Life + Chemistry

化学の講義録+大学を楽しく面白い学びの場に変える試みの記録 (北里大学・野島 高彦)

医療工学科の化学講義(30)2021年の化学

前回は「いま」に化学で何ができて,それがどのように生命科学と医療技術を進歩させてきたのかを講義しました.今回は「いま」ではなく「これから」の化学がどのように医療技術を発展させ,その結果,どのような世の中になっているのかを考えました.2011年度の最終回.後期履修者90名中,64名出席.出席率71 %.

前回の講義についての感想コメント質問その他いろいろ

前回の講義録参照

配布ずみの講義資料

キーワード

Mutating matter,SNP,遺伝子診断,遺伝子多型,温度応答性ポリマー,個人ゲノム解析,生体適応性ポリマー,リアルタイム蛍光イメージング

2021年の化学(医療関係)を予測する

2021年,いま化学を履修しているこのコースの1年生は,信頼される医療従事者として活躍していることでしょう.その頃,化学は医療の仕事をどのように支援し,発展させているのでしょうか.

昔の人はどのような未来を願っていたのか

1969年,人類は月に足跡を残しました.この時代,科学と技術の進歩が明るい未来を実現してくれるものと多くの人が信じていました.たとえばこの時期の少年雑誌のグラビアには,未来の社会を創造したイラストが掲載されています.ここには,高度に機械化された生活や医療が描かれており,高度な技術を実現することが,未来の社会を建設するために必要だという考えが一般的なものであったことが伺えます.

それから42年が過ぎた「未来」に私たちは暮らしています.1969年に夢見た社会と比べてみると,実現したものもあるし,実現しなかったものもあります.しかし,想像することもなかったような技術が一般的になっていることにも気づきます(たとえば個人が携帯電話を持ち歩き,相互にインターネットで接続された世界).なんだかんだ言って,1969年の人々が願った夢の社会は,実現していると考えても良さそうです.それは,夢を実現するための願いと思いを人類が捨てなかったからです.
私たちはこれまでどのような思いで何を夢見てきたのでしょうか.そして,これからどのような未来の社会を築いて行くのでしょうか.
医療に関係する化学技術をいくつか採り上げ,これまでに何ができるようになってきたのか,そして今後10年間で,どのように発展して行くのかを最終回のテーマとしました.

(1)DNAの個人差に基づく医療が実現する

30億文字から成るゲノム情報には,約1,000文字に1文字の割合で個人によって異なる箇所が存在します.これを一塩基多型(SNP)と呼びます.SNPは,生活習慣病,薬効,副作用,といったものと深く結びついています.

遺伝子に基づいて投薬量が決められはじめている

投薬量を決める際にも遺伝情報を参考にする方法が採用されはじめています.たとえば薬効に個人差の大きい経口抗凝固薬ワルファリンの投与量を,SNP情報も含めて条件で算出するオンラインサイトが開設されています.

こうした医療は今後急速に広まって行くことでしょう.

個人ゲノムDNAシーケンシングが現実のものになれば

SNPをみつける方法として最初に思いつくのは,個人のゲノムを丸ごと読み取ってしまう作業です.これができれば,DNAの違いに基づく健康指導や治療が可能になります.個人のゲノムDNAシーケンシングは究極の診断技術です.
しかし,そのようなことが可能なのでしょうか?
DNAシーケンシングの化学が開発されて間もない1985年頃,1人の研究者が1日に解読可能なDNA情報は1,000字でした.このスピードでヒト1人分の遺伝情報を読み取った場合,8,000年かかります.また,コストも7億円が必要となります.この時代に個人ゲノムのDNAシーケンシングは夢物語でした.
しかし,夢を実現するための願いと思いを人類は忘れませんでした.技術革新を繰り返し,読み取り速度を加速させてきた結果,1998年には1日92万文字の解読が可能になりました.このスピードでは9年間でヒト1人分の遺伝情報を読み取れます.
2005年になるとヒト1人分の遺伝情報を読み取るために必要な時間が5日間に,さらに2010年には8日間に,さらに今年は8時間に短縮されました.
問題はコストですが,こちらも急速に低下しています.
一昨年は,アメリカのバイオベンチャーが,40万円のコストで個人の全ゲノムを読み取れると発表しました.

さらに,2014年には1万円の価格で個人の全ゲノムを読み取れるとの予測も出てきました.

個人のゲノムが読み取れるようになれば,遺伝子に基づく診断が広がることでしょう.副作用リスクや薬効の多くがDNAの個人差と密接な関係をもつことがわかっています.「個人のゲノムDNAを丸ごと読み取る」という夢物語に人類は挑戦し続け,実現させ,さらに安全で健康な未来の社会を実現させようとしています.

(2)リアルタイム癌細胞イメージング

外科手術により癌細胞を切除しなければならなくなった場合のことを考えます.再発を防ぐために必要以上に切除を行うと,後の生活に様々な支障を来す可能性が高くなります.しかし,十分な切除を行わなければ,癌が再発する可能性が高くなります.癌細胞だけを確実に見わける方法はないでしょうか.例えば癌細胞だけに色が付くとか.
そんな夢を実現してくれそうな薬品が今年11月に開発されました.東京大学医学部と米国国立衛生研究所との共同研究により,患部にスプレーすると癌細胞だけを緑色に光らせる化合物が開発されました.現在は動物実験の段階にありますが,これが実用化されれば,後遺症も再発リスクも共に最小限に抑える外科手術が実現します.

「見ただけでどこが癌細胞なのかがわかる技術が欲しい」という願いを人類は実現させました.願うことは実現させるための必要条件です.

(3)生体を模倣した医療材料

透析フィルターや血液配管に用いられる素材は,人体から異物として認識される可能性があります.この結果,過剰な免疫反応が誘発されて身体に損傷が生じる恐れがあります.これを防ぐため,生体適合性の高いポリマー材料の開発が進められています.
なかでも,生体膜を模倣してデザインされたMPCポリマーは,ポリスルホンに重量比1 %で混合しておくだけで生体の過剰反応を抑えることのできる,優れた物質です.

(4)プログラムできる材料

温度プログラミング

ポリ-N-イソプロピルアクリルアミドは,温度変化にともなって分子構造を変化させるポリマーです.この性質を利用して,細胞シートを調製する技術が完成しつつあります.

このポリマーを使えば,角膜や皮膚の調製が容易になることでしょう.

三次元プログラミング

究極の目標は,分子集団を3次元的に自由に操る技術を開発することです.リモートコントロールで形や色を制御できる微小粒子で物体を構成しようという研究がIntelで進められています.次のムービーを紹介しました.

ここでは自動車のモックアップが例として採りあげられていますが,細胞培養の際に足場をこのような材料で組み立てておき,立体構造をもつ人工臓器をつくった後に,足場を解体する,などということができれば,再生医療が飛躍的に発展することでしょう.
夢の技術ですが,いつかは実現するかもしれません.夢を実現するためには,願い続けることが大切です.

カーゴ・カルト・サイエンス

活字になっているものでは

  • R. P. ファインマン著,大貫昌子 訳,「ご冗談でしょうファインマンさん」II,岩波書店

の最終章が有名です.この部分を引用した解説をweb上のところどころで見かけます.たとえば

……南海にはカーゴ・カルトを信仰する人々がいる。戦争の間,様々な物品を積んだ飛行機が現れるのを見た彼らは,また同じことが起きて欲しいと考えている。そこで彼らは滑走路のようなものを仕立て上げて,その脇にかがり火を焚き,木の小屋の中に人を座らせ,頭にはヘッドフォンのような木片と,アンテナのような竹の串を立て - 要するに彼は管制官なわけだ - そして飛行機が訪れるのを待ち続けた。彼らは全てを正しく行っている。形は完璧だ。以前見たものと全く同じに見える。しかしそれは上手くいかない。飛行機は降り立たなかった。そのようなわけで,私はこれらをカーゴ・カルト・サイエンスと呼ぶ。彼らは,外見上の決まり事や,科学的な研究の形式を守ってはいるが,飛行機が降り立たない理由と同じ「本質的な何か」を見失ってしまっている。

http://www.radiumsoftware.com/0604.html#060418

血液型性格判断,統計的に当たりがでやすい宝くじ売場情報,マイナスイオン効果をもつ家電,「水からの伝言」など,一見科学的に見えているものの,実は全く科学的根拠がないものが世の中にあふれています.いわゆる疑似科学です.具体的な例を挙げてみると,「カーゴカルト信仰」を笑えないかもしれませんね.

私たちは挑戦する:未来の社会を建設するために

「そんなのは夢物語さ」の一言で物事を片付けるのは簡単です.残念なことに年を取るに従って物事に挑戦する心を忘れてしまう人は珍しくありません.それでも,夢のような技術の多くは実現したし,これからも実現して行きます.それは,願いと思いを忘れない人がいるからです.
健康で明るい未来の社会を建設するためには,願いと思いを忘れない医療専門家の力が必要です.10年後のあなたはそんな医療専門家としての人生を歩んでいるでしょうか.それとも,「そんなのは夢物語さ」と言い続ける人生を送っているでしょうか.

最後の感想コメント質問その他いろいろ

SNSでつながり続ける

●一年間ありがとうございました.この一年で化学がどう医療にかかわってきたのかスライドや先生の話から知る事ができ良かったです.順調に進級できてもtwitterなどで先生とまだつながっていたいですのでよろしくお願いします.
●1回だけ休んでしまいましたが,それ以外は最初から最後まで授業に出ました.いつも授業に出てない人に言いたい.「この化学 楽しいから来てみ!!」って.それほど有意義で意味のある授業だったと思います.1年間ありがとうございました.twitterでこれからもよろしくお願いします.
●まず,苦手だった化学をがんばろうと思えたのは先生のおかげでした.ありがとうございました.授業だけでなくtwitterでもお世話になりました.いろいろコメントしていただいて,うれしかったです.また,Facebookも始めたので,よろしくお願いします.大学の先生って,あまり関わらないんだろうなって思っていたので,予想外でよかったです.1年間ありがとうございました.
●mixiなどで個別の対応ができるのは便利だった.
●インターネットに精通しているととでも便利だということがわかった.

Twitter相互フォロー数/履修者数 = 24/90 = 27 %.

将来への決意と希望

●想像を実現できるエンジニアになりたい.周りに流される人生にしないように常に自分の意思や目標をもって行動する!!
●全体的に授業楽しかったです.野島先生の授業は休憩とかに色んな話をしてくれたので,ためになりました.化学ができる医療従事者になれるように頑張ろうと思います!!ありがとうございました!
●化学が苦手だったのですが先生が講義してくれたことでだいぶ救われました.エンジニアとしての将来像が一年間を通じてみえたような気がします.人に説明できるような技術者を志していきたいと思うようになりました.あと,各授業でその日の内容のプリントが配られることや,問題と解答があったことが自分としては良かったと思います.改善してほしいことは特にありません.一年間ありがとうございました.

1限はツラい

●毎週1限は正直キツかった笑.でも一回も寝てないです.勢いがあって楽しかったです.
●この授業が1限だったことが悔やまれます(笑)めっちゃ授業面白かったです!
●一年間 化学が一番楽しい理科の授業でした!!1限じゃなければもっとうれしかったです(笑) とりあえず単位はとれてるので! 優めざして頑張ろうと思います.
●1限の講義だったため,起きるのに苦労しましたが,講義がとても興味深いものだったので受けるのが嫌だと思ったことはありませんでした.一年間面白い講義を提供していただき,ありがとうございました.
●授業がとてもわかりやすく,スライドや映像を使った説明もとても面白く,理解できました.1限なのが残念な感じでした.
●声が聞き取りやすく板書も見やすかったので授業を受けやすかった.1限というのがつらかった.スライドでは興味が出ることが多くて毎回楽しみにしていました.一年間ありがとうございました.
●医療分野と関連づけされていて,とても興味を引かれる授業だと思いました.1限でつらいと思ったこともあったけど,まぁ頑張れたからあとは試験頑張ります!先生の授業おもしろかったです.何がおもしろいかっていうのは・・・分からないけれど(笑)
●もはん的な先生だったと思う.他の先生も野島先生みたいに授業してくれたらなー.1限だったのがちょっと残念だった.もっと授業聞きたかったと思った.ちこくばっかりしてゴメンなさい.
●私は,放射線治療がもっと進むことと,予防へも放射線が使われるような技術ができてほしいと思っています.1限目というのはつらかったですが,楽しかったです.

睡眠学習

●化学技術の進歩と医療のかかわりについていろいろと考えることができました.毎回のように授業中に寝てしまいスイマセンでした.
●化学寝てばっかですみませんでした.前日がバイトかつ1限という悪条件が重なっただけで,野島先生の講義が嫌いだったわけじゃないです.むしろ好きでした.説得力は皆無ですが.
●今まで化学の授業はそんなに好きじゃなかったけど,先生の講義はとてもおもしろかったです.後半はけっこう眠りに負けてしまいましたが・・・.将来につながるものが多い授業でした.あとはテストに向け頑張ります.

その他

●4月からお世話になりました(^^)! 毎週水曜1限がとっても楽しかったです! 大学の教員の方で,中高の時のように親しみやすくて話しやすい先生がいると思ってなかったので,野島先生のような方に化学を教えて頂けて嬉しかったです.CEに入って良かったと思いました(笑).1限がこんなにためになる興味をそそる授業,ほかになかったです(^w^)! 筆記もスライドもちょうど良くあって,また,スライドがとってもうまくまとまっていたので,分かりやすかったです! 試験勉強がんばります!
●今年一年間受けた授業の中で一番良かった授業だったと思います.ただ単位を得るための一つの授業というわけではなく,毎回興味をひかれ,能動的に授業に臨むことができました.どのような科目であっても,また先生の講義を受けたいと思いました.一年間ありがとうございました.
●今まで習ってきた化学の先生の中で一番わかりやすい授業でした! 高校まではすごい苦手意識が強かったのですが,少し得意になってよかったです.お世話になりました.
●一年間の講義はとても面白く,高校の内容が多かったけれど良い復習になりました.一年間ありがとうございました.
●授業内容だけではなく,関連項目も含め,興味関心がわく授業の進め方だと感じました.今までは受験のための化学だったので,あまり本質を理解できていないまま計算だけができる,暗記した,という状況でした.今学んでいることが将来どのように役立つのか確認できたのでとても良かったです.ありがとうございました.
●野島先生の授業はわかりやすいし,おもしろいし,すごくためになりました! 高校の内容が復習できてよかったです.後期試験がんばります.
●わかりやすかったです! テストがんばります!
●毎回の講義で最初に見せてくれるスライドは分かりやすく,化学に興味がわくものばかりだった.楽しく受けられたと思う.
●高校までの化学の授業がわからなすぎてついていけなかったのですが,野島先生の授業で1つ1つ細かく教えていただき,理解することができました.1年間ありがとうございました.
●ほとんどが高校の復習であったが,ところどころ医療の関係生をみながら講義が進み,化学の必要性やらが分かった.時々自分たちの興味をそそる内容の話がおりまざって,とても関心が行く授業だった.あとはテストで点をとって単位をもらいます.まぁおもしろかったです.
●1年間 1番わかりやすくて楽しい興味がもてる授業内容だった.
●高校では化学の時間ずっと内職してたので,全然できませんでした.でも,それが自分でもわかりやすく小弓がでるように講義をしてもらえてうれしかったです.まだ化学のテスト勉強をしてないですけれど人並みにとれるようにがんばります.
●化学について初歩的なことから丁寧に分かりやすくそして楽しく学ぶことができた.
●化学というと反応式を覚えたり,何を求めているのかよく分からなくなってくる計算をしたりと,あまりおもしろいイメージはありませんでした.でも,先生の授業を受けてみて,化学がどういうふうに生活に反映されているのかまで知ることができ,楽しいと思えるようになりました.自分で少し調べてみようと思ったりしているのが,一番の変化だと思います.一年間ありがとうございました.
●他の授業よりおもしろかったと思います.スライドとかあって,イメージがしやすくなったと思う.自分がこれからやっていくこと,やらねばならないこと,1つのきっかけで未来がすごく変わることを教えてもらった気がする.
●1年間ありがとうございました.先生の授業はすごくわかりやすかったです!! ただ,元々化学が苦手でついていくのが大変でした.これは完璧に自分の力不足です.前期の試験落としちゃってるので,後期は全力で頑張ります.先生の講義受けれるのはこれで最後ですかね?寂しいです.学内のどこかでお会いすることがあったら,ぜひ話しかけたいと思うので,相手してください(^o^)/笑 今日,最後なのに寝ちゃってすみません.本当に1年間ありがとうございました.
●先生の授業は分かりやすくておもしろくて良い授業でした!!一年間ありがとうございました.
●今回の講義,未来の話はとてもおもしろかったです.また,DNAシーケンサの速さと料金の変化は色々と笑ってしまいました.一年間,何だかんだでお世話になりました.テスト頑張ります.
●講義の内容はおもしろく,興味がもててテストを前期後期120点取れればOKでという制度がかなり助けられていると思う.有機は苦手だったが少しは楽になれたので良かった.
●野島先生の化学は一言で表すと,とても面白い授業でした.今まで僕は化学に対して苦手意識がありましたが,毎回の授業でどんどん苦手意識が薄れ,いつのまにかこの授業が楽しみになっていました.ぜひこのままのスタイルで授業を続けていってほしいです!
●2021年の化学はたった10年先の話なのにとても未来的に感じた.今現在の2011年も2001年から考えたらとても進歩しているので,とても楽しみです.自分は化学のテストはあまり得意ではないけれども,その分野に対しての興味は高い方だと思うので,これからワクワクしてその時代を待とうと思います.一年間ありがとうございました.
●先生の授業はスクリーンでこれから学ぶ項目が今どのように使われているのかを映し,興味を引き立てた上で授業に入り,一通り終わったらそれが今後どのように発展させることができるかを教えてくれたのでとても楽しく,また飽きずに授業がきけて毎週の化学の時間が楽しみでした.
●講義内容に関連した余談がどれも面白く,飽きない楽しい授業でした.歴史の表舞台に立っていないたくさんの偉大な科学者の話が聞けて,自分の中の化学への考えも大きく変わってとても良かった.全体を通じてとても有意義な講義でした.一年間ありがとうございました.
●最後の終わり方とてもよかったです!一年間ありがとうございました.
●先生の説明はとてもわかりやすく,化学に対して以前よりも興味がわいてきました.一年間ありがとうございました.
●講義の進め方がとても明確だったので,わかりやすかった.苦手だった計算の部分も以前より出来るようになったので,良かった.一年間ありがとうございました.
●先生は科学的なことに対して興味をもつように授業を進めてくださったので,とても楽しい講義だったように感じました.データもぜひダウンロードして保存したいです.ありがとうございました.
●一年を通じてただ単に化学の学習としてではなく,それに関連した最近の出来事や,それぞれの職種について等も学ぶことができて,知識が広がったと思う.今まで以上に興味をもって学習できた.
●全部の講義の中で一番楽しい講義でした.野島先生の説明,板書,どちらもわかりやすく,資料も配ってもらえたので勉強がしやすかったです.
●毎回の授業がとても分かりやすく良かったです.内容も興味をひくものばかりで授業を受けていて楽しかったです.すばらしい授業ありがとうございました.
●各単元のまとめプリントとても役立ちました.また,この講義では単位換算ができるようになりました.説明も分かりやすく,楽しく化学の勉強ができました.後期試験がんばりたいと思います.
●板書もスライドも見やすかった.毎回授業の最後の小テスト役にたった.ここ20-30年間で化学技術は大きく変化したので,これから20-30年後はどのようになっているか楽しみである.
●分かりやすくておもしろかったです.こんな先生が多ければいいなと思います.テストがんばります.
●前期は面白かったけど後期の有機入ってざせつしました.講義録や資料がDLできるのありがたいです.
●先生の授業は分かりやすかったです.一年間ありがとうございました.
●テストの予想問題が出るのは良いところだった.
●「一休み」がおもしろかった.
●ヤキイモなどのイベントの宣伝もおもしろかった.
●コメントがパワーポイントに載っていると やる気がでた.
●一年間ありがとうございました.まだテストが残ってはいても,講義としては今日が最後になるというのは何とも残念です.テストについては50点とれば優になりますが,今回も満点を目指していきたいと思っております.
●これから放射化学があったりと,まだまだ化学に関わることは多いです.この講義で培ってきた基礎を活かし,乗り切っていこうと思います.
●スライドが毎回おもしろかったです.高校生の頃,化学の授業が大嫌いでしたが,医療に関係するような授業内容が多かったので,少し好きになりました.全体的に楽しかったです.一年間ありがとうございました.
●高校の時は化学あんまり好きではなかったし,苦手でもあったけど,今は少し好きになり,妹の勉強もみてあげられるくらいになりました.一年間ありがとうございました.
●一人一人に合ったテーラーメイド医療が可能ってことは,変な話,一人一人に致死物質を与えることも可能ってことですか? 先生の講義楽しかったです.テスト頑張ります!! 2年に上がっても,質問しに行ったりとお世話になるかもしれませんが,その時はよろしくお願いします.
●お疲れ様でした.化学IIは勉強したことがなかったし,化学Iもまともに授業きいていなかったので,ついていくのに苦労しました.特に後期の有機!! テストは他の教科もやばいので,前期とあわせて優とれる程度に頑張りたいと思います.
●毎回,何をどの程度できればよいのか示されていて楽しかったです.ありがとうございました.
●わかりやすくおもしろい講義でした.1年間ありがとうございました.テスト頑張ります!!
●野島先生の授業,楽しかったです.話がおもしろいし,ハキハキしていて聞きやすかったです.授業の間の休憩的な話にもいろいろ興味がわきました.何回も遅刻してすいませんでした.
●昔のプロジェクトXのナレーションの声によく似ていて,おもしろかったです.
●野島先生の化学はすごーく楽しかったです! ぜんぶの教科の中で一番出席する意味のある授業でした!!まぁ,いっぱい遅刻しちゃったけど.一年間どうもありがとうございましたー!!化学とってよかったです!

前回までの講義

www.tnojima.net