デジタルツインからバーチャルヒューマンツインへ：デジタルヘルス分野の「月面着陸計画」 1. 学術的背景と研究動機 現在、世界の医療健康システムには、依然として多くの満たされていない臨床および社会的ニーズが存在しています。治療選択の不足、不十分で高価な医療リソース、長い待機時間、そして小児や希少疾患などの弱者集団に対する配慮の不足（unmet needs）がその現れです。医学界は健康と疾患の生理学的メカニズムへの理解を深めつつあり、新しい診断・治療技術も継続的に登場していますが、医療サービスの普及性、効率性、個別化にはいまだ課題が残っています。このため、医学界および産業界ではデジタル化と情報化による変革の探求が続いています。 ヒトゲノム計画（Human Genome Project）が人類の遺...

シミュレーションベース推論による単分子構造認識の加速 ――《amortized template matching of molecular conformations from cryoelectron microscopy images using simulation-based inference》研究ニュースレポート 研究背景と意義 分子生物学や構造生物学の分野において、生体高分子がどのように異なる構造（コンフォメーション）へと転換してその機能を発揮するかを理解することは、生命現象のメカニズムを解明する核心的な目標です。よく知られているように、タンパク質や核酸などの生体高分子は高度な柔軟性を持ち、細胞内で様々な構造間を絶えず再編成しています。そして、これら異なるコンフォメーションは...

1. 学術的背景と研究動機 近年、ジェノタイプ–フェノタイプ（Genotype-Phenotype, G-P）関連解析は、複雑な形質の遺伝的基盤を解明するための中心的手法となっており、とくにヒトの顔面、四肢、骨格など多次元構造形質の研究分野で急速な発展を遂げている。従来、G-P解析は単純で事前に定めた人体解剖指標に依存するか、あるいは主成分分析（Principal Component Analysis, PCA）などの教師なし次元削減技術を用いて、「主成分（principal components）」「特徴顔（eigen-shapes）」などのデータ駆動的な特徴を抽出していた。これらの手法は広く用いられているものの、必ずしも遺伝情報を豊富に含み、遺伝生物学的な関連性を持つ表現型軸を選び出せる...

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...