ドラッグデリバリー（drug delivery）は長年にわたり医療分野の中核研究領域である。リポソーム、ミセル、デンドリマーなど有機・無機ベースのナノ粒子は、がん細胞など特定臓器に薬剤を正確に届けるために開発され、この技術は最終的にドキシル（Doxil）、アブラキサン（Abraxane）といったブロックバスター抗がん剤へとつながった。薬物溶解性の改善、臓器標的化、体内循環時間の延長などナノ技術がもたらす利点によるものだ。
ところがこの技術を植物に適用し、農業に「精密デリバリー」という新たなアプローチを導入した研究者がいる。シンガポール国立大学（NUS）のテドリック・トマス・サリム・リュー（Tedrick Thomas Salim Lew）助教授である。研究室は材料科学、化学、植物生物学を横断し、植物がストレスを感知し対応する仕組みを研究している。目標は単純だ。気候変動の時代に、植物がよりよく耐えられるようにするためである。
リュー助教授は5日（現地時間）にシンガポール・セントラルエリアでChosunBizと会い、「医学界は数十年にわたりナノ粒子表面を化学的に調節し、肺・腎臓・腫瘍など望む臓器に薬剤を正確に送る研究を続けてきた」と述べ、「ところが農業界では『なぜ肥料や農薬はいまだに無作為な散布（spraying）に依存するのか』という問いを誰も発しなかった」と語った。
◇浪費される肥料・農薬は90%…「気孔」に解決策を見いだす
リュー助教授の問題意識は意外なところから出発した。米国マサチューセッツ工科大学（MIT）博士課程時代に、「動物に用いるナノ粒子を植物にも適用してみよう」という発想を得たのだ。当時の指導教授であったマイケル・ストラノ（Michael Strano）の影響が大きかった。ストラノはナノ素材を細胞内部へ送達する技術分野で世界的権威を持つ学者だ。
実際に農業現場で散布される肥料・農薬のうち、植物の葉に残る割合は10%未満とされる。残りの90%は土壌や河川へ流れ、アオコや赤潮のような環境問題を引き起こす。コストの無駄も大きい。
リュー助教授が注目したのは植物の葉の表面にある微細な孔、すなわち気孔（stomata）である。既存研究が葉内部の細胞小器官（核・ミトコンドリアなど）を狙った「深部デリバリー（deep delivery）」に集中してきたのに対し、リュー助教授は「扉のある場所から解決すべきだ」と判断した。
リュー助教授は「気孔は植物が呼吸する口であり、バクテリアが侵入する出入口だ」と述べ、「この部分が開いたまま露出していれば病原菌がそのまま侵入する」と説明した。
リュー助教授は気孔表面の特定の糖（sugar）に結合するよう、ナノ粒子表面を化学的に設計した。いわゆる「SENDS（surface ligand-engineered nanoparticles for targeted delivery to stomata）」技術である。抗菌機能を持つナノ粒子が気孔に「ぴたりと張り付き」バクテリアの侵入を遮断し、同時に肥料・農薬の吸収効率を高める。
効果は明確だった。従来の散布方式に比べ最大20倍高い吸収・送達効率が確認された。リュー助教授は「ナノ粒子は一種の『門番（guard）』のように気孔に付着して待機する」と述べ、「有害なバクテリアが入ろうとすれば、その場で先に抑制する」と語った。
技術はまだ実験室段階だが、産業界の関心は相当だ。シンガポールは食料の90%を輸入する都市国家で、2030年までに食料自給率30%の達成を目標としている。リュー助教授の技術が都市型農業の生産性と安定性を高める新たなツールとして注目される理由である。
リュー助教授は「効果は非常に有望だが、実際の農場で同じ性能が出るかを確かめるには、より大規模な試験が必要だ」と述べ、「現在シンガポール企業と現場実証のパートナーシップを協議中だ」と語った。文書手続きが完了すれば来年から本格着手する予定だ。
◇「技術より難しいのは信頼の構築」…高コストも課題
しかしナノ技術の農業適用には越えるべきハードルがある。リュー助教授は「人々は『ナノ技術』という言葉を聞くと、まず心配から入る」と述べた。「体に良くないだろう」という誤解のためだ。
リュー助教授は「そのため自然で分解可能な、より環境に優しいナノ粒子を開発している」と述べ、「われわれが食べるタンパク質や空気中に自然に存在するナノ粒子と大きくは異ならない」と説明した。さらに「人間は歯磨き粉や各種消費財で既に多数のナノ粒子に曝露されている」とし、「大規模な適用に向けては、食品に用いても安全だという点を明確に立証する必要がある」と語った。
大衆の認識は規制にも影響する。リュー助教授は「規制は結局大衆の認識から出発する」と述べ、「ナノ粒子がすでに我々の身の回りに広く存在するという事実を、大衆と政策決定者に納得してもらわなければならない」とした。さらに「新型コロナなどのワクチンに含まれるナノ粒子は自発的に注入するではないか」と述べ、「同じナノ粒子を植物に適用し、その食品を食べるからといって遺伝的変異や健康問題が生じるわけではない」と強調した。
コストも問題だ。リュー助教授は「現在の研究範囲が限定される理由は、化学的アプローチがタンパク質を使用するためだ」と述べ、「タンパク質は高価だ」と語った。「気孔の標的化が可能なのは抗体ベースの技術のおかげだが、抗体もまたタンパク質だ」とした。
リュー助教授は「医療に用いる技術は高価でも人々は受け入れるが、野菜のように安価な作物には同じだけの費用を払おうとしない」と述べ、「気孔が植物保護にどのような役割を果たし得るかは、すでに科学的に立証した。今後は同等の効果をはるかに低コストで実現できる素材と化学的アプローチの開発に注力する」と語った。
参考資料
Nature Communications（2025）、DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-60112-w