山口 隆美

ナノ医工学こそ２１世紀の科学技術の基調となるキーテクノロジーである。ナノ医工学を含む２１世紀の科学技術の担い手は世界最速の成長地域である東アジア・環太平洋地域の諸国、諸社会である。ナノ医工学分野確立の鍵は多分野を総合し新たな学術の地平を切り開く医工融合にある。医工分野融合の成功の可否は人材の育成にかかっている。ナノ医工学分野の人材育成の鍵は、世界最先端の研究を担うことを通じ、科学技術の光と影に思い至ることができる国際的な多相の能力をもつ人材を育成することにある。本拠点計画では、幅広い教養と世界の人々の思いを共有する人材を、異文化に没入させ、他文化に属する人々に学び、自分自身も他文化の若者を教えさせることで育成する。一方、若手人材を育成する立場の指導者・研究者も異分野・異文化とせめぎ合うファカルティディベロプメントを通じて若手とともに不断の進歩を遂げる。従って、本拠点計画では、ナノ医工学の分野を開拓し、これを担う学生・若手研究者を、国際的に組織された融合領域の教育・研究に没入させることにより、世界の三極をリードするグローバルな拠点を形成する。かくして、東北大学は、本拠点形成プログラムを通じ、今後の世界の成長の極となる東アジア・環太平洋のナノ医工学に関わる知的共同体の要となり、拠点は世界のナノ医工学を領導するプラットフォームとなる。

生体で起こる種々の現象を理解し医療に結びつけるため、基礎方程式に基づく解析的アプローチと大量の実験データから未知の経路と法則に迫る実験的アプローチの二つを同時に進めることで、ペタスケールという桁違いの性能を持つスーパーコンピュータの性能をフルに発揮できるソフトウェアを開発する。従来の計算機性能では不可能であった規模で計算することで、生体現象の深い理解と新たな発見を目指すと同時に、医薬品や医療機器、診断や手術方法の開発に繋げる。 解析的アプローチでは分子・細胞・臓器/全身という三つのスケールの研究開発チームをおき、それぞれのスケールで、空間と時間の４次元の状態量として記述する方程式に基づき、シミュレーションするソフトウェアの開発を行う。この時、それぞれの隣り合うスケール間をつなぐモデル化も同時に研究開発することで、ナノ・スケールからメートル・スケールまでのマルチスケール化を図る。実験的アプローチでは、近年飛躍的に増大するジーンチップやハイスループットなどの実験計測で得られるデータを使い、方程式が未知の現象について、データ同化技術によるデータ駆動型の大規模データ解析及びシミュレーション技術を開発し、ペタスケールデータ解析とシミュレーションの融合に基づく、個人差を考慮した投薬量・最適投与プロセスなどの開発、タンパク質構造や大規模遺伝子ネットワーク推定による創薬ターゲット・毒性関与パスウェイ探索等で役立てる。また、神経細胞から局所回路網、脳全体にわたるシミュレーションを連結し、スケールを超えたシミュレーション技術を開発し、脳神経系機能の解明等につなげる。さらに、次世代スーパーコンピュータ上での高速・高効率なシミュレーションの実現に向け、数値アルゴリズムや並列計算技術、データ分析や可視化技術など、多方面にわたる統合的な支援を行うための技術開発を行う。 また、当該研究開発を通じて、次世代計算科学を担う人材を育成する。 このため、独立行政法人理化学研究所、公立大学法人横浜市立大学、国立大学法人大阪大学、国立大学法人東京大学、国立大学法人京都大学、学校法人東海大学、国立大学法人神戸大学、学校法人慶應義塾、国立大学法人北陸先端科学技術大学院大学、国立大学法人千葉大学、国立大学法人東北大学、国立大学法人広島大学、大学共同利用機関法人情報・システム研究機構、国立大学法人東京工業大学、学校法人立命館立命館大学と共同で実施する。 国立大学法人東北大学では、粒子法など離散的手法による微小循環系シミュレータの開発（臓器全身スケールワーキンググループ）に関わる研究開発を実施する。

生命体の科学・工学技術と、応用の最前線である臨床医学の双方に通じ、かつ、いずれにも偏らない独自の立場から技術開発・応用を実施することができる新しい技術者を「医療工学技術者」と呼び、このような総合的な科学・工学技術分野を「医療工学」と呼ぶ。 本事業においては、我が国医療工学産業における開発・研究の中核となる人材を育成する産学協同の教育課程を整備するため、必要な教育項目、獲得目標、教育カリキュラム等の策定、教材の製作、教育組織を創成する基礎的な準備を行い、これらを総合して、来るべき産官学共同の医療関連産業を担う中核人材の育成システムへ発展させることを目的とする。

本委託業務では、地球シミュレータ等の超高速コンピュータ上で稼働する全体系最適化シミュレーションプラットフォームを共通基盤として、Ⅰ)人の個体差に応じた創薬の開発などに資する生命現象シミュレーション、Ⅱ) 産業界における研究開発〜設計〜製造〜保守における知的ものづくりでの質的・効率的な向上の実現に資するマルチスケール連成シミュレーション、Ⅲ)安全・ 安心な社会の実現に資する都市の安全・環境シミュレーションなど、広範な分野における世界水準のマルチスケール、マルチフィジックス・シミュレーションソフトウェアの研究開発を行うことを目的とする。 このため、国立大学法人東京大学を中核拠点として、国立大学法人北海道大学、国立大学法人東北大学、財団法人高度情報科学技術研究機構と共同で業務を行う。 国立大学法人東北大学では、Ⅰ）生命現象シミュレーションに関わる研究を実施する。

医療の現場と、医療機器（診断、治療）の開発製造に関わる企業において、医療工学に関する技術開発およびその実地の応用等に従事し、医療技術を革新することができる技術者を創成することを目標とする。この再教育システムを通じて、医療現場や必ずしも既存の医療関連産業分野に限らない広範な産業分野の専門家を再教育することによって、従来、目的意識的に育成されてこなかった、医学と工学技術の両方の分野に精通した人材を養成する。

本プロジェクトでは、医療工学分野における指導的人材を育成するための仕組みの開発 として、以下の計画を実施していきます。 スキルスタンダードの策定 カリキュラムの策定 実証実験（公開講座） 策定内容の評価・課題抽出 本プロジェクトにおいて育成対象となる人材像は、医学、工学、理学分野等における 若手研究者、上級技術者、及び、医療従事者です。 本プロジェクトで行う実証試験では、東北大学に所属する学生だけでなく、 民間企業からも広く参加者を募り、講義、及び、評価の実施を計画しています。

我が国を初めとする先進国においては、これから直面する高齢社会における医学・医療の問題は、経済的な負担、社会の活性化等の点で国民的な直近の課題として重くのしかかってきている。我々は「健康に生きる」ことによって社会に対する負担を軽減でき、かつ活力ある社会を作ることができるのであって、現在このための技術が強く求められている。東北大学では、工学と医学の共同研究体制によって、伝統的に医学・医療への応用技術の開発を行ってきており、現在もバイオナノテクノロジーを基盤技術とする、細胞機能と生体分子操作、ナノメディスン、生体分子・構造イメージング、メディカルインフォマティクスに関する先進的な研究は日本を、そして世界をリードしている。このような先進的な医学・医療への応用研究を未来医工学と位置づけ、上記要求に応えるため、これらのナノ技術を強力に調和・融合する研究推進体制を早急に確立することが必要であり、「高齢社会を健康に生きる」ための予防医学技術、および個々人の病態に合わせたテーラーメイド医療に資する診断・治療技術の開発を目指し、民間の当該分野の有識者を含む第三者評価委員会による厳正な評価の下、拠点リーダーのリーダーシップにより世界的な未来医工学のための研究拠点の形成を図ることを目的とする。 以上の目的を達成するため、次の具体的目標を設定する。 １．世界に通用する医工学研究のための若手研究者の育成 ２．事業推進担当者による世界的研究の促進 ３．世界有数の他研究機関との連携 ４．附属病院内「未来医療工学センター（仮称）」と大学院「医療工学研究科（仮称）」の設置

心臓血管臨床リスク評価生体力学シミュレータ」の研究開発推進のため、分散クラスター型並列計算エンジンの設計試作、系統解剖学的検索システムおよび臨床インターフェイスの開発