もし、体の中にある一つ一つの細胞の働きを完全に理解し、病気が発生する瞬間を予測できるとしたら、私たちの未来はどう変わるでしょうか？がんやアルツハイマー病といった難病が、深刻な症状として現れる前に発見され、治療できるとしたら――。そんなSFのような世界を実現するため、壮大な挑戦を続ける組織があります。Facebookの創設者マーク・ザッカーバーグとプリシラ・チャン夫妻によって設立された、チャン・ザッカーバーグ・イニシアチブです。CZIは「今世紀末までに、すべての病気の治療、予防、管理を可能にする」という大胆なミッションを掲げ、AIと生命科学の融合という、今まさに岐路に立つ科学の最前線から、未来を切り拓くための4つの「グランドチャレンジ」を発表しました。この記事では、私たちの健康と医療の常識を覆すかもしれない、その壮大な計画の全貌に迫ります。 以下は、2025年4月16日にCZIから発表されたリリースの日本語リライトです。
CZIが描く未来：4つのグランドチャレンジ
CZIは設立当初から、その思想と目標において常に大胆でした。私たちは、今世紀末までにすべての病気を治療、予防、管理することを可能にする科学技術の進歩を目指すという、壮大な使命を掲げています。その過程で大きな賭けに出てきましたが、それらの賭けは成果を上げ、着実な進歩を示しています。
科学界が直面している根本的な課題の一つは、人体内の個々の細胞が持つ特有の役割、機能、そして振る舞いについての理解が限られていることです。生命の基本的な構成要素である細胞は、洗練されたプロセスを実行し、遺伝的および環境的変化に適応し、自己組織化して複雑な組織や器官を形成します。個々の細胞が体内でどのように機能しているかをより深く洞察することは、人類の健康を大きく変える力を持っています。
私たちの取り組みを通じて、世界で最も強力なX線を利用したイメージング技術により、病気によって細胞がどのように損傷を受けるかを可視化することが可能になりました。科学者のためのソフトウェアを構築することで、生物学者が細胞を分析して健康や病気に関する知見を得る方法を変革しました。また、細胞の挙動や遺伝子機能の理解を深めるためのAIモデルを訓練するために、10億個の細胞からなる画期的なシングルセルデータセットを構築しています。
さらに、私たちは希少疾患の治療法開発を目的とした、世界初の患者主導型研究ネットワークを創設しました。また、プレプリントやオープンサイエンスへの支援を通じて研究成果の共有を加速させ、科学者が互いの研究成果をより迅速に活用できるようにしました。リアルタイムで炎症を監視できる初のセンサーを開発し、非営利の生命科学研究用としては最大級のAIコンピューティングシステムに資金を提供し、構築しました。
これらの成果を土台として、CZIは4つの科学的なグランドチャレンジを特定しました。それぞれが、人体の内部の仕組みを解き明かし、画期的な発見を生み出し、科学を加速させて、人間の病気の負担を大幅に軽減するための重要な生物学的問題の解決に焦点を当てています。
・AIベースの仮想細胞モデルを構築し、細胞の挙動を予測・理解する
・複雑な生物学的システムをマッピング、測定、モデル化するための新しいイメージング技術を開発する
・組織内の炎症をリアルタイムで感知し、直接測定するための新しいツールを開発する
・病気の早期発見、予防、治療のために免疫システムを活用する
これらの挑戦を主導するため、私たちは生物学、工学、技術、イノベーションの各分野における第一線の専門家からなるリーダーシップチームを構築しています。チャン・ザッカーバーグ高等生物イメージング研究所の所長であるスコット・フレイザー博士（Scott Fraser, PhD）が、イメージングに関する科学的挑戦を率います。今年の後半には、サンフランシスコのチャン・ザッカーバーグ・バイオハブとイメージング研究所が統合され、フレイザー博士が新たに設立される組織の責任者となる予定です。
ニューヨークのチャン・ザッカーバーグ・バイオハブの所長であるアンドレア・カリファノ博士（Andrea Califano, PhD）は、病気の早期発見、予防、治療のための免疫システム活用という挑戦を、シカゴのチャン・ザッカーバーグ・バイオハブの所長であるシャナ・ケリー博士（Shana Kelley, PhD）は、組織内の炎症をリアルタイムで感知・測定する新ツールの開発という挑戦を率います。今後、AIベースの仮想細胞モデル構築の挑戦を率いるAI責任者と、データ責任者を迎え、このチームをさらに強化していく予定です。
発見の新時代
私たちは今、人工知能と生物学の交差点が、生物学的研究のあり方を一変させる可能性を秘めた、科学における極めて重要な瞬間にいます。私たちはこの時代の到来を予見し、約10年にわたり、人間の健康と病気への理解を次の段階へと飛躍させる機械学習の基盤となるツール開発とデータセット生成に取り組んできました。
今後10年間、私たちはこれらのグランドチャレンジを、厳格さ、スピード、そして情熱をもって追求していきます。科学者、エンジニア、そしてAI・機械学習の専門家を結集させ、人体生物学の複雑な課題を解決するという、他に類を見ない体制を整えています。私たちは、世界トップクラスの大学と提携し、生物学と健康における重要な課題に取り組む学際的な研究機関「バイオハブ」の創設にリソースを投じてきました。また、研究者が人間の健康と病気について有意義な結論に達するのを助けるためのモデル、手法、ツール、データセットを開発する科学技術チームを構築しました。そして、私たちの使命を追求するために科学を加速させるべく、世界30カ国以上の研究に資金を提供してきました。この強力かつ独特な組み合わせが、私たちの使命達成をより迅速なものにするでしょう。
近い将来、私たちは次のような世界の到来を予測しています。生物学者がAIを搭載したシミュレーションを用いて、健康な状態から病的な細胞状態への複雑な移行をモデル化する世界。かつては見えなかったものを可視化し、生体内の一つ一つの細胞の発生過程を分子レベルの解像度で追跡する技術。そして、病気が始まる前に炎症やがん、その他の状態を早期に発見し、発症を未然に防ぐために免疫システムを活用するツールです。
科学者に人体の精密な内部構造を解明できる新しいツールと技術を創造し、提供することで、今世紀中に病気を治療、予防、管理するための手段を科学者たちが手にすることになるでしょう。
AIベースの仮想細胞モデルを構築し、細胞の挙動を予測・理解する
細胞がどのように機能するかを真に理解するため、CZIの研究者たちは大規模なデータセットを生成し、AIツールを用いて細胞の挙動を予測・設計するための強力なモデルを作成します。AIと仮想細胞モデルは、科学者が人間の健康と病気の根源を理解するのを助け、ひいては医薬品、診断法、その他の治療法の開発を加速させることができます。これらのモデルはオープンに共有され、直感的なインターフェースを備えているため、世界中の生物学者がこれらのリソースを利用して自身の研究を加速させ、細胞レベルで病気が始まる瞬間からより良く理解できるようになります。
複雑な生物学的システムをマッピング、測定、モデル化するための新しいイメージング技術を開発する
現在のイメージング技術では、免疫システムのような複雑な生物学的システムがどのように機能し、あるいは機能不全に陥るのか、その全体像を捉えることはできません。CZIのサンフランシスコ・バイオハブとイメージング研究所のチームは、個々のタンパク質から生命体全体まで、様々なスケールで生物学的プロセスを捉えるための画期的なイメージング技術の開発を主導しています。これらの新しい能力は、仮想細胞モデルの訓練と検証に役立ち、細胞が特定の組織や器官を形成する際の組織化原理を明らかにし、世界中の何百万人もの人々に影響を与える疾患に対するより効果的な治療を可能にするでしょう。
「もし成功すれば、私たちはイメージングを、現代生物学を前進させてきたゲノムワイドなデータ収集アプローチと同等、あるいはそれ以上に位置づけるイメージングツールを開発し、展開することになります。」
– スコット・フレイザー博士（CZイメージング研究所 所長）
組織内の炎症をリアルタイムで感知し、直接測定するための新しいツールを開発する
炎症は、がんや心臓病を含む致命的な疾患の50%以上で主要な要因となっています。免疫システムと生体組織・細胞との間の相互作用が複雑であるため、従来のアプローチで研究することは困難でした。シカゴ・バイオハブの科学者たちは、工学的なアプローチを用いて、ヒト組織における炎症の史上初となる包括的かつ直接的な測定を行っています。チームは、組織内の免疫細胞をリアルタイムで監視し、最終的には免疫システムを炎症性疾患につながる転換点から遠ざけるためのツールを構築しています。
「炎症は人間の病気の巨大な推進力です。もし私たちがリアルタイムで炎症の発生を観察し、それを好転させる方法を持つことができれば、毎年人間の死因の50%以上を炎症が占めていることを考えると、人類の疾病負担は大幅に軽減されるでしょう。」
– シャナ・ケリー博士（CZバイオハブ・シカゴ 所長）
病気の早期発見、予防、治療のために免疫システムを活用する
アルツハイマー病や膵臓がんのような病気は、ほとんどの場合、進行してしまい、治療や進行を緩和するためにできることがほとんどない段階で診断されます。ニューヨーク・バイオハブの科学者たちは、AIと高度な生命工学のアプローチを用いて、病気を検出し、その特徴を報告し、そして影響を受けた細胞に特異的に治療薬を届けることで、全身への副作用を回避する免疫細胞を創り出しています。精密誘導システムが標的を見つけるように、私たちは免疫細胞が元々発見するように最適化されていなかった病気によって生成されるシグナルを検出する、その生来のホーミング能力を強化しています。
「成功とは、膵臓がんや卵巣がんのような悪性腫瘍を、まだ十分に治癒の時間があるうちに発見できることです。また、多くの副作用を引き起こす化学療法のような治療法を、個々の細胞を治療するように設計された治療法に置き換え、私たちの他の臓器や体を無傷に保つことです。」
– アンドレア・カリファノ博士（CZバイオハブ・ニューヨーク 所長）
写真：マーク・ザッカーバーグとプリシラ・チャンの夫妻、CZIの共同設立者兼共同CEO
