細胞内で熱が逃げない謎——東大が発見した「非拡散熱」が医療を変える

この直接比較によって原因が特定されました。リポソームは、本質的には膜に包まれた水の袋です。一方、細胞は同じ水溶性の細胞質基質を含んでいますが、それに加えてタンパク質、細胞小器官、分子の細胞骨格が高密度に詰め込まれています。研究は、細胞内のこれらの生体分子こそが熱を閉じ込めている原因であると結論付けました。

教科書の物理への挑戦

この発見は、既存の理論に脚注を加えるだけのものではなく、理論そのものに真っ向から挑戦するものです。標準的な熱力学と流体力学では、液体環境における熱は急速に拡散するとされています。東京大学の研究は、細胞内の熱拡散が遅いだけでなく、位置に依存することを発見しました。冷却速度は、細胞のどの部分が加熱され、その近くにどのような分子構造があるかによって変化したのです。

研究チームは、「『非拡散熱』の現象は非常に前例のないものであり、物理的メカニズムを解明するために既存の教科書に頼ることはできなかった」と述べています。この複雑さにより、科学者は、混雑した活動的な生体環境において、エネルギーがナノスケールでどのように移動するかを考え直す必要に迫られています。

私たちの体内で熱が果たす役割の再考

この研究の意義は物理の教科書をはるかに超え、生物学や病気に対する私たちの基本的な理解にまで及びます。

• 細胞のシグナルとしての熱： 主任研究者の岡部弘基氏は、閉じ込められた熱は単なる代謝廃熱ではないと提唱しています。むしろ、細胞が特定の機能を動かすために能動的に利用する濃縮されたエネルギー源として機能する可能性があるというのです。これは、熱を受動的な副産物ではなく、細胞制御のための「能動的なシグナル」として再定義するものです。
• 医療への応用： 細胞内のわずか1～2°Cの自発的な温度変化が、神経幹細胞の分化、熱ショック応答、炎症といった重要なプロセスに影響を与えることは既に知られています。細胞がどのように自然に熱を閉じ込め、利用しているかを理解することは、体温に関連するてんかん、炎症、がんなどの疾患に対する新たな治療戦略を開く可能性があります。

「Non-diffusive slow heat dissipation induces high local temperature in living cells（生細胞における非拡散性の遅い熱放散が高い局所温度を誘導する）」と題された本研究は、2026年5月にNature Communications（DOI: 10.1038/s41467-026-71878-y）に掲載されました。