テクノロジー TECHNOLOGY

医療に大きな変革をもたらす培養筋肉の研究は、もうここまで来た!

浅羽 晃

分野横断型の研究が進むロボットの世界。工学と化学、物理、医学などの研究が融合し、培養した筋肉がまるで人間の腕のような動きをするロボットを東京大学生産技術研究所の研究チームが発表した。チームを牽引してきた研究室のリーダー、竹内昌治教授は、この研究を「バイオハイブリッド」と呼ぶ。バイオハイブリッドな研究とは、いったいどのようなものなのか。

研究室メンバーのバックグラウンドは
機械工学、化学、物理、生物、医学など多彩

中央上部の白い部分が培養筋肉。オレンジ色の部分は3Dプリンタでつくった樹脂の骨。

生体特有の能力を人工物のなかに取り入れる試みは、科学の歴史のなかで、繰り返されてきた。しかし、現実には、人工物で生体の機能を完全に模倣することは不可能に近い。人工物を生体に取り入れるのではなく、生体と人工物とのハイブリッドをつくることで、生体の能力を「ものづくり」に活用しようとしているのが竹内教授率いる同研究所のチームだ。今年(2018年)5月、米科学誌に発表された論文。世界中の注目を集めることになったその内容は、人工的に培養した組織二つを樹脂製の骨格に付けることで、人間の指に似た動きができるロボットを開発、1週間動き続けることに成功したというものだった。

「私の研究室では、いろんな方向で研究しているのですが、メインとなっているのはバイオハイブリッドという考え方です。僕のバックグラウンドは機械工学ですが、研究室のメンバー、それぞれのバックグラウンドは、化学、物理、生物、医学など、多岐にわたっています」

入れ替わりながらも常時50~60名いるメンバーは、工学、生物学、化学、医学などのPh.D取得者、学生、メディアアーティスト、会社社長など、立場もさまざまだ。

生産技術研究所は異なる専門分野を持つ研究者の交流の場でもある。

「異分野の融合型研究をやっていくと、考え方自体がどんどん、どんどんハイブリッドになっていきます。たとえば現在、生体と機械のハイブリッドな研究を推し進めています。僕ら、ものづくり屋がまだ実現できていないのは、生体に見られるような特殊で、非常に魅力的な機能です。それは1分子レベルで物質を検出してしまう能力であったり、超効率的な物質生産能であったりします。自己複製や自己修復という能力も、生体特有のものです。そういう機能を人工物のなかに取り入れる試みは、長い歴史のなかでいろんな研究がなされてきました。しかし、まだ、完全には人工物で生体の機能をしっかりと模倣できているわけではありません。そうであるのなら、生体を1つの人工物と同じような感覚で用いることのできるパーツとして、人工物のなかに融合したバイオハイブリッドシステムとして提案していこうというのが、僕らのアプローチです」

これまでの具体的な成果としては、人の汗の匂いに反応する蚊の触角に含まれている嗅覚受容体を人工的に再構成し、人の匂いに反応するセンサーをつくることに成功した。開発が進めば、足場や視界の悪さから発見が遅れてしまうような災害地などでの救助活動にも役立つ。

筋芽細胞が筋繊維となり、
筋肉となるプロセスを人工的につくる

竹内教授は、ハイブリッドな発想が社会の諸問題を解決し、科学技術を進展させると考えている。

今年、米科学誌に論文を発表した培養筋肉も、生体を人工的につくるという点が共通する。

「筋肉は、直径が10ミクロンくらいの筋芽細胞が組み合わさって出来ています。筋芽細胞が集まると、細胞膜同士が融合して、きれいな繊維ができ、その繊維が束となって筋組織ができます。筋組織と神経がつながり、神経から信号が来ると筋肉が収縮するというのが我々の体の中で起きている筋肉が動くメカニズムです。普段、筋肉はお母さんのお腹のなかで細胞が分裂して出来上がってくるわけですが、僕らは組織工学的なアプローチで、体外で筋肉をつくっているのです」

筋芽細胞が筋繊維となり、筋肉となるプロセスを、人工的につくり出しているのだ。

「筋芽細胞を集めて、あるゼリー状の空間のなかに入れて、培養液を加えると、自ずと細胞は自己集積してきて、筋繊維が出来上がります。それを、とても細長い空間で行なうと、筋繊維がある一定の方向に配向し、そこに電気信号をかけると収縮するのです。その方法自体はこれまでもあるのですが、僕らは、まず細胞をゼリーのなかに閉じ込め固めた後、そのゼリーを型枠から取り出し、いろんなところに貼り付けるように改良しました。貼り付けた後に、その場で細胞が筋繊維に成長できる方法を考案したのです。」

ゼリーごと型枠から取り出せるようにしたことで、培養筋肉はパーツとして使えるようになったのだ。

「たとえば、3Dプリンタで骨格をつくり、この関節が動いてほしいなというところに筋肉を合わせて、電気刺激を与えると関節が動くようなシステムをつくりました。生体の組織のものづくりと、3Dプリンタでつくるものづくりを、うまく融合させたハイブリッドシステムを提案しているという状況です」

将来的には培養筋肉の大型化も可能だろうが、そのためのハードルはまだ高い。

「細胞なので、いつも養分を与えないといけません。筋肉を分厚くすると、培養液が内部まで行き渡らなくなるのです。人間の筋肉は太いのに栄養が行き渡るのは、筋肉のなかに血管が通っているからです。現状の培養筋肉は、あくまでもプロトタイプとしてつくっていて、生体組織と3Dプリンタでつくった人工物との融合、融合する際にどのようなものづくりが重要になってくるかという基礎的な研究のアウトプットとして出しています」

研究で培った技術は将来、
医薬品開発のモデルや培養肉に応用可能

現在は基礎的な研究の段階だが、培養筋肉には大きな展望もある。

「左右1対として、両側で同じようなテンションで引っ張る拮抗構造の培養筋肉は、1週間以上長持ちします。そうなると、使えるアプリケーションがあるのではないでしょうか。たとえば、医薬品開発のモデルとして使えるのではないかと考えています。筋肉をターゲットとした薬はたくさんあります。通常は人の細胞をとってきて、皿の上で、2次元で培養して、医薬品に対する収縮具合を見ます。ただし、2次元で収縮するのと、3次元で収縮するのとでは、全く違う応答を示すことも多々あります。力も違うし、細胞一つ一つが持っている能力も違うし、グルコースの消費量も違います。そうした違いがあるために、2次元では、薬がどういうふうに効いたかというのは、正しくはわからないのです」

3次元の培養筋肉なら、より人体の筋肉に近いモデルでデータを取ることができる。

「その発展形として、筋肉と神経とを結びつけることにより、ALSの患者さんの治療薬の開発モデルもできると考えています。通常、3次元の筋肉を研究するときは、ネズミなどの動物を使いますが、そこには2つの問題があります。動物実験をしていいのかという倫理的な問題と、ネズミとヒトは種が違うので、ネズミに効いてもヒトに効かないということはたくさんあるという問題です。ヒトの細胞を使って培養筋肉を作れば、ヒトの3次元の筋肉を模倣することになり、種の違いは起きません。将来は、動物実験を使わないような方向に進むのではないかと思っています」

ヒトの筋肉以外に応用すれば、次のような展望も開ける。

「牛の筋肉をつくることができれば、牛を殺さなくても牛肉ができます。オランダの研究者が世界で初めて培養肉をつくったのですが、環境負荷が少ない、細菌を一切含まないクリーンな環境でつくることができる、高蛋白・低脂肪のようなデザインをすることができるなど、メリットは多いのです。欧米では培養肉をつくるベンチャーも立ち上がっています。僕らも筋組織をつくり、筋繊維を配向させるという技術を持っているので、そちらの分野への応用もまじめに考えています」

さまざまな分野の研究者が集まる研究室だからこそ、培養筋肉について、さまざまな発想が生まれるのだろう。

「ある人は本気で医薬品を開発しようとしていて、ある人は筋肉がどのように発生してくるのかを基礎生物学としてしっかり調べようとしています。また、ある人はロボットに応用しようと試みています」

いずれにしても、東京大学生産技術研究所の竹内研究室に集う研究者たちは、楽しさを感じながら研究に打ち込んでいることだろう。

竹内昌治(Shoji Takeuchi)
1972年、東京都生まれ。東京大学工学部産業機械工学科卒業、同大大学院工学系研究科機械情報工学専攻博士課程修了。現・同大生産技術研究所 教授、総合バイオメディカルシステム国際研究センター センター長。研究室では「Think Hybrid」を合言葉にしている。「少子高齢化の問題、環境問題、安心安全の問題など、多くの問題があるときに、一つの専門分野だけでは解決できないことがあります。いろんな分野の人が集まって、いろんな発想をして、解決するのが自然な流れでしょう。それを一つの研究室でやっていこうというのが、私共のポリシーです」

(text: 浅羽 晃)

(photo: 増元幸司)

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コンパクトだけどうまく行く。The CAMPusが考えるこれからの農業

Yuka Shingai

2030年を期限とする国際社会全体の開発目標として、国連が2015年に採択した持続可能な開発目標「SDGs(Sustainable Development Goals)」についてこのところ目にする機会が多い。全17の目標は、貧困や飢餓をなくすこと、生態系の保護、ジェンダー平等やまちづくりまで幅広く、企業が目標の実現に取り組むケースも増えている。 農業に関するオンライン事業を展開する株式会社The CAMPus BASEが目指すのは、地域で成功する持続可能な農事業の数を増やすこと。代表取締役の井本喜久氏に、持続可能な農事業とは何か、その背景にあるものや農業のこれからについて伺った。

衝撃を受けた
「農業の世界では70歳はまだ若手」

取材当日、オフィスを訪ねると、都心とは思えない広々とした庭に案内された。「もうこれは食べられるはずですよ」と井本氏はプランターの野沢菜を手に取った。

広島県の米農家に生まれた井本氏。平日は公務員、週末は農家として兼業する父親を幼少期から手伝っていたため、農業は常に身近な存在だった。東京農大への進学のきっかけとなったのは、通っていた学習塾で「食糧危機や少子高齢化社会を迎えるにあたって、日本の農業のノウハウを世界に発信できる時代が来る」という講師の言葉。大学に入学する頃には地域の活性化に漠然と関心を抱いていたが、農業一筋でやってきたわけではない。大学卒業後は広告業界に進み、企業のブランドプロデュースに携わるうちに自分でもブランドを作りたいという想いが芽生え、26歳で起業。広告の企画制作やアパレルショップの運営、飲食事業の経営を通してブランド作りの楽しさに没頭する日々を送っていたが、家庭の事情により再び農業に向き合うこととなる。

「妻がガンになったことがきっかけで、体のことを調べていくうちに健康な食への探求心が芽生えたんです。農作物がどのように作られているかを学んでいくと面白くて、農家さんの哲学や生き方、そしてノウハウも勉強になると感じました。また同時期に父が亡くなり、実家と畑と山を相続することになったのですが、自分には東京での事業も生活もあるし、とてもじゃないけど自分の手には負えない。そこで農事組合法人に相談しに行ったら、農業の世界では70歳はまだ若手だと言われたんですよ。これはもっとポジティブに発信する必要があると確信しました。農業の楽しさが伝われば農村に向かう人が増えるだろうと思ったんです」

持続可能な農家の共通点は
「コンパクト=小規模だけど質が高い」

そんな想いから、2017年11月に有料のウェブマガジンの配信をスタート。全国各地のユニークな農家をメディアの立場から紹介してきたが、彼らに共通するキーワードは「コンパクト」ということだった。

「コンパクトというのは小規模なんだけど機能している、小規模だけど質が高いということです。持続可能な形で農業に従事しながら、充実したライフスタイルを送る農家さんに多く出会うなかで、農業を学びたい人との接点を持たせられないかなと思いました。コロナ禍で暮らしを見つめ直したいとか自然豊かな地域で過ごしたいという人も増えていますよね。僕自身も現在1年の3分の2を東京、残りを地方で過ごしているのですが、最近は地方の方が断然面白いと感じるんですよ」

ウェブマガジンを通じて出会った農家は、その内容も規模も千差万別。皆、最前線で活躍しているが、後継者不足や地域に活気がない現状を憂いている共通の課題もあった。耕作放棄地(耕作を行っていたものの、過去1年間作物を栽培せず、以降数年の間に再び耕作する意思のない土地)は全国合計で38万haと言われている。埼玉県ほどの面積が、地の利の悪さ、農業従事者の高齢化や減少などにより放置されているのだ。結果、国内の農業生産が減少し、現在38%と言われる食料自給率(2020年8月時点)が更に低下すれば、輸入への依存が加速するなど経済的な影響も大きい。

「耕作放棄地の問題に関して言えば、農村を都市化するのはナンセンスだと思っているんです。今ある形を利用する方が豊かな暮らしができるし、社会問題の解決にも繋がるんじゃないでしょうか」

自然の摂理に則り、小さい形でも農業に従事できる人口を増やすことが先決ではないかと考えた井本氏。そこで、小規模農家の育成に特化したスクールサービス「コンパクト農ライフ塾」をスタートした。副業やセカンドキャリアとして、はたまた現在も農業を営んでいるが、更に成長したいと考える人たちに向けたオンラインでの学びの場だ。

「0.5haで年商1000万」を目標にマーケティング計画の策定や新規就農のパターンを学んだ後に野菜、果樹、畜産などそれぞれの農業スタイルを教わる。ブランディング、テクノロジー、コミュニティビルディングまで、学びの範囲は多岐に渡り、各自どのような農家になりたいかプレゼンテーションも行う充実の内容だ。

「目指しているのは新規就農者を増やすこと。莫大なお金をかけて巨大な産業にするとか、大きな成功者を生み出したいわけではありません」

出口の部分にこそ
テクノロジーを活用すべし

農業×テクノロジーという観点でHERO XではAIによる収穫などを取材してきたが、いかに効率よく作物を作るかのみにフォーカスするのではなく、「出口」の部分にテクノロジーを活用する視点も必要だと井本氏は強調する。

「テクノロジーの台頭によって、同じ価値観を持つ人たちがいつでも繋がれるようになりましたよね。農業もこれまでは直販するにしてもどこか集約する場所が必要だったのが、今なら、たとえば食べチョクやポケットマルシェのようなサービスを使うと生産者と消費者が直接取引できます。プラットフォームを介していても、直接繋がるってことは作り手とお客さんというより仲間感覚に近いと思うんです。その繋がりをサポートするテクノロジーはこれから更に求められるんじゃないでしょうか」

どれだけテクノロジーが進歩しても、形ある農作物をデジタルで転送することができない以上は、物流が介在するが、「物流コストや労力削減をテクノロジーで解決できる」と井本氏。それには飲食店と地域住民のコミュニティ作りがカギになりそうだ。

「たとえば、ある都市で農家とのHUBとなる飲食店があったとして、その飲食店の近隣の人が共同購入のような形で野菜を農家から直接買えるようにするとか。近隣との繋がりのある飲食店がHUBになれば、みんなで食べ方を学んだりして会話やコミュニケーションが生まれ、かかわるみんなにメリットがあると思うんです」

ブランド確立が
大きなカギとなる“6次産業化”

カリキュラムの中でも注力しているのがブランディングだ。
農畜産物の生産(1次産業)、加工(2次産業)、流通・販売(3次産業)を一手に行い、多角的に展開することを6次産業化と呼ぶが、ここで価値をより高めるブランディングが重要になる。ブランディングは現農業従事者の多くが苦心している部分でもあるという。逆を返すと、小規模でもうまくいっている農家に共通するのは、“自分のブランド”が確立していることにある。

「Instagramでどのような投稿をするべきかなんて、小手先のテクニックを教えるわけではないですよ(笑)。それらは既にネット上に転がっている情報。根幹にある考え方をどのように持つかの方が重要です」

テクノロジーやマーケティングに対する知見不足は、どうしても対処療法的になってしまうデメリットがあると井本氏は指摘する。またこれまで作ってきた作物や歴史にこだわりすぎるあまり、新たなビジョンが生まれづらくなるケースもある。

「人材が不足しているからといって安易な客寄せイベントを開くとか、大掛かりなCMを作る必要はないと思います。その地域の風土や風習を掘り下げながら、どのようにして持続可能な形にするかをもっと議論すればいいんです。これからの時代、もっとオリジナルの考えやこだわり、個性を大事にしてほしい。ウェルビーイングってそういうことだと思うし、それがブランディングにも繋がるから」

1人ひとりがローカルに活動することで、
世界が注目する存在になれる

コンパクト農ライフ塾の受講生は卒業してもなお、仲間との繋がりを維持している。課題のシェアや議論に始まり、作った作物をコミュニティ内で販売するなど、マーケットとしても機能し始めたところだ。4月にプレオープンしたオンラインサロン「NOU ONLINE SALON」では既存のメディアにとどまらず、コミュニティとしての役割が強化される予定だ。コンテンツは井本氏と農家のトークライブ配信や農サークルズと呼ばれるサークル活動、農体験ツアーなど。なかなか旅行や遠出が難しい時期ではあるが、農体験ツアーは現在も可能な範囲で開催しており、カメラを持った農家が現地から中継するオンラインツアーを敢行した実績もある。

井本氏にとって理想形の一つに挙げられるのは、ニューヨーク・マンハッタンから車で1時間ほどのところにあるブルーヒルという農場だ。ロックフェラー財団の敷地を利用した農場で農業体験したあと、農場直結型レストランで食事を楽しむことができる。実業家としても慈善家としても名高いデイビッド・ロックフェラー氏の「持続可能な農業システムを構築したい」という願いを体現した農場の日帰りツアーに、世界中から予約が殺到しているそうだ。

「日本の農業は1人ひとりがコンパクトに、ローカルに活動することで世界から注目されると思うんです。右肩上がりの成長が正しい時代でもないから、価値を理解してくれる人が訪れてくれる場所が増えてほしいですね」

ステイホーム期間を機に、家庭菜園を始めた人も多く、ホームセンターなどでは野菜や果物の苗が売れ行き好調だと言われている。持続可能な農業へのスモールステップが、テクノロジーにより今とても身近なところにあるのかもしれない。

井本喜久(いもと・よしひさ)
広島の限界集落にある米農家出身。東京農大を卒業するも広告業界へ。26歳で起業。

コミュニケーションデザイン会社を創業し、様々な企業のブランディングを手がける。2012年に飲食事業も開始。数年後、妻がガンになった事をキッカケに健康的な食に対する探究心が芽生える。2016年新宿駅屋上で都市と地域を繋ぐマルシェを開催し延べ10万人を動員。2017年「世界を農でオモシロくする」をテーマにオンライン農コミュニティThe CAMPusを始動。https://thecampus.jp/

2020年小規模農家の育成に特化した「コンパクト農ライフ塾」を開始。

https://thecampus.jp/compactagri/

著書「ビジネスパーソンの新・兼業農家論(クロスメディアパブリッシング)」

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(text: Yuka Shingai)

(photo: 増元幸司)

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