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ゲノム情報による医療材料の設計と開発

  • Design and Development of Medical Materials Based on Genomic Information
★ ゲノム情報、解析から利用の時に
★ これからの医療を支えるバイオメディカルマテリアルの創造
★ 再生医療、工学研究者必携の一書

商品コード: T0532

  • 監修: 谷原正夫
  • 発行日: 2006年11月
  • 価格(税込): 70,200 円
  • 体裁: B5判,250ページ
  • ISBNコード: 978-4-88231-599-5
こちらの書籍については、お問い合わせください。
  • ゲノム解析,人工たんぱく質,人工骨,アポトーシス,コラーゲン,アミロース,医療用アミロース,アパタイト,人工神経,人工皮膚

刊行にあたって

 関西文化学術研究都市に立地する大学や企業を中心とした文部科学省の知的クラスター創成事業「ヒューマン・エルキューブ」は、大学に蓄積された知識・技術を核とし、産官学の分野と業種を超えた知と人を結集して新産業や新企業を創出する基盤の形成を目指すものである。その中のプロジェクト「ゲノム情報と物質科学を融合した医療材料のための技術開発」は、ゲノム情報に基づくモノづくりを行うことを目的としている。
 生命の設計図であるゲノム情報の解析は国際的なプロジェクトとして実行され、単細胞生物からヒトまでの広範な生物のゲノム情報が次々に明らかにされている。日本は資源に乏しい国と言われているが、広く公開されているゲノム情報を無限の資源として活用できるような知恵と技術を育てることが、科学技術創造立国を目指す日本の理想的な姿と考えられる。
 ゲノム情報は遺伝子に暗号化されていたタンパク質の1次構造(アミノ酸配列)を明らかにしている。タンパク質が機能を発揮するためには特定の立体構造を形成する必要があり、実はその情報も1次構造の中に埋込まれている。モノづくりには、タンパク質の立体構造と機能の関係の解明が必要であるが、この網羅的な研究はまだ十分ではない。ゲノム情報に秘められたこれらの生命の仕組みを明らかにすることができれば、タンパク質の働きの理解だけでなく、新しい機能を持つタンパク質の設計を可能にすることができる。分子生物学やタンパク科学の専門家だけでなく、化学や高分子、情報の専門家が、それぞれ新規な発想と力を結集することで、生命の仕組みがゲノム情報に基づいて明らかにできると考えられる。
 本書では、このようなゲノム情報に基づくモノづくりを分かりやすく解説するとともに、最新の研究の取り組みとその成果の実例を第一線の研究者によって紹介する。これらは世界レベルの優れた学術成果であるとともに、それぞれ新産業を創出するインパクトを有するものである。
 本書が新しい発想によるモノづくりを目指す人たちの一助となれば幸いである。
(「巻頭言」より)
2006年10月  奈良先端科学技術大学院大学 谷原正夫

著者一覧

谷原正夫   奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科 教授
野依正晴   (株)けいはんな 関西文化学術研究都市地域知的クラスター推進本部 事業総括
芝 清隆   (財)癌研究会癌研究所 蛋白創製研究部 部長
齋藤充弘   大阪大学 大学院医学系研究科 外科学講座 心臓血管・呼吸器外科学 特任助手
梶原一美   奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科 産学官連携研究員
冨田正浩   (財)ひろしま産業振興機構 広島県産業科学技術研究所 知的クラスター創成事業 吉里プロジェクト 主任研究員   
吉里勝利   広島大学 大学院理学研究科 発生生物学研究室 教授
高原純一   三和澱粉工業(株) 研究開発部
鷹羽武史   江崎グリコ(株) 生物化学研究所
大槻主税   名古屋大学 大学院工学研究科 結晶材料工学専攻 教授
小長谷重次   奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科 産学官連携研究員
上髙原理暢   奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科 助手
細谷佳代   江崎グリコ(株) 生物化学研究所
石井大輔   (独)理化学研究所 中央研究所 高分子化学研究室 協力研究員
岩田忠久   (独)理化学研究所 中央研究所 高分子化学研究室 副主任研究員;東京大学 大学院農学生命科学研究科 生物材料科学専攻 助教授
伊藤嘉浩   (独)理化学研究所 中央研究所 伊藤ナノ医工学研究室 主任研究員;(財)神奈川科学アカデミー 伊藤「再生医療バイオリアクター」プロジェクト プロジェクトリーダー
石川奈美子   京都大学 形成外科 博士課程
鈴木義久   京都大学 大学院医学研究科 外科系専攻 助教授
伏木信次   京都府立医科大学 大学院医学研究科 分子病態病理学 教授   
増田真吾   日本メディカルマテリアル(株) 研究部 先行技術研究課 課責任者
吉原雄祐   日本メディカルマテリアル(株) 研究部 生物評価研究課 課責任者
尾形信一   奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科 助手
矢野重信   奈良女子大学 大学院人間文化研究科 共生自然科学専攻 機能性物質科学講座 教授   
小幡 誠   奈良女子大学 大学院人間文化研究科 共生自然科学専攻 機能性物質科学講座 助手

目次

巻頭言「ゲノム情報とモノづくり」

けいはんな知的クラスター創成事業の取り組み

【総論』
第1章 ゲノム情報と物質科学の融合
1. はじめに
2. 1次構造(アミノ酸配列)の相同性と相違性
3. 立体構造の決定と1次構造(アミノ酸配列)からの推定
4. 低分子量ペプチドを用いる利点とスーパータンパク質創成への挑戦

第2章 人工タンパク質の創成
1. 人工タンパク質研究の変遷
1.1 人工タンパク質とは
1.2 合理的設計をめざす蛋白工学
1.3 選択を重視する進化分子工学
1.4 デ・ノボ合成と天然タンパク質の改変
2. ゲノム時代の人工タンパク質研究
2.1 ゲノム生物学とポストゲノム研究からあふれ出るタンパク質情報
2.2 新しい機能の組み合わせ
2.3 機能性モチーフのプログラミング
3. 無機材料と生体高分子をインターフェイスする人工タンパク質
3.1 ペプチド・ファージシステム
3.2 無機物に対するペプチド・アプタマー
3.3 無機物ペプチド・アプタマーの多機能性
4. おわりに

第3章 将来展望(再生医療の実現に向けて)
1. はじめに
2. 幹細胞の増殖・分化の制御
3. 人工幹細胞ニッチ
4. おわりに

【第1編 新しいペプチド・タンパク質の創成】
第1章 骨形成ペプチド
1. はじめに
2. 骨形成ペプチドの設計とin vitroにおける骨誘導活性の検討
3. 骨形成ペプチドの異所性骨誘導能
4. ラット脛骨欠損部に対する骨形成ペプチドの修復効果
5. ウサギ橈骨20mm欠損部に対する骨形成ペプチドの修復効果
6. おわりに

第2章 細胞死抑制ペプチド
1. はじめに
2. アポトーシス
3. アポトーシスの誘導機構
4. Death Ligandと疾患
5. 細胞死抑制分子の設計
5.1 DR5由来ペプチドの設計
5.2 DR5由来ペプチドのアポトーシス抑制効果
5.3 DR由来ペプチドの設計
5.4 DR由来ペプチドの各種リガンドによるアポトーシスの抑制効果
5.5 DR由来ペプチドの各種リガンドへの結合能
6. まとめ
7. おわりに

第3章 遺伝子組換えコラーゲン
1. コラーゲン
2. コラーゲンの用途および由来材料の現状
3. 組換えコラーゲン
4. 昆虫培養細胞を用いた組換えヒトコラーゲンの発現
5. 酵母によるヒトコラーゲンの生産
6. トランスジェニック生物による組換えヒトコラーゲンの生産
7. トランスジェニックカイコ
8. ミニコラーゲンを繭中に分泌するカイコの作出
9. カイコプロリン水酸化酵素cDNAのクローニング
10. カイコにおけるプロリン水酸化酵素とIV型コラーゲンの機能
11. プロリン水酸化酵素を後部絹糸腺で発現するカイコの作製
12. 今後の展望

第4章 人工コラーゲン
1. はじめに
2. コラーゲン様ポリペプチドの合成
3. 三重らせん構造の安定性
4. コラーゲン様ポリペプチドの繊維形成
5. コラーゲン様ポリペプチドへの機能性付与
6. おわりに

【第2編 新素材マトリクス】
第1章 酵素合成アミロースとその誘導体
1. はじめに
2. 澱粉とアミロース
3. アミロースの酵素合成
4. 酵素合成アミロースの構造と機能
4.1 アミロースの結晶構造
4.2 アミロース水溶液とその特徴
4.3 アミロースの老化
4.4 アミロースの包接機能
5. 酵素合成アミロースの医療用材料としての応用
5.1 医療用材料としての酵素合成アミロース
5.2 徐放性担体としての利用
5.3 酵素合成アミロースのハイドロゲル
5.3.1 ハイドロゲルの形成と構造
5.3.2 分子量とゲル化速度
5.3.3 ゲル化を利用した成形
5.4 化学修飾による物性の改変と機能性付与
5.4.1 化学修飾の手段
5.4.2 置換度と溶解性
5.4.3 力学的物性の改変
5.4.4 生分解性のコントロール
5.4.5 機能性の付与
6. おわりに

第2章 リン酸カルシウム多孔質セラミックス
1. 骨の修復に用いるセラミックス
2. 骨と結合する生体活性セラミックスの特徴
3. 骨の再生に合わせて吸収されるセラミックス
4. ヒドロキシプロピルセルロースによるコーティング
5. セリシンによるコーティング
6. 結晶相を制御したリン酸三カルシウム多孔体の作製
7. 微量添加成分がα-TCP多孔体の合成プロセスに与える効果
8. まとめ

第3章 ポリアミド/アパタイトハイブリッド体
1. はじめに
2. アパタイト/ポリアミドハイブリッド体の分子設計
3. アパタイト粒子/芳香族ポリアミドハイブリッド体の合成
3.1 イオン性基含有芳香族ポリアミドの合成
3.1.1 カルボシキル基含有芳香族ポリアミド(C(50))の合成
3.1.2 その他のイオン性基含有芳香族ポリアミドS(x)、P(x)、Si(x)の合成
3.2 疑似体液(1.5SBF溶液)の調製
3.3 イオン性基結合芳香族ポリアミドフィルムの製膜及び1.5SBF中への浸漬実験
4. イオン性基含有ポリアミドフィルムの1.5SBF液中でのアパタイト生成促進作用
4.1 C(x)ポリアミド系
4.1.1 CaCl2添加効果
4.1.2 カルボキシル基量の効果
4.2 S(x)ポリアミド系   
4.3 P(x)ポリアミド系
4.4 Si(x)ポリアミド系
5. イオン性基の種類とアパタイト微粒子析出挙動との関係
6. CaCl2のアパタイト微粒子生成促進作用機構
7. アパタイト/ポリアミドハイブリッド体の構造的特性
7.1 ハイブリッド体の構造
7.2 アパタイト層剥離性
8. アパタイト/ポリアミドハイブリッド体の吸着特性
9. おわりに

第4章 コラーゲン/アパタイトハイブリッド体
1. はじめに
2. バイオミメティックプロセス
3. 人工コラーゲンフィルム上での骨類似アパタイトの析出
4. シラノール基を導入した人工コラーゲン上でのアパタイト形成
5. 人工コラーゲン/アパタイトハイブリッドの評価
6. まとめ

第5章 アルギン酸/アパタイトハイブリッド体
1. はじめに
2. 生体活性の発現
3. アルギン酸  
4. アルギン酸/アパタイトハイブリッド体の合成
5. 生体適合性試験
6. まとめ

第6章 ナノファイバーハイブリッド体
1. はじめに
2. 組織工学のための足場
3. 足場のための材料
4. エレクトロスピニングによるナノファイバー
5. 生分解性高分子ナノファイバー
5.1 ナノファイバー高分子の高次構造
5.2 ナノファイバーの力学特性
5.3 ナノファイバーの分解挙動
6. ナノファイバーのハイブリッド化
7. 自己組織化ペプチドナノファイバー
8. おわりに

【第3編 新医療材料、新医療技術】
第1章 アルギン酸を用いた末梢神経の再生
1. はじめに
2. 末梢神経再生のメカニズムと種々の人工神経用材料
3. アルギン酸の開発
4. アルギン酸ゲルを用いた末梢神経再生の解析
5. 移植方法の検討
6. b-FGFを固定化させたアルギン酸ゲル
7. 骨髄間質細胞より分化誘導させたシュワン細胞移植
8. まとめ

第2章 ミニブレイン
1. 中枢神経系の発生初期を概観する
2. 培養下におけるマトリックス細胞のふるまいとミニブレイン形成
3. ミニブレインの活用と今後の課題
4. 神経幹細胞

第3章 骨形成材料
1. はじめに
2. 骨補填材料
2.1 セラミック人工骨
2.2 人工骨と生体骨との直接接合
2.3 吸収性人工骨
3. 骨形成因子(BMP)
4. 骨形成ペプチド(BFP)
5. 骨形成ペプチドのin vivo評価(骨内埋植実験)
5.1 動物実験モデルの検討
5.2 ウサギ橈骨クリティカル骨欠損修復実験
5.3 サル下顎骨クリティカル骨欠損修復実験
6. 課題と展望
6.1 骨形成ペプチドにおける開発課題
6.2 骨形成材料の将来展望

第4章 神経分化因子
1. はじめに
2. 骨髄間質細胞が分泌する神経幹細胞分化因子の同定
3. おわりに

第5章 がん光化学治療―糖を生理機能素子とする糖鎖連結光増感剤の開発―
1. はじめに
2. 細胞内光増感反応
3. がん光化学治療のための光増感剤
4. 糖を機能素子とする光増感剤
4.1 糖連結ポルフィリン誘導体の合成
4.2 糖連結ポルフィリン誘導体の機能評価
4.3 糖連結ポルフィリン誘導体の系統的研究 
4.4 糖連結フラーレン誘導体の合成
4.5 糖連結フラーレン誘導体の機能評価
5. おわりに

第6章 人工皮膚(アルギン酸、人工コラーゲン
1. はじめに
2. アルギン酸からなる人工皮膚
3. 低エンドトキシンアルギン酸
4. 増殖因子を保持・徐放できるヘパリン/アルギン酸ゲル
5. 人工コラーゲンから成る人工皮膚
6. おわりに
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