SUIGEN
群馬大学研究活動報

Vol.3

巻頭 インタビュー

カーボン材料研究のトップランナー
燃料電池触媒実用化へ導く
尾崎 純一

最前線
● ミトコンドリアの謎を追う● 放射線、免疫治療併用はがん治療効果をなぜ高めるのか● 社会の問題を解決するためのネットワーク最適化技術● 光化学と医学の融合から生体内酸素の研究へ

Close -Up
浅尾 高行 異才が切り拓く新しい研究支援の姿巻頭 インタビュー「知」の水源でありたい
日本１の流域面積を有する利根川の源は、群馬県北部にある三国山脈の１つ、大水上山です。この山岳地帯から県のほぼ中央を通って関東平野に流れています。生活、産業用の水供給に限りません。上流にある森林には多様な小さな生き物がいます。洪水を防いだり、水を蓄えた
りするダムのような役割も果たしています。そして何よりも豊かな森林がつくり出す水が、海の魚介を育てます。
群馬大学は知の水源でありたいと思っています。森林―河川―海が循環しているように、研究・教育―地域・産業連携―社会貢献（社会的課題の解決、イノベ―ションの創出）を循環させていきます。

C CONTENTS

尾崎

巻頭インタビュー
カーボン材料研究のトップランナー
̶ 燃料電池触媒実用化へ導く
大学院理工学府 元素科学国際教育研究センター長・教授[最前線]
ミトコンドリアの謎を追う

尾崎佐藤

生体調節研究所 生体情報部門細胞構造分野 教授

純一 ……… 01

健 ………………… 06

放射線、免疫治療併用はがん治療効果をなぜ高めるのか̶ DNA修復の関わりを示す世界初の発見
大学院医学系研究科大学院教育研究支援センター 研究講師

柴田 淳史 ……… 08

社会の問題を解決するためのネットワーク最適化技術
社会情報学部社会情報学科 准教授 永野 清仁 ……………………………… 10
光化学と医学の融合から生体内酸素の研究へ
大学院理工学府 分子科学部門
教授 飛田 成史 …………………………… 12
准教授 吉原 利忠

Close -Up

お
ざ
き
じ
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い
ち

純
一

元 大
素 学
科 院
学 理
国 工
際 学
教 府
育
研
究
セ
ン
タ
ー
長
・
教
授

1961年会津若松市生 ま れ。1989年 ３ 月東北大学大学院工学研究科博士後期課程期間満了退学。
1990年工学博士取得。1989年４月〜1996年３月東北大学助手（1995年２月〜11月：豪州モナッシュ
大）、1996年４月群馬大学講師、1999年３月同助教授、2007年４月同教授（工学研究科環境プロセス工学専攻）、2008年４月東京工業大学特任教授兼任、2014年度九州大学客員教授、2015年４月群馬大学
元素科学国際教育研究センター長

異才が切り拓く新しい研究支援の姿
未来先端研究機構 ビッグデータ統合解析センター

教授

浅尾 高行 ………… 15

TOPICS「医」と「理工」の連携から革新的医療技術 ………………………………… 20
次世代モビリティ 拠点施設完成し研究加速 …………………………… 21
群大コレクション

カーボン材料研究のトップランナー
燃料電池触媒実用化へ導く

群馬大学工学部同窓記念会館 ……………………………………………… 裏表紙

わが国は新しい形態のカーボン（炭素）開発で実績を誇る。日本企業が世界市場の３分の２のシェアを握る炭素繊維が知られているが、カーボン材料は種類が多く、電気・電子、エネルギー、医薬をはじめ様々な分野で使われている。カーボンナノチューブ、フラーレン、グラフェンといったナノ（10億分の１）メートルレベルの炭素構造の研究開発でも日本は世界をリードする。
表紙説明：群馬大学工学部同窓記念会館講堂内部と太田キャンパス校舎外観の写真を重ねた

カーボン材料研究の世界のトップランナーの一人が尾崎純一教授だ。

デザイン

1

巻頭 インタビュー

３分で分かる尾崎教授のカーボン材料研究

解 説「カーボン材料でつくる低炭素社会」目指す
地球に優しいエネルギーとして期待される水素。次代の水素エネルギー社会を担う主役の１つが燃料電池だ。象徴的な用途が自動車である。燃料電池は、ナノシェルのモデル図

桐生キャンパスの理工学図書館には研究室（大谷杉郎・大谷朝男・尾崎純一教授の３代）の研究成果などが展示されている。

「電池」とはいうものの、水素と酸素を反応させて電気エネルギーを生みだすもの。水を電気分解すると水素ガスと酸素ガスがつくり出されるが、燃料電池はこの反対のさらに詳しく知りたい方へ反応を利用する。排出するのは水だけである。しかし、普及への足かせとなっているのが高いコストだ。反応を促す触媒として、電池の正極と負極に高価な貴金属の白インタビュー金（プラチナ）
を多く使用しているからである。

― カーボンは炭素、分かりやすく言うと炭ですね。

2017年末、この課題の解決へ向けて大きな展開があっ

はい、地球上に豊富にある元素で、持続可能な材料です。

た。日清紡ホールディングスが産学連携で開発したカー

カーボンナノチューブ、フラーレン、グラフェンといっ

ボン系触媒（カーボンアロイ触媒）が、カナダの燃料電池メーカー大手バラード・パワー・システムズに採用されたのだ。燃料電池の電極に非白金触媒が実用化されるのは世界で初めてである。

カーボンアロイ触媒を使用したポータブル型燃料電池スタック
製品名：Ballard Power Systems社製 FCgen®-micro(NPMC)ものだ。ドープとは、結晶の物性を変化させるために少

化学系の研究者なので電子的機能材料開発だけではつらすね。軽くて錆びないというのは共通する特性ですが、い。電気を通すことに関する研究を続けたい。それが電気炭素構造によって電気特性、熱伝導特性、機械的特性が化学の分野だと分かり、そちらに舵を切りました。それま異なる。だから用途によって従来の素材にはない優れたでつくってきたカーボンを電気化学的反応の電極として用性能を発揮するわけですね。

いました。そうしたら、電気化学反応を促進する触媒作用

半導体などでは窒素とホウ素を同時にドープすることはカーボンアロイは、炭の材料に「金属」や窒素やホウ素なないが、カーボンアロイ触媒でやってみたら、何もしてどの「非金属元素」を混ぜ込んで焼くことで新しい機能性いない時と比べてより高い反応電流が流れることを発見

空気力学的抵抗から保護するための円錐形の部品）、航空を発現したものだ。

した。

機、自動車などから、身近なところではリチウムイオン

宇宙ロケット先端のノーズ・コーン（燃料や電子機器を

燃料電池の触媒として威力を発揮するこのカーボンア

ナノシェル系、窒素・ホウ素ドープ系の２つの流れの電池、自転車、ゴルフシャフト、ラケット、鉛筆の芯ま

ロイこそ、尾崎純一教授が1990年代から研究してきた研究で得られた知見をもとに、尾崎教授は2006年から

で幅広く使われています。素朴な疑問ですが、有機物をカーボン材料だ。燃料電池の正極にカーボンアロイ触媒

日清紡との共同研究を始め、試行錯誤の末に白金に迫る

蒸し焼きにすれば炭になりますね。

を用いることで、白金使用量を約80％削減できるという。

性能を出せるようになった。日清紡がこれを工業化し、そうですが、単に焼けばいいというものではありません。

尾崎教授の研究をさかのぼると２つの発見がベースに2013年からは同社がバラード社と実用化に向けて共同

我々研究者が行うのは、金属を入れたり異種元素を加えた開発を進めてきた。そしてポータブル型燃料電池においり、あるいは反応の温度を変えたりしてカーボンの構造をて白金触媒と同等の発電性能と耐久性が得られたので、変えること。ただ、問題なのはその構造が複雑であること採用が決まった。

です。

がいくつも重なっており、中が空洞になった中空球殻状

開発したカーボンアロイ触媒は、天然資源である白金構造で、直径は20〜50ナノメートル程度。微細（ナノ）とは異なり大量生産が可能で低コスト化が望める。燃料

な殻
（シェル）
状なので「ナノシェルカーボン」と呼ぶ。

電池の普及を加速させる可能性を秘めた技術といえる。

もう一つは2006年に見つけた「窒素・ホウ素ドープ系

尾崎教授は、この触媒に限らず、カーボン材料を用いてカーボンアロイ触媒」である。窒素とホウ素という相反二酸化炭素排出を抑制する可能性を探っている。目指す

する電子的・化学的特性を持つ元素を同時にドープしたのは「カーボン材料でつくる低炭素社会」だ。
（T）― 1994年、実用化されたカーボンアロイ触媒のもととな― カーボンにはいろいろな形態、構造のものがあるそうで

カーボン材料の応用範囲は広い。アロイとは合金のこと。

ボン材料（カーボンアロイ）。このカーボンは、炭素の層きました。

るナノシェルカーボンを発見されたわけですね。

量の不純物を添加すること。半導体では重要な操作だ。

一つは、1994年に生み出した電極触媒活性を持つカーとからカーボンを使った電子的機能材料に興味が移っていたハイテク材料も炭の仲間なのです。

カーボンはいわゆる炭であるが、単なる炭ではない。

ある。

2物質の構造、物性、反応の相関を理解するのが化学研究の原点― カーボン研究を始めたきっかけは何ですか。
ものが電気を通すことや光を通すことに興味がありましがあることが分かり、その活性は白金に匹敵することを見出しました。

国内有数のカーボン研究拠点― 1997年に先生は東北大学から群馬大学に移りました。
群馬大学理工学部の私の研究室は、1953年から３代にわたって炭素を専門に研究している国内でも有数の研究室です。大谷杉郎先生（故人）によって開始され、大谷朝男先生、そして私へと、この間、炭素化メカニズムの解明、ピッチ系カーボンファイバーの発明、触媒黒鉛化現象の理解、ナノカーボン材料の新規合成法の提案、そしてエネルギーデ
バイス用高機能カーボンアロイ材料の研究へと発展してきました。

た。大学院に進んで最初に与えられたテーマは「石炭から一― カーボン材料の１つ「炭素繊維」にはアクリル繊維からつ

酸化炭素と水素を効率的につくり出せ」。石炭をテーマとし

くるPAN系と、コールタールなどからつくるピッチ系のたこの研究がカーボンとの最初の取り組みでした。カーボ

２種類があります。PAN系はより引張強度が高く、ピッンがシリコンやゲルマニウムと同族の元素であるので、「半

チ系は熱伝導率、寸法安定性、耐摩耗性、耐熱性、電気導体カーボン」も可能ではないかと考えました。そうしたこ

伝導性といった点で優れています。そのピッチを原料と3

巻頭 インタビュー

するカーボンファイバーを世界で最初に発明したのが大これが、日清紡が実用化した触媒の基本原理です。現在は、

池反応に対する触媒活性を調べる研究を進めていました。

炭素とケイ素のサイエンスを中核とする理工学部附属元

谷杉郎先生ですね。呉羽化学工業株式会社（現在の株式会

そのような構造がなぜ活性なのか、そしてどのようにしてある程度まとまったところで、炭素材料学会からセミナー

素科学国際教育研究センターを設立し、尾崎先生がこの社クレハ）との連携を進め1970年に工業生産が開始され効率的に合成できるかなどの基礎的課題にも取り組んでいで講演を依頼されました。その企画側にいたのが日清紡のセンター長に就任されています。

ました。尾崎先生は群馬大学での研究をどのようにスターます。

研究者であり、講演後に共同研究の話をいただき、以後とトしましたか。

もに進めるようになりました。

研究テーマについて研究室の大谷杉郎先生や大谷朝男先生に相談しました。ナノシェルカーボンは研究を重ねているところでしたが、「面白い材料です。触媒活性はあります
が、どこに使っていいか模索しているところです」と申し上
げたら、「そうならば、そのカーボン材料を燃料電池に使ってみなさい。燃料電池は今後成長していく分野だから」ということで始まることになりました。

常識にとらわれない研究能を出せるようになりました。日清紡ホールディングスは、― そして2006年に、「窒素・ホウ素ドープカーボン」の研究

2013年からカナダの燃料電池大手のバラード・パワー・シ

成果を発表されました。ドープ（またはドーピング）、つステムズと実用化に向けて共同開発を進めてきました。そまり結晶の物性を変化させるために少量の不純物を添加してポータブル型燃料電池においてプラチナ触媒と同等のすることは半導体では重要な操作です。ただ、ｎ型半導発電性能と耐久性が得られたので、採用が決まりました。

体の時はシリコンのなかに窒素を入れ、ｐ型半導体の時はホウ素を入れるのが一般的、というか常識です。

― ナノシェルカーボンの研究はその後、どう進みましたか。

試行錯誤の末に、2010年代に入ってプラチナに迫る性おっしゃる通り、ホウ素と窒素は半導体では逆の電子的「水素を使う」
技術― 先生は将来の低炭素社会を見据えておられます。

本学理工学部の伝統である炭素とケイ素を中心とした物
質科学に関する研究を展開しています。現在は、学内の若手研究者の発掘を目的として、毎年研究課題の公募と研究費の配分を行っており、学科や専門を超えた枠組みで研究者たちが互いの研究を議論できる場が形成されつつあります。あと数年間この事業を続けることで、研究者間の連携が生まれ、外部資金獲得そして新しい分野形成が、効果として、顕在化してくるのではと期待しています。

次世代研究者の育成にも貢献― 科学技術振興機構（JST）の低炭素技術開発に特化した研

普通、カーボン材料はプラスチックを燃えないようにし特性をもたらしますね。普通に考えたら、やらないでしょて加熱することで得られています。そこに、金属化合物をうね。でも、どうしてもやってみたかったのです。すると、

水素エネルギー社会には、水素を「つくる」
「ためる」
「つか

究プログラム「先端的低炭素化技術開発（ALCA）」に、先生入れて加熱すると、全く異なった構造を持ったカーボンが各々の元素を入れたときに比べて触媒活性が増加し、両元う」の３つの要素がありますが、カーボンアロイ触媒は「水は「燃料電池カソード触媒機能を有するカーボンアロイの得られます。これは、金属により炭素を作るための反応が素の結合した構造が活性をもたらす要因であると推定しま素を使う」技術の研究です。
「水素を使う」に限らず、水素エ開発と評価」という課題で参加されています。

変化するからです。ナノシェルカーボンは、鉄やコバルトした。その後、カーボンナノチューブに窒素とホウ素を導ネルギー社会の基盤を担う様々な材料をカーボンで実現すの化合物を入れて加熱したときに得られる、直径20nm程入したものが活性を持つという報告がなされました。我々ることを目指しています。

度の中空球殻構造を持つカーボンです。我々は、このカーの研究は引用されませんでした。彼らを中心とする世界のボンの作り方や構造についての検討を重ね、湾曲したカー研究者たちは、窒素とホウ素が別々に存在することで活性ボン構造が活性発現に重要であることを突き止めました。

が高くなる、という見解を示しています。まだまだ、半導体の理屈から離れられないんですね。私の研究室の石井孝
文助教と大学院生は、窒素とホウ素が直接結合しているカー

こでは、我々の発見したカーボンアロイ触媒の基礎的な研ワークの１拠点（サテライト研究拠点）に選ばれました。

究を進めています。具体的には、カーボンアロイ触媒の作「アドバンストカーボン構造・機能相関解析研究拠点」で用および劣化のメカニズムの解明を、我々が得意とするカー

すね。尾崎先生はこの拠点の代表です。

ボン構造の総合的評価方法を用いて進めています。カーボ

低炭素研究ネットワークは、全世界的課題である低炭素ている方が高い活性を与えることを示しました。常識にと社会構築の実現を、ナノテクノロジー活用により行うもの

らわれないほうが面白い研究ができますね。

で、我々はナノ構造制御したカーボン材料による水素社会

ホールディングス株式会社に社名変更）と共同でカーボン材料での触媒の研究開発を始めましたね。
東北大学助手時代に発見したカーボンについて、燃料電の実現を課題とし、本拠点を申請し認められました。これ
により、カーボン材料研究に欠かせないラマン分光装置、
電子スピン共鳴装置および各種吸着装置といった大型装置が導入され研究を大幅に進展させることができました。
― 2011年には、文部科学省特別経費による「エレメント・
イノベーション」プロジェクトにも採択され、学内のカー
ボン材料研究を推進してきました。さらに2016年には、日清紡 HD との共同研究 理想的な連携体制

4

スとともに採択され、2010年より研究を続けています。こ― 群馬大学は2010年に文部科学省の低炭素研究ネット

ボンを合成化学の知識を駆使して作り、やはり直接結合し― 2006年に日清紡（2009年、持株会社制に移行し日清紡

ALCAの発足時のメンバーとして日清紡ホールディング

ンアロイ触媒の実用化には、このような基礎的な解明が必要です。この研究を通して、２名が博士号を取得し、また、
現在２名が関連テーマで博士号取得を目指しています。このように、本プロジェクトは研究推進のみならず、次世代研究者の育成にも貢献しています。
― 先生は現在、炭素材料学会の会長ですね。
大学の研究は方向性を持った研究を一次元的に進めるものではなく、寄り道をしながら、今まで誰も知らなかった世界を知ることが本来あるべき姿だと思います。
― 先生の研究の今後の方向性は。
カーボンアロイ触媒はグラファイトやカーボンナノ

日清紡ホールディングス㈱（以下、日ボンとは異なり、触っても手に黒い粉がで取得しています。また、本学に日清紡

清紡 HD）との共同研究は、私の炭素材料

つかない特殊なカーボン材料です。群馬

カーボンアロイ触媒機能科学共同研究講学会セミナーでの講演を機に始まりまし大学のカーボン触媒に関する知識と日清座および日清紡アドバンストカーボン工

た。日清紡 HD はその名前からすると紡紡 HD のカーボン製造技術を組み合わせ

学寄附講座を設置していただき、ともに績会社ですが、その事業は幅広く、カーることで、画期的なカーボンアロイ触媒研究を進めています。大学が基礎研究を、

ボン材料もその一つです。ガラス状カー

を世の中に出すことを目的として共同研企業が応用研究を中心に行い、それらをと物質を理解することが重要です。これによりカーボンア

ボンと呼ばれるカーボン材料は、彼らの究をはじめました。日清紡 HD とは、文定期的に共同討議することで理想的な産ロイ触媒の精密設計が可能になり、燃料電池以外の、水素主力製品の一つです。これは、通常のカー

科省 LCnet、JST-ALCA 事業などを共同

学連携体制で運営しています。

製造や二酸化炭素還元などへの応用が可能になります。

チューブなどと異なりいろいろな構造が混ざり合った複雑系。このような物質を理解し表現する基礎的な学問が未発達です。単に性能を追い求めるのではなく、化学の本質である物質の構造、物性、反応の相関の観点から、しっかり

5

[ 最前線 ][ 最前線 ] ミトコンドリアの謎を追う

ミトコンドリアの謎を追う
図１．線虫の受精卵において精子由来の父性ミトコンドリア（赤）がオー
トファゴソーム（緑）によって囲まれている様子。この後、オートファゴ
ソームは分解酵素を含むリソソーム

図２．線虫におけるミトコンドリアDNAの母性遺伝の仕組み。線虫では精子由来のと融合して父性ミトコンドリアを分

父性ミトコンドリアがオートファゴソームに選択的に囲まれ、分解される。その結果、解する。

母性ミトコンドリア由来のDNAのみが遺伝する。

考えられています。祖先となる細胞は酸素に弱い嫌気性タイプ。当時、光合成を行う細菌の出現に伴い大気中の酸素濃度が急上昇し、生存が難しかった。好気性の細菌を取り込むことにより、毒性の強かった酸素を、逆に、生体エネ
ルギーを生み出すことに利用しました。ミトコンドリアを獲得したことにより、原始真核細胞は酸素濃度が高い環境下でも生存可能となり、その後の繁栄につながったと考えられています。
私たちは遺伝の仕組みにより両親の資質を受け継ぎますが、興味深いことに、ミトコンドリア DNA は母方からのみ遺伝、
つまり母性遺伝します。この現象はヒトだけでなく、性を生体調節研究所 生体情報部門細胞構造分野 教授

佐藤

健 さとう けんミトコンドリアという名前を一度は聞いたことがあるだろう。私たちの体の細胞内にそれぞれ数十から千個もある、本当に小さな器官だという。しかしこの細胞内器
官は、ただものではない。体を動かす、頭を使う、消化するなどすべての生命活動に必要なエネルギーを生み出している。しかも核内の遺伝子とは別に独自の遺伝子（ミトコンドリアDNA）を持ち、そのミトコンドリアDNAは母方からのみ遺伝（母性遺伝）することが知られている。生体調節研究所細胞構造分野の佐藤健教授（同研究持つ様々な動物で観察されています。

■ 父方ミトコンドリアを選択的に分解除去―― なぜミトコンドリアDNAは母方からのみ受け継がれるのか。
母性遺伝の仕組みやその意味は永らく明らかとなってきませんでした。私たちは C.elegans という線虫をモデルとして用いることにより、この謎の解明に取り組んできました。
まず私たちは線虫の精子のミトコンドリアを蛍光タンパ
ク質で光らせて、精子のミトコンドリア、つまり父方のミト

所副所長）は、このミトコンドリアの謎に魅せられ、同研究所生体情報シグナル研究

コンドリアが受精後にどのように振舞うのか、観察しました。

センター生体膜機能分野の佐藤美由紀准教授らとともに成果を挙げてきた。ミトコ

すると、精子のミトコンドリアは受精した直後には受精卵

ンドリア・ミステリーの魅力とは？

内に検出されるものの、その後徐々に消失していくことが明らかとなりました。
さらに、解析を進めたところ、卵内に精子の成分が侵入するとオートファジー（自食作用注１）という細胞内の不要■ エネルギー産生の中心的役割―― ミトコンドリアとは？

や心拍が激しくなるのは、消費された ATP をミトコンドリ

物を除去する仕組みが発動し、精子由来の父方ミトコンド

アがさらに産生するのに必要な酸素を各細胞に送り出すたリアのみを選択的に分解除去していることが明らかとなりめでもあります。

ました（図１）。少なくとも線虫においては精子ミトコンド■ 母系の先祖は「ミトコンドリア・イブ」―― 疾患との関連は？
ミトコンドリアはエネルギー代謝の中心であることから、ミトコンドリア DNA の変異と糖尿病、神経変性疾患、がん等の疾患との関連性が示唆されています。
「老化とともにミトコンドリアDNAに変異が蓄積する」、「健
常な人でもミトコンドリアが痛んでくると ATP 産生時に発生する有害な活性酸素種が細胞の中に漏れ出し、遺伝子や細胞内の様々な成分を変性させる、それがガンや老化などの一因となる」といった報告がなされています。通常、このような不良ミトコンドリアはオートファジー等により分解・除去されますが、パーキンソン病などの一部の神経変性疾患では不良ミトコンドリアを除去することができず、継続的に活性酸素種が発生して神経の細胞死が起こっているとみられます。
ミトコンドリア DNA は独特な遺伝様式を取るため、古くから多くの人々の興味を引いてきました。例えば母性遺伝なので、母系の先祖をたどると、人類の祖先の１人がアフリカの女性（ミトコンドリア・イブと呼ばれている）
であることも示唆されてきています。一方で、ミトコンドリア DNAに変異が入って起こるミトコンドリア病はやはり母性遺伝
することが知られています。このようにミトコンドリアは様々な疾患や老化現象に関わるだけではなく、人類の進化を考えるうえでも非常に魅力的なオルガネラといえます。
今後、ミトコンドリアの秘密を解き明かすとともに、ミトコンドリア関連疾患の仕組みの解明やミトコンドリアの活性や分解を調節する薬剤の発見へと貢献できたらと思っています。
１) Degradation of paternal mitochondria by fertilization-triggered autophagy inC. elegans embryos. Sato M, Sato K Science 2011 334(6059):1141-4.

２) The autophagy receptor ALLO-1 and the IKKE-1 kinase control clearance of―― 特異的な資質

リアごと受精卵内から消去することによって、母方ミトコ

私たちの生命維持に不可欠な生体エネルギー（ATP）を作りミトコンドリアは、核に収納されている遺伝子とは別にンドリアのみが残り、その DNA が子孫に遺伝してくこと出す重要な役割を担っています。細胞すべてに数十〜千個

独自の遺伝子（ミトコンドリア DNA）
を持っています。約20が明らかとなってきました ( 図２，Sato & Sato, Science,程度存在し、食物から取り入れた水素と呼吸により取りこ

億年前、私たちの祖先となる細胞（原始真核細胞）が別の細2011,;Sato et al, Nature Cell Biol.,2018)。私たちは現在、ゴソームという袋に細胞内の一部や損傷を受けた細胞内小器官等を取りこんで、分んだ酸素を利用して ATP を産生します。運動をすると呼吸菌を取り込み細胞内共生した、つまり別の生き物であったと

マウスも用いてさらに詳しく解析を進めています。

生理学・医学賞を受賞している。

細胞の中に存在する細胞内小器官（オルガネラ）の１つで、

6

paternal mitochondria in Caenorhabditis elegans. Sato M, Sato K, Tomura K,
Kosako H, Sato K. Nat Cell Biol . 2018 20(1):81-91.
注１）
オートファジー（自食作用）細胞が栄養飢餓状態になった場合や細胞内小器官の障害等が生じた際にオートファ
解する現象。この仕組みを解明した功績により、2016年に大隅良典博士がノーベル

7[ 最前線 ][ 最前線 ] 放射線、免疫治療併用はがん治療効果をなぜ高めるのか

放射線、免疫治療併用はがん治療効果をなぜ高めるのか ― DNA修復の関わりを示す世界初の発見 ―図１ フローサイトメトリーを用いて、DNA 損傷後に細胞膜表面上の PD-L1発見が上昇することを発見。
A.フローサイトメトリーの結果、B.U20S（骨肉腫）、H1299（肺がん）、DU145（前立腺がん）の細胞株で DNA 損傷後に PD-L1発現上昇している。C.DNA 損傷応答因子であるCHk1の阻害剤存在下では PD-L1発現上昇が抑制された。

発現上昇も引き起こしてしまいます。そのため、抗 PD-1抗体を併用するとがん治療効果が高まるのですが、その分子メカニズムは未だ多くが明らかになっていません。

――「PD-L1の発現の上昇」は従来どう理解されていたのですか。
がん細胞の DNA の中にはたくさんの遺伝子変異があり、がん細胞の中に多くの異物を産生させます。これらの異物
はネオアンチゲンという抗原（がんの目印）で、免疫細胞はその異物を取り除こうと免疫シグナルを活性化させます。

図２

DNA損傷によりがん細胞内のPD-L1発見が上昇する分子メカニズム

PD-L1の発現調節の仕組みとして提唱されてきた一般的

大学院医学系研究科 大学院教育研究支援センター 研究講師

柴田 淳史 しばた あつし
柴田淳史研究講師のテーマは、がん治療時に発生するDNA（デオキシリボ核酸）損
傷とその修復反応だ。生物の遺伝ではDNAが私たちの体をつくる設計図。従来のがん治療は、がん細胞のDNAを傷つけることだったが、DNAは自らその傷を修復することがあることが知られている。最近そのDNA修復の研究に大きな進展があった。
がん治療では近年、「抗PD-1抗体」を用いた免疫治療が注目されているが、これと放射線治療を併用することで治療効果が高まることが報告されている。なぜ効果が高まるのか、その仕組みは分からなかった。柴田研究講師らのチームは、放射線照射後のDNA修復反応の観点から、その仕組み解明につながる大きな発見をした。これは、先端免疫治療においてDNA修復の関わりを示す世界初の研究成果だ。

剤を加えた細胞では、放射線照射による PD-L1の発現上昇

T 細胞がインターフェロンガンマを放出し、がん細胞を刺激、が起こりませんでした。このことから DNA 切断によって引３）がん細胞内の JAK-STAT/IRF 経路が活性化され、PD-L1

き起こされる PD-L1発現上昇は、DNA 切断に伴って活性化の発現が高まる――というものでした。

される因子（DNA 損傷応答因子）である ATM/ATR/Chk1が―― この研究に取り組まれるようになったきっかけは？

関わることが明らかになりました。

放射線が当たったがん細胞では、放射線照射後１−２日

さ ら に 私 た ち は、DNA 修復 を 促進 す る 分子 で あ る

後から PD-L1発現が上昇するのですが、これまでの研究か

Ku70/80や BRCA2が欠損したがん細胞では、特に放射線らこの期間内にネオアンチゲンが増えるとは考えにくく、照射後の PD-L1発現が高まることを発見しています。また、別の経路、すなわち放射線照射により生じる DNA 切断に伴DNA 切断から発生するシグナル伝達は最終的にはインターう「DNA 修復反応」も PD-L1の発現調節に関わるのではな

フェロンガンマと同じ経路因子である、STAT/IRF1経路にいかと考えました。

繋がり、PD-L1の発現を高めることを発見しました。

―― 先端免疫治療においてDNA修復の関わりを示す世界初の研究成果について。

―― これらの発見がもたらすものは？
たとえば事前検査でがん細胞の Ku70/80や BRCA2遺伝

私たちはがん培養細胞を使った実験で、放射線照射だけ子が不活性化されていることが判明した場合、放射線照射ではなく、DNA 切断を引き起こす化学療法剤の処理によっ後に PD-L1がたくさん発現してしまうことが予想されます。

――「オプジーボ」の薬剤名で世界の注目を集めた「免疫して、Ｔ細胞にある PD-1と呼ばれる受け皿と結合し、免疫ても、がん細胞のPD-L1の発現が高まることを発見しました。

その場合、放射線治療と一緒に抗 PD-1抗体治療を行ったほ

チェックポイント阻害剤」による治療の仕組みは？

の仕組みが働かないようにしています。オプジーボなどのつまり、DNA の切断が何かしらの細胞内応答を活性化させうがいいですよ、と提案することができます。

免疫を担当する専門の細胞（Ｔ細胞）は、侵入してきた病

抗 PD-1抗体は、PD-L1と PD-1の結合を妨げて自己の免疫て PD-L1の発現を高めているのではないかと仮説を立てる

機能を再活性化します。

ことができました。

原体や異物を「自分の物ではない」と見なして身体から排除しようとします。しかし、がん細胞は免疫細胞の攻撃から巧みに逃れる方法を持つため体内で増殖することができてしまいます。例えば、がん細胞は PD-L1というアンテナを出8な説は、１）
T 細胞がネオアンチゲンを認識して活性化、２）―― 近年の基礎研究により放射線と抗PD-1抗体治療の併用の有効性が報告されつつあります。
放射線照射は免疫活性化を促す一方、がん細胞の PD-L1

放射線と抗 PD-1抗体を併用する治療の臨床治験が世界各国で始まりつつあります。放射線治療と免疫治療併用の科

そこで私たちは、DNA 修復シグナル因子である ATM、学的妥当性を立証することを通じて、放射線治療や化学療

ATR、Chk1の阻害剤を添加し、放射線照射後の PD-L1発現法と抗 PD-1抗体の併用を推進する情報基盤作成に貢献した

レベルを検討しました。その結果、ATM/ATR/Chk1の阻害いと考えています。

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[ 最前線 ][ 最前線 ] 社会の問題を解決するためのネットワーク最適化技術

社会の問題を解決するためのネット
ワーク最適化技術―― 社会の複雑な現象にどう立ち向かうのか。

社会情報学部 社会情報学科 准教授

永野 清仁 ながの きよひと
社会情報学部の永野清仁准教授の専門は数理最適化であり、その中でも特にネットワークなどの離散構造を対象とする離散最適化のアルゴリズム研究に取り組んでいる。ネットワークを抽象化した概念である「劣モジュラ性」もまた中心的な研究テーマである。離散アルゴリズムの中心的な応用領域として、機械学習などの人工知能分野の研究にも従事する。著書に『劣モジュラ最適化と機械学習』（共著、講談社）がある。

どうコンピュータに計算させるかがポイントとなるのです。

社会における現象をそのまま正確に扱うことは、少な

ネットワーク最適化の問題には、最短経路問題やネッ

くとも数学的には困難です。しかし、複雑に見える現象

トワークフローのように数学的にコンピュータで扱いやでも背後にはそれを定める単純なルールがあるはずだ、とすい問題がある一方で、巡回セールスマン問題やデマンいう考え方があります。これは複雑系とよばれる現代科

ドバス最適化問題のように NP- 困難と呼ばれるタイプの学の分野における基本思想です。私の姿勢としては、社

難しい問題もあります。数理最適化のカギは、組合せ爆会における現象の背後に潜むネットワークのような（比較発をそのまま扱わず、数学の力に基づいたアルゴリズム

的単純な）離散的な構造を見出し、その上で数理最適化なの設計によって、問題に対していかに対処するか、というどを用いて解析するということが基本となります。

ことになるわけです。

■ ネットワークにおける最適化とコンピュータ■ ネットワーク最適化が切り拓く未来―― どのような問題に取り組んでいるのか。
取り組んでいる問題の１つとして、バスやタクシーの経―― 先生の研究は世界トップレベルの国際会議で発表されています。

路最適化問題があります。例えば、乗り合いを認める小

機械学習関連のトップ会議である NIPS や ICML などで型のバス５台を使って、100人の乗客の別々のデマンド（要

論文を通しておりますが、これは私たちの研究分野にお求）をどのような順番で処理するか、というようなデマン

いて重要な意味を持ちます。技術を使う側ではなく創る

ドバスの問題です。これは次世代のモビリティ（移動手段）

側の立場から言わせると、最新の優れた技術は必ずしもと関連する話題であり、また人工知能の分野ではロボット

世間の大多数の人から見て華々しいものではありません。

をどう動かすかというマルチロボットルーティング問題

コンピュータ科学の周辺分野では、難関国際会議で発表と呼ばれます。複雑化する社会における問題解決のためされることが、研究の国際的なレベルを客観的に評価しには、数学的な手法に基づいたアプローチは重要な手段てもらうための１つの指標となっています。

です。

―― ネットワーク最適化技術の今後の展開は。

―― 数理最適化とはコンピュータを使う技術のことか。

ネットワーク最適化の技術はモビリティや SNS データ

数理最適化はただコンピュータを使う技術ではありまの解析など、今後も幅広い領域で活用できる技術です。

―― 数学に基づいた問題解決とは。

せん。コンピュータにどのように工夫して計算させるかさらにネットワーク最適化の一般化として、離散凸（劣モ問題解決のための有力な手段として、数理最適化があという方法、つまりアルゴリズムが非常に重要となります。

ジュラ）
最適化とよばれる技術があります。これについて

人間関係、インターネット、交通網など、実社会におけります。数理最適化とは、たくさんの候補の中から最も上述のデマンドバス最適化問題を考えましょう。この問は、近年の人工知能関連分野で重要な技術と認識されつる多くの対象は、点と線からなる「ネットワーク」として良いものを見つける数学的な手法のことです。私は特に、題は決して大規模な問題ではありません。しかし、もし工つある重要な技術であり、魅力的な研究対象です。社会

解釈できます。一見すると複雑に思える対象であっても、ネットワークの上の数理最適化である「ネットワーク最適

夫せずにバスのルート候補の全パターンを調べるとすると、の現象を数理的に捉えて数理最適化技術を活用すること

そのシステムの構成要素と要素間の関係をネットワーク

化」を中心とした研究に取り組んでいます。ネットワーク

組合せ爆発という現象によってその候補数は膨大となり、は、変容し続ける社会において今後ますます重要性を増として数学的に捉えることによって、深い理解につなが最適化手法を活用することで、見た目の異なる様々な問

現在の世界中のすべてのコンピュータを使ったとしてもしていく問題解決へのアプローチといえるでしょう。

る解析が可能となるのです。

題の解決へ向けてアプローチをすることが可能となります。

扱えない対象となってしまいます。そこで、どう解くか、■ 現象をネットワークで理解する―― 「ネットワーク」
とは何か。

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[ 最前線 ][ 最前線 ] 光化学と医学の融合から生体内酸素の研究へ

光化学と医学の融合から生体内酸素の研究へえると、りん光と呼ばれる通常の発光（蛍光）とは異なる発変化することを利用して生体内の酸素濃度の高低を検出

光が見られます。りん光を発する材料を有機 EL 素子に使しています。このように発光を使って特定の生体物質をうと、蛍光材料に比べて発光効率が大きく向上すること検出する機能をもった分子を発光プローブと呼んでいます。

が理論的に示され、実際に実用化されています。

上記の研究では、Ir 錯体を発光プローブとして低酸素状態

ところが、りん光には励起分子の周りに酸素があると発光が著しく弱くなるという、発光材料としてはやっかいな特性があります。つまり Ir 錯体を光らせるには、酸素がない状態を保たなければなりません。

に陥っているがん組織をより強く光らせて、がん組織を検出しています。
一方、組織に照射する光をパルス化して Ir 錯体のりん
光の減衰速度（寿命）を測定すると、酸素量の評価が可能

ちょうどこの実験を進めていた頃、本学生体調節研究になります。顕微鏡と組み合わせて測定を行えば、組織所の竹内利行教授（元副学長）らの研究グループと別の共を拡大して酸素の分布を高分解能でイメージングするこ

同研究を始める計画が進行していました。ある日の議論とが可能になります（図２）。

の中で竹内教授が、がん組織は細胞の異常な増殖によって低酸素状態に陥っている、と言われました。それがヒントになり、Ir 錯体のりん光を使って、低酸素状態に陥っているがん組織を選択的に光らせることができるのでは、との着想が浮かびました。
―― Ir 錯体の発光は酸素の有無によって変化竹内教授にそのアイデアをお話したところ、早速、マウスを使って実験してみようということになりました。幸
左から博士課程・安カ川真美、博士研究員・塩崎秀一、教授・飛田成史、准教授・吉原利忠、博士課程・水上輝市

い医学部の遠藤啓吾教授（現 京都医療科学大学学長）の研究室にマウスの発光を観測するための発光イメージング

大学院理工学府 分子科学部門 教授

飛田 成史 准教授 吉原 利忠
とびた せいじよしはら としただ

がん組織は細胞の異常な増殖によって低酸素状態に陥っているという。がんだけでなく酸素の欠乏（低酸素）が深く関わっている疾患は多い。発光で体の中の酸素の分布等を画像化・視覚化（イメージング）できれば、疾患の発症の仕組み解明につながる。
飛田成史教授の研究室のテーマの一つは、発光により特定の生体物質を検出する機能をもった分子（発光プローブ）の設計と合成、その評価の方法。がん組織とともに装置がありました。そこで、竹内研究室の穂坂正博准教

図２ 麻酔を施したマウスの尾静脈から血管を光らせる試薬と Ir 錯体溶液を同時に注入し、開腹して測定した腎臓表層の発光顕微画像。Ir 錯体は、尿細管細胞と呼ばれる細胞の中で光っている。りん光寿命（τp）の長さから酸素分布が分かる。

授（現 秋田県立大学教授）、遠藤研究室の協力のもとに共―― グラント、企業との共同研究

同研究を進めることになりました。

この研究に関連して、平成21−23年度に科学技術振興

麻酔を施した担がんマウスの尾静脈から Ir 錯体を溶か機構 (JST) の先端計測分析技術・機器開発プログラム（要素

した溶液を注入し、発光イメージング装置を使ってマウ

技術タイプ）、平成23−28年度に日本医療研究開発機構

スの全身からの発光画像を測定しました。予想通り腫瘍(AMED) の研究成果展開事業（産学共創基礎基盤研究）な部分からより強い発光が観測されました（図1）。

どいくつかの大型予算をいただくことができました。最初の JST のプログラムは、島津製作所との共同研究です。

臓器組織中の酸素分布を細胞レベルの高分解能でイメージングすることに成功する

当時、同社は光イメージング装置を開発、市販化したとなど、成果を挙げてきた。

ころでした。このような光イメージング装置に、我々のプローブが使われることになりました。
―― 研究成果

腫瘍と臓器組織内の酸素分布を細胞レベルでイメージング
飛田 成史

図１ 麻酔を施したマウスの尾静脈から Ir 錯体溶液を注入し、２時間後に測定した発光顕微画像。低酸素状態に陥っている腫瘍部からより強い発光が見られる。

ローブの光化学特性の評価など、光化学的実験を基盤にいくつかの種類の異なるがん細胞を使って同様の実養細胞さらにマウスなどの小動物を使った実験で確認す

この研究は、発光プローブの設計と合成、合成したプ
していますが、実際にプローブが使えるかどうかは、培―― 先生の研究は光化学と呼ばれる分野で、そのなかで十数年前、有機 EL（electroluminescence）の研究で著験を行ったところ、いずれの細胞からできたがん組織もる必要があります。そのため、特に医学関係の研究者のも、光を吸収した分子、すなわち励起分子が起こす

名な九州大学の安達千波矢教授から、イリジウム (Ir) 錯体

Ir 錯体の発光を使ってイメージングできることが確認

協力が必須でした。タイミングよく科研費「新学術領域研反応や様々な物理的過程とのことですが、生体内酸の光物理的性質について調べてほしいとの依頼がありまできました。この研究結果は、米国がん学会の Cancer

究（研究領域提案型）」の一つとして「酸素を基軸とする生素イメージングの研究を始められたきっかけは何でした。Ir 錯体というのは、Ir という金属に有機分子が結合

Research 誌に掲載されています。

命の新たな統合的理解」( 代表：森泰生京都大学教授（平成)すか。

した化合物です。光または電気を使ってエネルギーを与12

この研究では、Ir 錯体の発光特性が酸素の有無によって26−30年度）がスタートし、酸素を検出するための発光

13

プローブの開発として計画研究班の班員に加えていただていただくことにより、マウスの臓器表層や腫瘍内の酸素きました。このなかで、医学部の研究者との共同研究を

分布を細胞レベルの分解能でイメージングできるように推進することができ、その結果、腫瘍とともに腎臓、肝臓、なりました。

膵臓などの臓器組織中の酸素分布を細胞レベルの高分解―― 展望

能でイメージングすることに成功しました。

がんをはじめ、慢性腎臓病、糖尿病網膜症など酸素の―― 研究室の若手の研究

欠乏
（低酸素）
が深く関係している疾患が多くあります。た

最初は市販の Ir 錯体をプローブとして研究を始めまし

とえば、急性腎障害から慢性腎臓病への進行に低酸素がたが、その後、吉原利忠准教授が中心になって、プローブ

深くかかわっていることが示唆されていますが、その機序の改良を精力的に進めるともに顕微鏡システムを導入しは明らかにされていません。我々が開発した酸素イメーました。さらに、博士研究員として、生体調節研究所でジングシステムが、このような低酸素が関連する疾患の発博士の学位を取得した塩崎秀一氏に研究グループに加わっ症や進展を解明するために有効に働くことを願っています。

Close -Up
未来先端研究機構 ビッグデータ統合解析センター教授

浅尾高行

細胞・組織内酸素イメージングに適した Ir 錯体の開発
吉原利忠―― 研究のきっかけは？

がわかると、自分でIr 錯体が合成できないかと思いました。

私は群馬大学工学部で光化学の基礎研究を行い、2001

そこで、合成法を調べると自分で合成ができることがわ

年に博士の学位を取得しました。その後、マックス・プラ

かりました。初めに用いた Ir 錯体は、生体適合性に難点

ンク研究所
（ドイツ）
、産業技術総合研究所で博士研究員がありましたので、イメージングに適した Ir 錯体の開発をを務め、2004年から飛田教授のもと研究をスタートさせ進めました。例えば、組織細胞に取り込まれ易い Ir 錯体

ました。当時、光化学は学問として成熟の域に達しており、や血液中を循環できる Ir 錯体です
（図３）
。これらの錯体

多くの研究者が次の展開を模索していました。私は生物を用いることで、腫瘍以外にも腎臓や肝臓内の酸素イメー

分野にも興味があり、専門の光化学と生物を融合させたジングも可能となりました。

研究を進めましたが、なかなかブレークスルーには至りま

また、細胞内酸素濃度を発光色の変化で見分けられるせんでした。そのような時に、Ir 錯体という面白い特性を

新しい化合物の合成にも成功し、論文として発表したと若い医師のなかにはビッグデータを扱う高度な知識とスキルを持つ者は少なくなもつ化合物と出会いました。

ころ、Faculty of 1000から生物医学系論文のトップ２%

いかもしれない。しかし、浅尾高行は、いまも糖鎖やがんの研究を続け、特許出―― 新しいI r 錯体の開発として評価いただきました。さらに、日本光医学・光生物

願を大学に申請し、医療機器・トレーニング機器の開発を行い、それらの資金のIr 錯体を用いることでがんをイメージングできること

学会奨励賞を受賞いたしました。研究資金では、若手研ためのグラントも取り続けている。一方で、地域医療機関との連携も深めているし、

究 A( 平成26年〜28年度 )、基盤研究 B( 平成29年度〜 )、若い研究者の研究計画などの相談にも気さくに応じている。

キヤノン財団 ( 産業基盤の創生（平成23年〜24年度）)の支

この異才が、群馬大学において、全国でも数少ない医学・生命科学研究の新しい援を受けております。
―― 医学研究者との連携

私の研究は化学と医学を融合する境界領域研究であり、本学が進める医理工連携において、臨床医を含め多くの
生物・医学研究者と共同研究を進めています。実際に、Ir錯体を使用する研究者と密に議論することで、新しい Ir
錯体の開発指針を明確にすることができます。引き続き研究を進め化学から新しい生物・医学研究を切り開いてい図３ 生体内酸素プローブとして、研究室で開発された Ir 錯体の構造。脂溶性の高い Ir 錯体は細胞内に取り込まれやすく、細胞内酸素プローブとして働く。一方、水溶性の高い Ir 錯体は、血中酸素プローブとして働く。

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きたいと思います。

支援システムをつくり、いま、信州大学、東北大学、群馬大学などで構成する大きな産学官コンソーシアムにおいて生体埋込タイプの医療機器開発を加速させる
ための生理学的データ統合システム構築に挑んでいる。

異才が切り拓く新しい研究支援の姿文 ・ 登坂 和洋

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Close -Up
ビッグデータ統合解析センターが属する未来先端研究進められている。従来の診療科ごとのサンプル情報管理や糖鎖の研究のほか、医療機器開発、医師・看護師等の実機構（以下、機構）は、トップレベルの研究を推進するためを改め、「大学全体を一つの研究機関」として、学内研究者

技トレーニングシステム開発、地域医療情報システム開発、に2014年４月に発足した群馬大学（以下、本学）の学内組の研究活動を活性化させることが狙いだ。先端医療開発

学会レジストリ（患者登録のシステム）など、テーマは実に織である。本学が強みを有する「統合腫瘍学研究部門」、「内センターについてはあとで詳しく述べる。

幅広い。

分泌代謝・シグナル学研究部門」、「元素科学研究部門」のこうした独自のビッグデータ解析研究には総務省や国幾つか触れておこう。糖鎖の研究では、浅尾らの発明

３部門を置き、部門ごとに研究プログラムを設けている。

立研究開発法人科学技術振興機構（JST）等の支援を受けについて昨年、本学が特許出願した。
「糖鎖研究はライフ

海外ラボラトリーに招へいした外国人研究者、学内を横ている。

ワーク」と浅尾はいう。

断的に統合した優秀な研究者、さらに機構の専任研究者が医療機器・実技トレーニングシステム開発は、職人芸と研修医として着任前にがん症例

日々研究に取り組んでいる。
機構内にビッグデータ統合解析センターが新設されたのは2016年１月。機構内の各研究部門、海外ラボラト
リー、さらに学内組織、地域医療機関等と連携して、生体、診療、投薬、生活などの情報を統合的に集積し、その解析を行っている。

レジストリ解析
そもそも浅尾は、どんな経緯で、知る人ぞ知るこの分野のスペシャリストになったのか。

いうのだろうか、どれもなかなかいい。超音波ガイド下での中心静脈（CVC）穿刺技術トレーニング法と装置の開発については本誌の別の記事で紹介しているが、広く知られるようになった技術だ。
もう１つ。９月末、群馬県高崎、前橋地区の12病院と始まりは35年前。医師国家試験に合格してから、外科

その連携クリニックが、プロバイダーを活用した新しい形

同センターを率いるのが教授の浅尾高行である。浅尾

研修医として着任するまで３か月のブランクがあった。

式の医療画像共有システムの運用を始めた。それを、プロは外科医の臨床出身で、その下に准教授（質量分析計を用

この期間に、独学でプログラミングの勉強をして、群馬バイダー会社と共同で開発したのが浅尾だ。独自の技術

いた代謝物解析などをテーマとする生化学研究）、助教（医

県立がんセンターのがんの症例登録制度をつくり５年生を用い、CT( コンピューター断層撮影 )、MRI( 磁気共鳴画療統計学）
らがいる。多彩な顔ぶれだ。

存率などの情報解析をするソフトウエアを開発した。
「数

像 )、PET( ポジトロン断層撮影 ) といった大容量の医療画

学者になりかった」という浅尾にとっては、簡単なことだっ像データを高速に参照できるシステムだ。従来の同様の合システムの構築による生体埋込型・装着型デバイス開発たのかもしれない。このがん症例レジストリ解析ソフトは、システムと比べ、システムの維持管理費用が格段に安いの基盤の創出」が、JST の産学官連携の競争的資金プログラ

有名私立医大への販売実績がある。

が特徴だ。

ム
（
「産学共創プラットフォーム共同研究推進プログラム

個人情報を保護し、情報を二次利用する

こうした下地があったものの、その後は、外科医として浅尾の個人研究はどれをとっても水準は高い。これら

・地域連携医療画像データ

多忙な日々を送った。転機は2013年。がん治療臨床開発の研究は、同センターの付随プロジェクトになっている。

従来、体に埋め込んだり装着したりする医療機器の研・医療機器開発のための関連特許情報3万件

学（寄附講座）を立ち上げて２年間、さらに現在のビッグデー

異才が生み出すこれら様々な分野の研究成果が、ビッグ究開発は人工関節、ペースメーカー、人工内耳など個々

・文献情報約２万件

タ統合解析センターでの活動を通じて、データを扱うスキ

データ統合解析が厚みを増す一因になっている。

に進められてきたので非効率だった。信州大学は東北大

・独立行政法人医薬品医療機器総合機構（ＰＭＤＡ）

ルに磨きをかけた。

同センターが集積している情報は次のようなものだ。

言うまでもないが、データの統合、集積には専門的な知の申請書約１万件
・匿名化処理・患者の利用同意書つき臨床検体学、金沢医科大学などの研究機関、医療機器開発を牽引

産学コンソーシアムのビッグデータする企業十数社を結集したコンソーシアムを形成し、個システム構築責任者へ

別に保有している医療機器の共通的、基礎・基盤的研究開

識とスキルが必要だが、その前の、的確なデータソースか・医療機器等の取扱説明書など
検体の匿名化情報同センター設置の狙いは２つあった。１つ目は個人情報保護への対応だ。それまでは、診療科ごとにパソコン

らデータを集めること、さらに、ゴール（誰が何のためにどう使うのか）
を見定めてどう解析するかをデザインすることがより重要である。さらに、利用する人に、必要な情報を過不足なく提供できれば申し分ない。

（OPERA）」）に採択されたことである。

ビッグデータ統合解析センター及び浅尾の役割について、改めて認識する出来事が昨年（2017年）あった。

発の知見とプロセスを集約し、活用可能なデータとして体系化する「生理学的データ統合システム」の構築を目指す。いわば非競争領域の情報の共有化だ。このオープンイ

同年10月下旬、信州大学が本学に、浅尾について本学

ノベ―ションにより、医療機器の認証に必要な期間の短で個人情報を管理していた。しかし、これではそれらの情浅尾は臨床だけではなく、生命科学の研究も行ってきた。

とクロス・アポイントメント（混合給与）
契約を結びたいと縮と開発コスト低減を実現し、医療機器開発を加速させ

報は広く使えない。サンプルの匿名化が必要で、そのため30歳のころ、担癌状態で活性化する糖鎖合成酵素に関すの申し入れてきたのだ。クロス・アポイントメント制度とは、ようという気宇壮大な計画だ。

のシステムを構築しなければならなかった。

る論文で博士号を取得している。

卓越した教授らが他機関の身分を併せもつもの。兼業とこの挑戦的なプロジェクトの肝であるビッグデータシ

異なり、対象者はそれぞれの機関と雇用契約を結び、いずステム構築の責任者として白羽の矢を立てたのが浅尾だっれにおいても常勤職員の身分を有する。同制度により多た。

２つ目は情報の二次利用ができるようにすること。学
内で情報を共有し、他の分野の研究の情報が使えるよう

同センターのシステム構築に、浅尾の大学病院外科医としての長い生活と、生命科学研究の経験が生きている。

になれば研究が活性化する。
データ統合の最初のシステムは、同センターが医学部附属病院に導入した臨床研究支援システム「BIOPRISM」。
それを用いて、2017年４月に病院内に新設された先端医療開発センターにおいてデータ・サンプルバンクの構築が16

様な教育研究人材の確保が可能となる。
「機能強化」等を幅広いテーマの個人研究はセンターの付随プロジェクト
浅尾は現在、【表】のような研究に取り組んでいる。がん図るため、国立大学は４年前からその導入促進が求められている。
信州大学がこの申し入れを行った理由は、浅尾を主要メンバーとして組み込んだ研究課題「生理学的データ統「このデータ統合システムをつくれるのは浅尾先生しかいない」
この問題の窓口となった本学事務部門の研究推進部は

17

Close -Up
研究の高度化、外部資金・産学官連携のプランニングなど

いわゆる「風通しの良い院内環境」の構築に寄与することを行う研究・産学連携推進機構（機構長：峯岸敬研究担当理を目指す。

【表】浅尾高行の研究テーマ事）と協議。その場では、「信州大学との連携は深めたいが、浅尾は同センターのトップだが、具体的な活動では「新医学部・附属病院のある昭和キャンパスのキーパーソンの規薬剤の適応拡大に伴う安全な導入体制の新構築」、「新規

１人である浅尾教授にこれ以上仕事の負荷を掛けられない」

侵襲を伴う臨床試験の開始」、「地域貢献事業の展開、追加

立腺がんの PSA 検診結果は大学病院の泌尿器科が中心となり30年

各種学会併設トレーニングブースに教材ごと提供している。熟という声が大勢だった。

開催」、「腹腔鏡手術の院内技術認定制度の確立」、「医師事

前からのデータを蓄積している。センターではこれら膨大ながん検

練のインストラクターに習うのと同じレベルの技術習得ができる

診・がん登録の情報を連結統合して解析を行っている。より有効性

自己学習システムを目指している。

が高いがん検診方法を開発することを目指している。

- 超音波ガイド下 CVC トレーニング

実は浅尾は、既に述べた、病院内に新設された先端医療開発センターのセンター長も務めている。本学としては、

務作業補助者の育成」などに関わる。

■ がん登録データを用いたビッグデータ解析
群馬県はがん登録を全国に先駆けて実施した実績があり、また前

ビッグデータ統合解析センターの臨床研究支援システ

内容を提供することができる。ブラウザ上で使用することができる
ようにヴァージョンアップした。

- 医療スタッフ対象の超音波ガイド下末梢血管穿刺トレーニング■ 医療機器開発支援プロジェクトでの AI を用いた開発支援ツール

浅尾に期待される役割はそのままにして、クロス・アポイ

ム「BIOPRISM」を用いて、先端医療開発センターがデーントメント以外の形を探ることで、信州大学と話し合っ

タ・サンプルバンクの構築を進めていると前述したが、具JST 産学共創プラットフォーム共同研究推進プログラム（OPERA）ていくことにした。

体的には本学全体の臨床研究、臨床試験、高度医療技術のなかで、医療機器開発のための情報収集・提供ツールの開発を行っの整備ている。特許明細書、文献、認可申請書、関連法規などの数万点- 鏡視下手術の基本トレーニング （作成中）- 外科手術手技基本トレーニング （作成中）■ 超音波ガイド下穿刺の安全性を高める device の実用化
中心静脈（CVC）医療技術のトレーニング法の開発と超音波ガイ

その会議から数日後、私は研究推進部の課長らと浅尾

や未承認薬を用いた臨床などの情報、臨床検体を一元的を訪ねた。浅尾自身は、クロス・アポイントメントには執に管理しようというものだ。先端医療開発センターは、て専門家の「暗黙知」を学習し、膨大な情報から開発目的にあった

着していなかった。

先進的医療の臨床、オミックス医療データの受け皿として情報を選別するシステムを構築している。

■ 医療ビッグデータ構築に向けた医療システム開発■ 地域医療を支える ICT 画像連携手法の研究開発。

信州大学は競争的資金の獲得では地方大学の中で抜き機能しているわけである。

の蓄積文字情報から自然言語解析という手法を用いた AI を利用しマイナンバーカードを利用した健康・医療情報を集積し解析する

整理するとこういうことだ。データの一元化を通じて、地域の医療機関間で相互に CT、MRI、PET といった大容量の画像

10年近く中・大型の競争的資金を取り続けている。その信ビッグデータ統合解析センターは診療科、学部横断的なデータを、クラウドを用いた技術で高速に参照できる「画像連携ネッ

州大学から「日本の医療機器開発を加速させるための挑戦

研究の推進を、一方の先端医療開発センターは先端的医的なプロジェクト。このデータ統合システムをつくれる療の実践と開発をそれぞれ目指す。これら本学の研究支ん出ている。医工連携（医療機器の研究開発）でも、過去のは浅尾先生しかいない」と見込まれれば、協力しない理援を目的とする２つのセンターが相まって、組織横断、

由はないだろう。

点と点の研究を統合する体制を作っている。

結局、この問題は2018年に入り、本学が同事業のコンその要として両センターを有機的に回しているのが浅ソーシアムに参加し、共同研究の形で浅尾がその役割を尾だ。その活動が全国の大学から注目される所以である。

果たしていくことで決着した。

新規高難度医療技術導入の安全性確保を生み出すと風通しの良い環境を作り出す
第四次産業革命というキーワードが象徴するように、先端医療開発センターの設置は、附属病院の腹腔鏡事

世界の経済・社会システムは数百年に一度の変革期にある。

故を受けた病院改革の柱の１つである。目的は、新規高インターネットをベースとしたグローバル化、そして、ビッ

難度医療技術の導入における安全性確保と同時にこれま

グデータ、人工知能（AI）、遺伝子技術、ナノテクノロジー

での大学病院の「風土」を刷新し風通しの良い環境を作りなどの進化、発展は想像を超える速さだ。

医療情報の匿名化システム（BIOPRISM）を利用して臨床研究の支援を行っている。高崎、前橋地区の主要12病院とその連携ク担当医 の 負担 を 減 ら し 質 の 高 い 臨床検体 を 集積 で き る Clinical

リニックが参加したネットワークが2018年9月末スタートした。

biobank を構築し、採血からオミックス解析までを一貫した管理

管理を一元化することによって、サーバー更新や管理業務のコスで統合解析。

トを大幅に低減し、自立運営が可能な ICT 医療連携を実現した。このプラットフォームを用いて、医師会と共同で文書共有システム（医■ 放射線治療効果を増強する薬剤の基礎研究

師資格カード＝ HPKI カード＝の署名機能を利用した診療情報提供

放射線治療（特に重粒子線治療）の効果を増強して、より少ない照書など）の開発・普及を推進している。日本全国「どこからでも」利

射線量で効果が得られる併用薬剤についての基礎研究を行っている。

用可能で安価な医療連携をサポートする社会インフラとして確立■ 医療機器開発「重粒子線治療用新規スペーサー」■ マイナンバーカードを用いた個人認証方法の開発
一般的にログインに用いられている ID、パスワードでの認証シス
テムでは、会社の機密や健康医療に関する個人情報を守るには限治療後に手術しなくても取り出せるスペーサー（腫瘍と正常組織の間に距離を取るための医療器具）の開発。
「鏡視下 Scope の先端洗浄器具」

界がある。機密性の高いビッグデータを扱うには確実な個人認証

Scope の先端の汚れを10秒で洗浄し鮮明な術野を保つ医療器具が不可欠。センターではマイナンバーカードと指紋認証などの生体を開発し上市。有用性を評価している。Splash Clean Ⓡ

認証を併用し、利便性を損なうことなく情報保護を堅固にする研究開発を行なっている。
■ RPA（Robotic process automation）の開発
Web 上に公開されている多彩な情報を集積し、データベースを構築するには文字情報を扱える形に加工することが不可欠であるが、数万件に及ぶデータを人の手で処理することは不可能に近い。これ出すこと。開学以来70年以上にわたり継承されてきた病これに伴って学術の世界、そして大学も大きな曲がり角

院の体質を変えることは難しい。これを改革するために、にある。異分野融合、学際研究、そして新しい学問領域の全国で初めて先端医療開発サーベイヤー制度を導入した。

創出がかまびすしいほどに叫ばれているのは、経済・社会

万件の特許や承認審査書類をダウンロードしそれぞれの資料から

サーベイヤー制度は、医師、看護師、薬剤師及び事務システムの激変に対応できていない危機感があるからだ。

キーワードを抽出している。

職員といった多職種から選出された者が相互に又は協働

情報を切り口に、専門、縦割りの組織に横串を刺して、して、病院で実施される高度かつ先端的な医療行為、ハイ

新しい知を生み出すのが浅尾の仕事だ。医学・生命科学の

リスク手技等に対して、スクリーニング検査等の調査を行臨床・研究の長い経験と幅広い知見をもった――たくさんうことにより、医療事故を未然に防ぐと共に、診療科間の相互チェックを定例化するもの。こうしたことによって、

18■ Clinical biobank とオミックス解析

トワーク（Medical Anywhere Network）」のシステムを開発し運営することを目指している。

専門、縦割りの組織に横串、新しい知ド下穿刺に特化した超音波装置の開発（AMED に採択テーマ）。

を解決する方法として最近銀行業務の省力化などで利用され始めている RPA のソフトを自作し活用している。これにより一晩で何＊ RPA：定型的な PC の操作を自動実行するプログラムの一種、
別名 robot software といわれる。
■ 実技習得に利用可能な Web Learning システムの開発「安全な中心静脈穿刺を実現する補助器具」
開発・評価と上市。True Puncture Ⓡ「腹腔鏡手術で port を必要せずに臓器を牽引できる device」
Miniloop Retracter Ⓡ■ 医療安全推進のための電子カルテ情報の活用法の開発の「引き出し」のある――データ活用の第一人者が、研究実技習得を支援するトレーニングシステムを、専用トレーニン

病院の情報システム（電子カルテなど）から、医療事故が起こる

グ機材とあわせて開発している。トレーニング内容を受講者が選択前兆をスクリーニングし病院のガバナンスを向上させるシステムと医療イノベーションの現場に新しい風を送っている。

することができる双方向のシステムなので、受講者ごとに最適な

の開発。

19

TOPICSTOPICS「医」と「理工」の連携から革新的医療技術

次世代モビリティ 拠点施設完成し研究加速

群馬大学は2014年度から理工学府（桐生キャンパス）

で捉えている画面に対して針を見失うことなく進められ群馬大学が荒牧キャンパス（前橋市）に建設していたの研究者と生命・医科学系（医学系研究科、保健学研究

るかどうかを評価するトレーニングツールを開発し、そ次世代モビリティ研究の拠点施設が2018年春、完成し、科、生体調節研究所、附属病院など＝いずれも昭和キャのトレーニング効果を検証しました。

研究が加速しています。

eCOM-82は１台）。
群馬県桐生市では、まちづくり会社の㈱桐生再生がンパス）の研究者が密接に連携し、革新的な医療技術、また、超音波ガイド下穿刺法とそのトレーニング法に

本学は全学組織として2016年12月に「次世代モビリ

同市の委託を受けて、土日祝日に運行しており、これ

医療機器、医薬品の開発を目指す「医理工生命医科学融

ついて、教科書（らくらくマスター２『超音波ガイド下穿

ティ社会実装研究センター」を創設。拠点施設は、本学が評価されて本学、桐生市と上記２社が第９回ＥＳ

合医療イノベーションプロジェクト」を進めています。

刺法トレーニング』中外医学社）の制作や中心静脈カテーの提案が文部科学省の2016年度補正「地域科学技術実

Ｔ交通環境大賞 ( 奨励賞 ) と 環境省「COOL CHOICE

同プロジェクトのなかで医療の質・安全学講座の田中

テル指導者講習会の開催など、関連学会と連携して普及証拠点整備事業」に採択され、その支援で整備を進めて

LEADERS AWARD」優秀賞を受賞しました。

和美助教、未来先端研究機構ビッグデータ統合解析セン

教育活動を行ってきました。

ターの浅尾高行教授らが中心となって取り組んだテーマ

超音波を用いない時の動脈や肺誤穿刺の合併症率は文「安全な中心静脈カテーテル穿刺技術の評価装置の開発」

献的に４％程度であるのに対し、本学での超音波を用いは研究開発が順調に進展し、装置は共同開発企業のアル

た穿刺の合併症率は３％前後まで低下しました。

ファバイオ株式会社（本社・群馬県前橋市）が販売し、全国のトレーニングセミナーなどで好評です。

地域医療、医療人育成教育を充実
このトレーニングは本学の地域医療研究・教育センター

きました。拠点施設ができたことにより、企業との連国土交通省では低速・電動・４人乗り以上の乗り物を携を強化でき、様々な実験が行えるようになりました。

「グリーンスローモビリティ」と位置付け、地域活性化

研究センターの役割は次世代の交通手段を研究・開発を支えるモビリティとして普及してゆくことになりますることです。類似の研究機関と比較すると、同センした。本学のスローモビリティ活用の取り組みが、今ターは技術開発を行うだけではなく、社会の中でそれ後ますます拡がるものと期待されます。

を用いた実験を行い、新しい交通手段の文化的側面の

上記２つの研究活動の共同作業として、eCOM-8を大合併症を減らす効果

でも行われています。同センターは、全県体制による医研究や普及に向けた活動も行う点に特徴があります。

型化したバスeCOM-10を開発し、自動運転化しました。

中心静脈とは、心臓に最も近く直接心臓へ流入する大師の配置や医師を始めとする医療スタッフの人材育成を

現在の活動の大きな柱は、自動運転の研究とスロー

これを用いて群馬県富岡市や福岡市でデモを行いました。

きな静脈のこと。高濃度の輸液（栄養液など）や特殊な薬推進するとともに、卒前・卒後を通じたシームレスな教剤を長期間投与する場合、中心静脈から投与する必要が育システムの構築と支援体制の確立を目的として2017

本センターの自動運転の研究の特徴は、路線バスのる地域の課題もあれば、有人でもスローモビリティがあります。鎖骨の下や首の静脈からカテーテル（体内に

年11月に設置されました。ぐんま地域医療会議を通してように走る路線が決まっている場合、
「レベル４
（運転者

有効な時もある。様々な課題を解決する交通手段を提挿入する管）
を挿入し、その先端部を心臓のすぐ近くに留群馬県と連携を取り、地域医療および医療人育成教育のが居ない自動車の自動運転）」に特化していること。ト

供できるセンターにしたい」と語っています。

め置くのが一般的です。

充実を図り、高度な専門性を有する医療人の養成を支援

ピックの一つは、JR 前橋駅─上毛電鉄中央前橋駅間のしています。

シャトルバスを自動運転化するプロジェクトです。

首の静脈からカテーテルを挿入する場合、穿刺（針をモビリティの研究の２つです。

さすこと）の際に合併症が数％と高頻度に起こります。

この研究は、日本医療研究開発機構（AMED）の「循環穿刺が難しいのは①目に見えない深さに血管があること

器疾患・糖尿病等生活習慣病対策実用化研究事業」に採択

二つ目の柱はスローモビリティ②すぐ近くに太い動脈や肺があることなどのためです。

され、支援を受けています（課題名「超音波ガイド下穿刺研究のもう一つの柱であるスローモビリティは、歩超音波ガイド下に行うと合併症を減らす効果があり、全のチーム医療への展開とトレーニングプログラムの開発」、

くより早く通常の自動車より遅い速度域(時速20km未国的に超音波装置を使った穿刺トレーニングが行われて研究代表者：浅尾高行）。

満) の車両による交通のこと。科学技術振興機構（JST）

今後の計画について田中助教の支援を受けて本学がべンチャー企業の㈱シンクトゥ

しかし、トレーニングや技術評価の方法は確立されては「これらを用いたトレーニング

ギャザー（桐生市）と共同で低速電動バス「eCOM-8（愛いませんでした。この研究では、ターゲットの静脈の左のさらなる普及とともに、採血

称：MAYU）」を開発しており、同社はこれまでに国内外

右やすぐ下に動脈があったり、屈曲した血管を再現したや末梢静脈路確保が困難な患者

平面型トレーニングモデル作成に始まり、CT 画像を元さんに対する末梢静脈穿刺に対で19台販売しています（オリジナルの eCOM-8の納入に作成した、穿刺が難しい患者と同じ解剖構造を持つ穿しても同様のトレーニングを提刺トレーニングモデル作成やこれらのトレーニングモ

供し、穿刺技術の質と安全性のデルの中に埋まっている模擬血管の内腔から針が血管に向上」と語っています。

います。

入ってくる様子を観察できる穿刺評価システム、超音波〒371−8510

前橋市荒牧町四丁目２番地

TEL 027−220−7512

FA X 027−220−7515

群馬大学研究・産学連携推進機構
超音波ガイド下穿刺評価システム

研究開発の拠点となる建物は２階建て。車両整備開発室、管制・遠隔運転室、データセンター、シミュレーション室を備えているほか、共同研究先が研究室として使用するための部屋が多数ある。建物の前に実験路が併設されている。実験路の面積は約6,000平方メートル。

SUIGEN Vol.3
群馬大学研究推進部

３-Dプリンターを利用したCVCトレーニング
モデル。肥満モデル（左）、脱水モデル（右）太田直哉センター長は「自動運転が有効な解決策にな

穿刺技術の質と安全性の向上に貢献したいと語る
田中助教■ お問い合わせ先20

台数は18台。そのうち３台はマレーシアに輸出。新型

穿刺評価モデル「穿刺チェッカー」

産学連携ワンストップサービスオフィス〒376−8515

桐生市天神町一丁目５−１

TEL 0277−30−1105

FA X 0277−30−1178

発行

群馬大学研究・産学連携推進機構

制

作

研究・産学連携推進機構、研究推進部

企画・取材・構成

登坂和洋（研究・産学連携推進機構）

撮影協力

飯塚桐子（理工学部事務部）
大﨑紗也加（研究推進部）［群大コレクション］ 理工学部事務部
印
発

行

刷

上武印刷株式会社日

2018年11月27日

Copyright ©2018
Organization to Promote Research and University-industry Collaboration,Gunma University
Printed in Japan
本書の収録内容の無断転載、複写、引用等を禁じます。

GUNDAI
Collection
群 大 コ レ ク シ ョ ン

群馬大学工学部同窓記念会館①②

桐生キャンパスにある群馬大学工学部同窓記念会館は、群馬大学理工学部の前身である桐生高等染織学校（1915年創立）の校舎として使われていたものです。1916年に竣工となりました。
同校は、色染と紡織の２科を専門とし、その後、桐生高等工業学校、桐生工業専門学校の時代を経て、1949年に群馬大学工学部となり、2013年に工学部は理工学部に改組されました。
現在の建物は、竣工当時の本館の一部と、それに附随する講堂を1972年度に移設（曳家）したものです。100年の風雪に耐えていますが、補修を幾度となく行っており、最近では2017年度に大規模な耐震改修を施しました。
構造は、木造、延面積987㎡（本館は２階建て、講堂は平屋）で、建材には主に日本のスギが使われ、破風の装飾や玄関アーチの形などに、イギリス建築のチューダー様式の意匠が見られます。
（写真②）
玄関を入ると、吹き抜けのホールを通じて、そのまま講堂につながっていますが、これは明治後期の学校建築に見られる「直轄学校方式」というものです。旧講堂の構造は平屋ですが、空間は広く、２階あるいは３階くらいの高さの吹き抜けになっており、三方を桟敷が取り囲んでいます。装飾的な壁龕（へきがん＝壁の凹みの部分）を背にした演壇、整然と並べられた長椅子、それらがあいまって、古格な教会に感じられる荘厳な空気さえ感じさせます。
（写真①）
歴史的資料を収めた資料室と染料コレクションを保管、展示する部屋があります（いずれも通常は閉室）。後者は、桐生高等染織学校創立時から1945年頃に亘ってヨーロッパなどから収集されてきた染料の実物4,361点。現在では入手不可能なものも多く、世界的にも貴重なコレクションです。
（写真③）
この建物は工学部守衛所、旧桐生高等染織学校正門とともに1998年に国の登録有形文化財に登録されています。

群馬大学工学部同窓記念会館は見学できます。入館料は無料です。
■ 開館日・開館時間
月曜日〜金曜日：9時〜 16時
第一土曜日及び毎週日曜日：10時〜 15時（祝日、年末年始、大学の行事日等は休館）■ 問い合わせ先
群馬大学理工学部庶務係
住所：桐生市天神町１−５−１③

電話：0277−30−1015
http://www.st.gunma-u.ac.jp/kinenkan/