再生医療が生命科学研究の大きな注目テーマになって久しい。生命科学的なアプローチでは、人間の体を構成する細胞を利用して狙った臓器や皮膚などの組織を作り出す。一方で、工学的なアプローチで体のパーツを作り出すという研究がかたちになり始めている。遠いようで近い生命科学と工学の一端を紹介したい。

生体組織を編んで作る

血管、皮膚、臓器はいずれも細胞がある程度の秩序を持って並び、3次元的な構造をとることで形成されている。その上で、その集まりが有機的に機能することで、血液を運んだり、外的な刺激から身体を守ったりといった様々な働きを生み出している。生体内では、細胞どうしの結合やコラーゲンやケラチンなどの細胞外の構造体(細胞外マトリックス)との結合(図1)によって立体組織を形成している。再生医療の現場では、いかにこの3次元構造を作るかが一つのハードルになっている。工学的なアプローチで臨む研究者らは、細胞をブロックのように扱って、思った通りの形に配置する。編み物を編むように3次元的な構造を作る1)といった、生命科学の研究者からはなかなか出てこない発想で実現しつつある。生物・医学的なアプローチでは、例えば腎臓などで脱細胞化という処理を施して中の細胞をなくし、残った臓器の被膜に細胞を定着させて移植用の臓器を作るという取り組みがある。同じ機能を果たせるのであれば、前者の方が安定して、また他から臓器をとってくることなく作ることができる点で応用の幅を広げることができる。

3Dプリンタの新しい道

最近では3Dプリンタを使って3次元組織を作り出すという試みも進んでいる。例えば、オックスフォード大学の研究チームは3Dプリンタを使って生体組織様の物体を作り出したと米Science誌で発表している2)。また、ヘリオット・ワット大学の研究チームが、3Dプリンタを使ってES細胞を印刷することに成功したと英Biofabrication誌で報告している3)。細胞の印刷技術は適切なマトリックスと混ぜて立体構造がとれるようにすることで、立体的な生体組織を作り上げる分野で活躍できる可能性を持つ。

生命科学と工学の交流

国内では、例えば生物・医学から、物理、化学、材料、工学、人文社会の研究者が集まって「細胞を創る」研究会が立ち上がり、分野を超えた技術の交わりが始まっている。すでに今年で第6回の年次研究会を迎えており、これからの展開がさらに期待される。生体は様々な高分子が絶妙なバランスででき上がっている。システムの要素としては機械などに通ずる所もあるだろう。また、生命科学の研究者が今の視点では超えられないハードルを工学からのアプローチで超えられる可能性も持つ。生命科学研究が分子レベルの研究が盛んだったところから、その成果を踏まえてマクロレベルの組織を形成するという分野でも活気づく今、工学研究者とのコラボレーションがさらに求められている。

• 1HiroakiOnoe,et.,al.Metre-longCell-ladenMicrofibresExhibitTissueMorphologiesandFunctions.NatureMaterials,vol.12,584–590,2013
• 2GabrielVillar,et.,al.ATissue-LikePrintedMaterial.Science.vol.340.48-52.2013 3AlanFaulkner-Jones,et.,al.Developmentofavalve-basedcellprinterfortheformationofhumanembryonicstemcellspheroidaggregates.Biofabrication.vol.5.015013.2013

著者：高橋宏之(たかはしひろゆき)

リバネス研究戦略開発事業部部長。同知識創業研究センターセンター長。専門は分子生物学および生化学。博士(理学)。バイオに限らず最新の研究動向や技術をウォッチして研究者と企業をつないでいます。研究者とコラボして民間に導出できる次の技術をインキュベーション中。

前号で掲載した「日常の何気ない作業をちょっと楽にするオーダーメイド器具が欲しい─そんな要望有りませんか?」という記事に興味を持ち、オーダーメイドの実験トレイの相談をくれたのが福山大学の山口先生。実際にトレイを製作した浜野製作所の石川さんとともに、実験機器に対する要望を伺った。

石川:そもそもどういった経緯でオリジナルトレイを作りたいと思ったのですか?

山口:私は以前から細胞を扱う研究をしています。日々、大量の細胞をインキュベーターという機器の中で培養しているんですが、その機器に入れるためのトレイが重い上にたわんでしまう。片手でインキュベーターの扉を開けて、もう一方の手で培養シャーレを載せたトレイを出し入れするんですが、重いと腕が震えてサンプルがこぼれそうになってしまう。これを改善できないかと思って相談をしたんです。

石川:たわみの原因は自重にあったので、材質を軽量なアルミ合金に変えるだけでたわまないようにできました。元々のトレイの材質である銅を含有したステンレスは、抗菌性という特徴を持つ反面、非常に重い材質です。今回使用したアルミ合金に抗菌性を持たせる処理を施すことも可能でしたが、コストが上がってしまうので処理を行わないことをご提案しました。

山口:汚れが気になったときの滅菌処理なら大学でも簡単にできますからね。コストや必要性を相談しながら作れるのはありがたいです。

発注から共同開発へ

石川:ちなみに地元の企業に相談されたりはしなかったんですか?

山口:実は同じような相談を地元の企業にしたことがあるんですが、なかなか対応してくれなかったんです。広島県福山市はあまり町工場も多くないので、相談をする相手を探すのにも苦労します。しかしながら遠方の東京や大阪の町工場とつながる機会がなかったので、今回のご縁はとてもありがたいです。過去には、地場の企業数社と連携し、新しい実験装置の開発に挑戦したこともありました。経産省から2年間で約4000万円の予算をもらい、温水方式の定量PCRという実験ができる装置を作ったんです。装置自体は良いものができたのですが、市場調査ができるようなメンバーがいなかったため、市場規模や利益が見えない中で実際に製造・販売するリスクを取ってくれる企業が出てこず今のところ商品化できていない状態です。

石川:弊社でも複数の町工場とともに東京海洋大学・芝浦工業大学・JAMSTECと連携した深海探査船の開発をやっています。今回のトレイのようなちょっとしたものづくりから、一緒にアイデアを形にしていくものづくりまで、ぜひ今後も気軽にご相談ください。

山口先生からのご相談

インタビューの中で、山口先生から受け取った追加のご要望について紹介します。

シャーレを曇らないようにできないか?

培養したシャーレをインキュベーターから出すと、インキュベーター内外の温度差によりシャーレのフタの内側に水滴がついて曇ってしまう。位相差顕微鏡で観察を行う際に、精密な光学系が曇りで乱され解像度が悪くなって見えにくくなるのでなんとかできないだろうか。

細胞を簡単に剥がす装置は作れないか?

培養した細胞を使って実験する際に、シャーレから培養細胞を剥す必要がある。経験的に、酵素処理と併用して培養シャーレを温めながら細かい振動を与えて揺らすと培養細胞にストレスがかかる酵素処理時間を短縮して剥がせるので、それを簡単にできる装置を作れないだろうか。

インキュベーターのドアを半自動で閉めたい

インキュベーターのドアが、ゆっくりと閉めないと確実にしまってくれない。冷蔵庫のドアのように弱い力でも一定の位置まで閉まると自動的に最後まで閉まるようにできないだろうか。

 

 

上記の要望は、現在、浜野製作所と対策を検討中!

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青山学院大学理工学部経営システム工学科梶山朋子助教

例えば、デスクトップの壁紙を検索したいとき、「かっこいい」「楽しげな」など画像をイメージから探したいけど、入力する検索ワードに困ることがある。頭の中にあるぼんやりとした色や雰囲気を、上手に探し出すためにはどう したらよいだろうか。

感覚的な検索手法「ファセット検索」

目的が明確な場合に使うのは、キーワード検索やカテゴリ検索だろう。これらに対し近年登場したのが、ファセット検索だ。複数の検索の切り口(ファセット)を組み合わせることで情報を閲覧できるため、探したい情報のイメージがぼんやりとしている場合に効果を発揮する。通販サイト『Amazon』がその典型例。一般的な図書館や本屋の検索システムでは、著者名や出版年月などのキーワードを入力する方法しかないが、Amazonではキーワードやカテゴリで情報を絞り込んだ後、このファセット検索が提供される。例えば、ユーザー評価、文庫本か雑誌等のフォーマット、配送オプション、価格などから検索条件として利用したい切り口を選ぶだけでコンテンツを絞り込める。

ヒントは星座早見表

このファセット検索をより感覚的に使えるようにしたのが、梶山さん。膨大な情報の中から自分の好みに近いものを直観的に検索できるインターフェイスを、星座早見表から思いついた。日時や方角が書かれたリングを重ね合わせると上空の星座が表示されるように、色や雰囲気等の検索軸を配置したリングを回転させると、リング内に検索結果がリアルタイムに現れる。このインターフェイスを植物データに適用した植物図鑑システムでは、503種類の植物に対し、花の色や葉の形などの7つの切り口を用意したことで、検索結果から未知の植物特徴を視覚的に捉えることができる。リング内の植物画像をドラッグし中心に再配置すれば、その特徴に合う検索条件へ自動的に修正される。 「感覚的に調べられるだけではなく、“探す”行為自体がとても楽しく感じられるようになります。」と、梶山さんは話す。講談社およびデジタル・アドバタイジング・コンソーシアムと共同開発したアプリ検索アプ『WonderSearch』にも導入されている。 この技術は教育分野だけでなく、インテリアやファッション分野など、画像をイメージで探す際に活躍する技術になるだろう。今後は画像を探すだけでなく、レビューなどのテキストから抽出した感情を色彩化することで、コンテンツ利用者の印象を表現する画像(読後感を表現した書籍表紙画像など)の自動生成にも挑戦したいという。情報が溢れすぎている世の中で、いまの日本の若者にはこうした感覚的な検索インターフェイスは意外とウケるかもしれない。

こんにちは。GARAGEの精、ガレ子です。世の中では、毎日爆発的な量の情報やデータが生まれていますよね。交通系ICカードから得られる移動情報、各種センサーから得られる天候や電力使用量。最近はfacebookなどのソーシャルメディアで個人がデータを生成するようになり、その情報量はなんと1日あたり10テラバイトを超えるらしい。こうしたビックデータを収集・分析し、社会で役立てるかたちに活用する取り組みが盛んに行われています。でも、世の中にはもっと活用されてもいい情報がきっとあるはず!今回は、日常生活の中にある物理的にオープンソー シャルな瞬間、ズボンのチャックが空いてしまう現象「社会の窓」に注目してみました。先日、日本科学未来館で開催されたMakerFaireTokyo2013で見つけたのが、世界の“社会の窓”を守る「AegisFastenerSystem」。彼らが試作品としてつくったのは、3種類のチャック開閉感知装置です。

リール方式

ズボンに回転量を取得するリールを取り付け、リールのひもをチャックの金具部分に引っ掛け、ひもとチャックが連動することにより開閉を感知するしくみになっている。リールは市販のリールキーホルダーに白黒模様のシールと光センサを取り付け、回転量を取得できるように改造されている。

 

 

光量方式

チャックの後ろに8つの光センサを並べ、チャックの開き具合で光センサの値が変化するので、その値を読み取り開閉を検知するしくみになっている。

 

 

 

 

磁力方式

磁力によってスイッチをオンオフするリードスイッチを採用。ファスナー金具部分の裏側に磁石を、ズボンの内側にリードスイッチを50個使用した回路を装着し、LEDの点灯位置からファスナーの開閉度合を測り、チャックの開き具合に対応して緑、黄、赤と信号機のように色が変化する。

 

 

 

もしも、世界中の男子がこの装置を装着したズボンを履くようになり、位置情報とチャックの開き具合がリアルタイムでわかるとしたら、日常生活はどう変わるでしょうか。世界中のトイレ利用率や混雑具合がわかり、トイレ渋滞が緩和されるかもしれない。警察がパトロール用に利用すれば、性犯罪防止につながる可能性も出てくる。また、チャックの開閉状態が40%を超えた場合、自分の携帯に通知が来るよう設定し、街中ですれ違う他人や直接指摘しづらい上司に通知を送ることで、全開状態の時間を短縮することができる。しかも、相手に通知を送る度にユニセフ等に募金できるシステムを組み込めば、全人類がハッピーになるでしょう。社会の窓が、社会貢献の窓になる日も近い。 ちなみに現代で社会の窓全開状態を指摘する一番いい方法は、「自分も開ける」ことだそうです。自分の社会の窓を開け、上司に「あ、おまえ~」と言われた瞬間にすかさず「あれ、上司も~」と突っ込めばよし。心の距離がぐっと縮まる、これぞ自己犠牲のコミュニケーション。 それはさておき、社会にとって有意義な価値を産み出すウェアラブルデバイスの導入で、スマートでラブ&ピースなライフが手に入る未来がやってくるかもしれませんね。