本人関係の生活に関する情報は、国会図書館に所蔵されていた「浦潮日報」を閲覧することで得ていたが、同図書館に所蔵の全ての紙面と福井県敦賀市立図書館所蔵分を全てコピーすることにより入手した。現在その内容の分析を急いでいるところである。
心臓血管ホルモンの臨床的意義に関する分子医学的研究

1.心筋細胞肥大作用を有するCT-1の遺伝子発現は、心筋細胞との共培養下の非心筋細胞において心筋細胞の約3.5倍に増強しており、CT-1特異的抗体は、心筋細胞肥大の指標であるANPおよびBNP遺伝子発現と分泌を抑制した。更に、非心筋細胞の培養上清は心筋細胞のSTAT3のチロシンのリン酸化とANPとBNP遺伝子発現と分泌を促進し、CT-1をメディエーターとする心肥大の局所調節系の存在が示唆された。2.相同組換え法によりBNPノックアウトマウス(BNP^<-/->マウス)を作製した。BNP^<-/->マウスは高血圧や心肥大を発症することなく巣状の心室線維化を呈した。BNP^<-/->マウスの心室ではアンジオテンシン変換酵素、TGF-β3、I型コラーゲン遺伝子発現の亢進が認められ、腹部大動脈を腎動脈起始部直上にて縮窄した心室圧負荷モデルにおいて、TGF-β3とI型コラーゲン遺伝子発現亢進を伴う心室線維化の増悪が観察された。以上より、心室においてBNPが局所調節因子として心筋線維化に対して拮抗して心臓保護作用を有することが示唆された。3.相同組換え法によりCNPノックアウトマウス(CNP^<-/->マウス)を作製した。CNP^<-/->マウスは生直後より四肢体幹の短縮が認められた。また、CNP^<-/->マウスは離乳直後より死亡する個体が認められ10週齢では約70%が死亡した。CNP^<-/->マウスの椎体と四肢長管骨では野生型マウスと比較して著しい短縮が認められ、成長板肥大化軟骨細胞層の減少が認められた。また、成長板軟骨細胞にCNPを特異的に発現するトランスジェニックマウス(CNP-Tgマウス)を作製し、CNP^<-/->マウスと交配することにより得られるCNP-Tg/CNP^<-/->マウスでは、内軟骨性骨化障害と早期死亡がほぼ完全にレスキューされた。以上より、CNPが内因性の内軟骨性骨化調節因子として骨軟骨形成に関与することが証明された。心筋肥大の分子機構を解明する目的で、心筋細胞と非心筋細胞の相互関係を検討した結果、非心筋細胞との共培養により心筋細胞の肥大がおこることが明らかになった。心筋細胞肥大をおこし、インターロイキン6ファミリーに属することが知られているカルディオトロフィン1(CT-1)は、共培養下の非心筋細胞において遺伝子発現が心筋細胞の3.5倍に増強しており、CT-1特異的抗体は、心筋細胞肥大の指標であるANPおよびBNPの蛋白合成と分泌を抑制した。更に非心筋細胞の培養上清は心筋細胞のSTAT3のタイロシンのリン酸化とANPおよびBNPの蛋白合成と分泌を促進したが、この効果はエンドセリン1の効果とは独立しており、CT-1が含まれる心筋肥大の局所調節機構が存在することが明らかとなった。

BNPトランスジェニックマウスでは内軟骨性骨化部位の長軸方向への伸長が観察され、その結果、体幹、四肢が著明に伸長し、背部の変形と、尾の弯曲を生じた。体長の伸びはBNPの血中濃度に比例し、組織学的には成長板軟骨層では非肥大化軟骨層および肥大化軟骨層の著明な細胞増殖と分化を認めた。また、破骨細胞の増加を伴う骨吸収の増大も認められ、骨芽細胞ー破骨細胞系の代謝回転の増加が存在することが明らかにされた。更にナトリウム利尿ペプチドはGC-Bを介して骨組織に作用していることが、マウス胎児の脛骨の器官培養の結果明らかとなり、骨組織ではCNPは産土されるが、ANP、BNPはほとんど存在しないことも示された。従って、生理的にはCNP/GC-B系が内軟骨性骨化に重要であり、骨・軟骨ーナトリウム利尿ペプチド系の中心的役割を担うことが解明された。我々は既に、鬱血性心不全患者や急性心筋梗塞患者において血中BNP濃度が著しく上昇することを報告し、心室ホルモンであるBNPの心血管疾患における病態生理的意義に注目してきた。一方、我々はBNPノックアウトマウス(BNP^<-/->)マウスを作製し、心室線維化が認められることを報告した。本研究では、BNP^<-/->ノックアウトマウスを用いて、BNPの心筋線維化抑制機構と心室圧負荷時における心臓保護作用を検討した。20週齢の雄性BNP^<-/->マウスでは巣状の心室線維化が認められたが、同じ週齢の雄性野生型(BNP^<+/+>)マウスには認められなかった。透過型電顕による検討にて、BNP^<-/->マウスの心室において筋原線維の配列に乱れが認められた。BNP^<-/->マウスの心室ではBNP^<+/+>マウスと比較して、アンジオテンシン変換酵素(ACE)、TGF-β3、I型コラーゲン遺伝子発現の亢進が認められた。腹部大動脈を腎動脈起始部直上にて縮窄した心室圧負荷モデルにおいて、術後1週間にてBNP^<+/+>マウスでは心室線維化は認められなかった。一方、BNP^<-/->マウスでは、TGF-β3とI型コラーゲン遺伝子発現の更なる亢進を伴う心室線維化の増悪が見られた。本研究により、BNPが心室の局所調節因子として、ACEおよびTGF-βの産生を抑制することにより心筋線維化に対して拮抗作用を有し、心室リモデリングに関与して心臓保護作用を発揮している可能性が示唆された。C型ナトリウム利尿ペプチド(CNP)は、全身に広く分布し、神経ペプチドあるいは局所調節因子として作用すると考えられている。一方、我々は既にマウス胎仔脛骨器官培養系を用いて、CNPが骨軟骨形成促進作用を有することを明らかにしてきた(J.Biol.Chem.273:11695,1998)。本研究では、CNPの生理的・病態生理的意義を個体レベルで検討する目的で、CNPノックアウトマウスを開発した。129/SvマウスCNP遺伝子の翻訳領域全長を含む第1、第2エクソンをネオマイシン耐性遺伝子にて置換したターゲティングベクターを作製し、相同組換え法によりCNPノックアウトマウスを開発した。野生型マウスの小脳および脛骨骨端軟骨ではCNP遺伝子発現およびCNP様免疫活性は検出されたが、CNPノックアウトマウスでは認められなかった。CNPノックアウトマウスは生直後より野性型マウスに比較して四肢体幹の短縮が認められ、10週齢のCNPノックアウトマウスの吻殿長は野生型マウスの約60%であった。軟X線撮影にてCNPノックアウトマウスの椎体と四肢長管骨に野生型マウスと比較して明らかな短縮が認められた。7日齢CNPノックアウトマウスの脛骨骨端軟骨組織像をアルシアンブルーHE染色にて検討したところ、成長板肥大化軟骨細胞層の減少が認められた。又、成長板軟骨に特異的にCNPを発現するトランスジェニックマウスとCNPノックアウト
酸化ストレスをセンサーとする鉄イオウクラスターを持つ転写因子の制御機構の解明

本研究ではバクテリアにおけるSoxRの多様な生理機能を分子レベルで解明することを目的として、構造生物学的手法による研究として、X線構造解析により大腸菌SoxRの酸化ストレスを感知する機構や酸化還元によりおこる構造変化と、機能発現を原子レベルで解明した。SoxR-DNAの複合体では2.8A、SoxRでは3.2 Aの分解能の結果が得られた。全体の構造はバクテリアの水銀解毒に働く転写因子であるMerR familyとよく似た構造を示し、センサー部位である鉄イオウクラスタードメイン、DNA結合ドメイン、ダイマー生成ドメインから成ることが分かった。DNAが結合すると、DNA結合ドメイン約9o,鉄イオウクラスターが約6o外側に傾き、全体として大きく構造変化した。酸化ストレスセンサー部位である鉄イオウクラスターは完全に溶媒に露出し非対称の環境にあり、もう一方のサブユニットと相互作用し安定化している。この非対称の環境の酸化還元によりタンパク質の構造変化とプロモーターとの相互作用が変化すると考えられるSoxRに結合したDNAはワトソンークリック相互作用を保持したまま折れ曲がり、20塩基の長さが1塩基分だけ短くなり、その結果転写が活性化される。以上のX線構造解析により大腸菌SoxRの酸化ストレスを感知する機構および酸化還元によりおこる構造変化を解明した本研究ではバクテリアにおけるSoxRの多様な生理機能を分子レベルで解明することを目的として、構造生物学的手法による研究として、X線構造解析により大腸菌SoxRの酸化ストレスを感知する機構や酸化還元によりおこる構造変化と、機能発現を原子レベルで解明した。以上のX線構造解析により大腸菌SoxRの酸化ストレスを感知する機構および酸化還元によりおこる構造変化を解明した本研究ではバクテリアにおけるSoxRの多様な生理機能を分子レベルで解明することを目的として、構造生物学的手法による研究として、X線構造解析により大腸菌SoxRのO_2-を感知するメカニズムや酸化還元によりおこる構造変化と、機能発現を原子レベルで解明し、これら転写因子の共通するメカニズムを明らかにした。SoxR-DNAの複合体では2.8Å、SoxRでは3.2Åの分解能の結果が得られ、以下その結果を要約する。1)全体の構造はバクテリアの水銀解毒に働く転写因子であるMerR familyとよく似た構造を示し、センサー部位である鉄イオウクラスタードメイン、DNA結合ドメイン、ダイマー生成ドメインから成ることが分かった。2)DNAが結合すると,DNA結合ドメイン約9°,鉄イオウクラスターが約6°外側に傾き、全体として大きく構造変化した。3)酸化ストレスセンサー部位である鉄イオウクラスターは完全に溶媒に露出し、非対称の環境にあり、もう一方のサブユニットと相互作用し安定化している。この非対称の環境の酸化還元によりタンパク質の構造変化とプロモーターとの相互作用が変化すると考えられる。3)SoxRに結合したDNAはワトソン-クリック相互作用を保持したまま折れ曲がり、20塩基の長さが1塩基分だけ短くなり、その結果転写が活性化される。以上のX線構造解析により大腸菌SoxRの酸化ストレスを感知する機構および酸化還元によりおこる構造変化を解明した。SoxR-DNAの複合体では2.8A、SoxRでは3.2Aの分解能の結果が得られ、以下その結果を要約する。
個人積算線量計を用いたPET-MD試験における被験者内部被曝定量法の開発

本研究では、核医学検査における被験者個々人の内部被ばくを外部に複数置いた個人線量計で推定しようという試みである。最終年度では、これまでのモンテカルロシミュレーションおよびファントム実験の結果を踏まえ、実際に臨床研究を行った。また、追加のモンテカルロ・シミュレーションを行い、線量計の位置が実際の位置からずれていた場合のエラーを評価した。実際のO-15水を用いた臨床実験において本方法を実施した。15個の線量計を体表面に貼付し、O-15水PET検査を実施した。その結果、個々の線量計の値は、体内の放射能量と強い相関があることが示された。そして、本方法で求めた個々人の内部被ばく量は、すでに公表されている他の方法で求めた値と大きな違いはなく、本方法が実際に内部被ばくの推定に利用できることを示すことができた。Medical Physics誌に本研究内容を公表した。一年目の平成28年度では、まず、個人積算線量計D-シャトルを20個導入し、それぞれの特性をCs-137密封線源で評価を行った。線源強度から予想される線量とD-シャトルで観察された線量が一致しており、また、線源からの距離と線量の関係が理論値と一致しているかを確認した。概ね、良好な結果が得られたが、導入したD-シャトルの一部で、異常データが観測されていることがわかり、その調査のため、D-シャトルの開発元である産業技術総合研究所と千代田テクノルに問い合わせを行った。その結果、さまざまな要因でエラーが発生することが明らかとなった。D-シャトルを大規模に利用しているフランスCERNの研究者と打ち合わせを行い、データの取得方法などの情報が得られた。また、モンテカルロシミュレーションコードPHITSを導入し、西洋人および日本人の体系とさまざまな臓器を模擬し、それぞれで、各臓器に放射線源があった場合のD-シャトルに与える影響を評価した。PHITSでは、多くの設定できるパラメータが存在するが、本研究に適したパラメータを探索した。パラメータの最適化を行い、可能な限り高速計算ができるようにした。ただし、個人の人体を模擬した大規模なシミュレーション計算を行うためには、大量の計算機資源が必要であることが判明し、次年度以降は、さらなる高速化が必要である。研究計画通り、概ね進められている。ただし、本年度の研究を進めていく上で、コンピュータシミュレーションには、莫大な計算資源が必要であることがわかり、本格的なシミュレーションを行う来年度は、大型計算機センターを利用して、コンピュータシミュレーションの高速化を目指す。初年度にモンテカルロシミュレーションコードで計算した線源から各線量計に対するレスポンスを用いて、実際に、線源内の放射能が推定できるかをアメリカ電気工業会(National Electrical ManufacturersAssociation,NEMA)が定めたボディーファントムを用いて検証実験を行った。ボディーファントム内の球状線源3つに放射性水溶液を封入し、ファントム壁面に9個の個人線量計を貼付した。モンテカルロ・シミュレーションコードであるPHITSにて、本ボディーファントムおよび貼付された個人線量計の体系を模擬し、線源から各個人線量計への応答を計算した。この応答値と測定された個人線量計の数値から、最尤推定ー期待値最大化法を用いて、3つの線源の放射能を推定した。得られた推定値と実際の放射能を比較したところ、R2=0.99以上と極めて高い相関が得られた。本年度は、本研究の基礎となるD-シャトルの性能評価、モンテカルロ・シミュレーションコードの整備を行ったので、来年度以降、実際の臨床に即した本格的なシミュレーションを行う。すでにD-シャトルの応答関数は得られたので、それを利用した臓器内放射能を推定するソフトウェアの開発を行う。このソフトウェアでは統計的な手法を取り入れ、繰り返し計算によって最適な臓器内放射能を推定する。来年度はその最適条件を決める。また、D-シャトルを多数設置したファントム実験を行い、ファントム内の線源強度を正確に推定できるかを検証する。最終年度である平成30年度は、実際の臨床データを取得する。このために、学内の倫理委員会の資料を作成し、倫理審査を受ける。人に応用するため、人の臓器を模擬したモンテカルロ・シミュレーションを行い、さまざまな体型にも応用可能となるように、あらかじめ、複数の体型に合わせたシミュレーション結果を蓄積しておく。

個人線量計の設置数・設置位置・設置方法に関して検討を行い、このための模擬試験を行う。本研究結果を論文にまとめ、学術雑誌に公表する。ほぼ予定通り予算を執行した。予定していた施設利用料が本年度は実施しなかったため、わずかに残額が発生した。(理由)ほぼ予定通り予算を執行した。予定していた施設利用料が本年度は発生しなかったため、わずかに残額が発生した。(使用計画)次年度は、人体の模擬をするため、大型コンピュータセンターの使用量が大幅に増加するため、これに充てる。次年度は、大型コンピュータセンターで大規模シミュレーションを実施する予定である。
Poisson方程式のソース逆問題における領域形状推定問題に関する研究

本研究では、主に2次元のPoisson方程式のソース逆問題において本質的役割を持つ問題である対数ポテンシャル逆問題に対する数値解法について研究をおこなった。まずソースモデルとして領域モデルを扱う前段階として点ソースモデルを取り扱い、そのパラメータを推定する問題の数値解法を研究した。点ソースモデルに対する対数ポテンシャル逆問題の研究に関して、現在まで円領域の部分境界データに基づき、窓フーリエ変換を適用した2つの数値解法を得ている。本年度は、この方法を吟味することにより、ある種の加速パラメータを導入したより高速な数値解法を得ることができた。また、導入した加速パラメータに対する近似解の挙動の変化を数値実験により調べることで、加速パラメータのある意味での最適値が存在することを確認した。この結果は研究会および国際会議において発表した。さらに、得られた解法に対して理論的考察をおこなうことにより、加速パラメータに対し近似解の挙動の変化について、予測がある程度可能であることがわかった。この結果については研究会などで発表し、また実験的結果とあわせた形で論文として公表する予定である。さらに領域モデルに対する対数ポテンシャル逆問題について、点ソースモデルがどのような形で応用できるかという面からの研究をおこなった。しかし、現在のところ点ソースモデルと代用電荷法の関係から考察できるのではないかという見通しにとどまっている。同様に領域モデルにおける適切モデルに関しても、その領域形状と点ソースモデルが有効な代用電荷法の形状の観点から考察できるのではないかという見通しにとどまった。