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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)

看護学科の化学講義(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〜

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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36名,出席29名,出席率81 %.

講義内容要約

  • 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

未来へつながる

●1980年代には8000年もかかっていた個人のDNA解析がもしかしたら2014年には1時間1万円で出来るようになるかもしれない,ということにゾクゾクしました.この講義で化学の授業としての知識だけでなく,この世の中での活用のされ方や普及されていることを知り,今まで化学に貢献してきた全ての人に感謝したいです.そんな中の一人であろう野島先生にも・・・化学の魅力あふれる授業ありがとうございました.化学大好きです!!

●化学ってすげーって思いました.1年間ありがとうございました.最後,テストがんばります.

●化学の力で医療技術が発達していることがよく分かりました.本当にすごい!!!です.化学は苦手だし嫌いだったけど少しは好きになれそうな気がしました.それにしてもマイナスイオンのドライヤーを信じて今も使っている私はバカでした.笑.1年間ありがとうございました.

ララララLife goes on

●化学の授業は退屈がなかったです!「ひと休み」を入れる先生は野島先生でした!あと,先生の名言集は心を揺さぶりました.先生は本当に人生ENJOYしてるし,先生は人をHAPPYにする力があって私は尊敬しています!大嫌いな化学をここまで熱心に授業をきこうとさせて下さって,ありがとうございました!!またtwitter上で絡んでください.

●化学は得意ではないけど先生の講義は楽しかったし先生はおもしろい! 先生の人生楽しそうでうらやましい ほんと!! あたしもそうなりたい!!!

●先生おもしろすぎです!! 化学,あんまり好きじゃなかったけど先生の授業はたのしかった!! やきいも楽しかった!!ついったーもおもしろい!!!ありがとうございます!! また♡

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1年間を通じて

●最後の先生のメッセージに気持ちが引き締まりました.化学,正直いうとものすごく嫌いだけれど,先生の授業は楽しかったです.授業のあと,いつも確認プリントの下にあるコメント欄,書くのよくサボっててすみませんでした(笑).1年間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.化学は好きだけど苦手でだんだんきらいになってっちゃってたけど今回野島先生の化学とれて得意になれなかったけど,またおもしろいなぁと思えるようになりました.授業おわっちゃうけど,やきいもとかの企画もたのしかったです.またそういうのほしいです!参加したいです.楽しい授業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.私は化学が高校のときから好きだったので,楽しみな授業の一つでした.高校,予備校,大学と講義を受けてきて,今日で最後なのかと思うとさみしいです.将来,この知識が必要になった時は,プリントやノートに戻ってきたいと思います.

●テストに出るような化学は好きになれないです.でも今回の授業のような話は好きです.テストがんばりますね.2文字にならないように→評価が!!

●1年間ありがとうございました.先生の授業は高校の時よりもわかり易くて面白かったです.化学の進歩は日々速くて,将来がどのように変わって行くか楽しみです.

●1年間ありがとうございました.化学は高2であきらめてだーいきらいだったけど,今でもらーいきらいだけど,先生の授業はめっちゃ楽しかったです♡(英語ばっかやってたけどwww).この授業がなくなると思うとなんだかちょっぴりさみしいです♡

●寝たり遅れたりしてばかりでしたが化学選択して良かったです.最後のひと休みが面白くて好きでした.今回の授業は本当に出て良かったなと思いました.先生からのメッセージ忘れません.一年間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!化学の再履修は嫌ですが,また野島先生のおもしろい講義聞きたいです.ぜひ看護学科に来て来年以降も教えて下さい笑

●結局,最後の授業も途中で意識が飛んでしまいました(>_<)ごめんなさい.野島先生の授業は専門科目の先生のスライドと違って楽しく,興味を持たせるようなものだったので良かったです.一年間ありがとうございました.

●先生の授業わかりやすくて好きでした! 化学選択して正解でした(^o^)/ 高校の時より化学が好きになりました.たくさん寝てしまってすいません.先生の授業がつまらないのではなく,私の体調管理と集中力の問題でした・・・ごめんなさい! 1年間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.とてもためになる授業でした.板書やプリント,スライドはとてもわかりやすいものでした.化学IIを高校で履修していなかったけど,この1年間をのりこえることができました.この授業で化学はいろいろな場面で役だっていることを知りました! やきいもおいしかったです!!

●野島先生の化学は今まで持ち続けてきた化学の印象を変えて下さるような講義でした.私,先生の雑談と言いますか,scienceに関連のあるトピックをスライドで見るのが大好きでした(・∀・*)笑.来年度,化学の授業がないのが非常に残念です(>_<)また先生とお話しなどをする機会がありましたら是非☆したいです!1年間,本当に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.受験で勉強したのとはまた違う化学を教えていただきました.先生の授業はとても楽しかったです!!この授業をとって良かったです.本当に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.先生の授業はとても楽しくて化学は苦手だったけど,そんな私にもわかるような説明で,ひとやすみの時間は,ためになる話で毎回ほんとに楽しかったです.

●高校のとき習ってわからなかった所が分かるようになったのは先生のおかげです!授業も楽しかったし,さつまいもも楽しかったし,野島先生の化学とって良かった(^^).普段の私生活と化学が意外なところで結び付いている,というのも興味深かったです!化学ちょっと好きになりました.ありがとうございました!

●1年間この授業を受けてきて,視野が広がったような気がしたし,高校のときみたいに複雑に中へと入らず,簡単なように見せかけながら授業されているのが良いなと思いました.朝,なかなか起きられなくて遅刻しがちでした.ごめんなさい.試験がんばります.

●授業とても分かりやすかったです.高校の時と比べて何倍も理解が深まりました.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.化学すごく苦手って思っていたのに,身近なものに感じることができました.

やきいものおもいで

●やきいもとかの企画もたのしかったです.

●焼きいもおいしかったし楽しかったです♡

●やきいも楽しかった!!

●やきいもおいしかったです!!

●焼き芋大会がとても楽しかったです.おいしかったです.バターがとっても良かったと思います.来年もぜひ参加したいです.

●やきいもパーティーではおいしくお腹いっぱいになりました♡

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バトンタッチ

●先輩にすすめられてこの授業を取りましたが本当に本当に取ってよかったです.野島先生の化学で学んだことを知っているのと知らないのとではこれからの私の考え方に大きな違いがあると思います.先生の授業の上手さ,パワーポイントの使い方や,話の組み立て方は,初めて聞いたときから感動しました.最後の2コマは90分パワーポイントを操りながらしゃべりっぱなしで本当にすごいです.私も先生のように人に伝わる話ができるようになろう!!と思いました.今まで化学は発展しないほうが良いのではないかと心のどこかで思っていましたが,世界中の人々の健康のためには,とても必要なのだと思いました.本質を見抜きながら科学技術を上手に使える人になれるようにがんばります!

●1年間ありがとうございました.4月の時点ではとりあえず化学はそれほど嫌いではないし先輩からのすすめもあって何となくこの化学を受講しましたが,今思うと受講して本当に良かったと思います.先生の講義はいつも,なんていうか,気迫(?)に満ちていて,私たちに一生懸命伝えようという思いがひしひしと感じられました.でも,それでも,ときには睡魔に負けてしまうこともありました笑.すみません.1年間ありがとうございました.化学楽しかったです!

●今まで化学をやったのは高校のときに「理科総合A」という授業でしか習っていませんでした.授業選択のときに迷ったのですが,先輩方に「絶対 化学が良いよ!」と言われ,思い切って化学にして良かったと思っています.先生の講義はあまり気むずかしい感じでなく,科学が身近に感じられる楽しい授業でした.化学なんて嫌いでしたが,この一年で少し好きになることができました.一年間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!!来年もキラキラ素敵な先生で元気に授業して下さい.後輩もしできたら化学をオススメしときます.

質問

●野島先生が化学を極めよう(学ぼう)と思ったきっかけは何ですか?

この世界がすべて原子という小さなブロックが組み合わさってできている,という仕組みが魅力的に感じられたことです.

前回までの講義録

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〉