月: 2026年10月

米オレゴン州立大学の化学者チームが、追加の高価な金属触媒を使わずに、太陽光と水から水素を作り出す新しい結晶素材を開発した。研究成果は米化学会誌『Journal of the American Chemical Society』に掲載された。価格や量産時期が示されたわけではないが、クリーンな水素の普及を阻む大きな壁のひとつ、「触媒が高コストすぎて量産に向かない」という問題に、具体的な糸口を示す成果だ。

水素は燃料電池の中で電気を生み出し、主な副生成物は水だけであるため、バッテリーだけでは動かしにくい船舶や大型トラック、製鉄、化学プラントなどの燃料として近年注目されている。問題は、その水素をどう作るかだ。現在、世界の水素生産は化石燃料に大きく依存しており、主流は天然ガスを使う「水蒸気改質」という方法で、一部はアジアを中心に石炭をガス化する方法も使われている。オレゴン州立大学が示した数字によれば、この方法で作る水素は1キログラムあたり約1.5ドルと比較的安いが、製造過程で二酸化炭素を排出してしまい、水素に切り替える意味の多くを打ち消してしまう。

再生可能エネルギーや太陽光で水を分解して作る、いわゆる「グリーン水素」は排出の問題を避けられるが、同じ試算で1キログラムあたり約5ドルと、3倍以上のコストがかかるとされる。これらはあくまで目安となる大まかな数字であり、実際のコストは電力価格や設備の規模、採用する技術によって変動する。それでもコスト差の一因は装置にある。一部の電解装置や光触媒システムは、反応を実用的な速度まで高めるために白金などの貴金属触媒に頼っており、こうした素材は決して安くない。

硫黄が光を受け止め、金属だけに頼らない

オレゴン州立大学の研究チームを率いるのは、同大学の材料探索研究室(MaD Lab)を率いる化学者キリアコス・スティリアヌ氏だ。チームは、金属イオンを有機分子でつないだ結晶性・多孔性の素材群である「金属有機構造体(MOF)」の一種、「BVR-19」と名付けた新素材を開発した。この素材は室温の水溶液中で自然に形成されるといい、研究チームは、高温や高圧を必要とする多くの素材に比べて製造エネルギーを抑えられる合成経路だとしている(ただし、それが最終的な製造コストにどうつながるかはまだ示されていない)。

この素材で最も重要な構造上の特徴は、有機リンカー内部にある、2つの硫黄原子をつなぐ結合だ。光が当たると、この結合が一時的に切れ、反応性の高い硫黄種が短時間生じる。オレゴン州立大学の発表によれば、この硫黄を含む有機部分こそが光エネルギーを捉え、水素が最終的に生成される場所まで電子を運ぶ役割を担っており、金属中心だけにその仕事を任せているわけではないという。

金属有機構造体は、過去20年ほどの間に化学分野で関心を集めてきた素材群だ。金属を変え、有機リンカーを変えるだけで、同じ基本骨格を保ったまま、細孔のサイズや表面積、化学的な振る舞いを大きく変えられるほど「調整しやすい」ためだ。この調整のしやすさこそが、研究チームがBVR-19の内部の仕組みを探る手がかりにもなった。

追加の金属触媒を省く

一般的に、光を使って水を分解し水素を作るには、光を吸収する素材だけでなく、反応を効率よく進めるために素材に組み込まれた別の金属共触媒(多くの場合は白金)が必要とされてきた。オレゴン州立大学の発表は、BVR-19についてはそうした追加の高価な金属触媒を必要としないとしている。硫黄を含む有機部分が、本来なら追加の触媒が担う光の捕捉や電子移動の大部分をすでに受け持っているためだ。

ただし、これを「金属を一切使わない」と理解するのは正確ではない。BVR-19にも結晶構造の一部として金属中心が存在しており、研究チームはこの金属の種類を変えると素材の性能が明確に変わることを確認している。つまり金属がこの化学反応に無関係というわけではない。実際に変わったのは、白金のように別途後付けで素材に組み込む高価な金属触媒が不要になった、という、より限定的だが実用上は意味のある点だ。この違いを正しく捉えておくことは重要だろう。今回の革新は、追加の製造工程とそのコストを取り除いたことにあり、化学反応から金属そのものを取り除いたわけではない。

一つの実験から設計指針へ

なぜ一部のバージョンが他よりも優れた性能を示すのかを理解するため、研究チームはBVR-19の中心にある金属イオンだけを系統的に入れ替え、それ以外の構造はほぼそのままにして、それぞれの光照射下での性能を比較した。この横並びの比較によって、水素生成量の違いを素材の電子構造の変化と結びつけることができ、「どのバージョンがより優れているか」という経験的な順位付けにとどまらず、「なぜ優れているのか」という仕組みの説明にまでたどり着いた。

「私たちの研究は、グリーン水素のコストを下げられる、より優れた素材を設計するための青写真を与えてくれます」とスティリアヌ氏は大学の発表の中で述べている。

研究チームはこの成果について、完成された最適な触媒というより、今後の素材開発で試し、積み上げていくための設計原則だと位置づけている。

反応の仕組みそのものを解明することで研究を前進させる例は他にも見られる。たとえば京都大学などの研究チームが解明した、モリブデン触媒によるアンモニア合成の仕組みも、比較的穏やかな条件下で空気中の窒素をアンモニアに変換できる理由を詳しく突き止めたものだ。いずれも新しい化学物質の発見ではなく、既存の触媒がなぜ働くのかを明確にした点で共通しており、こうした理解こそが試行錯誤ではなく狙いを定めた素材改良への足がかりになる。

安くなった水素が開く可能性

とはいえ、これで安価でほとんど触媒を必要としないグリーン水素がすぐに実現するわけではない。オレゴン州立大学の発表や査読付き論文が示しているのは、あくまで実験室レベルの素材と設計原則であり、実際の水素生成速度や効率、量産への道筋を示す数値は公表されていない。この素材はまだ、工業的な規模に近い条件では一切試されておらず、有望な結晶を実験室から実用的な光触媒反応装置へと発展させるには、通常、何年にもわたる耐久性試験や工学的な検討が必要になる。すべての段階をクリアできるとも限らない。

今回の研究が示したのは、仕組みの理解という足がかりだ。硫黄を含む有機構造に光の吸収と電子移動の役割の一部を担わせることで、少なくともこの素材系においては、高価な追加の金属触媒への依存を減らせるという証拠と、どのような構造上の工夫が性能向上に役立つかを見極める手法が得られた。これが実際に水素のコスト低下につながるかどうかは、この研究だけでは分からない水素生成速度や、繰り返し使用したときの耐久性、素材を組み込む反応装置全体のコストなど、他の要素にかかっている。もしこの先の段階がうまく進めば、水素製造を一夜で作り変えるような話ではなく、個々の部品のコストを少しずつ削っていくこうした積み重ねこそが、エネルギー技術が時間をかけて安くなっていく典型的な道筋だ。そしてそれは、製鉄や海運、大型トラック輸送のように電化が難しい産業が、今使っている化石燃料由来の水素から、より低炭素な水素へと移行していく後押しにもなりうる。

出典: Oregon State University、Journal of the American Chemical Society (DOI)、ScienceDaily、Interesting Engineering

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• 人間の活動で生じた余分な熱のほとんどは海に吸収されており、その量を正確に測れるかどうかが、気候変動の警告や海面上昇の予測の信頼性を左右する。
• ドイツの研究チームは、海に浮かぶ観測フロートと2種類の人工衛星のデータを組み合わせ、これまでコンピューター上で再現してきた数値を、実際の観測データで補正する新しい手法を開発した。
• 過去20年のうち、ある時期については、よく使われている再現値が新手法による推定値よりもかなり高く、ほぼ2倍に達する開きがあった。
• 熱の吸収は海域によって偏っており、2005〜2015年はインド洋が突出して多かったが、その後は太平洋・インド洋・大西洋によりバランスよく分散するようになった。

海の「熱の収支」が重要な理由

地球は今、太陽から受け取る熱の量が宇宙へ放出する熱の量を上回っている。主な原因は、温室効果ガスが地表付近に余分なエネルギーを閉じ込めていることだ。今回の研究によれば、その余分な熱のおよそ9割は大気や陸地ではなく海に吸収されており、これが大気や地表の昇温ペースを抑えている。

科学者はここで、似て非なる2つの数値を区別する。海にすでに蓄えられた熱の総量を示す「海洋熱量」と、海が熱を新たに吸収する速さを示す「海洋熱吸収量」(単位は海面1平方メートルあたりのワット数)だ。今回扱うのは主に後者で、海域ごとの違いである。海水は温まるとわずかに膨張する「熱膨張」を起こし、これが世界の海面上昇の大きな要因のひとつになっている。

海がどれくらいの速さで、どこで熱を吸収しているかを正確に示すのは意外なほど難しい。ドイツ・ボン大学の研究チームは、2026年10月に学術誌「Earth System Science Data」に発表した論文で、この集計方法をより信頼できるものにしようと試みた。

3つのデータを組み合わせ、推定値を補正する

海をすくい上げて熱を直接測ることはできず、科学者は間接的な手がかりを組み合わせるしかない。ボン大学チームの新手法「GAAMR」(Grace, Altimetry and Argo Mode Rescaling)は、3つのデータ源――人工衛星による観測2種類(重力観測と高度計観測)と、海洋ロボットによるArgoフロート観測――を組み合わせる。

1つ目は「Argoフロート」と呼ばれる数千台の漂流型ロボット観測機で、海の上層2キロメートルほどを沈んでは浮上し、水温と塩分を記録する(深海の分は他のデータで補う)。2つ目は人工衛星による「高度計(レーダー)観測」で、宇宙から海面の高さを測る。温まった海水は体積が増えるため、海面上昇の一部はこの膨張を映す。3つ目は「GRACE」という2機1組の重力観測衛星のデータで、氷床や氷河など地表付近の質量移動による重力場のわずかな変化をとらえ、質量の増減による海面変化と、海水自体の膨張による変化とを分けて見積もる手がかりになる。

重要なのは、この手法が「モデルを一切使わない測定」ではない点だ。比較対象にも使う「ORAS5」という海洋再解析データ(海洋モデルに観測データを組み合わせた過去の海の再現値)から、まず海域ごとのおおまかな温まり方のパターンを描く。そのうえで、それを海全体に一律に当てはめるのではなく、衛星とフロートの実測データで海域ごとに調整し直す。この「海域ごとの再調整」が今回の工夫であり、月ごと・海域ごとの海洋熱吸収量を推定できるようにしている。

新しい数値が示すもの

海全体で合計すると、新手法の推定値は他の独立した推定値とおおむね一致する。2005〜2024年の世界平均の海洋熱吸収量は、海面1平方メートルあたり0.62ワットと算出された。これは、Argoフロートのみの推定値や、NASAの衛星「CERES」による地球のエネルギー収支の観測値とも近い水準だ。

一方、大きく食い違うのが「ORAS5」との比較である。ORAS5は未来を予測する気候モデルではなく、海洋モデルと観測データを組み合わせた、過去の海を再現するための広く使われたデータセットだ。2005〜2024年のORAS5の推定は海面1平方メートルあたり約0.82ワットで、新しい研究の値よりおよそ3割高い。この差は、前半の2005〜2015年ではさらに大きくなる。

2005年から2015年について、ORAS5による推定は海面1平方メートルあたり1.09ワットだった。これに対し、新しいGAAMR法による推定は0.58ワットで、ほぼ2倍の開きがある。

研究チームは、この結果を「気候モデル全般が海の温暖化を過大評価している証拠」とは位置づけていない。新手法の値自体は複数の独立した観測ベースの推定と広く一致しており、ズレが見られるのはあくまでORAS5という特定の再解析データとの比較だからだ。

海域によって異なる「熱の偏り」

新しい海域別の推定値は、世界全体の数値だけではわからないことも明らかにした。2005〜2024年の期間全体では、太平洋・インド洋・大西洋の3つの海が追加された熱の大部分を占め、太平洋がもっとも多く、僅差でインド洋、大西洋と続く。南大洋と北極海は、面積の広さに反して合わせても数パーセントしかない。

ただし、この均衡は20年間を通して見た姿にすぎない。2005〜2015年に限ると、インド洋は自らが占める海の面積の割合に比べ、不釣り合いに多くの熱を吸収していた。研究チームが有力な要因のひとつに挙げるのは、太平洋の暖かい海水をインドネシアの島々の間からインド洋へ運ぶ「インドネシア通過流」の変化だ。この熱の輸送パターンが2018年ごろを境に変化し、赤道付近のインド洋から外へ運び出される熱が増えた可能性があるという。メカニズムを確定的に示す結果ではないが、この変化は、20年間の記録全体で海域間の偏りが均等になっていく傾向と時期的に重なっている。同じ地球温暖化の影響でも、陸上の出来事は目に見えやすい。今年、スイスアルプスの氷河で起きた観測史上2番目の規模の氷の減少もそのひとつだ。海が余分な熱を吸収しているのは、目に見えない水面下での出来事なのである。

この数値の精度が重要な理由

海洋の熱膨張は、1993〜2015年の世界の海面上昇のうち推定42%を占めると、IPCC(気候変動に関する政府間パネル)は報告している。海洋熱吸収量の推定が過大・過小であれば、海面上昇の予測に頼る沿岸の防災計画にも影響しかねない。ボン大学チームはまた、ゆっくり動く海の熱量は、1年の猛暑・冷夏で変動しやすい地表気温より安定した温暖化の指標になるとも主張する。

この手法は将来を予測する道具ではなく、20年分の衛星・フロート記録から、すでに起きたことを復元するものだ。1990年代初め以前は観測記録が手薄なため、それより過去へさかのぼるのは難しいという。研究チームは今後、GRACEの後継衛星のデータも取り入れつつ記録を継続していく計画だ。

出典: ボン大学「How Much Are the World’s Oceans Warming?」、Uebbing et al.「Improving global and regional ocean heat content by consistently combining GRACE gravity, satellite altimetry, and Argo profile observations in a joint inversion framework」、Earth System Science Data誌、2026年

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• 練習をした後に首の左側にある「迷走神経」に電気刺激を与えると、学んだ動きが数日後により上達しやすくなる可能性が、マウスの実験で見えてきました。
• もし人でも似た効果が確認できれば、将来、運動の学習やリハビリテーションを助ける方法につながるかもしれません。
• 東北大学の研究チームが迷走神経を刺激しながら脳の血液量を調べたところ、刺激の後に血液量が規則正しく増減を繰り返す「リズム」が生じることが分かりました。
• 刺激後に生じたこの血液量のリズムが大きかったマウスほど、5日後の学習成績が高い傾向がありました。ただしこれはマウスでの実験結果であり、人でも同じ効果が得られるかどうかはまだ分かりません。

迷走神経とは――脳と体をつなぐ主要な神経

迷走神経とは、首から腹部までを通り、心臓や消化管、肺などの状態を脳に伝えている太い神経のことです。脳と内臓を双方向につなぐ主要な神経の一つで、普段は心拍や呼吸、消化の調子などの情報を脳に伝える働きが中心です。

この神経を外から電気で刺激する治療法は「迷走神経刺激(VNS)」と呼ばれ、植込み型の装置を使って、薬で十分に発作を抑えられないてんかんの治療などに使われています。近年は、耳の一部を皮膚の上から刺激する「経皮的耳介迷走神経刺激」という、体を切らずに行える方法も研究されています(ただし今回のマウス実験で使われた方法とは異なります)。この刺激が脳の中で具体的に何を変えているのかは、まだよく分かっていませんでした。

マウスの実験:刺激は練習の「後」に行った

東北大学大学院生命科学研究科の陳君宇さん、生駒陽子助教、松井広教授らの研究チームは、マウスの左頸部にある迷走神経に小さな電極を取り付け、電気刺激を与える実験を行いました。マウスには、目の前で左右に動く縦じまの模様を目で追いかける「水平視機性眼球運動(HOKR)」という課題を練習させました。この課題の上達には、脳の中でも「小脳」と呼ばれる部位が深く関わっていることが知られています。

1日目には、1時間おきに15分間の練習を4回行いました。練習の直後に、刺激を受けるグループのマウスだけに20分間の迷走神経刺激を加えました。そして2日目と5日目に、改めて成績を調べました。

その結果、1日目の練習中の上達ぐあいには、刺激を受けたマウスと受けなかったマウスで差がありませんでした。ところが2日目と5日目には、刺激を受けたマウスのほうが高い成績を示しました。つまり迷走神経刺激は、練習中の成績を直接高めたのではなく、練習後の過程を通じて、後日の学習成績を高めた可能性があると考えられます。

小脳まわりの血液量が、刺激のあとにリズムを刻んでいた

研究チームは、光ファイバーを使った「ファイバーフォトメトリー」という方法で、小脳片葉という部位の周辺で、局所的な脳の血液量の変化を測定しました。すると、迷走神経を1回刺激するたびに、血液量がいったんわずかに減少し、少し遅れて増加するという、2段階の変化が起きていることが分かりました。これは血管の収縮と拡張に伴って血液量が変化したものと考えられます。

刺激を繰り返すと、この血液量の増減が規則正しく繰り返される「リズム」が生まれていました。研究チームは、こうした血液量のリズム性変動が、脳の血流や代謝の環境を調節することに関係している可能性があると考えています。ただし、今回の研究では酸素やATP(エネルギー源となる物質)などを直接測定しておらず、血液量の変化が学習を助ける具体的な仕組みは、まだ明らかになっていません。

長期的な学習には、神経細胞どうしのつながりが変化する「シナプス可塑性」など、さまざまな脳内の変化が関わっているとされ、そこにはエネルギーが必要です。血液量のリズムが脳への栄養補給に関係しているとすれば、こうした変化を助けている可能性がある、というのが研究チームの考え方です。

刺激後に生じた血液量のリズム性変動が大きいマウスほど、5日後の学習成績が高かった

血液量の「リズム」の大きさと、長期学習の関係

特に注目すべきは、刺激の直後20分間に現れた血液量のリズムの大きさと、5日後の学習成績との関係です。リズムの振れ幅が大きかったマウスほど、5日後の成績が良いという、はっきりとした相関が見られました。ただし、これはあくまで相関関係であり、血液量の変化が学習を良くした「原因」であるとはまだ証明されていません。

研究チームの松井教授は、「迷走神経刺激を練習のあとに行った点が重要です。これにより、脳が変化を受け入れやすい、いわば“隠れた好機の窓”が開くのかもしれません」と述べています。また筆頭著者の陳さんは、「私たちの脳は、自分で思っている以上に体から強い影響を受けているのかもしれません。血液量の動きを含む脳の代謝環境を調整することで、普段は眠っている力を引き出せる可能性があります」とコメントしています。

まだ分からないこと、そして今後の期待

今回の研究の結果だけからは、血液量のリズムが学習を良くする「原因」なのかどうかは分かりません。これを確かめるには、今後、血管や血液量の動きを人為的に操作しながら、学習への影響を直接調べる実験が必要になります。また、脳の中でエネルギー源となる物質そのものの変化は、今回は直接測定されていません。

さらに、今回の実験はあくまでマウスを対象にしたものであり、しかも首の神経に電極を取り付けるという、体への負担が大きい侵襲的な方法で行われています。人に対しては、耳を介した負担の少ない刺激方法がすでに研究されていますが、今回のマウス実験と同じ効果が人でも得られるかどうかは、今回の結果だけでは判断できません。研究チームは、刺激を行うタイミングや強さを工夫することで、将来的に学習やリハビリテーションを助ける方法につながる可能性があるとしています。

出典: 東北大学大学院生命科学研究科プレスリリース(2026年8月26日)、iScience誌掲載論文(Chen et al., オンライン掲載2026年8月25日)

論文情報:Chen, J. U., Ikoma, Y., Matsui, K., “Vagal nerve stimulation induces vascular oscillations and enhances long-term learning”, iScience (2026), DOI: 10.1016/j.isci.2026.117413

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• 新しく作られた、自分で組み上がる性質を持つ材料を神経細胞に加えたところ、培養皿の中の神経細胞の生物学的な活動量がおよそ4倍に高まった。将来、傷ついた神経の修復に役立つ可能性を示す結果だ。
• 米ノースウェスタン大学の化学者らは、この種の分子の「糸」がどれくらいの長さまで伸びるか、そしてプラスとマイナスに帯電した部分がどう並ぶかを、これまでになく精密にコントロールする方法を見つけた。
• できあがった分子の糸は、分子としては桁外れに巨大だ。一般的なプラスチック高分子のおよそ100倍の重さがあり、自然界最大級のタンパク質よりも大きい。それでいて、ふつうの化学結合で結びついた1つの分子ではなく、多数の小さな分子が自然に集まってできている。
• この効果が確認されたのは、今のところ培養皿の中の細胞だけだ。動物や人での実験はまだで、実際の治療に使えるようになるまでには長い時間がかかりそうだ。

細胞に匹敵する大きさの構造体

米ノースウェスタン大学の化学者サミュエル・イー・スタップ氏らのチームが、新しいタイプの巨大な構造体を作り出し、2026年10月1日付の学術誌「サイエンス」で発表した。この構造体は「超分子ポリマー」と呼ばれる材料の仲間だ。ふつうのプラスチックのように、強い化学結合で結びついた1つの分子でできているのではなく、多数の小さな分子同士がくっつき合い、もっとゆるく結びついてできている。磁石が次々とくっついて鎖のように連なるイメージに近い。このゆるさのおかげで組み立てやすい半面、どこで成長を止めるかを確実にコントロールする方法がこれまでなかった。

分子の重さは「ダルトン」という単位で表す。19世紀の化学者ジョン・ドルトンにちなんだ単位で、1ダルトンはおよそ水素原子1個分の重さにあたる。ノースウェスタン大学の研究者たちは比較対象として、材料科学で使われる重さ1000万ダルトン程度の一般的な高分子を挙げている。自然界最大級のタンパク質、たとえば筋肉組織を形づくるようなタンパク質でも、せいぜい300万〜500万ダルトン程度だ。これに対し、今回ノースウェスタン大学が作った集合体は合計で数十億ダルトンに達し、一般的な高分子のおよそ100倍の重さがある。もっとも長い糸状の部分は、1つの細胞の幅よりも長く伸びるという。

なぜ長さの制御が難しかったのか

超分子ポリマーは、化学者が部品を一つひとつつなげて作るのではなく、多数の分子が自然に集まってできていく。そのため従来は、ある程度予測のつかない形で成長が進んでしまい、糸がどこまで伸びるか、特定の構造が糸のどこに位置するかを制御するのが難しかった。ノースウェスタン大学のチームは、「セルフキャッピング超分子重合」と呼ぶ手法でこの課題を解決した。材料となる分子の供給が少なくなってくると、伸びている糸の両端にある柔軟な部分が自分自身に折り返り、両端に実質的な「ふた」をして、それ以上の成長を止める仕組みだ。

この工夫によって、研究チームは2つの要素を同時にコントロールできるようになった。糸全体の長さと、プラスとマイナスに帯電した部分がどう並ぶかだ。研究を説明する声明の中で、スタップ氏はこの成果を材料設計におけるブレイクスルーだと述べている。

「化学でも生物学でも、これまで見たことのないものを発見した」

電荷の並べ方が結果を分けた

最終的な設計にたどり着く前、研究チームは培養皿で育てた神経細胞に対して、もっと単純な電荷のパターンをいくつか試していた。プラスの電荷だけを帯びた糸は、神経細胞をほぼ死滅させてしまった。マイナスの電荷だけを帯びた糸は、ほとんど何の変化も起こさなかった。プラスとマイナスの電荷をランダムに混ぜた糸でも、目立った反応は見られなかった。うまくいったのは1つのパターンだけだった。短いプラスの帯電部分を、より長いマイナスの帯電部分で両側から挟み込む、偶然ではなく精密に設計された配置だ。

このうまくいった設計が、生きた培養神経細胞にどう作用するかを調べるため、研究チームは培養皿で育てた細胞にこれを加え、7日間と14日間にわたって観察した。使われたのは「カルシウムイメージング」という手法で、「カルシウム活性」と呼ばれる指標を追跡する。神経細胞は電気信号を発する過程で、細胞膜を通してカルシウムイオンを一瞬だけ出し入れするため、カルシウム活性は神経細胞がどれだけ活発かを示す指標として広く使われている。これは神経の活動を測る標準的で確立された手法だが、電気信号の回数を直接数えているわけではなく、あくまで間接的な指標であることには注意が必要だ。

この設計を加えた神経細胞は、7日後の時点でカルシウム活性が全体としておよそ4倍高く、14日後にはより多くのシナプスを形成していた。研究チームは、この精密な電荷パターンが、材料と神経細胞の細胞膜やその周囲のタンパク質との相互作用のしかたを変えることで働いているのではないかと考えているが、これはあくまで提案する仕組みであり、完全に実証されたメカニズムではないという。注目すべきは、この効果が特別な薬剤や成長因子を別途加えることなく、電荷パターンの配置だけで現れた点だ。

これが重要なのは、神経細胞が新しい突起を伸ばし、隣の細胞へ信号を渡す接合部である「シナプス」を作る際に、電気的な活動が他の手がかりとともに関わっていると考えられているからだ。神経細胞をより活発にし、つながりを増やすことに関連する材料は、それゆえ「再生医療」の分野で特に注目されている。再生医療とは、失われたり傷ついたりした組織を体が自力で修復する手助けをする科学の一分野で、けがをした神経組織の修復も含まれる。完全に人工で、自己組織化する材料が、生きた細胞のこのような変化と結びついていたという点を、研究チームは今回の成果で最も驚いた部分だと語っている。

培養皿から治療法へ、その手前にあるもの

今回の設計が効果を示したのは、あくまで培養皿の中で育てた神経細胞に対してであり、動物や人での実験はまだ行われていない。培養皿の中の細胞は、生きた体の中で生き延びたり、免疫の反応と戦ったり、けがの後に周囲の組織となじんだりする必要がないため、治療法として使えるようになるまでにはまだ何年もかかるとみられる。とはいえスタップ氏の研究室は長年、神経の修復や組織の再生を目指した自己組織化材料の開発に取り組んできており、今回の精密さの向上を、より信頼性の高い材料を作るための一歩と位置づけている。次の段階としては、人での試験の前に、神経が傷ついた動物モデルで安全性と効果を確かめることが考えられる。

今回の成果は、医療の枠を超えた意味も持つ。狙った長さと、精密にコントロールされた電荷のパターンを持つ巨大な人工構造体を作れるということは、力学的あるいは電気的な性質を調整できる新しい材料への道を開くものであり、生物学から離れた分野でも役立つ可能性がある。より広い視点で見れば、この成果は、1つの分子よりもはるかに大きな距離にわたって材料の性質をコントロールするために、自己組織化という手法が使えることを示している。これまでごく小さなスケールに限られていたような精密さで物質を作り上げる、その一歩と言えるだろう。

出典: ノースウェスタン大学 (Northwestern Now)、EurekAlert!

論文情報:Dore, M. ら, “Precise length and charge segmentation of billion-dalton supramolecular polymers”, Science (2026)

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