hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ストレンジネスを含む原子核の研究

ストレンジネスを含む原子核に関していくつかの研究を行った。1,(π^-,K^+)二重電荷交換反応による中性子過剰のハイパー核生成を試みた(KEK-PS E521実験)。2002年に^<10>Bを標的とし約3週間データ収集を行い、K^+がきれいに分離されていることを確認し、さらに^<10>_ΛLiの束縛状態に対応するところにシグナルと考えられるイベントを約20個見いだした。この結果に基づき、2003年には統計量を増やすextension run行った。解析の結果、束縛状態に約44個にイベントを確認した。backgroundは無視できるので、世界で初めて(π^-,K^+)反応による中性子過剰のハイパー核の生成に成功した。これは、将来のよりexoticな^7_ΛHハイパー核等の生成の道を開き、また中性子星の内部の研究につながっていくと考えられる。現在letter paperを準備している。2,シグマハイパー核の実験データの整理が完了し、letter paperに続くfull paperを書き上げ、投稿直前である。letter paperではSi標的の速報であったが、full paperではC,Ni,In,Biの標的に関するデータと、より詳しい理論計算に基づく議論を行った。解析理論には未解決の問題があり、複数の理論家と議論しているが、Σの核に対するpotentialは斥力であるとの結論を得ている。3,KEKでのハイパー核のガンマ線測定実験に参加した。^<11>Bを標的とした(π^+,K^+)反応で^<11>_ΛBを生成し、そこからのガンマ線が新たに6本観測された。これらから、Λ粒子と核子の間のスピンに依存する相互作用の議論を行っている。4,その他、SPring8でのハイペロン生成実験、阪大核物理研究センターでの弱相互作用によるΛ粒子生成実験に参加した。1,新しい試みとして、(π^-,K^+)二重電荷交換反応による中性子過剰のハイパー核生成実験の可能性を検討し、高エネルギー加速器研究機構(KEK)にproposalを提出した。これは、^7_ΛH等の極限状態のハイパー核を作るという目的と同時に中性子星の内部の研究に役立っと考えられ、KEK-PS E521実験として認められた。8月に準備を行った後、9月から^<10>Bを標的とし約3週間データ収集を行い、順調に実験を終了した。その後早速解析を行い、K^+がきれいに分離されていることを確認し、さらに^<10>_ΛLiの束縛状態に対応するところにシグナルと考えられるイベントを約20個見いだした。これだけでも十分な成果であるが、更に確証を得る事と、基底状態のエネルギーを求めるために統計量を約3倍に増やすextension runを申請中である。2,シグマハイパー核の実験データの整理が完了し、投稿論文がPhys.Rev.Lett.に掲載された。3,KEKでのハイパー核の弱崩壊機構に関する実験に参加した。^<12>Cを標的とし、中性子の関与する崩壊と陽子の関与する崩壊の比、および中間子の関与しない崩壊に関する偏極係数の高精度のデータを得た。予備的解析の結果、いずれの測定量に関しても従来の値と大きく異なる新たな結果が得られる見通しである。4,ブルックヘブン国立研でのダブルハイパー核生成実験のために、標的付近に設置するvertex chamberの開発を進めている。3層構造を持つ薄膜のprinted circuitを試作している。又、中心装置であるCDSの改造はほぼ完了した。
悪性脳腫瘍の分化制御におけるメチル化CpG結合タンパクMBD1の機能的解析

メチル化DNA結合タンパクの一つであるMBD1は、メチル化CpGに結合し、転写を抑制するエピジェネティックな情報の媒介因子である。膠芽腫ではMBD1の転写後のスプライシングに異常が生じ、正常細胞では発現量の低い短いアイソフォームを優位に発現している。このスプライシングの制御機構や腫瘍特異的なアイソフォームの機能に関して解析を行った。MBD1のスプライシング異常をモニタリングするシステムを構築した。腫瘍特異的なアイソフォームを阻害することにより膠芽腫細胞の増殖が抑制されることを明らかにした。これらの結果はMBD1の異常が発がんやがん形質に寄与していることを示唆している。悪性グリオーマの各分化レベルにおけるMBD1の機能を探索するために発現様式の決定を目指した。メチル化DNA結合タンパクMBD1には、N末端から3番目のシステインリッチドメインの有無に違いがあるアイソフォームがある。この領域を持つMBD1(CXXC-3)は、線維芽細胞増殖因子2の転写抑制や悪性グリオーマ細胞のアポトーシスを誘導する機能を示すが、この領域を欠くMBD1(ΔCXXC-3)は、これらの機能が損なわれている。この2つのアイソフォームの発現が、がん化や細胞分化レベルによる変動と相関性があるか検討するために、正常組織及び細胞や悪性グリオーマ幹細胞株とその分化細胞において、半定量的PCRや定量的PCRを用いて、それぞれのmRNA量を測定した。精巣や星状細胞ではCXXC-3の発現が多く、反対に、神経細胞やテロメレース不死化線維芽細胞株ではΔCXXC-3の発現が多いことが観察された。大部分のグリオーマ細胞では、以前の報告と一致してΔCXXC-3のmRNAは、CXXC-3と比較して、約10倍程度、多いことが検出された。しかしながら、一部のグリオーマ幹細胞の初代培養では、ΔCXXC-3よりもCXXC-3を多く発現した。このシステインリッチドメインは、悪性グリオーマ幹細胞に対するマーカーやこの領域を発現制御する治療標的となる可能性が考えられた。さらに、MBD1のゲノム領域の機能的解析を目的として、各種ベクターからなる資材の整備を進めている。細胞の増殖や分化におけるメチル化DNA結合タンパクMBD1の機能を明らかにするために、精巣、神経細胞、星状細胞、悪性グリオーマ細胞とその幹細胞におけるMBD1アイソフォーム(CXXC-3、ΔCXXC-3)の発現を定量化し、細胞特異的な発現制御を見出していた。これらのアイソフォームはCXXC-3ドメインをコードするエキソン12の有無を決定する選択的スプライシングにより生じる。このアイソフォームの発現量をレポートするシステムの構築や発現量に依存した各種細胞の濃縮に応用するためにCXXC-3ドメインをコードするエキソン12の周辺領域を含むmini gene constructを作成した。エキソン12が含まれないスプライシング様式(ΔCXXC-3)を示す場合にレポーター遺伝子が発現するベクターを各種細胞に遺伝子導入し、レポーターとして用いたルシフェラーゼ活性とqRT-PCRにより定量化したΔCXXC-3の発現量を検討すると正の相関性が得られた。このベクターをさらに改変することで細胞ソーティングや薬剤耐性による選択培養により、スプライシングフォームの異なる細胞を濃縮後、細胞の性状解析が可能である。また、エキソン12がコードするアミノ酸配列に対する抗体を作成し、ウエスタンブロッティングや免疫細胞化学染色により、CXXC-3のアイソフォームを特異的に認識することを確認できた。この抗体を用いることでMBD1の2つのアイソフォームCXXC-3とΔCXXC-3の悪性脳腫瘍組織や細胞における分布や局在を検討することが可能になった。MBD1のスプライシングフォームをレポートするベクターを完成させ、さらに、それを確認するために有用な抗体も作成できている。また、この抗体を膠芽腫組織における発現検索に用いることでMBD1のアイソフォームの腫瘍生物学的な機能を評価することが可能である。メチル化DNA結合タンパクMBD1はDNA結合モチーフであるCXXCドメインが3つ含まれ、選択的スプライシングによりこのドメインを1つ欠くアイソフォーム(ΔCXXC-3)を作り出している。脳腫瘍細胞株ではΔCXXC-3が多く発現し、正常組織では野生型(CXXC-3)が多く発現している。前年までの本課題の研究により、脳腫瘍細胞においてCXXC-3は一定レベルで発現し、ΔCXXC-3の発現が亢進していることを明らかにしていた。この結果から、ΔCXXC-3が腫瘍特異的に発現していることが脳腫瘍のがん形質において重要である可能性が考えられたので、ΔCXXC-3を特異的に阻害することを試みた。ΔCXXC-3を特異的に阻害するためにこのアイソフォームに特異的なスプライシングジャンクションの部位にsiRNAを設計した。膠芽腫細胞株におけるΔCXXC-3のノックダウンは、タンパクレベルで確認され、細胞増殖の抑制効果を示した。また、膠芽腫細胞株のΔCXXC-3を過剰発現した細胞を樹立し、ヌードマウス皮下への移植により腫瘍形成を試みたが、造腫瘍性の亢進は観察されなかった。これらのことから、膠芽腫細胞におけるΔCXXC-3の発現量は細胞増殖や腫瘍形成を支持するに十分であり、これを抑制することで抗腫瘍効果が得られることが分かった。CXXC-3の過剰発現が細胞増殖を抑制すること併せて考えるとΔCXXC-3はCXXC-3に対して優性阻害効果を示し、細胞の不死化に寄与している可能性が考えられる。

また、この成果を遺伝子治療法の開発に活用するためにsiRNAをin vivoでデリバリーするナノパーティクルによるシステムを構築した。メチル化DNA結合タンパクの一つであるMBD1は、メチル化CpGに結合し、転写を抑制するエピジェネティックな情報の媒介因子である。膠芽腫ではMBD1の転写後のスプライシングに異常が生じ、正常細胞では発現量の低い短いアイソフォームを優位に発現している。このスプライシングの制御機構や腫瘍特異的なアイソフォームの機能に関して解析を行った。MBD1のスプライシング異常をモニタリングするシステムを構築した。腫瘍特異的なアイソフォームを阻害することにより膠芽腫細胞の増殖が抑制されることを明らかにした。これらの結果はMBD1の異常が発がんやがん形質に寄与していることを示唆している。メチル化DNA結合タンパクMBD1のminigene constructの作製に時間を要した。MBD1アイソフォームのレポーターベクターを導入した細胞をフローサイトメトリーにより細胞分化レベルや細胞周期を解析することで膠芽腫の細胞分化とMBD1の機能の関連性を明らかにする。siRNAを用いたノックダウンにより膠芽腫細胞におけるアイソフォームΔCXXC-3の癌形質における機能を検討する。CXXC-3特異的な抗体により悪性脳腫瘍の悪性度との相関性を解析する。脳神経外科学悪性グリオーマの各細胞分化レベルにおけるMBD1の発現様式の決定CXXC-3ドメインの有無に差のあるアイソフォームを識別する抗体が存在しないため、ネイティブなタンパクレベルでの解析に限界がある。このアイソフォームの機能等を予測するために、この領域に対する抗体作製を開始した。また、抗体が上手く出来ない場合も考慮して、生細胞で使用出来、mRNAレベルでアイソフォームを検出するmolecular beaconの作製も予定している。解析は、悪性グリオーマ患者由来の臨床検体や細胞株等を用いて、免疫組織化学染色やフローサイトメトリーで実施する。MBD1のノックアウトやノックダウンによる機能的解析shRNAとゲノム編集の技術を利用してMBD1をノックダウンし、分化誘導により幹細胞及び分化細胞マーカーの発現変化をフローサイトメトリーと免疫染色により観察する。また、これに伴うがん幹細胞の治療抵抗性の変動や造腫瘍性に与える影響も検討する。さらに、MBD1をノックアウトした悪性グリオーマの分化細胞におけるリプログラミング活性を幹細胞の出現や多組織の細胞への分化を指標にして検討する。研究の中の極一部であるが、大きな経費がかかる解析が完了していない。研究の進行が若干、遅延したために予算の全てを消費しなかった。予定通りに研究を遂行するために消耗品に使用する予定である。
分子シャペロンによる蛋白質折れたたみ機構の1分子蛍光イメージング解析

シャペロニンGroELは、ATP加水分解を伴いながらGroESと結合解離を繰り返し、タンパク質の折れたたみを助けている。我々は、全反射照明による1分子蛍光イメージング法を用いてGroESとGroELの結合・解離を1分子レベルで観察することに成功した。両者の結合時間を解析した結果、シャペロニン反応サイクルが時定数3秒、5秒の2つの律速過程から構成されていることを明らかにした。また、酸変性したGFPをGroELに結合させ、ATPとGroESを加えることによりGroEL内部でGFPの折りたたみを1分子イメージングすることに成功した。その結果、反応開始後3秒間は折れたたみが抑制されていることを示した。さらに、ATP加水分解反応を詳細に解析し、時定数5秒の新たなGroEL-GroES-ADP複合体(cis ADP*-complex)の存在を明らかにした。次に、GroELを構成する2つのリングの両方にGroESが結合した中間状態(Football型複合体)が、反応サイクル中に存在することを確かめるため、高濃度(1μM)の蛍光GroES存在下で、GroESとGroELの結合・解離過程を1分子蛍光イメージングする方法を開発した。このために、ガラス基板に金属薄膜を100nm蒸着し、金属部分に直径約100nmの微小な穴を開けた。このナノ開口にガラス面側からレーザー光を照射すると局所的なエバネッセント場が発生し、溶液中に1μMの蛍光が漂っていても1分子蛍光イメージングすることが可能になった。この手法を用いて、ナノ開口に蛍光標識したGroELを固定し1μM GroES存在下でGroESの結合解離反応を1分子蛍光イメージングした。シャペロニンGroELは、ATP加水分解を伴いながらGroESと結合解離を繰り返し、タンパク質の折れたたみを助ける。我々は1分子蛍光イメージング法を用いて、反応サイクルが時定数3秒、5秒の2つの律速過程から構成されていることを示した。また、GroELに結合した酸変性GFPは、GroESが結合した後の3秒間は折れたたみが抑制されていることを示した。以上の結果は、8秒の単一の律速過程しか持たない従来の反応サイクルのモデルでは説明できない。そこで、これまでほとんど行われていなかった変性タンパク質が存在する条件でのGroELのATP加水分解活性を詳細に検討した。我々は、ATP加水分解に伴う3つの反応:(1)リン酸の生成速度、(2)リン酸の放出速度、(3)ADPの放出速度を測定した。手法として、それぞれ(1)マラカイトグリーン法、(2)Pi Binding Protein、(3)NADH酸化反応とカップルさせたADPからのATP再生反応を利用した。その結果、GroESが結合した後、3秒でATP加水分解とPi放出が起こり、さらに5秒を経てADPが放出された。これまで、GroEL-GroES-ADP複合体(cis ADP-complex)は、生理的条件下で1秒以内に解離すると考えられてきた。しかし今回ATP加水分解反応を速度論的に解析することで、時定数5秒の寿命を持った別のGroEL-GroES-ADP複合体(cis ADP*-complex)の存在が明らかになった。我々は、1分子蛍光イメージング法を用いて、反応サイクルが時定数3秒、5秒の2つの律速過程から構成されていることを示した。これらの律速過程が、ATPase反応とどのように関係しているかを調べた。このために、変性タンパク質が存在する条件でGroELのATP加水分解活性を詳細に検討した。ATP加水分解に伴う3つの反応:

(1)リン酸の生成速度、(2)リン酸の放出速度、(3)ADPの放出速度を測定した。手法として、それぞれ(1)マラカイトグリーン法、(2)Pi Binding Protein、(3)NADH酸化反応とカップルさせたADPからのATP再生反応を利用した。その結果、GroESが結合した彼、3秒でATP加水分解とPi放出が起こり、さらに5秒を経てADPが放出された。これまで、GroEL-GroES-ADP複合体(cis ADP-complex)は、生理的条件下で1秒以内に解離すると考えられてきた。しかし今回ATP加水分解反応を速度論的に解析することで、時定数5秒の寿命を持った別のGroEL-GroES-ADP複合体(cis ADP*-complex)の存在が明らかになった。シャペロニンGroEL,は、ATP加水分解を伴いながらGroESと結合解離を繰り返し、タンパク質の折れたたみを助けている。我々はGroESとGroELの結合・解離過程を全反射照明による1分子蛍光イメージング法を用いて観察し、シャペロニン反応サイクルが時定数3秒、5秒の2つの律速過程から構成されていることを明らかにした。また、GroELに結合した酸変性GFPは、GroESが結合した後の3秒間は折れたたみが抑制されていることを示した。さらに、ATP加水分解反応を詳細に解析し、時定数5秒の新たなGroEL-GroES-ADP複合体(cisADP^*-complex)の存在を明らかにした。次に、GroELを構成する2つのリングの両方にGroESが結合した中間状態(Football型複合体)が、反応サイクル中に存在することを確かめるため、高濃度(1μM)の蛍光GroES存在下で、GroESとGroELの結合・解離過程を1分子蛍光イメージングする方法を開発した。このために、ガラス基板に金属薄膜を100nm蒸着し、金属部分に直径約100nmの微小な穴を開けた。このナノ開口にガラス面側からレーザー光を照射すると局所的なエバネッセント場が発生し、溶液中に1μMの蛍光が漂っていても1分子蛍光イメージングすることが可能になった。この手法を用いて、ナノ開口に蛍光標識したGroELを固定し1μM GroES存在下でGroESの結合解離反応を1分子蛍光イメージングした。
サイエンスミュージアムにおけるオープンデータ利活用基盤に関する研究

本研究では,サイエンスミュージアムにおけるオープンデータの情報共有・配信基盤の構築と,これらを活用したアプリケーションの開発およびその実践的活用を実施した.システムの構築およびコンテンツ開発にあたってはデータの2次利用を念頭に入れ,また実際の作業には学芸員の意見を取り入れ,屋外での星空観察会等においてシステムおよびコンテンツの有効性を評価した.本研究では,ミュージアムにおけるオープンデータの情報共有・配信基盤の構築と,これらを活用したアプリケーションの開発およびその実践的活用を目的とする.特に自治体の出先機関でもあり,同時に生涯学習の場として市民との接点が多いサイエンスミュージアム等では,これまでの行政機関としての情報公開のみならず,新たな学習教材開発等の具体的側面からも各種方策が求められている.本研究では,近年期待が高まるオープンデータ推進を加速させる情報基盤プラットフォームの開発をミュージアムに特化した形で実現する.これによりミュージアムにおける新たな情報共有と配信の仕組みをオープンデータに基づく技術開発によって整備することで,科学館と来館者の双方に利点を提示し,オープンデータ利活用の新たな可能性を明らかにする.研究期間初年度となる平成27年度には、おもに下記2点について研究を実施した。・政府が実施する諸政策についての動向および国内外事例の調査内閣府が推進するオープンデータ推進戦略に関連する各種会議・委員会についての調査を実施したほか、総務省が実施する「公共クラウド」や経済産業省の「共通語彙基盤」などAPI公開が進む関連システムについての調査を行い、今後のミュージアムにおけるオープンデータ推進の可能性についての有用な知見を得た。・ミュージアムでの活用に特化したオープンデータ情報基盤にかかる調査と試作検討オープンデータ配信基盤システムにかかる調査の結果、オープンソースのSPARQL endpointである「Virtuoso」が本研究を進める上で有効であるとの知見を得た。これに基づき構築したワークステーション上にSPARQL endpointを試験導入した。本試作システムの稼働試験を実施し、一定の有効性を確認した。内閣府や総務省・経済産業省等のオープンデータに関連する諸政策についての調査を実施するとともに、国内外のオープンデータプラットフォームについて、関連する研究事例についての調査検討を実施した。調査の結果から、本研究が目的とするミュージアムにおけるオープンデータの情報共有・配信基盤構築に必要かつ有効な事例調査結果と知見を得たほか、次年度に実施予定の本格的な情報基盤構築につながる各種の試作試験を予定通り実施することができた。当初、オープンデータ配信基盤の調査においてApache Jenaプロジェクトによりオープンソースとして公開されている「Fuseki」による試作構築を想定していたが、調査の結果、当ソフトウェアが得意とするオントロジー分野に特化した機能よりも、データ利活用をより効率的に行うことが可能な機能を有するソフトウェア「Virtuoso」の活用を行う方がより望ましいとの結論を得、これに基づく各種検証を実施した。両ソフトウェアは機能の特徴こそ異なるが、いずれも同種の「SPARQL endpoint」であるため、プラットフォーム構築の方向性については当初の予定から何ら変更をもたらすものではないものと考える。なお研究調査を行う過程において、ミュージアムにオープンデータとして公開するコンテンツの種類の一つに、画像によるオープンデータ公開の有効性が高いことが分かった。次年度の検討課題としたい。本研究では,ミュージアムにおけるオープンデータの情報共有・配信基盤の構築と,これらを活用したアプリケーションの開発およびその実践的活用を目的とする.特に自治体の出先機関でもあり,同時に生涯学習の場として市民との接点が多いサイエンスミュージアム等では,これまでの行政機関としての情報公開のみならず,新たな学習教材開発等の具体的側面からも各種方策が求められている.本研究では,近年期待が高まるオープンデータ推進を加速させる情報基盤プラットフォームの開発をミュージアムに特化した形で実現する.これによりミュージアムにおける新たな情報共有と配信の仕組みをオープンデータに基づく技術開発によって整備することで,科学館と来館者の双方に利点を提示し,オープンデータ利活用の新たな可能性を明らかにする.研究期間2年目となる平成28年度には、おもに下記3点について研究を実施した。・政府や自治体が推進するオープンデータ施策についての動向および国内外事例の調査:名古屋市科学館や長野県須坂におけるオープンデータ推進施策について、学芸員や自治体担当者と連携しつつ進めた。・ミュージアムにおけるオープンデータ活用基盤システムの改良および調整:昨年度試作開発したオープンデータ活用基盤システムに格納するデータの標準化フォーマットの策定およびデータ登録ならびにこれに基づくシステムの改良を実施した。・オープンデータ活用基盤システムを用いた星空観望会やワークショップの実証実験の実施:開発システムおよび登録したオープンデータを元にAPIならびにアプリケーション試作開発を実施し、これらを実証フィールドにおいて活用した。・政府や自治体が推進するオープンデータ施策についての動向および国内外事例の調査・ミュージアムにおけるオープンデータ活用基盤システムの改良および調整・オープンデータ活用基盤システムを用いた星空観望会やワークショップの実証実験の実施

本研究では,ミュージアムにおけるオープンデータの情報共有・配信基盤の構築と,これらを活用したアプリケーションの開発およびその実践的活用を目的とする.特に自治体の出先機関でもあり,同時に生涯学習の場として市民との接点が多いサイエンスミュージアム等では,これまでの行政機関としての情報公開のみならず,新たな学習教材開発等の具体的側面からも各種方策が求められている.本研究では,近年期待が高まるオープンデータ推進を加速させる情報基盤プラットフォームの開発をミュージアムに特化した形で実現する.最終年度となる平成29年度には、初年度および2年度目に構築したプラットフォームおよびアプリケーションの最終評価を行うため,名古屋市科学館学芸員や名古屋大学をはじめとする愛知県内の大学研究者,およびインターネットコミュニティ上の協力者からの助言を得つつ実証試験を実施した.・名古屋市科学館での、画像オープンデータを活用した星空観測の適時情報通知システムの開発と実証実験の実施。・長野県須坂市での須坂市中央公民館主催事業「こども21すざか未来大学星空観察会」(計2回)および峰の原高原観光協会主催事業である「星空観察会」(計3回)における、屋内および屋外でのオープンデータを活用したアプリおよび学習教材の活用。・名古屋市科学館および半田空の科学館における皆既月食イベントを共同開催と、オープンデータを活用した教材開発およびインターネットによる情報配信の実施。・名古屋市科学館をはじめとするサイエンスミュージアムや個人が投稿可能な写真のオープンデータを投稿可能なウェブシステム「写真オープンデータサイト」の試作。本研究では,サイエンスミュージアムにおけるオープンデータの情報共有・配信基盤の構築と,これらを活用したアプリケーションの開発およびその実践的活用を実施した.システムの構築およびコンテンツ開発にあたってはデータの2次利用を念頭に入れ,また実際の作業には学芸員の意見を取り入れ,屋外での星空観察会等においてシステムおよびコンテンツの有効性を評価した.引き続き関連府省によるオープンデータ戦略の推進状況に注目するとともに、本研究を進める上で必要な調査を継続して実施する。
カーボンナノチューブの接合および塑性加工のモデリングとシミュレーション

1.電子状態計算および分子動力学計算に基づくモデリングおよびシミュレーションによって、カーボンナノチューブに種々の欠陥(SW、5員環、7員環など)がいかに導入されうるかを詳細に検討し、欠陥生成(塑性変形)をコントロールするのに必要な条件に関する知見を獲得した。そして、これらの欠陥がカーボンナノチューブの機械的特性、熱伝導特性、および電気的特性に与える影響を調べた。さらには、導入される欠陥の種類によって、金属原子のカーボンナノチューブへの吸着現象がどのように変化するか調べた。これらの得られた知見により、高機能ナノ構造物の設計者が、その構成部材へ期待する要求を的確に満足するようナノチューブを加工するための指針を与えた。2.カーボンナノチューブがX形、Y形等に接合する際には、接合部において6員環以外の欠陥構造が必要となり、それが構造物全体の熱伝導特性や電気的特性に影響を与えると考えられる。電子状態計算と分子動力学計算に基づくモデリングおよびシミュレーションによって、カーボンナノチューブの接合部がカーボンナノチューブを構造部材として創製したナノ構造物全体に熱伝導特性や電気的特性の観点からどのような影響を与えるかを詳細に検討した。ここで得られた知見によって、ナノ構造物を設計する際に、カーボンナノチューブ同士の接合形態や接合部の配置をどのようにすれば構造物全体として目的の機能が実現できるかという問題に対して的確な情報を提供した。
誤認識を利用した音声操作型環境制御装置：Bio-remoteの提案と障害者支援

本研究では,誤認識に基づく音声操作型環境制御装置:Bio-Remoteを開発するとともに,行動の予測モデルに基づく操作支援を実現した.そして,肢体不自由者の自立生活を支援するためにBio-Remoteシステムを応用したロボットマニピュレータ制御および衝突回避機能を有する移動型ロボットについて検討を行った.平成26年度は,重度肢体不自由者のための環境制御装置:bio-remoteシステムのモジュール化およびbio-remoteシステムを応用した作業支援について検討を行った.まずOpenRTMを利用し,bio-remoteを機能ごとにモジュール化することで使用者個々に合わせて柔軟にシステムの再構築や機能変更・追加が可能な環境制御装置を開発した.Bio-remoteは操作者から筋電位や脳波などの生体信号を計測・特徴抽出し,計測信号の特徴から操作者の意図を識別してその結果に応じた制御命令を赤外線信号として送信することで多種多様な機器を操作可能である.提案システムでは,1.計測・特徴抽出部,2.操作意図識別部,3.コマンド制御部,4.赤外線送信部および5.操作画面描画部において各モジュールの入出力を明確にしてプラットフォーム化することで,専門家でなくとも簡便にシステムの構築を可能とした.また,日常生活での利用を想定した評価を行うための評価空間を構築し,上腕切断者を対象とした機器制御実験を行い,提案システムを用いて自在に家電機器を操作できることを示した[日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2014].次に,bio-remoteシステムを応用し,特殊な環境下で作業を行うためのgloveboxシステムの操作支援を実現した.提案システムはボックス内にマニピュレータを搭載しており,グローブのみでは困難な作業を支援できる.使用者は筋電位信号を用いてbio-remoteの操作画面を操作し,glovebox内外の環境およびマニピュレータを自在に制御できる.これにより使用者がグローブを着脱することなく,様々な機能を実行可能とした[Handbook of Research on Advancements in Robotics and Mechatronics, Chapter 3].本年度は,境制御装置:bio-remoteの新たな操作方式および操作支援のための行動予測モデルについて検討を行った.まず,箔状フレキシブル圧電センサ(箔状圧電センサ)を利用した着脱容易なメガネ型インタフェースを開発し,bio-remoteの操作に応用した.提案メガネ型インタフェースは市販のメガネおよび箔状圧電センサを配置したアタッチメントから構成されており,頬のわずかな動きに伴う圧力変動を計測できる.提案システムでは,動きの速さや強さに基づく特徴量を確率ニューラルネットを用いて識別することで随意的な家電機器制御を実現した.また,提案インタフェースの着脱時間を筋電位センサと比較し,センサ着脱の時間を大幅に削減できることを示した[9th international Convention on Rehabilitation Engineering & Assistive Technology (i-CREATe2015)].1.箔状フレキシブル圧電センサを利用した着脱容易なメガネ型インタフェースを開発し,使用者のみならず介護者の負担を軽減できる可能性を示したた点2.Bio-remoteの階層メニューに適した新たな行動予測モデルを提案し,操作支援を実現した点本年度は,境制御装置:bio-remoteの音声操作方式および肢体不自由者が利用する電動車椅子をはじめとする移動型ロボットのための衝突回避モデルについて検討を行った.まず,誤認識に基づく音声認識モデルを提案し,bio-remoteの操作方式に適用した.提案モデルでは,通常の不特定話者モデルで音声認識した際に得られる単語列(音素列)の候補ならびにその尤度を抽出・学習することで,不明瞭な発話による誤認識が生じた場合においても使用者の操作意図を識別することができる.提案モデルを用いた家電機器制御実験より,制御に用いる僅かな機器・コマンドをあらかじめ発話・学習しておくことで,構音障害者等の不明瞭な発話を高い精度で識別し,随意的な家電機器制御が実現できることを示した[Journal of Robotics, Networking and Artificial Life(JRNAL)].また,使用者の意図を機器に伝達して制御するのみならず,抽出した意図を代用発声することで意思伝達を同時に実現可能とした[SI2016【優秀講演賞受賞】].次に,非接触インピーダンスモデルに基づく衝突回避モデルを提案し,移動型ロボットの制御に応用した.提案モデルは運動を力に変える要素である機械インピーダンスに基づく仮想壁をロボット周囲に多層に配置することで,障害物と接触する前にその反力を求めることができる.各層は異なるパラメータを有することで,自然な回避から緊急停止までさまざまな状況に対応可能とした.実験では,シミュレーションにより提案モデルの動作を検証するとともに,実際に2輪を独立駆動可能な小型ロボットに提案モデルを適用することで,さまざまな状況下で適切な回避が実現できることを確認した[JRNAL].本研究では,誤認識に基づく音声操作型環境制御装置:Bio-Remoteを開発するとともに,行動の予測モデルに基づく操作支援を実現した.そして,肢体不自由者の自立生活を支援するためにBio-Remoteシステムを応用したロボットマニピュレータ制御および衝突回避機能を有する移動型ロボットについて検討を行った.1.環境制御

装置:Bio-remoteシステムを機能ごとにモジュール化することで,使用者個々に合わせて柔軟にシステムの再構築や機能変更・追加を可能とした点2.Bio-remoteシステムを応用し,特殊な環境下で作業を行うためのglobeboxの操作支援を実現した点Bio-remoteの音声操作方式について検討を進め,構音障害者を含む被験者を増加してシステムの実使用を想定した評価を行う.そして肢体不自由者の自立支援のため,エアパックセンサを用いた心身状態のモニタリングついて検討を行う予定である.ヒューマンインタフェース使用者の生活環境をモデル化して精度良いパターン識別を実現するとともに,使用履歴から使用者の行動を予測可能なモデルを構築し,操作支援を行う.また,bio-remoteの音声操作方式について検討を進めるとともに,構音障害者を含む被験者を増加して実験を行う.このとき,実生活を模擬したスペースを利用することでシステムの実使用を想定した評価を行う.そして肢体不自由者の自立支援のため,仮想インピーダンス壁を利用した衝突回避機構を有する移動型ロボットについて検討を行う予定である.箔状フレキシブル圧電センサを利用したbio-remoteの操作方式および行動の予測モデルに基づく操作支援について進展があり,本年度は十分な研究成果を得るためにシステム構築および頸髄損傷患者を対象とした実験を行ったため.Bio-remoteシステムのモジュール化およびbio-remoteシステムを利用した操作支援について大幅な進展があり,平成26年度はそのシステム構築および上肢切断者を対象とした実生活を模擬した実験を行い,物品等を安価に購入できたため.Bio-remoteの音声操作方式およびヘルスモニタリングシステムの構築に必要な機器の購入,構音障害者を対象とした実験を行うための環境の整備に利用する.
アリストテレス政治哲学の体系的研究

この研究課題に関連して、私は、研究発表の項目に詳述したように、以下の四論文を執筆した。すなわち、「アリストテレスの奴隷論」、「アリストテレスの『政治学』における市民と国制の概念」、「現代の政治哲学における基本的論点と問題点」、「アリストテレスの『政治学』における中間の国制」である。第一の論文において、私は、アリストテレスが奴隷制を国家構成の必要不可欠な要素として正当化する際の論理そのもののうちに、人間に関する自己矛盾した観念が潜在することを指摘し、これがやがて奴隷制の否定と人間の平等の確立へと導きうる思想的基盤でありうることを明らかにした。第二の論文においては、アリストテレスの市民概念が純粋な政治的能力によって規定されていることにより、人種、性、出自、階級などに基づく従来の市民概念を打破しうる起爆力をもつことを明らかにし、そこからデモクラシーの国制を擁護しうることを論じた。第三の論文においては、現代の政治哲学が、文化的多元性という精神的状況を絶対に覆しえない歴史的前提として受容することにより、異なる文化や宗教を共存せしめる共通の地盤として正義の概念を追求していることを明らかにし、これを自由と平等を至上価値とする人権思想の実現のうちに見定めていることを論じた。第四の論文においては、デモクラシーの政治理念が、アリストテレスの倫理思想における中庸としての徳とフロネーシスの概念とに緊密な連関をもつことを明らかにし、したがって、極端に貧しい大衆の支配する国制でもなく、少数の有徳な富裕層の支配する国制でもなく、徳においても財においても中位の中産階級が大勢を占める国制がもっとも望ましい国制であることを論じた。アリストテレスはこの国制を単に「国制」と呼んだが、これが現代のデモクラシーに他ならないのである。以上がこの三年間にわたる研究成果であるが、まだ経済問題と教育思想が残されており、これらを論じて初めてアリストテレスの政治思想の全貌が明らかになるであろう。私は、本研究テーマに関しては、この一年間に、「アリストテレスの奴隷論-その正当化の論理と、超克の可能性-」(『思想』第893号、44-64頁、1998年11月、岩波書店)と「アリストテレスの『政治学』における市民と国制の概念」(『論叢』第92号-聖心女子大学創立50周年記念論文集- 9-36頁、1999年2月)の二本の論文を執筆した。前者は、ヨーロッパの奴隷制思想を支え、16世紀以来の植民地化運動を理論的に根拠づけ、現代の先進国と発展途上国との関係にまでその影響を及ぼしている、アリストテレスの奴隷論をテーマとし、その理論がどのような構造をしているか、それを超克する可能性はあるか、という問題を考察した。アリストテレスの言う奴隷とは、自分自身の生を律するに足る「実践理性」を充分にもたないため、肉体の力のみによってひたすら他者に奉仕する者のことである。この理論は、人間を「理性的動物」と規定したアリストテレス自身の思想に矛盾する。この矛盾を克服するには、理性の不足のために肉体労働にのみ従事している人々を充分な公教育によって陶冶し、かれらのうちに実践理性を育てあげ、もって、かれらが文化的・政治的生活に参与しうるようにしなければならない。第二の論文は、アリストテレスの市民の概念と国制の概念とを考察した。かれの市民の概念とは、「判決と支配に参与しうる者」という規定によって示されている。この規定は、市民の資格として、出自とか性別とか人種とかを挙げず、ただ、政治的機能を遂行しうる者とのみ説明している。

ここに、この規定の革命的な意義があり、後に二〇世紀になって、市民の資格があらゆる人々に拡張される土台となった。国制は、支配形態と利益追求のあり方によって、良い国制と悪い国制とに分けられるが、最善の国制とは、国家の大多数の構成員が市民であり、有徳な人々であるような国制である。私は、本研究テーマに関しては、この2年間に、「アリストテレスの奴隷論-その正当化と論理と、超克の可能性-」(『思想』第893号、44-64頁、1998年11月、岩波書店)、「アリストテレスの『政治学』における市民と国制の概念」(『論叢』第92号[聖心女子大学創立50周年記念論文集]、9-36頁、1999年2月)、「現代の政治哲学における基本的論点と問題点」(1999年度中世哲学会シンポジウム[国家と正義]提題論文、『中世思想研究』第42号掲載予定)の3本の論文を執筆した。第一、第二論文については前年度の概要で触れたので、第三論文についてのみ論ずる。現代は文化的多元論の時代であるから、これを保証する国家論が要請される。ロールズの正義論は、正義の普遍性に対して善の多様性を前提とする点で、まさにこの要請に応えるものである。これに対して、テイラー、サンデルなどの共同体論者は、人間は共同体的伝統の中で生きるべきであり、そこには普遍的価値が生きている、と主張する。このように、現代の政治哲学は個人主義的方向と伝統主義的方向とに二分して進んでいる。本研究テーマに関して、本年度私は次の二論文を執筆した。すなわち、「現代の政治哲学における基本的論点と問題点」(『中世思想研究』第42号、2000年11月、創文社)ならびに「アリストテレス『政治学』における中間の国制」(『思想』第920号、2001年1月、岩波書店)である。前者において、私は現代を文化的多元論の時代と見定め、これを前提としたあるべき国家の構想をロールズ、ノジック、テイラーの三人の政治哲学者の思想に依拠して検討した。ロールズの国家論は、自由と平等を絶対的な基軸としながら、宗教、習慣、思想などの多様性を許容する国家の構想で、現代の文化的状況にもっとも相応しい国家論である。これに対して、ノジックの国家論は西欧の個人主義を極端に徹底し、国家権力を極度に縮小した超自由主義の思想で、魅力はあるが弱者に対する配慮を欠く点で平衡感覚を失している。これらの両者に対して、テイラーは共同体論者として特徴づけられるが、その主張の核心は、人間は個人としてではなく共同体的伝統の中で初めて生存しうる、という点にある。第二の論文においては、私は現代のデモクラシーの政治理念の土台がアリストテレスの『政治学』のうちで展開された「中間の国制」という思想にあることを明らかにした。すなわち、アリストテレスは、中庸を善とした倫理思想に対応して、政治思想においても、知と徳において卓越した一人の優秀人の支配ではなく、知と徳において平凡な多くの人々の判断力に政治の基礎をおく国家を「最善の国家」としたのであり、これがデモクラシーの基礎となる中間の国制に他ならない。以上、古代ギリシアの政治思想と現代の政治思想の両面から、デモクラシーの或る形態が理想の国制として漸進的に浮かび上がってきたのが、本年度の研究成果である。
結晶格子スケールの高精度化と格子カウンターの試作(光波絶対測長との比較)

無応力状態の結晶格子表面の格子間隔は約0.2nmで安定しており、これは長さ基準になりうる。また、走査型トンネル顕微鏡(STM)は、実時間で原子像を観察できる顕微鏡であり、様々な分野への応用が期待されている。そこで、結晶格子をスケールとし、STMを検出器として組み合わせることにより、サブnmオーダの分解能を持つ、リニアスケールが製作可能である。本研究では、リニアスケールの開発と高精度化を試み、以下に示す研究成果を得た。(1)熱ドリフトの影響の低減:STMによる測長において熱ドリフトは、測長誤差の大きな要因であるため、測定の高速化は熱ドリフトの影響の低減に有効である。本研究では、500Hzの高速走査により、5nm×1.28μmの領域で原子像の取得に成功し、その結果、熱ドリフトによる測定誤差のを従来1/15以下に抑えることができた。(2)結晶格子スケールと回折格子との比較測長:結晶格子スケールと、SEM用の長さ基準として用いられている回折格子との比較測長を行った。その結果、光波絶対干渉計で検定した回折格子のピッチと結晶格子スケールによる測定値は、約1%の誤差で一致した。(3)STM探針の原子頂点への制止制御:結晶格子スケールを用いて、超精密位置決めを行う初段として、STM探針を原子頂点へ制止制御する手法を提案した。これは、トンネル電流をロックインアンプに入力し、微分信号を得て、探針を制御するものである。本研究では実際に原子頂点へ探針を制止させることはできなかったが、シミュレーション実験によりその有効性を確認した。
星間ダストの物性理解への実験的及び観測的挑戦

本研究計画では、国際宇宙ステーション「きぼう」実験棟船外簡易曝露装置ExHAMを用いたダストの宇宙環境曝露実験「炭素質ナノ粒子の宇宙風化と有機物進化過程の解明(QCCプロジェクト)」を基軸とする実験的手法と、あかり衛星やすばる望遠鏡に搭載した中間赤外線観測装置を用いてダスト形成を伴う天体の赤外放射を調べる観測的手法によって、年老いた星の星周環境で凝縮するダストが星間空間に至るまでに被る変性過程を探り、星間ダストの真の姿を同定する事を目的とする研究を行った。本研究は、観測される星間物質の赤外放射スペクトルと銀河の星間物理環境の紐付けの精度を格段に上げ、次世代の赤外線天文学に於いて、SPICA, JWST, Origins Space Telescopeなど次世代の赤外線衛星ミッションや地上大型望遠鏡計画であるTMTに搭載される赤外線観測装置が星間物質の赤外スぺクトルの情報を利用して遠方宇宙、初期宇宙の物理環境を測量する手法の基礎を構築することに資するものである。本研究の結果、連星系をなす恒星の終焉期の爆発的質量放出現象である新星周囲で合成される有機物と極めて類似する赤外線特性を有する窒素含有炭素質物質の合成に成功した。さらに、急冷炭素質物質の宇宙暴露実験の結果から、宇宙暴露実験により炭素質隕石物質中に含まれる不溶性有機物とより類似した性質を獲得することを見出し、終焉期の恒星を起源とする有機物が、原始太陽系物質中の始原的な有機物に寄与し得るという仮説を提示するに至った。この検証のために新規に、窒素含有炭素室物質の宇宙暴露実験を提案し、2019年度の打ち上げを目指しタンポポ2ミッションの枠組みのもとで暴露実験試料の準備を完了させた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題は、国際宇宙ステーション「きぼう」実験棟の船外簡易曝露装置ExHAMを用いたダストの宇宙環境曝露実験「炭素質ナノ粒子の宇宙風化と有機物進化過程の解明(QCCプロジェクト)」を基軸とする実験的手法と、あかり衛星やすばる望遠鏡に搭載した中間赤外線観測装置を用いてダスト形成を伴う天体の赤外放射を調べる観測的手法によって、年老いた星の星周環境で凝縮するダストが星間空間に至るまでに被る変性過程を探り、星間ダストの真の姿を同定する事を目的とする実験・観測天文学研究である。まず、本年度は、主に宇宙曝露実験をはじめとする実験天文学の部分に対して進捗を得た。本経費を用いて、ダスト合成実験および宇宙曝露実験試料の赤外特性を分析するために、赤外顕微分光装置を導入した。2015年5月以降「きぼう」実験棟の曝露部で384日間の宇宙曝露に供されたサンプルが帰還し、2016年9月20日にJAXAつくば宇宙センターで引き渡しが行われた。この赤外顕微分光装置を用いて、まずは、簡易曝露実験装置ExHAM1号機の搭載位置Uに設置していた実験サンプル中の試料の分析を開始した。また、2016年4月8日に国際ステーションにむけて打ち上げられた3つめの実験サンプルは、2016年6月28日より宇宙曝露が開始され、2017年夏以降に回収予定である。今後は、非曝露試料、曝露後回収試料、地上対照実験試料の全てに対して、本研究費で既存の分光光度計に導入する顕微赤外ATR分光ユニットを用いた赤外線分光特性の分析や、X線光電子分光(XPS)、顕微X線吸収分光など各種分析・測定を実施し、宇宙曝露を通じて試料が被った赤外分光特性上の変化を詳細に把握し、その変性要因を特定するための分析作業を進める計画である。国際宇宙ステーションにおいて、2015年5月26日より宇宙曝露実験を実施していた2つの実験サンプルが、384日の曝露帰還を経て、無事に地上に帰還し、2016年9月20日JAXA筑波宇宙センターで引き渡された。当初の帰還スケジュールからの遅延は3ヶ月以内で、スケジュールの観点からは極めて良好に、実験の進捗が得られている。また、2016年4月8日にSpaceX CRS-8号機Falcon 9ロケットで国際ステーションに向けて打ち上げられた3つ目の実験サンプルは、2016年6月29日より所定位置で宇宙曝露を開始している。3つ目の実験試料は2017年度夏頃に予定される運用で船内に取り込み、地上への期間後引き渡される予定である。本研究費を用いて、実験サンプル等の分析で最も主要な機軸手法となる赤外顕微分光を行う為の分析装置の導入を行った。以上の作業は、当初予定していたスケジュール通りに進んでおり、概ね順調に進呈していると判断する。また、観測については、地上の大型望遠鏡のTMT計画や宇宙からの次世代赤外線ミッションSPICAプロジェクト計画、またNASAが検討を進めるOrigin Space Telescopeなど、ダストや宇宙有機物研究に革新をもたらす将来計画に対して、要素技術開発や装置検討に投資的な研究活動を実施した。本年度は、国際宇宙ステーションきぼう実験棟簡易曝露実験装置ExHAMを用いた曝露実験について、2017年10月に最後の曝露実験サンプル(EE64-III)が地上に帰還し、全サンプルの曝露実験および試料の回収が完了した。

これに併せて、主として炭素質ダストの試料に対して、2016年度に本研究経費を使って導入した赤外顕微分光装置を用いて、中間赤外線透過/反射/ATR等の測定を実施し波長2-15 micronの赤外分光特性を調査した。結果の一部は、JAXA筑波宇宙センターにおける初期成果報告会、日本天文学会2018年春季年会および第61回宇宙科学技術連合講演会において成果発表を行った。また、搭載試料のうちのシリケイトダストの分析には、より長波長側の20ミクロンまで測定を必要とするが、平成28年度に本経費で導入した既存の顕微赤外線分光装置では検出器が波長16ミクロンまでに対応する仕様であったため、平成29年度末に、本経費でワイドバンドMCT検出器を導入した。また、赤外分光特性に変化が見られた試料に対して、XANES(X線吸収端構造)分析を行うために、分子研の共同利用研究の枠で時間要求を行い、平成30年度のマシンタイムを獲得した。次に、地上大型望遠鏡に搭載される中間赤外観測装置を用いて実施する新星や終焉を迎える大質量星など活発な質量放出とダスト形成を伴う天体の継続観測を並行して進め、赤外線天文衛星あかりの中間赤外および遠赤外線全天サーベイのデータを用いて、過去の新星爆発の該当する位置に観測されるダスト放射を調べ、新星爆発に伴って形成されるダストの特性を観測的に制限し、その結果を第4回あかり国際研究会で発表した。本研究成果は次世代赤外線ミッションであるSPICA、JWST、OSTによる天文観測にとって有用であり、それらのサイエンス検討および装置検討作業へのフィードバックを与えた。実験研究の範囲では、国際宇宙ステーションきぼう実験棟簡易曝露実験装置ExHAMを用いたダストの曝露実験において、当初予定していた全試料の曝露実験が完了し、また、無事に国際宇宙ステーションから地上に帰還の後、筑波宇宙センターにて引き渡しが完了した。試料の分析に着いては、順次、赤外顕微分光分析を進めるとともに、さらに必要な分析のマシンタイム確保も順調に進められた。また、並行して進めるダスト凝縮実験でも窒素含有炭素質物質に対する新しい見知が得られており、その結果をもとに、現在すばる望遠鏡共同利用の枠組みで観測提案を行っている。観測手法による研究としては、赤外天文衛星あかりの中間赤外および遠赤外全天サーベイデータを用いた過去の新星爆発に付随する赤外放射の調査を実施し進捗を得た。以上から、当初の予定通り、概ね順調に進展していると評価する。本研究計画では、国際宇宙ステーション「きぼう」実験棟船外簡易曝露装置ExHAMを用いたダストの宇宙環境曝露実験「炭素質ナノ粒子の宇宙風化と有機物進化過程の解明(QCCプロジェクト)」を基軸とする実験的手法と、あかり衛星やすばる望遠鏡に搭載した中間赤外線観測装置を用いてダスト形成を伴う天体の赤外放射を調べる観測的手法によって、年老いた星の星周環境で凝縮するダストが星間空間に至るまでに被る変性過程を探り、星間ダストの真の姿を同定する事を目的とする研究を行った。本研究は、観測される星間物質の赤外放射スペクトルと銀河の星間物理環境の紐付けの精度を格段に上げ、次世代の赤外線天文学に於いて、SPICA, JWST, Origins Space Telescopeなど次世代の赤外線衛星ミッションや地上大型望遠鏡計画であるTMTに搭載される赤外線観測装置が星間物質の赤外スぺクトルの情報を利用して遠方宇宙、初期宇宙の物理環境を測量する手法の基礎を構築することに資するものである。
幹細胞起源の細胞系譜における位置の線量分布の評価

本研究では、放射線影響研究を進展させるため、放射線感受性の高い幹細胞(基底細胞)を分けて識別できる3次元臓器詳細モデルを開発するとともに、電磁カスケードコードと飛跡構造計算コードを組み合わせたモンテカルロシミュレーションにより、幹細胞位置での吸収線量のみならず生成粒子種と生成粒子数を評価可能にした。また、マウスとヒトの腎臓に関する動物種差間の被ばく線量外挿法を検討した。本年度は、幹細胞ドシメトリの開発と幹細胞を起源とした細胞系譜における位置での線量分布評価研究の一環として、放射線感受性の高い基底細胞を特定した3次元膀胱詳細モデルを開発した。本研究では、まず、マウスの膀胱細胞のパラフィンブロックを取得し、切片間隔3マイクロメートルの連続組織薄片を30枚作成した。作成した膀胱の連続組織薄片については、基底細胞およびその周辺の形状を明確にするため、組織学で一般的に用いられるヘマトキシリン・エオシン(HE)染色を行い、光学顕微鏡により、1280×960ピクセル(1ピクセルあたり0.617マイクロメートル相当)の高分解能膀胱細胞連続切片画像データを取得した。次に、高分解能膀胱細胞連続切片画像データにおいて、膀胱の表面付近に位置する基底細胞に着目し、連続組織薄片のスケールを再評価し、画像中の筋層などを基準にして画像データ相間の位置合わせ最適化を行うとともに、連続切片間の画像不足を補うため、連続切片間の画像を用いて内・外挿などにより、画像を作成した。これにより、高分解能膀胱細胞連続切片画像データの切片間は、0.75マイクロメートルとなり、3次元構成時の単位となる直方体(ボクセル)の、縦:横:高さ比を1:1:1程度、すなわち、ボクセルめ大きさを0.617×0.617×0.75マイクロメートルとした。さらに、高分解能細胞連続切片画像データにおいて、膀胱を構成する細胞の形状相違を明らかにする、画像処理(セグメンテーション等)を行い、画像毎に2次元配列テキスト形式データ(デジタル化)及び3次元可視化データ(細胞ラベルデジタル画像)を取得した。以上により、0.617×0.617×0.75マイクロメートルのボクセルの組み合わせで表現した、基底細胞を特定した3次元マウス膀胱詳細モデルを開発した。本年度は、幹細胞ドジメトリの開発と幹細胞を起源とした細胞系譜における位置での線量分布評価研究の一環として、3次元臓器詳細モデルおよびモンテカルロ計算を用いた臓器線量評価コードを開発した。開発したコードは、電磁カスケードコードEGS4と放射線飛跡構造シミュレーションコードTRACELを組み合わせた、階層化ボクセルデータ用モンテカルロ線量計算システムとした。これにより、ボクセルファントム(小さな直方体または立方体(ボクセル)の集合体として個体を表現している)および細胞モデル内での光子・電子の輸送計算を行い、指定した領域での反応毎の沈着エネルギー等を評価可能にすることとした。研究実施計画のとおり、開発したコードを用いて、0.617×0.617×0.75マイクロメートルのボクセルの組み合わせで表現した、放射線感受性の高い基底細胞を特定した3次元マウス膀胱詳細モデル(平成21年度開発済)を、米国南カリフォルニア大学開発のマウスボクセルファントムに組み込み、膀胱基底細胞(幹細胞)での沈着エネルギー評価を行った。その結果、コードは動作不良を起こし、結果が得られなかった。コードの動作不良の原因として、細胞のボクセルモデルをマウスボクセルファントムに組み込む際、細胞の配置に矛盾があることが推定されたため、既に開発済みの胃腺管モデル(0.67×0.67×0.67マイクロメートルのボクセル)を用いて試計算を行い、コードが動作することを確認した。開発したコードについて、100keVの単色光子の外部被ばく照射(前方照射)した場合の胃壁での沈着エネルギーの吸収線量は、1.5nGy/src程度となり、他の計算コードの計算結果とほぼ一致することから、計算結果が妥当であることが示された。以上により、幹細胞を含む3次元臓器詳細モデルおよび階層化ボクセルデータ用モンテカルロ線量計算システム(コード)を開発した。本年度は、幹細胞ドジメトリの開発と幹細胞を起源とした細胞系譜における位置での線量分布評価研究のまとめとして、平成22年度に開発した、3次元幹細胞モデルを含むマウスボクセルファントムおよび階層化ボクセルデータ用モンテカルロ線量計算システム(コード)を用いて、単色光子の外部被ばく照射(前方照射)の場合の、幹細胞での生成粒子種と生成粒子数を評価した。その結果、光子入射エネルギーが50keVの時、マウス全身の吸収線量は4.1×10^2nGy/src(胃壁の吸収線量は1.6nGy/src)となり、O、H、OH、Haq、eaqラジカルが幹細胞でそれぞれ0、49、232、183、165、629生成されることを明らかにした。