東京大学産学連携プロポーザル

私たちの感覚、認知、記憶、運動などの機能は、脳の複数の領野の個々の神経細胞が相互に情報をやり取りし、神経細胞間のつなぎ目であるシナプスでの情報伝達効率が変化することで実現している。この脳内情報処理機構を理解するためには、哺乳動物モデルであるマウスの複数領野の神経活動を大規模かつ同時に測定することが不可欠で、かつ単一細胞・単一シナプスレベルでの空間解像度を持つことが望ましいが、これは現在広く市販されている蛍光顕微鏡では実現が難しい。 そこで本研究室では、複数領野の活動をイメージングするための、顕微鏡対物レンズ直下に視野を移動させる機能を持った小型光学装置（図１）を挿入する顕微鏡、「超視野２光子顕微鏡」（特許出願2015-184497）、広域シナプス活動を高速イメージング(1 mm視野、0.21 μmピクセルサイズ、60 fps)するための、8Kスーパーハイビジョンカメラとスピニングディスク共焦点顕微鏡を組み合わせた顕微鏡、「8Kスピニングディスク共焦点顕微鏡」を開発した。特に前者は、既存の顕微鏡への小型光学装置の挿入によって実現でき、最長6.4 mm離れた視野の連続イメージングが可能（図２）で、高速化などさらなる改良が見込まれる。  

脂肪細胞はエネルギーを脂肪として貯蔵する器官であり、飢えと寒さから生命を守るために発達してきた。しかし文明が進歩し便利になった現代の生活環境においては、脂肪細胞は過剰な脂肪を蓄積するなど、本来の生理的機能を発揮できず、糖尿病や高脂血症などの生活習慣病発症の一因となっている。DNA メチル化やヒストン修飾などのエピゲノムは、環境に依存して後天的に書き換えられる遺伝情報である。エピゲノムは遺伝子の働き方や細胞の質を決定する。 当研究室では、脂肪細胞において高精度・高解像度なエピゲノム解析技術を確立し、「寒い」環境がエピゲノムを変化させて脂肪燃焼体質を作り、肥満を抑制するしくみを明らかにした。また、過剰な栄養環境がエピゲノムを介して脂肪蓄積体質をつくることを明らかにした。さらにこれら基礎知見を集約し、エピゲノム編集技術を開発することで、脂肪細胞の質を制御することを目指している。  

発光性化合物は有機エレクトロルミネセンス(EL)材料などディスプレー素材として着目を浴びている。発光性物質の多くは芳香環（πユニット）で連結した化合物群であるが、その多くは有色（可視光に吸収を有する）であり、固体状態でπ-スタッキングや凝集を起こし、蛍光強度の低下がしばしば観測される。こうした欠点を打破するためケイ素を含む有機化合物の研究を行っている。具体的にはケイ素を含む5員環（ジベンゾシロール類）、6員環化合物（9,10-ジヒドロ-9,10-ジシラアントラセン類）やケイ素―ケイ素結合（ジシラン類、オリゴシラン類）を有する化合物を金属錯体触媒と塩基の存在下、効率良く合成している（図）。これらは単結晶X線構造解析により固体状態では分子間に相互作用は存在せず、それ故に固体中で高い蛍光量子収率を示す。

紫外発光ダイオード（UV-LED）を光源とする紫外線処理技術の研究開発に取り組んでいる。具体的には、紫外線による消毒（浄水、下水再生水など）の研究実績が多く、加えて、紫外線を利用した光化学分解（水中の溶存有機物など）の基礎研究も行っている。水以外にも、医薬系の流体を対象とする研究も実施している。 紫外線照射による微生物の不活化は、消毒技術として既に確立されており、有害な消毒副生成物を生じないこと、塩素消毒剤への耐性が極めて高い病原性原虫であるクリプトスポリジウムに極めて有効であること、既存施設に追加設置しやすいこと、維持管理が比較的容易であることなどの特徴を有している。紫外線による水処理技術の応用分野は、浄水処理、下水処理にとどまらず、食品、飲料、医薬品、化粧品などの各種製造業や、水産養殖業、水族館、温泉やスイミングプールなど、多様な分野で水の消毒に活用されている。 従来の浄水処理では、紫外線光源として水銀灯が用いられており、ランプ破損時の水銀漏洩リスクはゼロではない。一方、近年市場に登場したUV-LEDは超小型かつ無水銀の特徴を持ち、従来の水銀灯ではなしえなかった装置形状や用途が可能になると期待される。たとえば、水道システムが未成熟な途上国では家庭用の小型浄水器が急速に普及しつつあり、それらにUV-LEDを組み込むことで、飲み水の安全性を飛躍的に高められる可能性がある。また、先進国でも、過疎地や離島など大規模集約型のインフラ水道施設の維持が困難な地域において、地産地消で安定的に安全な水を得る分散型処理技術としての活用が望まれる。その他、従来のランプ形状に縛られない自由な発想で、使う場と用途を具体的に想定したUV-LED装置開発が期待されている。