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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(29)2022年の化学〜あなたが医療従事者として活躍している時代の化学〜

医療工2012

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前回は「いま」の化学で何ができて,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行くのかを考えました.2012年度の最終回.後期履修者93名,出席64名,出席率69 %.

講義内容要約

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  • DNAシーケンシングはコストが下がりスピードが向上しているので,個人ゲノムのシーケンシングは現実的な作業になる.個人ゲノムのシーケンシングが普及すると遺伝情報に基づく健康診断とか薬剤選定とかができるようになるから医療が発展する.
  • 蛍光イメージングが生命科学と医療技術の発展に貢献している.癌細胞だけを緑色に光らせる有機化合物が開発されたので,色の違いを見ながら患部を切除していく外科手術法の実現が夢ではなくなりつつある.
  • 身体を構成する材料を模倣した人工材料を用いることにより,拒絶反応のリスクをコントロールできるようになる.たとえば細胞膜を模倣したポリマーで透析フィルターをつくることにより,透析治療を受ける患者の免疫系を不必要に刺激することなく血液浄化が可能になる.
  • 温度変化に応答して分子構造を変化させるポリマーを用いることにより,細胞シートを調製し傷付けることなく取り扱うことができるようになった.再生医療の進展を高分子化合物の分子設計から化学が支援している.
  • 直径数百マイクロメートルの微粒子を遠隔制御する技術が実現すれば,立体構造を自由自在に変化させる物体をつくることができる.
  • 人類の願いと思いが優れた技術を実現し,未来の社会を建設して行く.願いは常に叶うとは限らない.しかし,願っていなければ叶うことはない.

事前配布資料

キーワード

Mutating matter,SNP,一塩基多型,遺伝子診断,温度応答性ポリマー,個人ゲノムシーケンシング,生体適応性ポリマー,リアルタイム癌細胞イメージング

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43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.

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昨年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.

D

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.

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

1年間を通じて:特に医療とのつながり

●今までの知識や新しい知識がどのように医療に関係しているのかや,技術ができたバックグラウンドなど,興味がわくような授業だったのでよかったです.

●1年間ありがとうございました.もし無事に臨床工学技士になれても日々進歩する医療についていけるか少し不安です.社会人になってからも日々勉強しなければならないと思うとゆううつで立派なCEになるためにがんばります.

●1年間ありがとうございました.化学が野島先生で良かったです.医療につながる化学講義で分かりやすい講義でした.Twitterいるのでこれからも絡んで下さい(笑).後期試験頑張ります!

●1年間先生の講義を通じて将来医療従事者として働くためには多くの知識をもって信頼される人間になることが大切だと思いました.ただ教科書の用語を覚えるのでなく,それをいかに活かせなければならないのだと感じました.

1年間を通じて:全般

●授業がわかりやすく,とても面白かったです.化学がより好きになった気がします.1年間ありがとうございました.

●楽しくてわかりやすい授業でした.1年間ありがとうございました.

●一年間ありがとうございました.最後の化学のテストは気持ち良く締めくくりたいのでよろしくお願いします.お疲れ様でした.

●化学は高校であまりやってきていませんでしたが,その程度の知識でも授業中に扱っている内容がよく理解でき,新しく習ったことでもこういうことなのかと理解できたのが良かったです.

●化学の講義毎回おもしろかったです.1限でしたけど頑張って起きて来る価値がありました.野島先生の授業が終わってしまったのはとても寂しいですが,後期試験を乗り越えて進級したいです!一年間ありがとうございました.たぶん(笑).PS やきいもおいしかったです!! 来年もぜひ参加したいな〜

●テストがんばります.1年間ありがとうございました.

●一年間ありがとうございました.テスト頑張ります.

●1年間ありがとうございました!来年またお世話にならないよう後期試験はがんまります.先生のHPに後期試験対策のプリントだとか,過去問をおいていただけると嬉しいです.

●1年間ありがとうございました.高校の化学から大学の化学へステップアップするのに野島先生の授業はとてもわかりやすくて楽しかったです!再履修には絶対にならないので,授業でお会いするのはこれでラストですね.野島先生のため自分のためにも1月の試験がんばります.ありがとうございました.今年のヤキイモ行けなかったので来年・再来年いきます.

●化学はとても苦手ですが,この講義はすごく分かりやすくて良かったです.とにかく後期試験頑張ります.1年間ありがとうございました.

●一年間化学を教えて下さりありがとうございました.先生の授業は興味をひく内容が多く聞きやすかったです.おつかれさまでした.

●書くことが早く多くてそっちに必死でなかなか解説をきけなかったことが心残りでした.ですが,きちんと解説をきいたところはよくわかりました.高校で習ってきた常識がくつがえされたりするときは理解することが難しく,慣れませんでした.きちんと記憶しなおさなければと思います.

●1年間ありがとうございました.電子の雲の話はまだちょっと苦手です.

●水曜1限というのは辛かったですけど,化学の授業はわかりやすいし興味深い内容を説明してくれることが多かったので,年間を通じてほぼ遅刻欠席せずに毎回出席することができました.あとはテストです!頑張ります!

●1年間ありがとうございました.わかりやすい授業だったので新しいこともよくわかったし今までの復習にもなりました.1限っていうのがつらかったです笑.できれば2年3年になっても先生の授業があればいいなと思いました.

●一年間,化学の授業を通じて行ってきて,先生の補足説明や談話などで医療の分野で,また,それ以外の分野でどう化学知識が活用されるのかよくわかりました.同時に,実験も含めてしっかりした知識がないととても危険であることが十分にわかりました.今年は体調のせいで休むことが多かったんですが,最後にこれてよかったです.学んだ事は忘れないでいかして来年度も勉強して行きたいです.

●毎回の授業のテーマを世界の背景を交えて説明してくれるのが面白かったです.すこしユーモアあるギャグを入れてるのも良いと思いました(笑).後期のテスト頑張ります!

●化学は苦手できらいでしたが授業はとてもわかりやすかったです.たまにする話にも興味をもてました.再履修にならないように頑張ります.

●授業内容が毎回分かりやすかったし授業の最後にやるスライドでは意外なところに化学が使われているということや少しやり方を間違えただけでとても危険なことになるということがわかった.

●化学が楽しく勉強できて良かったです.

●1年間を通じて化学というもへの見方がプラスの方向へ変わった気がします.

●化学は今まであまり勉強していなかったので,最初のころは全然理解できていなかったが,この講義を受け,化学に興味を持つことができました.医療にも大きく関係しているため,しっかり勉強しなきゃと思いました.一年間ありがとうございました.

●高校時代3年間化学を学んで来ましたが得意になれず楽しさがわからないまま終わりました.正直大学に入って化学を学ぶと知ったとき,あまりうれしくなかったです.でも実際,大学の化学は今までとは全く違い,より深く興味深いものでした.そのため,この1年間の化学は私が知っている化学史上,最も楽しく,ためになったと思います.このことを将来に役立てられたらと思います.ありがとうございました.

●1年間の講義を終えて,とても充実した授業を受けられたと思っています.高校から化学は好きだったので,よくわからないような状態になることなくわかりやすかったです.

●1年間ありがとうございました.先生の授業は大学のわけわからない先生たちもいる中,一番おもしろくて楽しかったです.黒板も見やすく,一休みも良かったです.

●後期の有機化合物はやはり苦手ではありますが,基礎をしっかり理解してテストに臨みたいです.1年間ありがとうございました.

●一年間ありがとうございました.いつも興味をもてる授業でよかったです.

●毎回の授業の最後の最後ににしてくださる先生の化学についてのお話は,授業では養えない化学の知識が深まり,また化学に対する興味もとてもためになりました.

●化学楽しかったです.高校までの化学と比べ化学にとても興味を持てるようになりました.苦手な科目でしたがそれでも好きになれました.一年間ありがとうございました.

●化学の講義はわかりやすかったです.授業プリントもしっかり活用します.ありがとうございました.

●一年間ありがとうございました!!高校でざせつしてから「現世はもちろん来世だって化学だけは絶対やらねぇぞ!!」と思っていた僕ですが先生の化学はフル出席しました!先生の説明はとてもイメージしやすく,高校でつまずいた内容も先生の授業に出て「あ,なんだ,そんなことか」と理解できたことが多かったです.きっと先生にとっての「化学の神様」もいることだと思いますが,今の僕にとっては間違いなく,先生が「化学の神様」です!!長いと思ったらあっという間だった一年ですが,本当にありがとうございました!!試験がんばって無事進級します!!

●もともと化学大好きだったけどこの授業を通してさらに好きになりました.最後は試験で優をとってみせます.一年間ありがとうございました.

●テストがんばります.一年間楽しい化学の授業をありがとうございました.

●1年間ありがとうございました.先生の化学とてもためになったし,ちゃんと授業聞こうと思えるような授業でした.優とれるようにテスト頑張ります!!

●なるほど!と思う瞬間がたくさんあって非常に勉強になった授業でした.毎回,最後にスライドを使っておもしろいニュースや実験を見ることができ,いつも楽しみにしていました.ただ1限じゃなかったらもっと良かったです.

●私は高校のとき化学をIまでしか履修していなかったのでついていけるか不安でしたが思っていた以上についていけたのは野島先生の授業が分かりやすく楽しかったからだと思います.期末試験もしっかり勉強して化学の理解を深めたいと思います.

●野島先生の授業はスライドを活用されたり,とても興味深かったです.元々化学は好きでしたが,より化学の無限さ,応用力を知り,より魅力的に感じました.1年間ありがとうございました!

●一年間お世話になりました.私,一回も欠席してませんよ♡Chemistryを楽しく学ぶことができてよかったです.

●化学に対してさらに興味がわきました.質問があったらメールしたいと思います.

●化学の深みを知れた.今後に活かしていければいいと思う.

●1限ということもあり全部は起きていられなかったのですが,最後の話はとても楽しかったです.勉強は自分の生活に関連づけるとやっぱり面白いです.

●前期で一応「優を取れるよう頑張る」と書いたので試験頑張ります(汗)ありがとうございました.

●1年間講義ありがとうございました.テスト大変だけど頑張ります.

●先生の講義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.

●コメントの1/3くらいはざせつって書いていた気がします・・・1900年代後半に映像通話付きのイスを夢見ていた人が,今,skypeやスマートフォンを見たら,このイスは未来にとっては不便なのかと感じるのに少し悲しくなりました.20年後にスマートフォンがどうなっているかは想像できませんが,それは10年後に実現できているかもしれないのが驚きです.

●大学に進学していろんな講義を受けて,先生方の話すことがあまりおもしろいと思えなくて,講義がつまらないと感じていたけど,野島先生の授業は説明もわかりやすいし,私たちの興味を引き出すような話し方で講義してくださるので,毎週授業を楽しみにしていました.途中から1限ということで遅刻してしまうこともありました.ほんとにごめんなさい.でもちゃんと反省して今日も,前回も時間にちゃんと間に合いました.最後の講義に間に合えてよかったです.先生の講義がほんとーに一番おもしろかったです.1年間ありがとうございました.テスト受かるように頑張ります.

●化学が世の中に対してどのように関係しているか,また関係してきたかをいろいろ知れて良かったです.

●その講義での内容が日常でどう応用されているのかなど,日常とリンクさせてくれるおかげで化学がより面白いものだと感じることができた.適宜スライドを使ってくれるのもありがたかった.単位が取れなくて化学がめんどくさい,きらいなものにならないようにテストに臨みたい.

●1年間この化学の講義を受けたが,大学の講義の中で一番楽しくというか,興味をもってのぞめたと思う.勉強以外の小話も大変面白いもので良かったです.テストは自信はないですが,準備はきちんとします.

●前期,成績が良かったので後半もがんばって通年成績で優をとりたいです!!1年間ありがとうございました.

●野島先生の講義は,他の先生と比べ,毎回計画がしっかりしてあって説明も誰よりも分かりやすくて初めて化学に興味を持つことができました.もともと化学は苦手ですが単位を落とさないようにテスト勉強がんばります!

●大学の講義の中で一番わかりやすい授業でした.また,将来の話や日常品の隠された化学について聞くことができ楽しい授業でした.後期試験は,まず有機を約100個近く覚えることから始まるので絶望的です.でも楽しかったです.1年間ありがとうございました.

●一年間ありがとうございました.化学の講義楽しかったです.後期のテスト頑張ります.

●一年間お世話になりました.受講している講義の中で一番楽しみで面白い講義でした.化学に対する関心や興味が湧き,意欲的に取り組むことができました.後期のテストを頑張りたいと思います.ありがとうございました.

●1年間どうもありがとうございました.化学嫌いだったのが先生のおかげで好きになりました.最後の授業の後半は寝てしまいました.

●1限じゃなければ全部遅刻せずに講義を聴けたのになと思います.大学の先生は研究が主な仕事なので教え方にそんなに力を入れていない先生が多いときいていましたが,野島先生の授業は高校の授業より面白かったです.この勉強が将来のどこに役立つのか具体的に明確に示してくれているのが良かったです.本当は高校の先生にもやってほしいことなんですけどね・・・.

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地獄の計算問題

●前期では濃度計算が高校のときよりも理解し,解くことができるようになったので自分でもすごく驚いています.

●計算問題に関しては高校の時苦手だったんですが,単位換算という方法を手に入れてからは慣れればわかりやすくなりました.なので今は計算にあまり抵抗を覚えなくなりました.

●野島先生の授業は,毎回,とても新鮮な感じのする授業でした.単位換算の仕方など,高校のときに学んでおけば模試でもっといい点が取れたのにと思いました.

未来の技術

●1年間医療と化学のかかわりなど聞けてよかったです.化学によって日本や世界の医療がとてものびているとわかりました.今後もっともっと発達して医療が革新してほしいと思いました.

●2022年,医療技術が進歩しているといいですね.

●臓器とかもつくれるようになればドナーの問題もなくなっていいと思いました.

●空間でプログラムするという考えは自分には無かったから驚いた.「こうなったらいいな」,「ああなったらいいな」と想像することは人類の進歩のための大きな原動力になることを知ることができた.自分の将来についても想像していくことが大事だと思う.

●今回の講義楽しかったです.医療技術はここ数年ですごい早さで進歩しているんですね.数年後にどんな技術があるのか想像していくと楽しくなりました.技術がもっと進歩して,より人々が治療しやすくなるといいなと思いました.人の「もっともっと」の探求心はすごいですね.

●まだ人工臓器を作ることはできないのか.その温度で構造が変わる分子を使ってはやく実用化したらいいと思った.DNAを読むのが1万円でできるようになったら日本の医療の仕方は変わるだろうなー.今と違うことを勉強しなきゃいけなくなるかもしれない.ドナー,医療費,様々な問題が科学の進歩によって解決されようとしていることに驚いた.

●想像したり夢を叶えようとする意思はとても大切なことだと思います.個人的には妥協をしないことも大切なことの一つだと思っています.今度の後期試験は化学以外にも大変な科目が多く有りますが,できる限りの努力を尽くしたいです.初めて先生の授業を受けたときは,高校で学んだことと重なることが多く,楽だなと感じる時が多かったです.ですが,授業を受けて行くうちに他分野と絡めた話をして下さったり,より深い化学の話をして下さったりして授業はより難しく面白いものだと感じるようになりました.一年間ありがとうございました.習ったことを将来大いに活用できるよう努力したいです.

●先生の講義は未来はこんなに化学技術が進歩し,こんなことができるんだという希望が持て,とてもワクワクしました.また前期のテストで点がとれたことも理由のひとつかもしれません.後期のテストもがんばります.

質問

●野島先生は東大出身って聞いたのですが本当ですか?

くわしくはこちら→野島高彦

●iPS細胞って実用化までどれくらいかかりますか?

私にはわかりません.まだ人体実験まで進んでいないことや,癌化のリスクが残されているあたりを考えると,来年とか再来年ということはないでしょうね.

●素朴なありえないに近い疑問かもしれないが22世紀にはドラえもんがいるのでしょうか?

そういうものが必要とされれば似たようなものができるかもしれません.ロボット玩具やロボットペットは市販されているので,それを高度化したようなものはできるでしょう.それ以上は,その時代の人々が機械に何を求めるかです.

●血液型の話は,私も疑問に思います.インチキならなぜこんなにも浸透してしまったんですかね.

なんとなく医学っぽい感じがするのと,4種類の分類ってのが手頃だったんでしょうね.

リンク

www.tnojima.net
www.tnojima.net

第1回からの配布物ダウンロード

第19回までの範囲を解説した教科書

はじめて学ぶ化学

はじめて学ぶ化学

 

参考書籍

DVD&図解 見てわかるDNAのしくみ (ブルーバックス)

DVD&図解 見てわかるDNAのしくみ (ブルーバックス)

 
マクマリー有機化学〈下〉

マクマリー有機化学〈下〉