研究紹介
丸文学術賞 受賞者
吉川 洋史

埼玉大学 大学院理工学研究科
准教授

レーザーによるタンパク質・細胞組織の秩序構造形成技術
自己組織化の能動的制御アプローチの開拓に向けて研究の背景多様な系に応用するには限界があった。とが極めて難しい。そこで、全く新しい切り口からの結晶化制御法として、短パルス研究の成果

レーザーによる物質破壊現象（レーザーす現象を自己組織化という。多数の分子が上記のような背景の下、本研究では、独ぶ）を外部刺激とした、独創的な結晶化

秩序的に配列する結晶化や、多数の細胞自のレーザー計測・制御技術を基盤とし、【1- 4】。
制御法を開発した（図1）
本手法でからなる臓器の形成は自己組織化の代表粒子の性質に頼った従来の受動的な手は、レーザー破壊によって発生する気泡・例であり、その自在制御法の開発は物質科法ではなく、外部刺激を用いて粒子間相転位・噴出物などを基点として、結晶核発学・生命科学における大きな命題である。
し互作用を能動的に制御する、自己組織化

生と結晶成長という結晶化の2大プロセ構成要素（以下、粒子と呼ぶ）が自律的に集合・配列して秩序を持つ構造を作り出

アブレーション、以後はレーザー破壊と呼かし、タンパク質を含む多くの生体物質は、制御の新しいアプローチの開発に取り組スを能動的に制御することが可能である。

疎水性相互作用や水素結合など、「 弱い」

んできた。これにより、タンパク質の高品質これまでに、レーザー破壊によって発生す引力を自己組織化の駆動力としている。そ大型結晶やミニ臓器などの高次・高機能る気泡などが溶質を局所的に濃縮するこの結果、網羅的な条件探索（例：濃度、温な秩序構造を創製するための新しい道筋とにより、結晶高品質化に重要である低度など）やその厳密制御を行ったとしても、を開拓した。

所望のサイズ・形状・構造を有する集合体を得ることが困難であるケースが多い。
これまで、このような自己組織化制御の煩雑さ過飽和条件での結晶核発生を実現できる【1, 2】。
ことを明らかにした（図1右上）
また、

1. レーザーによるタンパク質の結晶化制御技術の開発

レーザー破壊により、渦巻き成長という自由エネルギー的に有利な成長様式を強制を避けるために、化学的または分子生物化タンパク質の分子構造を解明すること的に発生できることを見出し、これを利用し学的な手法により粒子自身を改変し、粒子は生命科学や創薬における重要課題でて結晶の大型化が可能であることを示した

間引力を増強する方法も提唱されている。

ある。
しかし、タンパク質は分子間の引力【3,4】。
（図1左下）
さらにこれらの手法が、タ

しかし、粒子自身を改変することは、粒子やが非常に弱く、網羅的な条件探索を経たンパク質を含む様々な有機物に応用できその集合体が有する機能を損ねることが原としても、X線回折による分子構造決定ることを示し、現在は本手法を用いた機能理的に避けられず、生体物質のような多種に必要な大きさや品質の単結晶を得るこ性有機結晶作製も進めている。

図1 レーザーによる結晶化制御の基本原理【1- 4】

丸文学術賞 受賞者
2. レーザーによる細胞接着強度の定量評価法の開発とり深く且つ様々な系で検証し、指導原理と将来の展望

ミニ臓器形成技術への応用して確立することで、物質科学や生命科学

本研究により、タンパク質や細胞の自己における様々な分野にパラダイムシフトを生

細胞接着は、単細胞から多細胞組織を組織化を能動制御する上での新しい手法む可能性があると期待しており、その実現に形成する上での重要なファーストステップで論とその基礎概念を開拓できた。タンパク向けて今後の研究を進めていきたい。

ある。
これまで細胞接着の機構解明のため質や細胞においては、その弱い引力相互作に、様々なリガンド‐レセプター結合が同定

用が秩序構造形成の障害となる一方で、謝辞され、その分子レベルでの力計測も行われ多様な構造や機能の源になっている。よっ本研究成果は、私が博士の学位を取得てきた。
しかし、生体内の細胞は、特異的なて、組み立て部品である粒子（構成要素）そした大阪大学 増原宏教授（現台湾国立

分子間結合だけでなく、様々な物理的な引のものの性質に任せるだけでなく、外部刺交通大学）の研究室で培った技術と知識力・斥力相互作用の影響を受けており、分激により部品の自律的な組み立てをサポーをベースとし、大阪大学の森勇介教授、ハ子レベルの情報のみから細胞レベルの力トする工作的なアプローチにも着眼し、生体イデルベルグ大学および京都大学の田中学情報を定量予測することは困難である。

物質を含む有機物の自己組織化制御の方

求教授、東京医科歯科大学の武部貴則

そこで本研究では、組織形成などの生命現法論を開拓していくことが重要であると考え教授、埼玉大学の中林誠一郎教授などの象に規律を与える細胞接着強度を解明すられる。一方、本研究で示した自己組織化様々な先生方のご支援・ご協力を頂きながることを目的に、細胞と外部環境との接着の能動制御の基礎概念がどの程度の一般ら、多くの共同研究者と学生と共に取り組強度を定量評価できるレーザー計測技術性を有しているかという点については、まだんだことで得られたものです。この場を借り群を開発した【5,6】。本技術では、レーザー誘まだ検証が必要であると感じている。今後、て、本研究に関る全ての皆様に深く御礼

起圧力波や、レーザー干渉を用いることで、自己組織化の能動制御の基礎概念を、よ申し上げます。

細胞と様々なバイオマテリアルとの間の接着力や接着面積を蛍光染色無しで定量計測することが可能である（例：図2）。実図2 レーザー誘起圧力波による細胞接着力定量評価法【5,7】

図3 レーザー計測に基づき開発した細胞培養基板による細胞組織化制法【10】際に、骨細胞【7】、筋肉細胞【8】、がん細胞【9】など様々な細胞の接着強度を定量評価できることを実証した。
さらにこれらの網羅的計測を通して、細胞組織形成に最適な接着強度が存在することを見出し、本知見に基づき開発した細胞培養基板を外部刺激として用いることで、ミニ臓器（器官原基）の元となる細胞集合体を効率的に作製でき【10】。
ることを示した（図3）

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