トマトの葉や茎にはトマチン^※1という毒性のある物質が含まれています。学生時代からずっと界面活性剤^※2を研究してきたので、油にも水にも溶ける性質を持つトマチンに出会ったときにはかなり親近感がわきました。収穫後には葉や茎は廃棄されてしまうのですが、トマチンはナノ材料として有効活用できるのではないかと着目していました。そこで、熊本の特産物のトマトをモチーフにして、本来廃棄される葉や茎から抽出されるトマチンから薬剤をつくりたいと思い、キヤノン財団の助成に応募しました。

これまで、1分子での薬効を検討した研究が多かったのですが、私は、ステロイドアルカロイド配糖体^※3であるトマチンと金属錯体がハイブリッドして、ナノシートやナノファイバーなどのナノ構造体を作ることを発見しました。つまり、トマチンは、ひとつの分子ではなく、集合体としてそのナノ構造体ならではの発光特性や殺がん細胞効果があるということが分かったのです。このことは、薬剤が1分子の効果でなく、多分子間の相互作用によって見出せることを示しています。その効果を検討することにより、特異的な生体標識材料、医療材料の開発を行いました。これらの材料は、天然物由来のナノ組織体材料ならではの物性を用いることが可能となり、高感度、高選択性の発光プローブ、抗がん剤や抗コレステロール剤などの開発も可能となりました。治療試薬になるだけでなく、診断材料としても同時に利用できることが期待できます。

ACS Omega 2021, 6, 13284−13292

両親媒性化合物の研究は、かなり古くから行われていて、トマチンの研究もその一端にありますが、ファイバーやチューブ、シートといった構造体を有用な金属錯体とハイブリッドすることで形成できた例は、私の研究グループが世界で初めてです。そのおかげで、国際論文の表紙を飾ることがありました。ナノ構造体の相転移やそれに伴う機能のスイッチングが行えることは、分子回路、ナノマシーンを形成する上ではとても重要な知見です。これらの研究を進めていくことで、半人工で有用な医療材料、エネルギー材料の開発につながっていくと考えています。

トマチン/金属錯体によるナノチューブ形成

電子顕微鏡でトマチンのナノ構造体を見たとき、予想だにしなかったファイバーのようなものが見えた時はびっくりしました。あれは鳥肌が立ちましたね。ファイバーのような構造があるからこそ特異的な効果が出てるということを発見した瞬間でした。
化合物がどういう構造をつくるかということは、計算もAⅠ技術もまだ追いついていません。膨大なビッグデータをまだ入れ込めていないんです。トマチンのファイバー構造のような発見は、偶然の結果で生まれる方が多いのですが、自然の摂理と理論が一致した時は面白いですね。

有機物（今回はトマチン）と無機物（今回は金属錯体）のハイブリッドという研究分野にずっと身をおいてきました。無機質なもので有機物の最たるものである生命体を超えられるか、というところが研究の核になっていると思っています。人工膜の研究や、人工ナノマシーンの研究といったものは未だ生命体を超えられていません。なぜなら、生命体は、1つの現象だけで完結しているものではなく、多くの事象が何重にも積み重なって、生命現象を生み出しているからです。私の研究はまさにこの部分に挑戦しているところで、ハイブリッドする意味は、何重にも積み重なった機能を連動できるか、というところにあります。光合成をもたらすチラコイド膜を例にしても、水の酸化、二酸化炭素の還元、プロトンや電子の輸送、光の授受、セルロースの合成など、多くの事象が積み重なっています。このような積み重なった事象を人工分子でどう再現していくかが私の夢です。これができれば、生命現象を操れる薬剤や、植物を超えるエネルギー変換材料を作ることが出来ると期待しています。