hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新規骨転移モデル構築法を用いた骨転移形成過程の全面解明

本研究では、(1)効率的に血行性骨転移を形成する新規モデルマウスの開発と、(2)がん細胞と骨髄間質細胞の相互作用を通した骨転移分子機構の全面解明を目指した。(1)に関して、これまでに骨転移研究で用いられてきたモデルの欠点を解消した尾動脈移植モデルを開発し、骨転移研究に広く有用であることを確かめた。さらに、尾動脈骨転移モデルを用いて(2)に取り組んだ。非侵襲イメージングによる解析から、骨転移形成過程において鍵となる転写因子群が特定のタイミングで活性化することが明らかになり、これらががん細胞と骨髄間質細胞の相互作用とリンクしていることが示唆された。本成果の一部は論文にまとめ、査読・改訂中である。本年度は、これまでマウスにおいて血行性骨転移過程の解析に用いられてきた左心室移植モデルの問題点を改善した新たな骨転移モデルを確立した。具体的には、移植に高度な手技を必要とせず、骨髄へ効率良く・大量のがん細胞を送達することで、骨転移形成効率の向上、骨転移形成期間の短縮を可能にする、マウスの尾動脈からがん細胞を移植する尾動脈移植モデルを開発した。尾動脈移植モデルは、本研究課題の目的である、骨転移形成過程を司る分子機構の解析を効率良く推進するにとどまらず、過去20年間にわたって利用されてきた左心室移植モデルに代わる、新しい標準モデルになる可能性があり、骨転移研究への多大な貢献が期待される。尾動脈移植モデルの特性を、左心室移植モデルとの比較実験を通して多角的に評価した。まず、同数(20万細胞)の肺がん細胞LLCをマウスの左心室もしくは尾動脈から移植し、後肢骨髄へのがん細胞の送達効率と骨転移病巣の形成速度について、生物発光イメージングによって解析した。その結果、尾動脈移植は左心室移植よりも約3倍多くのがん細胞を後肢骨髄へ送達し、骨転移病巣の形成期間を大幅に短縮できることが明らかになった。また、左心室移植では、しばしば移植直後に血栓が生成され、マウスに致死的なダメージを与えるため、大量のがん細胞を移植することは難しい。しかし、尾動脈移植では、移植に伴う強いストレスが観察されなかったことから、移植可能ながん細胞数を調べたところ、左心室移植で標準的に用いられる細胞数の10倍のがん細胞(200万細胞)を移植可能であることがわかった。大量のがん細胞を尾動脈から移植することで、骨転移形成効率の上昇、骨転移形成過程のさらなる短縮が、乳がん、前立腺がん、肺がんなど、骨転移を頻発するがん種由来の細胞株において確認された。現在、これらの結果を論文化し、投稿する準備を進めている。本年度は、血行性骨転移をマウスに再現する左心室移植モデルの問題点を改善した尾動脈移植モデルを確立し、当初の計画目標を達成した。移植に高度な手技を必要とせず、骨髄へ効率良く・大量のがん細胞を送達を可能にする尾動脈移植モデルは、今後の骨転移形成過程の分子的解析に非常に有用である。また、次年度に向けた予備実験として、尾動脈移植モデルにおいて形成された骨転移微小コロニー周辺・内部に存在する骨髄由来の細胞群について様々な表面マーカーで免疫染色解析し、骨転移形成過程においてがん細胞と相互作用している骨髄由来細胞の絞りこみを開始した。その結果、骨転移した前立腺がん細胞コロニーの周辺に間葉系幹細胞由来の間質細胞が積極的にリクルートされていることが見出された。また、骨転移の進行に伴って表面マーカーの異なる骨髄間質系細胞群が骨転移組織周辺、内部に存在していることも明らかになった。過去20年以上にわたって、マウスの血行性骨転移モデルの構築には、マウス左心室からがん細胞を動脈血流に移植する左心室移植モデルが用いられてきた。しかし、左心室に正確にがん細胞を注入する手技の必要性や、骨髄へのがん細胞のホーミング効率が低いことで、効率的な骨転移研究の推進を阻んできたにもかかわらず、代替法が開発されていない状況であった。そこで、本研究課題において、マウスの新たな動脈移植経路として尾動脈を用いた、手技的に簡便で、骨転移形成効率を大幅に向上する新規血行性骨転移モデルを開発した。この尾動脈骨転移モデルの構築手法、骨転移形成特性や汎用性をまとめた論文を投稿し、現在、revision中である。さらに、尾動脈移植法によって構築した前立腺がんの血行性骨転移モデルを用いて、骨髄内における骨髄間質細胞とがん細胞の相互作用について解析し、幾つかの新しい知見を得た。具体的には、1)骨髄にホーミングした直後、がん細胞で低酸素誘導因子が活性化する、2)がん細胞が骨髄にホーミングして、微小コロニーを形成する過程において、特定の骨髄間質細胞を骨転移コロニーにリクルートする、3)骨転移コロニーにリクルートされる骨髄間質細胞は、骨転移コロニーの成長に関わる、4)微小コロニーが成長を開始する時にがん細胞のNF-kBが活性化される、ことが明らかになっている。現在、これらの詳細な分子的理解を進めており、骨転移コロニーの成長を抑制する新たな治療標的分子の同定を目指している。

非侵襲イメージングによる解析から、骨転移形成過程において鍵となる転写因子群が特定のタイミングで活性化することが明らかになり、これらががん細胞と骨髄間質細胞の相互作用とリンクしていることが示唆された。本成果の一部は論文にまとめ、査読・改訂中である。当初、骨髄系細胞とがん細胞との相互作用が、骨転移形成過程において果たす役割について明らかにする計画であったが、骨免疫染色解析の結果、間葉系幹細胞由来の骨髄間質細胞が骨転移がん細胞と積極的に相互作用している可能性が示唆された。そこで、まず、骨転移コロニーにリクルートされている間葉系幹細胞由来の間質細胞が発現している表面マーカーの詳細を免疫染色解析によって明らかにし、in vitro培養系に単離する。そして、当初計画していたように、がん細胞との共培養アッセイなどを通して、がん細胞との相互作用を解析し、骨転移形成過程に果たす役割を明らかにすることを目指す。具体的には、1)間葉系幹細胞由来の骨髄間質細胞が骨転移の成長を促す機能を有しているか、2)がん細胞がどのような分子を介してこの骨髄間質細胞をリクルートしているのか、について調べる。また、多くの骨転移病巣では、病巣の成長に伴い溶骨病変が観察され、骨折など患者の予後不良の原因となる。溶骨病変の進行には骨転移病巣への未分化骨髄系細胞のリクルートが関わっていることが知られており、間葉系幹細胞由来の骨髄間質細胞が未分化骨髄系細胞のリクルートなどを介して溶骨病変の形成に果たす役割についても考察する。がん生物学研究課題の効率的な推進に必要な実験装置の移設費など、当初予定していなかった支出について調整した過程で少額な次年度への使用額が生じてしまった。次年度の物品購入予算として使用する。
質量顕微鏡法によるマイクロＲＮＡの可視化

ラット眼球組織にチオ化DNAを局所投与して、質量分析イメージングを試みた。チオ化DNAの配列と構造は、核酸医薬品として世界で初めて承認されたfomivirsenと同様にした。まず初めにラットを三種混合麻酔(塩酸メデトミジン、ミタゾラム、酒石酸ブトルファノール)により鎮静させた。マイクロシリンジに33ゲージの針(先端部33ゲージ, 5 mm、基部28ゲージ)をつけて、硝子体に核酸を注入した。投与直後と投与30分後に眼球を摘出して、2% CMCに包埋して、凍結した。クライオスタットにて薄切切片を作製し、ITOスライドガラスに接着させた。有機溶媒で切片を洗浄した。10 mg/ mL HPA(溶媒;0.04Mammonium citrate dibasic, 60%アセトニトリル)をTM sprayerを用いて塗布した。Rapiflexにて、測定を行った(ネガティブイオンモード、m/z 2000-6000、Deflection; suppress up to 1600 Da)。その結果、投与直後は、注入した眼球内の中央部分に核酸が多く局在していた。一方で、投与30分後には、眼球の辺縁部分に分布していた。質量分析イメージング測定した後のサンプルをHE染色し、網膜の場所を確認した。HE染色の顕微鏡画像と質量分析イメージングで得られたイオン像を重ね合わせてみたところ、投与30分後には、アンチセンス核酸の作用部位である網膜にまで到達していることがわかった。また、投与したチオ化DNAは、ヌクレアーゼによる切断は受けていないことがマススペクトルからわかった。投与30分と短い時間であったことと、硝子体は、比較的ヌクレアーゼが少ない部分であることだと考えられた。本実験から、質量分析イメージングは、核酸医薬品の薬物動態解析へ利用できる可能性があることが示唆された。今年度は、マウスおよびラットに化学合成した核酸を筋肉および眼球に局所投与して、凍結切片を作製し、組織切片の前処理法の検討を検討した。その結果、組織内から核酸を検出することに成功した。マトリクス塗布方法を検討することにより、イメージングにも成功した。MALDI法を用いた核酸の質量分析イメージングを世界で初めて論文発表できた。また、濃度の異なる核酸溶液を投与した組織切片から、定量的に強度の異なる質量スペクトルが得られた。これらの結果から質量分析イメージングは、核酸医薬の薬物動態を調べるために有用であることが示唆された。今回は、局所投与での検討であったが、今後は、全身投与して分布を調べることも可能であると考えられる。核酸医薬は、筋ジストロフィーの治療薬をはじめとして研究が盛んになってきている。ここ数年で5つの核酸医薬品が承認されている。オートラジオグラフィーに代わるイメージング法が確立できれば、より研究を加速できると考えられる。昨年度までにアンチセンス核酸をマウスおよびラットに投与して、組織切片を作成後、MALDI質量分析イメージングによる検出手法を確立した。標品により検出感度を調べたところ、内在性のmiRNAをそのまままの状態で検出することは、困難であることが分かった。そのため、核酸の塩基部を誘導体化して、よりイオン化効率を高めて、検出することを試みる。イオン化試薬には、イオン性官能基としての4級アンモニウム基を有する既報の試薬を用いる。グアニンとシトシンの塩基に特異的に結合する。有機溶媒により組織切片内の脂質などの脂溶性でイオン化しやすい化合物を洗浄した後に、誘導体化を行う。昨年度までに確立したマトリックス塗布条件、および測定条件を用いて測定する。質量顕微鏡によるイメージングでは、分析対象であるmiRNAを分離精製できないことから絶対定量が難しいと考えられる。そこで、質量分析を用いたmiRNAの絶対定量法も同時に行う。miRNAの検出には、定量リアルタイムPCR(qRT-PCR)法、マイクロアレイ、次世代シーケンサーによる大量解析が一般的に用いられている。しかしながら、これらの手法は、逆転写酵素によるcDNA (complementary DNA)への変換やPCRによる増幅、蛍光標識による増感といった間接的な検出法であり、RNAの変動を定性的に調べることはできるが、一つの細胞内にRNA分子がどのくらい存在しているかという定量性はない。こうした問題を解決した定量法が質量分析による直接的なmiRNA測定法である。既報の実験プロトコールに従ってmiRNAの定量を行う。精確な定量データと質量顕微鏡におけるイメージング結果を相互補完することで、イメージングの定量性の検証を試みる。本研究では、組織中におけるmiRNAの局在・分布を質量顕微鏡により可視化することを目的とする。具体的には、網羅的な解析により、既知のmiRNAに加えて、これまで不可能であった未知の配列のmiRNAや修飾を受けたmiRNAの局在も調べる。miRNAの生物学的なプロファイルを作成し、創薬・治療法へ役立てることを目指す。今年度は、まず、5月に新たに導入された質量顕微鏡の基本的な測定技術を習得した。受託合成にて入手した標品のRNAを用いて、質量顕微鏡でのRNAの検出感度について調べ、内在性のマイクロRNAを検出可能か調べた。その結果として、検出感度は、内在性のmiRNAの存在量の10倍程度高く、原理的には、検出可能であることがわかった。しかしながら、組織切片には、検出目的のRNAよりもイオン化しやすい物質(主にリン脂質)が多く含まれており、洗浄することで除く必要がある。

RNAは、水溶性の分子であるため、洗浄には、有機溶媒が適していると考えられた。有機溶媒は、エタノール、クロロホルム、ヘキサン、キシレンを用いた。検出目的としているmiRNAは、分子量60009000程度であるが、同程度の分子量のアミノ酸やタンパク質がmiRNAのイオン化の妨げになることも考えられた。そのため、Proteinase K処理をし、タンパク質を分解して取り除いた。検出に適するマトリックスは、標品のRNAで検討したところ、HPAが最もイオン強度が高く検出できた。有機溶媒による洗浄、ProK処理を行った組織切片を用いて質量分析を試みたが、マイクロRNAのシグナルは、検出できなかった。核酸の検出には、脱塩も重要な要素となることから、来年度以降は、脱塩の方法も検討し、またより強い条件での組織切片の洗浄を行い、検出を検討したい。新しく導入された質量顕微鏡装置の基本測定技術を習得し、RNA標準サンプルの検出感度を調べることができた。また、組織切片を用いた検討にも着手し始めることができた。今年度は、組織切片の洗浄法、マトリックス塗布法を検討し、化学合成した核酸をマウスに局所投与し、質量分析イメージングを行うことに成功した。組織には、核酸よりもイオン化しやすい脂質などの生体分子が多く含まれている。そのため、組織切片上に核酸の標品を滴下して測定してもイオンサプレッションを受けて核酸のシグナルが得られなかった。そこで組織の洗浄法を検討した。有機溶媒(エタノール、エタノールとクロロホルムと酢酸の混合溶液)により洗浄した組織切片上に標品の核酸を滴下して測定したところ、核酸のシグナルを検出することに成功した。次にマトリクス塗布方法の検討を行った。初めに手動スプレーを用いて、マトリクス塗布を検討した。マトリクス溶液1 mLをエアブラシを用いてスプレーした。しかしながら質量顕微鏡で測定したところ、シグナルが得られなかった。組織内に存在する核酸が表面に抽出されなかったためと考えられた。そこで、分子の抽出効率が高いImage Prep(bruker社)を用いて、マトリクスの塗布を検討した。装置の性質上、スプレー法に比べて粗い結晶が生成したが、空間解像度50 umの測定においては、イメージ像が得られた。マウス組織にオリゴヌクレオチドを局所投与し、組織を摘出後、パウダードライアイスに埋めて、瞬間凍結し、-80°Cへ保存した。クライオスタットにて薄切切片(10 um)を作製し、ITOスライドガラスに接着させた。有機溶媒で切片を洗浄した。マトリクスには、HPAを選択して、Image Prep(bruker社)を用いて塗布した。Rapiflexにて、ネガティブイオンモードで測定を行ったで。その結果、核酸を投与した組織から、核酸のマススペクトルが検出され、組織内の核酸の分布の様子をイメージングすることに成功した。今年度は、マウスに化学合成した核酸を局所投与して、凍結切片を作製し、組織切片の前処理法の検討を検討した。
原子分解能Ｘ線顕微法の実証と転位イメージングへの応用

コヒーレント前方回折強度パターン測定とコヒーレントブラッグ回折強度パターンを組み合わせた原子分解能コヒーレントX線回折イメージングを提案する。計算機シミュレーションにより、現状の大型放射光施設SPring-8の放射光X線の強度であっても試料に金属ナノキューブ試料を用いることで、原子分解能コヒーレントX線回折イメージング実験が可能であることを確認した。また、SPring-8において、コヒーレントブラッグ回折測定のための多軸回折計を構築し、金属ナノキューブ粒子からのコヒーレントブラッグ回折パターンデータを収集することに成功した。コヒーレント前方回折データとコヒーレントブラッグ回折データを組み合わせることによって原子分解能をを有するコヒーレントX線回折イメージングが原理的に可能である。平成25年度は、金ナノキューブ粒子の原子分解能コヒーレントX線回折イメージングに挑戦した。1辺の長さが約90nmの金ナノキューブ粒子をポリオール還元法によって作製した。そして、粒子を超純水中に分散させカーボン蒸着した窒化珪素膜上に滴下した。走査電子顕微鏡によって窒化珪素膜上の孤立粒子を決定し、シリコンフレームからの位置座標を測定顕微鏡によって決定した。コヒーレント回折パターンの測定は大型放射光施設SPring-8のBL29XULにて行った。シリコン二結晶分光器によって12keVに単色化した放射光X線を全反射集光鏡によって1umに集光し、試料に照射した。前方配置にてコヒーレントX線回折パターンの測定を行ったところ、1nmより優れた分解能で回折パターンを取得することに成功した。引き続き、ブラッグ配置で同一粒子からのコヒーレントX線回折パターンの測定を試みた。金ナノキューブ粒子の(200)面からのコヒーレント回折パターンを測定するために、ブラッグ条件を満足するように試料ステージの角度を調整した。しかしながら、前方配置で測定した孤立した金ナノキューブ粒子に、集光X線を照射することが極めて難しくブラッグコヒーレントX線回折パターンを測定することは出来なかった。今後、狙った孤立粒子のコヒーレントブラッグ回折パターンを如何にして測定するかを検討する必要がある。コヒーレント前方回折データとコヒーレントブラッグ回折データを組み合わせることによって原子分解能を有するコヒーレントX線回折イメージングが原理的に可能である。平成24年度は、まず最初に、銀ナノキューブを用いた原子分解能コヒーレントX線回折イメージングの計算機シミュレーションを行い、その実現可能性の検討を行った。銀ナノキューブ粒子からの前方コヒーレント回折強度パターンと(200)面、(200)面からのコヒーレントブラッグ回折強度パターンを計算し、それらを組み合わせ一枚の回折パターンとして、位相回復計算を実行すると格子像を再構成することができ、原子分解能イメージングが可能であることが分かった。また、原子分解能コヒーレントX線回折イメージング実験を想定したデータ収集・解析システムを開発した。計算機シミュレーションの結果、銀ナノキューブからのコヒーレント前方回折データとブラッグ回折データを同時に取得するためには、大面積の二次元検出器が必要であることが判明した。また、前方回折スポットとブラッグ回折スポットの間で観測される微弱な散乱パターンを観測するためには、高強度の入射X線強度が必要であることも分かった。そこで、世界最高強度を有するドイツの放射光施設PETRAIIIにおいて実験を行った。ビームラインは大面積二次元検出器PILATUS(6M)を利用可能なイメージングビームライン(P10)を使用した。銀ナノキューブのコヒーレントX線回折パターンを測定したところ、前方回折データを観測することには、成功したが、試料と検出器間が大気であったため、空気の吸収が大きく、ブラッグ回折を含む高角散乱強度を取得することはできなかった。当初の予定である計算機を駆使した原子分解能コヒーレントX線回折イメージング実験を想定したデータ収集・解析システムの開発に加え、放射光実験による予備的な実験を行ったため。平成24年度の実験結果に基づいて、原子分解能コヒーレントX線回折イメージング実験を第三世代放射光施設SPring-8で行う。試料には、銀ナノキューブよりも散乱能を大きい金ナノキューブ粒子を用いることで、高角散乱強度を高い信号対雑音比で取得することを目指す。また、タイコグラフィーを組み合わせた方法を開発し、単結晶薄膜中の転位歪み場の観察を行う。放射光実験で必要な真空部品や試料調製で必要な薬品等の消耗品の購入に使用する。また、SPring-8までの往復旅費や滞在費、研究成果発表のための国内・国外出張旅費に使用する。
水熱ナノプロセスによる固体廃棄物のリサイクルと資源回収に関する研究

今日、資源の枯渇は、世界的に大きな問題となっている。その解決のためにセラミックス等の種々の固体廃棄物からの高効率な資源循環が求められている。しかし、セラミックスに関しては、その多くが熱的・機械的に安定であるために、固体廃棄物からの有価資源の回収技術は未開発の分野である。本研究では、水熱ナノプロセスによる超硬合金、ジルコニア焼結体、焼結磁石等のセラミックスからの有価資源の高効率な回収技術を開発した。我々が提案した水熱ナノプロセス技術が今日の資源回収問題を解決するためのキーテクノロジーとなり得ることを明らかにするために、(1)水熱メカノケミカルナノプロセス、(2)水熱酸化ナノプロセス、(3)水熱鉱化ナノプロセス技術について詳細な研究を実施した。本研究の結果、次のような廃棄物からの有価資源の回収技術の開発に成功した。1.酸性水溶液中の水熱酸化処理により、WC-Co系超硬合金切削工具からWO_3粉末及びCoイオンを含有する水溶液を分離回収できた。2.水熱及びメカノケミカル処理により、部分安定化ジルコニア焼結体廃材からY含有焼結用ジルコニア粉末を回収できた。3.H_20_2を酸化剤に用いた水熱酸化処理により、廃棄トナーキャリア粉末からFe及びMnを含有するフェライト粒子を回収できた。4.HC1とシュウ酸を添加した水熱酸化処理により、Nd-Fe-B系焼結磁石廃材からシュウ酸ネオジムを回収できた。5.水熱酸化処理により、Liイオン二次電池の正極廃材からCo-Al複合酸化物を回収できた。6.水酸化カルシウムや塩化カルシウムを鉱化剤とする水熱鉱化処理により、ホウ素、フッ素物、ヒ素、等のオキソアニオンを含有する排水からそれら元素からなる天然鉱物を回収できた。平成18年度は,水熱ナノプロセスによるリサイクル・資源回収技術の体系化と集大成を目指し,以下のようなテーマに関してそれぞれ検討し成果を得,その二部を学術雑誌へ投稿し,掲載された.1.超硬合金からのWの回収近年高騰を続けるWを大量消費する材料の一つであるWC-Co超硬工具からWを一次原料として利用可能な三酸化タングステンとして回収するために,硝酸を酸化剤とした水熱処理を試みた.その結果,硝酸の濃度と温度を最適化することにより,純度99%以上の三酸化タングステンを高収率で回収できることが明らかとなった.また,フッ化水素酸を適量添加した処理により,WC骨材粒子の粒径やCo添加量の違う工具,特性制御助剤の添加された工具,酸化等防止用表面コーティングを施された工具を処理した場合であっても,高収率かつ高純度でWを三酸化タングステン粉末として回収可能であることを明らかにした.2.廃水中の硫酸ジルコニウムを利用した材料合成これまでの研究成果としてPZT焼結体からの湿式ボールミルによる鉛の回収で得られるZrの硫酸塩を含む廃水の処理のため,リン酸存在下での水熱合成を行ったところ,廃水中のZrを吸着剤などに利用可能な材料であるリン酸ジルコニウムとして回収可能であることを明らかにした.3.水からのフッ素,ホウフッ化物,ヒ素,アンチモンの資源として分離回収と資源化水熱鉱化廃水処理法により,フッ素,ホウフッ化物,ヒ素,アンチモンをアニオンとして含む廃水の処理を試みた.その結果,フッ素は蛍石,ホウフッ化物はパラシビルスカイトと蛍石,ヒ素はヒ素アパタイト,アンチモンはアンチモン酸カルシウムといった天然で産出される鉱物として回収可能であるとともに,処理後の廃水中の各元素濃度を水質汚濁防止法により規定されている排水基準値以下に低減し,無害化できることを明らかにした.

4.部分安定化ジルコニア焼結体の水熱解砕と再利用の可能性部分安定化ジルコニア焼結体が示す"低温劣化現象"を逆手に利用して,水熱処理をすることにより高強度を誇る部分安定化ジルコニア焼結体構造材料からの骨材回収を検討した.その結果,水熱処理により安定化材として添加されているイットリウムを溶出させることなく,骨材を回収できることを明らかにした.さらにこの回収骨材を用いて再度焼結体の作製を行ったところ,多少の前処理条件は必要なものの新品と同等の性能の焼結体が作製できることを明らかにした.平成19年度は,平成18年度に行った研究の完遂に加え,以下に示す項目に関して研究を進め成果を得た.1.水熱鉱化法による有害無機オキソ酸陰イオンを含む廃水の無害化及び資源回収有害無機オキソ酸陰イオンとして,リン・セレン・テルル・クロム・モリブデン・タングステンを対象として,鉱化剤(カルシウム系やバリウム系)とともに水熱処理を行うことにより,リンは価数によらずリン酸カルシウムとして,セレン・テルルは現行では困難な6価のセレンやテルルをバリウム塩として,重金属オキソ酸についてはカルシウム塩として回収が可能であることを明らかとした.しかしながら,一部の元素についてはバッチ処理では排水規制値を下回ることはできなかった.2.水熱条件下での固液分離の実現と完全無害化水熱条件下で固液分離できる装置を用いて,上記の有害無機オキソ酸陰イオン含有排水に対して処理を行ったところ,すべての元素に対して規定されている排水規制値を下回ることに成功した.このことは,水熱条件下では鉱化剤との反応により生成された鉱物が非常に低い溶解度を有しているためであることを示唆するものである.また,この結果は,水熱条件下での固液分離を連続的に行うことで,水熱鉱化排水処理法を流通で行うことができることを示すものであり,実際の排水処理で必要な大量な廃水の処理が実現可能であることを示している.
流通・小売業に関するサプライチェーンマネジメント

近年,情報技術の進展により,POSデータなど各種データの収集・共有が企業間・企業内で可能となり,各種ビジネスデータを活用した経営意思決定支援手法の開発が重要なテーマとなりつつある。本研究では,経営情報マネジメントの観点から小売業に関するサプライチェーンの各活動を対象として統合的に分析を行うことにより,チェーン小売業に係る生産,流通,販売活動の特性を明らかにすることを目的とする。また,顧客満足を目指したサプライチェーンマネジメントを実施するために,シミュレーション技法,データマイニング手法などの経営科学技術を活用し,広く経営意思決定の支援に供する手続き・ツールを開発・提案・応用する。平成24年度は,次の3つの事項について研究を行った。1.研究対象商品のデータ分析広範囲な営業エリア内にあるすべてのコンビニ店舗を対象として,ライフサイクルの短いデリカ新商品について,新商品発売直後の需要数量および需要動向を予測するために,データマイニングを活用したアプローチを企業の受注データを用いて定量的に検証した。2.需要予測手順の検証研究対象企業の管轄エリア内の過去出荷実績データを用いて,新商品の需要量および需要動向を予測するための提案手順の実用性を確認した。上記の研究成果をまとめ,国際会議にて発表する予定である。平成25年度は,次の2つの事項について研究を行った。1.作業人員計画手順の実用性の検証複数の店舗と複数のメーカの間に存在する共同配送センタを研究対象として、基本業務の業務プロセスを詳細な調査・整理を行った。また、店舗からの受注データおよび入荷スケジュールを用いて、需要変動に柔軟に対応できる人員計画の手順の応用性について定量的に検証した。2.研究成果の国際・国内報告近年,情報技術の進展により,POSデータなど各種データの収集・共有が企業間・企業内で可能となり,各種ビジネスデータを活用した経営意思決定支援手法の開発が重要なテーマとなりつつある。平成23年度は,次の2つの事項について研究を行った。i.研究対象企業の調査および予測対象商品の特徴分析弁当・惣菜などのデリカ商品を生産・販売している研究対象企業の管理課題を明確にするために,企業訪問や調査を実施した。その結果,商品のライフサイクルは短く,発売直後に経験に基づいて新商品の需要予測を短期間で行うことは,対象企業となるコンビニエンスストア業界に属する弁当惣菜製造企業にとって喫緊な課題であることがわかる。一般的な食品製造企業と比べ,デリカ食品製造企業は,市場への投入期間の短い多くの商品があることに加えて,短い消費期限・賞味期限,高い品質保証,不確定な需要変動などの特徴があることがわかる。ii.需要予測手順の検証研究対象企業の東海営業エリア内にあるすべてのコンビニエンスストアへの過去出荷実績データを収集し分析した。新商品の需要量および需要動向を予測するための提案手順の実用性を確認した。また,提案手順を応用することにより,デリカ商品について効率的な原材料仕入れ・生産・販売が可能となり,企業の当該商品から得られる収益に関して,大きな比較優位性の獲得が期待できる。平成26年度は、本研究プロジェクトの最終年度であり、次の2つの事項について、研究を行った。1.ビジネスデータ活用による経営意思決定を支援する分析手法・手順の開発と検証実際の企業活動で蓄積されたPOSデータや受注データなどのビジネス情報を活用し、シミュレーション技法やデータマイニング手法などの経営科学情報技術を用いて,経営意思決定を支援する分析手法・手順の開発および有効性の検証を行った。2.研究成果の国際・国内報告経営工学、経営情報本課題を推進している研究室は,平成18年4月より,名古屋大学と(株)ファミリーマートの産学連携プロジェクトに引き続き参画している。本産学連携プロジェクトにより,コンビニエスストアのPOSデータをはじめ,本研究プロジェクトの遂行のために,必要なデータについて継続して提供を受けているので,調査・研究を順調に実施している。本課題を推進している研究代表者は、産学連携に参加する研究対象企業から、POSデータをはじめ、本研究プロジェクトの遂行のために、必要なデータについて継続して提供を受けているので、調査・研究を順調に実施している。本課題を推進している研究室は,平成18年4月より,名古屋大学と(株)ファミリーマートの産学連携プロジェクトに引き続き参画している。本研究課題に関する今後の推進方策については,以下の事項について特に重点を置くことにしている。1.研究対象企業の業務プロセス調査複数の店舗と複数のメーカの間に存在する共同配送センタ(クロスドッキングセンタ)を研究対象として,店舗からの発注データを活用し,需要変動に柔軟に対応できる人員計画の手順の応用性について定量的に検証する。特に,シミュレーションモデルを構築するために,複数の仕入先による同時荷受・同時仕分け・同時出荷の基本業務を詳細に調査・整理することに重点を置く。2.作業人員計画手順の実用性の検証研究対象企業から提供した実際のデータに基づき,シミュレーションモデルを用いて実用性を検証する。特に,需要量の変動に適応する作業人員数を定量的に推定することができれば,適切な作業人員の削減や作業コストの最小化を図ることが可能となる。

本研究課題に関する今後の推進方策については、以下の事項について特に重点を置くことにしている。1. POSデータの角度別分析シミュレーション分析を行うために、これまでのPOSデータを分析し、データ相関から来店頻度パターンについての知見を探ることに重点を置く。2.店員配置分析手順の検証蓄積した最新のビジネスデータに基づいて、一定の客数を対象にし、サービスレベルのターゲットを満たしたコストの最小化を目指した店員配置分析手順を定性的に検証する。また、提案手順の応用性についての研究結果を国際・国内において報告する予定である。本研究課題に関する今後の推進方策については,以下の事項について特に重点を置くことにしている。i.研究対象企業の業務プロセス調査複数の店舗と複数のメーカの間に存在する共同配送センタ(クロスドッキングセンタ)を研究対象として,店舗からの発注データを活用し,需要変動に柔軟に対応できる人員計画の手順の応用性について定量的に検証する。特に,シミュレーションモデルを構築するために,複数の仕入先による同時荷受・同時仕分け・同時出荷の基本業務を詳細に調査・整理することに重点を置く。ii.作業人員計画手順の実用性の検証研究対象企業から提供した実際のデータに基づき,シミュレーションモデルを用いて実用性を検証する。特に,需要量の変動に適応する作業人員数を定量的に推定することができれば,適切な作業人員の削減や作業コストの最小化を図ることが可能となる。本研究課題を実施する初年度において,研究対象企業の調査および膨大な実績データによる分析では,大量な時間を要した。研究成果を世界へ発信するために,次年度において,国内・国際学術セミナーで積極的に報告することが重要である。国内・国外旅費について,前年度の繰越額を含め,国内シンポジウム・国際会議などでの講演に使用する予定である。次年度は最終年度となるため、研究成果を世界へ積極的に発信する予定である。そのため、前年度の繰越額を国内・国外旅費として、国内シンポジウム・国際会議などでの講演に使用する。本研究課題を実施する最終年度において、前年度の繰越額を含めた科研費を調査・データ収集および研究論文発表に利用する。初年度の研究成果を世界へ発信するために,次年度において,国内・国際学術セミナーで積極的に報告することが重要である。国内・国外旅費について,初年度の繰越額を含め,国内シンポジウム・国際会議などでの講演に使用する予定である。
非束縛原子核の存在形態と崩壊様式に対する動力学的研究

束縛しない原子核(核子多体系)が、散乱観測量の中にどのような形(姿)で現れるか、また、どのように崩壊するかを特定する動力学的な研究を行った。主要な成果としては、22C原子核の第2励起状態が示すエネルギースペクトルの特異性(Fano効果)の発見, 6He原子核の2+共鳴状態の崩壊モードの特定,また、5He原子核の生成反応の記述とそれによる6He中の2中性子相関の実証などがある。炭素22の第2励起状態(0+状態)が、炭素22の分解断面積の中で、極めて特異なエネルギースペクトルとして観測されるという結果を確定し、これを共鳴・非共鳴状態の干渉(Fano効果)と関連付けて分析した。特に、複素スケーリング法を用いて断面積の共鳴成分(理論上の計算量)を引き出すと、Fano効果の典型的な形状が、炭素22の散乱角度に応じてバラエティ豊かに現れることを明らかにした。さらに、このFano効果が実際の観測量においてどのように現れるかを実験に先駆けて予言した。これらの成果を、学術誌Physical Review Cで発表した。次に、α粒子と2つの中性子からなるヘリウム6原子核の第1励起状態(2+)が崩壊する断面積を最新の反応計算によって算出し、分解断面積の分析より、ヘリウム6の2+状態の崩壊モードは、1) 2つの中性子が相関を持ちながら放出されるダイニュートロン崩壊, 2) 2つの中性子が相関を持たず逆方向に放出されるデモクラティック崩壊の重ね合わせである事を示した。特に2)の崩壊モードは今回新たに発見されたものであり、2+状態の中にある2中性子の構造に対する新しい知見を与えるものと考えられる。この成果を、学術誌Physical Review Cで発表した。さらに、酸素24の低エネルギー励起状態に対する分析を、連続状態粒子振動結合法によって行い、スピン-パリティの構造に対する予想を示した。この成果は、学術誌Physical Review Cで出版されている。非束縛原子核であるヘリウム5と炭素21の研究に着手し、予備的なものも含め、いくつかの知見を得た。ヘリウム5に関しては、その構造がよくわかっているため、反応観測量との関係に焦点を絞った。観測の手段として、ヘリウム6の分解反応とノックアウト反応の2つを採用した。前者では、剥離する中性子が1つの場合と2つの場合を統一的に記述する模型の構築に成功し、測定データとの極めて良い一致を得た。この結果はPhysical Review Cで発表されている。ノックアウト反応に関しても計算が進展し、観測されるヘリウム5の状態と、ヘリウム6中の2中性子の情報との関係を明らかにした。この成果は複数の国内・国際研究会で発表され、現在論文を準備中である。一方炭素21については、炭素20を重陽子標的に入射し、中性子を捕獲させることによって生成させることを想定し、実験に先駆けて理論計算を行った。終状態が非束縛状態となる移行反応の記述は困難であるが、予備的な結果を得ることに成功し、いくつかの国内・国際研究会で報告した。これらと並行して、非束縛核の生成から崩壊までを記述するにあたり必要となる核反応論の課題を遂行した。主な内容は、分解反応の系統性、低エネルギーにおけるアイコナール近似の補正法、始・終状態ともに連続状態との結合を取り入れた移行反応計算等である。これらはいずれも学術論文として発表されている。また、相互作用の不定性を最小化すべく、2核子間相互作用を積み上げて原子核反応を記述する、微視的反応論の研究も大きく進展した。最終年度は、2中性子ハロー核である6Heから中性子をノックアウトして非束縛核5Heが生成される反応に着目し、5He(共鳴状態)と4He-nの非共鳴状態を包括的に取り扱いつつ、5Heが微分断面積にどのような形態で出現するかを明らかにした。5Heは最も簡単な構造を持つ非束縛核の1つであり、相互作用がよくわかっているため、不定性の小さい分析が可能である。この模型の枠組み自体は一般の2中性子ハロー核に適用可能であるため、理化学研究所等で取得が予定されているデータとの比較に向けた準備が整ったと言える。さらに上記のノックアウト反応は、2中性子ハロー核内におけるダイニュートロン相関のプローブとなり得ることが判明し、ノックアウト反応の新しい展開への道筋を付けることに成功した。研究期間全体を俯瞰すると、原子核の非束縛状態の生成・崩壊を統一的に記述するという試みは高い成功を収めたと言える。特に6Heの共鳴状態(2+状態)が動的に生成され、4Heと2つの中性子に崩壊する様子を不定性なく描き、その崩壊モードを特定したことは、未解明の部分が大きい3体崩壊モードの定量的理解にとって大きな一歩と言える。また、連続状態粒子振動結合法を用いてドリップライン核24Oの非弾性散乱断面積の再現に成功したことも重要な成果である。非束縛原子核については、一般の系では相互作用の不定性が大きいことや、実験データが期間内に十分得られなかったこともあり、事実上、5Heに対象を絞る形となった。とはいえ、ノックアウト反応によって5Heが生成される反応の記述に成功したことは、今後取得が進む、一般の非束縛核を生成する実験の解析にとって極めて重要であると言える。なお、非束縛粒子の生成・崩壊を定量的に記述するという本研究を通じて、反応模型の改善・拡張や、微視的反応論の進展など、数多くの副次的な成果が得られたことを強調しておきたい。

束縛しない原子核(核子多体系)が、散乱観測量の中にどのような形(姿)で現れるか、また、どのように崩壊するかを特定する動力学的な研究を行った。主要な成果としては、22C原子核の第2励起状態が示すエネルギースペクトルの特異性(Fano効果)の発見, 6He原子核の2+共鳴状態の崩壊モードの特定,また、5He原子核の生成反応の記述とそれによる6He中の2中性子相関の実証などがある。非束縛原子核ヘリウム5が関与する反応のモデル化が完了し、学術論文として発表するに至った他、炭素21についても、国際研究会で報告できる内容を得ている。さらに、非束縛状態/非束縛核の反応を記述する上で極めて重要となる移行反応模型の構築や分解反応の系統性の解明など、最終年度の研究に向けた基盤が整った。これらを勘案し、当初の計画以上の進展であると判断した。原子核反応論ノックアウト反応を用いた非束縛核の研究を進展させる。まず、ヘリウム5に関する知見を論文に纏め、炭素21をはじめとする他の原子核についても分析を進める。これと並行し、非束縛核を生成する移行反応の研究を行う。優先する研究対象はヘリウム5と炭素21とする。研究計画に掲げた、炭素22の非束縛励起状態の形状およびヘリウム6の3体崩壊モードの特定に関し、それぞれ十分な知見が得られ、学術誌上の論文として発表された。さらに、酸素24の励起エネルギースペクトル(非束縛状態)についても研究が進展し、論文として発表されるに至った。これらは当初の研究計画を大きく上回る成果であると考えられる。平成25年度に得られた知見を他の系に適用すると共に、非束縛原子核(束縛状態を持たない原子核)の記述に着手する。当初、研究分担者の松本氏が大阪に数回出張する計画であったが、研究代表者の所属する大阪大学核物理研究センターで耐震改修工事があり、工事期間中、議論に十分なスペースを確保することができなかったため。基本的には当初の研究計画通り使用するが、松本氏には積極的に大阪に来てもらい、議論の補強を行う。
ヴィネット・アンカリングによる国際比較方法の再検討：日米比較を例として

申請書の研究計画で、(3)「日米比較のための質問文の構成方法を見直」すとしていた。2017年度の終わりまでに、1最初に英語で相談した後、2まず日本語で成文化し、3研究代表者が英訳して4日米で修正していた。2018年度は、質問紙について、5さらに日米でやり取りをして調整を進め、6翻訳会社に依頼して、日本語調査票を新たに英訳した。研究代表者による英語訳の存在を一切伝えない状態での英訳であり、独立な2種類の英語訳を作成したことになる。以上の質問票作成法には2つの利点があった。第1に、最初に日本語で成文化した日本語調査票は、言語的・文化的な自由度が高まった。第2に、独立な2種類の英訳は、日本語調査票でどのように表現されているか、他言語話者への伝達度を深めた。2つの独立英訳は微妙な相違を含みつつも基本的には等しく、両者をもとに、英語最終版の作製を試みた。調査票の第3版が完成し、日本で2018年8月に、Webでプリテスト(N=112)を実施した。その結果を参考にしつつ質問票を最終的に決定し、申請段階より1年遅れで、9月末にWebで本調査(N=2571)を実施した。米国においても、比較可能なように留意した調査票で、米国の協力研究者により、少し遅れて10月初めにWeb調査(N=2000)が実施された。その後、日米のデータを交換し、少しずつ分析を進めている。ただし、調査票の完成・調査の実施が遅れたこともあり、分析は予定より遅れている。申請書の研究目的に示した「ヴィネット・アンカリング法」に関連し、調査票で複数の種類のヴィネットを考案するなどを試みており、分析手法的にもオリジナリティを出すことを目指している。またデータの分析に際しても、どのように日米比較を行うか国際比較の方法に留意しつつ進めている。日米で多忙な期間が相違していることもあり、共同研究の時間調整が難しく、研究の遂行が遅れた。また、国際比較の質問紙作りには慎重さが必要で、想定以上に時間がかかった。それらの結果、日本と米国でのWeb調査は、計画より1年以上遅い2018年の9月末と10月初めの実施となり、その分、分析と検討が遅れている。現在、データの分析を進めているところであり、申請書の研究計画で、「調査データの分析と技法開発(ネット調査を比較分析して社会意識の日米比較に新しい知見を得ることを目指すと同時に、新しい国際比較の技法を提案する)」としたとおり、内容的・方法論的に興味深い知見を得ることを目指している。平成28年度に予定していた課題は4点あった。このうち(1)(2)は進んでいるが、(3)「質問紙作成のためのインタヴュー調査」(4)「日米比較のための質問文の構成方法の見直しと質問紙作成・翻訳」は遅れている。(1)「先行研究・予備調査からの課題特定」には課題が3点あった。1「国際比較の方法に関する先行研究の問題点の整理」は、新しい文献や見落としていた重要文献の発掘なども試みつつ、問題点を整理中である。2「2015年2月の日本予備調査の再分析と問題点の剔抉」は、大学の研究費による新規の調査データも含め、2015年2月の日本予備調査の政治家信頼についてのヴィネット・データを中心に分析し、ヴィネット法が有効でない場合の条件について検討している。3「政治的関心・信頼感など対象とすべき社会意識の絞り込み」は、考察中であるが、決定には至っていない。(2)「ヴィネット・アンカリング法の諸仮定の吟味と抜本的見直し」は、ヴィネット法の諸仮定を洗い直して検討している。またヴィネット法使用の際のデータの集め方についても考察している。たとえば、ヴィネット提示順をランダマイズすべきか否か、仮にランダマイズしない場合にヴィネットはどのような順で提示すべきかなどで、大学の研究費による2016年7月の調査データを分析して簡易ヴィネットで検討し、紀要論文にまとめた(『ヴィネット法における提示順の効果:政治的関心を例に』中央大学文学部紀要27号63-72頁:2017年3月)。技法の開発は3年間を通じての課題であり、検討を続ける。新しい文献や見落としていた重要文献などもあり、予定していた以上に、平成28年度の課題(1)「先行研究・予備調査からの課題特定」、(2)「ヴィネット・アンカリング法の諸仮定の吟味と抜本的見直し」に、時間がかかったし、かかっている。このため、平成28年度の後半に予定していた、課題(3)「質問紙作成のためのインタヴュー調査」、および、(4)「日米比較のための質問文の構成方法の見直しと質問紙作成・翻訳」への取り組みが、遅れている。過年度から、「日米比較のための質問文の構成方法の見直しと質問紙作成・翻訳」という課題を持ち越していた。平成29年度は、この「質問紙作成・翻訳」、そしてその後の「調整」に、時間をかけることになった。質問紙の作成と翻訳は、「ヴィネット・アンカリングによる国際比較方法の再検討」という本課題にとって、国際比較という点でも、ヴィネット法という点でも、極めて重要な位置を占めている。どのようなテーマを対象に選ぶか、どのようにヴィネットを作成するかを含め、慎重な検討が必要であった。

研究協力者である米国研究者と議論し、従来の国際比較調査の問題点を考慮しつつ、どの意識項目(たとえば政治関心・政治信頼など)をヴィネット調査の対象とするか、そのためにどのような質問が必要か、ヴィネットに関する新しいアイデア、調査の方法、などについて検討し、結論を、協同して英文メモとしてまとめた。その後の質問票案の作成、翻訳などについても、配慮した。結局、第1次の質問票案は、英文メモのアイデアをもとに、日本語で書き下すことになった。最初に英語で書くと、内容・表現などで、日本語にしたときに不自然なものになることを懸念したためである。本研究は2国間比較であるため、多国間比較と比べれば調整は容易ではあろうが、それであっても最初に何語で書くかは、重要な決定であった。日本語で第1次の質問票案を作成した後、英語に翻訳した。だれがどのように翻訳するかという点も大きな問題であるが、今回は、研究代表者が翻訳した。その後、英訳した第1次の質問票案をもとに議論し、質問文の訂正、質問の差し替え、並べ替え、などを経て、第2次案としてまとめた。本課題にとって、質問紙の作成と翻訳は、国際比較という点でも、ヴィネット法という点でも、極めて重要な位置を占めている。そのため、どのようなテーマを対象に選ぶか、どのようにヴィネットを作成するかを含め、予定していた以上の慎重な調整が必要になった。また、研究代表者が予定していた夏の米国訪問を果たせず、さらに、研究協力者である米国研究者との議論・調整はすべて英語であり、誤解が生じないように、ゆっくり確認しつつ進めたため、遅れが生じることになった。申請書の研究計画で、(3)「日米比較のための質問文の構成方法を見直」すとしていた。2017年度の終わりまでに、1最初に英語で相談した後、2まず日本語で成文化し、3研究代表者が英訳して4日米で修正していた。2018年度は、質問紙について、5さらに日米でやり取りをして調整を進め、6翻訳会社に依頼して、日本語調査票を新たに英訳した。研究代表者による英語訳の存在を一切伝えない状態での英訳であり、独立な2種類の英語訳を作成したことになる。以上の質問票作成法には2つの利点があった。第1に、最初に日本語で成文化した日本語調査票は、言語的・文化的な自由度が高まった。第2に、独立な2種類の英訳は、日本語調査票でどのように表現されているか、他言語話者への伝達度を深めた。2つの独立英訳は微妙な相違を含みつつも基本的には等しく、両者をもとに、英語最終版の作製を試みた。調査票の第3版が完成し、日本で2018年8月に、Webでプリテスト(N=112)を実施した。その結果を参考にしつつ質問票を最終的に決定し、申請段階より1年遅れで、9月末にWebで本調査(N=2571)を実施した。米国においても、比較可能なように留意した調査票で、米国の協力研究者により、少し遅れて10月初めにWeb調査(N=2000)が実施された。その後、日米のデータを交換し、少しずつ分析を進めている。ただし、調査票の完成・調査の実施が遅れたこともあり、分析は予定より遅れている。申請書の研究目的に示した「ヴィネット・アンカリング法」に関連し、調査票で複数の種類のヴィネットを考案するなどを試みており、分析手法的にもオリジナリティを出すことを目指している。またデータの分析に際しても、どのように日米比較を行うか国際比較の方法に留意しつつ進めている。日米で多忙な期間が相違していることもあり、共同研究の時間調整が難しく、研究の遂行が遅れた。また、国際比較の質問
フェムト秒レーザーマイクロ津波による細胞配置技術と組織再構成チップ作成技術の開発

細胞接着席を多数持つ細胞アレイ化基板上にフェムト秒パルスレーザーを用いて生細胞を配列する開発研究に関して、以下の成果を得た。1)細胞アレイ化基板:ガラス基板表面に周囲が細胞接着を阻害するパーフルオロアルキル単分子膜(R_f-SAM)でできた数10μmの微小細胞接着席とそれらをつなぐ数μm幅の矩形チャネルからなる構造の細胞アレイ化基板において、アミノシラン処理により細胞接着席とチャネル部分のみにアミノ基を導入した。その結果、基板上の細胞接着席に細胞を選択的に接着するように改良できた。本基板にPC12を播種した後に分化誘導したところ、チャネルにそって神経様突起が成長して細胞同士があらかじめ設計した形にネットワークを形成した。本基板の適応範囲は接着力の弱い細胞からHeLa細胞のような中程度の接着力を示す細胞であった。2)細胞配列技術:集光照射が引き起こす局所応力(レーザー誘起マイクロ津波)で培養基板から標的細胞を剥離し、細胞アレイ化基板に配置することには昨年度成功している。本年度は、本法の細胞に与える影響をPC12細胞の分化誘導の観点で評価した。通常のトリプシンで剥離させる方法と比較したところ、両法の結果に差は見られず、トリプシン法では不可能な一細胞レベルの剥離と配置を低ダメージで行えるメリットがあることが示された。津波現象とは異なり、フェムト秒レーザーを基板内部に照射すると表面のR_f-SAM部分が変化し、細胞非接着表面が細胞接着表面に変化する。細胞接着席にPC12細胞を配置した後で細胞間ネットワークを形成するためのチャネル作成を培地中で試みたところ、あらかじめ基板上にチャンネル作成した前記基板と同様に、細胞間ネットワークを形成することができた。本法を用いれば細胞配置後に状態の異なる細胞を判断しながらネットワーク形成が可能であるので、細胞を空間的のみならず時間も考慮して細胞ネットワークを構築できる要素技術と位置付けている。細胞接着席をアレイ状にパターン化した細胞アレイ化基板上にフェムト秒パルスレーザー集光照射が引き起こす局所的な空間爆発現象(レーザー誘起マイクロ津波)で生きた細胞を配列する開発研究に関して、以下の成果を得た。1)細胞アレイ化基板:ガラス基板表面にパーフルオロアルキル単分子膜(R_f-SAM)をパターニングし、細胞接着を阻害する部位と微小細胞接着席からなる細胞アレイ化基板を作製した。タンパク質であるオボアルブミンやフィコエリスリンの吸着特性をQCMや蛍光顕微鏡で調べたところ、細胞決着席とR_f-SAM表面では吸着量に300ng/cm^2と0.6mg/cm^2の差があった。次に、実際に種々細胞の接着特性を調べた。神経細胞モデルとなるPC12細胞では細胞接着席に優先的に細胞が接着するが、R_f-SAM表面では細胞接着が阻害されてR_f-SAM領域への細胞浸潤は見られなかった。長時間培養すると細胞接着席上のみで細胞が立体的に増殖してスフェロイド状になった。一般に細胞は立体構造をとることで機能を発現するので、開発した基板は機能性細胞アレイ化デバイスを作製する上で有効と考える。多能性の胚性腫瘍細胞PIgCL6を分化誘導した心筋拍動細胞では、単分散化した細胞をドット状接着席アレイ化基板に播種して2日間培養したところ、細胞接着席上で拍動する13細胞のクラスターを得た。2)細胞配置技術:培養基板上で培養したPC12細胞をレーザー誘起マイクロ津波で基板から引き剥がし、細胞接着席アレイ化基板上の所定の細胞接着席に1細胞毎に配置することに成功した。また神経モデル細胞のPC12を分化させて樹状突起を形成した細胞のみをフェムト秒レーザーで分離することに成功した。これは従来困難であった接着細胞のその場分離を1細胞レベルで実現できるので、ES細胞やiPS細胞の分離での応用が期待される。

細胞接着席にPC12細胞を配置した後で細胞間ネットワークを形成するためのチャネル作成を培地中で試みたところ、あらかじめ基板上にチャンネル作成した前記基板と同様に、細胞間ネットワークを形成することができた。本法を用いれば細胞配置後に状態の異なる細胞を判断しながらネットワーク形成が可能であるので、細胞を空間的のみならず時間も考慮して細胞ネットワークを構築できる要素技術と位置付けている。