人工知能学会合同研究会（参加費無料、事前登録推奨、当日受付あり）
開催日 11月23日（金）９：２０－１２：００ １５：００－１７：００
開催場所 慶應義塾大学矢上キャンパス
主催 人工知能学会分子生物情報(SIG-MBI)研究会
共催 SICE分子ロボティクス研究会
参加登録先 https://www.ai-gakkai.or.jp/sigconf/sigconf2018/registration/
テーマ：分子ロボティクスの医薬応用への可能性を探る
プログラム
9:20-10:00 分子ロボットを”Beyond the Pill”の視点から考える
○小長谷明彦 (東京工業大学，情報理工学院)
近年、製薬業界では“Beyond the pill”というコンセプトが”個別化医療”や”AI創薬“と並んで今後の製薬ビジネス展開において重要なキーワードとして認識されつつある。従来型の薬開発では今後、投下資本収益率が低くなるという見通しから、情報通信技術（ICT）を活用したデジタルヘルスケアを含む革新的創薬技術へのパラダイムシフトが模索されている。現在の創薬の問題点の一つはバイオテクノロジー技術によって作られた生物学的製剤のように一部の疾患には有効であるが非常に高価な薬が増えてきていることにある。分子ロボット技術を活用することで様々な状況において適切に判断し、適切な処方をする「スマートな薬」を作ることはできないだろうか？
10:00-10:40 招待講演1：膵島移植・再生療法の現状と展望
○野口洋文 (琉球大学大学院医学研究科，再生医学講座)
局所麻酔下にて膵島を注入する「膵島移植」は糖尿病に対する治療法のひとつとして実施されている。日本では2004年に我々のグループが臨床膵島移植を開始し、良好な成績を収めているが、深刻なドナー不足の状況にあり膵島移植の恩恵を受けられる患者はごく限られている。また、インスリン離脱を達成するには複数回移植が必要であり、膵臓移植よりもドナーを多く必要とする点が問題である。そのため、再生医療研究が活発に行われているが、インスリン分泌細胞への分化誘導法が確立されておらず、いまだ研究段階であるのが現状である。本研究会では膵島移植の現状と問題点を示すとともに、最先端の糖尿病治療研究について紹介する。
10:40-11:10 DNAナノテクを用いた細胞モデルの力学的制御
○柳澤実穂 (東京農工大学，物理システム工学専攻)
細胞膜モデルとして汎用されるリン脂質膜小胞（リポソーム）は、その高い生体適合性ゆえに、内包した薬剤を輸送する医薬品（ドラッグデリバリーシステム）や化粧品の材料として広く汎用されてきた。しかし、従来の膜のみからなるリポソームは、膜が外部との浸透圧差等によって壊れやすく、中身が漏出しやすいという問題があった。我々は最近、DNAナノテクノロジーにより細胞骨格様の構造を膜へ付与することで力学的に補強し、壊れにくくすることに成功した。本研究会では、DNAナノ構造の付与による細胞モデルの力学的制御法について紹介する。
11:10-11:40 自律性をもった超分子ナノ構造体の創製
○池田将 (岐阜大，化学・生命工学科)
分子レベル、ナノスケール、マクロスケールなど各階層における、構造と性質の相関を解明し制御することは、新たな機能を有する材料の設計につながる。我々は、特定の環境に応答する化学反応性人工有機分子部位を生体分子に組み込む精密な分子設計に基づき、生体環境においても自律的に機能制御される新しい超分子ナノ構造体の開発を目指している。本講演では、環境に応答して構造変化するペプチドおよび核酸からなる超分子構造体に関する最近の研究結果を報告する。
11:40-12:00 リポソーム膜に局在可能な機能性DNAオリガミの開発
○川又生吹 (東北大学，ロボティクス専攻)
リン脂質の二重膜でできたマイクロサイズの小胞(リポソーム)は薬物キャリアとしての応用が期待されているものの、膜のバリア能が大きいため目的サイズの分子を通過させる人工の孔をあけることは困難である。
本発表では、合理設計された筒状DNAオリガミナノ構造をリポソームに局在化させ、蛍光分子をリポソーム内外へ通過させる技術を紹介する。
さらに特定条件下で薬物を放出するスマートなドラッグデリバリーのモデル系へ発展させるために、分子シグナルに応答して開閉可能な蓋を備えた機能化DNAオリガミの開発に関する最近の研究結果を報告する。
13:20-14:30 【合同企画】優秀賞記念講演（シンポジウムスペース）
15:00-15:20 ベクシル凝集体の形状の数理モデルによる解析
○梅田民樹 (神戸大学，海事科学研究科)
水中で脂質が形成する袋状二分子膜をベシクルと呼ぶ。ベシクルは大きさが数十nmから数百mmで，構造や大きさが生体膜と類似していることから生体膜モデルとして注目されているとともに，薬物送達運搬体としての利用など医療面での応用例も報告されている。ベシクルは浸透圧により，また，タンパク質の作用で様々な形状変化を起こすが，その形状は原理的には膜の弾性に基づく数理モデルで説明可能と考えられている．本講演では，近年，応用面でも注目されているベシクルを連結させたベシクル凝集体に着目し，その形状の数理モデルによる解析の試みについて報告する。
15:20-15:40 DNAオリガミ全原子モデルのMDシミュレーション
○我妻竜三, 小長谷明彦 (東京工業大学，情報理工学院)
本講演ではドラッグキャリアとして開発応用研究が進められ始めたDNAオリガミの全原子シミュレーションの基礎的な手法を紹介します。DNAオリガミはM13ファージの単鎖DNAに20ー30塩基のステプル配列を混合して生成するナノ構造体であり、様々なキャリア構造が試験されています。こうした構造特性の評価には従来CanDoのように剛体系モデルが使用されてきました。これに対して、われわれの開発した全原子シミュレーションでは溶媒中のイオン環境と実験観察条件に使用されているマイカ基板の存在下における高精度の分子ロボット設計と動特性の予測評価に使用することができるという特徴があります。
15:40-16:00 Experimenting with Molecular Objects in Virtual Reality
○Greg Gutmann, 小長谷明彦 (東京工業大学，情報理工学院)
Alongside of the recent efforts by biologists to design molecular machines, we have been developing a virtual reality (VR) system to be used in prototyping new ideas and testing. The motivation comes from the challenges involved with directly viewing and visualizing matter at the nanometer level, and the time required for traditional simulation runs. By using our VR system, we can visualize and interact with the simulated molecular objects as if they were the size of the real-world objects that we interact with daily. In addition, parameters can be tuned live. However, there are some challenges when using physical interactions with soft matter. For example, on interaction it takes time for the users force on the object to propagate across the material. We have been testing solutions such as decreasing the time steps and using alternative methods of propagating the hands forces which will be looked at here.
16:10-16:30 Haptic Interaction for Hand Tracking 3D User Interface
○ Arif Pramudwiatmoko, 小長谷明彦 (東京工業大学，情報理工学院)
Hand tracking 3D user interface provides natural hand interaction with virtual objects in a computer simulation environment. We have implemented haptic rendering facilities into the hand tracking user interface. Small finger clamping and vibrating devices were attached to each finger to provide feedback when the hand touched an object in the simulation. Implemented using three different graphic frameworks, we postulated haptic feedback on molecular objects into vibration frequency, vibration amplitude, and pressure strength parameters. Our implementation has succeeded in providing a nuance to grip molecular objects in an immersive virtual reality environment.
16:30-17:00 量子ナノ材料による移植幹細胞in vivoイメージングと再生医療への貢献
○湯川博 (名古屋大学，先端ナノバイオデバイス研究センター)
我々は、量子サイズ効果に基づく非常に優れた光学特性から通信・映像（4K・8Kディスプレイ）分野において既に実用化されている量子ドット（QDs）に注目し、再生医療における移植幹細胞in vivoイメージングに取り組んできた。本手法は、幹細胞や再生細胞を移植する再生医療の数多の領域に応用展開が可能であり、これまで不明であった移植後の幹細胞・再生細胞の生体内動態を明らかにしつつある。本講演では、これまで確立してきた量子ナノ材料によるiPS細胞イメージング技術に加え、最新の成果として、AMEDからの支援による再生医療実現拠点ネットワークプログラム技術開発個別課題の共同研究成果についても紹介したい。