【連載】TECH-MAG 研究室レポート

先生が研究されている『Body on a Chip』について教えてください。

私は人の生理的な環境を小さなデバイスの中に再現する研究を行っています。例えば、新しく薬を作ったり、新しい治療法を試したりする際、いきなり人の体で試すことはできません。そのため、実験用の動物が用いられるのですが、動物愛護の観点で問題がありますし、そもそも動物と人とでは「種が違う」ので、薬や治療法の効果、副作用が違ってくるという点も課題です。

実際、動物実験で好ましい結果が出て人の臨床試験に移った場合でも、望まない反応が起こることは少なくありません。そこで、人の細胞を使って生体外で薬や治療法の実験・研究ができれば、人に使った場合の効果が正確に判定できるのではと考えたのです。その結果生まれたのが、人の細胞を使って小さなデバイスの中に「人体の環境」を再現する『Body on a Chip』です。

iPS細胞の研究発展の一翼を担っている

『Body on a Chip』を用いる利点を教えてください。

私たちの体は、それぞれの臓器が影響し合いながら活動し、恒常性を保っています。しかし、人の細胞に対して行う試験の際に用いられてきた、ウェルプレート(細胞を入れて培養する容器)は、各臓器単体での試験しか行えず、例えば新薬を使った場合に他の臓器にどのような影響が出るかは分かりませんでした。『Body on a Chip』ならば、各臓器をつなぐことができるので、各部への効果や影響が確認できます。流路を遮断することもできるので、目的の組織のみに刺激を与える、といった必要に応じた実験も可能です。

最近では遺伝子編集技術が発達し、病気のモデル(遺伝子情報)がある程度分かってきています。そのため、特定の疾患の遺伝子情報を基に細胞を作り、その細胞を使った『Body on a Chip』を作れば、効果のある薬剤を調べることも可能です。症例の少ない希少疾患でも、iPS細胞^（※1）を基にチップを作ることで、異常が起こっている場所の特定や、治療のアプローチなど、詳細な研究が行えるようになります。

※1 人工的に作り出した、皮膚や臓器、骨などになる前の元となる細胞

個人個人にあった薬剤や治療法が判別できるようになるということですか？

同じ病気であっても人によって異なる病態を示す場合もあるので、個人の細胞を培養してチップを作り、その人に最も効果のある薬剤は何かをチップで調べてから投与する、といったこともできます。例えばがんの場合、抗がん剤を投与して効果があるかどうか数カ月必要で、もし効果がなかった場合そこからまた別の抗がん剤を試すことになります。それでは進行を止めることはできませんよね。しかし、チップを活用することで、患者さんに負担を強いることなく、効果的な薬剤を事前に判定できるのです。

iPS細胞は創薬、新しい治療法の開発、病気の原因の解明のほか、再生医療への応用も期待されています。『Body on a Chip』は、このiPS細胞研究を加速させる一翼を担っています。

原点は小学生のときに作ったプラモデル

先生が理系の道に進んだ理由を教えてください。

私が工学の道に進んだのは、小学1年生のときに買ってもらったガンダムのプラモデルがきっかけです。そこで「何かを作ること」がすごく楽しいと感じました。また、学校の勉強でも数学や理科が好きだったので、理系に進むことになりました。

現在のように「生物」に興味を持ったきっかけもプラモデルです。子供のころにプラモデルを組み立てるだけでなく、説明書も全部自分で作りたいと思っていました。その気持ちが高じて「何もかもを自分で作れるものはないか」と突き詰めた結果、たどり着いたのが「生物」のジャンルでした。そのため、私は研究分野を工学から生物に変え「がん研究用に遺伝子を組み換えたマウスを作る」ことに着手しました。

そこからどのような経緯で『Body on a Chip』の研究をすることになったのでしょうか？

遺伝子を組み換えたマウスの研究をしていたとき、マイクロ流動の研究をしている共同研究者から、「マイクロ流動を生物の分野でも使ってみたい」という提案があったのです。私も面白いと思ったので、マイクロ流動とES細胞^（※2）、iPS細胞を組み合わせる研究を始めました。

※2 受精卵から作られた、皮膚や臓器、骨などになる前の元となる細胞。iPS細胞とほぼ同じものだが、倫理面や安全性に課題を抱えている。

最初は単純に培養するだけ、試験するだけでしたが、血管を模したマイクロ流動を使えば、作り出した組織同士をつなぎ合わせて「ミニチュア人体」が作れるのでは？　と考えました。ここから『Body on a Chip』の研究がスタートしました。

この研究の面白い点はなんでしょうか？

やはり「モノを作り上げる」のが楽しいですね。工学的、技術的アプローチで、長い年月を経て現在の形になった「生物」に、自分がどこまで近づけるのか挑戦するのは面白いです。

物理学者のファインマン教授が「作れないのは自分が理解していないからだ」という言葉を残しています。何かを作るには理解することが大事ということなのですが、研究の中でさまざまな理解が得られるのも面白いことです。これは研究そのものの魅力でもありますね。私の場合はボトムアップアプローチといって、要素を一つずつ組み上げていく中で課題を見つけ、解決していくという方法で進めています。組み上げながら理解していくことは、私の研究の原点でもあるプラモデル作りにも共通する魅力だと思います。

反対に難しいと感じることは？

きれいな肝臓、心臓を作りたいという最終目標に向けて、今ある手法でどのようなアプローチをするべきかを考えています。しかし、最先端の研究であっても限界はあるので、そこをどう乗り越えていくかが課題です。また、個々の臓器のサイズや流れている血流の量など、今後研究すべき点は多くあります。

そうした壁を乗り越えるモチベーションは何でしょうか？

「世界で最初になりたい」という気持ちですね。過去に何度試しても再現できず、苦しい状況に陥ったことがありましたが、「これができれば世界初だ！」という強い気持ちで取り組めました。これまでになかった発見をし、人類の総合値を引き上げられるのだと考えると、つらい研究でも乗り越えられますね。

研究はそれだけ大きな可能性を秘めている、ということですね。

最後に高校生など若い世代に向けてメッセージをお願いします。

とにかくいろんなことに興味を持ってほしいですね。自分が進む道を限定せずに、面白そうと思ったものがあれば飛び込んでみればいいです。私も、工学を研究していましたが途中で基礎研究を行うなど、別のことにも取り組みました。他のいろんなジャンルの研究者と交流することがいい刺激になっています。興味を広く持ち、自分の可能性を狭めないようにしてほしいですね。

また、私が研究している「生命・生物」は、まだ解明されていないミステリアスな部分が多いジャンルです。それだけに非常にチャレンジングな研究ができるので、「自分の持っている知識、経験を生かして謎を解明してやる！」という気概のある人が来てくれるとうれしいですね。

ありがとうございました。