Tomohiko Yamazaki博士，医学软物质组首席研究员，

　　国家材料科学研究所/北海道大学生命科学研究生院客座副教授

　　日本国立材料科学研究所(NIMS)位于茨城县筑波市，是一家专门从事材料及其各种用途应用研究的研究机构。它在与材料相关的专业领域进行综合研究，被称为“材料研究的百货商店”。北海道大学和NIMS有一个合作的研究生院系统，NIMS的12个实验室接受北海道大学的研究生。山崎的实验室就是这样一个实验室，招收生命科学学院的学生，从事将生物分子应用于医学治疗的研究。在东京农业技术大学获得博士学位后，山崎曾在瑞典隆德大学和日本国家先进工业科学技术研究所工作，目前在NIMS工作。

　　

　　在能进行高精度三维分析的共聚焦激光显微镜前。

　　控制免疫反应的纳米药物的发展

　　山崎正在开发具有特定三维结构的DNA分子，以及“基于核酸的纳米医学”。他致力于阐明生物分子的功能和机制，然后通过基因工程和蛋白质工程构建具有改进功能的新的人工/设计生物分子。山崎目前正专注于开发生物纳米分子，这种分子可以被纳入疫苗中，以激活人类的免疫力。

　　除了抗原分子外，疫苗还含有增强免疫反应的佐剂。佐剂可以提高疫苗的有效性，从而减少疫苗的数量和所需的疫苗接种次数。此外，难以制造的抗原的数量可以减少，从而降低成本，使大规模生产疫苗变得经济。铝盐(明矾)通常用作佐剂，因为它们有完善的生产方法，价格低廉，并且具有优异的保鲜性。然而，明矾也会引起不良反应，如发烧和过敏。因此，需要开发副作用更小、更安全的新型佐剂。

　　

　　核酸纳米医学的发展

　　人体具有识别病原体的DNA和RNA并激活免疫系统的免疫机制。众所周知，最初存在于人类体内的DNA中的CG序列会被甲基化，但来自病毒和细菌的DNA序列则不会。当DNA含有来自细菌或病毒摄取细胞的未甲基化CG序列时，细胞内受体toll样受体9 (TLR9)识别这些序列并触发免疫激活。这导致IgG抗体的产生和免疫细胞的激活。山崎和他的团队人工合成了这种病原体DNA的较短版本，并将其用作佐剂。利用这种生物机制的DNA药物副作用少，成本低，但缺点是容易被体内的酶降解。

　　因此，山崎正专注于DNA的三维结构，称为“鸟嘌呤四重结构”。使用这种结构作为支架合成的DNA分子形成复杂的三维结构，这增加了DNA密度，从而使它们难以降解，并允许免疫细胞有效摄取。鸟嘌呤四重结构是一种保护细胞内染色体DNA末端的结构，称为端粒。由于它是一种自然产生的结构，因此当引入DNA药物时不会产生不良影响。”他未来的目标是通过微调DNA佐剂的结构，提高其稳定性和免疫诱导活性，这些DNA佐剂仅由未修饰的DNA分子组成。

　　

　　保护DNA免受降解的鸟嘌呤四重结构的3D模型。

　　研究环境独特的合作研究生院

　　“NIMS有很多国际学生，使其成为一个全球化的环境。”山崎还说，NIMS的研究团队之间有很多交流，帮助学生建立一个人际网络，这将导致他们未来的研究事业。“NIMS有广泛的研究设施，每个教员的学生数量很少，所以你可以得到详细的指导。”

　　来自越南的北海道大学(Hokkaido University)三年级博士生Le Bui Thao Nguyen通过合作研究生院系统来到NIMS，她说:“我对山崎的结合生物材料和生命科学的研究很感兴趣。NIMS慷慨的奖学金制度也帮助我来到了这个实验室。”来自印度的北海道大学(Hokkaido University)二年级博士生帕塔克·苏米特拉(Pathak Soumitra)说，“NIMS的吸引力在于，你可以与许多研究专业人士合作，与公司关系密切。未来，我希望在药物发现领域工作，帮助改善人们的生活。”

　　

　　北海道大学二年级博士生Pathak Soumitra(左)和三年级博士生Le Bui Thao Nguyen(右)。

　　山崎还表示，接受学生对实验室有很大的好处。“我的团队成员主要由博士后和工作人员组成。可以说，他们是研究专业人士，但正因为如此，他们的观点可能会有偏见。因此，来自学生的新鲜和灵活的想法对实验室非常有价值。”

　　像Le和Pathak这样的研究生可以申请NIMS初级研究员的职位。该系统允许学生在获得NIMS的经济支持的同时从事研究。

　　虽然与北海道大学的合作研究生院系统仅限于博士课程，但本科生和硕士课程的学生可以参加NIMS实习计划。该计划的目的是让学生参与NIMS的研究长达90天，体验前沿材料研究，熟悉该领域。通过筛选的学生也可以获得在NIMS逗留的经济支持。

　　邀请参加筑波NIMS

　　“NIMS的生物学研究人员不多，所以我期待着与北海道大学的生命科学研究人员互动。从现在开始，我希望通过共同研究加深我们的关系。”山崎说道。即使是不隶属于NIMS的研究人员，只要完成必要的程序，也可以使用其广泛的设施。所以，如果你想在世界一流的材料科学领域从事研究，无论你是研究生还是研究员，为什么不考虑在NIMS研究呢?

　　

　　从NIMS大楼俯瞰筑波山。NIMS标志的灵感来自这两座山峰。(图片来源:山崎友彦)

　　文本:Hina Tachibana(科学写作实习生)

　　照片:南波直树