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講義詳細DETAILES OF A LECTURE

メカノバイオエンジニアリング概論

人の健康を支える医療やヘルスケアの実現は,特に高齢化社会で必要性の高い技術目標である.個々人の健康を保ち,テーラーメイド医療サービスを可能にするための,様々な医療用機械システムは,未来の重要技術である.そこで,メカノバイオエンジニアリングでは,ナノ・マイクロメカトロニクスあるいはバイオテクノロジーを融合して,先端的医療支援技術に関わる基礎学問体系の習得を目指す.高度な情報技術に支えられた遠隔医療診断・手術,医療ロボティクス開発など,メカノエンジニアリングの視点から未来技術の創成とバイオ・医療分野研究の理解を深める.

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再生医工学特論

バイオマテリアル並びに医療の視点から,再生医療・人工臓器を実現するための材料技術・加工技術・組織培養技術・再生医療技術などの基盤技術の理解を目的とする.基礎項目である動物細胞培養・操作技術,生分解性高分子,培養担体加工技術,物理的刺激負荷技術,生体物理現象,バイオレオロジー等の要素概念の系統的な理解を深める.
さらに,機械工学並びに医療の視点から,再生医療・人工臓器を実現するための材料技術・加工技術・組織培養技術・再生医療技術などの基盤技術の理解を目的とする.メカノエンジニアリングの観点に立ち,培養担体加工デバイス,物理的刺激負荷デバイスなどの装置設計の概念を学ぶ.さらに,生体物理現象,バイオレオロジー等の基礎知識を踏襲することによって,硬組織再生医工学,軟組織再生医工学,循環器再生医工学,神経系再生医工学などの再生医療研究の系統的な知識体系の理解を目指す.

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バイオマニピュレーション工学

1.生体分子の構造と機能・分子認識,2.遺伝子クローニング・塩基配列決定技術,3.抗原抗体反応とモノクローラル抗体,4.細胞操作,細胞融合,セルソータ,5.生体膜とイオンチャネル,6.観察技術:顕微鏡と蛍光観察法,7.分析技術:電気泳動・クロマトグラフィ,8.マイクロTAS,DNAチップ,9.分子リンカー・パターニング,10.操作技術:光ピンセット・誘電泳動,11.最近のバイオマニピュレーションのトピックス

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ブレイン・エレクトロニクス

脳や神経系が持つ優れた機能を電子・情報工学的に利用する方法について論じる.特に,既存のコンピュータが苦手とするパターン情報処理や学習・自己組織化といった機能がいかに発現するのか,生理学的な知見を学ぶとともに,神経細胞やネットワークのモデル化の方法,数理的な取り扱い,具体的な応用例について紹介し,議論する.

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バイオデバイスの基礎技術

免疫分析法や生化学分析法のような生体成分の超微量・超高感度分析法の基礎から,マイクロチップ分析技術,MRI画像化技術,先端医療分析器の原理と応用まで,従来の分析化学の枠にとらわれない先端分析工学について紹介する.

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DNA/RNAエンジニアリング

詳細なゲノム解析の結果に基づき,ヒトの遺伝子の数はたかだか2万であると下方修正された.遺伝子の数ではヒトとハエで差がなくなった.従来,DNA上に乗っている遺伝子の設計図(エキソン)だけが注目されていたが,ヒトとハエで差を説明するには,ジャンクDNAと呼ばれている一見役に立ちそうにない繰り返し配列にも注目する必要がある.ジャンクDNA領域からも小さな RNAが発現されており,細胞の運命を決めている可能性がある.小さなRNAを制御することにより,細胞全体の制御が可能になる.本講義ではDNAやRNAを用いた細胞の機能や増殖,分化,細胞死などの制御機構やこのような機能性核酸分子の分子設計,分子構築技術について基礎的な理解を図る.

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プロテインエンジニアリング

蛋白質は分子認識能,分子結合能,反応触媒能,信号伝達能,電子伝達能,分子輸送能など様々な機能を担っている機能性生体分子である.しかし,このような蛋白質分子を利用しようとする場合に,天然の蛋白質はその安定性,機能性などの点において十分な性能を有していない例が多く見られる.本講義では化学的修飾,酵素的修飾,遺伝子工学的改変などの技術を基盤とする蛋白質の安定性や機能の向上,機能の複合化のための分子改変,分子構築技術について理解を図る.

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セルエンジニアリング

小さなRNAなどをRNA干渉の技術で制御することにより,新しい再生工学が可能になる.また,増殖や分化,細胞死を誘導する人工的な受容体を細胞膜上に導入することにより,細胞の運命を人工的に制御することが可能となる.これらの技術を利用して自由自在に目的とする臓器が造れるようになるかもしれない.本講義では,DNA/RNAエンジニアリング,プロテインエンジニアリングを応用した細胞の機能や増殖,分化,細胞死などの制御技術について理解を図る.

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生体システムエンジニアリング

生体では,DNA-蛋白質-細胞-組織と,階層化された個々の物質が精緻に結びつきシステム化され,様々な機能を発現している.本講義では生体システムから学び,人工臓器,代謝シミュレータ,バイオ燃料電池,バイオリアクタなど生体機能を代替するデバイスまたは新規な化学工場を,工学材料およびバイオ物質の両面からシステム的に構築できることを学ぶ.また,生体が持つ優れたシステムを人工物にも応用し,化学を基礎としてシステム的に物質のナノのレベルからマクロな機能デバイスまでを,目的に合わせて設計する手法について理解を深める.

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バイオマテリアル特論

生体機能を代替したり模倣したりするマテリアルは,人工臓器や薬物治療,再生医療など,最先端の医療技術への応用が期待される.このようなバイオマテリアルを,高分子を使って人工的に設計・構築する手法について講義する.同時に生体材料間の認識・応答機構を分子レベル・細胞レベルで解説し,これにより生体機能の本質について理解を深める.

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ナノバイオ工学

バイオマテリアルをナノレベルで構造制御するための基礎知識の獲得を目指す.具体的には,マイクロ・ナノ加工,微小流体力学,微少量成分の分析や分子認識,生体材料の挙動解析等の基礎的な理解を目的に,医療への応用に向けた展望も含め概説し,ナノバイオ工学への理解を深める.

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バイオ画像工学特論

バイオ画像に特有のソフトウエア処理技術や,画像再構成技術.特徴量抽出,断層画像再構築手法(CT),3次元CT,時間情報を含む4次元CT,マルチトレーサ,コンプトンイメージングにおける画像再構成手法,3次元画像処理,データ可視化

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バイオイメージング概論

蛍光や顕微鏡などのイメージング基礎技術と,生体イメージングへの応用.
レーザ計測,赤外線イメージング,顕微鏡,血流イメージング,DNAイメージング,生体イメージング,分子イメージング,位相コントラストイメージング,屈折イメージング,暗視野イメージング,偏光イメージング,ディジタル信号処理,データ取得システム

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バイオ電子工学特論

電磁界と生体、生体電気現象、生体情報計測、細胞膜の電気的性質、イオンチャネルなどについて理解するための基礎知識の獲得を目指す。また、ノイマン型情報処理(コンピュータ)では避けるべき “不確定性/あいまいさ”が、バイオの機能発現には本質な役割を果たし、状況・環境変化に応じて目標が自律的に変化する“確率的ゆらぎ”機能を、アトラクター選択則、確率共鳴、ランジュバン方程式から学ぶ。さらに、バイオ分子の電子状態を決定付けている結晶構造、自己組織化、散逸構造化によるナノ構造形成についての理解を深める。

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バイオエンジニアリング輪講

文献調査の結果,研究成果を発表し,討論する.

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