１２ 顔 淵 がんえん
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「内に省みて疾しからずんば、それ何をか憂え伺をか惺れん」（４）
「君子敬して失うなく、人と恭しくして礼あらば、四海の内みな兄弟なり」
（５）
「百姓足らば、君たれとともにか足らがらん。百姓足らずば、君たれととも
にか足らん」（９）
「君、君たり、臣、臣たり、父、父たり、子、子たり」（11）
「君子の徳は風なり。小人の徳は草なり。草これに風を尚うれば必ず催す」
（19）
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５．司馬牛は嘆かずにいられなかった。
「兄弟の達者な人がうらやましい。わたしだけだ、ひとりぽっちは」
子夏が慰めて言った。
「死ぬも生きるも富貴になるのもすべてこれ運命、ということばがあるでは
ないか。運命を気に病むことなく、つねに礼を守って慎み深く人と交わって
いくのが君子たる者の生き方だよ。そうすれば人間すべてが兄弟になる。実
の兄弟がないことを悲しむには及ばない」
司馬牛憂曰、人皆有兄弟、我獨亡、子夏曰、商聞之矣、死生有命、富貴在天、
君子敬而無失、與人恭而有禮、四海之内、皆爲兄弟也、君子何患乎無兄弟也
Si Ma Niu sighed, "Everyone has their good brothers. But only I don't
have any good brother." Zi Xia said, "I heard that death, life, riches
and nobility are ordained by Heaven's will. If a gentleman respects
others without mistakes and behaves humbly and politely, all the pe-
ople are his brothers. Why do you have a reason to sigh over your
brother?"。
高血圧管理要点
新型コロナウイルスACE2感染機構と議論（Ⅱ）
３．ウイルス感染と高血圧治療に対するACE2の影響
パルボウイルス肺炎（NCP）の発生は大きな影響を及ぼした。SARSのような新
型コロナウイルスは細胞にACE2を感染させる。レポートも示されている60.9
％が高血圧だった。これらの発見は高血圧の分野で大きな注目を集めている。
ACE2とは何か
ウイルス感染後の肺損傷との関係は何か。ウイルス感染と高血圧治療どのど
のようなインスピレーションがあるのだろうか。現在の学問の違いは何かを
予備分析と解釈を行うことでより詳細な思考と研究を喚起したい。
現在、この研究には多くの制限があるが、動物実験は依然として主力であり、
少人数の研究もある。ACE2の発見は、ウイルスSタンパク質とヒトACE2 の特
異的結合、Sタンパク質と可溶性ACE2 フラグメントに対する抗体など、２つ
の結合の選択的破壊を含む、新しいコロナウイルス感染の治療の多くの標的
を提供。ACE2欠乏によって引き起こされる急性肺損傷は、ACE2を外因的に補
充するか、AngⅡの濃度を下げ、AT1受容体を阻害することで軽減できる。動
物研究により、ヒト組換えACE2（rhuACE2）タンパク質を酸損傷ACE2ノックア
ウトマウスおよび野生マウスに注射した後、肺水腫などの急性肺損傷の症状
が改善されたことが確認されている。北米でフェーズⅡ臨床試験が実施され
た。
図１：RAASシステムの概要とACEおよびACE2の役割
※レニン-アンジオテンシン‐アルドステロン系（Renin-Angiotensin-Ald-
osterone System;RAAS）
肺組織のAT1a受容体を活性化し、気管支平滑筋の収縮を誘発し、肺血管透過
性を高め、促進する肺線維芽細胞に増殖し、肺胞上皮細胞のアポトーシスを
誘発し、急性肺損傷を誘発する重要な役割を果たす。ACE2の主な生理学的役
割は、AngⅠ、AngⅡ、およびDes-Argブラジキニンを減らす。特定のMas受容
体を介して血管拡張、抗炎症、抗増殖効果を発揮するAng1-7の産生を促進。
生物学的、抗線維性および抗肺胞上皮細胞アポトーシスなど役割。ACE2の組
織分布は臓器特異的であり、主に腎臓、心血管、消化管で発現。正常な肺組
織では、ACE2 はI型とⅡ型の両方の肺胞上皮細胞に存在する。通常の状況下
では、肺におけるACE2とACE のバランスが確認されており、病変の形成は重
要であるが、動物の肺における AngⅡ受容体の発現は身体には違いがあり、
この理論を確認するには人体に関するさらなる研究が必要である。
新型コロナウイルスにより引き起こされる肺の損傷との関係はどのようなも
のか。最近の研究でさらに確認された2019-nCoVは、Sタンパク質をACE2に結
合することにより肺細胞に侵入し、免疫系を活性化し、サイトカインや炎症
因子を介して肺の損傷を引き起こす。コロナウイルスの病理学的経路で、そ
のACE2肺損傷を基底で引き起こすが、どのような役割を果たすのか。SARSの
研究は、コロナウイルスが人体に入った後、私たちにインスピレーションを
与えるアイデアを提供。ACE2レベルをダウンレギュレートし、肺のACE2レベ
ルを低下させるがACEは影響を受けない。そして、ACEの不均衡、AngⅡレベル
の上昇、肺のAT1a受容体の過剰な活性化、肺毛細血管血の結果管透過性の増
加、続いて肺水腫、乾いた咳、炎症反応および細胞の増加アポトーシスは肺
の損傷を加速する。同時に、ACE2レベルの低下は、Des-Argブラジキニン-BK
1受容体経路の活性化につながり、さらに悪化。肺の炎症と損傷を拡大する症
状。ウイルス感染のプロセスから肺損傷まで、ACE2は人間のコロナウイルス
感染の必要なターゲットである。同時に、感染後、ACE2レベル落下または損
失は、NCP集団の肺損傷および肺不全を引き起こす主要な病理学的要因の１
つでもある。NCPとSARSはまだ異なる。一部の専門家は、SARSの発症により、
重度の肺損傷が現れると指摘している。NCPの初期のパフォーマンスは深刻
ではないが、一部の患者では多臓器が急激に悪化させる。公式の疾病は、メ
カニズムにおける一種の「サイトカイン（炎症）の嵐」であり、新しい治療
法とメカニズムの研究も提案。どの炎症因子がこのプロセスに関与している
のか、どの介入が効果的にブロックできるかである。
図２：コロナウイルス誘発肺損傷時のACEおよびACE2の調節
※アンジオテンシン変換酵素2（ACE2）：アンジオテンシンⅠからノナペプ
チドアンジオテンシン[1-9] への変換、またはアンジオテンシンⅡからアン
ジオテンシン1-7への変換を触媒するエキソペプチダーゼである ACE2 は、
高血圧の治療に使用されるACE阻害薬に敏感ではない。ACE2受容体は、SAR
Sウイルスを含むいくつかのコロナウイルスのヒト細胞 への侵入点であるこ
とが示されている。いくつかの研究により、侵入点は SARS-CoV-2と同じで
あることが確認されている。
確認された急性呼吸dis迫症候群（ARDS）の患者10人がヒト組換えACE2注射
で治療された後、AngⅡのレベルが急速に低下し、Ang1-7のレベルも上昇す
ることがわかった。ACE2を補うと、肺のACE2 / ACE バランスが再形成され、
急性肺損傷の治療で安全性と実行可能性が高くなる。他の研究は、リポ多糖
（LSP）誘発急性肺損傷マウスへのエナラプリルの投与が、AngⅡレベルを急
速に低下させ、カプトプリルはLSP誘発急性肺損傷マウスにより誘発される
IFN-γおよびPGE2、TGF-β1レベル、IL-4レベル の増加、身体の免疫系応答
の調節、軽い肺の炎症と肺損傷の減少も低下させる。細菌感染による肺損傷
のマウスでは、AT1受容体拮抗薬であるロサルタンは、おそらくRAAS活性と
好中球の活性化を阻害することにより、ARDS の進行を遅らせることができ
ます。盲腸結紮および穿刺によって確立された急性肺損傷マウスの場合、直
接レニン阻害剤アリスキレンは Ang Ⅱレベルを低下させることができ、TNF
-α、IL-1β、IL-6 および他の炎症性因子も低下させることができ、RAAS
システムの調節に役割を果たす肺組織の有効性を保護する。RAAS-KKS シス
テムの重要な部分として、BK1およびBK2受容体は肺損傷の治療においても研
究されており、LPS により誘発される急性肺損傷の場合、BK1受容体拮抗薬
は気道過敏症を軽減でき。また、TNF-α、IL-1β、IL-6、および他の炎症誘
発性因子を減らすことができる。Bca2受容体拮抗薬であるイカビタンは、海
外で販売されており、適応症は遺伝性または後天性血管浮腫の治療である。
ERK経路は最終的に、気道上皮におけるCOX-2産生を減少させ、これは肺の炎
症を減少させるのに役立つ。
ウイルス感染患者も肺線維症を防ぐために注意を払う必要がある。以前に公
開されたSARS患者の剖検結果では、コロナウイルス感染後の肺組織の主な病
理学的変化は、肺胞スペースを伴うびまん性肺胞損傷、透明な膜形成、滲出
性炎症であることがわかった。線維性過形成や初期肺胞線維症などの組織化
肺炎の変化、および強力な線維化因子 TGF-β1は、正常な肺組織よりも有意
に高くなっている。以前の動物研究では、直接的なレニン阻害剤アリスキレ
ンが肺TGF-β1レベルを低下させ、肺線維症プロセスを遅らせることが確認さ
れている。現在の状況に基づいて、高血圧を伴うNCPの治療で一般的に使用さ
れる降圧薬に関するデータはまだ不足しており今後さらに研究が必要である。
※ エナラプリル：高血圧やうっ血性心不全の治療に用いられるアンジオテン
シン変換酵素阻害薬の一つ。商品名レニベース。ACEはペプチドホルモンであ
るアンジオテンシンIをアンジオテンシンⅡに変換する酵素である。アンジオ
テンシンⅡの作用の一つは血管の収縮であり、その結果血圧を上昇させる。
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【参考記事及び論文】
※新型コロナウイルス受容体 ACE2 と同じ機能を持つ微生物酵素B38-CAP
秋田大学2020/02/26
ヒトACE2は、SARSや新型コロナウイルス感染の受容体だが、2000年の発見
当初は血圧上昇物質アンジオテンシンⅡを分解することにより血圧を降下
させる酵素として見出された(図２,３)。秋田大学の久場敬司教授と医薬
基盤研究所の今井由美子プロジェクトリーダは、2002 年よりヒトACE2 の
研究に取り組み、ACE2 の酵素活性が心不全や高血圧の症状改善などに加
えて、SARSや敗血症による重症肺炎（急性呼吸窮迫症候群）の呼吸不全を
改善することを解明。一方で、ヒトを含む哺乳類のACE2 は糖鎖構造を持つ
ことから、組換え型のヒトACE2 酵素を治療薬として大量に取得することが
困難で医薬開発での障害となっていた。一方、2006年に秋田県総合食品研
究センタの高橋砂織らが白神山地土壌から分離したD-アスパラギン酸特異
的エンドペプチダーゼ生産菌（Paenibacillus sp. B38）は、国際農研で
の全ゲノム解析から多くの有用酵素遺伝子を持つことが示唆されている。
【要点】
①微生物 の新規酵素「B38-CAP」がヒト ACE2と同じ薬理活性を持つことを
発見
②マウスへの B38-CAP投与によって心不全や高血圧に対する治療効果を解明
③ACE2は SARSウイルスの受容体で、SARS重症化を阻止することを既に報告
④B38-CAPの心不全 ならびに新型 コロナウイルス の重症 肺炎の治療薬開
発への応用に期待
新型コロナウイルス感染を１５分で判定検査キット
「クラボウ」は、新型コロナウイルスに感染しているかどうか血液を採取
して15分で判定できる検査キットを輸入し、今月から研究機関などに販売
すると発表。検査時間の大幅な短縮につながるか、注目を集めそうだ。繊
維メーカー、クラボウが新たに販売するのは、ウイルスに感染したときに
血液中にできる抗体を検出する「イムノクロマト法」という手法の検査キ
ット。提携している中国の企業が開発、キットのくぼみに少量の血液と専
用の薬をたらすと、15分で感染しているかどうか判定できる。国内で感染
者の確認に使われている「ＰＣＲ法」は、ウイルスの遺伝子を増幅して検
出するが、６時間程度かかるとされている。それに比べ、検査時間が大幅
に短縮でき、特殊な装置がいらない。中国では、およそ95％の精度で判定
できたと。中国からの輸入ルートを確保したことで、１日当たり最大で１
万人分の検査キットを供給できるとしていて、研究機関や検査会社などを
対象に、今月16日から販売することにしている。
新型肺炎で重篤な患者 「人工心肺装置」使い過半数が回復
３月13日、新型コロナウイルスによる肺炎が悪化するなどして重篤な症状
となった患者のうち、少なくとも23人が「ＥＣＭＯ」と呼ばれる人工心肺
装置を使った高度な治療を受け、過半数となる12人がすでに回復に向かっ
ていることが、専門の学会の調査で分かった（新型肺炎で重篤な患者 「
人工心肺装置」使い過半数が回復へ、 NHKニュース、2020.03.13）。ＷＨ
Ｏによると、新型コロナウイルスに感染すると、およそ80％の人は軽症で
すむ一方、６％程度の人は重篤な症状になるという。特に肺炎が悪化し、
肺が機能しなくなった患者は「ＥＣＭＯ」と呼ばれる人工心肺装置を使い
て血液中に直接、酸素を送り込み、肺の機能を一時的に代行しながら、患
者自身の免疫によってウイルスが排除されるのを待つ必要がある。日本集
中治療医学会や日本救急医学会などが、全国およそ300の医療機関を対象
に調査したところ、今月11日の時点で、少なくとも23人が、この治療を受
けている。このうち過半数となる12人は、すでにこの治療を終え回復に向
かっていて、亡くなった患者はいないということです。ＥＣＭＯを使った
治療には専門的な医療技術が必要だということで、学会によると、国内で
は、新型コロナウイルスの患者、およそ300人をこの装置で治療できる体
制になっている。学会でＥＣＭＯの治療をまとめている竹田晋浩医師は「
重篤化しても、ＥＣＭＯで救えるケースが一定の割合で確実にあることが
わかってきた。今後、学会としても、全国の治療の精度を上げられるよう、
さらに努力したいと話している。
ECMOの分類
「人工肺とポンプを用いた体外循環回路による治療」をECMOと呼ぶ。人工
呼吸器や昇圧薬など、通常の治療では救命困難な重症呼吸不全や循環不全
のうち、可逆性の病態に適応される。ECMOは呼吸と循環に対する究極の対
症療法であり、根治療法ではない。通常の治療では直ちに絶命してしまう、
または臓器が回復不能な傷害を残すような超重症呼吸・循環不全患者に対
し、治癒・回復するまでの間、呼吸と循環の機能を代替する治療法。ECMO
はextracorporeal membrane oxygenation「体外式膜型人工肺」という機器
の略語ですが、欧米人にとってECMO（エクモ）は発音しやすく、広く使用
されている。導入目的や送血方法により分類され、日本ではPCPS（Percu-
taneous cardio pulmonary support：経皮的心肺補助）という用語が用い
られるが、PCPSはVA ECMOとほぼ同義。日本で「ECMO」という時は、呼吸不
全に対するVV ECMOを指す。>実際は、呼吸不全に対するVV ECMO中に循環不
全を合併してVA ECMOに移行したり、逆にはじめ循環不全に対しVA ECMOを
導入し、循環改善後に残った呼吸不全に対してVV ECMOに移行するがある。
また、静脈と動脈に送血を行うVVA ECMOを行うこともある。「肺」は非
常に過酷な臓器である。障害を受け機能が落ちた場合、酸素投与か
らはじまり、非侵襲的陽圧換気（NPPV）、陽圧人工呼吸器管理と、
さらに肺をムチ打って酷使する治療法が従来行われた。ECMOの導入
は、肺が本来行うべき酸素化と二酸化炭素除去を代替し、肺を全く
使用しなくてもよい状況（Lung Rest）を作り出す。陽圧人工呼吸
や高濃度酸素による肺障害を回避しつつ、重症呼吸不全において治
療の時間を確保することができる。
【関連最新特許事例：特開2019-13769 体外循環装置 】
従来から例えば、手術中等には、経皮的心肺補助法ｔ（PCPS）が用
いられている。この経皮的心肺補助法は、一般的に遠心ポンプと膜
型人工肺を用いた閉鎖回路の人工心肺装置（体外循環装置）により、
大腿動静脈経由で心肺補助を行うものである。このため手術中等に
おいて患者に対する血液の供給が必要なとき、患者の血液を体外で
循環させるため人工心肺等を有する体外循環装置が用いられている。
このような体外循環装置を使用する際は、患者の大腿静脈より挿入
される静脈側カテーテルと、大腿動脈より挿入される動脈側カテー
テルとを用いる。静脈側カテーテルは通常血流と同じ向きに挿入さ
れ、先端は右心房入口付近に配置されることが多く、動脈側カテー
テルは通常血流と逆行する向きに挿入されることが多い。またこれ
ら静脈側カテーテル及び動脈側カテーテルを体内に挿入する際は、
それぞれ、患者の大腿等に穿刺するための脱血用留置針及び送血用
留置針を用いる。すなわち、脱血用留置針は、大腿静脈に留置する
が、その際、血流方向に沿って穿刺する必要がある。一方、送血用
留置針は、大腿動脈に留置するが、その際、血流方向の逆方向に沿
って穿刺する必要がある。しかしながら、例えば、心肺停止した患
者等に対して迅速に脱血用留置針及び送血用留置針を留置するとき
は、これらを取り違える虞れがあった。かかる脱血用留置針及び送
血用留置針の取り違えや穿刺方向の間違いを未然に防止可能な体外
循環装置を提供することを目的とする。
上記目的は、超音波によって穿刺方向が検知可能な標識部を有する
留置針と共に使用する体外循環装置であって、前記体外循環装置を
管理する体外循環管理装置を備え、前記体外循環管理装置には、対
象者の血流を測定する超音波測定装置が接続され、この超音波測定
装置は、対象者の血流に複数の超音波を発射して、受信し、これら
の反射音波の差異情報から、血流の方向情報と前記留置針の穿刺方
向情報を生成し、前記血流の方向情報と前記穿刺方向情報を，前記
体外循環管理装置の表示部に表示することを特徴とする体外循環装
置により達成される。
【符号の説明】１・・・体外循環装置、２・・・人工肺、３・・・
遠心ポンプ、４・・・ドライブモータ、５・・・静脈側カテーテル
（脱血側カテーテル）、６・・・動脈側カテーテル（送血側カテー
テル）、７・・・クランプ、１０・・・コントローラ、１１・・・
脱血チューブ、１２・・・送血チューブ、１４・・・流量センサ
【ポストエネルギー革命序論１５３】
ビックデータ収集に向けたIoTネットワークの加速普及
手のひらサイズの小型原子時計
膨大なデータの中から新たな知見を見出すビックデータの収集・分
析・活用への取り組みが本格化しつつある。これまでは顧客の購入・
検索履歴といったヒトから得られる情報の活用が主であった。最近
は、省電力広域ネットワークなど低消費電力の通信技術の発展によ
りヒト以外のさまざまなモノから情報が発信される本格的なＩoＴ時
代へと向かっており、そこから得られるであろう新たな知見に期待
がかかっている。しかし、情報に付随する時刻情報が不正確だとデ
ータ分析でのノイズとなるため、正確な時刻情報の重要性が増して
いる。これまで時刻情報は全地球航法衛星システムに頼ってきた
が、電波妨害やなりすましによる時刻情報の改ざんがもたらす脆弱
性が指摘されている。IoT端末に小型で安定した原子時計を搭載でき
るようになれば、IoT端末が利用する時刻の正確さを自律的に診断・
補正可能となるため、全地球航法衛星システムで問題となっている
安全性を確保することができる。
モジュール実装された小型原子時計（左）と量子部内に配置された
VCSELとCsガスセル（右）
３月１３日、産総研、株式会社リコーなどの研究グループは、小型
原子時計では原子の固有周波数の情報を得るのに、コヒーレントポ
ピュレーショントラッピング(CPT：Coherent Population Trappi
ng)共鳴という光と原子の相互作用に由来する共鳴現象を利用するの
が主流となっている。しかし、長期的な時間・周波数の安定性はラ
イトシフトの揺らぎによる周波数変動によって制限されていた。今
回、セシウム(Cs)小型原子時計の重要部品である面発光レーザー(
VCSEL：Vertical Cavity Surface Emitting Laser)の経年変化に着
目し、ライトシフトが揺らぐメカニズムを解明、揺らぎを抑制す
る技術を開発して、非常に安定した小型原子時計を実現した。高安
定な原子時計は、IoTネットワークを通じたシームレスなデータ収集
への貢献が期待されている。
図１ ライトシフト揺らぎ抑制技術概要
【要点】
①ライトシフトの揺らぎを制御することで非常に安定した小型原子
時計を実現
②新しい理論を構築してセシウム(Cs)原子の固有周波数が変動しな
い駆動条件を導出
③途切れの無いIoTネットワークを介したデータ収集への貢献
一般的に、小型原子時計を駆動するには量子干渉効果の一種である
CPT共鳴を利用する。半導体レーザーであるVCSELに周波数変調を加
え、出力される2周波数のレーザー光とCs原子の相互作用によりCPT
共鳴が生成する。その過程で、ライトシフトも共に発生してしまい、
Cs原子固有周波数の変動要因となり、小型原子時計の長期的な安定
性を阻害してきた。
今回、VCSEL発振波長の経年変化がライトシフトの揺らぎに関与し
ていることを定量的に解明した。しかし、ライトシフトの揺らぎを
直接抑制することは消費電力の増加につながる。そこで、半導体レ
ーザーの基礎方程式に基づき、VCSEL発振波長が経年変化してもCs
原子の固有周波数が変動しない駆動方法としてゼロクロス法を考
案し、小型原子時計に適用した(上図１)。
図２ 従来品と、ゼロクロス法を適用した本開発品の性能比較
ジスイズアペンな360度全天球カメラ
THETAの流れをくむ。新たなメーカーから、新たな全天球（360度）
カメラが登場。ベクノスが開発を発表したコイツ（名前はまだない
）は、太いペンにも細いマイクにも見えるスタイルながら、サイド
に３つ、トップに１つのレンズを搭載した新スタイルの全天球カメ
ラ。いままでの全天球カメラは、前後に1つずつのレンズを用いた
タイプが主流でしたが、コイツはまったく新たな光学系を用いたも
のとなる。
ベクノスは、リコー・THETAの開発コアメンバーが中心となって発
足したリコーの関連会社となるハードウェアスタートアップカンパ
ニー 。リコーの子会社でありながら、THETAコアメンバーはベクノ
スとして独立。リコーという大企業がもつリソースのポテンシャル
を解き放つために設立された日本の企業。デモ動画を見る限り、ス
ティッチングラインがまったく目立たずに素晴らしい！ パープル
フリンジもありません。ただ写真だけをアピールしているのが気
になる。もともとTHETAは360度全天球写真のクオリティに秀でたシ
リーズでしたが、もしかしたら動画は二の次とするのかもしれない。
ベクノスの全天球カメラは2020年中に発売予定。
ナノ材料の細胞内輸送を効率化するらせん渦
細胞を取り囲む細胞膜は選択的障壁として働き、細胞の内容物を包
み囲むことで外部環境から保護し、細胞に出入りできる物質を選択
する役割を担っているが、細胞膜のこの特性が、DNA、タンパク質、
薬物などのナノ材料を細胞内に効率よく輸送する技術の開発を阻む。
３月１１日、この度、高麗大学校と沖縄科学技術大学院大学（OIST）
の研究者らが共同で、細胞膜を変形させる微小ならせん渦を利用し
た、迅速かつ効率的な材料の輸送法を開発。本研究結果はACS Nano
誌に掲載された。従来の細胞内輸送法には、スケーラビリティ、コ
スト、低効率および細胞毒性などの多くの課題があり、これらの課
題解決する新手法として、マイクロ流体力学で扱う，微小な空間で
の水の流れのふるまいを利用する。新たに開発されたマイクロ流体
チップは「スパイラル・ハイドロポレーター」 。このチップ内では、
毎分約100万個の細胞にナノ材料を96%の効率で輸送することが可能
です。さらに、全工程を通じて細胞に不可逆的損傷を与えることが
なく、最大94%の細胞が生き延びる。新たに開発したチップは手頃な
価格で使用方法も簡単です。細胞とナノ材料を含む液体を両端に注
入すると、ナノ材料を含んだ細胞が2か所の端からそれぞれ出てきま
る。プロセス全体にかかる時間はわずか１分。
図１ チップデバイスは、十字交差（青い点線内）とそれに続くT字
分岐（紫の点線内）を形成するように作られたマイクロ流路で構成
される。矢印は、細胞を含む液体が流れる方向を示す（参照ビデオ：
上図クリック）
2つの対向する，低流速（左）で流れる水が十字交差部で合流すると、
流れは対称的に分かれて流れ続け、その結果，細胞は中心で引き延
ばされる。中流速（右）に上げると、小さな流動不安定性の増大に
よりらせん渦が形成され、十字交差部の中央で細胞を変形させる。
流れに乗って
このデバイスは、マイクロ流体チップ内の流路の中央に十字交差部
上下に１つずつT字分岐部を持つように設計。高麗大学校の研究者た
ちが、流路の形状や流速の違いが細胞にどのような影響を与えるか
を調べ始めたとき、中程度の速さで流れる二つの液体が互いに反対
方向から流れてきて衝突する十字交差内の特異なシナリオが目を引
く。そこで、液体の1つを蛍光色素で着色したところ、
らせん形の渦が形成されていることを発見。マイクロ・バイオ・ナ
ノ流体ユニットが、この問題にすでに取り組んでいた。この２つの
研究グループはチームを組みました。OISTの研究グループは学内の
スーパーコンピュータを使用して、異なる流速で十字交差部で衝突
する流体の流れがどのように相互作用するかをシミュレーション。
研究論文の通り、低流速では衝突する２つの液体の流れが対称的に
分かれ、十字交差部から流れ出ることがわかったが、流速を増加さ
せると不安定性が生じ、複数の渦が形成されて、最終的に１つの大
きならせん渦になることがわかった。開発したシミュレーションは、
観測した異常現象を説明し、流速などの特定のパラメータがどのよ
うに渦形成に影響するかを正確に示す。らせん渦の形成が、ナノ材
料の細胞内への迅速かつ効果的な輸送の鍵となる。各細胞が十字交
差部の中心を通過するとき、らせん渦の力が細胞を変形させ、膜に
複数の微細なナノホールが生じる。流体中のナノ材料は、これらの
ナノホールから細胞内に入ることが可能になる。その後、細胞は十
字交差部から押し流され、T字分岐部の壁に衝突し、細胞膜のさら
なる変形を引き起こすことで輸送の効率を高める。変形後、膜のナ
ノホールは再び閉じられ、細胞膜は修復される。細胞生物学研究を
促進高麗大学校の研究チームはスパイラル・ハイドロポレーション
を用いて、RNAや金ナノ粒子などの特定のナノ材料を細胞内に輸送す
ることに成功。などのタンパク質をより効率的かつ低コストで数多
くの細胞に輸送することは、遺伝子治療、がん免疫療法、幹細胞な
どの研究に役立つ可能性がある。金ナノ粒子は、薬物輸送、細胞内
の分子や細胞小器官のイメージング、病気の診断にも活用できる。
スパイラル・ハイドロポレーションの応用は多岐にわたるため、高
い関心を集めている。研究者たちは、より効率的でシンプル、迅速
かつ低コストの細胞内輸送手段を必要とする。このチップはそれを
可能にする技術である。
図１. 二酸化炭素からD-乳酸への変換経路
ラン藻由来高濃度D-乳酸生産技術
３月１０日、神戸大学先端バイオ工学研究センタらの研究グループ
は、動的メタボローム解析(注1)によりラン藻（シネコシスティス
PCC 6803）のD-乳酸を生産するメカニズムを解析し、酵素マリック
エンザイムが増産に寄与することを明らかにしました。さらに、遺
伝子工学でD-乳酸生合成経路を強化することに二酸化炭素と光から
D-乳酸の直接生産に世界最高値（26.6 g/L）で成功したことを公表。
【要点】
①高い純度で効率よくD-乳酸を生産できる微生物の報告例は少なく
加えて現在は従属栄養微生物によりトウモロコシやサトウキビなど
可食バイオマスを原料として生産されているため、環境・資源への
負荷が高い
②酵素マリックエンザイムの働きにより細胞内リンゴ酸の量を減少
させることが、ラン藻の糖代謝を活性化することを見出した
③遺伝子工学で特定機能を強化し、光合成で増殖したラン藻を暗黒
で酸素がない環境で培養することで、高濃度D-乳酸を生産すること
に成功
D-乳酸は、生分解性プラスチックであるステレオコンプレックス型
ポリ乳酸(注4)の原料として大きな市場を形成。一方、D-乳酸を微生
物でバイオ生産するためには高い純度と生産性が重要。大腸菌など
の従属栄養微生物を物質生産に用いる手法が知られていますが、ト
ウモロコシやサトウキビなどの糖（グルコース）を原料として発酵
により生産するため、陸上植物の栽培を必要とし、耕作地と淡水資
源の問題、過剰伐採などによる生態系の破壊などの社会的問題があ
るほか、食糧との競合問題があります。一方、ラン藻は光合成によ
り固定したCO2を有用物質に変換することができるため、D-乳酸に限
らず様々な有用物質の生産微生物として理想的と言えます。さらに
ラン藻は、植物と比較して光合成能が極めて高いため、強光下でも
培養が可能です。また培養に陸地が必要なく、海水の利用可能な種
が多く存在します。以上より、ラン藻は、太陽光、CO2、海水のみの
供給で有用物質生産ができる究極の物質生産微生物として期待され
ている。
図２. 遺伝子改変型ラン藻のD-乳酸生産量
D-乳酸増産メカニズムを詳細に調べるために、マリックエンザイム
の働きを無くした細胞と、マリックエンザイムを細胞内に過剰に生
み出し、その機能を強化した細胞を作成。この二つの細胞で代謝が
どのように変化しているのかを動的メタボロームで解析したところ、
細胞内のリンゴ酸量が低い場合、グリコーゲンからピルビン酸が多
く生産されることがわかった（上図1）。
マリックエンザイムを過剰に有する細胞をもとに、遺伝子工学によ
りピルビン酸からD-乳酸を生成するD-乳酸脱水素酵素を過剰に細胞
内に作らせることで、その機能を強化した。また、副生成物である
酢酸の生産を抑えるために、酵素酢酸キナーゼをもたない細胞を遺
伝子工学により作出した。作出した組換えシネコシスティス PCC
6803株を、暗黒かつ酸素がない条件下（発酵条件）で培養。さらに
発酵条件下での細胞密度の最適化を施すことで、本研究グループに
よる先行研究の世界最高値（10.7 g/L）を大幅に上回るD-乳酸生産
量（26.6 g/L）およびD-乳酸生産性（0.185 g/L/h）を実現した（図
２）。高いD-乳酸の生産性は、D-乳酸の製造プロセスの低コスト化
に寄与すると思われる。
『オーシャンズ』シリーズや『トラフィック』のスティーヴン・ソ
ダーバーグ監督が、地球全体を恐怖に陥れるウィルスの恐怖を豪華
俳優陣で描くサスペンス大作。接触によって感染する強力な新種の
ウイルスが世界各地に拡大していく中で、社会が混乱し人々が異常
なパニック状態に陥っていく様子を映し出す。キャストには、マリ
オン・コティヤールやマット・デイモン、ケイト・ウィンスレット
など実力派スターが集結。ソダーバーグ監督だけに、一筋縄ではい
かないパニック・ムービーに仕上がっている。配給: ワーナー・ブ
ラザース映画 オフィシャルサイトhttp://www.contagion.jp
● 今夜の寸評：