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一倍体性が動物個体発生に及ぼす影響の理解
産業利用可能な一倍体制御技術の確立を目指して
ゲノムを1セットしか持たない一倍体状態が動物個体発生に重篤な障害をもたらす仕組みを解明し、遺伝子工学や品種改良に利用可能な一倍体個体作成技術の確立を目指す。
研究の内容
動物細胞の体をつくる細胞は、母方父方2セットのゲノムを持つ「二倍体」です。一方、通常そのままでは増殖を行わない未受精卵を賦活化し、個体発生を誘導すると（単為発生）、母方のゲノムしか持たない「一倍体」胚となります。そこから一倍体個体が得られれば、遺伝子工学や純系作成に大変有用ですが、脊椎動物一般において一倍体胚は「半数性症候群」と呼ばれる初期発生異常により死滅するため、一倍体個体技術の利用は実現していません。私たちは、ヒト培養細胞およびマウス初期胚をモデルに、分子細胞生物学の技術を駆使して、一倍体状態が、発生過程に及ぼす影響を細胞レベルで明らかにすることを目指しています。その成果をもとに、「半数性症候群」を解消する細胞操作法を確立し、安定な形質を持ち生存が可能な一倍体個体の作成を可能にすることを目指しています。
上原 亮太 准教授 Ryota Uehara博士（学術） -
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遺伝子情報の機械学習による分類
細胞の受容体と化合物の結合予測
細胞の表面の様々な受容体は恒常性の維持や環境応答に重要な役割を果たしていますが、結合しうる化合物を明らかにするのは難しいとされています。機械学習によって結合化合物の候補を絞る方法を提案しています。
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各種の匂い物質に対する受容の機械学習による分類。
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立体構造モデリングによる検証。
研究の内容
ヒトゲノムが解読され、遺伝子の多くが解明されつつありますが、恒常性維持や環境応答に重要な役割を果たす受容体は、多くが膜タンパク質であり発現量も少ないことなどから、構造や機能の解明がなかなか進んでいません。一方、受容体の多くはその機能的な側面から、これからの創薬の主要ターゲットと期待されており、個人差を生み出す要因であると考えられます。受容体に結合しうる化合物を効率よく絞り込むため、機械学習技術を応用しています。
遠藤 俊徳 教授 Toshinori Endo博士（理学） -
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分子標的治療薬の感受性試験
蛍光バイオイメージングを用いて個々の細胞における薬剤反応性を可視化する技術
蛍光バイオイメージングはシングルセルレベルでの細胞の振る舞いを可視化する技術です。本法ではイメージング技術を応用し、薬剤に対する反応性と耐性の有無を可視化、将来の患者の薬剤応答性を予測することを実現しました。
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BCR-ABL活性を測定する蛍光バイオセンサーPickles
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Picklesによるシングルセルレベルでの薬効評価
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本技術による薬効評価判定例。青は本検査で感受性と判定された症例、赤は抵抗性と判定された症例の経過。太線はそれぞれの平均を示す。
研究の内容
本診断技術では、蛍光タンパク質とフェルスター共鳴エネルギー移動（Förster resonance energy transfer, FRET）の原理を用いた蛍光バイオセンサーを用います。このバイオセンサーによりシングルセルレベルでの薬剤反応性を可視化することで、極少数の薬剤耐性細胞が検出可能となりました。結果として、従来技術では成しえなかった投与後の臨床経過との高い一致率と将来の薬剤応答性の予測を達成しました。本技術は世界初の蛍光タンパク質の臨床応用例であるとともに、効果が約束された治療法選択による安全性担保、患者の経済的負担軽減、医療費抑制による医療経済的効果などにつながると期待されます。現在のところ慢性骨髄性白血病という血液のがんをモデルにプロジェクトを進めていますが、原理的には多くのがんに応用可能です。
大場 雄介 教授 Yusuke Ohba医学博士 -
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肝臓のストレスを抑えて、肝臓病を予防！
肝臓の生活習慣病（脂肪肝、肝炎、肝硬変）にならないために
肝臓を中心とした臓器ストレスの分子機構を解析し、生活習慣病の診断・予防・治療に向けた研究を進めています。我々独自の光イメージング技術を用いてダイナミックな解析を行い、新しい視点から機能性食品の探索・新薬の開発を目指しています。
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非アルコール性脂肪性肝炎（NASH）は、単純な肝の脂肪化をきっかけとして、様々なメカニズムが付加的にはたらくことで、脂肪性肝炎・肝硬変・肝癌に進展していくと考えられています。各プロセスにおける病態進行のキー分子を突き止め、それらを制御する食品・薬剤の探索を試みています。
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私達は、生体イメージング法をもちいて肝臓のストレスを実際に可視化することで、様々な要因による肝傷害・肝炎の促進を生体レベルでスクリーニングしています。
研究の内容
近年、脂肪肝・脂肪性肝炎等の生活習慣に関連する疾患は確実に増加してきています。これらの病態は進行が遅く自覚症状が少ないため一般に疾患意識が薄く、予防も困難です。しかしながら、これらは肝硬変・肝癌へ進行することが知られていて、予防、進行の抑制が重要です。
私達は、様々なストレスによる肝の脂肪化、傷害、肝炎、肝線維化への進行の分子機構を研究しています。同時に、病態の進行抑制するために、機能性食品・治療薬の探索研究を行っています。さらに、光イメージング技術応用し、ユニークな病態解析、機能性食品・薬剤のin vitroスクリーニング系の構築を試みています。
細胞・生体に対する様々なストレスは、肝臓以外の臓器の様々な病態にも影響していることが示されており、それらの予防法・治療法の開発への応用も期待されます。尾崎 倫孝 教授 Michitaka Ozaki医学博士 -
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粘着性ゲルの口腔内装置への応用
粘着性ゲルにより口腔内装置の維持のイノベーション
歯科で用いられる口腔内装置はクラスプなどの維持装置で歯に維持を求めている。本研究ではポリカーボネートフレームの皮膚や粘膜面側にPCDMEゲルなどの粘着性ゲルを接着させた口腔内床装置（口蓋閉鎖床など）を試作し、開発に取り組んでいる。
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PCDMEゲルを接着したポリカーボネート板
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指に粘着したPCDMEゲルを接着したポリカーボネート板
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シリコンの歯列模型に装着した口蓋閉鎖床
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PCDMEゲルを接着したポリカーボネートの口蓋閉鎖床の口蓋粘膜面
研究の内容
本研究による口腔内装置を口蓋閉鎖床として用いる場合、粘着性を有するゲル組成物を口腔内粘膜に接触させて固定させることができるため、従来の口蓋閉鎖床（図１）とは異なり、クラスプを必要としない。このため、クラスプに起因する歯肉炎の発生を低減することができ、歯列の側方成長の妨げを回避でき、締め付け感、圧迫感等無しに快適に装着することができ、口蓋閉鎖床を着脱する際には口腔内を傷付けず安全に行うことができる。また、歯の未萌出時期にも装着でき、早期より言語トレーニングを行うことができる。さらに、薄いフレーム上に薄くゲル組成物を形成させることができ、均一な厚さとすることができる。このため、装着時の違和感が軽減されるとともに、口腔空間を広く確保することができ、舌の可動領域が広がることで言語トレーニングに有効である。
金子 知生 講師 Tomoo Kaneko博士（歯学） -
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リウマチAI診断研究
単純写真による関節裂隙狭小化判定
関節リウマチ患者における関節破壊性変化の客観的かつ詳細な定量的解析情報を提供するコンサルティングシステムの開発を試みる。画像解析は、独自に開発したプログラムを用いて、X線画像の経年変化から計測し、国内外の研究・臨床機関に対し情報提供する。
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中指指節間関節の単純X線写真（図1,2）
関節遠位側の輪郭は帯状高吸収域として描出され、熟練者はその帯状高吸収域の内部に輪郭を設定する(true margin)ため、この職人芸とも言うべき熟練者の輪郭描画はコンピューターによる再現が困難となる（図1は文献から引用）。
図2は我々のオリジナルの手法で、自作ソフトウエア上で治療前後の2画像の基節骨（上側の骨）側の輪郭を合わせることで中手骨頭（下側の骨）の位置ずれに基づき関節裂隙変化を検出・計測している -
研究の内容
我々はこれまで、単純X線写真上の関節裂隙狭小化進行を客観的に計測するソフトウエアの開発・バリデーションを進めてきた。最新のソフトウエアでは、独自の経時差分技術と輪郭抽出技術とを用いて、対象となる手足の関節の関節裂隙の変化を面積（平方ミリメートル）で表示することが可能となった。
一方で、世界的な視野に立っても、ソフトウエアで単純X線写真上の関節裂隙狭小化進行を自動的に検出することは困難であり、マニュアル操作に依存する工程が残されており、各病院・診療所レベルでの計測には無理がある。そこで、本研究の目的はインターネットを介して臨床試験・臨床研究を主導する国内外のクライアントのニーズに対応可能な、関節リウマチ破壊性変化定量解析のコンサルティングシステムを構築することである。神島 保 教授 Tamotsu Kamishima医学博士 -
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紅藻フィコビリタンパク質のヘルスベネフィット
紅藻ダルスに豊富に含有されるフィコエリスリンの
健康機能とそのメカニズムの解明北海道沿岸に分布する未利用紅藻『ダルス』が赤色のタンパク質「フィコエリスリン（PE）」を豊富に含有し、それが種々の健康機能を発揮する可能性を見出しました。現在、本PEの構造解析とそれに基づく健康機能のメカニズム解明を行っています。
研究の内容
ダルス（Palmaria palmata）は主に北海道に分布する紅藻で、冬期にコンブの養殖ロープに繁茂して生育を妨げるために除去される未利用の海藻です。近年私達は、ダルスが乾燥重量当たり約40%もタンパク質を含有し（大豆と同等）、その主要成分が光合成補助色素である赤色のフィコエリスリン（PE）であることを見出しました。さらに、本PEおよびPEから調製したペプチドがACE阻害・抗酸化・脳機能改善作用などの健康機能を示すことを明らかにしました（Marine Drugs, 14:1-10 (2016), Journal of Food Biochemistry, 41: e12301 (2017)）。
岸村 栄毅 教授 Hideki Kishimura水産科学博士 -
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免疫・癌細胞の機能制御剤およびバイオマーカー
低分子核酸(microRNA)を使用して免疫細胞・癌細胞の機能を制御するとともに、被験者の免疫状態を判定する
生体の免疫応答やがん細胞の増殖を制御するmicroRNAを提供します。核酸医薬として免疫体質の改善やがん患者の治療、また血清中のmicroRNAをモニタリングすることで、被験者の免疫体質を判定する新たなバイオマーカーとしても期待されます。
研究の内容
近年、がん免疫治療は著しく進展し、免疫チェックポンイント阻害剤は医薬品として上市された。一方、がん治療の臨床効果を高め、副作用の少ない安心・安全な治療を実施するには、被験者の免疫状態を判定するバイオマーカーが必要とされている。
本研究で免疫応答の制御が可能、またはがん細胞の増殖を制御する新規microRNAを発見した。これらのmicroRNAは生体に直接投与し免疫体質を改善する核酸医薬や生体から加工・調製された免疫細胞に添加し機能調節する医薬品としても有望である。
また、血清中のmicroRNAレベルをモニタリングすることで、がん患者の免疫状態を判定することも可能で、がん免疫治療による抗腫瘍免疫応答の評価や免疫系の異常亢進による副作用の予見ができ、治療法の選択の際に有用なバイオマーカーとしての利用が期待される。北村 秀光 准教授 Hidemitsu Kitamura博士（地球環境科学） -
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ソノポレーション：超音波と微小気泡を用いた新しい薬物送達手法の開発
細胞レベルでの組織標的能を実現
我々は，直径数ミクロンの微小気泡を細胞に付着させた状態でパルス超音波を照射することにより細胞膜の膜透過性を一時的に向上できることを世界に先駆けて明らかにし、生体への薬物・遺伝子送達の実現を目指した研究を推進している．
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超音波照射前 照射後
図1 -
図2
研究の内容
○微小気泡とパルス超音波を用いた音響穿孔法（ソノポレーション）： 微小気泡が細胞膜に接触した状態でパルス超音波を照射すると、付着部位にのみ一時的穿孔を生じる（図１）。微小気泡に薬剤や遺伝子を付加し、光ピンセットで付着位置を制御することにより、目的とする細胞の任意の位置に薬剤や遺伝子を導入する手法を実現。
○治療部位の特定と薬物送達を微小気泡と超音波診断装置で実現： 治療対象の細胞にのみ付着する標的機能を有する気泡を静脈から注射する。気泡が集積した組織を超音波造影法により検出することで治療対象部位を特定する。続いて気泡を壊すパルス超音波を発生し、細胞に一時的な細胞膜穿孔を生じさせ、薬物等の送達を実現する（図２）。気泡に薬剤や遺伝子などを付加することで、ターゲット細胞にのみ高効率な薬物送達が実現できる。工藤 信樹 准教授 Nobuki Kudo工学博士 -
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柔軟かつ強靱なゲル
福祉時代の新素材
人間生活の質の向上が求められる時代において、材料はどうあるべきか。その回答がダブルネットワークゲルをはじめとする強靭なゲルである。強靭ゲルは医療機器・生体組織代替物・生体模倣物の“質”を大きく変革する。
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高強靭ダブルネットワークゲル
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歪応答性構造色ゲル
ガラスを用い部分的に圧縮している
研究の内容
従来、軟材料といえばエラストマーが広く用いられてきているが、生体との接点あるいは代替として利用する場面では含水性が決定的に重要な要素となる。含水材料は水の物性を強く反映するため、熱の伝わり方が生き物らしい・電磁波の吸収特性が生体に近い・表面の摩擦が非常に低いなど、生体組織にとてもよく似た物性を示す。含水性軟材料といえばゲルであるが、従来のゲルは機械的強度が低く応用が制限されていた。我々は含水率が90%でありながらトラックが乗っても壊れない高強靭性ダブルネットワーク（DN）ゲルの開発に成功し、ゲルの応用の可能性を大きく広げた。また、DNゲルの強靭性を解明していく中で、「犠牲結合原理」を見出し、様々な材料を強靭化するコンセプトに到達することができた。近年DNゲル以外の様々なタイプの強靭ゲルを開発している。
グン 剣萍 教授 Jian Ping Gong理学博士・工学博士 -
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動物の難治性疾病に対する新規制御法の開発
家畜・伴侶動物の慢性感染症や腫瘍に対する
抗体医薬・タンパク質製剤による免疫療法の開発難治性疾病では、生体内で病原体や腫瘍の排除機序が妨げられています。これは種々の免疫抑制因子が、免疫細胞を疲弊化させるためだと考えられています。本研究は免疫回避機構を標的とした製剤を開発し、動物の疾病の新規治療法として応用するものです。
研究の内容
研究目的： PD-1をはじめとする免疫抑制因子を標的とする動物用抗体医薬やタンパク質製剤の作製と治療法への応用。従来技術との比較・優位性：本アプローチは特定の疾病を対象とするものではなく、免疫抑制機序によって抗病原体・抗腫瘍効果が失われている疾患を広く対象とします。リンパ球を標的とした免疫療法ですので多機能的な免疫増強効果が期待されます。研究の独自性：獣医畜産領域において本アプローチに関する論文や臨床応用例の報告は未だありません。特徴：各抗体を樹立し、キメラ抗体として改変することで大量生成を行います。効果：有効なワクチンや治療法がない家畜(ウシ・ブタなど)や伴侶動物(イヌ・ネコなど)の疾病に対する新規治療法の提供を目指します。
今内 覚 教授 Satoru Konnai獣医学博士 -
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食品素材蛋白質の機能改変
糖修飾による加工・健康機能の改善
メメイラード反応を利用して魚肉タンパク質に糖類を結合させることで、加工特性と健康機能（抗炎症機能、血圧上昇抑制、脂質吸収抑制、抗酸化機能）を改変した水溶性筋肉タンパク質・ペプチドが作製できる。畜鶏肉や各種タンパク質にも応用可能。
研究の内容
【概要】
メイラード反応を用いてタンパク質・ペプチドに還元糖類を結合させ、性質を改変した新規な魚肉素材を創製できる。
【従来技術との比較・独自性】
筋肉タンパク質のような高分子複合タンパク質は熱凝集しやすく、メイラード反応の進行は諸性状の劣化につながる。我々はタンパク変性の抑制とメイラード反応の制御を両立させ、魚肉タンパク質のような不安定なタンパク質からも機能素材が創製できる道を拓いた。
【創製できる素材・製造技術の特徴】
1．化学試薬を不使用で糖鎖導入
2．筋肉を水溶化、高い乳化特性を付与
3．不安定なタンパク質の安定性向上
4. In vivoで働く健康機能の改変
5．機能ペプチドの開発にも応用可
6．原料の形態に制約なし佐伯 宏樹 教授 Hiroki Saeki博士（水産学） -
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ペプチドのN-末をキャッピングする新奇酵素の発見と応用
新規ペプチドリガーゼ
・種々のペプチドのアミノ末端に非タンパク性のアミノ酸をペプチド結合する新規酵素を発見。
・有用生理活性ペプチドの保護や新規抗結核薬の開発に期待。-
キャッピングに用いた化合物（左）、キャッピングできたペプチド
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本酵素が触媒する反応機構
研究の内容
医薬品としてペプチドを使用する場合の欠点の1つは，ペプチド分解酵素による分解があげられる。ヒトではペプチド末端に作用するエキソ型のペプチダーゼが主要な分解を担っていることから，ペプチド末端を非天然型アミノ酸に置き換えて分解酵素から保護することは医薬品開発の観点から価値がある。今回，ペプチド系抗生物質，フェガノマイシンの生合成研究を行った結果，2～18アミノ酸からなる多様なペプチドのアミノ末端を非天然型アミノ酸であるフェニルグリシン誘導体でキャッピングする酵素を見出した。この幅広い基質特異性を理解するため，酵素の結晶構造を解いた結果，本酵素は他には見られない大きな基質結合部位を有し，これにより多様な基質を受入れ可能であることが明らかとなった。Nat. Chem. Biol., 11, 71 (2015).
大利 徹 教授 Tohru Dairi農学博士 -
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位相差測定によるガン細胞の非侵襲的識別
培養中の非接触光学測定による
ガン細胞と正常細胞の高精度識別培養器底面に接着培養中の培養細胞に照射・透過したレーザー光には、細胞の屈折率と細胞の厚さに応じて位相差が発生する。本研究では、細胞内の各点の位相差を定量することにより正常細胞と培養中にガン化した細胞を高精度に識別できることを示した。
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位相シフトレーザー顕微鏡による細胞各部分の位相差値測定
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正常細胞とガン細胞の位相差の比較
研究の内容
再生医療において移植される培養細胞の品質管理に資すべく、培養中にガン化した細胞の有無を非侵襲的かつ高精度に判定する方法の確立を目指した。細胞集団中のガン化細胞の有無判定の従来法として特殊なマウスへの移植法があるが、破壊的（侵襲的）で、数週間以上の長時間を要するとの欠点があった。これに対して本技術では、培養中の細胞にレーザー光を透過するだけで非侵襲的に定量できる位相差値の演算により、1視野あたり10秒、100 mmディッシュ1枚の全細胞でも約10時間という短時間で培養しながら識別できる。重要な品質管理項目であるガン細胞の有無を非侵襲的に判定する方法は他になく標準化を目指している。
高木 睦 教授 Mutsumi Takagi工学博士 -
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合成高分子ゲルを用いた癌幹細胞標的
プレシジョンメディシンの確立ハイドロゲルによる癌幹細胞への初期化方法の開発
癌の根治には癌幹細胞の根絶が重要です。本法では、北大オリジナルバイオマテリアル（合成高分子ハイドロゲル）を用いて癌幹細胞へのリプログラミング（初期化）を迅速且つ効率的に誘導、癌幹細胞の性状や再発時の治療反応性を予測することを可能としました。
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ハイドロゲルによる癌幹細胞誘導。ハイドロゲル（A）上での脳腫瘍細胞のスフィア形成（B）と癌幹細胞マーカーSox2の発現誘導（C）。
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北大オリジナル開発のハイドロゲルを用いたがん幹細胞診断モデル。ハイドロゲル上でがん幹細胞を誘導し、その性質を解析することで、個々のがん患者さんに適切な治療薬を決定できると期待されます。
研究の内容
がんの根治には治療抵抗性を示すがん幹細胞の根絶が必須ですが、その数は少なく、従来法では癌幹細胞の分離や性状解析は困難でありました。本研究は、北大オリジナル開発合成高分子ハイドロゲル（Science 344, 161-162, 2014）を用いて、迅速・簡便・低コスト・効率的に癌幹細胞のリプログラミング （初期化）を誘導、癌幹細胞の性状解析や治療反応性の評価、再発時の癌細胞の性状予測を可能にしました。本技術を用いることによって、癌幹細胞を標的とした薬剤スクリーニングを実施でき、将来的に発生の可能性がある再発腫瘍の性質を予測し、予防的治療薬を投与することで、癌患者に適確な癌幹細胞標的プレシジョンメディシン（予防先制医療）を提供できるようになることが期待されます。
田中 伸哉 教授 Shinya Tanaka医学博士 -
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リポソーマル生物発光イムノアッセイ
ルシフェラーゼを内封したリポソームの作成と
イムノアッセイの超高感度標識体としての応用生物発光反応の触媒である酵素ルシフェラーゼを脂質二分子膜小胞のリポソームに封入し、イムノアッセイの超高感度標識体として応用した。モデル物質として炎症マーカーであるC反応性タンパク質のイムノアッセイを行ったところ、その定量が可能あった。
研究の内容
臨床検査や環境分析において必須の技術であるイムノアッセイでは、分析対象物質の多様化や微量化に伴い、簡便、高感度、ハイスループットなど高性能化が求められている。我々は、生物発光酵素Lucを、リポソームと呼ばれる脂質二分子膜小胞に多数内封させ、これをイムノアッセイの標識体として利用する超高感度なイムノアッセイ系の構築を目指している。リポソームに内封することで多数のLucを安定な状態で抗体に標識することが可能になる。しかし、リポソーム内部に酵素を内封する方法は既に知られているものの、Lucについてはこれまで検討された例がない。本研究では、熱安定化組換えLucをリポソーム内へ封入し、封入量や安定性を評価した。さらにLuc内封リポソームを標識体として用いるC反応性タンパク質のイムノアッセイ系を構築した。
谷 博文 准教授 Hirofumi Tani博士（工学） -
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腸内環境評価による食の新機能解明と応用
食と医薬の新たな腸内環境評価系開発
食素材・成分と、寄生体である腸内細菌、宿主のPaneth細胞αディフェンシンの三者が「腸内環境」を決定し、そのクロストークが健康維持と疾病に関与するという新しいパラダイムに基づく腸内環境評価系を構築して、食の機能性を解明し疾病予防に繋げる。
研究の内容
食素材・成分と、寄生体である腸内細菌、宿主のPaneth細胞αディフェンシンの三者が「腸内環境」を決定し、そのクロストークが健康維持と疾病に関与するという、われわれの提唱した独創的な「腸内環境」の定義は、食の機能性にパラダイムシフトを興している。本研究は、αディフェンシンの健康維持、疾病発症及び病態形成への関与を明らかにすると共に、食の新規機能性評価系を構築して腸内環境の国際的評価基準を確立することを目的とする。組織培養系とαディフェンシン定量系を組み合わせて腸内環境評価系を構築し、未だメカニズムが分かっていない多彩な腸機能と食品機能との関係を体系的に解析する基盤を築く。食素材・成分や医薬品による免疫賦活および老化物質制御等の機能性をはじめて解明し、新たな科学的指標を得て、食に高い付加価値を創生する。
中村 公則 准教授 Kiminori Nakamura歯学博士 -
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免疫細胞へsiRNAを高効率で導入する試薬の開発と
がん免疫療法への応用次世代ドラッグデリバリーシステムの開発
免疫細胞にsiRNAを高効率で導入するための試薬（YSK12-MEND）を開発しました。この試薬を用いてsiRNAを免疫細胞に導入すれば免疫抑制遺伝子の発現を高効率で減らせるため免疫機能を利用したがん免疫療法への応用が期待できます。
研究の内容
マウスやヒトの免疫細胞に、遺伝子発現抑制剤であるsiRNAを高効率で導入（トランスフェクション）できる試薬「YSK12-MEND」を開発しました。独自開発した新規脂質分子を用いることで、マウス樹状細胞へのsiRNA導入効率が市販品（Lipofectamine RNAiMAX）と比較して10倍以上向上しました。人間は元々がん細胞に対抗する免疫機能を持っていますが、がん患者では免疫細胞の機能ががん細胞によって抑制されていることが知られています。YSK12-MENDを用いてsiRNAを導入し、免疫細胞内の免疫抑制遺伝子の発現を高効率で抑えることができれば、人間が自らの免疫機能でがん細胞と戦うための環境を整えることができます。YSK12-MENDはその切り札の一つとして期待されます。
中村 孝司 助教 Takashi Nakamura博士（生命科学） -
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自発的に骨組織と強く結合する高強度ゲル
～生物の骨治癒を利用した、これまで困難であったウェットな材料と骨との安全な高強度接着法の開発～
次世代人工軟骨や軟骨組織再生足場材料として期待される高強度ハイドロゲルを応用する上で課題であった生体内の固定について、骨組織を構成する無機物「ハイドロキシアパタイト」を用いた簡便・無毒・高強度な接着手法を開発した。
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図１ DNゲルとHApコーティングDNゲル
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図２ ウサギの関節部への埋植とそのCT画像
研究の内容
私たちのグループが以前開発した高強度・高靱性ダブルネットワークゲル（DN ゲル）は、生体関節内で軟骨に対する低摩耗性や軟骨組織の再生誘導性など優れた性能を有し、人工軟骨材料や軟骨再生誘導材料としての応用研究が進められている。一方で、生体関節内で固定・維持することが困難であり、本材料の実用化において大きな課題となっていた。今回DN ゲルの表面層に骨組織の無機主成分であるハイドロキシアパタイト（HAp）を複合化させることで、骨組織再生がゲルの内部へ自発的に進展し強固に接着する固定法を開発した。優れた力学物性・軟骨再生能に加えて、無毒で生体内の骨と接着の実現は、DN ゲルによる関節治療への実用化に向けて大きな前進となる。
野々山 貴行 准教授 Takayuki Nonoyama博士（工学） -
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非線形ラマン散乱内視鏡
非線形ラマン散乱を用いた神経の無染色可視化による新しい内視鏡下手術支援ロボットの眼の開発
ラマン散乱は、無染色に分子種・分子構造に関する知見が得られるが、非常に微弱なためにその利用は限られてきた。超短パルスレーザーを駆使した非線形ラマン散乱現象を利用して、リアルタイムにラマンイメージを観測可能な顕微鏡や内視鏡を開発している。
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非線形ラマン散乱硬性鏡
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ラット坐骨神経の非線形ラマン散乱像（スケールバーは100μm）
研究の内容
ラマン散乱は、無染色に分子種・分子構造に関する知見が得られるために、化学分析、物理化学研究、半導体物性研究等に用いられ、 近年になって生体観測への応用が盛んに行われるようになってきた。しかしながら、ラマン散乱は非常に微弱であるために、そのイメ ージをリアルタイム観測することは困難であった。波長可変同期ピコ秒レーザーを開発し、これを光源とした多焦点非線形ラマン散乱顕微鏡によって100 frame/sという、ビデオレートよりも高速なイメージングを実現した。また、直径12mm、全長550 mmの硬性鏡下で、神経を無染色、高速に可視化できることを示した。神経温存内視鏡下外科手術の新しい眼として期待できる。
橋本 守 教授 Mamoru Hashimoto博士（学術） -
