電気通信大学大学院 情報理工学系研究科 助教

牧 昌次郎

1989年03月 慶應義塾大学 理工学部 化学科 卒業...もっと見る 1989年03月 慶應義塾大学 理工学部 化学科 卒業
1994年03月 慶應義塾大学大学院 理工学研究科 化学専攻博士課程修了（博士（理学）取得）
1992年11月～1993年01月
独国 Max Planck 生物化学研究所 研究員（細胞生物学研究室で mRNA の
ラベル化材料の合成・開発と生細胞内動態の可視化研究）
1993年04月～1994年03月
日本学術振興会 特別研究員
1994年04月～1996年09月
帝京大学薬学部助手
1996年07月～1996年08月
独国 Max Planck 生物化学研究所 客員研究員（細胞生物学研究室で mRNA の
ラベル化と生細胞内動態の可視化研究）
1996年10月～現在 電気通信大学電気通信学部 助手（助教、職名変更）
1999年05月～2000年01月
Columbia 大学化学科 博士研究員（視覚の分子機構解明研究）
2005年06月 有機電子移動化学奨励賞
受賞講演題目：「ホタル発光系をモデルとした人工発光標識系創製へのアプローチ」
2012年01月 優秀教員賞（電気通信大学）

ホタルの生物発光技術が癌研究や再生医療研究に有効なツールとなることは前述のとおりであるが、それだけでは現実問題として、不十分であることがわかってきた。

現在の光インビボイメージングの測定機器は、マウス/ラット程度の大きさの動物の測定が限界である。しかし、ネズミのデータを外挿してヒトの状態を見積もることには、およそ無理があろう。この間を埋めるような中間的なモデル動物が必要と考えられる1)。

3-1. ホタルの光で先端医療技術を切り拓く

たとえば、脊椎損傷の動物実験であるが、人間のように高次運動機能を有する動物、たとえば、コモンマーモセットのような霊長類でのイメージング技術が必要であることは、理解できよう。iPS の技術で、個別（免疫の問題が生じないよう）にヒトの臓器を動物で成熟させ、患者の方へ移植するような場合、人間と同じくらいの大きさの動物（例えばミニブタなど）が必要であろう。拒絶反応も考慮すれば、免疫学的な条件も重要である。将来的に人工的（工学的）に臓器を生長・成熟させる技術を開発するためには、その端緒としてこの技術は必要であろう。現実的な移植治療を考えれば、動物の成長の早さも重要である。

また、これらの先駆的な研究段階では、光イメージングのように空間分解能が高く、精密な測定ができる技術が必要であることは、専門家でなくても理解は容易であろう。

このために必要な技術は何か、以下にまとめてみた。

＜標識材料＞

1. 生体の窓領域に発光する材料（生体透過性に優れた波長域）。
2. 輝度は天然の発光基質と同等程度が望ましい（高輝度）。
3. 生体機能測定なので、生体に投与しやすい水溶性が必要であろう。

＜モデル動物＞

1. ターゲットとなる臓器・器官で十分な酵素が発現できている。
2. 飼育段階で、測定を妨害するような代謝物や生体物質を産生しないこと。
3. 飼育段階で、感染症など研究に影響する要因を持たないこと。

＜測定機器＞

1. 微弱かつ長波長光（近赤外領域：生体の窓領域）を高感度に受光できること。
2. 受光データから、3 次元画像など深さ方向の情報が得られること（画像処理技術）。
3. マウス/ラットよりも大きな動物を測定できる測定室を有すること。

このように、動物、機器、材料それぞれで課題があるが、これらをクリアすることで全人類的課題に立ち向かう技術ができると考えられる。またこれらの技術は互いにかかわりがある。例えば、材料の輝度向上は、機器の感度向上で補うことができるかもしれない。これは動物体内での酵素発現量が少なくても、微弱光を高感度で測定できれば互いに技術を補うことができる。深さ方向の情報は、生体の窓領域で異なった波長を呈する標識材料を創製することで、技術の難易度が下がる可能性があろう。免疫不全ではない体毛のないモデル動物が開発されることで、透過光の妨害も大きく軽減されるであろう。
技術に技術が重なることで、より高度かつ実用的な技術になることは明白である。

3-2. 技術が重なることで開かれる新技術

生物発光技術が目指すところは、医療だけではない。植物細胞に発光酵素を発現2) する技術があるので、ホタルの発光酵素を発現する樹木を植え、発光基質を水とともに与えることで、無電源発光が可能になるかもしれない。ホタルの体内で発光基質が生合成されているのだから、このメカニズムを人工化できれば、街灯のない山道で樹木が光って道を示してくれるということも技術的に可能になるかもしれない。

ホタルの発光は酵素反応なので、発光シールや発光塗料などにしても安全であろう。しかしこれらの技術を実現するには、いくつもの実用性を高めるための技術ハードルを越える必要があろう。しかし、そのハードルはもはや明確であり、筆者はその基盤となる技術のいくつかを人類は既に手にしていると考えている。

日本の科学技術政策では、未来はわからないものではなく、理想の未来に向かって、自らの手で創るものだと考えている3)。日本が創るべき未来にはどのような技術が必要で、その技術を実現させるためにはどのような技術が必要なのだろうか。

筆者は、「環境エネルギー」、「医療」、「格差」の３つを重要課題と考えており、このうちの「医療」に貢献すべく技術開発を行っている。技術に技術が重なって、より高く、より希望や理想に近い技術になるのであろう。単一技術の専門家が解決できる問題はもはや少ないのではないか。それぞれの技術の専門家が複合技術を作り上げ、現実の課題に対峙してゆく時代になっているのではないか。筆者はライフサイエンスや機械・電子の専門家と共同してインビボイメーイングの新技術を創製し、未来の医療技術に貢献すべく研究を行う予定である。今後の電気通信大学の技術にご注視いただければ幸甚である。

文献

1. 監修：梶谷 誠　編集：田中 繁　ユニーク＆エキサイティングサイエンスII　（近代科学社）p.136-158 (2013)
2. Eco Rick通信　植物活性化剤の探索と創製―遺伝子組換え植物を利用した低環境負荷型植物保護資材の開発（平塚　和之）―横浜国立大学2011年10月
3. 科学技術イノベーション総合戦略2014 ～未来創造に向けたイノベーションの懸け橋～（内閣府） http://www8.cao.go.jp/cstp/sogosenryaku/