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セミナー「バクテリアのタンパク質から人口網膜を創る」 |
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～ＩＤＥＣ・第123 回産学交流サロン～
創薬分野からも注目浴びる
横浜企業経営支援財団ではこのほど、第123 回産学交流サロンで「感光性タンパク質を用いる光センサー」をテーマにセミナーをおこなった。講師は桐蔭横浜大学医用工学部生命環境システム工学科学科長の小山行一教授。以下はその要旨。
■飽和食塩水中のバクテリアが光を感じる
 感光性のタンパク質である「バクテリオロドプシン（ＢＲ）」を工学的に応用して、人工網膜を作りだせないか、その可能性を追求している。ＢＲとは、バクテリアにある光を感じるタンパク質で、分子１個で機能するため、分子機械のモデル化合物としてバイオエレクトロニクスや、分子素子の分野でいま注目を浴びている物質だ。
このＢＲを造り出すバクテリアは、飽和食塩水中のなかで繁殖できるような特殊な性質を持っており、このバクテリアのいる溶液は紫色になっているのでよく分かる。研究ではこのバクテリアを実験室で培養し、そこからＢＲを単離・精製して研究に供している。
ＢＲのサイズは直径約５ｎｍ（ナノメートル）と極めて小さいが、これが光に反応する実験ではこのＢＲを電気化学セルに張り付け、一方から光を当ててオシロスコープで計測してみた。すると、ある独特の光電応答がみられた。
■人の網膜と同じ光電応答をする
じつは、この光電応答は、網膜でみられる特徴的な応答と同じパターンなのだ。そこで、これを人工網膜に応用できないか研究を始めた。たとえば、このＢＲをガラス基盤の上でマス目状に並べて、光に対する反応を電気信号に換えるセンサーを作り、その電気信号をＬＥＤのディスプレーに写し出せるようにしてみた。
すると、そのセンサーをＴ字型のものでさえぎると、ディスプレーには同じようにＴ字型が写しだされた。ただし、これは光を当てた瞬間にだけ起きる現象で、持続性はない。これらの実験によりＢＲは対象物の動きを検出したり、輪郭を強調できることが確認できた。
■視神経に問題がなければ治療できる
視力に障害が起きる眼の疾病は、その原因を大きくふたつに分けることができる。ひとつは網膜に起因するもの、もうひとつは視神経に関係するものだ。たとえば「糖尿病性網膜症」や「緑内障」は視神経にその原因がある。
一方、視野の周辺部から視力がしだいに失われてくる「網膜色素変性症」や、視野の中心部分が失われる「加齢性黄班変性症」は網膜に問題がある。人工網膜は、これらの治療に役立つと考えられる。
人工視覚をもちいた治療には、網膜移植、視神経移植、視覚領域移植の３つがある。一般的なのは網膜移植で、これはさらに移植する場所により、網膜前面、網膜後方、ハイブリッド型に分類することができる。
■視神経とのインターフェイスが実現のための課題
この人工視覚でこれまで研究されたものには、視神経にチップを埋め込み、特殊なメガネで捉えた映像をマイクロウェーブでチップに伝送する方式や、脳の視覚野に電極を埋め込み、やはり特殊なメガネで捉えた映像を電気信号を使い、脳に直接送る方式などがある。
いうまでもなく、ＢＲを使った人口網膜なら、このような特殊なメガネは必要ない。ただ、このほかの方式も同様であるが、人工網膜と視神経をつなぐインターフェイスの部分が研究されなければならない。これが今後の大きな課題となる。
■医薬品開発のモデルタンパク質にも利用できる
ところで、このＢＲは１本のペプチド鎖が細胞膜を７回貫通する構造となっていることから、近年注目が集まっているＧＰＣＲ（Ｇ－タンパク質共役受容体）のモデルタンパク質としても期待が集まっている。
ＧＰＣＲは嗅覚や味覚など、外から与えられた刺激に反応し、体内に伝達する受容体で、人の体の中にたくさんある。たとえば、最近の遺伝子解析で人のＧＰＣＲは約５０００あることがわかっている。ただ、その存在が確認されているのは約１５００程度にすぎない。
ちなみに、市販されている薬剤の約５０％はＧＰＣＲに作用するように作られており、現在これは巨大な創薬のターゲットになっている。今後もこのＢＲは医療分野での研究が進みそうである。
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