科学の最新トレンドについては、「科学的ブレイクスルー：2026年に注目すべき新興トレンド」をご覧ください。ハイブリッド太陽電池、オピオイドを使用しない疼痛緩和、次世代バッテリー技術、自己修復インフラなど、詳細なトピックを解説しています。
2024年は多くの注目すべき科学的進歩が見られましたが、その勢いは衰える気配がありません。CASでは常に最新の研究動向を注視しており、2025年に大きな科学的ブレイクスルーをもたらす可能性のある8つの主要トレンドを特定しました。これらの分野における最近の進展は、研究におけるAIの活用、精密医療、新しいバッテリー技術など多岐にわたります。これらは、私たちの健康や環境を改善し、企業や起業家が新しい研究や技術をより有効に活用するための機会を広げる可能性を秘めています。
また、CAS、カリフォルニア大学バークレー校、オークリッジ国立研究所、POLARISqbの専門家パネルによる録画セッションもぜひご覧ください。2025年に向けて彼らが最も期待を寄せているトレンドや関連分野について議論しています。
勢いを増すCRISPR治療薬パイプライン
最先端の遺伝子編集技術、特にCRISPRは、創薬のあり方を根本から変えつつあります。Casgevyは、CRISPR-Cas9遺伝子編集技術を用いて開発され、米国FDAによって承認された初の治療薬となりました。それ以来、幅広い疾患を標的とした多くの新しいCRISPRベースの治療薬が創薬パイプラインや臨床試験に加わっています。
The rapid development of base editing, prime editing, and even CRISPR-based epigenetic modulation has propelled CRISPR to the forefront of drug discovery, with potential applications in oncology, genetic disorders, viral infections, and autoimmune diseases. Correcting mutations, silencing harmful genes, or introducing protective changes in cells marks a paradigm shift from symptom management to therapies with curative potential for patients.
CRISPRが治療アプローチをどのように強化しているか、いくつかの例を挙げます：
- T細胞の機能を阻害する遺伝子をノックアウト、あるいはがん細胞を標的とする能力を高めることで、より強力で毒性の低いCAR-T療法を実現。
- 個々の遺伝的反応に基づいてCAR-T細胞療法を停止・逆転できる、制御可能な安全スイッチの追加。
- がん細胞内の遺伝子やタンパク質を特定し、PROTACの新たな標的を解明。
遺伝子編集ツールとしてのCRISPRの汎用性は、それ単体でも遺伝子の修正やサイレンシングを可能にし、単一遺伝子疾患やウイルス感染症の根治治療の可能性を秘めています。しかし、最も期待されているのは、CRISPR、CAR-T、PROTACといった技術の相補的な性質であり、複数の技術を横断した共同創薬が可能になる点です。CRISPRの柔軟性を活かした新しい治療法は、これまで困難とされていた疾患生物学の側面や患者のニーズに対応し、組み合わせアプローチによってより効果的な治療法が生まれる未来を形作っています。
リチウム技術を加速させる全固体電池のイノベーション
リチウムイオン電池（LIB）は、今日の電気自動車（EV）や多くの家電製品に不可欠な存在です。そのため、現在、これらの用途により適した次世代LIBの開発に研究の焦点が当てられています。
全固体電池は、EV普及を阻む多くの重大な課題を解決する可能性を秘めていることから、勢いを増している新興技術の一つです。今日のLIBで一般的に使用されている液体やゲルの電解質と比較して、固体電解質にはどのような利点があるのでしょうか。
- より安全で発火しにくい
- より耐久性が高く、充放電回数を大幅に増やせる
- よりコンパクトで、同じ体積・重量でより多くのエネルギーを蓄えられる
- 充電時間が短い
- 寒冷地での性能低下に強い
こうした利点がある一方で、業界の専門家の中には懐疑的な見方をする者もおり、この技術はコスト、製造、生産検証といった課題に依然として直面していると指摘しています。
全体として、自動車メーカーは楽観的であり、この技術に対する業界の投資が広範囲に拡大していることからもそれがうかがえます。
- ホンダは最近、全固体電池EVの生産ラインを公開し、これらの電池は50%小型化されると予測しています。
- 中国最大手の自動車メーカーの一つである上海汽車集団（SAIC）は、2026年に第2世代全固体電池の量産を開始すると発表しました。
- 日産自動車も、2028年までに全固体電池を搭載したEVを発売する計画を発表しています。
こうした投資状況を鑑みると、全固体電池の転換点は今後数年以内に訪れる可能性があると考えられます。車両への応用にとどまらず、電池技術は多くの業界で注視されており、新たなブレイクスルーが生まれるたびに、新しい用途や可能性が切り拓かれています。
AI成功の鍵として浮上するデータ品質
2025年もAIが話題の中心であり続けることは間違いありませんが、これらの技術が多くの産業に統合されるにつれ、AIの成果を最適化するための議論は、アルゴリズムからデータへとシフトしています。
データは、すべての機械学習アプリケーションを学習させ、情報を与えるための基盤となる燃料です。ChatGPTのような大規模言語モデル（LLM）は、専門的な科学技術分野での利用において依然として大きな限界を示しています。これは、これらのツールが化学構造、表形式データ、ナレッジグラフ、時系列データ、その他テキスト以外の情報を処理する能力に限界があるためです。
AIの成果に対するデータ品質と多様性の重要性は、これまで十分に研究されてきました。しかし、特定のプロジェクトに適したデータがすぐに利用できるとは限りません。科学分野全般にわたる研究のためにAIを改善しようと、研究者たちは、意図したモデルの用途に合わせた、より高品質で専門性の高いデータセットを求めています。これはすでにドラッグ・リポジショニング（既存薬再開発）研究を後押しし、コンピュータ支援による創薬を促進しています。AIアプリケーションのデータ品質のギャップを埋め、成果を向上させるために用いられるアプローチには、以下のようなものがあります。
- The development of customized datasets to train AI, such as the one being used by MIT and Toyota to train self-driving vehicles.
- Compound AI systems that leverage more data sources and reduce “hallucinations” and inaccurate results.
- A “mixture of experts” approach that trains multiple smaller sub-models on specific tasks rather than using one large model.
- Use of synthetic data generated by other AI models to train new models when sufficient real-world data is unavailable.
気候変動対策の進展を支える材料科学のイノベーション
多くの国がパリ協定に基づき、2050年までのネットゼロ達成を目標として、2030年までに温室効果ガス排出量を大幅に削減することを約束しています。この目標達成に向けた進展は、さまざまな科学的イノベーションによって支えられており、その中には重要な課題に対処するための新たな方法を提供する材料科学技術も含まれています。
金属有機構造体（MOF）は、金属イオンと有機分子が配位結合して形成される分子ケージからなる、非常に多孔質な結晶材料です。これらの材料は、高い比表面積、調整可能な細孔径、圧力や温度変化に対する柔軟性など、極めて多様な特性を示し、ガス貯蔵、ガス分離、磁性、触媒、電気・光学用途に適した候補材料となっています。BASFは、その卓越した比表面積と調整可能な特性から、炭素回収に向けたMOFの商業規模での生産を先駆けて進めており、他の企業もそれに続いています。
気候温暖化が進む中、エネルギー効率の高い空調も不可欠となっており、MOFベースのコーティングがその用途で有用であることが証明されつつあります。空調部品にコーティングすることで、MOFは通過する空気から効率的に湿度を除去し、冷房に必要なエネルギーを最大40%削減します。
共有結合性有機構造体（COF）も、エネルギー貯蔵、触媒、ガス分離において大きな可能性を示しています。金属有機構造体とは異なり、COFは完全に有機物で構成されています。これらの2次元または3次元構造は、MOFと比較して熱的・化学的安定性が高く、近年の研究では、この安定性によりこれらの材料が継続的に稼働して大気を浄化できることが示されています。COFは、飲料水からの汚染管理（パーフルオロ化合物（PFAS）の検出と除去など）においても効果的であることが証明されています。
材料科学研究は、環境負荷の低い新材料の開発を通じて、今後数年間でサステナビリティへの取り組みにおいてますます重要な役割を果たすと期待されています。これにより、再生可能技術や、汚染の影響を緩和し、エネルギー効率を改善し、その他多くのサステナビリティ目標に貢献するプロセスのイノベーションがさらに広がると予想されます。
創薬イノベーションを加速させる分子編集
従来、化学者は複雑な有機分子を合成するために、膨大ではあるものの限定的な既知の反応セットに頼ってきました。しかし、新たな合成アプローチによって、新しい分子骨格や形状へのアクセスが容易になりつつあり、有機化学や医薬品化学におけるエキサイティングな新しい波を触発する可能性があります。
分子編集とは、分子の核となる骨格内の原子を挿入、削除、または交換することで、その構造を精密に改変する技術です。段階的な反応を繰り返して小さな部品を組み立て、新しい大きな分子を構築するという従来のアプローチとは異なり、分子編集は、既存の大きな分子を精密に改変することで新しい分子を創り出すことを可能にします。これにより、化学者はより効率的かつ費用対効果の高い方法で新しい化合物を創出できるだけでなく、合成ステップの総数を減らすことで、多くの変換プロセスにおいて有害な溶媒の使用量やエネルギー消費を削減することができます。
分子編集の最も魅力的な側面は、イノベーションに与えるポジティブな影響が期待されている点でしょう。製薬業界における「イノベーションの危機」の原因と解決策については、過去10年間にわたって議論されてきました。しかし、目的の構造に到達するために化学者が利用できる経路を増やすことが、医薬品候補、肥料、材料、その他多くの用途で検討される分子フレームワークの量と多様性を高める鍵であることは間違いありません。
化学者が合成経路を特定・優先順位付けするのを支援するAIベースの合成アプリケーションと相まって、これらの新しい合成アプローチは、今後10年間で化学イノベーションを飛躍的に加速させる可能性があります。
循環型経済を推進する廃棄物管理のイノベーション
国連の『世界廃棄物管理アウトルック（Global Waste Management Outlook）』2024年版は、抜本的な変革がなければ、汚染、健康被害、気候変動といった潜在的コストを含む廃棄物管理の年間総コストは2050年までに倍増すると予測しています。こうした中、再利用やリサイクルがより大きな役割を果たす循環型経済において、新たな技術が進化を遂げています。
- 乾式製錬や湿式製錬といった従来のリサイクル手法に加え、バイオリーチング、直接リサイクル、電気湿式製錬プロセスなどの手法を用いて、リチウム、コバルト、ニッケル、アルミニウム、鉄、マンガンといった貴重な金属を再利用する新しい電池リサイクル手法が開発されています。これらの新しいアプローチは、有害な化学物質が環境中に流出するのを防ぐだけでなく、多くの普及技術で使用される貴重で希少な元素を回収することも可能にします。
- 熱水炭化などのバイオマス変換技術は、廃棄物からエネルギーを生み出すために活用されており、湿ったバイオマス、有機廃棄物、農業残渣を、発電や土壌改良に使用される炭素豊富な素材であるハイドロチャーや、土壌改良材として利用されるバイオチャーに変換しています。
- プラスチックを分解する細菌は、廃棄物からモノマーを再生することでプラスチックリサイクルの効率を向上させています。これは、プラスチックリサイクルの効率を高めるもので、イデオネラ・サカイエンシス 201-F6という細菌の発見がきっかけとなりました。この細菌は、IsPETaseおよびIsMHETaseという酵素を持ち、ポリエチレンテレフタレート（PET）を環境に無害な2つのモノマーであるエチレングリコールとテレフタル酸に分解します。この技術がスケールアップできれば、世界的な「プラスチック依存」への対応に貢献するでしょう。
こうした革新的な取り組みは、単に廃棄物処理のコストを相殺するだけでなく、新技術の導入に伴い、より優れた経済的インセンティブをもたらします。メーカー、エネルギー生産者、政府、廃棄物管理企業が、持続可能性の強化と製造プロセスの収益性向上を目指してイノベーションに投資する中、廃棄物から新たな価値ある資源を回収・創出できる技術に注目が集まっています。
実用化が進む量子コンピューティング
国連は2025年を「国際量子科学技術年（IYQ）」と宣言しました。量子コンピューティング技術はまだ広く商用化されてはいませんが、科学研究開発における実用化に向けて着実に進歩しています。例えば、クリーブランド・クリニックとIBMは最近、ヘルスケア研究専用の世界初の量子コンピュータを導入し、現代のスーパーコンピュータでも解決できなかった創薬の課題に取り組むための活用を開始しました。研究者たちは、分子挙動のより複雑なシミュレーションやタンパク質折り畳みの効率的なモデリングを可能にすることで、量子コンピューティングがどのように創薬を加速させるかを模索しています。これにより、実装が進むにつれて、量子コンピューティングが短期間で大きな進歩をもたらす機会が生まれています。
創薬以外にも、量子コンピューティングは多くの分野で複雑な課題を解決できる可能性があります。例えば、農業研究者は肥料の計算や圃場モニタリングへの応用を試験しており、これが収穫量の最適化につながり、環境負荷を最小限に抑えながら食料生産を向上させる可能性があります。また、量子コンピューティングは、膨大なグローバルデータの中からパターンを特定し、異なるモデルによって生成された複数の異なるシナリオをより迅速に評価することで、より正確な気象予測を可能にすると期待されています。
Googleによる新しいWillowチップの発表や、MicrosoftとAtom Computingによる2025年の商用量子コンピュータ提供開始の発表は、この技術がいかに急速に進歩しているかを示しています。技術のスケーリングには依然として多くの課題があるため、今後数年で技術環境を支配するとは予想していませんが、量子コンピューティングはいくつかの分野で重要な推進力として台頭しつつあります。
オムニオミクス：次なるシングルセル革命
近年、シングルセル解析技術への投資が急増しており、これらの手法は現在、早期疾患検出、出生前スクリーニング検査、バイオマーカー検査、リキッドバイオプシー、バイオ医薬品開発における重要な進歩を促進するために応用されています。ゲノミクス、トランスクリプトミクス、プロテオミクスに関連するシングルセル解析技術の市場は、2023年に43億4,000万米ドルと推定され、2024年から2030年にかけて年平均成長率（CAGR）18.7%で成長すると予測されています。
シングルセル研究において次に注目されるフロンティアはマルチオミクスです。複数のシングルセル手法を組み合わせることで、マルチオミクスアプローチは研究者や臨床医により完全な全体像を提供します：
- In terms of drug discovery, multi-omics can assist in the design of therapeutics and advance vaccine development as simultaneous integration of various single-modality omics methods at the single-cell level can help us understand various biological processes, pathways, and disease mechanisms.
- Multi-omics is also being used to establish cellular linkage trees, which make it possible for cancer researchers to study the impacts of epigenetic effects and genetic mutations simultaneously at the single-cell level.
- In glioblastoma patient models, multi-omics has shown potential to improve understanding of intratumor heterogenicity, thereby informing patient-specific therapies.
マルチオミクスを超えて、オムニオミクスはすべてのオミクスデータを統合し、細胞レベルでのヒト生物学の全体像を提供することを目指しており、複雑な生物学的相互作用や疾患メカニズムをより正確に解明します。このアプローチは創薬イノベーションに広く応用でき、標的療法の開発を加速させる可能性があります。また、腫瘍内の異なる細胞やその経時的な変化を深く理解することで、個別化された治療戦略への道を切り開き、精密医療の向上に大きな影響を与えるでしょう。
