サイエンスZERO「ミクロの限界を超えろ！解き明かされる生命の神秘」
2017年9月24日（日曜日）放送の『サイエンスZERO（サイエンスゼロ）』。今ミクロの世界は新しいステージに進もうとしています。顕微鏡で難しかった”視野の広さ”。ここ数年で革新的に性能が上がった「8K撮像センサー」が小さなものを見つつ視野も広くするという画期的な技術開発に成功しました。開発者の自治医科大学の西村智教授が解説します――。
サイエンスZERO番組データ
【放送日時】 2017年9月24日（日曜日）23:00～00:00
【放送局】 NHK Eテレ
【番組副題】 「ミクロの限界を超えろ！解き明かされる生命の神秘」
【ナビゲーター】 南沢奈央 竹内薫
【語り】 土田大
【スタジオゲスト】 西村智（自治医科大学教授）
【#南沢奈央】
— SweetPower【公式】 (@sweetpowerstaff) 2017年9月24日
今夜23時30分からEテレ「サイエンスZERO」です！
今回のテーマは、『ミクロの限界を超えろ！解き明かされる生命の神秘』です。是非ご覧下さい！#ミクロ #生命 pic.twitter.com/oe1nBlS7cf
今回の「サイエンスZERO」はこんな内容！
- 顕微鏡ではどうしても視野が狭くなり小さな範囲でしか観察できません…
- そこで最近開発された”8K撮像センサー”が使えるのでは？と考えた西村智教授
- 8Kパワーで今まで見渡せなかった生物の活動全体を広い視野で見ることに成功しました！
- 一方MITでは光学顕微鏡では見られない脳の軸索が…。なんと「おむつの吸水性ポリマー」を使い一本一本観察出来るようになったそうです！そのカラクリとは？
顕微鏡で見ることが出来るものは？
顕微鏡が発明されてからおよそ400年経つそうです。身の回りの物質の大きさは――
- （肉眼）髪の毛 … 1ミリ～100マイクロメートル
- （光学顕微鏡）動物の細胞 … 100マイクロメートル～10マイクロメートル
- （光学顕微鏡）バクテリア … 10マイクロメートル～1マイクロメートル
- （光学顕微鏡）ミトコンドリア … 1マイクロメートル～100ナノメートル
- ウイルス … 100ナノメートル～10ナノメートル
- たんぱく質 … 10ナノメートル～1ナノメートル
- 分子 … 1ナノメートル～100ピコメートル
- 原子 … 100ピコメートル以下（1ピコメートルは10億分の1ミリメートル）
小さなものを見ながら視野も広くできないか？
自治医科大学（栃木県）の西村智教授は、血液や血管、リンパなどについて独自の方法で研究しています。
西村教授は「生体イメージング」という手法でマウスの血流やリンパの流れを動くリアルなカラー映像として捉えてきました。世界から注目される研究です。
しかしどうしても「視野の狭さ」（＝0.1ミリ四方しか視野がない）だけは従来の顕微鏡で避けることができないものだったのです。
小さなものを見ようとすると視野は限られうまく全体を観察できない…、もどかしさが募りました…。
そこで、西村智先生は全く新しい顕微鏡をイチから作る挑戦をスタートさせました。
視野の広い新しい顕微鏡をイチから作り出す！
今まで医療に携わってきた西村先生ですが、顕微鏡は全く別の分野です。
使用したのは最近めざましく進歩した「撮像センサー」。これを見て「これならいける！」と思ったそうです。
それはスーパーハイビジョン＝8Kの解像度を持つセンサーでした。
8K撮像センサーの視野は従来の顕微鏡の視野の約120倍！
これなら高視野で高精細の映像を撮影できます。マクロとミクロを兼ね備えた画期的な顕微鏡の誕生です。
8K撮像センサーにより、マウスの腸の周辺を含めた顕微鏡映像を見ることができ血栓の出来る様子やその血栓が流されて詰まる先の様子までも1画面で見ることが可能になりました。
この8K顕微鏡を使い全体を通して観察することで今まで部分的で流れとして捉えられなかった減少ががひと目で解るようになりました。
電子工作や車が趣味だった西村智先生は、結果的にいろいろなことが役に立ったといいます。
8K顕微鏡を使った「生体イメージング」でとても面白い映像が撮影できました。
- マウスの血管の合流地点の映像 … 血が流れたり止まったり、逆方向に流れたりしている様子がわかります（血流が一方向という常識を覆すものです）
- マウスのリンパ管の弁の動き … リンパ管に付いている弁がお腹の動きによって開いたり閉じたりしてリンパ液が流れている様子
- マウスのリンパの様子 … リンパ球が跳ね踊っている様子
回折限界を超えろ！「MITの挑戦」
光学顕微鏡には限界があります。光自体は波なのでその波と同じくらいのサイズまでしか光学顕微鏡では見ることができません…。
これを「回折限界（かいせつげんかい）」といいます。
アメリカのマサチューセッツ工科大学（MIT）では驚きのアイデアで回折限界を超える試みがされています。
メディアラボの教授、エドワード・ボイデン先生（脳神経）。
脳の神経細胞は、回折限界を超えた小ささです。
そこでボイデン先生が編み出したのは「膨張顕微鏡法（ぼうちょうけんびきょうほう）」という技術――。
そのカラクリは…紙おむつに使われる「吸水性ポリマー（ポリアクリル酸ナトリウム）」を使って神経細胞を膨張させて大きくしてから観察する…というものでした。
しかしただ膨張させたのでは細胞の構造体はバラバラに壊れてしまいます。
そこで、たんぱく質と吸水性ポリマーを一対一に紐付けた状態を保ったまま膨張させる新技術を開発、成功しました。
これにより今まで見られなかったマウスの海馬ニューロン、軸索上のシナプスを一本一本色分けし識別することが可能になりました。（スライスしているので、積層によって脳を立体的に作り出せます）
回折限界を超えたこの技術を使い日本のメーカーとも協力して、脳の詳細な3D地図を作る計画が既にスタートしているとのこと。
今後人間の思考の仕組みが解明される日も近いかもしれません。
NHKスペシャル大型企画スタート！「人体」
NHKでは、NHKスペシャル（Nスペ）の大型企画がスタートするそうです。
シリーズ8回「人体」神秘の巨大ネットワーク。
臓器たちのおしゃべりが命を支える？リアルなCGで臓器が連携して人体を作り上げている様子がわかります。映像には西村智教授が撮影した8K顕微鏡映像も見ることが出来ます。
- 9月30日（土曜日）夜9時 … プロローグ「神秘の巨大ネットワーク」
- 10月1日（日曜日）夜9時 … 第1集「”腎臓”が寿命を決める」
（※2017-09-24放送より）
サイエンスZERO反響ツイート
https://twitter.com/Ayame_Disney_7/status/911960019804884992
ミクロの決死圏を思い浮かべるオイラは、すっかりおっちゃんですね。 #science_zero #サイエンスZERO
— 藤島士半 (@njsun) 2017年9月24日
ノーベル賞あげて欲しいよ西村さん✨#Eテレ #サイエンスZERO
— 🎎𓃠ともんぬ𓃠 (@8717_tommy) 2017年9月24日
サイエンスZERO
— かめ (@ctrl_q) 2017年9月24日
８Kカメラで微細を広視野で。当然レンズなども変更。
対象を大きくして、可視光の回析限界を超えろな膨張顕微鏡法。細胞組織に吸水ポリマーなじませて膨らませる
サイエンスZERO、竹内薫さんだ。ひるおび!で何回か見たことある方だ。
— ⌘MFNT⌘ (@mfntmfnt) 2017年9月24日
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