細胞内には、アクチンやチューブリン等のモノマー（構成要素）が自己組織化することで、ファイバー状の細胞骨格（アクチンフィラメントや微小管）を形成します。こうした細胞骨格は、それぞれのモノマーが混ざり合わない自己認識・他者排除（self-sorting）することで、独立な超分子ファイバーを形成します。形成した独立な細胞骨格は、互いに邪魔せずに機能を発揮することができます。

我々は、細胞の優れた自己組織化現象を模倣し、自分たちで設計した異なる2種類のゲル化剤（モノマー）からなるSelf-sorting超分子ヒドロゲルを開発しました。このヒドロゲルは、ゲル化剤の刺激応答性（化学反応性）を利用することで、様々な機能を統合する良いプラットフォームになります。今後は、ゲル内に担持させたバイオ医薬品の制御徐放技術の開発を通じて、生体医療材料としての応用を検討します。

In living cells, cytoskeletons such as actin filaments and microtubules self-assemble without mixing  (self-sorting), and the orthogonal supramolecular fibers can function their biological roles without interference with each other. Inspired by excellent biological examples, we try to develop supramolecular double-network (SDN) hydrogels comprising orthogonal self-sorted nanofibers. SDN hydrogels become suitable scaffolds for rational integration of multiple stimulus responses, leading to practical applications including control drug release.

Representative publications

• Nature Commun. 14, 1696 (2023).

• Nature Commun. 11, 4100 (2020).

• Nature Commun. 11, 3959 (2020).

• J. Am. Chem. Soc. 141, 4997–5004 (2019).

• Nature Nanotechnol. 13, 165–172 (2018).

• Nature Chem. 8, 743–752 (2016).

生物は、熱力学平衡状態と離れた状態（非平衡状態）にあることで、神経活動や免疫応答などの多彩な機能を示します。

合成分子を使って生物のような「動き」を実現できるのでしょうか？また「動き」を使った材料はできるのでしょうか？

我々はこれまでに、独自の超分子ファイバーと異種の超分子もしくは化学反応を相互作用させる（システム化）することで、進行波や動的不安定性（自発的にファイバー伸長と収縮が繰り返す現象）の発生に成功しました。

今後は、これらの非平衡現象を制御する技術の開発、および材料化を達成するために検討を続けていきます。

In life system, biological machines function under the non- (or out-of-) equilibrium state. I'm interested in unusual phenomena and functions that appear in the transient state (or out-of-equilibrium state) of supramolecular self-assembly. To date, I reported life-like supramolecular dynamics, such as propagating waves and dynamic instability of supramolecular fibers. Using such systems, I will develop non-equilibrium supramolecular materials.

Representative publications

• J. Am. Chem. Soc. 146, 5799–5805 (2024).

• J. Am. Chem. Soc. 144, 15155–15164 (2022).

• J. Am. Chem. Soc. 143, 19532–19541 (2021).

• Nature Commun. 11, 3541 (2020).

• Nature Chem. 6, 913–918 (2014).

コアセルベートは、構成要素である高分子が自己集合し、液液相分離を示すことで形成する液体性の超分子です。

膜を持たず、外水相から様々な分子を濃縮できるため、生命の起源に関与したとされています。最近では、細胞内においても液液相分離が起こっていることが発見され、生物学的な重要性も増してきています。

我々は、コアセルベートを形成するオリジナルな低分子ペプチドを開発しています。従来の高分子からなるコアセルベートと同様に、内部に蛍光色素などの小分子やタンパク質、核酸（DNA/RNA）を濃縮でき、かつ内部で化学反応を促進できることを明らかとしました。今後は、生命の起源研究への展開やバイオ医薬品を濃縮することによる薬物送達材料としての応用を検討する予定です。

Representative publications

• J. Am. Chem. Soc. 145, 18316–18328 (2023).

• J. Am. Chem. Soc. 144, 15155–15164 (2022).