骨格筋オルガノイドを活用した簡便な筋萎縮モデル
我々の研究グループでは、長期的な培養が可能で成熟度が高く、機能評価が可能なマウス骨格筋細胞のオルガノイド作成に成功しており、この骨格筋オルガノイドの培養中に生じる受動的張力を解放することで簡便に生体と類似した筋委縮誘導できる生体外モデルを開発している。この生体外デバイスを利用し、生体の筋萎縮を模倣することが可能であれば、筋萎縮を改善する創薬および高機能食品の開発が飛躍的に進展すると期待できる。
超分子を用いる光学活性分子の高効率合成 ～キラルなインターロック超分子の応用実現にむけて～
キラル化合物を選択的に合成する触媒的不斉合成では，高価なキラル源や金属を利用したり，多段階の精密な合成手法と精製方法を駆使するなどの問題点がありました。そこで本研究では，構造がシンプルで簡単に合成できる輪状分子と軸状分子を適切に組み合わせることで得られる「機械結合性面不斉キラルインターロック超分子」に着目し，光学活性分子を高効率で合成する手法を開発しています。これまでに、このインターロック超分子の一つであるロタキサンを新たに合成し，特徴的な動的挙動や３次元構造を有効利用して、分子シャトル性能を評価しました。
生体内分子や医薬品，農薬などに含まれる光学活性化合物（キラル化合物）をはじめとする高付加価値化合物の工業生産法の確立は，我々の豊かな生活維持に欠かせない技術革新として注目されています。これまでに，キラル化合物（鏡像異性体の一方）を選択的に合成する触媒的不斉合成や，ラセミ混合物（鏡像異性体の等量混合物）から分離分割する方法など，ファインケミカルな手法が多くの研究者によって確立されてきましたが，高価なキラル源や金属を利用したり，多段階の精密な合成手法と精製方法を駆使するなど，従来法の問題点がありました。
そこで，我々はインターロック超分子を基盤とする「機械結合性面不斉キラル超分子」に着目しました。これまでにインターロック超分子のひとつで，輪状分子と軸状分子を組み合わる新たなロタキサンの合成に成功しています。そのなかで，適切な構造をもつ分子群の組み合わせの選択により，キラル化合物（キラル源）を利用することなくキラル超分子を合成することに成功しました。今後の応用展開や社会での実用化への実現を見据えたとき，高効率合成の達成やカスタムメイド型分子設計に対応できます。さらには，輪状分子や軸状分子などの各分子部品の組み合わせ方法や多様性，分子間相互作用の選択性を向上することで，高付加価値化合物の高効率生産，工業生産の確立だけでなく，分子デバイスやセンサーにも応用が期待されます。
ビスアミド型骨格を持つ大環状化合物と中性フェナントロリン誘導体を軸状分子として使用することで効率的に錯形成し，ストッパー部位を両末端に導入して合成しました。さらに，このロタキサンに酸/塩基を添加すると輪状分子が軸状分子に存在する2か所のいずれかのステーション間でスイッチングすることに成功しました。 (分子スイッチ型)
つぎに，フェナントロリン部位に対して第二ステーションを一つだけ導入した非対称型軸状分子を設計し，一方向への往復移動に制御したロタキサンを合成しました。さらに外部刺激として酸を添加したところ，輪状分子がアンモニウムステーションに移動し，続けて塩基を添加すると，軸状成分の中和反応に伴って環状分子が再びフェナントロリンステーションに戻ることを確認しました。（分子シャトル型）
一例として下記に記した輪状分子を用いたところ，エナンチオマー混合物（ラセミ体）として得られました。そこでキラルカラムを備えたHPLCを用いて，２種類のエナンチオマーに分離することに成功しました。
研究グループでは，右図に示す通り，
１）分子設計（デザイン）
２）分子の組み合わせ（アッセンブリー）
３）分子の操作（オペレーション）
をキーワードに，ナノレベルの分子機械部品を構築してキラル超分子を合成し，高付加価値化合物の高効率生産を確立していきます。
論文
「Template-Free Synthesis of a Phenanthroline-Containing [2]Rotaxane: A Reversible pH-Controllable Molecular Switch」(2019)『Symmetry』11p.1137.
「Chiral Bicyclic Imidazole-Catalyzed Direct Enantioselective C-Acylation for the Synthesis of 2-Oxindoles Bearing a Quaternary Stereocenter」(2019)『Asian Journal of Organic Chemistry』8(7)p.1024-1028.
「Formation of a pseudorotaxane, capable of sensing cations via dethreading molecular motion, from a cryptand and bipyridinium salts」(2014)『J. Incl. Phenom. Mol. Recognit. Chem.』78p.137-144.
研究シーズ・教員に対しての問合せや相談事項はこちら
技術相談申込フォーム