学術的背景 磁気共鳴画像法（Magnetic Resonance Imaging, MRI）は現代医療診断における重要なツールであり、その効果は造影剤（Contrast Agents, CAs）の使用に大きく依存しています。従来のMRI造影剤は主にガドリニウム（Gd）を基盤とした錯体に基づいており、これらの造影剤は臨床で広く応用されているものの、長期的な安全性には議論があり、特に腎機能不全の患者では腎性全身性線維症（Nephrogenic Systemic Fibrosis, NSF）を引き起こす可能性があります。そのため、遷移金属を基盤とした新しいMRI造影剤の開発が研究の热点となっています。遷移金属（例えば鉄やマンガン）は、地球上に豊富に存在し、多様な酸化状態を持つため、生体環境中の酸化...
学術的背景 生物発光技術（bioluminescence）は、外部光源を必要とせず、生体内でリアルタイムかつ高感度・非侵襲的なイメージングを可能にする技術です。ルシフェラーゼ（luciferase）は発光反応を触媒する鍵酵素ですが、天然のルシフェラーゼは、タンパク質の折り畳み不良、巨大な分子サイズ、ATP依存性、低い触媒効率など多くの限界を抱えています。これらの制約は、生物医学研究における生物発光技術の広範な応用を妨げてきました。近年、定向進化（directed evolution）などの方法で天然ルシフェラーゼを改良する試みも進められていますが、これらの限界を完全には克服できていません。 この課題を解決するため、研究チームは深層学習ベースのタンパク質設計手法を用い、de novo設計（fr...
背景紹介 生きた細菌の生物医学分野での応用は近年、広く注目を集めています。伝統的に、細菌は病原体と見なされ、排除されるべき存在でした。しかし、現代細菌学の発展に伴い、細菌が人体と共生する複雑さや、治療、診断、薬物送達における独自の潜在能力が徐々に認識されるようになりました。化学工学は生物学的安全性の向上と治療効果の改善に革新的なアイデアを提供していますが、生きた細菌を活用した精密医療の全面的な応用は依然として大きな課題に直面しています。特に、生きた細菌が人体に入った後の運命、その生物学的プロセスの複雑さ、そして個別化治療の多様性は、解決が急がれる問題です。さらに、人工知能（AI）と機械学習（ML）技術の導入は、生きた細菌と人体の相互作用を設計・予測する新たな可能性を提供しています。 論文の出...
ニコチンはタバコの主な中毒性物質であり、脳内のドーパミン報酬系を活性化することで喫煙行動を促進します。ニコチンの中毒メカニズムは広く研究されていますが、脳内での具体的な作用経路、特に異なる神経回路を介して報酬と嫌悪反応を調節する仕組みについては、まだ多くの謎が残されています。近年、電子タバコの使用が世界的に急速に増加し、特に青少年の間で広がっていることから、ニコチン中毒の生理学的メカニズムを理解することがますます重要になっています。ニコチンは脳内のニコチン性アセチルコリン受容体（nicotinic acetylcholine receptors, nAChRs）に結合して作用し、これらの受容体は異なるαおよびβサブユニットから構成され、多様なヘテロまたはホモ五量体構造を形成します。研究による...
学術的背景 パーキンソン病（Parkinson’s Disease, PD）は、2番目に多い神経変性疾患であり、主な特徴として運動機能障害、ドーパミン作動性ニューロンの喪失、およびα-シヌクレイン（α-synuclein, α-syn）の異常な凝集が挙げられます。ほとんどのPD症例の原因は不明ですが、約5%-10%の症例は単一遺伝子の変異によって引き起こされます。SNCA遺伝子はα-シヌクレインをコードしており、常染色体優性遺伝性PDに関連する最初に発見された遺伝子です。SNCA変異は通常、若年発症型PDを引き起こし、その中でもA53T変異は最も頻繁に見られる点変異の一つです。しかし、α-シヌクレインがどのように神経変性を誘発するか、そのメカニズムはまだ明確ではありません。 オートファジー（...
研究背景 視覚システムは、哺乳類の脳の中で最も複雑な感覚システムの一つであり、その機能は複数の脳領域、特に視床（thalamus）と一次視覚野（V1）間の情報伝達に依存しています。視覚情報の処理は、光の強度、コントラスト、運動などの基本的な特徴の抽出だけでなく、複雑な自然シーンの中で複数の時空間的特徴を同時に処理する必要があります。これまでの研究では、視覚システムにおけるニューロン活動の多くの詳細が明らかにされてきましたが、自然視覚刺激下での神経振動活動、特に視床-皮質回路における視覚情報の動的符号化については、まだ多くの未解決の問題が残されています。 神経振動（neural oscillations）は、脳活動の重要な特徴であり、通常は局所場電位（local field potential...