hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
基礎的・臨床的エビデンスを融合した低ホスファターゼ症包括的歯科診療システムの構築

低ホスファターゼ症は骨の石灰化不全と乳歯の早期脱落を主症状として認める遺伝性代謝性骨系統疾患である。診断時年齢と重症度により臨床病型が分類され、診断時期が早いものほど全身症状は重篤だが、歯科症状はどの病型においても認められる。しかし、その臨床病型と歯科症状との関連は不明である。また、近年、酵素補充療法が開始され、乳歯が萌出するまで生存できなかった小児の生命予後の大幅な改善は報告されているものの、開始されてまもない治療法であることからヒトへの歯科的影響に関する報告はない。さらに、乳歯の早期脱落に対しては根本的な歯科的治療法が確立されていない。本年度は、まず、歯科データーベースの構築、低ホスファターゼ症の病型と歯科症状の関係について分析することを目的として、低ホスファターゼ症歯科全国実態調査を行なった。一次調査として、全国29の歯科大学及び歯学部小児歯科、総合病院歯科等に低ホスファターゼ症患者の受診の有無を確認した。次に二次調査として、対象患者の存在する施設に詳細な情報(性別、初診時年齢と最終来院時年齢、病型、遺伝子型、早期脱落乳歯及び永久歯の有無と脱落時期および部位、酵素補充療法の有無)を提供していただいた。得られた情報を低ホスファターゼ症歯科データーベースとして集積した。また、歯科的根本治療法の開発を目的として、低ホスファターゼ症患者由来の歯周組織からの細胞の抽出・培養技術の確立を行なった。低ホスファターゼ症患者において、自然脱落または保存不可能のため抜歯に至った乳歯および付着した歯周組織から歯根膜細胞、歯髄細胞、歯肉線維芽細胞を抽出し、培養する手法を確立した。低ホスファターゼ症モデルマウスへの遺伝子治療である胎児期遺伝子治療の歯科的影響の評価を計画していたが、モデルマウスの入手が困難となったため、新たな提供先と交渉している。また、低ホスファターゼ症患者由来の歯周組織からの細胞の抽出は、希少疾患であることからサンプル収集に時間を要している。低ホスファターゼ症歯科全国実態調査で構築した歯科データーベースをもとに、診療ガイドラインを作成する。また、低ホスファターゼ症モデルマウスの提供元を確保し、胎児期遺伝子治療の歯科的影響の評価を開始する。さらに、低ホスファターゼ症患者由来歯周組織細胞とコントロールとして健常な小児の歯周組織から抽出した細胞を用いて、Alkaline phosphatase (ALP)活性測定、遺伝子発現解析、ALP染色、アリザリン染色を行い、石灰化能を経時的に評価する。モデルマウス実験、細胞実験が遅延しているため
老化による骨粗〓症の進行に関する形態学的研究

高年齢層における骨折の重要な要因に挙げられる骨の老化すなわち骨萎縮の状態を把握するためには、正確な骨量の定量や、骨梁などの構造的な問題の解明が必要とされている。そこで近年、広く行なわれている各種の非侵襲的な骨塩量の定量的画像解析装置で骨塩量を求め、また骨梁構造の関与を知るために力学試験を行ない、組織学的視察から得られた骨量や骨梁幅などのパラメーターと比較、検討した。(材料)剖検例(男性48例、女性26例、688才、平均年齢59才)より採取した最も変形の少ない腰椎椎体74個を用いた。(方法)QCT、DPA、DEXA測定、CTは腰椎椎体を水ファントムにいれ、CaCO_3定量ファントムと同時撮影を行ない、椎体のCaCO_3相当量(mg/ml)の骨塩量を算出した。その後、DPAにはNocland社製DBD-2600、DEXAにはHologic社製QDR-1000を用いて測定した。次に椎体を左右対称に2分割し、右側椎体から海綿骨強度試験に左半分を組織学的観察に用いた。力学試験、右側椎体から海綿骨成分のみからなる12×12×16mmの角柱状の試片を89個作製してInstron社製力学試験機を用いて、0.5〓/minの荷量速度で圧縮試験を施行した。ashcontentの測定:試験終了後、試片のCa、P、Mg含有量を湿式灰化法より測定した。組織学的観察:左側椎体から画像解析、力学試験に対する領域の非脱灰HE染色標本を作製し骨量、骨梁幅などの計測を行なった。(結果)定量的画像解析による骨塩量と組織計測による骨梁との関係は、高い相関が認められるが、骨量の低い骨萎縮のある例ではデータのばらつきが目立った。力学試験では脊椎海綿骨の強度はその構造とCa含有量に依存していた。高年齢層における骨折の重要な要因に挙げられる骨の老化,すなわち骨萎縮の本態を解明するために組織学的検索をおこなっている.硬組織という骨自身が有する特殊性のために,組織標本の作製段階において以下に述べる新しい種々の工夫を考案しているが,厳密な組織学的計測によって得られる計測値は骨組織に関する加齢変化を客観的にそして定量的に表現する.1.材料.剖検例80例より採取した脊椎椎体と腸骨さらに手術時に得られた生検腸骨を用いている.2.方法. (1),非脱灰標本による組織学的計測.採取した椎体ないしは腸骨を中性ホルマリンにて固定し,アルコールにて脱脂脱水後,メチルメタクリレート樹脂に〓埋する.約200μmから300μmの薄切片を作製する.従来困難であった脊椎椎体などの比較的大きな試料の大切片の作製が,教室で現有する硬組織用カッテングマシーンの利用によって容易となった.薄切片を用手研磨後, 20μm厚のHE染色標本を作製する.現有の画像解析装置を使用して骨量,骨梁幅,骨形成面,骨吸収面などの計測値を各年齢毎に測定し,各年齢層における標準値を設定する(2),免疫組織学的観察.脱灰標本を用いる.萎縮骨梁の周囲における血管系の分布度を免疫染色によって定量的に算定する.また萎縮骨梁表面の骨芽細胞あるいは破骨細胞の骨改造に関わる各種酵素活性を測定する.これらの測定値を健常の骨梁における測定値と比較検討する.3.結果.加齢と共に海綿骨の骨量あるいは骨梁幅に減少傾向がみられるが,同一標本においても骨量や骨梁幅の計測値に領域差があること,また骨梁のリモデリングに関わる各酵素活性が加齢と共に減退する傾向にあるが,やはり同一標本においても酵素活性に領域差があることなどが解明されつつある.以上の加令変化あるいは領域差をもたらす重要な要因に血管系の関与が考えられ,現在解析中である.高年齢層における骨折の重要な要因に挙げられる骨の老化すなわち骨萎縮の状態を把握するためには、正確な骨量の定量や、骨梁などの構造的な問題の解明が必要とされている。

組織学的観察:左側椎体から画像解析、力学試験に対する領域の非脱灰HE染色標本を作製し骨量、骨梁幅などの計測を行なった。(結果)定量的画像解析による骨塩量と組織計測による骨梁との関係は、高い相関が認められるが、骨量の低い骨萎縮のある例ではデータのばらつきが目立った。力学試験では脊椎海綿骨の強度はその構造とCa含有量に依存していた。
フィリピン地方都市における医療と宗教の近代的再編成プロセスに関する人類学的研究

本研究の目的は、フィリピンの近代化における医療と宗教という2つのシステム間にみられる関係性の解体と再構築の過程、すなわち「再編成プロセス」を、地方都市における文化人類学的な調査研究から実証的に解明することである。その際に、とくに(1)近代医療とカトリックの関係性の変容、(2)近代医療と民間医療の関係性の変容、(3)カトリックと民衆信仰の関係性の変容、の3項目に着目して研究を進める。1.本研究初年度の実績としては、第1に研究全体に関わる「近代的再編成プロセス」についての理論的視座の構築が拳げられる。医療と宗教、および近代化についての内外の文献資料の収集・精読と批判的検討から、医療システムと宗教システムを近代的編成プロセスという観点から架橋しつつ、新たに取り組むべき問題系として対象化する理論的視座を確立した。この視座を指針として、次年度以降のより具体的な研究を進めることが可能になった。2.次に、フィリピン共和国カピス州ロハス市において、12月から1月および2月から3月の2度(のべ30日間)にわたって、近代医療とカトリックの関係性の変容に関する現地調査を実施した。調査内容は以下の通りである。(1)文献調査として、医療や公衆衛生についての行政資料や報告書、カトリック教会発行の文書等を収集した。(2)近代医療に関して、ロハス市内の保健センターと公立・私立病院、クリニックや薬局への参与観察と聞き取りを実施した。(3)カトリックに関して、ロハス市内カピス大司教館と3つの小教区教会、小聖堂,およびカリスマ刷新運動について参与観察と聞き取り調査を実施した。また加え、医療と宗教の葛藤の原因となる癒しについて、カリスマ刷新運動の活動参与観察と、リーダーやメンバーへの聞き取りを行った。なお、以上の実績については、雑誌論文3件(うち査読有1件)、学会発表1件として成果が公開されている。1.2年目最終年度である本年度の実績としては、2つの研究項目「近代医療と民間医療の関係性の変容」と「カトリックと民衆信仰の関係性の変容」についての理論構築が挙げられる。近代医療と民間医療の関係性、またカトリックと民衆信仰との関係性について、それぞれの変容についての内外の文献資料の収集・精読と批判的検討から、支配的言説と被支配的言説との関係について近代的再編成プロセスという観点から新たにとらえなおし、一般理論化を行った。2.次に、フィリピン共和国カピス州ロハス市において、5月、12月から1月、および9月の3度(のべ42日間)にわたって、近代医療と民間医療、カトリックと民衆信仰のそれぞれの関係性の変容に関する現地調査を実施した。調査対象は、ロハス市内で100名程度が現在活動中である呪医およびそのクライアントである。呪医に対しては、活動に関する参与観察と聞き取りを行い、支配的言説である近代医療とカトリックとの関係性の変容について明らかにした。クライアントに対しては、聞き取りを行い、社会的弱者の医療と宗教に関する意識調査を行った。なお、以上の実績については、雑誌論文2件(うち査読有1件)、学会発表1件として成果が公開されている。
自律分散汎用多脚システム"Universal Unipods"

本研究では、単純な機構を有する多数の自律単脚ロボットが協調して単一の物体の運搬を行う新たな自律分散機械システムの提案を行った。このシステムは性能の低下を伴うことなく、必要に応じて自由に規模を拡大・縮小ができる非常に柔軟な性質を持つことを明らかにした。多数のロボットが協調してタスクを実行する群ロボットシステムは単一のロボットと比較して,冗長性や柔軟性,そしてよりシンプルで安価なシステム構築が可能であるなどの利点があるとされる。本研究の目的は,ロボットを用いた人間一機械協調型の新しい多脚搬送システム"Universal Unipods"の提案およびその制御系の設計である。今年度は,本システムの提案を主として,以下に挙げる項目について研究を行った。1.提案するシステムの概念設計2.シミュレータの開発3.実機ロボットの作成に向けた基本設計1.については,人間との協調物体搬送を例としたタスクを取り上げ,基本的な制御アルゴリズムの導入を行った。これは2.で挙げたシミュレータによって検討を重ねた。シミュレータは,既存の物理シミュレーションエンジンであるODE(Open Dynamics Engine)を核として開発した。これにより信頼性と研究の効率化,および低コスト化を実現した。3.については次年度のロボット完成を目指して,具体的なメカニズムの概要,必要なモータやセンサ類の選定,計算機を含めた制御系全体のブロックレベルの設計を行った。多数のロボットが協調してタスクを実行する群ロボッートシステムは単一のロボットと比較して,冗長性や柔軟性,そしてよりシンプルで安価なシステム構築が可能であるなどの利点があるとされる。本研究の目的は,ロボットを用いた人間-機械協調型の新しい多脚搬送システム"Universal Unipods"の提案およびその制御系の設計である。今年度は,昨年度に基本設計を終えたロボットの試作と新たな制御手法の提案を行った。試作機は機械系についてはほぼ完成し、基本的な動作の確認を行うまでに至った。その半面電子・情報系については個々の要素レベルの設計と製作はできたものの全体としては終了しなかった。このため、これら(機械系と電子・情報系)を組み合わせた最終的な自律ロボットとしての実機の完成には至らなかった。これについては引き続き次年度の課題とする。一方、制御系についてはロボット間の情報伝達の手段として、新たに機械的振動を用いる手法"Mechanical Messaging"を考案し、シミュレーションによる検証を行った。この手法は応用可能な対象が本研究で提案するロボットに限定されない有用なものであると考える。多数のロボットが協調してタスクを実行する群ロボットシステムは単一のロボットと比較して、冗長性や柔軟性、そしてよりシンプルで安価なシステム構築が可能であるなどの利点があるとされる。本研究の目的は、ロボットを用いた人間-機械協調型の新しい多脚搬送システム"Universal Unipods"の提案およびその制御系の設計である。今年度は最終年度として、提案していたロボットの機構および制御系の評価を中心に研究をまとめた。機構については、完成したロボットの動作を評価した結果、全体としての自由度やセンサの配置の設計に問題はなかったものの、提案する手法の基本的な実証を行うには特に構造面においてオーバースペックな点があることが明らかになったため、この点を最適化した新たなロボットの機構設計を行った。制御系に関しては、昨年度末に新たに提案した機械的振動を用いたロボット間通信"Mechanical Messaging"についてまとめ、国際会議等で発表を行った。また、これに関する実験系を構築し基本概念の実証も行った。以上の成果はいずれも本研究のまとめとしての成果であると同時に、次のステップとしての新たな研究に引き継ぐ予定である。
炎症関連発がんにおけるエピゲノム異常の機構解明とがん予防・治療への応用

感染症および慢性炎症は発がんにおいて重要な役割を果たすと考えられる。喫煙・飲酒による炎症がハイリスクとなる頭頸部癌におけるmicroRNAの発現を検討し、治療の前後で変動する血中microRNAを検出し、治療の指標となるバイオマーカー候補を見いだした。Epstein-Barrウィルス感染が関与する上咽頭癌におけるエピゲノム異常の1つとしてmiR-497の低下とターゲット遺伝子ALNLとHSPA4Lの発現上昇を確認した。miR-497mimicを細胞に導入することで細胞増殖・遊走の抑制およびアポトーシスの誘導が得られ、治療への応用の可能性が示唆された。炎症により傷害された組織の再生の際に幹細胞が活性化され、炎症由来の活性酸素や活性窒素種によりDNA損傷を受け、突然変異の蓄積やゲノム不安定性が生じ、発がんに至る(Oxid. Med. Cell Longev. 2013:387014, review)。我々はタイ肝吸虫感染胆管細胞癌周辺の組織において、幹細胞マーカー陽性細胞に酸化的DNA損傷が有意に高いことを見いだし(Free Radic Biol Med. 65:1464-72, 2013)、炎症関連発がんの機序のひとつを明らかにした。エピゲノム異常は感染や喫煙、食餌性因子などの環境因子が形質発現に対し可逆的に作用することが報告されている。ハムスターを用いたタイ肝吸虫感染胆管癌モデルにおいて、メラトニンを用いたDNA損傷への化学予防の効果について検討を行った。その結果、がん抑制効果を見いだし、プロテオミクス解析により発がん機構へのミトコンドリアの関与を示唆するデータを得ている。また、メラトニンはヒト胆管癌培養細胞に対してミトコンドリアのDNA酸化損傷を介した細胞死を誘導することを明らかにした(論文作成中)。タイ肝吸虫感染胆管癌患者の手術標本からDNAを抽出し、メチル化DNAを濃縮し、次世代シークエンサーによりDNAメチル化異常を解析し、幹細胞マーカー陽性細胞との関連を検討中である。炎症起因性物質であるアスベストを曝露したマウスの肺組織におけるmicroRNAの発現を解析し、その影響を解析中である(日本産業衛生学会東海地方会にて発表、2013年10月)。また、喫煙・飲酒がハイリスクとなる頭頸部癌におけるmicroRNAの発現変動を検討し(第72回日本癌学会総会にて発表、2013年10月)、バイオマーカー候補を探索中である。感染症および慢性炎症は発がんにおいて重要な役割を果たす。炎症由来の活性酸素や活性窒素種によるDNA損傷や脂質・タンパクの酸化は、突然変異の蓄積・ゲノム不安定性や更なる酸化ストレスを生じ発がんに至るのみならず、神経細胞での傷害は逆に細胞死に至り、神経変性疾患の原因となる(Int J Mol Sci 16:193-217, 2014. review)。予防法の試みとして、コエンザイムQ10の摂取により健常者においても尿中DNA酸化物の減少を認めている(J Med Food, 2015, Epub ahead of print)。また、メラトニンはハムスターを用いたタイ肝吸虫感染胆管癌モデルにおいてがん抑制効果があり、プロテオミクス解析により発がん機構へのミトコンドリアの関与が示唆されている。メラトニンがヒト胆管癌培養細胞に対してミトコンドリアのDNA酸化損傷を介して細胞死を誘導することを明らかにした(Oncol Rep 33: 1443-1449, 2015)。タイ肝吸虫感染胆管癌患者の手術標本からDNAを抽出し、メチル化DNAを濃縮し、次世代シークエンサーによりDNAメチル化異常を解析し、酸化的DNA損傷の強い群においてプロモーター領域が低メチル化となり、発現上昇している遺伝子を見いだした(日本癌学会総会において発表予定2015年10月)。喫煙・飲酒による炎症がハイリスクとなる頭頸部癌におけるmicroRNAの発現変動を検討し、血中のmicroRNAをバイオマーカー候補として見いだした(Cancer Biol Ther, 2015)。炎症とmicroRNAに関し、花粉症発症により変動するmicroRNAと免疫療法によるその抑制を明らかにした(Allergy Rhinol 6:33-38, 2015)。Epstein-Barrウィルス(EBV)感染が関与する上咽頭癌におけるエピゲノム異常の1つとしてmicroRNA発現変動と遺伝子発現をマイクロアレイチップにより解析し、がん抑制microRNAとしてmiR-497とその標的遺伝子であるANLN (anillin, actin-binding protein)およびHSPA4L (heat shock 70 kDa protein 4-like)を見いだした。miR-497の低下とALNLとHSPA4Lの発現上昇を患者検体においてリアルタイムPCRおよび免疫化学染色法にて確認した。microRNAのmimicをヒト上咽頭癌培養細胞にトランスフェクションしたところ、ALNLとHSPA4Lの発現が低下し、細胞増殖・遊走の抑制およびアポトーシスの誘導が得られた。また、トランスフェクション細胞をヌードマウス皮下に移植し、腫瘍形成能が低下することを見いだし、治療への応用の可能性が示唆された(Oncotarget 2015)。また、上咽頭癌患者組織におけるFollistatin like-1 (FSTL1)遺伝子の高メチル化を見いだした。FSTL1を上咽頭癌培養細胞に遺伝子導入するとコロニー形成、細胞増殖および細胞遊走が抑制された。さらに、FSTL1タンパクがマクロファージのIL-1βおよびTNF-α分泌に関与することを明らかにした。

すわなち、DNAメチル化によるFSTL1の発現低下は細胞増殖のみならず癌周囲のマクロファージによる免疫反応の異常を引き起こすことが示唆されたOncotarget 2016)。感染症および慢性炎症は発がんにおいて重要な役割を果たすと考えられる。喫煙・飲酒による炎症がハイリスクとなる頭頸部癌におけるmicroRNAの発現を検討し、治療の前後で変動する血中microRNAを検出し、治療の指標となるバイオマーカー候補を見いだした。Epstein-Barrウィルス感染が関与する上咽頭癌におけるエピゲノム異常の1つとしてmiR-497の低下とターゲット遺伝子ALNLとHSPA4Lの発現上昇を確認した。miR-497mimicを細胞に導入することで細胞増殖・遊走の抑制およびアポトーシスの誘導が得られ、治療への応用の可能性が示唆された。寄生虫感染による癌の発症・進展におけるゲノム・エピゲノムの変化を解析し、化学予防剤の効果を検討している。また、炎症起因性繊維状物質や生活環境因子によるmicroRNAへの影響を解析中である。原著論文を国際学術雑誌に投稿し、さらに現在、論文作成中である。したがって、おおむね順調に研究計画は進展していると考える。27年度が最終年度であるため、記入しない。環境衛生学当初の計画に従い、研究を推進する予定である。総説および原著論文を国際学術雑誌に発表し、さらに現在、論文作成中である。当初の計画に従い、研究を推進する予定である。学外分担者が予定していた学会に参加できなかったため。学外分担者が旅費として使用する。
磁気細胞パターニングによる1細胞機能解析法の確立

細胞組織や異種細胞との相互作用に基づく1細胞解析を目標に、磁気細胞パターニング法を用いた細胞の形態・運動などの表現型変化の検出、イメージングと顕微鏡観測等による1細胞分析方法の基盤技術の確立のため、1)簡便な磁気ラベル化法を開発し、2)ペプチドアレイ上での少細胞機能解析の確立、3)画像解析を用いた細胞機能解析法の開発、4)細胞機能解析法の具体例としてがん細胞の機能解析などの研究を行った。細胞組織や異種細胞との相互作用に基づく1細胞解析を目標に、磁気細胞パターニング法を用いた細胞の形態・運動などの表現型変化の検出、イメージングと顕微鏡観測等による1細胞分析方法の基盤技術の確立のため、以下の研究を実施した。1)簡便な磁気ラベル化法の開発:1細胞の効率的な機能解析を実行するために、磁性微粒子を混和して短時間で磁気ラベルできる簡単な導入方法を検討した。様々な細胞種で検討したところ、細胞数に関わらず、培地中でもトリプシン処理中でも、10μg/mlの濃度になるようにMCLをただ添加するのみで、すぐに1,000個程度の少量の細胞に対して十分な磁気誘導効果が得られることを見出した。この結果を学術誌に発表した。2)マイクロ磁場制御技術の開発:すでに開発している磁化ピンホルダー(磁気剣山)デバイスを改良してプラットフォームの大きさや形状を変え、悪性黒色腫(メラノーマ)のアレイ状配置に成功した。また細胞をマトリゲル状に播種しコラーゲンゲルで埋包することで、3次元細胞浸潤評価アレイを構築し、5種類のメラノーマの浸潤能力の違いを明らかにした。3)ペプチド修飾表面での細胞の種類の識別:これまでに探索した細胞接着ペプチドを元にして配列置換を実施し細胞接着を評価した。その結果、PRYDおよびGKKGペプチドのインテグリンの種類が違うことが明語らかになった。細胞特異的ペプチドの候補になると示唆される。また、この2種類のペプチドを混合させ血管内皮細胞の形態を観察したところ、血管新生阻害能を発揮することがわかった。4)磁気細胞パターニングによる1細胞機能計測:2)で検討した細胞パターニング法を使い、細胞の浸潤を蛍光顕微鏡と画像解析で検出した。共焦点レーザー顕微鏡で深さ方向への浸潤能力が評価できることを明らかにし、画像解析により経時的かつ定量的に浸潤評価できることを示した。1)ペプチドアレイ上での1細胞解析:ペプチド固定ガラス表面での培養と形態変化について検討した。肥満細胞(RBL-2H3)の抗DNP-IgE刺激による脱顆粒反応に注目した。わずか500細胞/wellの条件でカルシウムインジケーター(Fluo-4,AM)によるカルシウム流入が検出でき、またDNP-BSA 40ng/mlで抗原刺激を抑制できた。この結果は、少数のパターニング細胞でも細胞機能が検出できることを示唆している。2)画像解析を用いた細胞機能解析:ヒト線維肉腫細胞HT-1080に対してRhoA siRNA、Rac1 siRNAを遺伝子導入し、その細胞機能変化が画像解析で検出可能であることを確認した。実際に、位相差画像を重回帰分析した結果、E11.form factor(楕円形度)の0hから48hの変化量で最も違いが現れることが分かった。3)細胞機能解析法の具体例開発(がん細胞の機能解析):各種がん細胞の磁気ラベルを行い、磁気剣山状アレイを用いマイクロ磁場制御でパターニングし、コラーゲンゲルで包埋して3次元培養し、ゲル内の浸潤増殖を評価した。各種のがん細胞で磁気パターニングに成功し、間質細胞との混合培養系の構築にも成功した。また、間質細胞がある場合、抗がん剤に対する応答が変わり、増殖は抑えられるものの、細胞から多数の細い足(糸状仮足)が伸びていることがわかり、新しい細胞現象を見出したと思われる。さらに細胞をパターニングした培養器の中心に、抗がん剤封入エマルジョンを配置し、薬剤感受性を調べた。この方法で、薬剤濃度を1000倍以上変化させることができることを明らかにした。磁気細胞パターニング法を用いた細胞の形態・運動などの表現型変化の検出、イメージングと顕微鏡観測等による1細胞解析方法あ基盤技術の確立のため、以下の研究を実施した。2)画像解析を用いた細胞機能解析:複数種類の間葉系幹細胞の分化形質に関わる画像解析を実施した。k-meansクラスタリングで10グループに分別することで、脂肪細胞や軟骨細胞への分化を、培養時に識別できることが判明した。3)細胞機能解析法の具体例開発(がん細胞の機能解析):メラノーマ細胞に注目し、磁気剣山状アレイを用いたコラーゲンゲル包埋による3次元パターニング培養を実施し、薬剤(NPrCAP、チロシナーゼ阻害剤)による感受性のIC50値が0.7mM程度であることを見出した。

間質細胞(マウス線維芽細胞3T3)との混合培養系で、細胞塊からの遺伝子発現解析法も確立した。間質細胞シート上にヒトメラノーマ細胞M-1をアレイ配置することで、浸潤能が顕著に亢進し、IL-8の発現量が10倍以上増加することを見出した。
超大規模半正定値計画への挑戦-疎性の活用,並列計算と多項式最適化問題への応用

理工学のさまざまな分野に多くの応用を持つ重要な最適化問題である半正定値計画問題に対する高速で安定した数値解法(主双対内点法)の研究を行い,それに基づいたソフトウェアSDPAを開発し公開したことが主たる研究成果である.これにより,従来解けなかった大規模な半正定値計画問題を高速に解くことが可能となった.さらに,SDPAを組み込んだ多項式最適化問題の解法ソフトウェアSparsePOP,大規模なセンサーネットワーク位置同定問題の解法ソフトウェアSFSDPを開発・公開している.理工学のさまざまな分野に多くの応用を持つ重要な最適化問題である半正定値計画問題に対する高速で安定した数値解法(主双対内点法)の研究を行い,それに基づいたソフトウェアSDPAを開発し公開したことが主たる研究成果である.これにより,従来解けなかった大規模な半正定値計画問題を高速に解くことが可能となった.さらに,SDPAを組み込んだ多項式最適化問題の解法ソフトウェアSparsePOP,大規模なセンサーネットワーク位置同定問題の解法ソフトウェアSFSDPを開発・公開している.研究目的としてあげたのは(A)半正定値計画問題(SDP)に対するアルゴリズムおよびソフトウェアの研究(B)多項式最適化問題(POP)(C)その他の応用である.(A)に関しては,すでに公開している半正定値計画問題に対する主双対内点法のソフトウェアSDPAをVersion7へと改訂をした.この改訂では,主双対内点法の各反復で解く線形方程式系に対する疎なCholeky分解の導入,疎なデータ構造の改善等をおこなうことにより計算効率を大幅に引き上げることに成功した.また,数値的な安定性の向上も達成した.SDPA Version 7はすでに公開されており,多くの研究者によって使われ始めている.また,Online Solverへの実装も行った.こちらもInternetを通して多くの研究者に利用されている.(B)に関しても,すでに公開しているPOPの大域的最適解を計算するソフトウェアSparsePOPの改良を行った.SparsePOPはACM Transactions of Mathematical Software誌に掲載決定になっている.(C)に関してはSensor Network Localization Problemへの疎性を活用した半正定値計画緩和が非常に有効であることを発見し,これまで高精度で解くことが出来なかった大規模問題を解くことに成功した.これに関してはさらに研究を進めている.研究目的としてあげたのは(A)疎で大規模な半正定値計画問題に対するアルゴリズム,並列アルゴリズムおよびソフトウェアの研究.(B)疎性の有効利用に関する研究.(C)半正定値計画問題の応用.である.(A)に関しては,すでに公開している半正定値計画問題に対する主双対内点法のソフトウェアSDPAをVersion 7を引き続き改良するとともに,そこでの改良を並列版であるSDPARAに取り込んだ.これにより,大規模な半正定値計画問題がより高速に解けるようになった.Online Solverへの実装も行った.こちらもInternetを通して多くの研究者に利用されている.(B)に関しては半正定値行列補完に双対理論を構築し,それ活用して大規模で疎な半正定値計画問題を小さな問題に変換する技術を開発した.その方法を実装したソフトウェアSparseCoL0を公開した.本研究の主目的は超大規模な半正定値計画問題(SDP)に挑戦することにあり,今年度に目標としてあげたのは(A)疎で大規模な半正定値計画問題に対するアルゴリズム,並列アルゴリズムおよびソフトウェアの研究.(B)疎性を有効活用した多項式最適化問題(POP)のSDP緩和手法に関する研究.(C)量子化学分野での電子構造計算,ロバスト最適化,機械学習,制御分野で生じる多項式行列不等式,センサーネットワーク問題等への応用.であった.(A)に関しては,主双対内点法の高速化を行い,公開しているソフトウェアSDPAのVersion upを行った.これにより,大規模な問題の処理速度では他のソフトウェアを大きく上回っている.(B)に関しては,新しく,半正定値補完の双対理論を確立し,それを線形および非線形のSDPに適用した.また,これを実装したソフトウェアSparseCoLOを開発・公開した.(C)に関しては,(A)で高速化したSDPAをセンサーネットワークの位置決め問題のソフトッウェアSFSDPと連動させ高速化を行った.これにより,センサーネットワーク位置決め問題に関しては,大規模な問題を高速に解くことを可能とした.
運動による認知機能や気分の改善およびその効果を修飾する生活習慣要因の解明

本研究は、単発的な運動がどのような種類の認知機能の改善に有効かについて検証することを目的としている。運動による気分改善効果をうつ病など心の病の「予防」のために利用していくには、まず、単発的な運動の効果を明確にしていくことが必須であると考え、2018年度は、1視覚探索機能を評価するd2テスト、2競合する反応行動を抑制し(反応抑制)、適切な行動を選択するフランカー課題、および3より高次なレベルでの反応抑制力が求められるストループ課題を用いて、事前に行う短時間中強度の自転車運動による認知機能への影響を検証した。その結果、d2テストでは、エラー率に安静条件と運動条件間に有意差は無かったものの、解答数が運動条件でのみ有意に増加した(運動前627 vs.運動後669問, p < 0.01)。フランカー課題においては、認知的干渉量が運動条件でのみ有意に減少した(運動前50.4 vs.運動後37.6 ms, p < 0.05)。ストループ課題においては、ストループ干渉量に運動の効果は認められなかったが、運動条件では、反応時間が不一致試行のみで運動後に有意に短縮した(運動前696.6 vs.運動後640.2 ms, p < 0.05)。また、全ての課題において、覚醒度の間接的指標となり得る心拍数は、運動条件でのみ運動後のテスト中に有意に高値であった(運動前のテスト中vs.運動後のテスト中, d2テスト:77 vs. 82 bpm ,フランカー課題:75 vs.82 bpm ,ストループ課題:72 vs. 79 bpm ,いずれもp < 0.01)。これらの結果から、運動による覚醒レベルの上昇が運動終了後のテスト中も維持されることにより、注意力が高まったもしくは注意を向ける範囲が広がったことで、標的を素早く見いだす、あるいは不必要な情報に惑わされず適切な選択をするといった能力が向上したことが示唆された。ヒトを対象とした実験については、概要欄に記載した内容以外に、解析途中のデータがあり、それを合わせると、概ね計画通りに進んでいる。対して動物実験は、現在のところ一時休止状態である。ヒト対象の実験はこれまでの成果と合わせ、着実に前進している状況なので、まずはヒト対象実験に注力しているためである。ヒトを対象とした一過性運動の影響に関する研究については、2018年度に光イメージング脳機能測定装置(fNIRS)が導入できたので、これまでに検証してきた課題を中心に、課題遂行中の前頭前野脳血流量をモニターする実験をまず進める予定である。また、当初予定の計画(自転車運動による認知機能への効果の検証)に加え、事前に行う運動の種類にバリエーションを持たせ、運動種の違いが認知機能課題成績に及ぼす影響についても並行して実施予定である。

また、当初予定の計画(自転車運動による認知機能への効果の検証)に加え、事前に行う運動の種類にバリエーションを持たせ、運動種の違いが認知機能課題成績に及ぼす影響についても並行して実施予定である。2018年度予算のおよそ8割を光イメージング脳機能測定装置(fNIRS)の購入に充てたため、消耗品の支出を抑制的に執行したこと、および実験動物の購入がなかったことで、約20万円の繰り越しが生じた。繰越金は実験動物の購入や、ヒト対象実験の被験者謝金等に充てる予定である。
粒子フィルタと機械学習を用いた資産運用に関する研究

研究者は、国民の資産形成強化に寄与するために,粒子フィルタという統計的手法や,近年隆盛しつつある機械学習の手法を用いることにより,優れた資産運用手法を開発する研究を行った。結果として、平成30年度は1本の論文が査読付き国際論文誌にアクセプトされるという結果を得ることができた。これは、おおむね順調に進展しているといえるだろう。さらに研究者は,深層学習により学習される特徴が、効率的なポートフォリオ構築につながるのではないか、という研究も鋭意進めている。順調に進めば、この"Discovery of New Factor and its application to portfolio management" (working title)は、2019年度中に発表できると思われる。研究者は今後も、粒子フィルタと機械学習を用いた資産運用に関する研究を引き続き行っていく予定である。特に、2019年度は機械学習の中でもより深層学習に重点を置いて研究を進める予定である。近年、理論的裏付けはまだ不十分ではあるが、深層学習が最適制御問題に非常に有効であるということが判明しつつある。ファイナンスの分野でも数多く登場するこれらの問題は、通常多次元の非線形偏微分方程式へと帰着されるが、既存の手法では解析解を求めるのはもちろん、数値的に求めるのも非常に困難であった。しかしながら現在、深層学習という全く新しいアプローチによってこの問題は解決されつつある。他に先んじてこの手法を、ファイナンス上重要であった未解決問題に応用し、部分的にもその問題を解決することで、数量ファイナンスの発展に寄与したいと考えている。研究者は,国民の資産形成強化に寄与するために,粒子フィルタという統計的手法や,近年隆盛しつつある機械学習の手法を用いることにより,優れた資産運用手法を開発する研究を行った.結果として,平成29年度は4本の論文が査読付き国際論文誌にアクセプトされるという大きな結果を得ることができた。これは、当初の計画以上に進展しているといっても過言ではないだろう。特に、研究者は,機械学習の手法の中でも特にFuzzy System(FS)という手法に着目して研究を行った.FSは,人間が普段さり気なく行う総合的・多層的な意思決定過程を計算機上で実現するAIであり,高度な専門家知識を計算機上で再現することに適している.FSに経済や金融の専門家知識を適切に導入し,資産運用への応用を行った研究は未だ不十分である中,本年度筆者が行った研究は,金融と工学の2分野に跨る分野横断的な研究という事ができるだろう.また,研究者は,近年急速に技術発展が進んでいる深層学習を、ビットコインのリターン予測に応用した論文である"Bitcoin technical trading with artificial neural network"を発表している.ビットコインが国民の身近な投資対象となりつつある現在,その変動の大きさが投資家に与える負の影響を軽減できないか,ということを目的として,深層学習を応用した投資手法を提案した.その結果,研究者の手法に基づいた予測を適切に取り入れることで,変動性の高さやドローダウンを抑え,リスクリターンの効率性を大幅に高めることができることを発見した.本論文は,現在Physica A: Statistical Mechanics and its Applicationsという査読付き国際論文誌に投稿中である.研究者は、国民の資産形成強化に寄与するために,粒子フィルタという統計的手法や,近年隆盛しつつある機械学習の手法を用いることにより,優れた資産運用手法を開発する研究を行った。研究者は今後も、粒子フィルタと機械学習を用いた資産運用に関する研究を引き続き研究していく予定である。特に、30年度は機械学習の中でもより深層学習に重点を置いて研究を進める予定である。
象牙質接着界面の劣化を抑制する接着修復法の開発

1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩およびクロルヘキシジンを接着システムに配合することによって、象牙質内因性のマトリックスメタロプロテアーゼ(コラーゲン分解酵素)活性は抑制され、長期水中浸漬後の象牙質引張接着強さの低下も抑制されることが示唆された。昨年度設計を行ったEDC配合接着システムを用いて、長期水中浸漬後の象牙質引張接着強さおよびMMP活性について検討行った。MMP活性の測定については、EDCあるいはクロルヘキシジン(CHX)を配合した接着システムで処理した後にアセトンおよび水で水洗した試料と、各種接着システムで処理した試料を光硬化させて、試料をレジンコーティングした試料について測定を行った。その結果、1年後の象牙質引張接着強さの低下率は、コントロールの48.0%に比較して、EDC1%、2%、CHX1%、CHX2%を配合した場合は、42.151.3%であり、コントロールと比較して有意差は認められなかった。EDC0.5%、CHX0.5%およびCHX0.5%+EDC1%を配合した場合は16.819.6%であり、有意に低かった。MMP活性については、試料をレジンでコーティングしなかった試料では水中浸漬後、活性は6か月間では高くなり、1年後には低下した。レジンでコーティングした試料では、CHX0.5%、CHX1.0%、CHX0.5%+EDC1%を配合した場合は6か月後もMMP活性は抑制されたが、その他の場合は活性が高くなった。1年後においては、CHX0.5%、CHX1.0%、CHX0.5%+EDC1%を配合した場合は活性が高くなり、その他の場合は低下した。以上のことから、EDCおよびCHXを接着システムに配合することによって、内因性象牙質MMP活性は抑制され、長期水中浸漬後の象牙質引張接着強さの低下も抑制されることが示唆された。しかしながら、長期間水中に暴露された酵素は変性する結果、酵素活性を失う可能性が高いことから、レジンでコーティングされた試料が1年後においても活性を有していると考えられた。本年度は研究に用いるEDC配合接着システムを設計し,初期の象牙質接着性およびMMP活性を抑制するEDCの適正濃度の検討を行った.象牙質試料については,エナメル質とセメント質を完全に除去した後に液体窒素にて凍結後,凍結粉砕機にて球径180μm以下の象牙質試料を得た.光硬化型象牙質接着システムについては,4-METAを接着性モノマーとして,UDMA/水/アセトンで構成される光硬化型レジンとし,光重合開始剤としてカンファーキノンおよびアミンを添加した.さらに0.13.0% EDCおよび0.0010.5% CHXを配合したものを本実験で使用した.健全象牙質に対して上記の接着システムにて処理してコンポジットレジンにて接着した試料を水中保管24時間経過後の象牙質接着強さを行った結果,0.5%までの配合ではCHXは初期接着強さに影響しなかった.一方で,EDCの添加は,濃度依存性に接着強さが低下する傾向にあり,3.0%の添加では無添加のコントロールに対して有意に低い値であった.象牙質MMP活性については,TypeICollagenase Assay KITを用いて,MMP活性値を測定した.その結果,EDC配合量の増加に伴いMMP活性は抑制される傾向を認め,3.0%配合の場合に最も高い抑制効果を認めた.クロルヘキシジンの配合により初期のMMP活性に影響はなかった.1.0% EDCおよび0.5%クロルヘキシジンを同時に配合した場合には,比較的高いMMP抑制効果が得られることから,さらにEDCとクロルヘキシジンの添加量について詳細に検討する必要がある.平成23年度に行う研究については,計画通りにセルフエッチングアドヒーシブを試作し,EDCおよびクロルヘキシジンを配合した場合の接着強さとMMP活性について測定を行っており,おおむね順調に進展している.今後も計画通りに研究を引き続き行い,長期水中浸漬後の接着強さおよびMMP活性の結果から,象牙質接着界面の劣化を抑制する接着システムの設計を行う予定である.得られた結果は国内外の学会などを通じて広く情報発信する予定である.次年度の研究費については,Assay KITを含む試薬,ガラス製品,プラスチック製品などの消耗品の購入および情報収集や成果発表のための旅費として使用する予定である.
青少年時代の異文化体験が人格形成に及ぼす影響

1.帰国子女の文化的アイデンティティの形成に関する調査研究現在は社会人として活躍しているかっての帰国子女が,自分の青少年時代の異文化体験をどう評価し,それが現在の個人の人格形成にどのような関わりがあるかを調査研究した.(1)研究の手法青少年時代に海外で生活し,現在は社会に出ている異文化体験者に対し,質問紙法及びインタビューによって調査を行った.質問紙法では同年代の未異文化体験者を統制群とし,比較検討を行った.(2)研究の成果(1)職業,(2)余暇, (3)友人, (4)職場, (5)父母,(6)結婚,(7)人生観・人格,(8)異文化体験の影響の8項目にわたっての調査を統計的に分析した結果,当初想定していた程ではなかったものの,異文化体験群と統制群とではそれぞれの項目について有意な差が検出された.面接法によっての調査からも,個人の人格形成にとっては異文化体験はその成長を促すものであり,プラスの関与があったことが伺えた.2.帰国子女の国際感覚に関する意識の調査研究帰国子女の国際感覚が一般生とどのように異なるかを対比することによって,帰国子女の国際感覚の特質を明らかにする調査研究を行った.(1)研究の手法帰国子女のうち,中・高校生を対象に質問紙法による調査を行った.同年齢の一般の生徒を統制群として比較検討した.(2)研究の成果(1)日本の印象,(2)外国語, (3)差別,偏見, (4)生活習慣,(5)個性, (6)将来・進路の5つの内容について統計分析の結果,帰国生と一般生の間には各内容に有意差が見られた.帰国生には外国語・差別偏見に対する意識,海外での進学・就職志向に顕著な特徴が見られた.また,帰国前の日本の印象,生活習慣の変容,周囲に合わせる傾向から,帰国生の日本への適応の様子の一端を窺うこともできた.1.帰国子女の文化的アイデンティティの形成に関する調査研究現在は社会人として活躍しているかっての帰国子女が,自分の青少年時代の異文化体験をどう評価し,それが現在の個人の人格形成にどのような関わりがあるかを調査研究した.(1)研究の手法青少年時代に海外で生活し,現在は社会に出ている異文化体験者に対し,質問紙法及びインタビューによって調査を行った.質問紙法では同年代の未異文化体験者を統制群とし,比較検討を行った.(2)研究の成果(1)職業,(2)余暇, (3)友人, (4)職場, (5)父母,(6)結婚,(7)人生観・人格,(8)異文化体験の影響の8項目にわたっての調査を統計的に分析した結果,当初想定していた程ではなかったものの,異文化体験群と統制群とではそれぞれの項目について有意な差が検出された.面接法によっての調査からも,個人の人格形成にとっては異文化体験はその成長を促すものであり,プラスの関与があったことが伺えた.2.帰国子女の国際感覚に関する意識の調査研究帰国子女の国際感覚が一般生とどのように異なるかを対比することによって,帰国子女の国際感覚の特質を明らかにする調査研究を行った.(1)研究の手法帰国子女のうち,中・高校生を対象に質問紙法による調査を行った.同年齢の一般の生徒を統制群として比較検討した.(2)研究の成果(1)日本の印象,(2)外国語, (3)差別,偏見, (4)生活習慣,(5)個性, (6)将来・進路の5つの内容について統計分析の結果,帰国生と一般生の間には各内容に有意差が見られた.帰国生には外国語・差別偏見に対する意識,海外での進学・就職志向に顕著な特徴が見られた.また,帰国前の日本の印象,生活習慣の変容,周囲に合わせる傾向から,帰国生の日本への適応の様子の一端を窺うこともできた.1.帰国子女の文化的アイデンティティに関する調査研究(1)本調査の実施8月下旬に帰国子女教育研究校である本学附属大泉中学校・高等学校出身の社会人895名へ質問紙を郵送により配布し、9月から10月にかけて、異文化体験者184名、未体験者270名、計454名から回答を得た。質問は、属性に関する調査【I】と、職業・友人・結婚・家庭・人生観・異文化体験に関する調査【II】で構成されている。(2)分析作業回答をコンピューターに入力し、属性によって被験者を次の3群にグルーピングした。帰国A群135名(高校までの異文化体験者)、帰国B群49名(大学以後の異文化体験者)、一般群270名。それぞれの回答の単純集計を行ない、調査【II】の中から対人関係に関する項目について有意差検定を行なっている。現在も作業中であるが、職場の人間関係・結婚観・生きがい等の項目で、各群間に有意な差が見られた。2.帰国子女の文化的違和感と異文化理解に関する調査研究(1)本調査の実施7月から10月にかけて中学校5校、高等学校4校へ調査を実施した。調査は、属性に関する調査【I】と、進路・差別・偏見・対人関係・生活習慣・言語自国観についての意識調査【II】である。帰国子女は439名(中学155名、高校284名)、コントロールグループとしての一般生からは749名(中学495名、高校254名)から回答を得た。
新規メソポーラス材料の合成と環境調和固体酸触媒反応への応用

本研究では、ミクロ孔及びメソ孔を有する多孔質材料の環境調和性材料としての可能性を明らかにするために、新規材料の調製及び各種ゼオライトの触媒機能の解明を行った。本年度は、前年に引き続き、イソブチルベンゼンのイゾプロピルベンゼンのイソプロピル化反応におけるゼオライ触媒の触媒機能を超臨界炭酸ガス媒体申において検討した。H-モルデナイトが最も高い触媒性能を示し、80-90%の選択率で4-イソブチルクメンを生成した。超臨界CO2流体中の反応は、液相反応にくらべて高い触媒活性が観測された。この活性向上は、コーク生成の低下に基づくものであり、超臨界炭酸ガス媒体が、効率的にコーク前駆物質を効率的に除去することによるものと考えられる。触媒活性は、150°Cまで向上するが、それ以上では低下した。また、圧力が10MPaで活性が最高値を示した。ゼオライト骨格を有するメソポーラス材料の創製を目指し、ベータゼオライトを生成する有機構造誘導剤である水酸化テトラエチルアンモニウムと臭化セチルトリメチルアンモニウムを100°Cで加熱した。生成した物質は、メソポーラス材料であり、骨格にゼオライト構造を有した。本材料は、従来のメソポーラス材料に比べ、耐水性と機械的強度に優れることが明らかになった。この材料の触媒機能をトリメチルベンゾキノンとフィトールからのビタミンEの合成に応用したところ、従来のメソポーラス材料MCM-48,及びY-ゼオライトに比べて高い触媒活性を示すことが明らかになった。これは、ゼオライト骨格を導入したことにより、強酸点が発現したことによると考えられた。本年度は、H-Betaを触媒とするイソブチルベンゼンのイソプロピルベンゼンのイソプロピル化反応を超臨界炭酸ガス媒体中において検討した。液相反応にくらべて高い触媒活性が高く、選択的に3-及び4-イソブチルクメンを生成した。モノ選択率は、Y及びMOR等に比べて高い値を示した。また、ベータゼオライトの調製時に界面活性剤を共存させることにより、ベータゼオライトの骨格を有するメソポーラス材料の合成に成功し、現在、構造及び物性の検討をおこなっている。
超ウラン元素燃料を装荷した超長寿命炉心の研究

使用済み燃料中に存在するプルトニウム以外の超ウラン元素は、現在、高レベル放射性廃棄物として長期間管理が求められているが、大きな中性子捕獲断面積を持つため、原子炉内に初期に装荷することにより、初期の余剰反応度を抑えつつ、中性子によって核変換し、新しい核分裂製物質に変換され、長期間原子炉内は核分裂を維持することが可能となる。本研究では、これらの超ウラン元素を適切に原子炉内に再装荷することにより、長期間新燃料補給の必要のない超長寿命原子炉(軽水炉・重水炉・高速炉)の成立性に関する研究を実施した。その結果、^<237>Npを軽水炉及び重水炉に装荷した場合、燃焼度150-200GWd/tを持つ長寿命炉心が成立すること、また、6種類の冷却材(軽水、重水、Heガス、CO_2ガス、ナトリウム、水蒸気)を選択し、長寿命特性及び炉心の安全特性に及ぼす中性子スペクトルの影響について系統的に検討を行った結果、黒鉛減速Heガス冷却の場合がその特性を良く発揮することがわかった。また、^<237>Npと同様な中性子工学的性質を有する^<241>Am等を軽水炉に装荷した場合、約100GWd/tの高燃焼度が達成できることを確認した。また、いずれの場合も使用済燃料中に^<238>Puが多く生成されるため、核拡散に対して高い抵抗性を持つPuが生成されていることがわかった。また、核燃料交換や反応度制御が一切不要となる可能性のある原子炉燃焼概念(核反応敵に活性な領域が自立的に移行する燃焼方式)について検討し、約400GWd/tの高燃焼度を持つ高速炉炉心の可能性を確認した。また、関連する解析コードの改良や核反応データベースの整備を行った。超ウラン元素を適切に調合し、原子炉内に初期に装荷することにより、プラント寿命中(数十年間)新燃料補給の必要のない超長寿命原子炉(軽水炉、重水炉、高速炉)の成立可能性に関する研究を核反応維持特性の観点から実施した。例えば、原子炉内で生成される超ウラン元素である^<237>Np等は、現在、高レベル放射性廃棄物として長期間管理する必要があるが、^<238>Uに比べ大きな中性子吸収断面積を持つため、原子炉内に適切に装荷することにより、初期の余剰反応度を抑えつつ、核変換し、新しい核分裂性物質^<239>Puに変換され、長期に核分裂を維持し、エネルギーを生産できることを確認した。具体的には加圧水型原子炉における評価では、放射性廃棄物である^<235>Npが変換しながら、新たな核燃料である^<239>Puを生み出し、燃焼度100GWd/tが達成される可能性が高いこと、また、より中性子経済の良い重水炉では、200GWd/tが達成されることが示された。また、ウラン利用効率の高い新しい天然ウラン装荷高燃焼度高速炉の建築を目的として、天然ウラン装荷ペブルベッド型高速炉を検討し、さらにそれから派生する球状燃料分布高速炉及び燃焼に伴い出力分布が自律的に移行していく原子炉(CANDLE炉)の臨界性と高燃焼度(約400GWd/t)達成が確認された。さらに、核反応特性解析・評価手法及び関連する核反応データ・ベースの整備を実施した。超ウラン元素を適切に原子炉内に装荷することにより、プラント寿命中(数十年間)新燃料補給の必要のない超長寿命原子炉(軽水炉、重水炉、高速炉)の成立性に関する研究を核反応維持特性の観点から実施した。

原子炉内で生産される超ウラン元素^<237>Npは、現在、高レベル放射性廃棄物として長期間管理が求められているが、大きな中性子吸収断面積を持つため、原子炉内に初期に装荷することにより、初期の余剰反応度を押されつつ、中性子によって核変換し、新しい核分裂物質に変換され、長期間原子炉は核分裂を維持することが可能となる。本年度は、このユニークな中性子工学的性質を持つ^<237>Npを用い、燃料照射時間が原子炉のプラント寿命に匹敵する革新型長寿命小型軽水炉の概念について検討を行なった。その結果、出力密度32W/cm^3の軽水炉で23年間運転継続が可能であることがわかった。(その間の構造材照射損傷はステンレススチールの制限値内である。)また、燃料のリサイクルにおいて付加的なPuの蓄積はなく、使用済燃料体中に^<238>Puが多量に含むため、核拡散に対して高い抵抗性があることがわかった。また、関連する解析コードの改良や核反応データベースの整備を行なった。超ウラン元素を適切に原子炉内に装荷することによりプラント下寿命中(数十年間)新燃料補給の必要のない超長寿命原子炉(軽水炉、重水炉、高速炉)の成立性に関する研究を核反応維持特性の観点から実施した。原子炉内で生成される超ウラン元素^<237>Npや^<241>Amは、現在、高レベル放射性廃棄物として長期間管理が求められているが、大きな中性子捕獲断面積を持つため、原子炉内に初期に装荷することにより、初期の余剰反応度を抑えつつ、中性子によって核変換し、新しい核分裂製物質に変換され、長期間原子炉内は核分裂を維持することが可能となる。本年度は、6種類の冷却材(軽水、重水、Heガス、CO_2ガス、ナトリウム、水蒸気)を選択し、このユニークな中性子工学的性質を持つ^<237>Npを装荷した場合、長寿命特性及び炉心の安全特性に及ぼす中性子スペクトルの影響について系統的に検討を行った。その結果、黒鉛減速Heガス冷却の場合がその特性を良く発揮することがわかった。また、^<237>Npと同様な中性子工学的性質を有する^<241>Amを加圧軽水冷却型原子炉に装荷した場合、約100GWd/tonの高燃焼度が達成できること、また、使用済燃料中に^<238>Puが多く含まれるため、核拡散に対して高い抵抗性があることがわかった。また、関連する解析コードの改良や核反応データベースの整備を行った。