| 研究課題/領域番号 |
19K20396
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| 研究機関 | 呉工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
服部 佑哉 呉工業高等専門学校, 電気情報工学分野, 准教授 (30709803)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 放射線ストレス応答 / 培養細胞 / 低線量放射線 / ニューラルネットワーク / シミュレーション |
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| 研究実績の概要 |
低線量の放射線が照射された培養細胞集団では、高線量放射線照射時とは異なるストレス応答が報告されている。本研究の目的は、組織、器官、個体の基本構造である「3次元細胞群」において、ミクロな階層である「細胞レベル」で、「低線量放射線ストレス応答の時空間動態」を推定・制御することである。
本年度では、昨年度構築したDNA修復機構のモデルを、3次元細胞群のセルオートマトンモデルへ実装し、放射線入力から細胞応答出力までの計算と、出力に基づいた入力推定を実施した。
３次元細胞群のセルオートマトンモデルは、これまでに構築した２次元セルオートマトンモデルを３次元に拡張し、1辺が100細胞の立方体の細胞群とした。この細胞群の1細胞に、DNA損傷レベルを計算するDNA修復機構のモデルを組み込んだ。
低線量放射線照射を想定し、細胞群モデルに、時空間で疎な放射線入力を与えたときの細胞群の応答を計算した結果、細胞間コミュニケーションによる細胞周期停止と細胞死の伝搬が確認できた。また、細胞応答から放射線照射の推定を試みたが、確率的勾配法では、推定結果が局所解に留まり、十分な結果が得られなかった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
本年度の計画は、3次元細胞群において、入力が各細胞への放射線照射パターン、出力が各細胞のDNA損傷度、変異・生存状態であるニューラルネットワークを開発し、出力から入力を逆向きに推定することであった。
計画通りにニューラルネットワークの開発を進めていたが、逆向きの推定は、途中で学習が停滞し、十分な結果が得られなかった。また、放射線照射実験を実施するための設備が、異動のため使えなくなった。したがって、計画に含まれていた放射線照射実験は、代替案が必要となった。
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| 今後の研究の推進方策 |
放射線照射実験を実施できないため、次年度では、実験の代わりに、計画が遅れている低線量放射線応答モデルの学習の改善を行う。従来研究で得られている放射線照射実験の結果を基に、開発したモデルによる細胞応答の出力結果の妥当性の評価と、放射線入力の逆向き推定の学習の調整を実施する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
放射線照射実験を実施できないため、実験で使う予定だった消耗品等の購入ができなかった。次年度では、実験の代わりにシミュレーションを実施するため、計算に必要なワークステーションまたはPCを購入する予定である。
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