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みなさんは、臓器移植や再生医療という言葉を新聞やニュースで聞いたことがあるだろう。近年注目を集めている分野である。
では、そこに血液の話が密接に関係してくるのは知っているだろうか。
実は、骨髄移植後の合併症として起こる血小板減少症の治療や、再生医療の核となるあのES細胞を自由自在に使いこなすには、『造血因子』の存在なしには語れない。
では造血因子っていったいなんだろう。今回は、長年造血学領域を研究してきた、早稲田大学教育学部理学科生物学専修の加藤尚志教授に話を聞いた。
血液ってどこからやってくるの?
血液中には赤血球、白血球、血小板の三種類の血球が存在する。
これらの血球はどこで、どのようにして造られるのだろうか。実はこのしくみ、同じ工場の中でひとつの材料が異なる製造ラインを経て、製品が市場に出荷されるのとよく似ている。
哺乳類の場合、血球の生産場所は主に骨髄(骨の内部)である。骨髄には、血液以外に1000分の1の割合でごく微量に、造血幹細胞と呼ばれる『全ての源』が存在する。ここで、幹細胞と聞いてなにか気づかないだろうか。そう、再生医療でおなじみのES細胞のことである。
この幹細胞というものは、あらゆる細胞になれるという性質を持ち、すべてのスタート地点に位置する「受精卵」のようなものだ。その中でも造血幹細胞は血球になれる幹細胞を指す。つまり私たちが知っている血球は、この幹細胞が形を変えながら増えていき、骨髄から血液中へ移動したあとの最終的な姿なのである。
製造ラインの司令塔はだれ?
だが、いったいどうやって三種類の血球を造り分けているのだろうか。
ここで登場するのが今回のキーワード、造血因子である。たとえば赤血球はある時期になると、次の命令がないかぎり、幹細胞から赤血球になることはできないように出来ている。その命令を下しているのが、エリスロポエチン(Erythropoietin:EPO)と呼ばれる司令塔なのである。
EPOの指示があるから、赤血球は赤血球になれる。同じように、白血球が白血球になるためには、G-CSF(顆粒球コロニー刺激因子)の命令が必要だし、血小板の場合はトロンボポエチン(Thrombopoietin:TPO)となる。
トロンボポエチンは更に造血幹細胞自体にも作用し、造血システムそのものをコントロールするという研究結果が出ている。
これは例えばES細胞から臓器を造るときに、ES細胞にどのような命令を下せば良いかを知るための、大変興味深い対象となる。
加藤教授とトロンボポエチンの二人三脚
そのトロンボポエチンを発見したのが、加藤さんである。長年、企業で未知の存在であったトロンボポエチンに着手し、10年以上も悪戦苦闘を続けてきた。そして90年代に入り、ついにその発見に至ったのである。これは、血液学の歴史に名を残すほどの大発見となった。その後加藤さんは、早稲田大学に移るまでの約10年間、基礎的な研究から医薬に直結するような臨床研究まで、隅々までトロンボポエチンに携わってきたのである。
発見研究のすばらしさを学生と共に
2003年に、加藤教授は研究の場を企業から大学へと移した。そう決意させたのは、トロンボポエチンの発見で味わった「発見研究-Discovery Research」の醍醐味を、次の世代に伝えたいという思いであった。
「発見するというのは、誰にでも与えられるチャンスである。わたしは、先端技術を技術として伝えたいのではなくて、それを使って発見研究出来る人材を育てたい」。
そのためにはまず、未踏の荒野を探さなければならない。ヒトやマウスの研究は歴史が長く、それだけデータベースも研究成果も多く出ている。だが、両生類の造血に関しては、ほとんど研究がなされていない状態だ。加藤教授はそこに目をつけた。
学生たちとゼロからのスタートを切るには、最適な研究対象であると確信したのである。
両生類の造血系はおもしろい
両生類に目をつけた理由はほかにもある。ヒトなどの哺乳類の造血系はすべて骨髄のなかで行われる。
つまり、血球が造られる場所も、造血因子が産出される場所も同じなのである。しかし両生類は違う。特にカエルの場合は、赤血球とEPOは同じ肝臓のなかで作られるし、血小板とTPOは脾臓だ。これを“臓器分業”していると言う。
つまり、哺乳類ではすべての作業を同じ工場で行っていたものが、カエルでは三つの工場に別々に分けて生産している状態なのだ。
一つの工場に一つの製造ラインしかないとすれば、そこの司令塔の命令は明確になってくる。ヒトでは分かりにくかった造血因子が働いている環境の条件を、カエルで決定することが出来るのである。
もう一つ、『個体発生は系統発生を繰り返す』という有名な言葉があるのを知っているだろうか。
これを造血因子に当てはめても同じことが言える。魚類や両生類から哺乳類まで辿れば、赤ちゃんが大人に成長するまでにどのような造血システムが構築されているのか解明出来ると考えられる。
つまり両生類は、まったく新しい視点で造血学を再構築することが出来る、その可能性を持ったダイヤモンドの原石でもあるのだ。
得意分野は伸ばさなきゃ!
驚くかもしれないが、血液学領域の発展に多くの日本人が寄与している。
EPOを発見した宮家隆次先生やG-CSFの研究に携わった○○先生がそうだ。しかも加藤先生を含めたこの三人、早稲田大学に一時期集結していたこともあったほど、実は早稲田大学と血液学のつながりは意外に深い。
「血液学の領域は日本が得意とするところだし、これからもそうあり続けてほしい」と加藤先生は言う。
前例のない両生類を使った造血の研究は、これから先も困難な道のりが予想される。
だが、カエルの持つディスカバリーの可能性と、加藤教授の意思を受け継ぐ学生たちのパワーは、心強い推進力となるであろう。
早稲田大学というステージで、日本の研究者たちが世界を常にリードしてきた血液学の分野のこれからを切り開いていく。
これほど強力なバックアップを持ち、かつ野心みなぎる発見研究ができる場所は、そう多くはないはずだ。
ヒトで研究されてきた造血学領域を振り返れば、一見回り道のように思えてくるこの研究も、実は近道となるのかもしれない。
ある日、あなたは1枚のチケットを手に映画館へと入る。通路の途中で、あなたの周りを光線が飛び交い、頭のてっぺんから足のつま先までがスキャンされる。
やがて通路の先には巨大空間が広がり、数十個ものドアが現れる。
そこであなたは手元のチケットに目を落とすだろう。チケットに記されたのと、ナンバーが一致したドアを開けることになるからだ。ドアの向こう側は個別シアターになっており、そこであなたは最新の映画を見ることになる。
しかしいつもと違う点がひとつだけある。
それはあなた自身が映画に実写で登場しているところなのだ。
憧れのヒーローと恋に落ちる女の子だったり、恐竜時代にタイムスリップした冒険家であったりする。これは実際現場で撮影されたものなのか?
いや違う。実は、先ほど通路でのわずか数分の間に、あなたの表情、体の動き、声すべてが読み取られていたのだ。その処理データがすぐさま映画に反映された結果、あなたはいとも簡単に憧れのスターと共演することが出来たのである。
そんな夢のようなことが、はたして実現するのだろうか。
フューチャーキャストシステムとは
2006年愛知万博の三井・東芝館で165万人を動員して話題となった、フルCGのSF映画「グランオデッセイ」を覚えているだろうか。
これには、来場者ひとりひとりの顔を取り込んでCG映画に登場させるという「フューチャーキャストシステム」を利用したもの。
このシステムを開発、サポートしていたのが早稲田大学理工学部応用物理学科の森島繁生教授である。
スキャンした顔をリアルなCGで再現することが出来るそのしくみは、顔の立体形状の凸凹具合から、約90個程度の特徴となる『頂点』を選びだす。これで顔のかたちが決まる。次にあらかじめパターン化されているワイヤーフレームという『動く骨組み』を、先ほどの特徴点と組み合わせるのだ。すると、PC上で簡単な操作をするだけで、個性のある顔が動きだすのである。しかもこれがハイスピードで処理されているから驚きだ。
実際、来場者はレンジスキャナーという機械に顔を当て、二回シャッターを切られるだけで、あとは各シアターへ移動し13分の映画を鑑賞するのみ。わずか数分で、一度に240人の来場者を映画の中にCG登場させるのだから、その処理速度と正確性には相当高いものがある。
愛知万博から学んだこと
愛知万博は成功に終わったが、課題はいくつか残った。
「みんなスクリーン上で自分自身を見つけるのに夢中すぎて、内容を覚えていないというひとが少なくなかったんだ。
映画っていうのは『没入感』が大切だからね」と森島教授は言う。それ以外にも、個人の特徴(たとえば表情のくせ、声、動作など)が反映されない点などが上げられた。
しかし同時に、夢みたいな体験をして多くの人がとても感動したことも確かであり、手ごたえを感じている。特に全国からアトラクションに参加した、障害者や自閉症の人たちの手紙が届いたことは森島教授にとっても予想しなかった喜びだった。
「これは我々がやってきた研究にとって、とても励みになりましたね」と森島教授は、これからの研究にますますの意欲を示している。
新たなプロジェクトで目指すもの
いずれの課題にせよ、ポイントはいかに短時間で処理するかである。
森島教授は「いまの技術だと、お金と時間を掛ければいくらでも高精度なものは作れるんだよね。でも我々がやりたいことはそれではない。ハリウッドのおっかけをしてもしょうがないでしょ」と言う。
森島研究室では平成18年度から、文部科学省「重要課題解決型研究等の推進」プログラムに採択され、プロジェクト『ダイブ イントゥ ザ ムービー』通称DIMプロジェクトが発足した。このプログラムは「フューチャーキャストシステム」を更に技術的に発展させて、CGだけではなく実写、アニメ、映像などすべてのジャンルで、参加者が全身三次元CG化してストーリーに参加できる、新しい映像技術を作り出すことを目的としている。
つまり、顔のみに限らず、あなたの個人を識別できるものならなんでも再現してどこにでも登場させてみせますという、すごいことの実現を目指しているのだ。
顔の表情に関しては、32パターンあるキーシェイプをブレンドさせて表現する方法がひとつある。また、表情筋モデルを土台として「顔形状は表情筋によってのみ変化する」ように制約を設けると、特徴点よりも少ない20個程度の制御点だけで表情合成できるという方法もある。表情筋を動かすのはクリエーターによる手作業だが、これを自動推定させるシステムの模索が行われている。今後は、このふたつの方法を上手く組み合わせていく予定である。
髪の毛や体の動き、声についても、同様に特徴的な『頂点』をマークして、母音や骨格などといった『動く骨組み』を加える。
これを自動化することにより、少ない情報と時間で最大のパフォーマンスを表現することを目指している。
技術だけではなく、DIMプロジェクトが本当に実現すれば、映画だけではなくゲームやテーマパークのアトラクションといった様々場面で応用され、エンターテイメントの新たな境地を開拓することが出来るだろう。
しかし、あなたは本当に、自分そっくりの自分を画面の中に見たいだろうか?
顔の形から表情、体型、声、しぐさまでそっくりの、もうひとりの自分を客観視するのは、楽しいことばかりではないかもしれない。
「そこで問題となってくるのは、どこまで似せるか、なんだよね」と森島教授は切り出した。
「我々は技術を発展させるのと同時に、ひとが似せられて不快と感じ始める境目はどこなのか、その許容範囲を見定める作業をしなければならない」と指摘した。
ただ単に技術だけを追求すればよいというわけではない。エンターテイメントを通して夢を与えることが最終目的だとすれば、心理的影響も考えた総合的なプロデュースが必要になってくる。
ここに森島教授のエンターテイメント研究に対する熱意を感じる。
感動の定義が変わる
21世紀、これから技術がますます高精度化し、技術に必要な時間も短縮される。
するとあなたの住む世界はどうなるのだろう。
例えばCG技術が進みすぎてしまうと、これまで想像力でカバーしてきた箇所までCGで補われ、想像力を働かせてイメージする隙がなくなる可能性がある。それが普通になる未来がきたとき、どんなことになら、あなたは胸をときめかせ、ワクワクするのだろうか。
「だからこそ、これからは技術を見せるのではなく、楽しませることが必要になってくるんだ」と森島教授は再度念を押した。
技術の進歩とともに、人々の感動の定義がゆっくりと再構築されていく。
その進化を見据えて、これからも最新のエンターテイメント研究が行われていくだろう。
いつか映画館でジョニー・デップの最新映画を見るとき、彼と共演しているかっこいいあなたが隣にいる、そんな未来もそう遠くはないだろう。(孟 芊芊)
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