東京工業大学科学技術創成研究院化学生命科学研究所

Laboratory for Chemistry and Life Science, Institute of Innovative Research, Tokyo Institute of Technology

第1部会
共同利用・共同研究拠点

研究所・センターの概要

所長
山元　公寿
Yamamoto, Kimihisa

キーワード: グリーンケミストリー、機能性分子、バイオマス資源、省エネルギー、超分子、生体分子、医用工学
住所: 〒226-8503
神奈川県横浜市緑区長津田町4259

2016年4月の大学改革にともなって科学技術創成研究院を構成する一研究所として生まれ変わった当研究所は、人類社会の現状と将来を見据えて研究所のミッションを、「分子を基盤とする化学および生命科学に関する基礎から応用までの研究の深化、発展を通じて、新しい学理の創成と次世代科学技術の創出を実現し、人類の高度な文明の進化と、より豊かで持続可能な社会の具現化に貢献する。」と設定し、多面的に対応できる組織運営を目指しています。このために、所内の研究グループを4つの領域（分子創成化学領域・分子組織化学領域・分子機能化学領域・分子生命化学領域）に再編して、分子科学のみならず生命科学の領域も大きな柱の1つとして取り入れて、物質・資源・エネルギー・生命を新たなキーワードとして、豊かな暮らしの実現に向けて活動を続けます。

令和2年度の研究活動内容及び成果

N－メチル化ペプチドを高収率・短時間で合成
医薬品候補として重要なN－メチル化ペプチドの新たな高効率合成法の開発に成功した。N－メチル化ペプチドを基盤とする医薬品開発の加速、低コスト生産につながると期待される。安価な反応剤を用いて、高活性な中間体を生じさせることによりN－メチルアミノ酸の反応性の低さを補完することが特徴である。この開発手法を既存の手法と比較したところ、より短時間、高収率でN－メチル化ペプチドが得られる。また、開発した手法はマイクロフロー合成法や固相合成法と組み合わせて実施することができる。
細胞内の状態を可視化するセンサーの開発
細胞内の酸化還元状態をリアルタイムにモニターできる新しい蛍光タンパク質センサーを開発し、動物細胞や植物細胞内の酸化ストレスのたまり具合、光合成に伴う酸化還元状態が変化する様子などを捉えることに成功した。還元状態から酸化状態の変化によって青から緑に色が変わる新しいセンサーを「FROG/B」と命名している。
緑色蛍光タンパク質型乳酸センサーとピルビン酸センサーの開発
緑色蛍光タンパク質を基盤とした乳酸センサーとピルビン酸センサーを開発した。蛍光輝度が約3-5倍程度に上昇し、細胞内の乳酸およびピルビン酸濃度変化を可視化することに成功した。さらに、ヒトiPS細胞由来心筋細胞で電子伝達系を阻害する薬剤を加えた際の細胞内乳酸およびピルビン酸動態の可視化も可能になった。
ナノ粒子の安定性向上を生体適合性環状高分子で実現
代表的な生体適合性高分子であるポリエチレングリコール（PEG）を環状化し金ナノ粒子と混合することで表面に強く吸着し、高温・低温・生理条件を含む多様な条件において優れた分散安定性を示す方法を開発した。構造欠陥のない環状PEGの物理吸着により修飾した金ナノ粒子が、非常に高い分散安定性を示すことを見出し、動物実験でも効果を示した。
貨幣金属「金‐銀‐銅」の合金微粒子触媒を開発
「アトムハイブリッド法」を応用し、複数の元素を混ぜ合わせた極小のナノ粒子「サブナノ粒子」を利用した炭化水素の酸化反応の高活性酸化触媒の開発に成功した。この触媒粒子は従来よりも低温・低圧で駆動し、空気中の酸素分子のみを使用、特別な反応剤も必要としない極めて温和な反応条件で機能することが特徴である。通常は得られない特殊な高エネルギー物質「ヒドロペルオキシド」が安定して得られる。
極めて安価な金属で世界トップクラスの活性を持つ水電解用触媒を開発
水の電気分解により水素を製造する水電解反応で用いる正極用電気化学触媒として、鉄とカルシウムを含む非常に安価で高活性な複合酸化物CaFe2O4を開発した。CaFe2O4は3つの鉄原子が協働して反応サイトを担う特異なメカニズムをもつため、活性が従来の鉄系触媒より飛躍的に向上した。従来の水電解反応の高活性触媒として知られるレアメタルの酸化イリジウムも高活性である

社会との連携

共同研究拠点事業を通じて、災害やパンデミックなどの緊急事態に迅速に対応し地域の連携と研究教育力の向上と持続に努めている。ホームページに「最新の研究」という欄を設けており、毎月、各研究室の最先端の研究を簡明に解説したWebジャーナルとして、社会に広く公開しています。大学広報を通じて国内外へのプレスリリースや記者セミナーの開催などを行い積極的に優れた成果の発信を行なっている。平成26年度から「研究所フォーラム」のシリーズ開催を企画し、隔年で国内フォーラムと国際フォーラムを開催しています。また、所内、学内、国内外の研究者の講演を行って、国内外の多様な聴衆に対応できる情報発信を行っています。大学祭では研究室公開を行い、一般の見学者に対して演示実験を展示する、あるいは、体験してもらうことによって、最先端の成果を紹介しています。