β-シートフィブリル化ペプチド駆動型超分子ハイドロゲルを用いた糖尿病創傷治癒の促進 学術的背景 糖尿病創傷治癒は世界的な健康問題であり、糖尿病患者は高血糖による微小血管障害や免疫機能障害のため、創傷治癒プロセスが著しく阻害されることが多い。従来の治療法、例えばコラーゲンや成長因子の使用は一定の効果があるものの、タンパク質が外部環境で不安定であり、急速に分解されるため、治療効果が限られている。そのため、タンパク質を安定して送達し、創傷治癒を促進する新たな材料の開発が研究の焦点となっている。 超分子ハイドロゲルは非共有結合の特性により、タンパク質の生物活性を維持しながらその安定性を向上させることができるため、糖尿病創傷修復の理想的なプラットフォームとなっている。本研究では、β-シートフィブリル化...

脊髄損傷後の運動ニューロンの機能研究 背景紹介 脊髄損傷（Spinal Cord Injury, SCI）は、重篤な神経系疾患であり、患者の運動機能の喪失を引き起こすことが多い。脊髄損傷後、患者は四肢の自主的な運動を制御できない場合があるが、研究によれば、損傷レベル以下の運動ニューロンは一定の機能を保持している可能性がある。しかし、これらの運動ニューロンが損傷後にどのように振る舞い、機能回復のメカニズムがどのように働くかについては、まだ多くの謎が残されている。脊髄損傷後の運動ニューロンの変化をより深く理解するために、研究者らは高密度表面筋電図（High-Density Surface Electromyography, HDsEMG）と超音波イメージング技術を用いて、脊髄損傷患者と健康な対照...

立位バランス回復における多関節トルクの役割 学術的背景 立位バランスは、人間の日常生活において不可欠な能力であり、特に外部からの擾乱に直面した際に、いかに迅速に股関節、膝関節、足関節のトルクを協調させてバランスを維持するかは、運動制御と神経科学の重要な研究テーマです。従来の見解では、バランス回復は神経を介したフィードフォワード（feedforward）とフィードバック（feedback）メカニズムの協調作用に依存していると考えられています。フィードフォワードメカニズムは、筋肉の短範囲剛性（short-range stiffness）を通じて即時の機械的フィードバックを提供し、フィードバックメカニズムは感覚入力によって筋肉を活性化し、遅延した関節トルクを生成します。しかし、フィードフォワードと...

運動制御戦略の調整とタスク要求への適応 学術的背景 運動制御は神経科学や運動科学の中核的な研究分野であり、特に人間がどのように複雑な動作を計画し実行するかを理解する上で重要です。運動計画には、目標選択、タスク要求の適用、動作選択、および運動パラメータの設定など、複数のプロセスが関与しています。従来の見方では、運動計画と実行は比較的独立したプロセスであり、運動計画の完了には一定の時間が必要で、運動実行は計画が完了した後に開始されると考えられていました。しかし、近年の研究では、運動計画の一部が運動実行中に調整される可能性が示されており、この伝統的な二分法の見方に挑戦しています。 本研究は、運動制御戦略（control policy）がタスク要求に応じてどのように調整されるか、特に運動計画と実行の...

高密度表面筋電図を用いたM波の局在化と測定の改善 学術的背景 表面筋電図（surface electromyography, sEMG）は、筋機能の研究や義肢の制御に有用なツールです。しかし、近隣の筋肉からの信号干渉（cross talk）により、その有効性が制限されることがよくあります。特に前腕のような筋肉が密集した領域では、信号干渉の問題が顕著です。この問題を解決するため、研究者たちは高密度表面筋電図（high-density sEMG, HD-sEMG）技術を導入しました。この技術は空間分解能を向上させることで、目標筋肉のM波（筋活動電位）をよりよく分離することができます。本研究は、HD-sEMGがM波の局在化においてどのように機能するかを評価し、空間フィルターが信号干渉を減少させる効...

自動化体外モデルを用いた水頭症研究の応用 背景紹介 水頭症（Hydrocephalus）は、脳室内の脳脊髄液（Cerebrospinal Fluid, CSF）が過剰に蓄積することによって引き起こされる神経疾患であり、適切な治療が行われない場合、重篤な合併症や永続的な脳損傷を引き起こす可能性があります。統計によると、500人に1人の新生児が水頭症を患っています。過去60年間にわたり、水頭症治療の改善に向けた多くの努力がなされてきましたが、脳室シャント（shunt）の故障率は依然として高く、2年以内に50％、10年以内に85％のシャントが故障します。シャントの故障の主な原因はカテーテルの閉塞であり、患者は複数回の手術を必要とし、これが患者の苦痛を増大させるとともに、医療コストの増大をもたらして...

脳脊髄液の流動力学と薬物送達への応用研究 背景紹介 脳脊髄液（Cerebrospinal Fluid, CSF）は、人間の脊髄腔において重要な役割を果たし、溶解した栄養素や廃棄物を運搬します。その脈動性により、CSFの流れは心臓と呼吸の周期に影響を受けます。近年、中枢神経系（Central Nervous System, CNS）疾患の治療ニーズが高まる中、どのようにして鞘内（Intrathecal, IT）薬物送達を最適化するかが研究の焦点となっています。鞘内注射は、CSFの流体力学特性を利用して治療分子を直接中枢神経系に送達し、治療効果を向上させることができます。 しかし、既存の計算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）モデルの多くは個人または少数...

ゲノム医学におけるCRISPRガイド配列再注釈：EXORCISEアルゴリズムの応用と検証 学術的背景 CRISPR-Cas9技術は、その登場以来、特に遺伝子の必須性や化学-遺伝相互作用の研究において、遺伝子スクリーニング分野を劇的に変化させました。特定の遺伝子を標的とするガイドRNA（guide RNA, gRNA）の設計を通じて、CRISPR-Cas9システムは細胞内で正確な遺伝子ノックアウトを導入でき、遺伝子機能や疾患におけるその役割の理解を進める助けとなります。しかし、CRISPRライブラリーの設計は通常、参照ゲノムに基づいて行われますが、実際に研究対象となる細胞系（特にがん細胞系）はしばしばゲノム変異を持ちます。これにより、CRISPRガイド配列のミスマッチや偏りが生じ、実験結果の正...

研究ハイライト: 細胞内代謝物がどのようにしてシアノバクテリアの代謝休眠からの覚醒を制御するのか 研究タイトル：「代謝物レベルでの酵素活性の制御がシアノバクテリアの代謝休眠からの覚醒を制御する (Metabolite-level regulation of enzymatic activity controls awakening of cyanobacteria from metabolic dormancy)」 発表誌：『Current Biology』（2025年1月6日号） 研究主導者：Sofía Doello 共同研究機関：ドイツ・チュービンゲン大学、カッセル大学、その他の研究施設 この研究は、細胞内代謝物が特定の酵素活性を調節することにより、シアノバクテリアが代謝休眠状態から活性...

粒子飲み込み印刷に基づくソフトエレクトロニクス研究 学術的背景 ウェアラブルデバイス、ヘルスモニタリング、医療機器、人間と機械のインタラクションなどの分野が急速に発展する中、ソフトエレクトロニクス（soft electronics）は生体システムとシームレスに統合できることから注目されています。従来の剛性電子機器は生体組織との機械的性能が一致しない問題があり、これが生物医学分野での応用を制限しています。この問題を解決するために、研究者たちは多様な戦略を提案しています。たとえば、マイクロ構造設計（蛇行パターンや切り紙構造）を用いて剛性デバイスにマクロスケールの伸縮性を付与する方法です。しかし、これらの方法は、伸縮性を得るために電子性能を犠牲にする場合が多いです。 近年、ポリマー電子材料を基盤と...