近年、細胞質や核に存在する膜なしオルガネラを形成する生物相分離とその生物学的機能が注目されている。液体状の凝集体は一般に球状の液滴として形成される。一方、最近、タンパク質顆粒、局在体、中心体集合体など、ネットワーク状の形態を持つ様々な凝集体が細胞内で発見された。ここでは、ソフトマター物理学における粘弾性相分離の知見に基づき、2相間の分子ダイナミクスの差が相分離により形成される凝集体の形態を制御している可能性について議論する。具体的には、2相間の移動度の差が小さいと液滴状、大きいと遅い相が少数相であってもネットワーク状の形態をとることが予想される。また、生物学的反応や力学的機能面から見たネットワーク状の相分離形態の持つ特性についても考察する。

タンパク質は本来、凝集や相分離をしやすい性質を持つ。タンパク質凝集の制御技術はこれまで、バイオ医薬品や食品など広く産業的に価値のある分野として研究が進んできたが、最近では、細胞内のタンパク質相分離が多様な生命現象と関連していることでも注目を集めている。本講演ではタンパク質の凝集や相分離が、溶液の性質としてどのように理解され、低分子の添加剤を入れる程度の簡単な方法でどこまで制御が可能なのかをお話ししたい。

生体分子の液液相分離（LLPS）の研究において、ラマンイメージングを用いたラベルフリー単一液滴計測を提案している。特に緩衝溶液中における単一液滴内のタンパク質濃度を定量し、pHや塩濃度、さらに周囲の夾雑環境の変化に伴う濃度変化を示している。本発表では今まで行ってきた緩衝溶液中の液滴のみではなく、細胞内のメンブレンレスオルガネラの定量を行った結果も紹介する。細胞内は生体分子が非常に混み合った分子夾雑環境にあり、LLPSによって生じた生体分子の高濃度液滴も細胞内分子夾雑環境の一つとみなすことができる。本発表では液滴内の濃度定量を通して、細胞内分子夾雑環境と細胞内で生じた液滴との関係について議論を行う。

マイクロメートル程度の大きさをもつ細胞内には、多様な生体分子が高濃度で存在している。近年、こうした生体分子が示す相分離や、相分離凝集体の液-固転移が注目されている。我々は、こうした相転移メカニズムに対し、人工細胞を用いることで細胞サイズの空間がもたらす影響を研究してきた。本講演では、鎖依存的な高分子の細胞膜への濡れ性と、高分子鎖長の多分散性によって生じる細胞サイズ依存的な相転移現象について紹介する。

分子夾雑な細胞内環境において必要な反応を必要なタイミングで遂行するためには生体分子の液液相分離能が重要である。特に核酸の関与する液液相分離は、既知の分子機構と協調しながらセントラルドグマを重層的に制御していることが明らかにされつつある。液液相分離に関与する分子種が次々と明らかになりつつあるが、その選択的制御方法は殆ど報告がない。そこで本発表では、オリゴ核酸とペプチドからなる液液相分離モデルシステムの構築と、核酸配列選択的な液液相分離制御方法を報告する。液液相分離の選択的制御方法は、神経変性疾患をはじめとする種々の疾患に対する新たなモダリティの創出にもつながると期待される。

近年多くの新薬候補化合物の多くが難水溶性を示し、経口投与製剤としての開発には溶解性改善技術が求められている。難水溶性薬物の経口吸収改善技術として、経口投与時に薬物過飽和状態を形成する非晶質固体分散体などの過飽和製剤が広く活用されている。一方、過飽和製剤投与時の消化管における最大過飽和溶解量は薬物の液液相分離により制限されるため、薬物の液液相分離現象の定量的理解は過飽和製剤設計において重要となっている。本発表では各種製剤添加剤が薬物の液液相分離濃度や液液相分離により形成される薬物濃縮相物性に及ぼす影響について紹介する。

「液液」相分離が細胞内で一般的な現象であり、細胞の構造（区画）・機能の生成・制御に深く関わっていることが、近年、明らかになってきた。一方、細胞の細胞膜系も油と水の相分離と見なすことができる。おそらくは前生物的な環境でこれらの構造が選ばれてきたと考えられる。脂質二分子膜が選ばれている生物学的な「利益」は多岐にわたるが、一番はエネルギー変換の場となることであろう。「液液」相分離にはどのような「利益」があるのか。リアルな細胞は用いない簡単なモデル実験の結果でそのことを考えながら、総合討論に移りたい。