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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最先端ロボットを実際に体験できる!藤沢に誕生した「ロボテラス」が凄い

Yuka Shingai

経済産業省が昨年5月に発表した調査結果「ロボットを取り巻く環境変化等について」によると、世界の産業用ロボット販売台数は2013年から2017年の5年間で2倍に増加し、今後も年平均14%増見込みとのことだ。ロボットを活用したビジネスや取り組みについても益々拡大することが予想される一方、私たち一般消費者がロボットを実際手に取って気軽に試すことができる場はまださほど多くない。もし身近な場所にそんな場所があったら…? まだまだ先と感じていたロボットと共生する未来も、すぐそこにあることを多くの人が体感することになるだろう。

60種類以上のロボットが常設で
展示・体験できるのは日本でここだけ

そんな場所を提供しているのが、今回取材した藤沢市にある『ロボテラス』。

ロボット業界でいま神奈川が “アツい” のをご存知だろうか? 藤沢市を含む神奈川県の10市2町を対象区域とした「さがみロボット産業特区」は、地域活性化総合特区として (2013年2月に国から指定) ロボットの開発・実証実験の促進、普及啓発や関連産業の集積促進事業に取り組んでいる。

対象区域のひとつである藤沢市は、生活支援ロボットに関して先進的な取組を開始し、2015年から「藤沢市ロボット産業推進プロジェクト」をスタート。 ロボットと共生する未来社会を目指して、関連事業への支援やロボット実用化の推進に積極的に取り組んでいる。『ロボテラス』は、そのプロジェクトの一環として普及・啓発を担う、最先端の生活支援ロボット展示・体験施設なのである。

昨年12月の某日、辻堂駅からすぐのロボテラスを訪れると、同施設の管理運営を行う公益財団法人 湘南産業振興財団の業務課課長補佐である秋本英一氏が出迎えてくれた。

公益財団法人 湘南産業振興財団 業務課課長補佐 秋本英一氏

早速試乗を勧められたのは、折り畳み式のトラベルスクーター『ブギウギ・ラギー』だ。

正式にはハンドル型電動車椅子(シニアカー)に分類されるが、公道走行可で最高速度は時速5㎞。実際のスピードを体感してみると、「高齢者のサポートを目的としたゆったりした乗り物かな」という想像が覆され、驚いた。スピードは歩行者とほぼ同じで、従来のシニアカーとは異なりコンパクトなので、幅狭な場所も気にせずスイスイ移動ができるのだ。

また、電動アシストウォーカー『RT.2』は、歩行器を押す速度と傾斜を検知してタイヤの回転数を自動で制御する機能により、傾斜があるところでは軽くなり、下り坂ではブレーキがかかって歩行をよりスムーズにしてくれる。

クラモトのトラベルスクーター『ブギウギ・ラギー』

『ロボテラス』には、これらの移動支援機器やロボットスーツ、ベッドからの移乗アシストを行うものなど介護・リハビリ系のロボットが豊富に揃っているが、スピーカーや掃除機といったかなり馴染みのあるスマート家電、さらには「癒し」効果にフィーチャーしたペットや赤ちゃんの形をしたヒーリングロボット、また会話を目的としたコミュニケーションロボットなど、取り扱うロボットの用途は多岐に渡る。

なかでも、子ども受けバツグンの『しっぽクッション Qoobo (クーボ)』は、秋本氏も一番のお気に入りだという。思わず抱きたくなる毛並みと、撫でると愛らしくしっぽを振るようすに、多くの人が虜になっていると聞く。製造販売元であるユカイ工学の実証実験でも高齢者から10代まで、セラピーロボットの癒し効果が確認されているようだ。

「最初は『何だろう、これ?』と訝しげに見ていた人も、抱いてみるとすぐに魅力にハマってなかなか手放せなくなるほど。可愛らしい、癒し系の商品でロボットを身近に感じてもらいたい」(秋本氏)

ユカイ工学の『しっぽクッション Qoobo (クーボ)』

2014年のオープン当初は、サイバーダイン社のロボットスーツ『HAL®︎』の実装を行う「湘南ロボケアセンター」がロボテラスの運営にあたっていたため、福祉系ロボットの展示がメインとなり、対象者が限定されることにより集客は若干難航していたという。

そこで、地元の住民にとって、より馴染みの深い施設を目指し、生活支援ロボットを取り扱うスペースとして2018年8月にリニューアル。新事業の創出や創業支援、中小企業等を支援し、地域産業の振興を図る公益財団法人 湘南産業振興財団が施設の運営を引き継いだ。同時に、今回取材対応をいただいた秋本氏がこれまで20年近くインキュベーションマネージャーとして起業家支援に携わってきた経験から施設責任者として抜擢されたほか、ロボットの使い方やスペックについてレクチャーする常駐のコンシェルジュが配属された。

期間限定のイベントや展示会、企業のショールームなど、特定のロボットが展示される機会は全国各地にあるものの、60種類以上のロボットが常設で展示・体験まででき、かつロボットの説明を受けられる展示場は、現在日本ではここだけであると海外からの見学者は口々に話すという。

「私が着任する少し前に、友人の家で遊んだ「aibo」が欲しいが、高価なためもう1度ここで触ってから買おう」と思っていた高齢の女性がいらっしゃったのですが、そのタイミングではまだ取り扱っておらず、体験してもらうことができなかった。その時の残念そうな顔が忘れられなくて今でも悔やんでしまうほど。

1万、2万の買い物ではないのだから絶対に体験した方がいいし、いろんな種類を自分の目で見比べてみた方が実際ご家庭で使用されるイメージも沸くでしょう。だから1種類でも多くのロボットを展示したいし、どんどん増やしていきたいと思っています」(秋本氏)

 開発段階から積極的に企業にアプローチを行い、
早期からの展示を実現

(株)エルエーピーの『パワーアシストハンド』

販売代理店や企業から直接持ち込まれることもあるが、なかには開発側が製作初期の段階から、ロボテラスに置かせて欲しいとアプローチしてきたものもあるという。体験者だけでなく、開発者にとっても魅力ある施設のようだ。

『ロボテラス』は、マッスルスーツなど最新モデルが登場すると早々に展示がスタートしていることもあり、話題の製品にはかなりの高確率で巡り合える場になっている。ロボットの導入を検討するベンチャー企業や起業家などの視察も多く、ロボットに関心のある人や企業を繋ぐハブの機能も果たしている。

来場者数はリニューアルから1年と2ヶ月強で1万人を突破し、順調な推移を見せているが、一方で日本国内での認知拡大は大きな課題と捉えているそうだ。

「実は来場者のうち割り合い多くが海外からのお客様。自分の生活をサポートしてくれるロボットが欲しいと、インターネット検索から私たちの元にたどり着いています。

日本でも急速に高齢化社会について言及されるようになったものの、当事者意識を持って捉えられている人は海外の方に比べるとまだ少数派なのかなという印象を受けています。

子どもはコミュニケーションロボットに触れて楽しめるし、祖父母世代には福祉・介護ロボットなど、全世代にとって生活支援ロボットが身近なものになっていくことが理想だから、ぜひ一度家族連れで遊びにきてほしいです」(秋本氏)

子ども向けのプログラミング教室やセミナーの開講で、
認知を広めていきたい

地域に根ざした団体が運営するからには、ゆくゆく、藤沢市に拠点を置く企業からロボットが生まれるのが目標だが、2020年から小学校でのプログラミング教育の必修化も始まることから、子どもたちへの教育にも力を入れていきたい、と秋本氏は語る。

すでに数回開講したScratch(プログラミングソフト)の講座は毎回すぐに満席になるほど好評を博し、小学校教員向けのプログラミングの勉強会も開催した。

「教育系のイベントは財団としての管轄ではないから、どこまで踏み込んでいいのかは探り探り。ただ、神奈川県の青少年課からはいち早く、ここでイベントをやりたいとオファーしてもらっているので、これからうまく情報共有していきたい」と、県の関連部署を越えた連携にも意欲を示す。

地域と密着した施設、そして最先端の技術を国内外に発信していく場として、ロボテラスが今後どのように飛躍していくか要注目だ。

(text: Yuka Shingai)

(photo: 増元幸司)

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