Graduate School of Life Science, Hokkaido University
Transdisciplinary Life Science Course,
Division of Life Science 生命科学専攻 生命融合科学コース

Division of Soft Matter ソフトマター専攻

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北大 生命融合
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生命科学院
教育分野

研究室

生命融合科学コース
職名

担当教員
氏名

教員の所属部局・機関

教授

尾瀬 農之

先端生命科学研究院

助教

稲葉 理美

先端生命科学研究院

准教授

上原 亮太

先端生命科学研究院

助教

石原 すみれ先端生命科学研究院

准教授

中岡 慎治

先端生命科学研究院

助教

山口

諒

先端生命科学研究院

教授

門出 健次

先端生命科学研究院

准教授

谷口 透

先端生命科学研究院

助教

スワミィ マハデバ
マカナハリ マデゴウダ

先端生命科学研究院

教授

玉置 信之

電子科学研究所

助教

パディンハレハシム

助教

アマトゥナドゥ
アムルタ

教授

中村 公則

先端生命科学研究院

助教

横井 友樹

先端生命科学研究院

特任助教

竹見 祥大

先端生命科学研究院

講師

北村 朗

先端生命科学研究院

教授

西村 紳一郎

先端生命科学研究院

教授

比能 洋

先端生命科学研究院

助教

横井 康広

先端生命科学研究院

客員教授

小松 康雄

産業技術総合研究所

客員教授

近藤 英昌

産業技術総合研究所

客員准教授

平野 悠

産業技術総合研究所

客員准教授

山崎 智彦

物質・材料研究機構

客員准教授

吉川 千晶

物質・材料研究機構

構造生物化学

生命情報分子科学

細胞装置学

数理生物学

化学生物学
生命物質科学
分子情報科学

自然免疫

カヤカリ
スダカル

電子科学研究所
電子科学研究所

細胞機能科学

細胞分子機能科学

生命機能制御科学(連携分野)
分子適応科学(連携分野DC課程)
フロンティア
生命材料科学先端生体制御科学

分子適応科学

フロンティア生命
材料科学

2024.6.1現在

生体高分子の構造・機能相関の解読とその応用
Deciphering the relationship between
structure and function of biomolecules

先端生命科学研究院

構造生物化学研究室

Laboratory of Structural & Biological Chemistry,
Faculty of Advanced Life Science

教授

尾瀬 農之 Toyoyuki Ose, Professor

助教

稲葉 理美 Satomi Inaba-Inoue, Assistant Professor

蛋白質構造が持つ意味を化学的に解釈し，シグナル伝達や酵素反応を捉える
生体のシグナル伝達機構や調節機構が，がん化や感染防御にどのように関与しているかを解明することや，酵素反応そのものに興味があります。そのため，単にRNAや蛋白質，低分子など機能性分子の立体構造解析をするだけで無く，精緻に設計された生体分子の必然を，化学（物理化学，有機化学）のプローブにより迫っていきます。研究室メンバーは，結晶解析（X線・中性子），クライオ電顕，NMRの基礎理論を学びながら，相互作用解析や酵素反応のカイネティクス，細胞生物学と蛋白質構造を結びつけられるように，
日々学んでいます。
By physical (crystallography, electron microscopy), physicochemical (calorimetry) or biochemical (RI assay) methods
we investigate the relation between structure and function of bio-macromolecules which are important in our life. In
addition, study of various molecules including the disease-related protein, and the application to innovative drug
development, industry are also our research targets.

ウイルスの宿主免疫不活化機構から，
ウイルス毒性，宿主指向性を理解する
Analysis of viral immune-counteraction mechanism to predict thread in
futureウイルスがどの生物を宿主として選択するかを考える上で，宿主免疫系を不活化できるかどうかは非常に大きな要因である。多くのウ
イルスは宿主の免疫分子と結合するための蛋白質を準備し，固有の方法で免疫系を制圧する。ヒトに重篤な障害・死をもたらすRNAウ
イルス（SARS-CoV-2を含む）がどのように宿主因子の機能不活化をおこなっているかを解明し，将来的な危機回避に繋がる研究をお酵素反応解析
Multi-modal approaches to analyze enzyme reactions involved in natural
product biosynthesis and RNA maturation.
酵素は立体選択性・部位選択性を備え，複雑な化学反応を簡単に触媒する。
酵素の中には，量子トンネル効果やラジカル対形成など，有機化学では説
明できず量子力学による解釈が必要なものも多く存在するとされている。
私達は生理活性を持った天然化合物（天然物）の生合成や，RNA修飾に関わるもの，新奇酵素反応をマルチモーダルな方法により解析している。酵素反応の中には水素の位置・挙動を明らかにすることがキーとなるものも存在するため，X線，電顕，NMRで追跡できないものに関しては，中性子線回折を取り入れている。中性子線結晶構造解析は発展途上の手法論であるため，結晶成長など方法論の開発もおこなっている。
1st

こなっている。
We elucidate the biosynthesis pathway of naturalfunctional molecule (adrenaline) by structural andbiochemical analysis in order to understand thereaction mechanisms. Based on the results, we arm
to develop a biosynthesis pathway for non-naturalfunctional molecule (phenylephrine) by genetic andprotein engineering.

ose@pharm.hokudai.ac.jp

2nd

3rd
4th
3rd

Enzymatic epoxide opening cascade catalyzed by homolog protein of epoxide hydrolase family inpolyether biosynthesis pathway.
理学部5号館 3階
School of Science, Building No.5, 3F

http://altair.sci.hokudai.ac.jp/g6/

根源的生命現象「細胞分裂」の仕組みに迫る
Understanding cell division, one of the mostfundamental biological phenomena

創成研究機構細胞装置学研究室

Laboratory of Cell Machinery Science, Creative Research Institution

准教授

上原 亮太

Ryota UEHARA, Associate Professor

助教

石原 すみれSumire ISHIHARA, Assistant Professor

細胞分裂の制御機構の解明、およびその破綻に起因する細胞異常の理解
正確な細胞分裂は生命の維持や継承に不可欠であるが、細胞がどのようにその中身を等分し、自らを二分するのかは明らかでない。また、分裂制御の異常は、染色体数変化を介して細胞の形質を劇的に変化させ、がんなどの重篤な疾病を引き起こす原因となるが、染色体数変化が細胞形質を変化させる具体的な過程は不明である。我々は様々な細胞分析・操作技術を組み合わせたアプローチによって、分裂を制御する「細胞装置」の造りと働きかた、さらにその破綻が細胞形質に及ぼす影響を分子レベルで解明することを目指している。
Precisely controlled cell division is an essential process of heredity, development and homeostasis. However, it is not known how
a cell equally distributes its contents, or generates force to divide itself. Using cutting-edge microscopes and cellular biological
techniques, we are trying to elucidate structure and function of cellular machineries that govern elaborate regulation of cell division.

細胞分裂を制御する仕組みの理解

細胞分裂の破綻が引き起こす細胞異常の理解とその制御法の探索

Research Theme1

正確な細胞分裂の制御には遺伝情報の担い手

Research Theme2 Understanding the effects of cell division
failure
分裂制御破綻による染色体倍加は、細胞形質である「染色体」、染色体分配を司る「紡錘変化の契機になるが、そのプロセスは明らか

体」、細胞を二分する「収縮環」などの細胞でない。我々は、染色体倍加によって、細胞装置の高度に連携した働きが必要となる。しレベルではオルガネラ数の安定性や細胞周期

かし、複雑な構造体が協働して行われる分裂の進行に重要な影響を及ぼすこと、さらに遺制御の全容はいまだに明らかでない。我々は、伝子レベルでは、特定の遺伝子群の発現量や遺伝子操作、細胞イメージング、生化学、数細胞生存への寄与が変化することを見出して

理モデリングなどの手法を多角的に取り入れいる。これらの現象を究明することで、染色たアプローチによって、細胞分裂の時空間制

体倍加の生理的影響を分子レベルで理解する

御の仕組みを理解することを目指している。

とともに、異常化した細胞のみを攻撃する新Understanding the cell division mechanism

しい細胞制御法の開発を目指している。
Precise control of cell division is achieved through the dynamic interplay among key organelles suchas the chromosomes, the mitotic spindle, the contractile ring and the plasma membrane. However, themolecular nature of the inter-organelle communications remains largely elusive. We are taking a
multidisciplinary approach combining gene manipulation, high resolution cell imaging, biochemistry,
and mathematical modeling to address these issues.

ruehara@sci.hokudai.ac.jp

Cell division failure causes a whole-genome duplication, which drives malignant alterations throughyet-to-be-defined mechanisms. We have found that the doubling of genome copies compromises theproper control of key cellular processes such as cell cycle and organelle homeostasis. We have also
found ploidy-driven changes in expression patterns and functions of specific genes. Currently we aretrying to elucidate how ploidy conversions cause such dramatic changes in cell physiology. We arealso seeking for novel molecular tools that specifically attack the cells with abnormal ploidy states.
北キャンパス総合研究棟2号館（次世代物質生命科学研究棟）5階
Frontier Research Center for Advanced Material and Life Science 5F

https://altair.sci.hokudai.ac.jp/uehara_lab/

生命動態の数理モデリング・定量的データ解析と実社会への応用
Mathematical modeling and quantitative data
analysis with their applications in life science

先端生命科学研究院

数理生物学研究室

Laboratory of Mathematical Biology, Faculty of Advanced Life Science

准教授 中岡慎治
助教山口 諒

Shinji NAKAOKA, Associate Professor
Ryo YAMAGUCHI, Assistant Professor

数理モデルで生命動態を表現し、データ解析で仕組みを読み解く
生命現象の数理モデリングやデータ解析手法の開発・応用を中心に分野横断・学際的な研究を進めている。具体的なテーマ: (i) 腸内や土壌など様々な環境に存在する微生物叢の生態系を数理的に理解・制御することで発症予防や作物作成の改善につなげる研究 (ii) 医療データ解析 (iii) トランスクリプトームなど網羅的遺伝子配列
データに関わるバイオインフォマティクス研究 (iv) 汎用的な数理科学手法を開発・深化させる純理論的研究
We investigate a given microbial community by integrating omics data on the basis of community ecology theories andmethodologies. Mathematical modeling and data analysis are employed to extract the essence of community assembly rules
from existing microbial ecosystem to construct a novel artificial microbial community. Other related topics include omics data
analysis in precision medicine or development of novel mathematical tools for data analysis in life sciences.

微生物社会を中心に社会動態を数理モデル
によって構成的に理解する研究

微生物社会を中心にデータ解析によって社会形成の仕組みを読み解く研究

Mathematical modeling of microbial community dynamics:
understanding community assembly rules in microbial societies

Quantitative data analysis of microbial community dynamics:
mining community assembly rules in microbial societies

微生物社会は細菌・ウイルス等、構成要素間

微生物社会のダイナミックな変化を駆動するの複雑な相互作用によってダイナミックに実体を把握するためには、データを通じて変化している。マクロなスケールでの動態

微生物社会の分析を行う必要がある。

形成に重要と考えられるミクロの相互作用

データ科学手法を応用することで、微生物ルールを数理モデル上で表現することで、社会の形成に重要と考えられるミクロの因子

微生物社会の動的変化が生み出される仕組み

や相互作用ルールの特定を目指している。

を構成的に理解することを目指している。

現在、環境中に存在するメタゲノムデータの

現在、腸内細菌叢の多様性減少と疾患発症に解析を行うことで、腸内細菌叢の多様性減少

関わる重要な相互作用ルールの役割について、を伴う変化と疾患発症に関わる重要な相互理論的に理解する研究を進めている。

作用ルールの特定を主な目標としている。

A microbial community changes dynamically as a result of complex interactions among ingredientssuch as bacteria and virus. Mathematical modeling is useful to constitutively understand dynamical
process of a microbial community in terms of microscopic community assembly rules. The purposeof this subtopic is to understand the role of core interactions on dysbiosis, compositional change ofa community during disease progression toward reducing species diversity.

snakaoka@sci.hokudai.ac.jp

Data analysis is indispensable to identify ingredients that drive dynamic change of a microbialcommunity. The purpose of this subtopic is to apply various methodologies in data science forextracting critical microscopic factors and community assembly rules that constitute a microbialcommunity. Processing environmental metagenomics data is a primary step to highlight coreinteractions mediating disease progression associated with dysbiosis.

理学部２号館７階
7th floor, Science Building No 2

http://altair.sci.hokudai.ac.jp/infmcb/

生命分子のキラル情報の解読とその応用
Decoding of Biomolecules’ Chiral Information& Its Applications

先端生命科学研究院

化学生物学研究室

Laboratory of Chemical Biology, Faculty of Advanced Life Science

教授

門出 健次

Kenji MONDE, Professor

准教授

谷口 透

Tohru TANIGUCHI, Lecturer

助教

ﾏﾊﾃﾞﾊﾞ ｽﾜﾐｨ Mahadeva SWAMY M. M., Assistant Professor

生体分子を有機化学的に理解し生命現象を模倣・制御する
核酸・タンパク質・糖鎖・脂質などの生体分子を有機化学的に原子レベルで理解することにより、生体機能を理解・制御する学問が化学生物学であり、我々はとりわけキラル関連化学生物学の展開を目指している。新たなキラル分析法を開発し、それらを脂質・糖鎖・生理活性物質等へと応用し、得られた構造情報を基にキラル構
造と生命現象との相関を探求している。
Molecular chirality is a fundamental property which governs various biological phenomena, and is the source of secondary andhigher-order structures of biomacromolecules. Our approach for understanding biological systems is based on a detailed
understanding of molecular chiral properties.
We have applied chiroptical spectroscopies such as vibrational circular dichroism to investigate the chiral structures of various
biomolecules, sometimes at an atomic level.

VCD法によるケミカルバイオロジーの展開

光ケミカルバイオロジーの展開

Development of Chemical Biology by VCD Method

Development of Fluorescent Chemical Biology

キラリティーを持った分子は、左回りの円

蛍光イメージングによる生体分子の明瞭な可視化は、偏光と右回りの円偏光に対して異なった振研究者が癌を含む様々な病状を理解し、解決策を見出すのに役立つ。従来のNIR（近赤外, 700 - 1000る舞いをする。この差を検出するのが円二nm）蛍光イメージングに比べ、SWIR（短波長赤色性であり、紫外-可視円二色性（ECD）や

外, 1000 – 1400 nm）蛍光イメージングは、組織赤外円二色性（VCD）がある。最近、我々の自家蛍光や散乱が少ないため、深部組織の分子イ

は理論計算なしにVCDを用いて分子の立体

メ ー ジ ン グ に 使 用 で き る。 我 々 の 主 な 目 標 は 、構造を解明する新規手法「VCD励起子キラ

SWIR領域に吸収極大と発光極大を持ち、明るい蛍

リティー法」を開発した。この手法は従来光を発する水溶性有機プローブを開発することです。
長期的な目標は、標的がん診断と手術、特に乳がんに比べ、微量・短時間で各種分子に応用が可能であり、現在、生分解性高分子や各種
天然物の構造解明を展開している。
Our first goal is to understand and regulate the higher-order structures of biomolecules, andto correlate such structures and their biological functions, by using spectroscopy, organic
chemistry and biochemistry. As we established the VCD exciton chirality method, which can determine
the stereostructure of molecules without theoretical calculation, we have applied this method tovarious molecules including small- to medium-sized natural products and biomacromolecules.

kmonde@sci.hokudai.ac.jpに臨床応用可能な分子プローブを開発することです。
Clear visualization of biomolecules through fluorescence imaging could help researchers tounderstand and find solutions for various disease conditions including cancer. Compared toconventional NIR (near-infrared, 700 – 1000 nm) fluorescence imaging, SWIR (shortwave-infrared,
1000 – 1400 nm) fluorescence imaging can be used for deep tissue molecular imaging due to low
tissue autofluorescence and scattering. Our primary goal is to develop water soluble organic
probes having absorption and emission maximum in SWIR region with bright fluorescence. And
our long-term goal is to develop clinically applicable molecular probes for targeted cancer
diagnosis and surgery, especially breast cancer.
北キャンパス総合研究棟2号館（次世代物質生命科学研究棟）4階
Frontier Research Center for Advanced Material and Life Science 4F

http://altair.sci.hokudai.ac.jp/infchb/

光駆動分子機械の創製
Creation of light-controlled molecularmachines

先端生命科学研究院

分子情報科学研究室

Laboratory of Smart Molecules, Faculty of Advanced Life Science

教
助
助

授
教
教

玉置 信之
Nobuyuki TAMAOKI, Professor
P. K. Hashim Assistant Professor
Ammathnadu S. Amrutha Assistant Professor

光応答性分子の構造変化を精密に制御し、分子機械として利用する
生体内で、情報は分子または分子組織体の構造として蓄えられ、また、分子間相互作用を介して移動する。また、光は、情報とエネルギーを同時に担うメディアとして、 生体のみならず実生活においても重要である。我々は、それらの点に着目し、人工分子の合成・構築により分子構造変化が精密に制御された光反応を設計する。
さらに、それに続く分子間相互作用の変化を調べることで、生体をより深く理解し、
光エネルギーで駆動する分子機械や新しい分子システムを構築することを目指している。
In vivo, information is transferred as a form of molecules or molecular assemblies, and it moves through intermolecularinteractions. Meanwhile, light is an important tool that simultaneously carries information and energy. We design new photoreactive molecular systems showing well-regulated molecular structural changes and study the following changes in the intermolecular interaction. Constructing new artificial molecular systems with various information would contribute to provide deep
understanding on the living systems and to accomplish new photo-sensor molecular systems and light-driven molecularmachines as preliminary examples of the artificial smart molecular systems.

１

光応答性の高エネルギー分子や阻害剤によりモータータンパク質を制御する
Control of motor proteins based on photo responsive energy
molecules and inhibitors

2

光応答性キラル液晶の構造色や物体の動きを光で制御する
Photoregulation of optical and mechanical functions from chiralliquid crystals

液晶は、流動性があるが分子の配列に一定の生体分子機械であるモータータンパク質は，秩序がある状態で、分子レベルの構造変化を細胞内での物質移動や細胞分裂における力の目に見える構造色変化や運動へと変換させる発生を実現している。我々は、キネシン―微場として興味が持たれる。我々は、液晶の中小管系の運動と、合成によって得られる光応でもらせん秩序を示すキラル液晶に着目し、答性の高エネルギー分子または阻害剤の組み

光応答性分子を加えた系における構造色変化

合わせにより、光刺激で分子機械の運動（移や系が誘起するマクロ物体の回転運動につい動）速度や方向を制御する技術を開発してきて研究を行っている。分子構造変化を使ってた。さらに、分子レベルの制御ではなく、筋巨視的な機能を実現している生物のモデルと繊維などのより大きいスケールの生体組織のしても興味が持たれる。

運動を光で制御することを目指す。
Motor proteins, which are biomolecular machines, generate mass transfer and force for cell
division within cells. We develop technologies to control the movement of kinesin-microtubule
system such as speed and direction by introducing a series of photoresponsive synthetic highenergy molecules or photoresponsive inhibitors. We also try to reveal the intermolecular interaction
and its effect to activation or inhibition properties. Furthermore, we aim to control the motion not
only at a molecular level but also at larger scale such as muscle fiber by light.

In cholesteric (chiral nematic) liquid crystals in which molecules form helical superstructures
spontaneously, the self-organized molecular orientation changes by external stimuli. We design
photoresponsive chiral dopants and develop applications to link molecular structural changes tomaximum helical reorganization of superstructures. We try to achieve versatile structural color
modulation and continuous work generation based on cholesteric liquid crystals by light irradiation,and to elucidate their mechanism.

Contact Us

北キャンパス創成科学研究棟 4階
Northern Campus Sousei Building

tamaoki@es.hokudai.ac.jp

4th floor

http://tamaoki.es.hokudai.ac.jp/

腸は司令塔！医食同源の機序解明によるパラダイムシフト
Paradigm shift in headquarter function of theintestine by clarifying mechanisms of healthand disease

先端生命科学研究院

自然免疫研究室

Innate Immunity Laboratory, Faculty of Advanced Life Science

教授

中村 公則

Kiminori NAKAMURA, Professor

助教

横井 友樹

Yuki YOKOI, Assistant Professor

特任助教

竹見 祥大

Shota TAKEMI, Assistant Professor (Specially Appointed)

腸上皮細胞の多彩な機能の分子機構を解明して腸内環境を制御する
消化・吸収

自然免疫

バリア

病原菌 ･ ウイルス

食品 ･ 薬常在菌

な疾病の予防策や治療法を創生して健康長寿社会への貢献を目指している。腸から小 腸 粘 膜
腸上皮細胞

代謝
内分泌

生体において様々な臓器間ネットワークを形成している。我々は腸上皮細胞を中心に据えて多彩な腸機能の分子機構を解析し、腸内環境を制御することによって様々

共生

再生・分化

腸は、免疫をはじめ栄養吸収、再生、代謝、内分泌、神経など重要な機能を果たし、みれば「食」も「医薬」も同じであり、腸内環境から医食同源の機序を解明して予防医療のパラダイムシフトを起こしたい。
免疫

To understand and control intestinal environment, we study molecular mechanisms of intestinal epithelial cell functions. The

神経・脳腸相関various inter-organ networks. We target intestinal epithelial cells to analyze molecular function and to regulate the intestinal

intestine elicits multiple vital functions such as immunity, nutrient absorption, regeneration, endocrine and nerve, and forms
environment. Our goal is to contribute to creating healthy-longevity society by developing new methods for preventing andtreating disease. We will reveal mechanisms of health and disease from the intestine, and make a paradigm shift.

Paneth細胞が担う生体恒常性維持の機序と腸内環境ネットワークの解明｢食｣と｢腸｣と｢腸内細菌｣が作る腸内環境
サイエンスから予防医療まで

Clarification for mechanisms of Paneth cell function in homeostasis
maintenance and intestinal environment network

From advanced science in intestinal environment created with“food”, “intestine” and “microbiota” to preventive medicine

感染刺激やコリン作動神経性刺激を受けた
抗菌ペプチドαディフェンシンを速やかに分泌して、病原菌のみを選択的に殺菌するこ

陰
窩

小腸

・腸から医食同源の科学的理解
・機能性食品･素材･医薬品開発

小腸上皮細胞の一系統であるPaneth細胞は、

絨毛

食≪知の創生から社会実装まで≫

HRPとにより感染防御と腸内細菌との共生に貢献
Paneth細胞

腸培養enteroid

Detection
Antibody

HD5
HD5

Capture antibody

αディフェンシン
異常
誘導な疾病に関与することがわかってきた。
Paneth細胞が分泌するαディフェンシンは腸内細菌を制御することから、①食品や医薬品、②αディフェンシン、③腸内細菌の三者することを我々は明らかにした。また、単離

腸内細菌
正常化
破綻

が形成する腸内環境の仕組みを検証し、疾病

小腸陰窩や小腸上皮の三次元培養系である発症の機序を解明することで腸はからだの司令塔

enteroidを用いて、Paneth細胞の分泌機能

腸内細菌叢

HD5

腸に常在する莫大な数の腸内細菌が様々に関わる分子機序を共焦点レーザー顕微鏡な予防
疾病

生活習慣病 （肥満症, 糖尿病, 脂肪性肝炎など), 炎症性腸疾患 (クローン病,
潰瘍性大腸炎), 認知症, 感染症, 癌など

kiminori@sci.hokudai.ac.jp

創生を、産学･地域連携を通して健康維持や予防医療という社会実装に繋げる。

ど最先端分析手法を駆使して解明している。

Paneth cell, a lineage of small intestinal epithelial cells, secretes antimicrobial peptide named
α-defensin in response to bacteria and cholinergic stimuli. We revealed that secreted α-defensin
contributes to innate immunity and symbiosis by selective microbicidal activities against pathogens.
Using isolated crypt and enteroid, 3D structure culture system of small intestinal epithelial cells, weare studying Paneth cell functions by use of sophisticated methods including confocal microscopy.

であることを証明したい。研究による知のIt has been known that a huge number of microbiota residing in the intestinal lumen has a link tomany diseases such as lifestyle disease and inflammatory bowel disease. Because α-defensin
regulates the intestinal microbiota, intestinal environment is defined by food/medicine, α-defensin,
and microbiota. We will verify headquarter function of the intestine focusing on the intestinal
environment to clarify pathogenesis of disease, and further implement preventive medicine socially.

北キャンパス総合研究棟２号館（次世代物質生命科学研究棟）４階
Frontier Research Center for Advanced Material and Life Science 4F

http://altair.sci.hokudai.ac.jp/infsig/

生体分子の動と静から細胞の恒常性を探る
Elucidating Cellular Protein Homeostasis
using Dynamic Property of Biomolecules

先端生命科学研究院

細胞機能科学研究室

Laboratory of Molecular Cell Dynamics, Faculty of Advanced Life Science

講師

北村 朗

Akira KITAMURA, Lecturer

生体分子間相互作用と構造変化，
そして局在集積化から探る
生命の恒常性とその維持機構
細胞内ではタンパク質の折り畳み（フォールディング）と分解による品質と量の維持，そして局在のバランスにより細胞内の恒常性は維持されている．これはタンパク質恒常性（プロテオスタシス）と呼ばれる．このプロテオスタシスの維持機構とそのアンバランスにより発症する神経変性疾患などの原因を探るため，蛍光相関分光法(FCS)および各種のイメージング手法を駆使し，「生体分子の動と静」に着目し解明する研究に臨んでいる．
Protein homeostasis (proteostasis) is maintained by the balance of quality, quantity, and localization of proteins throughtheir folding and degradation inside the cells. In order to elucidate the maintenance mechanism of proteostasis and thecauses of neurodegenerative disorders caused by the imbalance of proteostasis, we are focusing on the "dynamic andstatic" nature of biomolecules using fluorescence correlation spectroscopy (FCS) and various imaging techniques.

ミスフォールドタンパク質の凝集形成によるタンパク質恒常性破たん機構の解明

新しい蛍光計測技術の開発によって未知の細胞機能の解明を目指す

Elucidation for dysregulation mechanism of proteostasis by
misfolded protein aggregation

Unravel new cellular functions of biomolecules by developing
new measurement methods

細胞内のタンパク質がバランス良く働き細胞

蛍光相関分光法 (FCS) という分子運動の恒常性を維持している状態は「タンパク質測定技術およびその各種発展法を開発・恒常性（プロテオスタシス）」と呼ばれる．

活用することで，細胞内における生体分

老化やタンパク質の凝集体によりタンパク質子の「動」と「静」を捉え，生体分子の恒常性が破たんすると神経変性疾患などの病

コンフォメーション，会合状態，相分離

気を引き起こすことが知られている．タンパ

状態などの物理化学的特性を解析していク質の凝集体がタンパク質恒常性を調節不全

る．新規測定光学系の開発に加え，プロにする機構を明らかにすることで，神経変性

グラミングによる数理科学的解析も行っ

疾患の原因究明に加えて，その治療戦略へとている．

発展させていきたいと考えている．
A state in which intracellular proteins orchestrate and maintain cellular homeostasis in a balancedmanner is called ‘proteostasis’. It is known that imbalance of proteostasis due to aging or protein
aggregates causes diseases such as neurodegenerative disorders. By elucidating the mechanism bywhich protein aggregates dysregulate proteostasis, we expect to develop into a therapeutic strategy inaddition to clarifying the cause of neurodegenerative disorders.

akita@sci.hokudai.ac.jp

By developing and utilizing fluorescence correlation spectroscopy (FCS), a technique formeasuring molecular dynamics with a single molecule sensitivity, and its various developments,
various physicochemical properties such as conformational change, aggregation, and phaseseparation of biomolecules are analyzed based on the “dynamic" and “static" state of
biomolecules in the cell. In addition to the development of novel optics, mathematical analysis isalso performed by programming.
北キャンパス総合研究棟2号館（次世代物質生命科学研究棟）6階
Frontier Research Center for Advanced Material and Life Science 6F

http://altair.sci.hokudai.ac.jp/infmcd/

動的エピトープ理論と独創的糖鎖工学に基づく合理的な創薬システムの構築
Rational drug discovery based on a theory ofdynamic epitope and innovative glycotechnology
platform

先端生命科学研究院

先端生体制御科学研究室

Laboratory of Advanced Chemical Biology, Faculty of Advanced Life Science教授

西村 紳一郎Shin-Ichiro NISHIMURA, Professor

教授

比能 洋

Hiroshi HINOU, Professor

助教

横井 康広

Yasuhiro YOKOI, Assistant Professor

遺伝情報の翻訳後修飾の謎を化学のメスで解剖すれば新たな視点で生命を俯瞰できる
私達は「遺伝情報が翻訳後修飾される際の分子機構やその生物学的意義」を解明する過程で「タンパク質の抗原構造が疾患特異的に、しかもダイナミックに変化している」ことを発見しました。例えば、癌と間質性肺炎の患者のある同一のタンパク質の糖鎖構造の違いにより
抗原ペプチド領域の立体構造が大きく変化します。この発見が契機となり、静的な抗原性が動的な翻訳後修飾により変貌することを意味する新概念「動的エピトープ理論」を提案しました。この様な疾患特異的な動的エピトープを攻撃する抗体医薬品の研究開発を堅牢な産学連携により推進しています。
Toward personalized medicine, our goal is to establish a promising strategy for the rational drug discovery system from disease-relevant“dynamic epitopes” based on the specific posttranslational modification of the key glycoproteins. Our new glycotechnology platform, notably
glycoblotting-based high throughput glycomics and microarray displaying robust synthetic glycopeptides library, allowed for thedevelopment of epitope-defined antibodies showing potent anti-cancer activities.

ナノソーム：革新的スマートナノ分子シャトルによる癌細胞内空間への薬剤送達

グリコタイピング：糖質の超迅速分析と精密合成による生命科学の革新

Nanosome: Targeting endocytic trafficking of cancer cells bysmart nanomedicine platform

Glycotyping: Innovations in life science through ultra-rapid analysis
and precise synthesis of carbohydrates.

試験管内や培養細胞系で有効とされる医薬品

糖質はABO血液型、O157血清型、癌抗原等、同じ候補のほとんどは臨床試験の最終段階でド生物種内の「違い」の指標となる型（タイプ）としロップアウトしています。一方、既存のDDSて経験的かつ伝統的に使用されてきました。

技術のみでは多様な薬剤の機能を大幅に向上

私達は①質量分析を活用した糖質分析の超加速技術

させることは極めて困難です。私達が開発しと②複合糖質ライブラリ合成技術とマイクロアレイ

たナノサイズの細胞モデル「ナノソーム」は等による機能解析技術、双方の開発を続けています。

薬剤を効率良く目的の組織・細胞内空間ある

これらの技術を活用し、この経験的かつ曖昧に利用

いは特定のオルガネラに運搬して効果的に機されていた糖質の型を明確な化学構造と機能の変化能させる普遍的で汎用性に富む革新的な方法を迅速に捉える次世代バイオマーカー決定技術、論として期待されています。

「グリコタイピング」として生命科学に変革をもた

Despite emerging potentials of nanoparticles for in vivo medical applications, the clinical translationof nanomedicines has been limited due to its low delivery efficiency to the targeted solid tumours.
We demonstrated that small nano-sized hard-core particles coated by cell membrane-mimicmonolayer, namely “nanosome”, can be a new-generation smart nanomedicine platform allowing
for highly specific and efficient intracellular molecular targeting therapy. Representative cell images(A549) showing intracellular distribution of QD conjugates (green) when coincubated with humanlung cancer cell lines for 2 h (selected as the cover of ACS Chem. Biol. on September 2015).

E-mail shin@sci.hokudai.ac.jp

らすことを目指しています。
Carbohydrates are biotyping indicators traditionally used as antigens. We are developing a nextgeneration technology to determine the characteristics of carbohydrate structures in biologicalsamples by utilizing high-speed technology for glycan analysis by mass spectrometry,glycoconjugate library synthesis, and functional analysis technology such as microarray.
“Glycotyping”: This next-generation biomarker determination platform will open new doors in life
sciences and their medical applications.
北キャンパス総合研究棟2号館（次世代物質生命科学研究棟）5階・6階
Frontier Research Center for Advanced Material and Life Science 5F/6F

http://altair.sci.hokudai.ac.jp/g4/index.html

低温適応物質および機能性核酸を用いた新技術の創成Development of the innovative science andtechnology with cold-adaption molecules andfunctional nucleic acids

生命科学院

分子適応科学研究室

Laboratory of Biomolecular Adaptation Science,
Graduate School of Life Science

客員教授 小松 康雄 Yasuo KOMATSU, Visiting Professor
客員教授 近藤 英昌 Hidemasa KONDO, Visiting Professor
客員准教授 平野 悠
Yu HIRANO, Visiting Associate Professor

不凍タンパク質および機能性核酸を用いたバイオものづくり
私たちは未知未利用生物資源の探索とそれらの生化学的性質の解明、遺伝子発現を効果的に調節可能な機能性核酸の創出と核酸医薬への応用、および産業用タンパク質の３次元分子構造解析と高機能化を行っています。これらの機能性分子の遺伝子、蛋白質、細胞レベルでの知見を結合して生命材料の構築原理を解明することで、独自の新しいバイオテクノロジーを創成することを目指しています。
We are developing the innovative science and technology with cold-adaptation molecules and functional nucleic acids.
Antifreeze protein (AFP) from various kind of cold-adapted organisms can be utilized for the medical and industrial applications.
Functional nucleic acids can be applicable to oligonucleotide therapeutics. We have elucidate the molecular mechanism ofthese biomolecules to improve their functions.

１

不凍タンパク質の探索と機能解析、および量産化技術と応用技術の開発

機能性核酸を利用したmiRNA制御分子の開発

2

Structure and function analysis of antifreeze protein, anddevelopment for its applications
不凍タンパク質（Antifreeze Protein:

Development of anti-microRNA oligonucleotide using interstrand
cross-linked duplexes

Interstrand
cross-link

AFP）は、氷の単結晶に強く結合する機能

小分子の(20-24塩基)の１本鎖RNAであるマ
base

イクロRNA(miRNA)は、mRNAの翻訳を制
Cytoplasm(氷結晶結合機能）を有する物質です。また、魚類のAFPは、細胞膜にも強く結合して細胞の寿命を延ばす機能（細胞保護機能）を発揮御することで分化・増殖などの基本的な生命現象を調節しています。miRNAに相補的な

Ago-miRNA

アンチセンス核酸(AMO)は、miRNAと相互bind

作用して活性を抑制することから、医薬品なします。私達は、身近な環境に生息しているど幅広い展開が期待できます。私達は、標的魚類や菌類が、豊富にAFPを有するという意
外な事実を発見しました。現在は、AFPの構造機能解明に取り組む一方、AFPの実用化にても安定に作用する新規なmiRNA制御分子

Inhibitory activity
3′向けた研究開発を進めています。

miRNAに高い親和性を有し、細胞内においanti-miRNA oligonucleotide(AMO)

5′

3’

5′

3′

5′

3′

5′

の研究開発を進めています。

Antifreeze protein (AFP) binds to the ice crystal and inhibits its further growth. AFP also binds tolipid bilayer of mammalian cells to prolong their lifetime under hypothermic conditions.
We discovered various kind of AFPs from the cold-adapted organisms around Hokkaido area.
We are especially focusing on the elucidation of molecular mechanism of AFP, and thedevelopment of industrial and medical application of AFP.

MicroRNA (miRNA)-guided argonaute (Ago) controls gene expression upon binding to the 3′untranslated region of mRNA. We constructed short, stable 2′-O-methyl RNA duplexes throughinterstrand cross-linking (CL) and connected them to the antisense strand of miRNAs to produce
novel anti-miRNA oligonucleotides (AMOs). AMO with CL duplexes at both the 5′ and 3′ sides show
the highest potency compared with conventional AMOs.

Contact Us

札幌市豊平区月寒東２条１７丁目２－１
産業技術総合研究所 北海道センター 生物プロセス研究部門内
http://altair.sci.hokudai.ac.jp/g_renkei/top.html

h.kondo@aist.go.jp

生命科学とナノテクノロジーの融合
Fusion of Life science and Nanotechnology

生命科学院

フロンティア生命材料科学研究室

Laboratory of Frontier Biomaterials Science, Graduate School of Life Science

客員准教授

山崎智彦

Tomohiko YAMAZAKI, Visiting Associate Professor

客員准教授

吉川千晶

Chiaki YOSHIKAWA, Visiting Associate Professor

生命現象を理解し、生命機能を制御する
ナノテクノロジーを創出
ヒトには侵入してきた病原体のDNAやRNAを認識して免疫を活性化させる機構があります。私たちは、この機構を利用して、高次構造を持つように設計した核酸
や、核酸をナノ粒子と結合させた核酸ナノメディシンを開発し、感染症やアレルギーの治療に応用する研究を行っています。また、目的機能を発現するように高分子材料を上手に設計・合成し、バイオイナート（生体に対して働きかけない・ステルス）特性、或いはバイオアクティブ（特定の生体物質に対してのみ働きかける）
特性をもつ新規生体材料の開発にも取り組んでいます。
When pathogens infect us, our cells recognize DNA or RNA molecules of bacteria and viruses and the immune system is
activated. With attention to this biological immune system, we are developing nucleic acid-based nanomedical molecules, andalso nanoparticle-conjugated nanomedicines, and applying these to the treatment of infectious diseases and allergies.
Meanwhile, we are also developing novel biomaterials with bioinert or bioactive properties, by designing and synthesizing welldefined polymeric materials.

１

DNA高次構造の改変による
核酸ナノメディシンの機能制御
Immune response regulation by controlling the conformation ofoligodeoxynucleotides

2高分子の構造制御による生体機能の制御

Well-defined polymer materials to regulate biofunctions

自然免疫受容体のトール様受容体９(TLR9)

精密重合法を駆使した高分子材料設計による、新規な生体材料の創出を目指し

はCG配列を含む非メチル化一本鎖DNA(CpGています。具体的には、重合の最適化と高分子の構造制御、高次構造と機能のODN)を認識し、免疫を活性化します。TLR9

相関解明などの基盤研究を行い、生体機能を自在に制御できる生体材料の開発は認識するCpG ODNの立体構造によって、に取り組んでいます。

誘導するサイトカインが異なります。我々は、この現象を解明するためにグアニン四重鎖構造を用いてCpG ODNの形成する高次構造を抗血栓性ポリマーブラシ（バイオイナート特性）
No platelet adhesion

バイオマスを用いた足場材料（バイオアクティブ特性）
Cellulose nanofiber

HepG2 cells withcellulose nanofibers

制御し、細胞内での動態を解明することを進めています。得られた情報をもとに、新しい
CpG ODNの開発を進めています。
An innate immunity receptor, Toll-like receptor 9 (TLR9), recognizes unmethylated singlestranded DNA (CpG ODN) and then activates the immune system. TLR9 leads to the production ofdifferent cytokines, depending on the conformation of the CpG ODN. In order to elucidate thisswitching phenomenon, we are studying the dynamics of CpG ODN in cells by controlling theconformation of CpG ODN formed by a guanine quadruplex structure. Based on the obtained
results, we will develop new CpG ODN molecules.

Contact Us

YAMAZAKi.Tomohiko@nims.go.jp
YOSHIKAWA.Chiaki@nims.go.jp

Our goal is to create novel polymeric biomaterials by well-defined structures using living radical
polymerizations. Specifically, we are conducting fundamental research on optimization ofpolymerizations, control of polymer structures, and elucidation of the correlation between
structures and functions to develop sophisticated biomaterials that can freely control biological
functions.

茨城県つくば市千現1-2-1
国立研究開発法人 物質・材料研究機構内https://life.sci.hokudai.ac.jp/tl/lab/frontier-biomaterials-science生命科学院
教育分野

研究室

職名

担当教員
氏名

教員の所属部局・機関

教授

龔 剣萍

先端生命科学研究院

准教授

中島 祐

先端生命科学研究院

准教授

野々山 貴行

先端生命科学研究院

准教授

印出井 努

先端生命科学研究院

助教

李 薛宇

先端生命科学研究院

教授

黒川 孝幸

先端生命科学研究院

助教

安井 知己

先端生命科学研究院

教授

居城 邦治

電子科学研究所

准教授

三友 秀之

電子科学研究所

助教

与那嶺 雄介電子科学研究所

特任助教

中村 聡

電子科学研究所

准教授

李 响

先端生命科学研究院

准教授

菊川 峰志

先端生命科学研究院

助教

塚本 卓

先端生命科学研究院

教授

相沢 智康

先端生命科学研究院

助教

新井 達也

先端生命科学研究院

教授

芳賀 永

先端生命科学研究院

助教

石原 誠一郎

先端生命科学研究院

教授

中垣 俊之

電子科学研究所

助教

西上 幸範

電子科学研究所

病理学

准教授

津田 真寿美医学研究院

機能再生医学准教授

小野寺 智洋

北大病院

客員教授

中西 尚志

物質・材料研究機構

客員准教授

上木 岳士

物質・材料研究機構

ソフト&
ウェットマター

ソフトマター
材料科学

ソフトマター専攻

転成ソフトマター

生体分子デバイス

ソフトマター
構造物性学
生物情報解析科学
ソフトマター
生命分子科学
蛋白質科学

細胞ダイナミクス
科学
ソフトマター
生体物理学
物理エソロジー

ソフトマター
医科学(連携分野 DC課程)
ソフトマター
機能学

ソフトマター
機能学2024.6.1現在

生体組織の機能を超越した
アクティブ・ハイドロゲルの創製
Creating Active Hydrogels Having Soft
Tissue-Like Functions
人工臓器

医療応用
再生医療

軟骨
人工再生

人工臓器

軟骨

耐衝
高 撃

再生

靭性

先端生命科学研究院
ソフト＆ウェットマター研究室
教授

龔 剣萍

准教授

中島 祐

Tasuku NAKAJIMA, Associate Professor

准教授

野々山 貴行

Takayuki NONOYAMA, Associate Professor

准教授

印出井 努

Tsutomu INDEI, Associate Professor

助教

李 薛宇

Xueyu Li, Assistant Professor

複合
Gel
構造

Chemistry

Laboratory of Soft & Wet Matter, Faculty of Advanced Life Science
Jian Ping GONG, Professor

細胞
軟骨培養

秩序
構造

高強
度

自己
成長

階層
構造

生物
組織付着

構築

ソフト
ロボティクス

高接
水中着

低摩
低擦

水中粘着

摩擦

接着

水中粘着

生体の機能発現原理に触発された
斬新な強靭・機能性ゲルの創製

ソフト＆ウェットなハイドロゲルは生体軟組織に類似した性質を有し、生体類似材
料として多方面での応用が期待されている。我々は、各研究者の自由かつ独創的な発想のもと、物理的、化学的、生物的知見を統合的に用いることで、強靭性と機能性を併せ持つ多様なアクティブ・ハイドロゲルを合成し、基礎から応用までの幅広い研究を行っている。
Hydrogels bear some similarities to biological tissues, for example their soft and hydrated form, and hence have been
investigated as synthetic equivalents of biological tissues. Our strategy is to design tough hydrogels with multiple functionalities
to broaden their applications in biological and industrial fields. The principle for designing such hydrogels is to incorporate
physical, chemical, and biological approaches based on ingenious ideas of each researcher.

１回目

まるで筋肉！
栄養を取り入れて成長するゲルの創製

極限相分離によるゴム−ガラス転移を示す
ソフトマテリアルの創製

Muscle-like self-growing hydrogels
inspired by biological metabolism

Soft materials showing rubbery-to-glassy transition
via extreme phase separation

２回目

３回目

材料の視点から見た生物は、外部から栄養を取り入れ、新陳代謝を繰り返すことで日々成

ペットボトルが高温で柔らかく溶ける経験か

60 oC

室温

ら想像できるように、一般的な高分子材料は長する材料である。我々は，この生物の成長

低温で硬いガラス状態、高温で柔らかいゴムの仕組みに範を得た「成長する人工材料」を状態を示す。一方で我々は、上記の普遍的性開発した。本材料は、外部から自身の原料

質とは正反対の、低温では柔軟だが昇温する

Fracture（栄養）を取り込む能力を有し、トレーニン
グ（力学刺激）が引き起こす材料内化学反応
によってその重量、強度、機能などを大きく向上させることが出来る。
From the viewpoint of material science, living tissues are materials that grow by metabolic
reactions with taking nutrients from the outside. Inspired by such biological metabolism, we havedeveloped a “self-growing hydrogel”, which can take in its raw materials (nutrition) from the outsideand show chemical reactions in response to mechanical stimuli. The self-growing hydrogel exhibits
muscle-like hypertrophy and toughening after applying repetitive mechanical stimuli.

gong@sci.hokudai.ac.jpと瞬時に1000倍以上硬くなる高分子ソフト
10 kg

10 kg

Lift up!!

マテリアルを開発した。この材料は、将来的に低燃費タイヤや熱応答プロテクターなどへの応用が期待されている。

From the experiences that plastic bottles become soft and melt at high temperatures, generalpolymers show a hard glassy state and soft rubbery state at low and high temperatures,
respectively. We are researching on the soft materials showing a rubbery-to-glassy transition withincreasing temperature, which is the completely opposite to the common feature of polymers, andthe hardness instantly jumps 1000 times or more. This materials have been expected to be applied
to fuel-efficient tires and heat response protectors in near future.

北キャンパス総合研究棟2号館（次世代物質生命科学研究棟）2階
Frontier Research Center for Advanced Material and Life Science 2F

https://altair.sci.hokudai.ac.jp/g2/index.html

基礎から応用まで
機能性ハイドロゲルの深化
Deepening of Functional Hydrogels
from Fundamental to Application

先端生命科学研究院
転成ソフトマター研究室
Laboratory of Transformational Soft Matter, Faculty of Advanced Life Science

教授

黒川 孝幸

Takayuki KUROKAWA, Professor

助教

安井 知己

Tomoki YASUI, Assistant Professor

高機能ゲルの創製-解析-設計の
螺旋階段
人工軟骨
Meniscus of sheep

高分子ゲルのユニークな特徴を解析し、得られた知見を新たな機能性材料の設計指針とし、高機能ゲルを創製する、これら一連のサイクルを繰り返すことで、知の螺旋階段を登っていく。階段の途中には、ソフトマターの新たな解析法の開発

ゲルの強靭性

Artificial meniscus（MR-DN gel）

があったり、バイオマテリアル・医療応用があったり社会応用への出口へとつながっている。

1mm

ゲルの接着

ゲルの摩擦

The spiral staircase of knowledge is climbed by repeating a series of cycles:• Analyzing the unique characteristics of polymer gels
• Using the obtained knowledge as design guidelines for new functional materials• Creating highly functional gels
There are developments of new analysis methods for soft matter, biomaterials, medical applications, and the exit to social
applications in the middle of the staircase.

鉄より丈夫なソフトマター～柔軟な複合材料～

電気化学でゲルの内部構造を探索～新たな構造解析手法の開発～

Soft Matter Tougher than Steel～A flexible composite material ～Exploring the internal structure of gels by electrochemistry～Development of a New Method for Structural Analysis ～繊維とソフトマターを複合化することによって、カーボン繊維強化プラスチック(CFRP)手法を確立した。探針電極を一定速度で電解ターを母材とするため、曲げに対してはゴム質試料に挿入していくと、μm以下の分解能

はCFRPよりも壊れにくい。局部的な歪を繊

DuctilePolyelectrolyte Gel

るため、結果として材料全体で大きくエネル
ギーを散逸する。つまり、著しく丈夫である。

By compositing fibers and soft matter, we have achieved a tougher composite material than carbon
fiber reinforced plastic (CFRP). Since the matrix is made of soft matter, it is as flexible as rubber inbending, but more resistant to tearing than CFRP. Local strains can be transmitted through thefibers to a distant matrix, resulting in considerable energy dissipation throughout the material. In
other words, it is significantly tough.

kurokawa@sci.hokudai.ac.jp

Solution
Microelectrode維を介して遠くの母材まで伝えることができ
10cm域のイオン濃度を極めて高い精度で測定するよりも丈夫な複合材料を実現した。ソフトマのようにしなやかであるが、引裂きに対して
2.5cm

100nm程度の探針電極先端での局所的な領

∆ϕ

ξ cs

で試料の電解質濃度分布を測定することができる。平均値でしか議論することのない濃度に空間分解能を与えることができる。これを用いると、ゲルの網目構造の不均一性などが大きさだけでなく密度までわかる。

We have established a method to measure the ion concentration in a localized area at the tip of aprobe electrode of about 100 nm with extremely high accuracy. When the probe electrode isinserted into the electrolyte sample at a constant speed, the electrolyte concentration distribution in
the sample can be measured with a resolution of less than μm. This can give spatial resolution toconcentrations that are only discussed in terms of average values. This can be used to determine
the size and density, such as the heterogeneity of the gel network structure.

北キャンパス総合研究棟2号館（次世代物質生命科学研究棟）2階
Frontier Research Center for Advanced Material and Life Science 2F

https://altair.sci.hokudai.ac.jp/tsl/

自己組織化を利用した
機能性ナノ材料の創製
Creation of functional nanomaterials
based on the self-assembly system

電子科学研究所

生体分子デバイス研究分野

Laboratory of Molecular Device, Research Institute for Electronic Science

教授
居城 邦治
准教授 三友 秀之助教
与那嶺 雄介特任助教 中村 聡

Kuniharu IJIRO, Professor
Hideyuki MITOMO, Associate Professor
Yusuke YONAMINE, Assistant Professor
Satoshi NAKAMURA, Specially Appointed
Assistant Professor

ナノ粒子の集合化を制御した
光機能材料の創製とバイオ応用
ナノメールサイズの金属微粒子は、電子、光学、バイオ応答の点で特有な機能を有している。近年、このナノ粒子の集合体が誘起する機能増強あるいは機能創発、および異方的な形状をしたナノ粒子の光学機能やバイオ応用が注目されている。
我々は、生物に見られる生体分子の高度な分子認識と自己組織化に着目し、金属ナノ粒子の表面構造を操作することで金属ナノ粒子の集合体形成の制御を行い、新たイメージングな機能性材料の開発をめざしている。
Metal nanoparticles, which are particles between 1 and 100 nm in size, show a great potential in optical, electronic, and

薬剤送達

細胞

免疫応答

biomedical applications. Self-assembly of nanoparticles, particularly hierarchical assembly of anisotropic shaped nanoparticles,
is of great scientific interest as it can induce the enhancement and emergence of functions. Our aim is a development of novel
functional materials by controlled self-assembly through the surface modification, focusing on the highly organized bio-systems.

Development of the controlled self-assembly of gold nanoparticles
and application to the drug delivery system

金ナノ粒子の自己集合による
中空カプセルの形成

自己集合

ラズモン共鳴と呼ばれる現象を示す。構造体が近接すると、表面プラズモン共鳴のカップ

表面
修飾
金ナノ
粒子

金属ナノ構造体は、光と相互作用して表面プ

表面修飾粒子50 nm

様々な形・サイズの金ナノ粒子のバイオ応用
ナノ粒子の細胞取り込み

金属ナノ粒子は、数nm~100nm程度（タンパク質〜ウィルスの大きさに相当する）まで様々な形状の粒子が作製可能になっている。
このようなナノ粒子を用いた研究から、細胞ため、金属ナノ粒子を自己集合化させた構造が外部から物質を取り込むとき、その物質の体は、光機能材料としての利用が期待できる。
例えば、金ナノ粒子の中空カプセルは、中に刺激に応じて徐放可能な薬剤送達機能への応用が期待できる。

Metal nanostructures interact with a specific light and show a surface plasmon resonance (SPR)
phenomenon. Close proximity of metal nanoparticles in the assembly causes a coupling of SPR,
providing a markedly enhanced properties. Thus, assembled nanoparticles have a great potential
for photo-responsive functional devices. In addition, the assembled structures, such as hollow
capsules, play an important roll for applications, such as a drug delivery system. Gold nanoparticle
vesicles are a good candidate for the stimuli-responsive drug delivery carrier.

Contact Us

Development of functional nano-bio materials
using gold nanoparticles with various size and shapes

リングが起こり、光学特性が変化する。その薬剤などを包含させることが可能であり、光カプセル形成2

様々な形やサイズの金ナノ構造体を用いた機能性バイオ材料の開発

ijiro@es.hokudai.ac.jp

100 nmセンシング

イメージングSERS Intensity１

金ナノ粒子の自己組織化による集合体の形成制御と薬剤光送達への応用

大きさや形状、表面物性により取り込み効率が変わることがわかってきている。このような粒子を利用した細胞内のバイオイメージン
グやセンシング技術の開発に取り組んでいる。

Raman Shift (cm -1)

Development of synthetic techniques enabled to prepare gold nanoparticles with various size (froma few nm to hundred nm) and shapes (sphere, rod, plate, etc.). These nanoparticles revealed thatliving cells show a selective uptake of the objects depending on their external form or surface
properties. This insight supports that nanoparticles with a optimized size, shape, and surface
properties can work as a good delivery carrier for drugs and also as bioimaging or sensing
materials due to their plasmonic properties.
北キャンパス創成科学研究棟 4階
Northern Campus Sousei Building 4th floor
https://chem.es.hokudai.ac.jp

ナノ構造から理解するソフトマターの
物性と機能
Revealing the mechanism between nanostructuresand physical properties of soft matter

先端生命科学研究院

ソフトマター構造物性学研究室

Laboratory of Soft Matter Structure & Physics, Faculty of Advanced of Life Science

准教授

李 响（リ

シャン）

Xiang Li, Associate Professor

ソフトマターの構造を理解し、新規高機能材料の開発
私たちは、ポリマー溶液、ゲル、エラストマー、ミセル、コロイド、生体組織などの幅広いソフトマテリアルを対象に研究を行なっている。ソフトマテリアルのナノ構造とそれに起因するユニークな物理的特性の関係性を理解することを目指し、光や、X線、中性子散乱を用いた構造・運動解析、物理的な刺激を与えるレオロジー
測定、さらには分光測定を組み合わせた多角的な評価手法を駆使している。このような基礎研究から明らかになった物性発現のメカニズムを利用して、これまでにな
い新しい高機能材料の開発も進めている。
We are engaged in understanding the polymer structure and dynamics of soft materials, including polymer solutions, gels,elastomers, micelles, colloids, and cells. We employ a combination of scattering techniques (neutron, X-ray, and light),
rheological measurements, and spectroscopy to reveal the underlying mechanism between nanostructures and physicalproperties. We also develop new high-performance soft materials using the revealed mechanism from the structure analysis.

散乱法を用いた超均一ゲルの構造解析

DNAを用いたゲルの流動性の制御

Structural analysis of hyper-homogeneous gels using scattering

Controlling the flowability of gels using DNA

ゲル化前の溶液内で高分子を緻密に充填する

DNAが作る二重らせん構造の安定性がDNAことで、ゲル化後でも均一に分散した状態をの塩基配列に大きく左右されることに注目し、維持できることを突き止めた。このようなゲ

DNA二重らせん構造で架橋した新規ゲルの創ル化過程はボンドパーコレーションと呼ばれ、成にせ成功した。ゲルのマクロな流動時間は

古くから理論として考えられていたが、現実

DNA二重らせん構造の解離時間と幅広い時間の系では初めて実現された。この手法で、ソ領域で一致することが判明した。DNA二重ら

フトマテリアルの常識を覆す、極めて均一性

せん構造の安定性は，塩基配列を設計するこの高いゲルの合成に成功した。本手法は、幅とで自在に調整できるため，本手法を用いて広い高分子種に適用でき、医学、化学、光学ゲルを合成することで，任意の流動性をもつなど幅広い分野への波及効果が期待される。

ハイドロゲルを合成できることが可能である。

It was found that by densely filling the polymer in the solution before gelation, it is possible to maintain auniformly dispersed state even after gelation. Such a gelation process is called bond percolation and has
been considered as a theory for a long time, but it was realized for the first time in an actual system. With
such a simple method, we succeeded in synthesizing an extremely uniform gel that overturns thecommon sense of soft materials.

x.li@sci.hokudai.ac.jp

Focusing on the stability of the DNA double helix structure is greatly affected by the DNA basesequence, and we have succeeded in creating a new gel cross-linked by the DNA double helix
structure. The macroscopic flow time of the gel was found to coincide with the dissociation time of the
DNA double helix structure in a wide range of time. Therefore, it is possible to synthesize hydrogels
with arbitrary flowability by using this method.

北キャンパス総合研究棟2号館（次世代物質生命科学研究棟）6階
Frontier Research Center for Advanced Material and Life Science 6F

https://www.xiangli-lab.com/

光受容タンパク質の分子メカニズムの解明と機能デザイン
Understanding the Molecular Mechanism of
Photoreceptor Proteins and Their Functional
Modification for Useful Applications

先端生命科学研究院
生物情報解析科学研究室
Laboratory of Biological Information Analysis Science,

准教授

菊川 峰志

Takashi KIKUKAWA, Associate Professor

助教

塚本 卓

Takashi TSUKAMOTO, Assistant Professor

タンパク質の動作原理を追求する
生命活動を支えるタンパク質は、それぞれが特有の機能をもち、細胞の中で実に巧妙に働いている。そのタンパク質が働くしくみを詳しく知りたい、というのが我々の本質的な興味である。たった20個の部品（アミノ酸）だけで作られるタンパク質は、どのようにその構造を形成し、どのように構造を変化させ、どのように機能を導くのか。我々は、光受容タンパク質を主な研究対象に、様々な分光法を駆使して時々刻々と変化するタン
パク質の様子をとらえ、タンパク質の動作原理の解明に取り組んでいる。また、得られた結果をもとに、タンパク質を医療や環境問題へ応用する研究も展開している。
Proteins play essential roles in cellular activities. Our research interests are to understand how the proteins make their own
structures, how the structures change over time, and how the structural dynamics leads individual protein functions. We are trying toelucidate these issues by focusing on photoreceptor proteins. In addition to this basic research, we are also interested in theapplication of photoreceptor proteins to environmental problems and medical fields.

光受容タンパク質の光エネルギー変換機構の解明

光受容タンパク質の原理に学ぶ
新しい機能デザイン

Elucidation of the light-energy conversion mechanism ofphotoreceptor proteins

Novel application of photoreceptor proteins

生物は光を利用するための分子機械である光受光受容タンパク質を組換え発現させることで、

容タンパク質を発展させてきた。ロドプシンは細胞や個体の活動を光によって制御すること

自然界に普遍的に存在する光受容タンパク質が可能となってきている。しかし光受容タンであり、光情報伝達、イオンポンプ、イオン

パク質の応用範囲は、さらに広がる可能性がチャネルなど多彩な機能を発現する。様々なある。光エネルギー変換を行う光受容タンパ

ロドプシンの研究を通して、これらに共通す

ク質を用いれば、細胞内に存在する他のタン

る光利用機構と、それぞれが備える機能分化

パク質を、光エネルギーによって間接的に駆機構の解明を行っている。得られた知見をも動し、細胞に仕事をさせることも可能であるとに、光受容タンパク質の機能を自由にデザインすることが究極の目標である。
Organisms express photoreceptor proteins to utilize sunlight for cellular metabolic processes.
Rhodopsins are the most ubiquitous photoreceptor proteins and have diverse functions, such as
photosensors, ion pumps, and ion channels. We are analyzing their essential mechanisms for lightenergy utilization and functional differentiation. Our goal is to develop the novel photoreceptor
proteins applicable to environmental and medical problems.

kikukawa@sci.hokudai.ac.jp

Light-driven bioremediation by microorganisms
expressing photoreceptor proteinsと考えられる。既存の光受容タンパク質の機能を改変し、新しい光駆動系を構築することを目指している。

Photoreceptor proteins can be used to control cellular behavior by light. They are mostly used forstimulation and inhibition of the nerve spikes. Besides this “switching” of excitable cells,
photoreceptor proteins could also drive the energy-consuming processes inside the cell. We aredeveloping novel photoactive systems by featuring functionally modified photoreceptor proteins.
理学部2号館 8階
School of Science, Building No.2, 8F

http://altair.sci.hokudai.ac.jp/infana/新たなタンパク質の創成へ向けた挑戦
Challenge to Creation of New Proteins

先端生命科学研究院
蛋白質科学研究室
Laboratory of Protein Science, Faculty of Advanced Life Science

教授

相沢 智康

Tomoyasu AIZAWA, Professor

助教

新井 達也

Tatsuya ARAI, Assistant Professor

タンパク質を作り・調べ・操る
タンパク質は複雑な立体構造を形成することで分子機械として働き、生命活動に必要な仕事をする。現在、ゲノムプロジェクトにより多くのタンパク質の設計図が明らかになっているが、そこから正しい構造が形成され、機能を発揮する仕組みには未知の点が多く残されている。我々は、遺伝子工学によるタンパク質の大量生産技術や分子構造を調べることが出来るNMR法やX線結晶構造解析等を駆使して、様々な生物のタンパク質の研究を進めている。その構造や機能を自由自在に操ることを究極の目標としつつ、広い分野の研究者と連携し、タンパク質を医薬や産業へと応用する研究も展開している。
After correctly folding into specific three-dimensional structures, proteins exert high abilities. We are investigating their mechanisms
on the structure formation and functional expression by using the molecular biology and NMR method, X-ray crystallography, etc. We
are also conducting the collaborative researches on the industrial applications of proteins.

タンパク質の新規生産技術の開発とその応用

生体防御関連タンパク質ペプチドの立体構造解析と機能解析

Development of novel production technologies for protein andtheir application

Structural and functional analysis of proteins and peptides
related to biological defense

遺伝子組換えによるタンパク質の生産技術は

生物は細菌やウイルスなどの異物、低温やス

タンパク質の機能や構造相関の解明などの研

Bm LZ (1GD6)究の基盤となるだけでなく、創薬や産業への応用が期待される蛋白質の大量生産技術とし的なタンパク質生産技術の開発を進めるとともに、その技術の各種産業への応用研究を進

Ps GBP (1BQF)

BDF (2RNG)

DPS (2E2F)

ASABF (2D56)
BDF-N (2RQ2)

GBP-C (2EQT)

betacellilin (1IOX)

epiregulin (1K36)

TP-I (2MDB)

aizawa@sci.hokudai.ac.jp

壊などのメカニズムにより直接攻撃する因子
であり、不凍蛋白質は低温環境から細胞や組HCP (2RPS)

CM LZ (2Z2E)

めている。
Heterologous protein production is important for both basic studies like structural biology andpractical applications. We are developing new technologies for protein production using bacterial
cells and developing the application of proteins in various industries from the view point of proteinscience fields.

きた。例えば、抗菌ペプチドは細菌を、膜破TS-B (2DCW)

CS LZ (2Z2F)ても重要性が高い。我々は、立体構造形成に関するタンパク質科学的な知見を基に、革新

トレスなどからの防御の仕組みを進化させて

TC (1DQC)織を守るために働く。NMR法やX線結晶構造解析等によりこれらの分子の立体構造を明らかにし、機能の解明を進めることで、創薬などへの応用が期待される。

Organisms have evolved defense mechanisms against foreign substances such as bacteria andviruses, and against stresses such as low temperature. For example, antimicrobial peptides arefactors that directly attack bacteria through mechanisms such as membrane disruption, andantifreeze proteins protect cells and tissues from low-temperature environments, etc. Elucidating
the three-dimensional structures of these molecules by NMR, X-ray crystallography, etc. andelucidating their functions will lead to applications in drug discovery and other areas.

理学部2号館 7階
School of Science, Building No.2, 7F

http://altair.sci.hokudai.ac.jp/g5/

サイエンスに残されたフロンティア、
それは「細胞」
Cells, the Final Frontier in Science

先端生命科学研究院 細胞ダイナミクス科学研究室
Laboratory of Cell Dynamics, Faculty of Advanced Life Science

教授

芳賀 永

助教

石原 誠一郎 Seiichiro ISHIHARA, Assistant Professor

Hisashi HAGA, Professor

細胞自らに3次元組織を構築させ、さらにその破綻から癌を解明する
生命の最小単位である細胞は、動物・植物問わず生体内で集団として協調的に振る舞い、3次元の形をもつ様々な組織・臓器・個体を形成する。細胞の遺伝子には3次元の形に関する情報は書かれておらず、生物学に残された大きな謎とされている。
我々は細胞とその周囲の物理的性質との関係に着目し、3次元形態形成のメカニズ
ムの解明を目指している。さらに、その関係性が破綻することで細胞が癌化し、悪性度が増すという観点から癌という病態の解明を目指している。
3D morphogenesis of animal and plant organs is the final mystery in biology because the blueprints to form 3D structure are
not written in DNA. We try to understand the mechanisms that determine the 3D shape of a biological body from the viewpoint
the physical properties of the extracellular environment. Moreover, we try to reveal the mechanisms of malignant alterationinduced by failure of the relationship between normal cells and the extracellular environment.

軟らかい基質を用いた上皮細胞シートの3次元形態形成

基質の硬さに誘引される癌細胞の悪性化機構

3D morphogenesis of epithelial sheets using viscoelastic
substrates

Acceleration of metastatic growth of cancer cells induced bysubstrate stiffness

胚発生や組織形成において細胞の集団は3次細胞を取り囲む基質が硬くなると癌細胞の悪元の形態を形成する。この際、細胞を取り囲性度が増すことが近年明らかとなってきた。

む環境の物理的な性質（軟らかさ、空間的な

例えば、乳癌の悪性腫瘍は健康な組織に比べ制限）が細胞集団の振る舞いに影響を与える。

て硬く、しこりとして感知することができる。

我々は上皮細胞のシートを軟らかいコラーゲ

我々は大腸癌の細胞を硬さの異なる基質で培

ンゲル中で重層培養することで管腔構造を形養することで、悪性度の指標となるMMP-7

成させることに成功した。さらに、粘性に富というタンパク質の発現が上昇することを明む培養基質を用いることで小腸の絨毛のようらかとし、さらに、YAP、EGFR、integrin、な3次元形態を形成させることに成功した。

MRLCを介するシグナル経路を同定した。

3D morphogenesis is an essential process for various phenomena such as embryonicdevelopment and tissue formation. Mechanical properties of the extracellular matrix are understoodas factors that affect the cell behavior. We show that a collagen gel overlay induced epithelial sheet
folding from the periphery that migrated inwardly, resulting in the formation of a 3D luminal
structure in a collagen gel. We also cultured epithelial cells on a viscous substrate. The cells
presented a tulip hat-like 3D morphology induced by the deformation of the peripheral substrate.

haga@sci.hokudai.ac.jp

Recent studies have shown that stiff substrates trigger cancer progression such as metastasis andcell proliferation. For example, it is well known that malignant breast tissues are stiff compared withnormal mammary tissues. We found that stiff substrates enhanced cancer progression by
upregulating matrix metalloproteinase-7 expression, which is an indicator of poor prognosis,
through the positive feedback loop of yes-associated protein, epidermal growth factor receptor,
integrin and myosin regulatory light chain in colorectal cancer.
理学部2号館 6階
School of Science, Building No.2, 6F

http://altair.sci.hokudai.ac.jp/g3

数物科学で読み解く生物行動学
Physical ethology –studies on organismic
behaviors by means of observation, experiments,and mechanics of active soft matter.

先端生命科学研究院 物理エソロジー研究室（電子科学研究所 知能数理研究分野）
Laboratory of Physical Ethology, Faculty of Advanced Life Science(Mathematical and Physical Ethology Laboratory, Research Institute forElectronic Science)

教授
助教

中垣俊之
西上幸範

Toshiyuki NAKAGAKI, Professor
Yukinori NISHIGAMI, Assistant Professor

単細胞生物から見渡す
生物の形・動き・知恵づくりの仕組み
柔らかくて大変形する物質を扱うソフトマター物理学は、生命科学においても有用なツールである。細胞や組織、個体の運動・変形・成長は、力学の視点からの理解が不可欠になりつつある。このような考えに立ち、種々生命システムにおける機能的挙動の発現機構を調べている。 特に、アメーバや繊毛虫などの単細胞生物に注目し、様々な状況においてその行動を観察し、ソフトマター物理の観点から数理モデ
ル化している。それにより、生物特有の巧みな行動を生み出す仕組み、すなわち情報処理のアルゴリズムを研究している。
Soft matter physics that deals with soft and largely deformable materials is a necessary tool for mechanical understanding of
motion, deformation and growth of biological systems such as cells, tissues and organisms. Based on these ideas, we areinvestigating characteristic and functional behaviors of various biological systems, by inventing unique experimental setup.
We focus on unicellular organisms of amoebae and ciliates, and observe how they behave in complicated conditions andpropose a mathematical model in terms of soft matter physics. Based on the model simulation and analysis, we seek foralgorithm of how they process information and behavioral smartness.

１

単細胞生物の運動と賢さ
Movements and smart behaviors in uni-cellular systems

2

多細胞システムが組織化する形と動き
Shape and collective motion organized multi-cellular systems
1. 動物の形態形成過程における力学モデル

1. アメーバや繊毛虫の動物行動学と数理モ

2. 線虫の行動学とバイオメカニクス

デリング

3. カタツムリやミミズなどにみられる蠕動

2. クラミドモナス等の繊毛虫の集団遊泳

的這行運動の力学機構

3. 細胞運動に関連した収縮性タンパク質の4. 草本樹木や骨等の生体構造物の力学的機

レオロジー

能性

4. 粘菌やその他の生物系の輸送ネットワー

5. 生物情報処理アルゴリズムの比較進化学

クの形、機能、形成
5. 単細胞生物の情報処理アルゴリズムの解明
1. Ethology and mathematical modeling of flagellates, ciliates and amoebae
2. Collective swimming of Chlamydomonas and some other ciliates
3. Rheology of contractile proteins in relation to cell movement
4. Shape, function and development of transport networks in slime mold and the other living systems.
5. Algorithms underlying in information processing of single-celled organism.

Contact Usnakagaki@es.hokudai.ac.jp

1. Mechanical modeling for development of multicellular organisms.
2. Ethology and biomechanics of nematodes
3. Mechanics of peristaltic crawling in legless and legged organisms
4. Mechanical properties and functions of trees and bones.
5. Comparative study on information processing with and without nervous systems
北キャンパス総合研究棟５号館（電子科学研究所棟）２階

2F of Building No.5 (RIES) on Northern Campus
http://pel.es.hokudai.ac.jp/index.html

ハイドロゲルによる疾患解明と治療
Hydrogel-based elucidation of diseasemechanisms and therapy development

医学研究院 腫瘍病理学教室
Department of Cancer Research, Faculty of Medicine

准教授 津田真寿美

Masumi TSUDA, Associate Professor

ハイドロゲルを基盤とした
新規がん診断治療法の開発
ハイドロゲルには、軟骨を再生したり、治療耐性の原因となるがん幹細胞を誘導したりと、細胞の運命を動かす大きな能力が秘められていることがこれまでの研究から明らかになってきました。私達は、生体適合性の高いハイドロゲルを用いて、疾患発生メカニズムの解明、人工関節や人工骨など生体材料の創出、遺伝子操作を必要としない革新
的な再生医療や、がんの多様性に着眼した新たながん診断治療法の確立などを目指しています。

１

ハイドロゲルによる新規迅速癌幹細胞誘導法
Engineering of hydrogels for rapid induction of cancer stem cells

DNゲル誘導がん幹細胞

A double-network hydrogel induces spontaneous articularcartilage regeneration in vivo

ソフト＆ウェットマター（高分子ポリマーゲル）
は、化学・工業分野のみならず、医学においても様々な応用が期待されています。がんの根治を目指す上で、がん幹細胞の根絶は不可欠ですが、私
達は、水分含有量90%(wt%)で且つ非常に硬い
PAMPS/PDMAAmのダプルネットワークゲル（DNゲル）を用いることで、様々な悪性腫瘍のがん幹細胞を迅速に誘導・同定する技術を開発しています。これにより、放射線療法や化学療法に対して耐性を獲得し再発の原因となるがん幹細胞の性質を解明し、個人個人の患者様に適切な治療ができるようになると期待されます。

To completely cure cancer patients, eradication of cancer stem cells (CSCs) is required. CSCs areresistant to chemo- and radiotherapies, and a source of recurrence. However, detection of CSCs
is extremely difficult. We have been developed a novel technique to rapidly generate CSCs using
double-network (DN) hydrogel, which may contribute to discovery of therapeutic reagents toeradicate CSCs.

Contact Us

2

ハイドロゲルによる関節軟骨の再生

tsudam@med.hokudai.ac.jp

ゲルとは水分を含んだ高分子で、ヒトの軟部組織を模倣します。医学研究科スポーツ医学分野の安田和則名誉教授は、軟骨再生を成功させ臨床応用を視野に入れています。当研究室は、北海道大学大学院医学研究科連携研究センターの一員として、スポーツ医学分野、整形外科学分野と連携して、北大のオリジナ
ルゲルの医学生物学的研究を推進しています。
ゲルは北海道大学先端生命研究院の龔剣萍（グンチェンピンJian Ping GONG）教授が開発したもので、共同研究を行っています。

DN hydrogels with high moduli and a negative charge may induce various cellular responses bystimulating cell membrane. In fact, DN gel and its component PAMPS gels have been
demonstrated to differentiate chondrogenic cells to chondrocytes in vitro, and to induce
regeneration of hyaline cartilage in the knee joint in vivo.

研究室所在（医学部中研究棟４階）
Faculty of Medicine, Center Building, 4 th floor

http://patho2.med.hokudai.ac.jp/

運動器疾患に対する革新的治療法の開発
From Bench to Bedside
Bringing you cutting-edge research for“Hope To Cures” of musculoskeletal diseases

北海道大学大学院生命科学院ソフトマター専攻
機能再生医学研究室
Laboratory of Reconstructive Surgery and Rehabilitation Medicine

准教授

小野寺 智洋Tomohiro ONODERA, Associate Professor

私たちの研究室は、高い生理活性を持ち、未分化細胞の足場となるようなソフトマ

From Laboratory to Clinic

ターマテリアルを開発し、運動器疾患分野における臨床応用を目指しております。
また、臨床応用への橋渡しを担う動物実験・臨床研究を実行し、得られた結果を元にマテリアルの実用化を行うことを目標としております。臨床で得られる知見、材料を元に、分子、糖鎖、細胞レベルの解析を行い、臨床的動物モデルで確認して、最終的に患者さんの元に還元することを目指しています。
Our laboratory aims to develop bioactive soft-matter materials as a scaffold
for undifferentiated progenitor cells for the purpose of fast implementationin clinical application. By carrying out animal experiments and clinicalresearch, which is a position as a translational research, clinical practicalapplication of the materials will be realized. We aim to move our approaches
all the way from basic research to a clinical application and back to thelaboratory for further improvement.

１

高純度硬化性ゲルを用いた
低侵襲軟骨再生治療法の開発
Acellular technique with an ultra-purified alginate gel for
cartilage repair2

糖鎖工学的手法を基盤とした軟骨変性機構に関する研究
Glycobiological approach to elucidate the mechanism of
cartilage degradation

アルギン酸を高純度に精製した極めて細胞毒

本邦における変形性膝関節症の罹患者数は約性が低い「UPAL®ゲル」を製薬会社と共同

1000万人に上り、寝たきり(要介護)の原因

開発しました。本材は幹細胞の足場となり、となっており社会的問題となっています。当軟骨分化を促進することで、良好な軟骨再生研究室では、糖鎖生物学的アプローチから軟を誘導します。また、損傷部に導入してから骨代謝機構に関わる責任糖鎖分子を特定し、ゲル化することが可能であるため、軟骨損傷

その制御機構の解明と変形性関節症の病態に部の形状に依存しない優れた構造適合性を有おける役割の検証を行っております。最終的します。これらの特性により低侵襲かつ安価なゴールは、実臨床に応用可能な新規薬剤のな一期的無細胞移植軟骨再生治療の臨床応用開発を行う事です。

を目指し、現在、臨床治験を行なっています。
Ultra-purified alginate gel (UPAL® gel) has been recently developed in our laboratory as a scaffold
for cartilage repair with no cytotoxicity. UPAL® gel has proven to accelerate cartilage healing
through inducing chondrogenesis. This acellular technique is minimal invasive, cost-effective andsimple approach for osteochondral defects. Our technique has been approved for clinical trials
since 2016.

There are over 1,000 thousand patients with osteoarthritis of the knee in Japan. Nowadays,
osteoarthritis is a cause of immobile and it is a severe social problem. Our laboratory identified themolecule involved in the cartilage metabolism mechanism based on the comprehensive glycolbiological approach, and clarifies the regulatory mechanism and verifies the role in osteoarthritis
pathology. The final goal of our project is to develop novel drugs that can be applied to clinicalapplication.

Contact Us

次世代物質生命科学研究センター 3階
Frontier Research Center for Advanced Material and Life Science 3F.

tomozou@med.hokudai.ac.jp

https://life.sci.hokudai.ac.jp/sm/lab/reconstructive-surgery-and-rehabilitation-medicine

分子素材の柔らかさを利用した
新奇機能性材料開発
Soft Matter & Materials
Functional Molecules & Polymers

ソフトマター専攻

ソフトマター機能学研究室

Laboratory of Functional Soft Matter, Division of Soft Matter

客員教授
客員准教授

中西尚志
上木岳士

Takashi NAKANISHI, Visiting Professor
Takeshi UEKI, Visiting Associate Professor

分子液体やブロック共重合体を巧みに分子設計し、医療応用等に適合する新材料開発
低分子π共役ユニットやイオン液体、ブロック共重合体を巧みに分子設計し、新奇な光・電子機能性「液体」や自律変形する柔らかな「ゲル」素材の創成、新奇ソフ
トマターの物性・構造・機能解析、エレクトロニクス、ロボティクス、医療応用などに適応可能な高性能エネルギー変換・刺激応答素子（具体例：センサ、アクチュ
エータ、細胞足場材料）の開発
Target of our research is to develop novel optoelectronically functional liquid as well as self-regulatable smart soft gel materials
based on the design for low molecular weight p-conjugated unit, ionic liquid, and block copolymer building blocks.
Accompanying with gaining insight into physicochemical property/structure/function for these soft matter, we develop highly
functional energy conversion/stimuli-responsive materials (i.e. sensor, actuator, synthetic cellular matrix) which can bepotentially utilized for advanced stretchable electronics, robotics, and biomedical applications.

１

機能性「液体」の創成とセンサ・アク
チュエータ医療器具適応素子の開発
Development of functional molecular liquids and their sensor &actuators towards healthcare device applications

Active soft materials based on reversible phase changes ofpolymers in liquid medium

機能性分子の分子間相互作用を精密に制御・液体中における高分子(ブロック共重合体、抑制することで、不揮発性、粘性、発光性なゲル)の可逆的相変化と開放性に注目した、どの機能を持つ常温「液体」材料を合成・開刺激応答性ソフト材料を開発します。特に非発しています。この機能性分子液体または同侵襲で時空間分解能に優れる光刺激で液体

ゲルを素材に、医療器具応用などを見据えた(水、イオン液体)中で迅速かつ的確に結合をウェアラブルな圧電素子、振動センサやアク組み替え、粘弾性を自在に変化する材料を設

チュエータなどの応用に向けて研究を展開し計します。これら材料をもって再生医療技術ています。

に資する細胞足場材料に展開します。

Design, synthesis and investigation of nonvolatile, viscous, and optoelectronically-active, functional
molecular liquids and their gels are the first priority in my research. Those liquids would bepromising soft matters towards wearable-, stretchable- sensor and actuator applications.

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2

液体中における高分子の可逆的相変化を利用したアクティブソフト材料の創製

NAKANISHI.Takashi@nims.go.jp
UEKI.Takeshi@nims.go.jp

We develop stimuli-responsive soft materials based on reversible phase changes ofmacromolecules (block copolymer, gel) in liquid. Designed polymers can reconfigure and reordered
precisely in response to photo-stimuli, leading to manipulate viscoelastic property of soft materials.
We aim at applying the materials into cell scaffolding materials that contribute to regenerative
medical technology.

物質・材料研究機構 ナノアーキテクトニクス材料研究センター（つくば市並木1-1）
WPI-MANA, National Institute for Materials Science (NIMS), 1-1 Namiki, Tsukuba

https://life.sci.hokudai.ac.jp/sm/lab/functional-soft-matter募集要項について
Admission guidelines■公表時期について publication time
夏期募集（8月実施）

6月頃公表予定

Summer Selection

around June

秋期募集（10月実施）

実施の場合は9月頃公表予定

Fall Selection

around September

冬期募集（11月実施）

実施の場合は11月頃公表予定

Winter Selection

around November■請求方法 How to request an application form in Japan(For the Special Selection for International Students from Overseas, you can apply
for the entrance examination online. )①
窓口での受け取り②
郵便による請求③
メールによる請求
詳細はHPにて： https://www.lfsci.hokudai.ac.jp/info/c/nyushi■ウェブサイト Website

生命融合科学コース Transdisciplinary Life Course ： https://life.sci.hokudai.ac.jp/tl
ソフトマター専攻 Division of Soft Matter： https://life.sci.hokudai.ac.jp/sm

入試関連の問い合わせ： 北海道大学理学・生命科学事務部事務課大学院教育担当
Inquiry about admission: Educational Affairs Section, Graduate School of Life Science◆E-mail：r-gakuin@sci.hokudai.ac.jp ◆TEL: 011-706-3675

教員・研究室の問い合わせ： 生命融合科学コース・ソフトマター専攻 事務室
Inquiry about laboratories: Office for Transdisciplinary Life Science Course, Division ofLife Science, Graduate School of Life Science◆E-mail: polyjimu@sci.hokudai.ac.jp ◆TEL: 011-706-2747