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齲蝕

口腔バイオフィルム機能解析システム:「何がいるか?」から「何をしているか?」まで

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  •  歯、舌、口腔粘膜には、500種を超す膨大な数の微生物がバイオフィルムを形成し、齲蝕、歯周病、口臭などの口腔疾患、さらには歯科材料劣化の原因となります。
  •  私どもは、構成菌種や機能(代謝)をメタゲノム、メタボロミクスといったオミクス技術や最新の検出技術で解析すると共に、その多くが嫌気性菌である構成菌を生きたまま取り出し、高度嫌気性実験システムを用いて機能解析を行っています。「何がいるか?」から「何をしているか?」までを知ることで、初めてその制御(予防と治療)が可能となります。
実用化イメージ

口腔バイオフィルム性疾患(齲蝕、歯周病、口臭、誤嚥性肺炎など)のリスク診断
・薬剤や食材の口腔バイオフィルム機能への効果
・バイオフィルム性材料劣化の評価

研究者

大学院歯学研究科

髙橋 信博  

Nobuhiro Takahashi

渦電流試験

電磁センシングによる材料劣化損傷の非破壊評価

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概要

次世代輸送システム・エネルギープラントの合理的管理・高信頼化のため,構造材料の劣化・損傷に対するセンシング,およびモニタリング技術に関する研究を行っています.特に高い信頼性が求められる金属材料、複合材料の電磁非破壊試験による材質評価法と劣化診断法を開発しています.CFRPの炭素繊維の密度・配向評価、金属材料(磁性材料)の残留応力評価、などを定量的かつ高精度に評価することを目指し研究を行っています.

従来技術との比較

モデリング、数値シミュレーションと非破壊試験を融合させることにより、材料の電磁特性を定量的に評価し、材料の劣化と損傷を推定する

特徴・独自性
  • 電磁特性に着目した材質と材料劣化・損傷の評価など。
実用化イメージ

現在、鉄鋼材料の欠陥検出やCFRPの材質評価に関する共同研究を実施中。再使用ロケットエンジンの検査法としても検討が進められている。

研究者

流体科学研究所

内一 哲哉  

Tetsuya Uchimoto

宇宙

宇宙探査ロボットの研究・開発

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 月や火星などの未知の不整地を移動探査するロボットの技術を研究・開発しています。ロボットの移動機構として不整地走行に適したメカニズムの開発、また砂状の滑りやすい地形での駆動制御の研究を進めています。レーザー測距の技術を用いて移動しながら3次元環境地図を作成し、障害物回避等の自律制御および遠隔操縦支援に役立てる技術を開発しています。JAXA 小惑星探査機「はやぶさ」「はやぶさ2」の開発にも貢献しています。
実用化イメージ

地上での探査ロボット、災害対応ロボットにも応用可能です。

研究者

大学院工学研究科

吉田 和哉  

Kazuya Yoshida

超小型(50kg級)人工衛星の研究・開発

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 大きさ50cm 立方、質量50kg 級の超小型人工衛星を大学の研究室で設計・開発しています。2009年1月に打上げられた東北大1号機衛星『雷神』を皮切りに、この15年間で15機以上の超小型人工衛星(CubeSatを含む)を開発し、軌道上運用を行っております。50kg 級衛星としては、世界最高性能のポインティング制御による高解像度の地上写真画像撮影、および多波長画像撮影技術を確立するなどの成果をあげています。研究室で開発した技術の社会実装として、株式会社ElevationSpace およびシスルナテクノロジーズ株式会社の2社の大学発スタートアップへと展開しています。
実用化イメージ

宇宙開発は国の専門機関が行うものという常識を破り、短期間・低価格で衛星を開発し、リモートセンシング、地球観測、宇宙探査等において新しい応用分野を開拓することに挑戦しています。また、衛星搭載機器の実装技術にも実績をあげており、産学連携の可能性を模索しています。

研究者

大学院工学研究科

吉田 和哉  

Kazuya Yoshida

ウルトラオーファンドラッグ

遠位型ミオパチーに対する治療法の開発

概要

遠位型ミオパチーの一種であるGNEミオパチーは、体幹から離れた部位から筋肉が萎縮、変性し次第に体の自由が奪われていく希少疾病で、指定難病の一つです。本疾患患者ではGNEという酵素の遺伝子に変異がありアセノイラミン酸などシアル酸合成ができません。国立精神・神経医療研究センター疾病研究第一部においてモデルマウスを作製し、アセノイラミン酸の経口投与の予防効果が得られました。

従来技術との比較

2010~2011年に、世界で初めて医師主導治験として第Ⅰ相試験を実施し、安全性を確立した。医師主導第II/III相試験、延長試験、有効性確認試験を経て、2024年3月にノーベルファーマ社が商品名アセノベル®として製造販売承認を取得しました。今後は本シーズで培ったレジストリやプロトコル作成のノウハウを活かして他のシアル酸補充やウイルスベクター、酸化的ストレスを標的とした治療開発が進むことが期待されます。

特徴・独自性
  • 以下のような特徴・独自性を持ちます。
  • ・2010 ~ 2011年に、世界で初めて医師主導治験として第Ⅰ相試験を実施し、安全性を確立しました。医師主導第Ⅱ / Ⅲ相試験、延長試験、有効性確認試験を経ました。
  • ・2024年3月にノーベルファーマ社が商品名アセノベル® として製造販売承認を取得しました。
  • ・ウルトラオーファンドラッグとして期待されます。
実用化イメージ

今後は本シーズで培ったレジストリやプロトコル作成のノウハウを活かして他のシアル酸補充やウイルスベクター、酸化的ストレスを標的とした治療開発が進むことが期待されます。

研究者

大学院医学系研究科

青木 正志  

Masashi Aoki

運動

運動リハビリ・健康支援のためのウェアラブルシステムの開発

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 事故や病気などによる脳や脊髄の損傷により生じた運動機能の麻痺や、高齢による運動機能の低下に対して、機能的電気刺激(FES)を応用した手足の動作の補助・再建・訓練する技術、慣性センサ(ジャイロセンサや加速度センサ)による計測・評価技術の研究開発を行っています。ウェアラブルシステム化、運動学習のリハビリテーションへの応用、運動機能評価・運動効果判定システム、個人に適した運動プログラム提供を目指しています。
実用化イメージ

電気刺激を用いた新しい運動リハビリ法、運動訓練時の情報提示、運動訓練機器や訓練方法の定量的評価など、健康・福祉、リハビリテーション医療に関する分野への応用が期待されます。

研究者

大学院医工学研究科

渡邉 高志  

Takashi Watanabe

培養筋細胞を運動させる

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 培養ディッシュ上で活発に収縮活動する培養筋細胞系を作製しました。既存の培養系で得られる培養筋細胞は、収縮能力が全く未熟であるため、代謝能力も貧弱で、マイオカイン分泌もありませんでした。「運動できる培養筋細胞」を利用することによって、これまで動物実験に依存していた骨格筋の研究を培養細胞系へと移行させることが可能になります。
実用化イメージ

筋肉細胞とその運動効果を治療標的とした新たな薬剤の探索が飛躍的に加速されるものと期待されます(2型糖尿病治療・筋萎縮予防・運動効果の増強・筋の健康維持を促す薬剤のスクリーニングなど)。

研究者

大学院医工学研究科

神崎 展  

Makoto Kanzaki

運動解析

生体用モーションキャプチャシステムの開発

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 生体に関する様々な運動を非接触かつ非侵襲的に計測することが可能な生体用モーションキャプチャシステムの開発を行っています。口腔内など遮蔽された空間でも利用可能な磁気式システムでは、最新の磁気工学技術によるLC 共振型磁気マーカを利用し、外部からの磁場印加によるシステムのワイヤレス化を実現しました。さらに光学式システムでは小型軽量の赤外線反射マーカを利用し、250ヘルツにて50箇所までリアルタイムでの同期的計測が可能なシステムの開発に成功しています。
実用化イメージ

本システムでは生体に関する様々な動作解析が可能で、非接触かつ非侵襲的な動作解析を必要とする診断・医療機器などへの応用が可能です。条件に合わせてシステムを特化することもできるので、本システムを活用したい企業や団体との共同研究を希望します。

研究者

大学院歯学研究科

金髙 弘恭  

Hiroyasu Kanetaka

高速リアルタイムビジョンと低遅延映像ディスプレイ

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 産業応用において視覚処理・画像認識はますます重要な技術となっています。視覚は第一義的には姿・形をとらえる感覚ですが、それと同時に「動き」をとらえる感覚でもあります。当研究室では、動きをとらえるセンサとしてのビジョン技術という視点から、高フレームレートビジョンシステムとその応用や、LED光源、レーザ光源、プロジェクタ等の能動照明との連携、加速度センサ等の他のセンサとの情報融合などについて研究を進めています。さらに、独自開発の低遅延プロジェクタを高速カメラと組み合わせることにより、素早く動く物体表面上に映像がぴったりと貼りつくプロジェクションマッピングを実現しており、様々な応用を展開しています。
実用化イメージ

運動する対象の計測全般において、高フレームレートビジョンは強力なツールとなります。これらと低遅延ディスプレイ技術を組み合わせることで、高度な人工現実感・拡張現実感技術の実現に貢献します。

研究者

未踏スケールデータアナリティクスセンター

鏡 慎吾  

Shingo Kagami

運動介入

スマート・エイジング実践法の開発

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 健康長寿社会の実現をめざし、個人が多様で複雑な社会の中で、脳と心の健康を維持・向上させ、発達・加齢の各段階で健やか、且つ、穏やかな心を保つことを可能とする様々な技術開発を、脳機能イメージング研究、認知科学、心理学などの基礎研究の知識と技術を応用して行います。健康な社会生活を送っている人たちが、より幸せな人生を歩むことができることを目的としていることが最大の特徴です。
実用化イメージ

生活の質向上、認知機能維持・向上、ストレス軽減、コミュニケーションスキル向上などを可能とするシステム開発を目指すため、医療・福祉、教育、情報・通信、生活に関する製造業全般との産学連携を想定しています。

研究者

加齢医学研究所

川島 隆太  

Ryuta Kawashima

運動計測

光学式精密運動計測センサおよび外部標準が不要な校正法の開発

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概要

広波長帯域光源を用いた角度センサに対して、用いられる回折格子の格子定数や検出器の設置誤差などを外部の測定器なしで決定する方法を開発した。本手法は上位の参照基準が不要となる方法であり、光周波数コムを用いた測定とも相性が良い。

従来技術との比較

広波長帯域光源を用いた角度センサでは、光周波数コムのような周波数高精度光源を用いても、用いる回折格子の格子定数や検出器の設置誤差などを既知の値とするか外部の測定器で校正して測定を行っていた。

特徴・独自性
  • 移動ステージやロータリエンコーダなどの校正に用いることができる正確な角度計測が可能です。
  • エンコーダなどに用いる回折格子定数の10 ピコメートルレベルの決定が可能です。
  • 原子時計と光周波数コムを組み合わせた角度計測に適用することで、研究室内で外部標準の不要な校正された角度計測系が構築可能です。
実用化イメージ

以下のような企業等との共同研究を希望します。
・波長測定精度の向上には光周波数コムの高速・高安定化技術が必要であり、これらの技術を持つ企業
・トレーサビリティ認定に本技術を適用可否について検討できる企業

研究者

大学院工学研究科

松隈 啓  

Hiraku Matsukuma

運動誤差計測

光学式精密運動計測センサおよび外部標準が不要な校正法の開発

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概要

広波長帯域光源を用いた角度センサに対して、用いられる回折格子の格子定数や検出器の設置誤差などを外部の測定器なしで決定する方法を開発した。本手法は上位の参照基準が不要となる方法であり、光周波数コムを用いた測定とも相性が良い。

従来技術との比較

広波長帯域光源を用いた角度センサでは、光周波数コムのような周波数高精度光源を用いても、用いる回折格子の格子定数や検出器の設置誤差などを既知の値とするか外部の測定器で校正して測定を行っていた。

特徴・独自性
  • 移動ステージやロータリエンコーダなどの校正に用いることができる正確な角度計測が可能です。
  • エンコーダなどに用いる回折格子定数の10 ピコメートルレベルの決定が可能です。
  • 原子時計と光周波数コムを組み合わせた角度計測に適用することで、研究室内で外部標準の不要な校正された角度計測系が構築可能です。
実用化イメージ

以下のような企業等との共同研究を希望します。
・波長測定精度の向上には光周波数コムの高速・高安定化技術が必要であり、これらの技術を持つ企業
・トレーサビリティ認定に本技術を適用可否について検討できる企業

研究者

大学院工学研究科

松隈 啓  

Hiraku Matsukuma

運動生理学

ポジトロン断層法(PET)を用いた機能・分子イメージング研究

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • PET を用いた機能・分子イメージングでは、生体臓器(ヒトや動物の脳、心臓、筋肉など)の血流、代謝、微量物質貯留、情報伝達機能などを対象が生きたままの状態で体外から測定することができます。この特徴を生かして、疾患の早期診断や(抗ヒスタミン薬などの)治療薬の作用・副作用研究、運動・代替医療による健康増進研究などを進めております。
実用化イメージ

以下のようなテーマの産学連携が可能です。
・さまざまな薬物や飲食物の摂取前後の体内変化の評価
・運動、代替療法、瞑想などが心身に与える効果の評価
・認知症早期診断研究など。

基礎から臨床への橋渡し研究、臨床研究法対応も進めており、物理、化学・薬学、工学と連携した幅広い研究・開発の展開が可能です。

研究者

先端量子ビーム科学研究センター

田代 学  

Manabu Tashiro

運動ニューロン

筋萎縮性側索硬化症(ALS)に対する肝細胞増殖因子(HGF)を用いた治療法の開発

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概要

難治性神経変性疾患の代表で、治療法開発が希求されているALSに対して世界初の組換えHGF蛋白質の脊髄腔内投与による第I相試験を東北大学病院で実施。これをふまえ、2016~2022年ALSに対する有効性と安全性を確認する第II相試験(医師主導治験)を同院と大阪大学附属病院にて実施、終了した。主要評価項目に関して統計学的有意差はなかったが現在、終了後の追加解析を実施中。また、同一製剤を用いた脊髄損傷に対する臨床開発も進行中。

従来技術との比較

世界初の組換えHGF蛋白質の脊髄腔内投与製剤、中枢神経系に効率的かつ選択的に送達可能な「脊髄腔内」反復投与を実現する医療機器(皮下ポートと脊髄腔内留置カテーテルキット)と同時開発

特徴・独自性
  • ALSは難治性神経変性疾患の代表であり、脳・脳幹・脊髄運動ニューロンの系統的変性による全身の進行性筋萎縮と筋力低下が主徴です。呼吸筋障害による致死的疾患でありながら3 ~ 4剤の進行抑制薬承認にとどまるのが現状です。東北大学神経内科では、世界初のラットALS モデルを開発しました(Nagai M, et al. 2001)。HGF 蛋白質の脊髄腔内持続投与による進行抑制効果を同モデルで確認しました。第Ⅰ相・第Ⅱ相試験(治験)を終了し、追加解析による有効性を検証中です。
実用化イメージ

クリングルファーマ㈱、慶應義塾大学(岡野栄之教授、中村雅也教授)、旭川医科大学(船越洋教授)と協働し本剤の医薬品化を目指しています。ALS 第Ⅰ相・第Ⅱ相試験、脊髄損傷の第Ⅲ相試験をほぼ終了しました。製薬企業と連携予定です。

研究者

大学院医学系研究科

青木 正志  

Masashi Aoki

運動量空間波動関数

電子線コンプトン散乱を利用した物質内電子運動の可視化

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特徴・独自性
  • 物質の中ではいろいろな種類の電子が様々に運動しており、それが物質の性質を決めている。当研究室は、高速電子線を励起源とするコンプトン散乱を用いて物質内電子のエネルギーと運動量を測定する新しい分光計測法を開発し、反応性や機能性など物質が持つ多様な性質の起源の解明を目指している。
  • 主な研究内容:
  • (1) 分子座標系電子運動量分光の開発による分子軌道の運動量空間イメージング
  • (2) 多次元同時計測分光の開発による電子・分子衝突の立体ダイナミクスの研究
  • (3) 時間分解電子運動量分光の開発による過渡的な物質内電子運動の変化の可視化
  • この技術を産業界で活用したい企業や団体との共同研究を希望する。また、本研究に関して興味のある企業へ学術指導を行う用意がある。
実用化イメージ

研究者

多元物質科学研究所

髙橋 正彦  

Masahiko Takahashi

ART

深層学習を用いた磁場下の高速線量計算アルゴリズム

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概要

深層学習を用いた磁場下の高速線量計算アルゴリズム
https://www.t-technoarch.co.jp/data/anken_h/T20-199.html

従来技術との比較

特徴・独自性
  •  放射線治療の新たな治療装置として磁場を用いるMR 装置と放射線治療装置(Linac) が一体化したMR-Linac が普及し始めています。一方、照射される治療用放射線は装置の発する磁場の影響で曲がるため、影響を考慮した線量分布から治療計画を作成する必要がありますが、既存の方法では計算に時間がかかる点が課題です。
  •  一般的なConvolution/Superpositionなどの計算アルゴリズムは高速ですが(約1-2 分の計算)、磁場の影響を考慮できません。また、高精度のMonte Calro Algorithm などの計算アルゴリズムは磁場の影響を考慮できますが、計算速度が遅いです(約10分~ 20 分)。
  •  本発明は深層学習技術を利用して線量計算を行うことで上記課題を解決します。磁場下における高精度かつ高速な線量計算アルゴリズムは現在存在せず、MRI ガイド下の放射線治療のために必要不可欠です。
実用化イメージ

以下のような社会実装を目指して研究を進めています。
・MR-Linac
・強度変調放射線治療(intensity-modulated radiation therapy:IMRT)
・適応放射線治療(Adaptive Radiotherapy:ART)

研究者

病院

角谷 倫之  

Noriyuki Kadoya

AI

AI・ロボット時代における教員のワークライフバランスと学校の働き方改革

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概要

世界的に教員不足が深刻化しており、日本では教員の多忙化もまだ完全な解決には至っていません。私の研究室では、教員の業務を教育行政学や医学の観点から正確に測定・分析した上で、校長・教頭によるタイムマネジメントや学校の労働安全衛生に関するコンサルティングのほか、ICT/AI/ロボットを活用した業務改善のお手伝いをします。

従来技術との比較

教員の労働時間を業務別・時刻別に測定することが可能です。紙媒体もしくはウェブアンケートに対応しています。従来の研究や技術では困難だった教員の労働時間の正確な測定が低コストで可能です。そのため、課題の発見に至る時間が短縮でき、的確なコンサルテーションがいち早く実行でき、改善策の社会実装までの時間が短く済みます。

特徴・独自性
  • 長年、教員の労働時間に関する基礎研究を行ってきました。2006年、2016年、2022年に実施された文部科学省「教員勤務実態調査」の中心メンバーとして労働時間の正確な測定技術の開発に従事してきました。その過程で、長時間労働や多忙感をもたらす要因を明らかにしました。ここ最近は、医学との共同研究を進めており、教員が心身ともに健康を維持できるようなマネジメントのあり方を追求しています。
実用化イメージ

学校の業務効率化や教員の健康増進に寄与したいと思います。
校務運営システムの開発企業、労働者の健康管理デバイスの開発企業、ICT、AI、ロボットを学校に導入しようとする企業との連携の可能性があります。

研究者

大学院教育学研究科

青木 栄一  

Eiichi Aoki

AI半導体

半導体集積回路技術とヘルステック応用

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 半導体工学と神経工学を基盤として、生体の構造と機能の理解に基づいたヘルステック用集積システムの研究開発を行っています。また、三次元集積回路(3DIC)技術及びAI 半導体チップの研究開発にも力を入れています。近年の研究項目は次の通りです。
  • ・三次元積層人工網膜チップ、専用設計した血流センシングチップとリザバーコンピューティングを組み合わせたヘルステックデバイス
  • ・AI の頭脳となる三次元積層AI 半導体チップの研究開発
  • ・TSV(シリコン貫通配線)を用いた三次元集積化技術のアドバンテージを最大限に活かしたアナログ
  • ・デジタル三次元集積回路設計
実用化イメージ

3D-IC 設計とチップレベル三次元積層を本学施設で長年実施して技術を蓄積し、国内外の企業・研究機関と三次元集積化技術や生体応用集積システムに関する共同研究を積極的に行っています。3D/ チップレットの設計技術、装置・材料を含む半導体プロセス技術に関して産学連携を行い、量子・AI コンピューティングや次世代ヘルステックの研究開発プラットフォーム構築を目指したいと考えています。

研究者

大学院医工学研究科

田中 徹  

Tetsu Tanaka

ALS

筋萎縮性側索硬化症(ALS)に対する肝細胞増殖因子(HGF)を用いた治療法の開発

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概要

難治性神経変性疾患の代表で、治療法開発が希求されているALSに対して世界初の組換えHGF蛋白質の脊髄腔内投与による第I相試験を東北大学病院で実施。これをふまえ、2016~2022年ALSに対する有効性と安全性を確認する第II相試験(医師主導治験)を同院と大阪大学附属病院にて実施、終了した。主要評価項目に関して統計学的有意差はなかったが現在、終了後の追加解析を実施中。また、同一製剤を用いた脊髄損傷に対する臨床開発も進行中。

従来技術との比較

世界初の組換えHGF蛋白質の脊髄腔内投与製剤、中枢神経系に効率的かつ選択的に送達可能な「脊髄腔内」反復投与を実現する医療機器(皮下ポートと脊髄腔内留置カテーテルキット)と同時開発

特徴・独自性
  • ALSは難治性神経変性疾患の代表であり、脳・脳幹・脊髄運動ニューロンの系統的変性による全身の進行性筋萎縮と筋力低下が主徴です。呼吸筋障害による致死的疾患でありながら3 ~ 4剤の進行抑制薬承認にとどまるのが現状です。東北大学神経内科では、世界初のラットALS モデルを開発しました(Nagai M, et al. 2001)。HGF 蛋白質の脊髄腔内持続投与による進行抑制効果を同モデルで確認しました。第Ⅰ相・第Ⅱ相試験(治験)を終了し、追加解析による有効性を検証中です。
実用化イメージ

クリングルファーマ㈱、慶應義塾大学(岡野栄之教授、中村雅也教授)、旭川医科大学(船越洋教授)と協働し本剤の医薬品化を目指しています。ALS 第Ⅰ相・第Ⅱ相試験、脊髄損傷の第Ⅲ相試験をほぼ終了しました。製薬企業と連携予定です。

研究者

大学院医学系研究科

青木 正志  

Masashi Aoki

軸索病態に着目した筋萎縮性側索硬 化症(ALS)の病態解明

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概要

筋萎縮性側索硬化症(ALS)は運動ニューロン選択的に神経細胞死が起こる難病である。1mにおよぶ長い軸索は運動ニューロンの特徴であり、神経細胞死に先行する軸索形態・機能異常の修復はALS病態への早期治療介入という観点で重要である。

従来技術との比較

私たちは軸索形態異常の分子病態をALS患者由来のiPS細胞およびゲノム編集により変異箇所のみを修復したコントロール細胞等を比較し、高収量のRNA回収が可能なマイクロ流体デバイスを用いてRNAseq解析を行うことにより解析を進めてきた。さらにALSの原因遺伝子変異を導入したノックインマウスを作出し、運動ニューロン軸索遠位の神経筋接合部病態についても明らかにしてきている。

特徴・独自性
  • 筋萎縮性側索硬化症(ALS)は運動ニューロン選択的に神経細胞死が起こる難病です。1m におよぶ長い軸索は運動ニューロンの特徴であり、神経細胞死に先行する軸索形態・機能異常の修復はALS 病態への早期治療介入という観点で重要です。軸索形態異常の分子病態をALS 患者由来のiPS 細胞およびゲノム編集により変異箇所のみを修復したコントロール細胞を作出しました。高収量のRNA 回収が可能なマイクロ流体デバイスを用いてRNAseq 解析を行うことにより解析しています。ALS の原因遺伝子変異を導入したノックインマウスを作出し、運動ニューロン軸索遠位の神経筋接合部病態についても明らかにしてきています。
実用化イメージ

これらの独自シーズはALS 治療開発の上で有用です。

研究者

大学院医学系研究科

青木 正志  

Masashi Aoki