ナノサイズ船、細胞の宇宙を行く

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ナノサイズ船、細胞の宇宙を行く

大学院薬学研究院・大学院生命科学院准教授

秋田

あきた

英

ひで

万

たか

（薬学部）

専門分野：薬剤学

研究のキーワード：ナノテクノロジー，創薬，遺伝子治療，細胞内動態制御，イメージング HP アドレス： http://www.pharm.hokudai.ac.jp/yakusetu/index.html

何を目指しているのですか？

薬をいかに効率よく体内に取り込ませ、また、どうやって患部まで届けるか。文字通り

「ドラッグ・デリバリー・システム（_DDS）」と呼ばれる研究分野があります。注射などによって血液中に投与された薬物は、血液にのって体中を循環します。患部に届けば効果につながりますが、逆に望まない部位に届いてしまうと副作用を引き起こしてしまいます。薬を必要な場所（臓器）だけに必要な時間届けるための技術開発は、_DDS研究の重要な課題のひとつとなります。一方、現在の創薬研究の対象は、従来からの低分子化合物から、タンパクや抗体、核酸や遺伝子などの高分子へと広がりを見せています。この時代の潮流のなかで、_DDS研究には、新たな技術が要求されています。細胞の中の、さらに特定の細胞内小器官（オルガネラ）を標的化するための細胞内動態制御技術です。細胞内は、ミトコンドリアや小胞体などのオルガネラや、蛋白、_RNA などの高分子が複雑に入り組んだ

「ミクロな宇宙（スペース）」を形成しているといっても過言ではありません。月面着陸という大きな夢を成し遂げた₂₀世紀のアポロ計画に続き、目に見えないミクロな宇宙において自由に物質輸送を精密に制御する細胞内動態制御は高分子を医薬として実用化する上で不可欠なテクノロジーであり、また、₂₁世紀の最大の技術革新の一つになると考えられます（図１）。

特に、遺伝子治療の実現に向けては、『くすり』としての外来遺伝子をその転写部位である核まで送達する必要があります。その過程においては、エンドソーム膜や核膜といった生体膜が突破すべきバリアとして立ちはだかります。私は、これらのバリアを突破しながら細胞の中の宇宙を旅するための極めて微少な『宇宙船』を開発したいと考えています。ウイルスは長年の進化の過程を経て、細胞内を旅しながら自らが持つ_DNAを感染細胞に導入するための極めて巧妙な仕組みを獲得してきました。言わば、私たちの船の目標とすべき究極的な構造

出身高校：愛知県立時習館高校最終学歴：東京大学大学院薬学系研究科

ミクロの世界

図１研究の概念図

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図２動的光散乱装置図３共焦点レーザー顕微鏡

体となります。これらの構造や仕組みを学びながら、人工的なナノ粒子を設計していきたいと考えています。私たちの研究室では、インフルエンザウイルスの構造に学び、『くすり』となる人工遺伝子を脂質膜によりコーティングした「多機能性エンベロープ（膜）型ナノ構造体」を基盤技術として研究をしています。その大きさは、１万分の２㍉＝₂₀₀㌨㍍という極めて小さなものです。段階的な生体膜バリアの突破と時空間的に制御された粒子の崩壊性制御を可能とする技術を創出し、遺伝子治療研究にブレイクスルーをおこすことができる次世代のナノテクノロジーを創製したいと日々研究に励んでいます。

どんな装置を使って実験をしているのですか？

ナノサイズの粒子の大きさを見積もるためには、サンプルに光を当てたときに発せられる、粒子からの散乱光の揺らぎを解析しています。この粒子の物性を解析するために、「動的光散乱測定装置」を使用しています（図２）。また、ナノ粒子の細胞内動態をコントロールするには、その動きを評価するための技術も必要になります。私たちは、蛍光物質によって標識されたナノ粒子を、異なる光の波長を持つ蛍光物質あるいは蛍光タンパクで染色された細胞に導入し、その後の細胞内における局在や動的な動きを蛍光顕微鏡によって可視化（イメージング）しています。正確には、「共焦点レーザー顕微鏡」と呼ばれる特殊な顕微鏡を用いています（図３）。遺伝子治療用ナノ粒子を設計するだけでなく、細胞内におけるこれらナノ粒子の動きを定量的に捉え、その情報を次世代ベクター開発にフィードバックするというコンセプトは、私たちの研究開発の重要な柱となっています。

読者の皆さんへのメッセージ

2003年にヒトゲノム計画が完了し、ヒトの全ゲノム情報が明らかとなりました。バイオインフォマティクスの発展や次世代シークエンサーの開発も進むにつれて、個人のゲノム情報の解析や疾患原因遺伝子の解明が急速に進むと予想されます。遺伝子治療は、様々な遺伝病を根本から治療できる夢の治療法であるとして期待を背負ってきました。しかし、長年の研究を経た上でもまだ遺伝子発現効率の低さが解決されず、実用化には至っていません。そのブレイクスルーの鍵は、遺伝子をいかに効率的に核まで届けるかという「細胞内動態制御」にあると思います。本稿に触れて日本発の遺伝子創薬を、また、次世代医療につながる₂₁世紀版アポロ計画を実現したいという熱い野望を抱いた方、是非、夢を一緒に実現しましょう！！

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