ごっとさんのブログ

病気を治すのは薬ではなく自分自身
  
   薬と猫と時々時事

セミの羽根の抗菌剤を開発

2018-10-17 10:27:35 | 化学
関西大学の研究グループが、クマゼミの羽根の構造をまねて、強力な抗菌効果がある材料を作り出すことに成功したと発表しました。

薬剤などを使わず。物理的に細菌を死滅させられる安全で持続的な製品開発につながると期待されています。

セミは、アブラゼミやニイニイゼミなどの有色の羽根を持つ種類と、クマゼミやミンミンゼミなど透明な翅の種類に分かれます。このうち透明な翅には抗菌作用があると、オーストラリアの研究チームが2012年に発表しました。この研究チームはセミではなく、ベニヒメトンボという同様な透明な翅をもつトンボで実験を行っています。

実験ではトンボの翅の表面に、緑膿菌、黄色ブドウ球菌、枯草菌を付着させてから3時間経過後の表面1センチ当たりの細菌の殺傷率を調べています。この結果殺傷率は、1分当たり45万個前後と非常に強く、これは黄色ブドウ球菌が人間に感染させるのに必要な量の810倍の速さとなっています。

今回はクマゼミの羽を参考としていますが、この羽の表面には高さ約200ナノメートルの極小の突起が1マイクロメートル当たり30から40個ほど、ほぼ規則正しく並んでいます。この構造は光の反射を抑え、水をはじくことが分かっていました。

ここに細菌が付着すると、生け花の剣山のように細胞膜を壊すと考えられています。あまりにも小さな世界ですので、イメージが分かりませんが、細菌の大きさは1マイクロメートルほどですので、この表面に付着すると何十個かの突起に刺されてしまうということかもしれません。

研究グループはこの構造を人工的に再現しました。シリコンの板を無数の樹脂製ビーズ(直径200ナノメートル)でコーティングし、上から金の薄膜を乗せ、これを特殊な液体に浸すと、シリコンと金が接触した部分だけが深く削られ、クマゼミの羽とほぼ同じ200ナノメートルの円柱形の突起構造が出来上がりました。

これもあまりにも小さすぎて、写真なども添付されていましたが、どんなものなのかよく分かりませんが、まだ試作品としてかなり小さな薄膜のようです。

この材料の表面に大腸菌を付着させると時間と共に死滅し、24時間の生存率は日本工業規格(JIS)で抗菌性が認められる1%を大きく下回ったようです。通常のシリコンの板の表面での生存率は数十%でした。

世界では抗生物質の効かない薬剤耐性菌の出現が問題とされており、銀や亜鉛などの金属粒子を使った抗菌剤は、人体に悪影響を及ぼす恐れも指摘されています。表面の構造だけで抗菌できれば、安全で常に清潔なトイレや台所用品、医療機器などに応用できる可能性があるとしています。

材料の大型化に必要な製造コストが問題ですが、研究グループは企業とも協力して実用化につなげたとしています。
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コンドロイチンに脳の細胞を増やす効果

2018-10-08 09:37:00 | 化学
軟骨の主成分として知られる「コンドロイチン硫酸」に、大人の脳内で神経細胞が新たに作られるのを促す働きがあることを、九州大学などの研究グループがマウスの実験で解明しました。

この物質を利用して神経細胞を効率よく増やせば、加齢によって低下した認知機能の改善につながる可能性があるようです。

コンドロイチンは私が興味を持っている化合物の一つですが、ムコ多糖類といって実験に使うには非常に扱いにくい物質です。これは動物の体の非常に多くの組織に分布しており、様々な生理機能を持つようですが、まだまだよく分からない部分の多い物質です。

コンドロイチンはグルクロン酸という糖とN-アセチルガラクトサミンという糖が反復する長い糖鎖に硫酸が結合した構造を持っています。基本的にはこの2種の糖でできていますが、生体内でのコンドロイチン糖鎖は全く同じものがほとんど存在しないと言われるほど多様性に富んでいます。

さらにコアタンパク質と呼ばれるタンパク質と、キシロ-ス、ガラクトースを含んで結合した複雑な構造を持っています。主な機能は、軟骨組織表面に存在し、ヒアルロン酸やコラーゲンと共にクッションの役割を果たしています。

さて研究グループによると、一般的に脳の神経細胞は大人になると新たに作られることはなく、加齢などに伴い神経細胞が減ると認知機能の低下につながります。しかし脳内で記憶や認知機能の中枢を担う「海馬」では、大人でも神経細胞が作られることが知られています。

そこで研究グループは、海馬にも含まれるコンドロイチン硫酸に着目しました。薬を使って大人のマウスの海馬にあるコンドロイチンの量を少なくする実験をすると、新たに作られる神経細胞が減り、記憶力も落ちるという結果になりました。

また、普通のマウスを回し車などで運動させると海馬の神経細胞が増えましたが、遺伝子操作で海馬のコンドロイチンの量を半分ほどにしたマウスでは、運動させても神経細胞が増えませんでした。

研究グループは、海馬のコンドロイチン硫酸の量を増やすことができれば、運動による認知機能改善を高めることが期待できるとしています。

コンドロイチンを含むサプリメントなどは多数販売されていますが、先に述べたように多糖類ですので、そのまま経口で摂取しても胃腸で分解されてしまうため、脳内で作られるのを促す物質の研究を進めるようです。

これでコンドロイチンの新たな機能の一つが解明されましたが、この産生を促すような薬ができれば、さらに多くの臓器内での役割が分かってくるような気がします。

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孤立している化学物質過敏症

2018-09-21 10:25:58 | 化学
住宅の建材や日用品に使われる化学物質は現在国内で約6万7千種が流通し、なお増え続けているようです。

商品の品質を向上させる利点があるものの、体内に取り込むと頭痛やめまい、吐き気などに苦しむ化学物質過敏症(CS)を発症することもあります。

このCSやシックハウス症候群(SHS)は、建材の接着剤や塗料に含まれる化学物質が原因となります。この病気の難しい点は第1に診断がなかなかつかず、病院を転々としたり、CSと診断されても具体的な治療法がほとんどないところにあります。

汚れ落ちの良い洗剤、建物を傷から守る塗料、防虫剤、香料と化学物質の使途は多く、便利な生活を支ええいます。しかしその陰で苦しむ人がおり、この患者は70万人に及ぶと推計されています。

余談ですが私のように医薬品の開発をしていると最も怖いものが、過敏に反応して出る副作用です。通常の動物実験や臨床試験では全くでなかったものが、市販され何十万人が使用すると1万人に1人ぐらい(これはあくまで例えのようなもので、実際はもっと少なくなります)に副作用が出てしまうことがあります。

別に化学物質過敏症の人に副作用が出るというわけではありませんが、こういった非常に少ない副作用がなぜ出るのかも謎となっています。

さてCSやSHSは1990年代から存在が指摘されるようになり、合板や壁紙用の接着剤に含まれるホルムアルデヒドが代表格です。

厚生労働省はこれを受け、SHS対策としてホルムアルデヒドなど13物質の室内濃度の指針値を設定し、2003年の改正建築基準法では、ホルムアルデヒドを発散する建材の使用を制限し、シロアリ駆除用のクロルピリホスの使用を禁止しました。

化学物質過敏症支援センター(横浜市)によるとCSやSHSと見られる体調不良の相談は年間2千件におよび、こういった指針では改善されていないとしています。

SHSは04年、CSは09年に保険診療の病名リストに登録され、治療に健康保険が適用されるようになり、国が公的に病気として存在を見貯めたことになります。それでも外来や専門医が増えないのは、治療法が確立していないためのようです。

現在の対応は原因化学物質から離れ、換気などで室内濃度を下げる環境面の改善が原則となっています。そのため医療機関に入るのが再診料だけとなり、不採算部門として外来が閉鎖されていくことが多いようです。

発症には個人差があり、家族の理解さえ得られず孤立を深めているのが現状のようです。これを改善する動きは鈍く、まず医師も正しくCSやSHSを認識されるといった程度の対策しかないようです。まずこういった病気の発症メカニズムの研究から始めてほしいものです。
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AIによる有機分子の設計

2018-08-30 10:45:07 | 化学
理化学研究所革新知能統合研究センターの研究グループが、人工知能(AI)を用いて、所望の特性を持ちかつ合成可能な有機分子の設計に成功したと発表しました。

私のような有機化学者にとって、AIを利用して有機化合物を設計するということが一つの夢でもありました。

医薬品の開発をしている場合、ターゲットとなる酵素や受容体の立体構造が分かる時代になってきました。そこでこれを基にして基質結合部位のような活性部分の構造から、そこに最もうまく結合しそうな構造を設計するというのが一つの研究の流れです。

これは研究者が行っていましたが、コンピュータ(当時はAIという言葉はありませんでした)で計算させれば、もっと良い化合物設計ができるのではと考えていました。しかしそこには大きな課題があることも確かでした。

このように30年も前から所望の特性を持つ有機分子を計算機に設計させる技術が注目されていたわけです。しかしそのためには、有機分子を構成する化学法則を前もって入力しておく必要があり、労力がかかる上にすべての法則を網羅することは不可能でした。

しかし近年の「深層学習による人工知能技術」の発展により、複雑な有機分子を構成する法則を自動で計算機に学習させることが可能になりました。これにより、AIを用いて機能性分子を設計する技術は飛躍的な発展を遂げ、多数の新しい分子が設計されました。

しかしこのようにして設計された有機化合物が実際に合成できるのかについては、これまで検証されたことはありませんでした。一方で「量子力学に基づいた分子シミュレーション技術」が急激に発展しました。

機能性分子の多くには、分子の量子力学的性質から発現される特性が利用されており、この技術は分子設計に不可欠な技術といえます。

研究グループは有機化合物の特性の一つである「光吸収」に注目しました。設計方法としては、データベースにある水素、炭素、窒素、酸素原子で構成される分子量400程度の13,300個の有機分子に関する情報を入力し、深層学習の手法によってあらゆる有意分子の法則を学習させました。

次に特定の吸収波長を持つ分子をある手法で探索しました。さらに探索された分子の性質と安定性を、量子力学に基づいた分子シミュレーション技術によって計算しました。

この結果3,200個の分子が設計され、このうち86個が安定かつ所望の吸収波長をもつ分子と決定しました。この内6個を実験で合成し、紫外化吸収スペクトルを測定したところ、6個のうち5個が特定の吸収波長を示すことが分かりました。

今回は光吸収という簡単な性質ですが、私が考えていた医薬品をAIによって設計するという夢に一歩近づいた気がします。

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黒カビから脳梗塞の治療薬

2018-08-25 10:09:43 | 化学
バイオベンチャーのティムスは、沖縄の西表島で見つかった黒カビを使った急性期脳梗塞の治療薬の開発に取り組んでいます。

黒カビを培養して取り出した化合物が、血栓を溶かす身体の動きを促進します。血管が詰まって起こる炎症を抑える効果もあるため、脳梗塞発症後4時間半に制限されている投薬の時間を延ばせると期待されています。

今回の黒カビは「スタキボトリスミクロスポラ」という種類で、大阪の発酵研究所が1973年に西表島の川岸で亜熱帯照葉樹の落ち葉から見つけたものです。ティムスが同研究所から譲り受けた1500株のカビの中から、2010年に脳梗塞の治療に生かせる効果のある化合物を見出しました。

これは自然界からの薬物探索ということになりますが、現在でも製薬メーカーが力を入れている探索研究の一つです。現在使用されている医薬品の3分の1は、こういった天然の微生物などの生産物となっており、まだまだ知られていない生理活性物質は多く存在すると考えられています。

私が勤務していた研究所もこういった分野に力を入れており、主に各地の土壌から新しい微生物を探索し、その生産物を調べていました。私もその協力として、出張や私用で地方に行ったりした時は、地表から5センチ程度のところの土をスプーン1杯ぐらい持ち帰るということをずいぶんやっていました。

海外からも持ち込んだりしていたようですが、本来これは禁止されており、やや気持ち悪いところもありましたので、私はやりませんでした。こういった天然物の探索研究の難しさや面白さは、また別な機会に書くかもしれません。

さて今回の薬剤ですが、脳梗塞の治療に使われる血栓の溶解剤は、発症による炎症で血管がもろくなり、出血リスクが高まるため発症後4時間半までしか使えないとされています。今回ティムスが開発する治療薬は、血栓の溶解に加え、炎症を抑える働きもあり、発症後12時間まで活用の幅が広がると期待されています。

同社は東京大学医学部で健常者を対象にした臨床試験で安全性を確認しています。発症後12時間の有効性などを調べる第2段階の臨床試験に着手しています。

本年6月には、アメリカ製薬大手のバイオジェンと契約し、一時金約4億円を受け取り、開発や販売が成功すればさらに資金が得られるようです。

共同研究者の東京農工大学は、創薬には時間がかかるが、早ければ5年後には実用化のめどがつけられると述べています。やはり新薬の開発には非常に長い時間と膨大な費用が掛かりますが、こういったベンチャー企業の挑戦的な取り組みには応援しながら期待したいと思っています。
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