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刊行にあたって
「ナノテクノロジー」は21世紀のサイエンスを力強く牽引していく技術である。このナノテクノロジーは,2つの大きな潮流になろうとしている。
1つは,高い温度や質の良い真空を用いて半導体・金属・セラミックス・高分子などの材料を高精度の加工する技術である。たとえば,レーザー・イオンビーム・電子線を用いた精密微細加工・リソグラフィー,あるいはナノインプリント加工などがあげられる。それらは,硬い材料を扱うことが多く,高温・真空を発生する大型装置を使うことから「ハードナノテクノロジー」と呼ぶことができる。ナノメートルの大きさで起こる量子現象を利用して,新しい情報処理・通信技術の開発にとって不可欠の技術である。
一方,生物は限られた種類の素材を巧みに組み合わせて生命活動に利用している。そのような生物材料の特徴は,ナノ構造が素材自身の持ち味を生かして,常温・常圧の穏やかな条件で作られる点である。素材が軟らかく,用いる条件も穏やかであることから「ソフトナノテクノロジー」と呼ぶことができる。生体内に存在する素材そのものは,タンパク質,多糖,核酸と数少ないが,それらがいろいろな形に組織化して多種多様な興味深い機能を示す。ソフトナノテクノロジーは生物機能性材料の多様性を支える源になっている。
今までは生体組織のようにソフトでウェットなものを高精度に見ることは困難であった。しかし,ナノテクノロジーの進歩によって細胞や生命活動を”その場で”ナノレベルから理解できるようになりつつある。その結果,ナノテクノロジーとバイオテクノロジーの協会領域であるナノバイオ研究が大きく展開している。
一例として,細胞外基質を考えてみよう。細胞は自分の周りを軟らかい高分子や硬い骨などの細胞外基質にとり囲まれている。ソフトナノテクノロジーによって,骨と同じナノ構造をもった有機-無機ナノコンポジットを構築することができるが,その材料は骨と同じしなやかな性質をもち,しかも最終的には生体内の骨代謝系によって本当の骨に作りかえられる。その様子は,細胞自身が,組織化されたナノ構造体を本物の骨組織と認識し,幹細胞が骨系の細胞に増殖・分化しているように見える。
このような細胞の分子認識能・物質選択性は,生物の進化によって選びとられ,あたかも合理的な論理性を備えているかのように見える。もしそうならば,細胞によって作られた細胞外基質のみならず,細胞外基質と同じナノ構造をもった材料を人工的に作ることによって,我々は細胞の分化・増殖に大きな影響を与えることになる。これらの研究は今後,生命体の科学技術としてさまざまな分野に展開すると期待される。
またソフトナノテクノロジーでは,大がかりな装置を用いることなく,簡単・安全かつ大量にナノ構造体を合成できる。将来はセンサー・診断・セルセラピーと幅広い応用につながるだけでなく,傷ついた生体組織を再生する医療への貢献や,新材料としてエレクトロニクス分野などへの子上賢も期待される。
本書では,ナノバイオ研究の最も大切な技術である「ソフトナノテクノロジー」について,幅広い研究者がさまざまなコンセプト・技術を紹介している。新材料とナノバイオテクノロジー,ナノメディシン,再生医療工学などにまたがる材料・技術・応用を集約した,ソフトナノテクノロジーの一冊が今後のさらなる発展に寄与することを願っている。
2005年5月 北海道大学 長田義仁
著者一覧
編集委員
(担当編順)
菊池正紀 (独)物質・材料研究機構 生体材料研究センター 組織再生材料グループ 主任研究員
谷口彰良 (独)物質・材料研究機構 生体材料研究センター 細胞基盤技術グループ アソシエートディレクター
大和雅之 東京女子医科大学 先端生命医科学研究所 助教授
田畑泰彦 京都大学 再生医科学研究所 生体組織工学研究部門 生体材料学分野 教授
宮原裕二 (独)物質・材料研究機構 生体材料研究センター バイオエレクトロニクスグループ ディレクター
著者一覧
長田義仁 北海道大学 理事 副学長
田中順三 (独)物質・材料研究機構 生体材料研究センター センター長
北海道大学 創成科学共同研究機構 特定研究部門 生命系 教授
菊池正紀 (独)物質・材料研究機構 生体材料研究センター 組織再生材料グループ 主任研究員
坂口祐輔 東京医科歯科大学 大学院医歯学総合研究科 運動器外科学
生駒俊之 (独)物質・材料研究機構 生体材料研究センター 組織再生材料グループ 研究員
関矢一郎 東京医科歯科大学 大学院医歯学総合研究科 運動器外科学 助手
宗田大 東京医科歯科大学 大学院医歯学総合研究科 運動器外科学 教授
伊藤聰一郎 東京医科歯科大学 整形外科 疾患遺伝子研究センター 助教授
松田篤 北海道大学 創成科学共同研究機構 特定研究部門 生命系 教務補佐員
小林尚俊 (独)物質・材料研究機構 生体材料研究センター 人工臓器材料グループ アソシエートディレクター
四宮謙一 東京医科歯科大学 大学院医歯学総合研究科 先端治療外科学系講座 整形外科学分野 教授
都木靖彰 北海道大学 大学院水産科学研究院 海洋応用生命科学部門 増殖生物学分野 教授
岡田正弘 国立循環器病センター研究所 先進医工学センター 生体工学部 流動研究員
古薗勉 国立循環器病センター研究所 先進医工学センター 生体工学部 室長
庄司大助 ペンタックス(株) ニューセラミックス事業部 開発部 第1開発室
望月直美 ペンタックス(株) ニューセラミックス事業部 開発部 第1開発室
河村克己 ペンタックス(株) ニューセラミックス事業部 開発部 第1開発室
塩谷慎吾 ペンタックス(株) ニューセラミックス事業部 開発部 第1開発室 室長
小川哲朗 ペンタックス(株) ニューセラミックス事業部 開発部 開発部長
大熊恒雄 北海道曹達(株) 研究開発部 部長
柚木俊二 (独)物質・材料研究機構 生体材料研究センター 組織再生材料グループ 特別研究員
棟方正信 北海道大学 大学院工学研究科 分子化学専攻 教授
谷口彰良 (独)物質・材料研究機構 生体材料研究センター 細胞基盤技術グループ アソシエートディレクター
小林眞司 横浜市立大学 大学院医学研究科 臓器再生医学 共同研究員
横浜市立大学付属病院 形成外科 常勤特別職
谷口英樹 横浜市立大学 大学院医学研究科 臓器再生医学 教授
(独)物質・材料研究機構 生体材料研究センター 医工連携グループ 客員研究員
小島弘子 (独)産業技術総合研究所 特別研究員
植村壽公 (独)産業技術総合研究所 ナノテクノロジー研究部門 主任研究員
陳国平 (独)物質・材料研究機構 生体材料研究センター 細胞基盤技術グループ 主幹研究員
立石哲也 (独)物質・材料研究機構 生体材料研究センター フェロー ; 医工連携チーム リーダー
佐藤秀樹 京都大学再生医科学研究所 生体組織工学研究部門 組織修復材料学分野
伊比井崇向 京都大学再生医科学研究所 生体組織工学研究部門 組織修復材料学分野
岩田博夫 京都大学再生医科学研究所 生体組織工学研究部門 組織修復材料学分野 教授
大和雅之 東京女子医科大学 先端生命医科学研究所 助教授
狩野恭子 東京女子医科大学 先端生命医科学研究所
岡野光夫 東京女子医科大学 先端生命医科学研究所 所長; 教授
川浪雅光 北海道大学 大学院歯学研究科 歯周・歯内療法学教室 教授
横山敦郎 北海道大学病院 咬合系歯科 講師
小山博之 東京大学医学部付属病院 ティッシュエンジニアリング部 血管再生医療 客員助教授
高戸毅 東京大学医学部付属病院 ティッシュエンジニアリング部 部長; 教授
岡畑恵雄 東京工業大学 フロンティア創造共同研究センター
大学院生命理工学研究科 生命分子機能工学専攻 教授
川崎剛美 東京工業大学 大学院生命理工学研究科 生命分子機能工学専攻 助手
居城邦治 北海道大学 電子科学研究所 分子認識素子研究分野 教授
辻井薫 北海道大学 電子科学研究所 ナノテクノロジー研究センター ナノデバイス研究分野 教授
下村政嗣 北海道大学 電子科学研究所 ナノテクノロジー研究センター センター長; 教授
田中賢 北海道大学 創成科学共同研究機構 移植医療・組織工学プロジェクト 特任助教授
グン チェンピン 北海道大学 大学院理学研究科 生体高分子設計学講座 教授
田口哲志 (独)物質・材料研究機構 生体材料研究センター 人工臓器材料グループ 研究員
渡辺順次 東京工業大学 大学院理工学研究科 有機・高分子物質専攻 教授
兼子博章 帝人(株) 先端技術研究所 主任研究員
利根川亨 筑波大学 大学院数理物質科学研究科 物質・材料工学専攻
組織再生材料グループ 外来研究員
紋川亮 (独)物質・材料研究機構 生体材料研究センター 組織再生材料グループ 特別研究員
太田一史 (独)物質・材料研究機構 生体材料研究センター 組織再生材料グループ 特別研究員
壷内信吾 東京工業大学 大学院生命理工学研究科 生命情報専攻 博士研究員
池田森人 東京工業大学 大学院生命理工学研究科 生命情報専攻
成松宏樹 東京工業大学 大学院生命理工学研究科 生命情報専攻
半田宏 東京工業大学 大学院生命理工学研究科 生命情報専攻 教授
原田敦史 大阪府立大学 大学院工学研究科 物質・化学系専攻 応用化学分野 助教授
片岡一則 東京大学 大学院工学系研究科 マテリアル工学専攻 教授
東京大学 医学系研究科 疾患生命工学センター 臨床医工学部門 教授
長谷川麗 東京医科歯科大学 生体材料工学研究所 有機材料分野
秋吉一成 東京医科歯科大学 生体材料工学研究所 有機材料分野 教授
田畑泰彦 京都大学再生医科学研究所 生体組織工学研究部門 生体材料学分野 教授
奥田竜也 (財)医療機器センター; 京都大学 大学院薬学研究科 薬品動態制御学分野 流動研究員
橋田充 京都大学 大学院薬学研究科 薬物動態制御学分野 教授
原島秀吉 北海道大学 大学院薬学研究科 医療薬学専攻 薬剤分子設計学分野 教授
瀬谷司 北海道大学 大学院医学研究科 病態解析学講座 感染症制御医学分野 教授
海老原敬 北海道大学 大学院医学研究科 病態解析学講座 感染症制御医学分野
志田壽利 北海道大学 遺伝子病制御研究所 病態研究部門 感染病態分野 教授
菊池寛 第一製薬(株) 研究開発本部 創剤代謝研究所 研究グループ長
牛木辰男 新潟大学 大学院医歯学総合研究科 顕微解剖学分野 教授
岡嶋孝治 北海道大学 電子科学研究所 ナノテクノロジー研究センター ナノ理論研究分野 助教授
徳本洋志 北海道大学 電子科学研究所 ナノテクノロジー研究センター ナノ理論研究分野 教授
中山知信 (独)物質・材料研究機構 ナノマテリアル研究所 ナノ電気計測グループ アソシエートディレクター
佐藤香枝 (独)理化学研究所 前田バイオ工学研究室 基礎科学特別研究員
前田瑞夫 (独)理化学研究所 前田バイオ工学研究室 主任研究員
原田慶恵 (財)東京都医学研究機構 東京都臨床医学総合研究所 副参事研究員
藤田寿一 国立循環器病センター研究所 循環器形態部 室長
松田道行 大阪大学 微生物病研究所 腫瘍ウイルス分野 教授
望月直樹 国立循環器病センター研究所 循環器形態部 部長
中澤英子 (株)日立ハイテクノロジーズ ナノテクノロジー製品事業本部 那珂事業所 那珂アプリケーションセンター 技師
国武豊喜 (独)理化学研究所 フロンティア研究システム 時空間機能材料研究グループ グループディレクター
北九州市立大学 副学長
執筆者の所属表記は、2005年当時のものを使用しております。
(担当編順)
菊池正紀 (独)物質・材料研究機構 生体材料研究センター 組織再生材料グループ 主任研究員
谷口彰良 (独)物質・材料研究機構 生体材料研究センター 細胞基盤技術グループ アソシエートディレクター
大和雅之 東京女子医科大学 先端生命医科学研究所 助教授
田畑泰彦 京都大学 再生医科学研究所 生体組織工学研究部門 生体材料学分野 教授
宮原裕二 (独)物質・材料研究機構 生体材料研究センター バイオエレクトロニクスグループ ディレクター
著者一覧
長田義仁 北海道大学 理事 副学長
田中順三 (独)物質・材料研究機構 生体材料研究センター センター長
北海道大学 創成科学共同研究機構 特定研究部門 生命系 教授
菊池正紀 (独)物質・材料研究機構 生体材料研究センター 組織再生材料グループ 主任研究員
坂口祐輔 東京医科歯科大学 大学院医歯学総合研究科 運動器外科学
生駒俊之 (独)物質・材料研究機構 生体材料研究センター 組織再生材料グループ 研究員
関矢一郎 東京医科歯科大学 大学院医歯学総合研究科 運動器外科学 助手
宗田大 東京医科歯科大学 大学院医歯学総合研究科 運動器外科学 教授
伊藤聰一郎 東京医科歯科大学 整形外科 疾患遺伝子研究センター 助教授
松田篤 北海道大学 創成科学共同研究機構 特定研究部門 生命系 教務補佐員
小林尚俊 (独)物質・材料研究機構 生体材料研究センター 人工臓器材料グループ アソシエートディレクター
四宮謙一 東京医科歯科大学 大学院医歯学総合研究科 先端治療外科学系講座 整形外科学分野 教授
都木靖彰 北海道大学 大学院水産科学研究院 海洋応用生命科学部門 増殖生物学分野 教授
岡田正弘 国立循環器病センター研究所 先進医工学センター 生体工学部 流動研究員
古薗勉 国立循環器病センター研究所 先進医工学センター 生体工学部 室長
庄司大助 ペンタックス(株) ニューセラミックス事業部 開発部 第1開発室
望月直美 ペンタックス(株) ニューセラミックス事業部 開発部 第1開発室
河村克己 ペンタックス(株) ニューセラミックス事業部 開発部 第1開発室
塩谷慎吾 ペンタックス(株) ニューセラミックス事業部 開発部 第1開発室 室長
小川哲朗 ペンタックス(株) ニューセラミックス事業部 開発部 開発部長
大熊恒雄 北海道曹達(株) 研究開発部 部長
柚木俊二 (独)物質・材料研究機構 生体材料研究センター 組織再生材料グループ 特別研究員
棟方正信 北海道大学 大学院工学研究科 分子化学専攻 教授
谷口彰良 (独)物質・材料研究機構 生体材料研究センター 細胞基盤技術グループ アソシエートディレクター
小林眞司 横浜市立大学 大学院医学研究科 臓器再生医学 共同研究員
横浜市立大学付属病院 形成外科 常勤特別職
谷口英樹 横浜市立大学 大学院医学研究科 臓器再生医学 教授
(独)物質・材料研究機構 生体材料研究センター 医工連携グループ 客員研究員
小島弘子 (独)産業技術総合研究所 特別研究員
植村壽公 (独)産業技術総合研究所 ナノテクノロジー研究部門 主任研究員
陳国平 (独)物質・材料研究機構 生体材料研究センター 細胞基盤技術グループ 主幹研究員
立石哲也 (独)物質・材料研究機構 生体材料研究センター フェロー ; 医工連携チーム リーダー
佐藤秀樹 京都大学再生医科学研究所 生体組織工学研究部門 組織修復材料学分野
伊比井崇向 京都大学再生医科学研究所 生体組織工学研究部門 組織修復材料学分野
岩田博夫 京都大学再生医科学研究所 生体組織工学研究部門 組織修復材料学分野 教授
大和雅之 東京女子医科大学 先端生命医科学研究所 助教授
狩野恭子 東京女子医科大学 先端生命医科学研究所
岡野光夫 東京女子医科大学 先端生命医科学研究所 所長; 教授
川浪雅光 北海道大学 大学院歯学研究科 歯周・歯内療法学教室 教授
横山敦郎 北海道大学病院 咬合系歯科 講師
小山博之 東京大学医学部付属病院 ティッシュエンジニアリング部 血管再生医療 客員助教授
高戸毅 東京大学医学部付属病院 ティッシュエンジニアリング部 部長; 教授
岡畑恵雄 東京工業大学 フロンティア創造共同研究センター
大学院生命理工学研究科 生命分子機能工学専攻 教授
川崎剛美 東京工業大学 大学院生命理工学研究科 生命分子機能工学専攻 助手
居城邦治 北海道大学 電子科学研究所 分子認識素子研究分野 教授
辻井薫 北海道大学 電子科学研究所 ナノテクノロジー研究センター ナノデバイス研究分野 教授
下村政嗣 北海道大学 電子科学研究所 ナノテクノロジー研究センター センター長; 教授
田中賢 北海道大学 創成科学共同研究機構 移植医療・組織工学プロジェクト 特任助教授
グン チェンピン 北海道大学 大学院理学研究科 生体高分子設計学講座 教授
田口哲志 (独)物質・材料研究機構 生体材料研究センター 人工臓器材料グループ 研究員
渡辺順次 東京工業大学 大学院理工学研究科 有機・高分子物質専攻 教授
兼子博章 帝人(株) 先端技術研究所 主任研究員
利根川亨 筑波大学 大学院数理物質科学研究科 物質・材料工学専攻
組織再生材料グループ 外来研究員
紋川亮 (独)物質・材料研究機構 生体材料研究センター 組織再生材料グループ 特別研究員
太田一史 (独)物質・材料研究機構 生体材料研究センター 組織再生材料グループ 特別研究員
壷内信吾 東京工業大学 大学院生命理工学研究科 生命情報専攻 博士研究員
池田森人 東京工業大学 大学院生命理工学研究科 生命情報専攻
成松宏樹 東京工業大学 大学院生命理工学研究科 生命情報専攻
半田宏 東京工業大学 大学院生命理工学研究科 生命情報専攻 教授
原田敦史 大阪府立大学 大学院工学研究科 物質・化学系専攻 応用化学分野 助教授
片岡一則 東京大学 大学院工学系研究科 マテリアル工学専攻 教授
東京大学 医学系研究科 疾患生命工学センター 臨床医工学部門 教授
長谷川麗 東京医科歯科大学 生体材料工学研究所 有機材料分野
秋吉一成 東京医科歯科大学 生体材料工学研究所 有機材料分野 教授
田畑泰彦 京都大学再生医科学研究所 生体組織工学研究部門 生体材料学分野 教授
奥田竜也 (財)医療機器センター; 京都大学 大学院薬学研究科 薬品動態制御学分野 流動研究員
橋田充 京都大学 大学院薬学研究科 薬物動態制御学分野 教授
原島秀吉 北海道大学 大学院薬学研究科 医療薬学専攻 薬剤分子設計学分野 教授
瀬谷司 北海道大学 大学院医学研究科 病態解析学講座 感染症制御医学分野 教授
海老原敬 北海道大学 大学院医学研究科 病態解析学講座 感染症制御医学分野
志田壽利 北海道大学 遺伝子病制御研究所 病態研究部門 感染病態分野 教授
菊池寛 第一製薬(株) 研究開発本部 創剤代謝研究所 研究グループ長
牛木辰男 新潟大学 大学院医歯学総合研究科 顕微解剖学分野 教授
岡嶋孝治 北海道大学 電子科学研究所 ナノテクノロジー研究センター ナノ理論研究分野 助教授
徳本洋志 北海道大学 電子科学研究所 ナノテクノロジー研究センター ナノ理論研究分野 教授
中山知信 (独)物質・材料研究機構 ナノマテリアル研究所 ナノ電気計測グループ アソシエートディレクター
佐藤香枝 (独)理化学研究所 前田バイオ工学研究室 基礎科学特別研究員
前田瑞夫 (独)理化学研究所 前田バイオ工学研究室 主任研究員
原田慶恵 (財)東京都医学研究機構 東京都臨床医学総合研究所 副参事研究員
藤田寿一 国立循環器病センター研究所 循環器形態部 室長
松田道行 大阪大学 微生物病研究所 腫瘍ウイルス分野 教授
望月直樹 国立循環器病センター研究所 循環器形態部 部長
中澤英子 (株)日立ハイテクノロジーズ ナノテクノロジー製品事業本部 那珂事業所 那珂アプリケーションセンター 技師
国武豊喜 (独)理化学研究所 フロンティア研究システム 時空間機能材料研究グループ グループディレクター
北九州市立大学 副学長
執筆者の所属表記は、2005年当時のものを使用しております。
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はじめに -ソフトナノテクノロジーのすすめ-
総論 -細胞分化に影響を与えるナノ構造-
第I編 ナノ構造生体材料
第1章 自己組織化した人工骨
1. はじめに
2. 骨は活きている
3. 骨ナノ構造の再現 ―水酸アパタイトとコラーゲンの自己組織化―
4. 「自己組織化」材料の「自己組織化」
―リモデリング代謝に取りこまれる材料―
5. スポンジのような軟らかい骨材料
6. おわりに
第2章 関節軟骨再生
1. はじめに
2. 軟骨組織
3. 骨軟骨境界部
4. 関節軟骨修復
5. ナノ複合体の作成・特性
6. 軟骨再生
7. 考察
第3章 神経の再生
1. はじめに
2. カニ腱を用いた人工神経チューブの作製
3. 合成ラミニンペプチドの固定化
4. 神経欠損部の架橋移植
5. おわりに
第4章 角膜の再生
1. 組織接着性実質材料
1.1 はじめに
1.2 角膜の構造と生理
1.3 人工角膜への挑戦
2. 硬骨魚類のウロコの生物学的特徴
2.1 はじめに
2.2 ウロコの構造と機能特性
2.3 ウロコの再生
2.4 ウロコから眼 ―ウロコから角膜実質の合成へー
第5章 ナノ機能化経皮デバイス
1. 経皮デバイスとは
2. 長期留置可能な経皮デバイス
3. 生体活性と抗菌性の共存
4. 光触媒活性抗菌デバイスの開発
5. 細胞接着性
6. 抗菌作用
7. ラットによる埋植試験
8. おわりに
第6章 ナノ組織化生体材料の実用化と課題
1. 人工骨材料の実用化と課題
1.1 はじめに
1.1.1 人工骨の市場動向
1.1.2 既存のセラミックス人工骨
1.2 ナノ組織化人工骨
1.2.1 開発コンセプト
1.2.2 特徴
1.3 実用化に向けた課題
1.3.1 生物由来原料への対策
1.3.2 製造・品質確保への対策
1.3.3 安全性・有効性確保の確認
1.4 おわりに
2. キチン・キトサンの製造と医用材料の調製
2.1 はじめに
2.2 キチン・キトサンとは
2.2.1 キチン・キトサンの原料
2.2.2 工業的製造方法
2.2.3 用途
2.3 医用材料への応用
2.4 おわりに
3. 海洋性コラーゲン材料の実用化と課題
3.1 はじめに
3.2 自己組織化を利用した材料開発
3.3 実用化における問題点
3.4 実用化へのアプローチ
3.5 おわりに
第II編 ナノ・バイオ融合材料
第1章 遺伝子発現を誘導するナノ構造
1. マテリアルゲノミクスの基礎的技術
1.1 マテリアルゲノミクスとは
1.2 遺伝子の発現を測定する方法
1.3 マテリアルゲノミクスによる材料評価
1.4 光る細胞で材料を評価する
1.5 おわりに
2. 微細構造に基づく細胞の制御機構
2.1 はじめに
2.2 シンデカンファミリー
2.3 グリピカンファミリー
2.4 まとめ
3. 骨再生におけるマテリアルゲノミクス
3.1 はじめに
3.2 培養骨移植
3.3 骨の組織工学とセラミックス
3.3.1 ハイドロキシアパタイト多孔体
3.3.2 β―TCP多孔体
3.4 間葉系幹細胞の分化
3.5 Cbfa1遺伝子導入と骨形成促進
3.6 おわりに
4. 3次元多孔体による軟骨細胞の分化
4.1 はじめに
4.2 3次元多孔質培養担体
4.3 軟骨細胞の分化誘導
4.4 幹細胞の分化誘導
4.5 おわりに
第2章 ナノ構造体でつくる次世代人工臓器
1. 人工膵臓
1.1 はじめに
1.2 機械的人工膵臓
1.3 バイオ人工膵臓
1.3.1 マイクロカプセル型
1.3.2 拡散チャンバー型
1.4 移植細胞源
1.4.1 体性幹細胞
1.4.2 胚性幹細胞(ES細胞)
1.5 おわりに
2. 細胞シート工学による人工肝臓
2.1 肝臓とは
2.2 人工肝臓研究の歴史
2.3 細胞移植による肝組織再生
2.4 細胞シート工学による肝再生医療
3. 人工歯根と歯周組織再生
3.1 はじめに
3.2 歯周組織再生と人工歯根のニーズ
3.3 歯周組織再生
3.3.1 現行療法の問題点
3.3.2 Bone Morphogenetic Proteinの利用
3.3.3 Basic fibroblast grouth facterの応用
3.3.4 歯根膜細胞・幹細胞移植
3.3.5 スキャホールドの開発
3.4 人工歯根
4. 血管化技術
4.1 はじめに
4.2 再生臓器血管化のストラテジー
4.3 マイクロファブリケーションによる血管化
4.4 ナノ足場材料による血管化
4.5 おわりに
第III編 高分子ナノ材料
第1章 DNAエレクトロニクス
1. DNA配向化フィルム
1.1 はじめに
1.2 DNA-脂質複合体配向化
1.3 フィルムの電導性
1.4 光励起電流とEL素子への応用
1.5 おわりに
2. DNAの金属化 居城邦治
2.1 ボトムアップ型ナノテクノロジーとDNA
2.2 DNAの特徴
2.3 単一分子マニピュレーション
2.4 無電解メッキによる金属化
第2章 生体膜構造を含む高分子ゲル
1. はじめに
2. 二分子膜の規則構造による発色現象
3. 二分子膜固定化ヒドロゲルの物性
4. 異方性ヒドロゲル
5. おわりに
第3章 細胞培養基材:パターン化高分子フィルム
1. はじめに
2. 自己組織化とナノテクノロジー
3. パターン化高分子材料の作製
4. ハニカムフィルムの多様な構造形成
5. 細胞培養基材としての応用
6. おわりに
第4章 高強度・低摩擦ゲル
1. はじめに
2. 低摩擦材料としてのゲル
3. ゲル表面の細胞接着・増殖制御
4. ゲルの高強度化
5. 人工関節軟骨を目指して
6. おわりに
第5章 生体親和性の高い医療用接着剤
1. はじめに
2. 医療用接着剤の現状
2.1 シアノアクリレート系
2.2 フィブリン系
2.3 生体高分子-アルデヒド系
2.4 その他(研究中の接着剤)
3. クエン酸誘導体を用いた医療用接着剤
3.1 クエン酸を出発物質とする架橋剤
3.2 ゲルの性質
3.3 接着強度
3.4 生体親和性評価
3.5 in vivoにおける有効性評価
4. まとめと今後の課題
第6章 構造色:生物ナノテクノロジーによる高分子光学材料
1. はじめに
2. 構造色の人工創成
3. 美を演出するコレステリック液晶
4. 生涼罎遼西?睚?劼肇灰譽好謄螢奪?嫋?
5. 生体組織のらせん構造
6. らせん構造の必然性
7. 人工の玉虫フィルム
第7章 高分子ナノ加工の実用化と課題
1. はじめに
2. 生体材料におけるナノ加工の意義
3. ナノ構造を利用した生体材料
4. 実用化への課題
第IV編 ナノDDS
第1章 ナノ構造セラミックス(超除放製剤)
1. はじめに
2. 炭酸カルシウム製徐放製剤
3. 水酸アパタイトナノ構造徐放製剤
4. 水酸アパタイト-多糖類ナノ構造徐放製剤
5. まとめ
第2章 ナノ磁性流体
1. はじめに
2. 酸化物磁性流体
3. 金属磁性流体
4. バイオテクノロジーへの応用
5. 生体用磁性流体の構築と展開
6. おわりに
第3章 機能化高分子ナノミセル
1. はじめに
2. DDSにおける高分子ナノミセルの有用性
3. 遺伝子ベクターとしての展開
4. 環境応答能を有する遺伝子ベクター
5. 標的認識能を有する遺伝子ベクター
6. おわりに
第4章 ナノゲルキャリア
1. はじめに
2. ナノゲルの構造
3. ナノゲルの特性と機能
4. ナノゲルキャリアの開発
4.1 低分子薬物キャリア
4.2 タンパク質キャリア
4.3 核酸キャリア
5. おわりに
第5章 再生誘導治療とDDS
1. 先端医療と再生誘導治療
2. 生体組織工学における生体材料の役割
3. 再生医療を実現するDDS技術
4. おわりに
第6章 ナノ遺伝子導入キャリア
1. はじめに
2. 遺伝子導入とは
3. in vitro遺伝子導入とキャリアの必要性
4. ナノキャリア
4.1 リポソーム系
4.2 ポリマー系
5. ナノキャリア設計のポイント
6. 細胞内動態の制御
6.1 エンドソームからのエスケープ
6.2 キャリアからのDNAリリース
6.3 導入遺伝子の核移行促進
7. 培養細胞から生体へ
8. ナノキャリアの機能化
8.1 非特異的相互作用の軽減
8.2 標的組織への選択的送達
9. おわりに
第7章 DNAワクチン
1. 人工遺伝子デリバリーシステム
1.1 細胞内導入経路の重要性
1.2 細胞内動態制御
1.3 エンドサイトーシスを介さない新しい経路
2. 免疫活性化の分子機構
2.1 MHC class?Tを介した内在性抗原の提示
2.2 MHC classIIを介した外来抗原の提示
2.3 MHC class?Tを介した外来抗原の提示
2.4 樹状細胞クロスプレゼンテーションとTLR
3. 抗エイズDNAワクチン開発の現状と課題
第8章 ナノDDSの実用化と課題
1. ナノDDSへの期待と外部環境
2. DDSの効用と実用化における留意点
3. DDS開発における日本特有の留意点
4. おわりに
第V編 ナノ構造計測・可視化技術
第1章 細胞を見るナノ技術
1. 走査電子顕微鏡と走査プローブ顕微鏡による可視化
1.1 はじめに
1.2 走査電子顕微鏡
1.3 走査プローブ顕微鏡
1.4 おわりに
2. 原子間力顕微鏡による液中イメージング
2.1 はじめに
2.2 生体分子イメージング
2.3 生体1分子ダイナミクス
2.4 まとめ
第2章 細胞膜ナノ構造の計測
1. はじめに
2. 細胞膜ナノ構造の実空間計測
2.1 透過型電子顕微鏡によるスナップショット計測
2.2 生きている細胞膜ナノ構造計測
2.2.1 光学顕微鏡関連技術
2.2.2 走査プローブ顕微鏡技術
2.2.3 細胞膜ナノメカニカル振動計測技術
2.2.4 近接場光学顕微鏡技術
3. おわりに
第3章 ナノ粒子による遺伝子計測
1. はじめに
2. 金コロイドナノ粒子の利用
3. DNA修飾金ナノ粒子の性質
3.1 非架橋型自己凝集
3.2 可逆性
3.3 塩濃度と凝集温度
3.4 ミスマッチの認識
3.5 DNA構造と粒子の安定性
4. 凝集メカニズム
5. 遺伝子診断への応用と高感度化
6. おわりに
第4章 1分子イメージング
1. 1分子イメージングのための標識
1.1 マイクロビーズ
1.2 金コロイド(金ナノ粒子)
1.3 量子ドット
1.4 蛍光タンパク質
1.5 蛍光色素
2. 分子イメージングの実際
2.1 遺伝子転写の観察
2.2 RNAポリメラーゼ分子の力の測定
2.3 転写におけるDNA回転の可視化
2.4 蛍光色素の1分子観察
2.5 DNA-タンパク質間相互作用の1分子イメージング
3. おわりに
第5章 シグナル分子のバイオイメージング
1. はじめに
2. クラゲ蛍光タンパク質を用いる利点
3. バイオイメージング顕微鏡システム
4. マルチカラー蛍光イメージング
5. 蛍光共鳴エネルギー移動によるタンパク質活性化のイメージング
6. 全反射蛍光顕微鏡システム
第6章 透過電子顕微鏡における自動化機能の実用化
1. はじめに
2. 透過電子顕微鏡の自動化
2.1 自動粒子検索機能の概要
2.2 応用例
3. 電子線トモグラフィーによる三次元構造の解析
3.1 3D-TEMシステム
3.2 三次元再構成ソフトウエア
3.3 バイオへの応用
4. おわりに
おわりに -ソフトナノテクノロジーの展望と期待-
総論 -細胞分化に影響を与えるナノ構造-
第I編 ナノ構造生体材料
第1章 自己組織化した人工骨
1. はじめに
2. 骨は活きている
3. 骨ナノ構造の再現 ―水酸アパタイトとコラーゲンの自己組織化―
4. 「自己組織化」材料の「自己組織化」
―リモデリング代謝に取りこまれる材料―
5. スポンジのような軟らかい骨材料
6. おわりに
第2章 関節軟骨再生
1. はじめに
2. 軟骨組織
3. 骨軟骨境界部
4. 関節軟骨修復
5. ナノ複合体の作成・特性
6. 軟骨再生
7. 考察
第3章 神経の再生
1. はじめに
2. カニ腱を用いた人工神経チューブの作製
3. 合成ラミニンペプチドの固定化
4. 神経欠損部の架橋移植
5. おわりに
第4章 角膜の再生
1. 組織接着性実質材料
1.1 はじめに
1.2 角膜の構造と生理
1.3 人工角膜への挑戦
2. 硬骨魚類のウロコの生物学的特徴
2.1 はじめに
2.2 ウロコの構造と機能特性
2.3 ウロコの再生
2.4 ウロコから眼 ―ウロコから角膜実質の合成へー
第5章 ナノ機能化経皮デバイス
1. 経皮デバイスとは
2. 長期留置可能な経皮デバイス
3. 生体活性と抗菌性の共存
4. 光触媒活性抗菌デバイスの開発
5. 細胞接着性
6. 抗菌作用
7. ラットによる埋植試験
8. おわりに
第6章 ナノ組織化生体材料の実用化と課題
1. 人工骨材料の実用化と課題
1.1 はじめに
1.1.1 人工骨の市場動向
1.1.2 既存のセラミックス人工骨
1.2 ナノ組織化人工骨
1.2.1 開発コンセプト
1.2.2 特徴
1.3 実用化に向けた課題
1.3.1 生物由来原料への対策
1.3.2 製造・品質確保への対策
1.3.3 安全性・有効性確保の確認
1.4 おわりに
2. キチン・キトサンの製造と医用材料の調製
2.1 はじめに
2.2 キチン・キトサンとは
2.2.1 キチン・キトサンの原料
2.2.2 工業的製造方法
2.2.3 用途
2.3 医用材料への応用
2.4 おわりに
3. 海洋性コラーゲン材料の実用化と課題
3.1 はじめに
3.2 自己組織化を利用した材料開発
3.3 実用化における問題点
3.4 実用化へのアプローチ
3.5 おわりに
第II編 ナノ・バイオ融合材料
第1章 遺伝子発現を誘導するナノ構造
1. マテリアルゲノミクスの基礎的技術
1.1 マテリアルゲノミクスとは
1.2 遺伝子の発現を測定する方法
1.3 マテリアルゲノミクスによる材料評価
1.4 光る細胞で材料を評価する
1.5 おわりに
2. 微細構造に基づく細胞の制御機構
2.1 はじめに
2.2 シンデカンファミリー
2.3 グリピカンファミリー
2.4 まとめ
3. 骨再生におけるマテリアルゲノミクス
3.1 はじめに
3.2 培養骨移植
3.3 骨の組織工学とセラミックス
3.3.1 ハイドロキシアパタイト多孔体
3.3.2 β―TCP多孔体
3.4 間葉系幹細胞の分化
3.5 Cbfa1遺伝子導入と骨形成促進
3.6 おわりに
4. 3次元多孔体による軟骨細胞の分化
4.1 はじめに
4.2 3次元多孔質培養担体
4.3 軟骨細胞の分化誘導
4.4 幹細胞の分化誘導
4.5 おわりに
第2章 ナノ構造体でつくる次世代人工臓器
1. 人工膵臓
1.1 はじめに
1.2 機械的人工膵臓
1.3 バイオ人工膵臓
1.3.1 マイクロカプセル型
1.3.2 拡散チャンバー型
1.4 移植細胞源
1.4.1 体性幹細胞
1.4.2 胚性幹細胞(ES細胞)
1.5 おわりに
2. 細胞シート工学による人工肝臓
2.1 肝臓とは
2.2 人工肝臓研究の歴史
2.3 細胞移植による肝組織再生
2.4 細胞シート工学による肝再生医療
3. 人工歯根と歯周組織再生
3.1 はじめに
3.2 歯周組織再生と人工歯根のニーズ
3.3 歯周組織再生
3.3.1 現行療法の問題点
3.3.2 Bone Morphogenetic Proteinの利用
3.3.3 Basic fibroblast grouth facterの応用
3.3.4 歯根膜細胞・幹細胞移植
3.3.5 スキャホールドの開発
3.4 人工歯根
4. 血管化技術
4.1 はじめに
4.2 再生臓器血管化のストラテジー
4.3 マイクロファブリケーションによる血管化
4.4 ナノ足場材料による血管化
4.5 おわりに
第III編 高分子ナノ材料
第1章 DNAエレクトロニクス
1. DNA配向化フィルム
1.1 はじめに
1.2 DNA-脂質複合体配向化
1.3 フィルムの電導性
1.4 光励起電流とEL素子への応用
1.5 おわりに
2. DNAの金属化 居城邦治
2.1 ボトムアップ型ナノテクノロジーとDNA
2.2 DNAの特徴
2.3 単一分子マニピュレーション
2.4 無電解メッキによる金属化
第2章 生体膜構造を含む高分子ゲル
1. はじめに
2. 二分子膜の規則構造による発色現象
3. 二分子膜固定化ヒドロゲルの物性
4. 異方性ヒドロゲル
5. おわりに
第3章 細胞培養基材:パターン化高分子フィルム
1. はじめに
2. 自己組織化とナノテクノロジー
3. パターン化高分子材料の作製
4. ハニカムフィルムの多様な構造形成
5. 細胞培養基材としての応用
6. おわりに
第4章 高強度・低摩擦ゲル
1. はじめに
2. 低摩擦材料としてのゲル
3. ゲル表面の細胞接着・増殖制御
4. ゲルの高強度化
5. 人工関節軟骨を目指して
6. おわりに
第5章 生体親和性の高い医療用接着剤
1. はじめに
2. 医療用接着剤の現状
2.1 シアノアクリレート系
2.2 フィブリン系
2.3 生体高分子-アルデヒド系
2.4 その他(研究中の接着剤)
3. クエン酸誘導体を用いた医療用接着剤
3.1 クエン酸を出発物質とする架橋剤
3.2 ゲルの性質
3.3 接着強度
3.4 生体親和性評価
3.5 in vivoにおける有効性評価
4. まとめと今後の課題
第6章 構造色:生物ナノテクノロジーによる高分子光学材料
1. はじめに
2. 構造色の人工創成
3. 美を演出するコレステリック液晶
4. 生涼罎遼西?睚?劼肇灰譽好謄螢奪?嫋?
5. 生体組織のらせん構造
6. らせん構造の必然性
7. 人工の玉虫フィルム
第7章 高分子ナノ加工の実用化と課題
1. はじめに
2. 生体材料におけるナノ加工の意義
3. ナノ構造を利用した生体材料
4. 実用化への課題
第IV編 ナノDDS
第1章 ナノ構造セラミックス(超除放製剤)
1. はじめに
2. 炭酸カルシウム製徐放製剤
3. 水酸アパタイトナノ構造徐放製剤
4. 水酸アパタイト-多糖類ナノ構造徐放製剤
5. まとめ
第2章 ナノ磁性流体
1. はじめに
2. 酸化物磁性流体
3. 金属磁性流体
4. バイオテクノロジーへの応用
5. 生体用磁性流体の構築と展開
6. おわりに
第3章 機能化高分子ナノミセル
1. はじめに
2. DDSにおける高分子ナノミセルの有用性
3. 遺伝子ベクターとしての展開
4. 環境応答能を有する遺伝子ベクター
5. 標的認識能を有する遺伝子ベクター
6. おわりに
第4章 ナノゲルキャリア
1. はじめに
2. ナノゲルの構造
3. ナノゲルの特性と機能
4. ナノゲルキャリアの開発
4.1 低分子薬物キャリア
4.2 タンパク質キャリア
4.3 核酸キャリア
5. おわりに
第5章 再生誘導治療とDDS
1. 先端医療と再生誘導治療
2. 生体組織工学における生体材料の役割
3. 再生医療を実現するDDS技術
4. おわりに
第6章 ナノ遺伝子導入キャリア
1. はじめに
2. 遺伝子導入とは
3. in vitro遺伝子導入とキャリアの必要性
4. ナノキャリア
4.1 リポソーム系
4.2 ポリマー系
5. ナノキャリア設計のポイント
6. 細胞内動態の制御
6.1 エンドソームからのエスケープ
6.2 キャリアからのDNAリリース
6.3 導入遺伝子の核移行促進
7. 培養細胞から生体へ
8. ナノキャリアの機能化
8.1 非特異的相互作用の軽減
8.2 標的組織への選択的送達
9. おわりに
第7章 DNAワクチン
1. 人工遺伝子デリバリーシステム
1.1 細胞内導入経路の重要性
1.2 細胞内動態制御
1.3 エンドサイトーシスを介さない新しい経路
2. 免疫活性化の分子機構
2.1 MHC class?Tを介した内在性抗原の提示
2.2 MHC classIIを介した外来抗原の提示
2.3 MHC class?Tを介した外来抗原の提示
2.4 樹状細胞クロスプレゼンテーションとTLR
3. 抗エイズDNAワクチン開発の現状と課題
第8章 ナノDDSの実用化と課題
1. ナノDDSへの期待と外部環境
2. DDSの効用と実用化における留意点
3. DDS開発における日本特有の留意点
4. おわりに
第V編 ナノ構造計測・可視化技術
第1章 細胞を見るナノ技術
1. 走査電子顕微鏡と走査プローブ顕微鏡による可視化
1.1 はじめに
1.2 走査電子顕微鏡
1.3 走査プローブ顕微鏡
1.4 おわりに
2. 原子間力顕微鏡による液中イメージング
2.1 はじめに
2.2 生体分子イメージング
2.3 生体1分子ダイナミクス
2.4 まとめ
第2章 細胞膜ナノ構造の計測
1. はじめに
2. 細胞膜ナノ構造の実空間計測
2.1 透過型電子顕微鏡によるスナップショット計測
2.2 生きている細胞膜ナノ構造計測
2.2.1 光学顕微鏡関連技術
2.2.2 走査プローブ顕微鏡技術
2.2.3 細胞膜ナノメカニカル振動計測技術
2.2.4 近接場光学顕微鏡技術
3. おわりに
第3章 ナノ粒子による遺伝子計測
1. はじめに
2. 金コロイドナノ粒子の利用
3. DNA修飾金ナノ粒子の性質
3.1 非架橋型自己凝集
3.2 可逆性
3.3 塩濃度と凝集温度
3.4 ミスマッチの認識
3.5 DNA構造と粒子の安定性
4. 凝集メカニズム
5. 遺伝子診断への応用と高感度化
6. おわりに
第4章 1分子イメージング
1. 1分子イメージングのための標識
1.1 マイクロビーズ
1.2 金コロイド(金ナノ粒子)
1.3 量子ドット
1.4 蛍光タンパク質
1.5 蛍光色素
2. 分子イメージングの実際
2.1 遺伝子転写の観察
2.2 RNAポリメラーゼ分子の力の測定
2.3 転写におけるDNA回転の可視化
2.4 蛍光色素の1分子観察
2.5 DNA-タンパク質間相互作用の1分子イメージング
3. おわりに
第5章 シグナル分子のバイオイメージング
1. はじめに
2. クラゲ蛍光タンパク質を用いる利点
3. バイオイメージング顕微鏡システム
4. マルチカラー蛍光イメージング
5. 蛍光共鳴エネルギー移動によるタンパク質活性化のイメージング
6. 全反射蛍光顕微鏡システム
第6章 透過電子顕微鏡における自動化機能の実用化
1. はじめに
2. 透過電子顕微鏡の自動化
2.1 自動粒子検索機能の概要
2.2 応用例
3. 電子線トモグラフィーによる三次元構造の解析
3.1 3D-TEMシステム
3.2 三次元再構成ソフトウエア
3.3 バイオへの応用
4. おわりに
おわりに -ソフトナノテクノロジーの展望と期待-
