慶應理工の光医工学 医療の未来を照らす光の可能性

「光」の技術で医療の難題に挑む！

100年後の患者さんも救うイノベーションを

大学1年生の夏、光を用いた治療技術を研究している物理情報工学科の荒井恒憲先生（現名誉教授）の研究室を訪問した際に、光のもつ可能性に強く惹かれたという小川さん。「光は波長によって生体に様々な作用をもたらします。例えば、波長の短い青い光は目を覚まさせ、波長の長い遠赤外光は体の奥まで届いて温める効果があります。直接触れるわけではないのに、こうした作用をするのは本当に不思議です。荒井研究室では、光の特性を活かして低侵襲に治療や診断を行う技術を開発しており、『まるで魔法みたい』と感銘を受けました」と振り返る。
もともと医学の道を志しており、仮面浪人をして医学部に入り直そうかと考えていたという小川さんだが、「新しい技術は、自分がこの世を離れた後も未来の患者さんたちの命を救う可能性があるんですよ」という荒井先生の言葉に胸を打たれ、「私がやりたいのはこれだ！」と現在の道に進むことを決めた。
以来、荒井研究室や、その後勤務した北里大学において、医師らと連携し、医学と工学を融合した医工連携研究に取り組んできた。医師から臨床での困りごとや課題を聞くたびに「ここにも光が使えるのではないか」と考え、光を活用できる領域を見つけて研究を展開してきた。現在は、がんや循環器疾患、精神疾患など、様々な医療分野で、光技術を活用した新しい治療法や診断技術の提案と具現化を進めている。

図1 光渦を用いたパーキンソン病治療の構想　光渦の回転する力によって凝集体をほぐすとともに、光の刺激で神経細胞を活性化させ、ドパミン産生能を回復させる。実用化の際には、鼻腔から内視鏡を使って光を照射することを想定している。

最近の注目すべき研究成果の１つとして挙げられるのが、特殊な光を用いたパーキンソン病治療への新たなアプローチである。
パーキンソン病はいまだに根本的な治療法が確立されていない難病だ。高齢者に多く、65歳以上では100人に約1人という高い割合で発症し、手足の震えや体が動かしにくいといった症状が現れる。発症の原因は、神経伝達物質であるドパミンの量の減少にある。脳内の黒質という部位に病気の原因となるタンパク質が凝集・蓄積し、それによって黒質の神経細胞が死滅して、ドパミンの産生量が低下するのだ。
小川さんは、「光渦(ひかりうず)」と呼ばれる特殊な光をパーキンソン病の治療に応用できないかと考えた。光渦はらせん状の波面をもつ光で、照射した物体に回転する力を与える性質がある。この力によって原因となる凝集体をほぐし、さらに光の刺激で細胞を活性化させれば、ドパミンを再び産生できる状態に戻せるのではないかと思いついた（図1）。
このアイデアは、学会での雑談の中から生まれた。「光渦の研究をされている千葉大学の宮本克彦先生とお話しをしていた際に、光渦なら生体中に含まれるタンパク質や細胞内小器官に作用して新たな治療に使えるのではないかと思いついたのです。そのアイデアを、パーキンソン病の研究をしている北里大学の川上文貴先生にお話ししたところ、『それは可能性を感じますね。やってみましょう』と背中を押していただき、共同研究が始まりました」。
実際に、パーキンソン病の原因タンパク質を凝集させたモデル細胞を作り、光渦を照射したところ、原因タンパク質が約20％減少した。さらに驚くべきことに、ドパミン前駆物質の産生量が150%に増加した。「生命科学の分野では、10％の変化でも意味のある効果と評価されます。それを踏まえると、150%というのは際立った成果です。川上先生にも『これはすごい』と驚かれました」と小川さん。
光渦を生体組織に対して使用した研究は前例がなく、凝集体をほぐすという物理的作用と、細胞内で起こる化学反応を光で活性化させる生物学的作用を組み合わせたのは、世界初の試みだった。この目を見張るような成果は、新たな研究分野を切り開く可能性を示している。小川さんは光を用いる革新性について「ターゲットとする細胞内小器官のサイズに合わせた周波数と波長の光を用いると、その小器官のみにピンポイントで光を照射できます。従来の薬による化学的な治療とはまったく違うアプローチができます」と説明する。

小川さんの光への興味は、幼いころから好きだったというクロード・モネの絵にも通じている。モネは“光の移ろい”を追求し、睡蓮や庭園風景などを描いた。「モネは、傷ついた人々の心を癒やす絵を描きたいと、生涯にわたり創作活動を続けたといわれています。ちょうどその100年後に生きる私たちは、まさにモネの絵に癒やされ、希望をもらっています。私も光技術によって、100年後も人々を癒やしたり命を救ったりできるような医療機器をつくれたらと、モネに思いを重ねています」。
　そうした思いを胸に研究に邁進(まいしん)する一方、学生の指導や育成にも力を入れている。「研究競争に勝つことも大事ですが、『世の中をよくしたい』『医療に役立つものをつくりたい』という志をもった学生を育てることも、教育者として非常に重要な価値があると考えています。チームワークの中で互いに協力し合い、みんなでよりよいものを生み出していく。医療に携わる世界中の人が、命を救うことに挑戦する大きな1つのチームだと考えており、その一員として共に学び、共に成長できる学生を育てていきたいと思っています」。

両親とも音楽家で、父はチェロ奏者、母はピアノ講師という家庭で育ちました。私も3歳からチェロを弾いていて、今でも趣味で続けています。たまに「朝食の時にクラシック音楽を流しているのでは？」と言われますが、実際は反対で、両親にとって音楽は仕事なので、家ではあまり音楽を聞きません。家族みんな野球が好きなので、野球の中継をテレビで流していることが多かったですね。

化学と生物は好きでしたが、物理はそれほど得意ではありませんでした。大学1年のときに荒井恒憲先生の研究室に行きたいと思い、2年次の学科配属では物理情報工学科を選びましたが、周りからは「物理が苦手なのに大丈夫？」と心配されました。でも、「これがやりたい！」という気持ちが強かったので、迷いはありませんでした。自分がやりたいことをする姿勢は、今もずっと貫いていますね。

妹はシステムデザイン工学科で、健康で安全な生活を支援する建築システムの研究をしています。分野はかなり異なりますが、将来、日用品や家具などに光技術を組み込んだ「健康ハウス」を作りたいと、2人でよく話しています。

2年生の冬休みに父とパリに旅行に行った際に、ベルサイユ宮殿の美しさに感動して「フランスに住むことを人生の目標にしよう」と心に決めたのですが、そんな矢先、慶應義塾大学構内でフランスとのダブルディグリープログラムの募集の貼り紙を見つけました。「フランスに住む夢がもう叶う！挑戦してみよう！」という気持ちで応募したのがきっかけです。
学部3～4年の2年間、フランスのリヨンにあるグランゼコール（専門性の高い教育を行う高等教育機関）に留学しました。そこでは、現地の学生と同じ授業をすべてフランス語で受けます。8時から18時まで1コマ2時間の授業が４コマと長めの昼休みがあり、数学から制御工学、物性物理学などの理系科目のほか、心理学や経営学まで幅広く学びます。膨大な量の勉強をしなくてはならないので、要領よく勉強するすべが身につきました。

※1 慶應義塾大学と協定校の合意のもとで準備された一連のカリキュラムを修了すると、両校から同時に学位を取得できる仕組み。https://www.st.keio.ac.jp/students/ic/dd/

最初は授業で何を言っているのか全くわかりませんでした。それが3か月くらい経った頃、フランス語で夢を見るようになり、授業もだんだんわかるようになってきました。日本人は私だけだったので、フランス語で話すしかない環境がよかったのだと思いますね。留学経験を通じて、何事にもチャレンジできる精神的な成長ができました。
また、世界中からの留学生がみな同じ過酷な経験をするので、仲間意識が強くなります。言葉の壁があるため、感情をストレートに表現してしまうのですが、そのおかげで何でも話せる友人関係ができ、かけがえのない大親友もできました。
留学は大変なこともありますが、苦しんだり頑張ったりした経験は自分を支える柱になります。人生の財産となるような経験をし、一生の友人もできるので、学生さんには留学の機会があったらぜひチャレンジしてほしいと思います。

とにかく毎日が楽しかったです。私は実験のプロトコルにこだわりがあり、ミスなく無駄なく、効率よく進められるように計画を考え、朝から晩までの実験スケジュールをエクセルで組みます。まず、その計画を熟考すること自体も楽しいですし、計画通りにいくことも楽しい。特に好きな瞬間は、実験データからグラフが描けたときです。なので、実験が終わると待ちきれなくて、帰りの電車の中で座れると、「やった！データ整理ができる」と思って膝の上にパソコンを開き、エクセルファイルのデータを解析していました。縦軸と横軸を設定してグラフが表示された瞬間が自分の中ではいちばん盛り上がります。早く荒井先生に見せたいと、ニヤニヤしながらプレゼンのパワーポイントを作っていました。

少し変わっているかもしれませんが、とにかく「健康第一」ということですね。体調を崩すと良い研究も楽しい学生生活もできないので、心身ともに健康に過ごしてほしいと強く願っています。生活面の悩みなどはなかなか気づきにくいので、研究のミーティングとは別に、半年に1回程度、個人面談の機会を設けています。今の生活をどう感じているか、今後どう成長していきたいかなど、1人ひとりと向き合いながらサポートしていきたいと思っています。
また、大学院や4年生の研究生活は、社会に出る前の最後の教育の場なので、指導者として重要な役割を担っていると考えています。研究に取り組むだけでなく、自分の適性や強みを見つけて、世の中で活躍できる人間になってほしいと思っています。研究活動を通して、文章を書く力やプレゼンテーション能力、スケジュール管理能力など、社会で役立つスキルを身につけてほしいですね。

卒業してから特に感じるのは、“慶應の仲間”というつながりの強さですね。もちろん他大学にも同窓のつながりはあると思いますが、慶應義塾大学はとりわけ結びつきが強いと感じます。人と人との関わりは、どんな仕事においても根底にあるものですし、様々な技術やAIが進化しても失われないものです。その意味で、このネットワークは大きな強みだと思います。
同窓会組織である「三田会」は、日本各地だけでなく、世界各地にあり、心強い存在です。友人がパリに留学中、インターンシップの受け入れ先が見つからなくて困っていたときに、パリの三田会に相談したところ、紹介してもらえたと言っていました。
ダブルディグリープログラムや国際的な活動を奨励する「藤原奨学基金」や「藤原賞」のつながりでも、同窓会や懇親会が定期的に行われています。私も藤原賞の受賞と藤原奨学基金で奨学金を頂いたことがあり、懇親会では世代を超えた交流をしています。そうした交流は大きな励みとなり、「自分も頑張ろう」と前向きな気持ちにさせてくれます。