信州医誌，63⑷：233〜236，2015

ナノの決死圏
信州大学先鋭領域融合研究群バイオメディカル研究所

齋 藤はじめに直 人
一口にナノカーボンと言っても様々で，信州大学の遠藤守信教授が優れた製造方法を開発したカーボンナノ

私が小学生だった1960年代に，「ミクロの決死圏」

チューブ（CNT），1996年にノーベル賞を受賞したサッというアメリカ映画が封切られました。全ての物質をカーボール状のフラーレン，ウニの殻のような形をしミクロ化する最新技術 で潜水艇と乗組員をミクロ化たカーボンナノホーン，いかにも高そうなナノダイアし，脳出血患者に静注して血流に乗せ，脳の患部に行モンドなどです。これらのナノカーボンは，いずれもって血腫をレーザー銃で破壊するというものです。乗

生体材料への応用研究が進められています。私は現在組員に裏切り者がいたり，潜水艇が動けなくなったり，ちょっとカーボンナノホーンにはまっていますが，こ最後はタイムリミットぎりぎりで涙から救出したりとこでは昔から研究を続けてきた CNT を例に説明しまスリル満点，しかも免疫系や心臓の激流などと戦いなす。CNT は癌治療研究が最も多く，DDS や温熱療がら体内を旅するというストーリーが新鮮で，子供心法への応用が期待されています。また，再生医療の足に興奮したのを覚えています。50年近く経った今観て場材として有効なことが多数発表されています。更に

みると，抗体がワカメみたいだったり，神経がピカピ

は，既存の生体材料に CNT を複合して高機能化するカ光ったりしてかなり笑えるのですが，その発想は研究も進んでいます （図１）。

DDS ・イメージング・カプセル内視鏡など，現在の医療開発の方向性を先取りしています。
当時は小さいものは何でもミクロと言っていました。

なぜ，CNT をこのような生体材料に応用することが有効なのかというと，まずそのサイズです。CNTはちょうど細胞の微小管と同じサイズと言ったらわか

現在は，電子顕微鏡や様々な解析装置の進歩により，りやすいでしょうか。このため，CNT は細胞表面あナノの時代になっています。医学の分野も例外ではな

るいは細胞内で，細胞に直接作用させることができまく，ナノメディスンが流行りです。ナノメディスンにす。次にその表面反応性の高さです。CNT の表面に力を入れている産総研によると，トップダウン型研究は，様々な有効分子を結合させることができます。例とボトムアップ型研究があるそうです。トップダウン

えば抗癌剤とモノクローナル抗体を付けると，癌治療型は，ナノ材料を医療に応用する研究で，言ってみれのための効率の良い DDS になります。一般的に抗癌ば「ミクロの決死圏」のナノ版です。ボトムアップ型剤とモノクローナル抗体は直接結合させることができは，生体内の様々なナノ構造を解明して医療に役立てないため，有効分子を複合させるためのプラットホーる研究で，これは多くの生命科学者が，これまで特にムとして CNT を利用する訳です（図２）。また，そ意識しないで行ってきた研究が多く含まれます。ここの表面特性を変えることができ，疎水性にしたり親水では，トップダウン型ナノメディスン，すなわちナノ性にしたり，正の電荷をもたせたり負の電荷をもたせ材料の生体応用研究について述べたいと思います。ちたりして，生体に有効に作用させることができます。

なみに，現在ナノ材料の定義は，縦・横・長さのうちこれは再生医療に応用でき，例えば CNT の表面電荷の２つ以上が100nm 以下のものとされています。

を利用して，神経軸索を思い通りに伸ばしている神経カーボンナノチューブの生体材料への応用再生の研究者がいます。
CNT の物理的特性も，生体材料への応用に適して私達が現在研究をしているナノ材料は，純度の高いいます。CNT はその熱特性のため，外部から適当なナノサイズの炭素分子，いわゆるナノカーボンです。

エネルギーを与えてやると，吸収して高い熱を発生しNo. 4, 2015233

最新のトピックス

図１

CNT の特性を生かした様々な生体材料への応用（Chem Rev 114，6040，2014改）

図２

抗癌剤とモノクローナル抗体のプラットホームとして機能する CNT の DDS（Chem Rev 114，6040，2014改）ます。このため，癌組織に CNT を打ち込んでおいて，することもできます。現在，人工関節のソケットに使外部からマイクロ波などをかけて癌をやっつけるとい用するポリエチレンに CNT を複合することで，高いう温熱療法が可能です。最後はその機械的特性です。

耐摩耗性と高い耐衝撃性という，通常では相入れない一言で言えば強いが柔軟という，生体にとって好まし性質を合わせもつ新材料の開発に取り組んでいます 。

い特性を持っています。この特性は，再生医療の足場材に応用する時に有効です。私達は CNT を骨再生のCNT の安全性評価

足場材に使用すると，骨形成が促進することを見出し

この様に CNT を生体材料に応用する研究はどんどました 。また，既存の生体材料に複合して高機能化ん進んでいるのですが，実用化において最も問題にな

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最新のトピックスるのは生体安全性です 。本来カーボンそのものの生ことができます 。しかし，この刺青に用いられるカー体親和性は高く，人工弁や脊椎固定材料に用いられてボンブラックをコントロールにおいた研究を発表をしおり，臨床で安全性が実証されています。CNT の安ても，笑ってはもらえますが，あまり真剣に聞いては全性が問題になるのは，ナノサイズの繊維状物質といもらえません。現在世界のナノ材料の安全性研究は，う一点に絞られます。よく中皮腫などの肺障害を誘発ナノ粒子を化学物質とみなして行われています。化学したアスベストと比されて，CNT の安全性が議論物質なら，立派なネガコンもポジコンもおくことがでされます。しかし，これはあくまでも吸い込みにおけきます。しかし，直感的にも，試験結果の数値がコンる安全性の問題です。吸い込みにおける安全性と，生トロールと大きく異なることからも，最適な評価にな体に埋め込む生体材料の安全性が全く異なることは，っていないことは明らかです。世界中の研究者を納得

医学関係者なら誰でもわかることですが，一般の方々させられる，ナノ粒子のコントロールを探し求める旅にはなかなか理解してもらえません。このために私達は続いています。

は，CNT の生体材料としての安全性評価研究に長い２つ目は，ナノ粒子が血流に乗って移動するという間取り組んできました。しかし，この安全性研究は後ことです。例えば癌の局所で抗癌剤の DDS として使述する理由も含めて，大きな困難が伴います。そもそ用した場合，その場に留まっていてくれるなら，局所も全く新しい材料の生体安全性について，ある結果だでの反応を評価すればいいだけです。しかし，血流にけから「黒」ということはやさしいのですが，「白」乗って肺などに行ってしまうと，その部位の反応も調というのは極めて難しいのです。無数の状況を想定しべなければいけません。下手をすると全身の組織反応て一つ一つ慎重に評価し，論理を積み重ねて突破してを調べる必要があるかもしれません。現在，どの部位いく必要があります。この生体安全性という難題を解にどの程度 CNT を使用すると，どの部位にどの程度決しなければ，せっかく続けてきた CNT を生体材料CNT が移動するかという，個々のリスク評価を行うに応用する研究は全て無駄になってしまいます。まさための world standards の構築を目指しています。こに，「ナノの決死圏」という心境です。

れまで行ってきた CNT の安全性評価の結果を一言でCNT の安全性評価研究における大きな問題は２つです。１つ目はこれまで生体材料として，生体内で分解しないナノ粒子が使用されたことがないため，安全性試験のコントロール物質がないことです。私達が唯いえば，部位と方法が適切であれば，CNT は生体材料として安全に使用することが可能です。
おわりに一見つけたコントロールは，刺青でした。黒い刺青はCNT を中心に，ナノ材料の生体応用研究の現状とカーボンブラックのナノ粒子そのもので，太古の時代問題点を述べてきました。現時点ではほとんど実用化から人体でその安全性が実証され，現在も莫大な数のに至っていませんが，研究論文数は激増しており，必人が刺青を入れています。カーボンブラックは CNTずナノ材料を当然のように臨床に用いる日がやってきと同じカーボン素材ですので，質量を基準に比 するます（図３）。私達は，その時のために一生懸命研究

図３
Carbon nanotubes×biomaterials
で検索された論文数の増加（PubM ed）
CNTの生体応用は，このキーワードで捉えきれない論文が，他に多数ある。
（Chem Rev 114，6040，2014改）

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最新のトピックス

を続け，未来の医療を変えたいと思っています。解析

世代の若い研究者達が突入するのは，「ピコの決死圏」

技術の向上により，使用するナノ粒子のサイズも徐々でしょうか。に小さくなってきて，現在一桁は当たり前です。次の文献1) Saito N, Usui Y, Aoki K, Narita N, Shimizu M , Hara K, Ogiwara N, Nakamura K, Ishigaki N,Kato H,Taruta
S, Endo M :Carbon nanotubes:biomaterial applications. Chem Soc Rev 38:1897‑1903, 2009
2) Usui Y,Aoki K,Narita N,Murakami N,Nakamura I,Nakamura K,Ishigaki N,Yamazaki H,Horiuchi H,KatoH, Taruta S, Kim YA, Endo M, Saito N : Carbon nanotubes with high bone‑tissue compatibility and bone‑formation acceleration eﬀect. Small 4:240‑246, 2008
3) Saito N, Haniu H, Usui Y, Aoki K, Hara K, Takanashi S, Shimizu M, Narita N, Okamoto M , Kobayashi S,Nomura H, Kato H, Nishimura N, Taruta S, Endo M : Safe clinical use of carbon nanotubes as innovative
biomaterials. Chem Rev 114:6040‑6079, 2014
4) Hara K,Aoki K,Usui Y,Shimizu M ,Narita N,Ogihara N,Nakamura K,Ishigaki N,Sano K,Haniu H,Kato H,
Nishimura N,Kim YA,Taruta S,Saito N :Evaluation of CNT toxicity in comparison to tattoo ink.M ater Today
14:434‑440, 2011236

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