hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ナノ・マイクロ微粒子およびカーボンナノチューブに対する生体反応とバイオ応用

生体親和性の高い他のバイオマテリアルも同様にサイズ劾果が現れることが予想され、各種材料の微粒子を用い実験した。第一に構成物質による反応の差異を、金属、セラミックス、ポリマー、カーボンナノチューブを対象とし、同じ手法で比較した。その結果、イオン溶出する金属もサイズ依存性を示し、サイズが小さくなるほど細胞反応は強くなり、細胞生存率は有意に低下した。ニッケルは細胞致死性に働き、微粒子化するとその反応は強くなった。鉄は細胞に対し短期的には影響が小さいが、組織内ではイオン溶出、沈着を繰り返し広範に広がった。これらはカーボンナノ新素材を作る際に触媒として用いられる。一般に化学的効果は材料依存性であるが、微粒子になるとその表面積が大きくなるため、少量でも影響が大きくなる。カーボンナノ新素材の精製の必要性が示唆された。また、生体内で無反応であるセラミックスや吸収されるポリ乳酸も3μm以下になると細胞が反応し、この範囲の大きさでは構成物質による反応の違いに有意差はなかった。材料種の選択による生体親和性の向上には微粒子化に対しては無効であり、生体内での微粒子化を防ぐ方法が課題になると考えられた。第二に生細胞に反応を惹起させる臨界寸法を測定することを目的とし生化学的アッセイを行った。結果として50nm程度の二酸化チタンや酸化鉄微粒子に対しても細胞は反応し、サイトカイン等の放出を検出した。細胞の反応が検知できなくなったのは50nm以下であった。しかし、ナノサイズでは細胞表面への付着や粒子同士の凝集を起こすため、微粒子の表面改質等による実験系の検討が必要である。第三に粒形による炎症反応の違いを二酸化チタンの針状・球状粒子を用いて調べた。針状の粒子は同じサイズの球状粒子に比べると為害性が強く、炎症性サイトカインの放出は有意に高かった。チタンは生体親和性に優れた材料として医療分野に広く応用されているが、摩耗粉になると組織障害を起こす。微細浮遊粒子の被爆と死亡率との間には疫学的に正の相関があることも指摘されている。現在精力的に行われているナノテクノロジーの研究開発については、そのプラス面ばかりが強調されているが、ナノ・マイクロ微粒子の健康に及ぼす影響も検討する必要がある。本研究では、材料がナノ・マイクロ微粒子化したときの材質・粒子サイズ・形状の違いによる組織為害作用を病理学的・生化学的に検索した。試料として金属、セラミックス、ポリマー、カーボンナノチューブの各微粒子を用いた。それぞれの塊状粒子を50nmから150μmまでの各種サイズに調整した。また、二酸化チタンは球状粒子と針状粒子も試料として用いた。これらの粒子と生細胞を混和し、生存率・増殖率・サイトカイン量・活性酸素量を測定した。またラット皮下埋入試験を行い、組織変化を観察した。(1)チタン粒子のサイズ依存性マクロファージは3μm以下で50nmまでの粒子に対し、サイトカイン・活性酸素の産生量は有意に高かった。一方、10μm以上の微粒子に対しては細胞の反応は低下した。動物埋入試験において50μm以上のチタン粒子では炎症反応も穏やかで、長期的には線維性結合組織で覆われ安定した。一方、3μm-500nmの粒子では強い炎症反応が生じ、長期間反応が持続した。(2)材質依存性ニッケル微粒子は溶出イオンによる細胞膜障害作用が強く、細胞生存率は有意に減少した。しかし鉄のイオン溶出量はニッケルより大きいにもかかわらず、溶出が無視できるチタン粒子とほぼ同等なサイズ依存性を示した。生体内不活性の二酸化チタンや生体吸収性の乳酸もチタン粒子と同様の傾向を示した。(3)形状依存性とサイズ依存性二酸化チタンの針状粒子は同サイズの球状粒子に比べると為害性が強く、LDHの漏出量は有意に高かった。針状粒子に対するTNF-α産生量はサイズ依存性が顕著で、粒子サイズが小さいほど有意に高い値を示した。一方、針状粒子に対するIL-1β産生量はサイズによらず、球状粒子に比べ有意に高い値を示した。以上より、一般に材料の組織為害作用は細胞障害を引き起こすイオン溶出による化学的効果が大きい。しかし、マイクロ・ナノ微粒子になるとサイズや形状といった物理的特性による影響が大きくなることが明らかになった。

第二に生細胞に反応を惹起させる臨界寸法を測定することを目的とし生化学的アッセイを行った。結果として50nm程度の二酸化チタンや酸化鉄微粒子に対しても細胞は反応し、サイトカイン等の放出を検出した。細胞の反応が検知できなくなったのは50nm以下であった。しかし、ナノサイズでは細胞表面への付着や粒子同士の凝集を起こすため、微粒子の表面改質等による実験系の検討が必要である。第三に粒形による炎症反応の違いを二酸化チタンの針状・球状粒子を用いて調べた。針状の粒子は同じサイズの球状粒子に比べると為害性が強く、炎症性サイトカインの放出は有意に高かった。
アレルギー疾患に関連した危険因子の疫学的・免疫学的解析

本研究では,富山県内に広く調査地点を設け空中花粉調査を実施し,あわせて地域の病院における患者数とその年次推移について疫学的・統計的解析を行った。更に,昆虫アレルゲン等の職業的暴露歴を有する集団に対して免疫学的検討を加えた。得られた結果は,以下のようなものであった。1.富山県内5地域で5年間の空中花粉調査を実施し,スギ花粉数の年次変動について明らかにした。また,そうした資料をもとに,精度の高い花粉予測方法を開発し,その有効性について検討した。2.富山県内のK病院における,1965年から1993年までの鼻アレルギー患者の年次変動について検討した結果,栄養調査による動物性脂肪の摂取等との間に統計的な関連性が見い出された。季節性鼻アレルギー(大半がスギ花粉症)の場合は,空中スギ花粉飛散数との間に有意な相関が得られたが,そうした成績は,鼻アレルギー発症に対する環境要因の複合作用の重要性を示す成績と考えられた。3.都市部における予備的受療率調査により,浮遊粒子状物質(SPM)など大気汚染物質は,鼻アレルギーに対する症状増悪要因として働き,患者増加に寄与している可能性が示された。更に,職業性暴露のある場合は,昆虫(ユスリカ)アレルゲンも時に重要な役割を果たしていることを,イムノブロッティング法およびELISA法などを用いて証明した。
一次元スピン系における量子効果の研究

今年度は、特に梯子鎖を有する銅酸化物の磁性に注目して実験を行った。物質としては主にLa_<14-X>Ca_XCu_<24>O_<41>及びLa_2Cu_2O_5を用いて行った。前者はCu^<2+>モーメントの2つ足梯子、後者は4つ足梯子を有する物質である。理論的には梯子の足が偶数個の時にスピンギャップが存在し、ギャップの大きさが足の数とともに減少することが予測されている。La_<14-X>Ca_XCu_<24>O_<41>系では、La_6Ca_8Cu_<24>O_<41>大型単結晶を育成し中性子散乱実験を行った。パルス中性子を用いてシングレット基底状態からトリプレット励起状態への磁気励起を高エネルギー領域(200meV)まで測定し、エネルギー_運動量空間での分散関係を完成させた。その結果、最近接Cu^<2+>モーメント間の相互作用のみでなく、4スピン相互作用を導入することにより、より良く実験結果を説明出来ることがわかった。La_2Cu_2O_5では、大型単結晶育成をすることが出来なかったため、粉末試料を用いてミュオンスピン緩和測定を行った。その結果、低温で磁気秩序が存在することがわかり、4つ足梯子間の相互作用が充分大きいことが示唆された。また関連物質として2次元正方格子を有する(La,Sr)_2CuO_4系の中性子散乱による研究を行った。特に絶縁体でスピングラス相が存在するSr低濃度領域での研究を行った。反強磁性相とスピングラス相の境界物質であるSr2%の単結晶で実験を行ない、磁気構造に関して可能性の高いモデル(diagonal stripe構造の核を形成しているというもの)を提唱した。今年度は、特に一次元CuO_2鎖(約90度の角度を持つCu-O-Cuの超交換相互作用で結合)を有する銅酸化物の磁性に注目して実験を行った。物質としては(La,Y,Sr,Ca)_<14>Cu_<24>O_<41>及びCa_<2+X>Y_<2-X>Cu_5O_<10>を用いて行った。これらの物質では、CuO_2鎖上のホール濃度を調節出来るという特徴を持つ。磁気的性質としては、ホールが高濃度にドープされた系ではdimer状態が基底状態となり、ホール濃度が減少すると反強磁性秩序を示すようになる。(La,Y,Sr,Ca)_<14>Cu_<24>O_<41>系では、Sr_<14>Cu_<24>O_<41>(高濃度ホールドープ系)と(La,Ca)_<14>Cu_<24>O_<41>(低濃度ホールドープ系)の大型単結晶を育成し中性子散乱実験を行った。その結果、Sr_<14>Cu_<24>O_<41>においてはCuO_2鎖を含む面においてCu^<2+>(S=1/2)とCu^<3+>(S=0)の2次元的な電荷秩序が起こり、その結果として磁性を持ったCu^<2+>同士がdimerを形成することがわかった。また、La_5Ca_9Cu_<24>O_<41>では低温でCu^<2+>モーメントの磁気秩序が観測され、CuO_2鎖内ではCu^<2+>モーメントが強磁性的に配列することがわかった。さらに、Cu^<2+>モーメントがCu位置に局在せずに酸素との強い混成によって酸素位置にまで拡がっていることを示した。またCa_<2+X>Y_<2-X>Cu_5O_<10>系では、単結晶育成を試みたが、大型単結晶育成をすることが出来なかったため、粉末試料(低濃度ホールドープ系)を用いて帯磁率、比熱、中性子粉末回折測定を行った。その結果、La_5Ca_9Cu_<24>O_<41>と同様にCuO_2鎖内ではCu^<2+>モーメントが強磁性的に配列することや磁気モーメントが酸素位置にまで拡がっていることを示唆する結果を得た。

La_2Cu_2O_5では、大型単結晶育成をすることが出来なかったため、粉末試料を用いてミュオンスピン緩和測定を行った。その結果、低温で磁気秩序が存在することがわかり、4つ足梯子間の相互作用が充分大きいことが示唆された。また関連物質として2次元正方格子を有する(La,Sr)_2CuO_4系の中性子散乱による研究を行った。特に絶縁体でスピングラス相が存在するSr低濃度領域での研究を行った。反強磁性相とスピングラス相の境界物質であるSr2%の単結晶で実験を行ない、磁気構造に関して可能性の高いモデル(diagonal stripe構造の核を形成しているというもの)を提唱した。
ダイナミックフローモデルによるプラスチック環境システムの構築

これまでの研究で、プラスチックについて、代替案(シナリオ)に対応する変更をダイナミックに取り扱うことが可能なモデルを作り、リサイクル技術による循環システムの変化をモデル化し、定量的に解析することができるようになった。今年度は、ポリスチレン(PS)トレーのリサイクルプロセスを含むライフサイクルモデルを作成した。このモデルでは、プラスチックにおけるゼロエミッション指標である原油消費量を指標として複数のリサイクルプロセスを評価できた。しかしながら、リサイクル率は、自由に設定できるパラメタではなく、消費量、消費形態、消費者の行動を含む回収システム、再利用先の需要、全体のコスト、政策など複数の要因によって決まるパラメタであり、循環モデルを評価する場合にはこの点の評価も必要である。そこで本年度は、東京都品川区におけるPSトレーの回収状況の調査に基づいて、自治体が車で拠点を回って回収するというサブシステムのモデルを作成した。拠点数の増減、消費者の協力度の変化、回収頻度や車両の変更などをシナリオとして設定して回収率や環境負荷、人件費を含むコストをシミュレーションできるモデルになっている。広報などによって協力率が増加すると、回収量は急激に増加し、このとき単位回収量あたりのコストも低下する。回収拠点の増設は回収量を増加させるが、単位回収量当りのコストは減少しない。このような検討によってコストを下げ、回収量を増やすゼロエミッション戦略を立てることが可能となる。今後、ダイナミックフローモデルによるプラスチック循環システムのモデル化と評価を行い実現可能なシステムを構築していく。そのためにはゼロエミッションのための分散データベースを管理し、利用し、ダイナミックフローモデルと結合する情報システムが不可欠であり、今年度はオブジェクトリクエストブローカー技術によってこれらの基本システムの設計も行った。
水中巻き足運動時の呼吸循環応答に関する研究

足の届かない水中環境下においては,しばしば,巻き足運動といわれる立ち泳ぎが行われる.近年,我々は,おもりを用いた巻き足の漸増負荷運動テストを考案し,中最大強度までの巻き足運動時では,中及び高強度での巻き足運動時の1回換気量が陸上での一般的な運動時(自転車運動時)より大きくなることを明らかにした.これはおそらく呼吸による浮力の増加に貢献するためと考えられるが,水中安全学習の現場で用いられるような,浮き具によって浮力を十分に増加させた状態(低強度)での巻き足運動時においても,中及び高強度巻き足運動時と同様に,1回換気量が自転車運動時より大きくなるかは明らかでない.また,低強度巻き足運動時のその他の呼吸循環応答(例.換気量や心拍数)の特性(自転車運動時の応答との違い)も不明である.そこで,当該研究では,低最大強度までの,幅広い運動強度における巻き足運動時の呼吸循環応答の特性を検討することを目的とした.巻き足運動を日常的に行っている男性水球競技選手10名を対象に,巻き足及び自転車運動の2条件の漸増負荷運動を行った.当該研究の結果,自転車より巻き足運動時において,11回換気量は,低,中及び高強度運動時でそれぞれ大きく,2換気量及び呼吸回数は,低,中,高及び最大強度運動時で小さく,3心拍数は中,高及び最大強度運動時で小さかった.また,4最高酸素摂取量は両運動間で差はなかった.以上の結果より,巻き足運動時の呼吸循環応答の特性(陸上での一般的な運動時(自転車運動時)の応答との違い)は,呼吸応答については低強度を含む幅広い運動強度で見られるが,循環応答については中最大強度においてのみ見られることが示唆された.27年度が最終年度であるため、記入しない。27年度が最終年度であるため、記入しない。足の届かない水中環境下において水面位に体を維持するには,立ち泳ぎを行うことが必要であり,しばしば,下肢での巻き足運動とその補助的運動である上肢でのスカーリングが用いられる.これらの運動現場や指導現場においては,巻き足運動時にスカーリングを伴うことで相対的な運動強度が低くなる可能性が示唆されている.しかしながら,上肢スカーリングが巻き足運動時の呼吸循環応答及びパフォーマンスに及ぼす影響については明らかではない.そこで本研究では,幅広い運動強度において,上肢スカーリングが巻き足運動時の呼吸循環応答及びパフォーマンスに及ぼす影響を検討した.巻き足運動及び上肢スカーリングを日常的に行っている男性15名を対象に,上肢スカーリングを伴う巻き足運動と巻き足運動のみの2条件の漸増負荷運動(1セット2分間の連続運動)を行った.1セット目は,500mlサイズのペットボトルの浮き(1本あたりの浮力は約0.6 kg重)を8本被験者の体に取りつけ,浮力を増加させた状態で巻き足運動を行った.その後,セット数増加とともに浮きを2本ずつ取り外し,被験者の浮力を減少させた.自重負荷で巻き足運動を1セット行った後は,おもりを1 kg重ずつ付加して,疲労困憊に至るまで運動を継続した.実験中,被験者は肩の高さを水面位に維持し,酸素摂取量,心拍数及び最大運動負荷を測定した.その結果,1.最大下の同一運動負荷における酸素摂取量(運動強度の指標)は,ほぼ全ての同一運動負荷において巻き足運動のみより上肢スカーリングを伴う巻き足運動で低値を示し,2.最大運動負荷及び最高酸素摂取量は,巻き足運動のみより上肢スカーリングを伴う巻き足運動でそれぞれ高値を示した.以上の結果より,巻き足運動時に上肢スカーリングを用いることは,最大下強度での巻き足運動時の運動強度の軽減や,最大運動時のパフォーマンスの向上に貢献する可能性が示唆された.足の届かない水中環境下においては,しばしば,巻き足運動といわれる立ち泳ぎが行われる.近年,我々は,おもりを用いた巻き足の漸増負荷運動テストを考案し,中最大強度までの巻き足運動時では,中及び高強度での巻き足運動時の1回換気量が陸上での一般的な運動時(自転車運動時)より大きくなることを明らかにした.これはおそらく呼吸による浮力の増加に貢献するためと考えられるが,水中安全学習の現場で用いられるような,浮き具によって浮力を十分に増加させた状態(低強度)での巻き足運動時においても,中及び高強度巻き足運動時と同様に,1回換気量が自転車運動時より大きくなるかは明らかでない.また,低強度巻き足運動時のその他の呼吸循環応答(例.換気量や心拍数)の特性(自転車運動時の応答との違い)も不明である.そこで,当該研究では,低最大強度までの,幅広い運動強度における巻き足運動時の呼吸循環応答の特性を検討することを目的とした.巻き足運動を日常的に行っている男性水球競技選手10名を対象に,巻き足及び自転車運動の2条件の漸増負荷運動を行った.当該研究の結果,自転車より巻き足運動時において,11回換気量は,低,中及び高強度運動時でそれぞれ大きく,2換気量及び呼吸回数は,低,中,高及び最大強度運動時で小さく,3心拍数は中,高及び最大強度運動時で小さかった.また,4最高酸素摂取量は両運動間で差はなかった.以上の結果より,巻き足運動時の呼吸循環応答の特性(陸上での一般的な運動時(自転車運動時)の応答との違い)は,呼吸応答については低強度を含む幅広い運動強度で見られるが,循環応答については中最大強度においてのみ見られることが示唆された.

本年度においては,巻き足運動の運動強度を軽減する(運動を楽にする)可能性のある上肢スカーリングが,最大運動強度を含む,幅広い運動強度での巻き足運動時の呼吸循環応答及びパフォーマンスに及ぼす影響を検討するという計画に基づいて着実に研究を推し進め,当該課題と関連する研究成果を国内および国際学会において発表した.また,水中巻き足運動時の呼吸循環応答を幅広い運動強度で検討するために,浮き具を用いた低強度負荷に着目し,低最大強度までの巻き足運動時の漸増負荷テストを考案するなど,次年度以降の研究計画の遂行に向けての準備も十分にできている.27年度が最終年度であるため、記入しない。当初の研究計画では,超最大運動強度での巻き足運動時の呼吸循環応答について検討する予定であったが,当該課題は被験者への負担や機械が水没するリスクが大きい.そのため,標的とする運動強度を変更し,今後は浮き具を用いた低強度負荷に着目し,低最大強度までの巻き足の漸増負荷運動時の呼吸循環応答の特性を検討することを目的として実験を行う.これまでの研究において,中最大強度までの巻き足運動時では,中強度での巻き足運動時の呼吸応答が陸上での運動時(例.自転車運動時)の応答と異なった.このことから,当該研究課題では特に,低中強度における換気量の変化に着目し,巻き足運動時と自転車運動時で,低中強度の呼吸応答や,換気の閾値(通常は中強度付近にみられる)に差がみられるのかを検討する予定である.27年度が最終年度であるため、記入しない。
オステオカルシン量の消長からみた歯周炎における歯槽骨代謝回転

骨芽細胞におけるオステオカルシンの産生・分泌におよぼす因子の影響、及びヒト分離破骨細胞による骨吸収実験系を確立し遊離するオステオカリシンの分子種の検討を行った結果、オステオカルシンの骨代謝に占める役割について以下のことを明らかにすることができた。ひと骨膜由来骨芽細胞様細胞およびヒト骨肉腫由来骨が細胞様細胞株MG63の増殖が一定になってから1,25(OH)Dを加え、培養し、培養上清のオステオカルシン値を測定した。オステオカルシン値の変化は、細胞層のCa濃度と強い相関が認められた。ヒト骨が細胞が分泌するオステオカルシン分子種はインタクトオステオカルシンが主であるが、一部オステオカルシンプロペプチドの分泌も認められた。また、培養の経時的変化を追跡し、ヒト骨芽細胞上清中のインタクト/プロオステオカルシン比は、細胞の石灰化を反映する可能性を示唆している。一方、ヒト破骨細胞と骨片との培養との結果、破骨細胞数に比例して、インタクトおよびN末端オステオカルシン測定系にて検出される分子種の遊離の増加がられた。その際、骨から遊離するオステオカルシンは、N端子オステオカツシンが主であった。このことからN端子オステオカルシンの出現は、骨吸収を反映するものと考えられる。また、ヒト芽球からの破骨細胞形成系でのオステオカルシンは多核の破骨細胞様細胞の形成を促進した。したがって骨代謝におけるオステオカルシンの作用は、骨芽細胞により合成されるオステオカリシンによって石灰化を促進し、骨基質中に蓄えられたオステオカルシンは、破骨細胞による骨吸収でオステオカルシンフラグメントが出現する可能性が示唆された。これらの事実は、骨芽細胞により産生されたオステオカルシンが骨芽細胞による石灰化および破骨細胞の形成を制御することにより、骨の代謝調節に重要な役割を演じていることを示唆するものと考えられる。オステオカルシンは、コラーゲンと同様に骨基質を形成するタンパクであり石灰化した骨および歯牙に含まれている。しかし、破骨細胞により吸収窩が形成される際オステオカルシンが骨からどのような構造で遊離するのか、まったく明らかにされていない。今回われわれは、ヒト破骨細胞を単離し、ヒト象牙質片および骨片とのco-culture系を用いて、培地中に遊離されるオステオカルシン分子種について検討を行なった。ヒトオステオカルシン分解実験:トリプシンによる分解の結果トリプシンの濃度に依存して、インタクトオステオカルシンは、減少し0に収束したが、N-端オステオカルシンは、初期値を維持した。その際、検出されるN-端フラグメントは1-19,1-43であることが明らかとなった。ヒト破骨細胞と象牙質片とのco-cultureの結果:破骨細胞数に比例してインタクトおよびN-端のオステオカルシンの遊離量の増加がみられた。その際、骨から遊離するオステオカルシンはN-端のものが多く、インタクトの割合はその約1020%であった。また、オステオカルシンの測定に用いた抗体は、すべて培地中に含まれる牛胎仔血清には、交叉反応性を示さなかった。今回の検討の結果、次の点が明らかになった。(1)今回用いた免疫測定法は、ヒトオステカルシンに対してすぐれた特異性を有する測定法と考えられる。(2)破骨細胞の骨吸収作用により、インタクトオステオカルシンとN-端オステオカルシンの出現する結果がえられた。

インタクトオステオカルシンは、骨芽細胞においてdominantに出現する結果をすでに得ており、このことからN-端オステオカルシンフラグメントの出現は、骨吸収作用を反映すると考えられた。破骨細胞の骨吸収により、オステオカルシンのN端が特異的に出現する可能性が示された。骨芽細胞におけるオステオカルシンの産生・分泌におよぼす因子の影響、及びヒト分離破骨細胞による骨吸収実験系を確立し遊離するオステオカルシンの分子種の検討を行った結果、オステオカルシンの骨代謝に占める役割について以下のことを明らかにすることができた。ヒト骨膜由来骨芽細胞様細胞およびヒト骨肉腫由来骨芽細胞様細胞株MG63の増殖が一定になってから1,25(OH)_2D_3を加え、培養し、培養上清のオステオカルシン値を測定した。オステオカルシン値の変化は、細胞層のCa濃度と強い相関が認められた。ヒト骨芽細胞が分泌するオステオカルシン分子種はインタクトオステオカルシンが主であるが、一部オステオカルシンプロペプチドの分泌も認められた。また、培養の経時的変化を追跡し、ヒト骨芽細胞上清中のインタクト/プロオステオカルシン比は、細胞の石灰化を反映する可能性を示唆している。一方、ヒト破骨細胞と骨片との培養との結果、破骨細胞数に比例して、インタクトおよびN末端オステオカルシン測定系にて検出される分子種の遊離の増加がみられた。その際、骨から遊離するオステオカルシンは、N末端オステオカルシンが主であった。このことからN末端オステオカルシンの出現は、骨吸収を反映するものと考えられる。また、ヒト芽球からの破骨細胞形成系でのオステオカルシンは多核の破骨細胞様細胞の形成を促進した。したがって骨代謝におけるオステオカルシンの作用は、骨芽細胞により合成されるオステオカリシンによって石灰化を促進し、骨基質中に蓄えられたオステオカルシンは、破骨細胞による骨吸収でオステオカルシンフラグメントが出現する可能性が示唆された。これらの事実は、骨芽細胞により産生されたオステオカルシンが骨芽細胞による石灰化および破骨細胞の形成を制御することにより、骨の代謝調節に重要な役割を演じていることを示唆するものと考えられる。
無線アドホックネットワークにおけるネットワーク主導形パケット転送方式の研究

本研究では,基地局設備やアクセスポイント等のインフラ設備を用いることなく無線通信機能を搭載した端末のみで構築可能なネットワークである無線アドホックネットワークでの通信性能改善を目的としている.一般に,無線アドホックネットワークでは送信元端末主導による通信制御が行われており,ネットワーク状態の把握や適応的な通信制御が困難であるという問題があった.本研究では,その問題に対し,ネットワークにインテリジェンスをもたせることで,ネットワークに送出されたパケットを送信元端末による制御を必要とせずに配送するための方式について検討を実施した.性能評価によって,従来と同等以上の通信性能を有することを確認した.初年度の検討においては,主に無線アドホックネットワークにおける伝送技術としてOpportunistic Routing(OR)技術についての検討を行った.本研究の最終目的であるネットワーク主導形のパケット転送方式では,従来の無線アドホックネットワークにおける経路制御技術とは異なり,送信元端末が主導して経路制御を行わないことを想定している.そのため,ネットワークに送出されたパケットは,ネットワークを構成する端末群によって自律分散的にあて先端末まで配送されることが望まれる.そこで,特定の経路に依存することなく,日和見的にパケット転送に適した端末をその都度選択し,転送を行うORが実際のデータ配送においては重要な役割を担うことが想定される.そこで,従来より研究を行っている技術を基に,より高効率かつ高信頼なパケット転送を実現する仕組みについて検討を行った.提案したORでは,従来より提案されていたバックオフ時間を用いて衝突を回避する仕組みを備えた優先度ベースの手法の弱点である遅延時間の増加に対し,より通信確率の高い端末を優先端末として設定することによって,不要な遅延の増加を抑えることを達成した.また,ORでは,ブロードキャストベースの通信によって転送が行われるため,確認応答の送信や再送制御が困難であるという問題があったが,次ホップ端末による転送を用いた暗示的な確認応答に加え,衝突回避の抑制や損失が発生した場合に備えて明示的な確認応答を導入することによって,より確実な転送を実現した.また,前述した確認応答に加え,再送制御を局所的に導入することによって,損失が発生した場合に備えた機能を実現した.一般に,ORでは経路の多様性によって高い通信成功率を実現しているが,特定のリンクにおける切断が全体に影響を及ぼす可能性がある.そのため,提案手法で導入した再送制御により,より高信頼な通信を実現した.研究計画においては,初年度は主に実際の無線転送技術について検討を行う予定であった.また,実際の進捗においても同様の検討が実施されている.また,初年度の研究によって得られた成果については,すでに国内の研究会や大会等で発表を行った他,現在査読付き論文誌や国際会議などへの投稿を行った.更に,今後の検討課題として,CCNなどの新しいネットワークアーキテクチャの無線アドホックネットワークへの適応があるが,こちらについてもすでに検討を開始しており,本年度に開催される学会等での発表を予定しており,研究進捗に応じて査読付き論文誌や国際会議への投稿を予定している.その他,現時点では手法の評価がシミュレーションでのみ実施されているが,実際の運用環境を想定した場合,シミュレーション上の理想環境以外にも実際の環境での評価が必要不可欠となる.そのため,初年度に購入した小型コンピュータ(Raspberry Pi)を用いて実際に無線アドホックネットワークを構築し,実験評価を行うことを検討している.こちらについても,ネットワーク構築方法についてはすでに検討を行っており,簡易的なネットワーク構築については既に実装を完了している.しかし,より複雑かつ大規模なネットワーク構築手法の実現については更なる検討が必要となるため,今後も手法の検討と並行して検討を進める予定である.本年度の検討においては,初年度に引き続き,Opportunistic Routing(OR)技術についての検討を主に行った.初年度の検討では,従来問題となっていた待機時間を元にしたORに対する改善として,優先転送端末を用いた転送制御について検討を行った.本年度の検討では,初年度の検討に関する改善と併せて,ネットワーク階層化とクラスタリングを用いたスケーラブルなORについての検討を行った.従来,ORでの転送制御には,事前に取得したホップ数,伝送成功率,信号強度などのパラメータを事前にネットワーク全体にわたって取得する必要があり,ネットワーク規模の拡大や即応性,トポロジー変化に対する適応性に問題があった.そこで,ネットワークを小規模な集合,つまりクラスタに分割し,それらを階層的に構成することで,管理対象となる範囲の縮小及びスケーラビリティの向上を図る手法について検討を行った.提案した手法では,Local Cluster,Regional Clusterという2種類のクラスターを用いることで,より柔軟な転送制御を実現した.これは,クラスタリングのメリットである制御の局在化とORのメリットである転送制御の冗長性を併せもつものであり,従来手法と比較して転送効率,スケーラビリティの向上を実現することができた.そのため,この検討によって得られた成果を,本研究の最終目的であるネットワーク主導形パケット転送の基幹部分となる転送制御へ応用することが期待できる.また,同時に検討を行っていた優先転送端末を用いた転送制御においても,再送制御や近傍端末数に応じた優先転送制御を追加するなどし,様々なネットワーク形態に柔軟に対応できるよう改良を実施した.こちらの検討についても,本研究における転送制御に応用可能な技術であるため,ネットワーク形態に応じて転送制御を切り換えるなどの方策が考えられる.研究計画においては本年度はコネクション管理についての検討を中心に行う予定であったが,実際は主に転送制御技術の検討を中心に行った.しかし,本年度検討した内容については,研究全体に対する貢献度が高い部分であるため,より詳細に検討する必要があった.

その結果,査読付き論文誌2件,国際会議3件,その他国内学会などで研究成果の発表を行い,一定の評価を得ることができたと考えられる.また,本年度主に検討予定であった内容については,並行して検討を行っており,最終年度初頭に成果発表を行うことができる予定である.昨年度より実施している実機環境を用いた実験では,小型コンピュータ(Raspberry Pi)を用いてBluetooth LEを用いて無線アドホックネットワークを構築し,シミュレーション評価と実機評価の性能比較を実施した.実機実験では,シミュレーションでは想定できない様々な容易が性能へ影響を与えるため,評価結果に対する更なる考察が必要であると考えられるが,今回の実装で必要となった技術については今後も応用可能であるため,実装フェーズの効率化を実現できると考えられる.本研究においては,主に以下の目的を達成した.(1)無線アドホックネットワークにおけるネットワーク主導形パケット送信方式およびそのルーチング技術,(2)ネットワーク主導形パケット送信を応用した情報配信技術.以下,各項目について説明する.(1)無線アドホックネットワークにおけるネットワーク主導形パケット送信方式では,従来より広く研究が行われているユニキャストルーチング方式とは異なるOR(Opportunistic Routing)と呼ばれるルーチング技術を中心に検討を行った.ORとは,無線媒体を利用した通信が本質的に同報通信であるという性質を利用して,送信者の近傍に位置し,パケットを受信した端末が自律分散的に自信の転送適応度を判断し,日和見的な転送によって宛先までのパケット配送を実現する方式である.そのため,無線アドホックネットワークのように通信環境の時間,空間変化が大きい環境において,適応的な経路制御が可能となり,通信効率の向上及び信頼性向上に寄与する.本研究では,このORを用いたネットワークが自律的にパケット配送を実現する手段として,ノード次数を用いた階層化によってパケット配送に必要なガイドを作成することで,ネットワークに送出されたパケットを送信元端末ではなく,ネットワーク側で自律的に配送するルーチング方式を提案した.(2)ネットワーク主導形パケット送信を応用した情報配信技術では,近年積極的にその利用が行われているジオフェンシング情報配信を無線アドホックネットワークを用いて実現する手法について提案を行った.
パーキンソン病におけるＬードパの個別化処方設計への研究

パーキンソン病(PD)の治療ではLドパは大変有効であるが、長期投与に伴うウエアリング・オフは最も改善すべき問題である。本研究ではLドパ長期投与に伴う薬物動態の変化と遺伝的要因を明らかにする目的で以下の検討を行った。PD患者に、Lドパ単独あるいはLドパとエンタカポン(Lドパ代謝酵素COMTの阻害薬)を併用した場合のLドパ血中濃度と、COMT遺伝子多型が及ぼす影響について検討した。Lドパの血中濃度下面積はCOMTの活性が低い遺伝子多型の場合、エンタカポン投与でも変化しないことが示唆された。よってエンタカポンがLドパの血中濃度に及ぼす影響は、COMT遺伝子多型により変動を受けることが考えられた。パーキンソン病患者の治療において、L-ドパ長期療法による特有の有害反応、特にウエアリング・オフ現象はもっとも改善すべき課題である。本研究ではL-ドパ長期投与に伴う薬物動態の変化と(Pharmacokinetics)、薬物動態に関与する遺伝的要因(Pharmacogenetics)などを明らかにし、個々の患者に最適なL-ドパ療法(併用薬を含む)の設計(患者個別化薬物療法)の開発を目的とする。昨年度はL-ドパの血中濃度とCOMTの遺伝子多型の関与を検討したが、今回はさらにL-ドパの代謝産物3-O-methildopa(3-OMD)についての検討を行った。パーキンソン病患者10名、レビー小体型認知症患者1名を対象とし、L-ドパ(100 mg)単独またはL-ドパ(100 mg)とCOMT阻害薬であるエンタカポン(100 mg)を同時に服用し、服薬前と服薬後に経時的に静脈血を採取し、L-ドパおよびその代謝物である3-O-methildopa(3-OMD)の血中濃度をHPLC-ECDにより測定した。なお、COMTの遺伝子型は野生型(H/H)6例、ヘテロ変異(H/L)4例、ホモ型(L/L)1例であった。エンタカポンの投与によるL-ドパのAUC0-4hの変化については、H/H群およびH/L群で増加傾向が見られ、L/Lの1例ではほとんど変化が見られなかったが、このときの3-OMDの濃度増加はL-ドパ単独投与時はL/L<H/L<H/Hの順で増加したが、エンタカポン併用時は全ての遺伝子型で濃度増加は抑制されていた。よってエンタカポンがL-ドパおよび3-OMDの血中濃度に及ばす影響は、COMT遺伝子多型により変動を受けることが示唆された。今後は、その他の遺伝子多型とL-ドパおよび3-OMDとの関連を検討する予定である。パーキンソン病患者の治療において,L-ドパ長期療法による特有の有害反応,特にウェアリング・オフ現象は最も改善すべき問題点である。本研究では,L-ドパ長期投与に伴う薬物動態の変化と薬物動態(pharmacokinetics)に関与する遺伝的要因(pharmacogenetics)などを明らかにし,個々の患者に最適なL-ドパ療法(併用薬を含む)の設計(患者個別化薬物療法)の開発を目的とする。パーキンソン病患者10名、レビー小体型認知症患者1名を対象とし、L-dopa(100 mg)単独またはL-dopa(100 mg)とCOMT阻害薬であるエンタカポン(100 mg)を同時に服用し、服薬前と服薬後に経時的に静脈血を採取し、L-dopa血中濃度をHPLC-ECDにより測定した。COMTの遺伝子多型はtetra-primer ARMS-PCR法により調べた。その結果、COMTの遺伝子型は、高活性型の野生型(H/H)が6例、ヘテロ型の変異(H/L)が4例および低活性型のホモ型(L/L)が1例であった。エンタカポンの投与によるLーdopaのAUC0-4hの変化については、H/H群、H/L群では増加傾向が見られたが、L/Lの1例ではほとんど変化が見られなかった。よってエンタカポンがLーdopaの血中濃度に及ばす影響は、COMT遺伝子多型により変動を受けることが示唆された。さらに、パーキンソン病患者18名において空腹時の経時的なLドパ血中濃度測定を行った結果、約半数では健常人のデータと酷似した血中濃度プロファイルを示したが、残りでは吸収のピークが観察されなかった。今後、症例数を蓄積し行く予定である。

本研究ではL-ドパ長期投与に伴う薬物動態変化と(Pharmacokinetics)、薬物動態に関与する遺伝的要因(Pharmacogenetics)を明らかにし、個々の患者に最適なL-ドパ療法(併用薬を含む)の設計(患者個別化薬物療法)の開発を目的とする。COMTの遺伝子型は高活性型の野生型(H/H)が6例、ヘテロ型の変異(H/L)が4例および低活性型のホモ型(L/L)が1例であった。エンタカポン投与によるLーdopaのAUC0-4hの変化については、H/H群、H/L群では増加傾向が見られたが、L/Lの1例ではほとんど変化が見られなかった。次にL-ドパの代謝産物3-O-methildopa(3-OMD)についての検討を行ったところ、エンタカポン投与によるL-ドパのAUC0-4hの変化は、H/H群およびH/L群で増加傾向が見られ、L/Lの1例ではほとんど変化が見られなかった。また、このときの3-OMDの濃度増加はL-ドパ単独投与時はL/L<H/L<H/Hの順で増加したが、エンタカポン併用時は全ての遺伝子型で濃度増加は抑制されていた。よってエンタカポンがL-ドパおよび3-OMDの血中濃度に及ばす影響は、COMT遺伝子多型により変動を受けることが示唆された。今後、多施設共同研究を実施し、症例数を蓄積していく予定である。臨床薬学おおむね目標を達成している。所属の移動で研究計画が一時中断したが、概ね目標を達成している。今後は、その他の遺伝子多型とL-ドパおよび3-OMDとの関連を検討する予定である。また、症例数についても蓄積していく予定である。今後、症例数を蓄積し行く予定である。初年度に所属の移動で研究計画が一時中断したため、初年度未使用額が現在も残っているが、研究体制が整ったことにより、現在はより積極的に研究を行っており、予定通り研究費を執行できると考えられる。次年度の研究費については、L-Dopaおよび代謝産物の血中濃度測定と遺伝子解析、さらには論文投稿費用に使用する予定である。次年度の研究費については、追加の症例数の血中濃度測定、遺伝子解析に使用する予定である。
腫瘍細胞株をもちいたGIST悪性化の関連分子の同定とその機能分析

本研究の目的は、消化管間質腫瘍(GIST)の安定細胞株を確立し、その細胞を材料としたプロテオーム分析によりGISTの悪性化に関与する分子を同定することであった。本年度は初年度、かつ最終年度となったが、新潟大学医歯学総合病院で臨床的GISTと診断され、外科的に切除された新鮮腫瘍標本25検体について細胞培養が試みられた。うち、3例は培養開始後、組織学的に非GIST(線維肉腫1例、神経鞘腫2例)と診断され、残り22例においてGISTの組織学的診断が得られた。GIST22例のリスク分類は、超低リスクが1例、低リスクが8例、中リスクが6例、高リスクが2例、転移腫瘍が3例、検査中が2例であった。切除された新鮮腫瘍を細切し、仔牛血清加DMEM培地に培養した。2例が感染のため培養初期に廃棄されたが、20例において初期の培養に成功した。しかしながら、継代を重ねるにしたがい培養細胞はKIT発現を喪失し、それに伴い増殖活性も低下した。残念ながら、現時点では細胞株化に至った症例はいまだにない(継代回数の中央値は6代。最短1代、最長39代)。2例において培養細胞のKIT遺伝子分析が行われ、もととなった腫瘍と同一の遺伝子変異であることが確認された。このことから、培養過程におけるKIT発現の喪失はepigeneticな変化であることが示唆された。より安定的な培養を得るため、培養液の変更、三次元培養、脱メチル化剤の添加などが行われたが、KIT発現および細胞発育の改善は得られなかった。GIST細胞の培養は技術的に難しい。今後、研究を継続するためにはGIST882など他施設保有の細胞株の使用も考慮する必要がある。
放線菌における新規潜在性抗生物質の効率的誘発生産法の開発

放線菌は、現在までに知られている約6000種の抗生物質の過半数を生産する醗酵工業上重要な菌群である。しかし、新規抗生物質のスクリ-ニングは多くの研究者によって長年続けられているが、通常の方法ではこれ以上、新物質の発見は困難だと一般に考えられている。そこで、遺伝子工学的手法を導入することにより、放線菌における潜在性新規抗生物質の効率的誘発生産を試みると共に、その一般性を検討するのが本研究の目的である。得られた結果を要約すると(1)ストレプトマイシン生産菌Streptomyces griseus ATCO10137を変異処理することにより、ストレプトマイシン生合成系酵素(アミジノトランスフェラ-ゼ)欠損変異株SD141株を得た。これを宿主とし、ATCC10137株をDNA供与体、pOA15をベクタ-としてショットガンクロ-ニングを行った。その際当該酵素活性を回復せずに抗菌活性を示す様になったクロ-ンを5個(A,B,C,D,E)取得した。(2)5個のクロ-ンより得た組換えプラスミドの大きさ、制限酵素地図を検討したところ、いずれも異っていた為これらの詳細な地図を作った。(3)各クロ-ンの生産する抗生物質について抗菌スペクトルを作成した。特に生産性の高クロ-ンAはBacillus属細菌に抗菌活性を示すが大腸菌には効果がなかった。(4)クロ-ンAの生産する抗生物質を精製し、その特性を調べた。その結果、当抗生物質は分子量568(C_<33>H_<60>O_7)のグリセオケリンであることが判明した。本抗生物質は疎水性に富み、2量体を形成して、イオノフォアとして作用すると考えられる。
紫外超短パルス光によるコヒーレント分光法の開拓

フェムト(10^<-15>)秒オーダーの超短パルス光を用いて系を励起しそのコヒーレントな応答をみることで動的過程を追うフェムト秒コヒーレント分光法(FCS)という手法が注目されてきている。そこで本研究においては、この手法を用い蛋白質の持つ反応に結合した低振動モードの由来を明らかにし、コヒーレントな過程と反応および蛋白質機能との相関に対する知見を得ることを目的としている。こうした低振動のモードは蛋白質のもつゆらぎと機能の相関に強く関連している。そこでまず蛋白質中に置いてこのような揺らぎがどのように現れてくるか、またそれが機能とどのように関連しているかをヘムタンパク質Cytochrome cを用いて調べた。また、低振動モードと機能_化学反応がどのように結合しているかを蛋白質で詳細に調べるのは非常に困難であるのでポルフィリン結合系のモデル化合物を用いてその電子移動反応を詳細に検討し、コヒーレントな低振動モードが反応に関与していることを直接見いだした。今回タンパク質の光異性化や電子移動は振動緩和が完了するよりも速くps以内に起こる.しかしそれらの反応と振動とのカップリングの詳細はまだよくわかっていない.本研究では反応と振動のカップリングをよりシンプルな系を用いて明らかにするために、ポルフィリン-フェロセン結合系のS_2励起後の光電子移動を、up-conversion法による蛍光寿命測定、およびpump-probe法による過渡吸収測定によって調べた.この系ではポルフィリンが電子アクセプターとなる.さらにpump-probe信号には振動成分がのっており、特にFH_2P-Fcでは、電子移動が終わっているpsの時間領域まで振動成分が続いていた.この振動のcoherencyの保存は、S_1状態と電荷分離状態とが強く相互作用して、電子移動が断熱的に進行した可能性を示した。
眼杯のパターン形成を制御する位置情報シグナルの３次元イメージングによる解析

本研究では、ES細胞由来の眼杯様構造が自己組織的に極性を形成する分子メカニズムについての解明を目的とした。ES細胞からin vitroで分化した眼杯では、背側マーカーと腹側マーカーは相互排他的な発現パターンを示した。このことは、網膜神経上皮には自発的に背腹軸の極性を獲得できるメカニズムが存在することを示している。さらに、三次元形態の解析により、眼杯にはfissureが存在し、三次元形態的に極性を有していた。また、薬理学実験およびイメージングにより、自己組織的なin vitroの眼杯形成はダイナミックな複数の分子シグナルに制御された背腹軸パターン形成を伴うものであることが示された。本研究では、ES細胞由来の眼杯様構造が自己組織的に極性を形成する分子メカニズムについての解明を目的としている。本年度はまず、マウス眼杯の極性マーカーであるVax2およびTbx5を特異的に認識する抗体を作製することを行った。Vax2は眼杯の腹側で、またTbx5は眼杯の背側で発現するマーカーである。それぞれのポリクローナル抗体を得るためにウサギおよびモルモットに抗原を投与し、血清からそれぞれのタンパク質を特異的に認識する抗体を得た。得られた抗体を用いてマウス胚凍結切片を免疫染色した結果、眼杯でのVax2およびTbx5の特異的な発現パターンと同様の染色パターンを得ることができた。作製した抗体を用いて、ES細胞からin vitroで分化した眼杯を染色した結果、Tbx5とVax2は相互排他的に眼杯の違う領域に発現していることが明らかになった。このことはレンズや問葉系細胞などの多の組織がない状況において、網膜神経上皮には自発的に背腹軸の極性を獲得できるメカニズムが存在することを示している。眼杯の背腹方向の極性形成機構をさらに詳細に解析するために、Tbx5遺伝子の発現動態をリアルタイムで観察できるノックインES細胞の樹立をめざした。Tbx5の遺伝視座にtdTomatoを発現するノックインコンストラクトを作製し、Rx-GFPノックインES細胞にエレクトロポレーションにより導入した。その結果、相同組み替えを起こしたES細胞株を得ることができた。さらに、眼杯の形態的な極性と遺伝子の発現パターンとの相関の有無を解析するために、ES細胞から分化させた眼杯の連続切片をTbx5およびVax2の抗体で染色し、三次元再構成を行った。その結果、眼杯の片方には常に切れ目が存在し、三次元形態的に極性を有していることが明らかになった。このような切れ目(fissure)がある側には多くの場合はVax2が発現していた。これらの実験結果から、眼杯の形態および遺伝子発現パターンの極性形成機構には自己組織的な側面が大きく寄与していることを示している。前年度までに、マウス眼杯の極性マーカーであるVax2(腹側)およびTbx5(背側)を特異的に認識する抗体を作製し、ES細胞からin vitroで分化した眼杯を染色した結果、Tbx5とVax2は相互排他的に眼杯の違う領域に発現していることが明らかになった。このことはレンズや間葉系細胞などの多くの組織がない状況において、網膜神経上皮には自発的に背腹軸の極性を獲得できるメカニズムが存在することを示している。本年度は、眼杯の形態的な極性と遺伝子の発現パターンとの相関の有無を解析するために、Tbx5とVax2の抗体を用いて組織を蛍光免疫染色し、Lightsheet顕微鏡を用いて三次元再構成を行った。その結果、眼杯には切れ目(fissure)が存在し、三次元形態的に極性を有していることが明らかになった。さらに、これらの極性マーカーの発現がどのような分子シグナルによって制御されているのかを明らかにするために薬理学的実験を行った。その結果、BMPシグナルおよびWntシグナルが背側領域の誘導に大きく寄与していることが明らかになった。また、Wntシグナルを可視化することのできるES細胞株を作成し、眼杯形成過程に置けるWntシグナルの動態を長期タイムラプス撮影によって解析した。その結果、Wntシグナルが眼杯形成に先立って局所的に上昇する現象が観察された。これらの実験結果により、自己組織的なin vitroの眼杯形成はダイナミックな複数の分子シグナルに制御された背腹軸パターン形成を伴うものであることが明らかになった。当初の予定通り、抗体の作成とノックインES細胞の作成に成功した。また、三次元形態を定量的に解析できる実験系の構築にも成功した。25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後は予定通り、眼杯の三次元形態および遺伝子発現パターンの極性形成過程の4Dイメージングを行う。同時にShhやWntシグナルの定量的な解析を行い。これらのシグナルがどのように眼杯の三次元形態形成に寄与しているのかを明らかにしたい。25年度が最終年度であるため、記入しない。
腸内細菌叢を介した報酬系摂食調節に有効な食物繊維処方の開発

肥満者・非肥満者において食物繊維摂取と摂食調節,特に脳報酬系による調節機能との関連を明らかにし,それらの関係に寄与する腸内細菌叢を探索する.さらに,肥満者・非肥満者それぞれの摂食行動調節に有効な食物繊維処方を明らかにする.肥満者・非肥満者各30名を対象に,食物繊維摂取が摂食行動を抑制するか否かを一過性,及び長期的介入により検討する.摂食行動は一般的に質問紙により評価されるが,認知機能評価法であるストループテストを改変し応用することで,食物への潜在意識と実行機能を合わせて客観的に評価し,肥満者の肥満関連行動に対する過小評価の問題を解決しようとする点が本研究の特徴である.肥満者・非肥満者において食物繊維摂取と摂食調節,特に脳報酬系による調節機能との関連を明らかにし,それらの関係に寄与する腸内細菌叢を探索する.さらに,肥満者・非肥満者それぞれの摂食行動調節に有効な食物繊維処方を明らかにする.肥満者・非肥満者各30名を対象に,食物繊維摂取が摂食行動を抑制するか否かを一過性,及び長期的介入により検討する.摂食行動は一般的に質問紙により評価されるが,認知機能評価法であるストループテストを改変し応用することで,食物への潜在意識と実行機能を合わせて客観的に評価し,肥満者の肥満関連行動に対する過小評価の問題を解決しようとする点が本研究の特徴である.
高エネルギー荷電粒子の核破砕反応による誘導放射能の物質内分布に関する系統的研究

本研究では、高エネルギー荷電粒子の核破砕反応による核種生成断面積の系統的な実験データを取得し、その結果に基づいた高エネルギー重イオン加速器施設の誘導放射能評価に役立つ知見を得ることを目的として照射実験を行い、高エネルギー荷電粒子入射によって生成する核種の生成断面積及び誘導放射能の系統的測定を行った。照射実験は放射線医学総合研究所のHIMAC (Heavy Ion Medical Accelerator in Chiba)で行った。本研究ではスタックフォイル法を用いてターゲットを作成した。銅板を重ねてターゲットとし、銅板の間に誘導放射能を測定するための放射化試料を挿入した。100800MeV/nucleonのNe,C,He,p,Ar,Siイオンをターゲットに照射した。照射終了後、放射化試料に生成した放射性核種から放出されるγ線を高純度Ge検出器で測定した。高純度Ge検出器で測定されたγ線スペクトルから、核種生成率を求めた。核種生成率から核種生成断面積、生成放射能のターゲット内空間分布をそれぞれ求めた。核種生成断面積の入射粒子、エネルギー依存性は生成核種と親核である銅との質量数差に依存することがわかった。この実験結果を用いて、重イオン輸送モンテカルロコードPHITSの誘導放射能計算精度評価と重イオン入射による核種生成断面積、銅ターゲット全体での誘導放射能、誘導放射能からのガンマ線線量評価を行った。PHITSコードの計算結果は全体的に実験結果と良い一致を示した。実験で得られた核種生成断面積を半経験式にフィットし測定できなかった核種の生成断面積を評価した。生成核種の質量数分布を求め、その傾きのエネルギー依存性を調べたところ全入射エネルギー1GeV以上ではlimiting fragmentationが起こっていることが確認できた。また、生成放射能のターゲット内空間分布から銅ターゲット全体での誘導放射能と誘導放射能からのガンマ線線量薫評価した。誘導放射能は核子あたりのエネルギーが大きいほど大きくなり、同じ核子あたりエネルギーでは飛程が長いほど大きくなっている。ガンマ線線量も誘導放射能と似た傾向を示している。本研究で得られた成果は高エネルギー重イオン加速器施設の安全設計や高エネルギー重イオン核反応計算コードのベンチマークデータとして非常に有用である。