田中貴金属が宇宙での分子結晶化促進ユニットを開発

田中貴金属は8月4日、同社グループのTANAKA未来研究所が開発した「Auのナノ構造形成技術を応用した宇宙空間分子結晶化実験ユニット」を用いた宇宙空間でのタンパク質結晶化実験が成功したことを発表した。

同ユニットは2025年4月21日に米ケネディ宇宙センターより国際宇宙ステーション(ISS)へと打ち上げられ、約1か月の間、ISSのコロンバス実験棟に設置。その後、地球へと戻されて、実験の成果確認が進められていた。

貴金属である金の性質を活用

宇宙空間でのタンパク質結晶化実験は、重力の影響を排除できるためタンパク質分子の詳細な構造解析に有用とされており、生物機能の解明や創薬に貢献することが期待されているものの、タンパク質の結晶化実験は結晶の発生確率が低く、高コストで実験回数が限られることが宇宙実験における課題となっていた。

同結晶化実験ユニットは、金(Au)のプラズモン共鳴を利用したタンパク質結晶化技術を活用して結晶発生確率を上げることで、高いコストパフォーマンスで効果的な宇宙実験を可能にすることを目的に開発されたもの。Auナノ粒子の表面はタンパク質分子が吸着しやすい特徴があるほか、Auナノ粒子間では可視光域内の波長でプラズモン共鳴を起こしタンパク質の結晶化が促進されるという点も特徴で、TANAKA未来研究所の研究チームは、Auナノ粒子間で光のエネルギーが凝縮されることで、タンパク質の結晶核の発生がさらに促進されることも発見している。

また、宇宙空間という微小重力環境下では、重力による対流や沈降の影響を受けないため、地上よりも質の高い結晶や大型結晶の生成も期待されている。

金ナノ構造の活用で結晶発生数が増加

ユニットの開発にあたって研究チームでは、Auのナノ構造形成技術と組み合わせて、カウンターディフュージョン法で使用する結晶発生能力の高い内径0.5mm、長さ5cmのキャピラリー(ガラスの筒状デバイス)を開発。キャピラリーの内壁には、ナノレベルに粒子化(直径の平均値は20nm)したAuを、Au粒子の表面近傍でプラズモン共鳴がより発生しやすい表面間距離の平均値40nmの間隔で整列させることで、宇宙空間でのタンパク質結晶が得られる確率を向上させたとする。

  • キャピラリー内に生成されたタンパク質結晶

    キャピラリー内に生成されたタンパク質結晶と顕微鏡で拡大されたタンパク質結晶 (出所:田中貴金属)

地上帰還後、タンパク質結晶を確認したところ、Auナノ構造が形成されたキャピラリーの方がナノ構造が形成されていないキャピラリーと比べて結晶発生数が多いことが確認されたとのことで、この結果を受けて、研究チームでは、この技術を活用することで、将来の生物機能の解明や創薬研究の発展などにつなげることが期待できると説明している。