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センター(研究拠点)紹介

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水分子の生命科学・医学研究センター
Center for Water Biology and Medicine

センター長 : 安井 正人(医学部教授)
活動拠点キャンパス : 信濃町

センター概要

我々の身体の約7割は水分子で構成されている。従って、生体内における水分子動態は「生体システムの維持と変容」を最もよく反映していると考えられる。実際、MRI(磁気共鳴画像)は癌や炎症に伴う局所の動的水構造の変容を捉えることで、それらの診断を可能としてきた。我々は、生命現象を水分子動態から包括的に理解していくため、「Water Biology」という斬新な概念を提唱する.「水」という共通テーマに対して、物理化学、生物学、医学の最先端の知識、技術を融合することで、生体における水分子動態の物理化学的理解を深め、生物学・医学への応用を目指す。具体的には、水チャネル、アクアポリンの生物学的、生理学的意義を追究すると同時に、最先端の光学系計測技術で水分子動態を可視化し、コンピューター解析によりその理解を深めていく。更に近赤外分法と多変量解析による水分子動態解析(アクアフォトミクス)の臨床応用を目指す。

キーワード・主な研究テーマ

水分子、アクアポリン、MRI、多光子顕微鏡、近赤外分光、分子動力学計算

2017年度 事業計画

■前年度より継続する活動内容について、継続する背景・根拠と目標                                              
  2年間で当初予定していたプロジェクトがほぼ全て軌道に乗り、終了に向かう最終準備に取り掛かり始めた。
(I) 水を観る:膵管二重還流をCARS顕微鏡で観測し、経細胞水移動と細胞間水移動を定量的に解析する。
(II) 水を知る:アクアフォトミクスを用いて、水和イオンでの解析データを参考にしながら水和アミノ酸、糖などの解析を進めていく。また、ヒトの皮膚を用いた解析も進めていく。3コンパーメントモデルをベースに生体内水動態シミュレーションを進めていく。循環系、リンパ系をはじめ、間質液の動態モデルも作成していく。
(III) 水を操る:AQP7の脂肪分解における役割の解析を進めていき、分子標的創薬の可能性を探る。AQP4阻害薬の大規模スクリーニングを実施する。

■2017年度の新規活動目標と内容、実施の背景
 本年度は最終年度となるので、昨年からの継続課題を中心にまとめていくが、以下の新規活動にも取り組む。
(I) 水を観る:経細胞水移動と細胞間水移動を同時にあるいは別々に制御する因子を探索する。
(II) 水を知る:アクアフォトミクスを用いてヒトの尿解析を行う。
(III) 水を操る:皮膚のAQP3の調節機構に関する分子生物学的解析を行う。細胞容積調節に関するアクアポリンの生物学的意義を明らかにする。

2016年度 事業報告

当該年度事業計画に対する実施内容、および研究成果と達成度
 (I) 水を観る:マウス単離膵管の二重還流を試みた。難航したが、動物をマウスからモルモットに変更することで、比較的安定した還流を行うことができるようになった。
 (II) 水を知る:水溶液中のイオンの濃度を変化させることで、イオン周囲の水の動きを詳細に解析することができた。また、エントロピー・エンタルピー代償の機序を説明することにも成功し、論文発表を行った。生体内水動態シミュレーションをスタート、様々なパラメータを一つ一つ加えていうことで、モデルの信憑性を高めていった。ヒトの皮膚を用いた性周期の予測アルゴリズムの開発をスタートした。
 (III) 水を操る:アクアポリン7(AQP7)が脂肪分解のどの過程にどのように関与しているか、培養細胞を用いてその解析を進めた。その結果、AQP7はCGI58の制御下でFSP27と相補的に働いていることを見出した。現在、動物を用いた解析をしながら、論文投稿準備を進めている。

公刊論文数(件数と主たる公刊誌名)、学会発表件数(国内・国際)、イベントなど社会貢献の実績(年月日、場所) 
〇公刊論文数:4件(下記)
主たる公刊誌名: Anal Chim Acta, PLoS One., Talanta. and Primates.
①Improving accuracy and reproducibility of vibrational spectra for diluted solutions.
Kojić D, Tsenkova R, Yasui M.
②Evaluating Spectral Signals to Identify Spectral Error.
Bazar G, Kovacs Z, Tsenkova R.
③Water spectral pattern as holistic marker for water quality monitoring.
Kovacs Z, Bázár G, Oshima M, Shigeoka S, Tanaka M, Furukawa A, Nagai A, Osawa M, Itakura Y, Tsenkova R.
④Detection of urinary estrogen conjugates and creatinine using near infrared spectroscopy in Bornean orangutans (Pongo Pygmaeus).
Kinoshita K, Kuze N, Kobayashi T, Miyakawa E, Narita H, Inoue-Murayama M, Idani G, Tsenkova R.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          〇学会発表件数(国内・国際)
学会発表件数:7件(国際)
① “Aquaphotomics : Science of Water and Light”
By Tsenkova R.
At “The 27th EDITION of the DAYS of JAPANESE CULTURE” ( Bulgaria ) Oct. 4, 2016  
②“Aquaphotomics”
By Tsenkova R.
At ”Conference on the Physics, Chemistry and Biology of Water”(Bulgaria) Oct. 6-Oct. 9, 2016  
以下③~⑦はすべて、下記の学会にて発表。
At “Aquaphotomics: Understanding Water in Biology – 2nd International Symposium” (Kobe, Japan) Nov. 26-29, 2017
③ “Aquaphotomics : Introduction”
By Tsenkova R.
④ Open lecture :
 “Looking into the world of water in the light of sun, Aquaphotomics course : Introduction”
    By Tsenkova R and Kojic D.
⑤ "Spectral Variability in NIRS"
By Kojic D
⑥ “Analysis of Interaction between Glucose Anomers and Water Molecules”,
By Tanaka S ( Author: Tanaka S, Kojic D, Tsenkova R. and Yasui M)       
  ⑦ ”Temperature dependent evolution of aldohexose aqueous solution spectra”
By Iijima T.

センター活動を通じて特に成果を挙げた事柄                                                             
  アクアフォトミクスのデータ処理に関して、幾つかの重要な知見を得ることができた。今後ヒトのサンプル解析を進めていく上で、データ補正のノウハウを得たことは大変有意義だったと考えている。

所員

所員(兼担)
安井正人 医学部(薬理学) 教授 
天谷雅行 医学部(皮膚科学) 教授
岡村智教 医学部(衛生学公衆衛生学) 教授
陣崎雅弘 医学部(放射線診断学) 教授 
坪田一男 医学部(眼科学) 教授 
中村雅也 医学部(整形外科学) 教授
塗谷睦生 医学部(薬理学) 准教授
阿部陽一郎 医学部(薬理学) 専任講師(学部内)
小澤洋子 医学部(眼科学) 専任講師
竹馬真理子 医学部(薬理学) 専任講師(学部内)(有期・医学部)
Kojic,Dusan 医学部(薬理学) 特任講師(有期)(研究/教育)
相馬義郎 医学部(薬理学) 医学部客員教授
田中冴 医学部(薬理学) 助教(有期・医学部)
Tsenkova,Roumiana 医学部 客員教授
芦刈俊彦 医学部 客員准教授
佐藤洋平 理工学部 SD工学科 教授
泰岡顕治 理工学部 機械工学科 教授

所員
宮内崇行 先導研究センター 特任講師(有期)(研究/教育)
田中愛美 先導研究センター 研究員
中島克 先導研究センター 共同研究員
中村友美 先導研究センター 共同研究員
沼田淳 先導研究センター 共同研究員
水間桂子 先導研究センター 共同研究員
矢野伸二郎 先導研究センター 共同研究員

訪問学者
加納英明 先導研究センター 訪問准教授



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