10月2日より2023年ノーベル賞受賞者の発表が始まりました。
今年は化学賞において発表前に受賞者の情報が漏洩してしまうなど波乱の展開となったノーベル賞、科学分野ではどのような研究が受賞したのでしょうか？
この記事では2023年の生理学・医学賞、物理学賞、化学賞の受賞研究についてご紹介します。
目次
- 生理学・医学賞：新型コロナウイルスのmRNAワクチン開発に寄与
- 物理学賞：電子の動きを記録するアト秒パルスの光
- 化学賞：ナノテクノロジー発展につながる「量子ドット」
生理学・医学賞：新型コロナウイルスのmRNAワクチン開発に寄与
生理学・医学賞は新型コロナウイルスのmRNAワクチンの開発に大きく貢献したアメリカ、ペンシルベニア大学の研究者であるカタリン・カリコ氏とドリュー・ワイスマン氏の2名が受賞しました。
彼らは医療用につくられた人工的なmRNAが体内に入った際に免疫に攻撃されない仕組みを作り出した研究者です。
mRNA（メッセンジャーRNA）はタンパク質の設計図のような役割を持っており、必要なタンパク質が形成されるよう人工的に設計したmRNAを体内に送り込めば、病気の治療に使えるのではないかと考えられてきました。
しかし、体にはウイルスなどの異物が入ってきた際にそのRNAを感知して攻撃する免疫機能があります。
このため、人工的に作ったmRNAを体内に投与すると異物と認識され免疫細胞に攻撃されてしまうのです。
そうなると強い炎症を引き起こし、十分なタンパク質生成を行うことができません。
同氏らはmRNAが体内のRNAセンサーにひっかからないよう、構成する物質を天然のmRNAには含まれない物質に置き換える「塩基修飾」を行いました。
塩基修飾されたmRNAは体内に入っても免疫細胞から攻撃されにくく、安定したタンパク質生成を保つことができます。
この手法により、mRNAを医薬品として用いることが可能になりました。
新型コロナウイルスワクチンも、この手法を用いて作られたmRNAワクチンです。
通常のワクチンとは異なり、mRNAワクチンはウイルスの遺伝情報さえあればすぐに作成でき、新型コロナウイルスに対してもパンデミックとなってからわずか1年弱でワクチンが完成しています。
この研究は、他の病気に対するスピーディーなワクチンの開発につながるのはもちろん、がん治療などにも応用されることが期待されています。
物理学賞：電子の動きを記録するアト秒パルスの光
物理学賞を受賞したのはアメリカ、オハイオ州立大学のピエール・アゴスティーニ氏とドイツ、ルートヴィヒ・マクシミリアン大学のフェレンツ・クラウス氏、およびスウェーデン、ルンド大学のアンヌ・ルイエ氏の3名です。
彼らは非常に短い時間だけ光を出す手法を確立し、これによって電子の運動やエネルギーを測定・記録できる新しい方法を生み出したとされています。
この研究は1987年にルイエ氏が希ガスに赤外線レーザーを当てることで、きわめて短い波長の光が発生することをみつけたことから始まりました。
2001年にアゴスティーニ氏がこの手法を用いてアト秒という非常に短い時間だけ光を出す方法を確立します。
アト秒は100京分の1秒という非常に短い時間です。
アゴスティーニ氏の研究ではこの光を連続して出すことしかできませんでしたが、クラウス氏はこの光を1回だけ発生させる手法を確立しました。
この光をカメラのフラッシュのように利用すれば、素早く動き回る電子のような物体もその運動を正確に測定・記録することができます。
電子の動きを知ることができれば、電子制御の発展につながるのはもちろん、分子の動きを知ることで分子を識別し医学的分野でも疾患の診断などにつながることが期待されています。
化学賞：ナノテクノロジー発展につながる「量子ドット」
化学賞は「量子ドット」と呼ばれる非常に微細な結晶の研究に対して送られ、アメリカ、マサチューセッツ工科大学のムンジ・バウェンディ氏、コロンビア大学のルイス・ブルース氏、旧ソ連出身であるアレクセイ・エキモフ氏が受賞しました。
量子ドットは、1ミリの100万分の1という小ささの微細な結晶であり、わずかな大きさの違いで発する光の色が変わることなどがわかっています。
量子ドットの研究は色付きガラスから始まりました。
色付きガラスはガラスに様々な金属化合物を合わせて作りますが、同じ化合物を合わせた場合でも溶かす温度や加熱時間などによって色が変わることがあったのです。
この現象をエキモフ氏は「ガラスに溶け込んでいる微細な化合物の結晶の大きさが異なるからではないか」と考えました。
1979年、実際に同じ化合物が溶け込んだ色の異なるガラスについて化合物の結晶の大きさを測定してみたところ結晶の大きさが小さくなればなるほど、吸収される光の波長が短くなることを発見したのです。
この時点でエキモフ氏は量子力学の影響を受ける微細な結晶、つまり量子ドットを発見していたことになりますが、この時点では量子ドットをガラスの中から取り出すことができませんでした。
それから数年経った1983年、ブルース氏がエキモフ氏と同じ現象を溶液内で実証します。
しかし、当時はおりしも米ソ冷戦時代で、ブルース氏とエキモフ氏の研究が包括的に語られることはなく停滞していました。
量子ドットの研究が一気に実用化に向けて進んだのは、バウェンディ氏が量子ドットの安定した製造法を確立した1993年のことです。
バウェンディ氏は量子ドットの元となる金属化合物を高温の溶媒に一気に注入し、溶媒が冷めることで小さな量子ドットを製造しました。
さらに溶媒を再び加熱することでその量子ドットを大きく変化させていくことで様々な大きさの量子ドットを安定して作り出すことに成功したのです。
光を吸収し別の波長の光を放出する量子ドットは、色鮮やかなディスプレイや植物の成長を促進する光を強めるフィルムなど、様々な分野で実用化されています。
また医療分野でも活躍が期待されており、量子ドットを蛍光試薬としたがんの超早期発見なども実用化に向けて進んでいます。
研究分野の垣根を超えた実用化
今回、生理学・医学賞はmRNAワクチンに関する研究が受賞しましたが、物理学賞や化学賞も医療に関わる実用化につながっており、様々な研究が分野を超えて実用化されています。
今回化学賞となった量子ドットについても、本来量子力学は物理学に近い分野です。
科学の世界はいくつもの分野に別れていますが、それは断絶されるものではなく互いの知識が絡み合って新しい技術に繋がっています。
今後の研究でもそれぞれの分野の専門家が手を取り合うことで、新たな分野の発見が進んでいくことが期待されます。
参考文献
Nobel Prize https://www.nobelprize.org/元論文
Suppression of RNA Recognition by Toll-like Receptors: The Impact of Nucleoside Modification and the Evolutionary Origin of RNA https://www.cell.com/immunity/fulltext/S1074-7613(05)00211-6 The physics of attosecond light pulses https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/67/6/R01 Synthesis and Characterization of Monodisperse Nanocrystals and Close-Packed Nanocrystal Assemblies https://www.annualreviews.org/doi/10.1146/annurev.matsci.30.1.545