ごっとさんのブログ

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血糖値に応じてインスリンを放出する新素材開発

2018-01-16 10:44:24 | 化学
名古屋大学と東京医科歯科大学の研究チームは、血糖値に応じて自動的にインスリンを出せる新素材を開発しました。

実用化すれば、患者の皮膚に貼るだけで糖尿病の治療ができるようになり、5年後にヒトでの臨床研究を目指しています。

糖尿病では血糖値を下げるインスリンを膵臓で作り出せなかったり、インスリンの効きが悪くなったりします。治療で患者が自分でインスリンを注射する場合、指先で血糖値を測り、1日4回程度の注射が必要になる等患者の負担は大きいものでした。

研究チームは、フェニルボロン酸という有機化合物を高分子ゲルに組み込んだ新素材を開発しました。このゲルは、周囲のブドウ糖濃度が低い時には薄い膜のような構造になっていますが、濃度が高くなると、1秒以内に分子構造が変化し、膜のような構造が無くなります。その後ブドウ糖濃度が低くなればまた元に戻るという性質を示しました。

このフェニルボロン酸というのは炭素とホウ素が結合した面白い構造を持ち、色々特徴ある性質を示します。最も注目されていたことは、糖やアミノ酸などと可逆的な共有結合錯体を形成することです。これを利用して糖と結合したボロン酸は、蛍光の検出などで使用されていました。

有機化学的にも興味ある物質で、遷移金属のトランスメタル化などに使用されています。またボロン酸の誘導体であるボルテゾミブという化合物は、化学療法の薬として使用されています。

今回の新素材はおそらくこの糖(ブドウ糖)と可逆的な共有結合錯体を作る性質を利用し、膜の形成や消失に利用しているものと思われます。ゲルの中にインスリンを入れておけば、血糖値が高い時にはインスリンを放出し、血糖値が低くなれば膜のような構造に覆われてインスリンの放出が止まる仕組みとなるわけです。

実験では、カテーテルの先端に開発したゲルを塗り、糖尿病のマウスの皮下に埋め込みました。ブドウ糖を与える試験では、正常マウスとほとんど同じように血糖値の上昇が抑えられました。また低血糖も起こらず、効果は3週間持続することも確認できました。

名古屋大学の研究チームは、「皮膚に貼るだけで、インスリンを注入できる機器が安価に作れる可能性がある」としています。

マウスの実験では皮膚に埋め込みましたので、皮膚に貼るだけでインスリンが体内に入るようにするためには、まだいろいろな工夫が必要な気がしますが、血糖値に応じてインスリンが放出される基本システムができましたので、便利な治療法開発につながりそうな気もします。

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沖縄の海洋生物から結核などの新薬候補発見

2017-12-26 10:43:08 | 化学
沖縄を中心に海洋生物資源の収集をしているベンチャー企業と北里大学薬学部の研究チームは、「非結核性抗酸菌症(MAC症)」や結核の治療で使う新薬候補となる化合物を、沖縄本島北部の海などから採集した海洋生物から発見したと発表しました。

このチームは約10年前から、感染症やガン関連治療薬の候補となる化合物に関する研究を進めており、今回MAC症の治療薬となりうる化合物を発見しました。

MAC症はあまり知りませんでしたが、結核に似た呼吸器感染症のようです。重症化した場合は死亡する可能性もあり、国内の患者数は年々増加傾向にあるようです。

今回発見した化合物や生産する海洋生物の詳細はわかりませんが、海洋生物というのは未知の化合物の宝庫と考えられます。このブログでは書いたことがなかったような気もしますが、私も2年間ですが国が出資している海洋系の生物の研究所に出向していたことがあります。

ここで海洋生物についていろいろ勉強したのですが、非常に面白いものでした。私の研究室は、主に海藻の表面に生育する微生物が作り出す有用物質の探索を行っていたのですが、海洋生物自身を目的とする研究室もありました。

その為に海外も含む色々な国から、海藻やカイメン、イソギンチャクなどを採取したいのですが、問題は「生物多様性条約」でした。面白いことに海は世界中がつながっているということで、海外で採取した生物を持ち込むことには何の規制もないのですが、採取量が10gまでと決められていたのです。

例えばカイメンなどを分析すると多くの興味ある物質がありそうなのですが、それから化合物を取り出すためには、500gから1Kg程度ないと難しいのです。そのため生物多様性条約を批准していないフィジーやパラオといった国によく出かけました。

しかし実際に面白い化合物が見つかっても、実用化には大きな課題があります。例えば海藻中の成分であれば、ある程度の大量増殖は可能かもしれませんが、カイメンなどでは大量に増やすという手法はできていないと思います。

実用化には数キロ以上の化合物を確保しないといけないのですが、そのためにはカイメンを数百トン育てる必要が出てきます。この辺りが海洋生物には面白い化合物があるものの、なかなか実用化まで行かない理由となっています。

今回発見した化合物は、沖縄の海から取れる海藻やカイメンから抽出したもので、MAC症の病原菌の生育を阻害する作用を確認したとありますが、今後動物実験などに向けてその物質の大量確保ができるかどうかが問題かもしれません。
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ヒトの素材は100億度の星の中

2017-12-21 11:08:28 | 化学
人間は骨、肉、血液などからできていますが、体組成としては骨量が3,4Kgとか出てきます。

しかしそれを元素まで還元すれば、人体の質量の6割近くが酸素Oとなります。それに窒素N、炭素C、水素Hと続き、これだけで全体の約8割強ですが、ほとんどが原子番号の小さい「軽い」元素です。

こう書いていくと「生命の起源」に関しているようですが、それ以前の体を作る元素はどうやってできてきたかという話です。どうも生命の起源に関しては、私が生きている間には解明されそうにない、非常に不思議なことで終わっています。

人体の残りの2割弱を数十種類の元素が占めています。カルシウムCa、リンP、硫黄S、カリウムK、ナトリウムNa、塩素Cl、マグネシウムMgなどやや「重い」元素が中心です。中には重金属といわれるかなり重い元素も存在し、鉄Fe、コバルトCo、銅Cu、亜鉛Zn、モリブデンMoなどです。

いずれも必須のもので、一つとしてかけていては生命活動は成り立ちません。例えばコバルトはビタミンB12の中核ですが、ビタミンB12なくして赤血球は生産できませんし、そもそも赤血球のヘモグロビンには鉄が入っています。

これらの物質はいつどこで生まれたが、このテーマです。宇宙は誕生して137億年といわれますが、その初期のころ宇宙に存在する物質は水素Hと少量のヘリウムHeがほとんどでした。

しばらくして、多くの恒星がそれを燃料として核融合反応を起こし燃え始めました。宇宙誕生から2億年の第一世代の星の誕生です。その巨大な星たちの中で急速に核融合反応が進み、より重い元素が作られて行きます。

水素Hが融合してヘリウムHeに、ヘリウムHe3個が結合して炭素C、炭素CとヘリウムHeが融合して酸素Oが作られるといった具合です。生命の構成元素のほとんどは、巨星の中心約1億度の高温化で生まれました。

しかしこれも鉄Feまでが限界で、より重い重元素はこの第一世代の巨星たちのまさに死の間際の騒乱「超新星爆発」の中でうみ出されたのです。老いた巨星の中心が100億度を超え、鉄原子すら分解し始める時が星の最後で、星の中心は核融合反応による支えを失い、自らの重力によって崩壊します。

瞬間的な爆縮(爆発的な縮小)と、その激烈な反動のなかで様々な反応が起き、あらゆる元素が生成されるわけです。この超新星爆発がこういった重い元素たちをばらまいてくれるのです。

こういったストーリーには夢がありますが、こうしてできた元素によって生命が誕生したわけです。ここまでは無機化学ですが、どこかで有機化学反応が始まる物語もありそうな気がします。


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奇跡の腸内物質「スペルミジン」で長生き

2017-10-09 10:44:28 | 化学
アメリカのテキサスA&M大学の研究グループが、生命に宿命づけられた「老化」を遅らせる有力な手がかりを見つけたと発表しました。

結論を先に示すと、実験用のマウスにスペルミジンを投与すると、なんと25%も寿命が延びることが分かりました。これは人間にすれば80歳の寿命が100歳に伸びることになり、マウスでの結果ですが人間にも効果がある可能性が高いとしています。

余談も含めますが、このスペルミジンというのは生体内ポリアミンの一種で、ある意味なじみのある物質と言えます。これは炭素数7個の真ん中と両端にアミンが付いた化合物ですが、一般にアミン系はあまり良いにおいはしません。

いわゆるアミン臭というのは、魚や肉の腐ったようなにおいが基本です。スペルミジンは人間の精液中にかなり含まれ、精液の独特の臭いはこのスペルミジンの臭いです。有機化学者にとってこの化合物は色々用途は広いのですが、本当に使いたくない化合物です。

先輩の話ですが、スペルミジンを大量に使う実験の後帰りに電車に乗ったのですが、ある程度混んでいたのに先輩の周りだけ空いていたようです。あまり気にせず家に着いたら奥さんに非常に怒られ、すぐに風呂に入ったようです。このようにアミン臭は一旦つくとなかなか落ちず、先輩のように体中から精液の臭いをさせていたら、怪しい人となって当然です。

さてこのスペルミジンは、身近な食品にも含まれており、細胞や血管などに影響を与え老化を防ぐ力を秘めているとして注目を集めているようです。もともとポリアミンは、細胞の分裂を助け細胞の状態を健康に保つ働きが知られていました。

また人間の細胞にも生まれたときから存在し、その後も細胞内で作られているのですが、歳をとるにつれその量が減っていくことがわかっています。健康で長寿の人の腸内を調べると、スペルミジンがたくさん見つかるケースが少なくないようです。

このスペルミジンにはオートファジーを活性化する効果があるようです。オートファジーは簡単に言うと、細胞の中の古くなったごみを処理する働きのことで、細胞の中をきれいにすることで細胞の寿命を延ばすと考えられています。これは脳の神経細胞にも起きますので、認知症の予防にもなるといえるようです。

実際の実験としては、マウスに腸内ポリアミンを増やす物質であるアルギニンとビフィズス菌を投与すると、高齢になっても学習・記憶力が良くなるという結果が出ています。その他のスペルミジンの効果としては炎症を抑える働きがあり、動脈硬化の予防にも有効という研究もあるようです。

このように老化という現象全般に効くようですが、今後このスペルミジンがどのように展開されるかは面白いような気もします。
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新発見 ユニークな命名

2017-08-30 10:13:51 | 化学
先日新聞に新発見をしたときの化合物に、日本ならではのユニークな名前が付いているという記事が出ていました。

最初に取り上げたのは1991年に合成された、新しいシクロデキストリンに「シクロアワオドリン」と命名したことでした。我々化学者は、新しく発見した化合物や新規に合成した化合物の命名権を持っています。最近では日本人が発見した元素に「ニホニウム」と命名したことをこのブログでも書いています。

ここではユニークな名前を紹介していますが、なかなか面白いものも多いようです。例えば受精に必要なタンパク質は縁結びの出雲神社にちなんで「イズモ1」と命名されています。また網膜にある視覚に関わるタンパク質は、電撃を放つポケットモンスターにちなんで「ピカチュリン」などがあるようです。

ここで化合物の名前について触れておきますが、正式名は国際純正・応用化学連合(IUPAC)というところで世界的に統一されています。しかしこの規則は非常に難しく、「化合物命名法」という本がかなり厚くて2冊も出ているほどです。

この正式名は特許などでは記載することもありますが、非常に長くなり少し複雑になると数行から十数行にもなってしまいます。そのため発見者が一般名を付けることになるわけです。私のような企業研究の場合は、命名するということは市販するが前提になりますので、あまりユニークな名前は付けられません。

またこの名前は商標登録するのですが、誰かが先に登録してあると当然使うことができません。そこで私が勤務していた会社では、何年かに一度社員から薬の名前にふさわしそうな名称を募集し、その中から良いものを先に商標登録してしまうわけです。

また企業の場合はその薬を発売するときに商品名を付けるわけですが、これは医者や消費者に覚えてもらえるような名前となります。この時一般名の一部を使ったり、全く違う名前にするとか色々ですが、この名前の付け方で企業のセンスが問われますのでかなり難しくなっています。

この記事には名前が変わってしまったものとして、オリザニンからビタミンB1などが紹介されています。また副腎皮質ホルモンのアドレナリンというのは日本ではなじみの名前ですが、米国ではエピネフィリンと呼ばれているようです。

この記事は取り上げていませんが、日本の命名で一番古いのは、酒麹の中に含まれる酸をコージ酸であろうと思っています。その他そのものずばりで、マツタケのあの独特の香り物質をマツタケオールとしたのも日本人です。

このように化合物命名には面白い由来も多いので、また思い出したらかくかもしれません。

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