| Project/Area Number |
21H04603
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
成島 尚之 東北大学, 工学研究科, 教授 (20198394)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐原 亮二 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究センター, グループリーダー (30323075)
小笠原 康悦 東北大学, 加齢医学研究所, 教授 (30323603)
上田 恭介 東北大学, 工学研究科, 准教授 (40507901)
金高 弘恭 東北大学, 歯学研究科, 教授 (50292222)
伊藤 甲雄 東北大学, 加齢医学研究所, 助教 (90609497)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥40,040,000 (Direct Cost: ¥30,800,000、Indirect Cost: ¥9,240,000)
Fiscal Year 2024: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000)
Fiscal Year 2023: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000)
Fiscal Year 2021: ¥19,890,000 (Direct Cost: ¥15,300,000、Indirect Cost: ¥4,590,000)
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| Keywords | 抗ウイルス / スパイクタンパク質 / 酸化チタン / 光触媒 / チタン / 抗菌 / 第一原理計算 / コロナウイルス |
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| Outline of Research at the Start |
新型コロナウイルス感染のトリガーとなるスパイクタンパク質の不活化に関する評価方法を確立し、不活化する材料表面創製プロセス・材料表面設計の学理を構築することを研究目的としている。ウイルスの遺伝子変異が起こっても変化しないスパイクタンパク質を有する複合タンパク質合成技術と代表者らが独自に構築してきた可視光照射下で強い有機物分解能を発現する光触媒活性TiO2膜作製プロセスをベースに、材料工学的観点からコロナウイルス感染の抑制を図る。特殊な設備を必要としない独自の抗ウイルス性評価方法を世界に先駆けて確立し、抗ウイルス材料表面創製を通して21世紀型ウイルス共生社会の構築に貢献する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和5年度は以下の4項目に関して研究を遂行した。
(a)新型コロナウイルススパイクタンパク質の受容体結合部位を有する融合タンパク質（以下単に融合タンパク質）の高精度定量方法の確立：TiO2基板へ融合タンパク質を滴下した後の処理を最適化することで、TiO2表面の融合タンパク質を酵素結合免疫吸着測定（ELISA）法により簡便かつ高精度に定量する手法を確立した。
(b)炭素含有アナターゼ優勢TiO2膜表面における可視光照射に伴う融合タンパク質不活化：二段階熱酸化法により作製した炭素含有アナターゼ優勢TiO2膜表面に滴下した融合タンパク質の不活化を種々の可視光照射条件で調査した。可視光照射強度や照射時間とTiO2膜の不活化能の関係を解明するとともに、炭素含有アナターゼ優勢TiO2膜が可視光照射下において抗ウイルス機能化表面として有力であることを示した。
(c)炭素含有アナターゼ優勢TiO2膜の細胞毒性：(b)で抗ウイルス能を示した炭素含有アナターゼ優勢TiO2膜の可視光照射下でのマウス骨芽細胞様細胞（MC3T3-E1）に対する細胞毒性を調査した。TiO2膜は暗所において細胞毒性を示さず、可視光照射下においても低細胞毒性であったことから、抗ウイルス能と低細胞毒性を両立することが分かった。
(d)スパッタリング法による窒素添加TiO2膜の作製と光触媒活性評価：反応性スパッタリング装置を用いて窒素添加TiO2膜を作製するとともに、作製したTiO2膜の可視光照射下におけるメチルオレンジ分解能を評価した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
「研究実績の概要」で示した4項目について進捗状況を自己点検する。
(a)融合タンパク質の高精度定量方法の確立：TiO2膜に滴下した融合タンパク質の簡便かつ高精度定量方法を確立できた。TiO2膜以外への適用など応用面での検討事項は残るものの、TiO2膜での定量方法を確立できたことは大きな成果であり、前年度「やや遅れている」と評価した本項目を本年は「概ね順調に進展している」と評価する。
(b)炭素含有アナターゼ優勢TiO2膜表面における可視光照射に伴う融合タンパク質不活化：(a)で定量方法を確立したことにより、TiO2膜表面における融合タンパク質不活化に及ぼす照射強度や照射時間などの可視光照射条件の影響を明らかにできた。これにより、抗ウイルス表面設計の基礎となるデータを得ることができるようになった。本項目に関しても「概ね順調に進展している」と評価する。
(c)炭素含有アナターゼ優勢TiO2膜の細胞毒性：抗ウイルス性および抗菌性を発現した炭素含有アナターゼ優勢TiO2膜は可視光照射下において低細胞毒性を示した。これは、TiO2膜のインプラント応用において、生体への為害性を可視光照射のON/OFFで制御しつつ運用可能であることを意味する。本項目に関しても「概ね順調に進展している」と評価する。
(d)スパッタリング法による窒素添加TiO2膜の作製と光触媒活性評価：本来、炭素および窒素の共添加まで進める予定であったが、窒素添加と光触媒活性評価に留まった。一方、窒素を添加したスパッタTiO2膜の抗ウイルス化能評価を開始しており、本項目に関しても「概ね順調に進展している」と評価する。
以上を総合的に考え、全体として「概ね順調に進展している」と評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和6年度は最終年度となる。以下の方策の下、研究を推進する。
(a)令和5年度にTiO2膜に滴下した融合タンパク質の簡便かつ高精度定量方法を確立できたが、融合タンパク質と材料間の相互作用に関する理解は必ずしも十分ではない。TiO2膜への融合タンパク質滴下量の最適化やELISA法における補足抗体・検出抗体の検討も加えて、更なる融合タンパク質定量分析の高度化を検討する。SiO2や未処理チタンなども比較材として使用する。
(b)可視光照射下においてTiO2膜が融合タンパク質不活化能を有することを示したが、実用化を考えた場合、材料側からのアプローチにより不活化能の更なる向上を達成する必要がある。可視光照射条件やTiO2膜中の窒素や炭素の濃度・存在状態が融合タンパク質不活化に及ぼす影響を明らかにする。TiO2膜作製手法としては前年に引き続き反応性スパッタリング法を中心に検討する。窒素添加に留まったプロセス開発を窒素および炭素共添加まで研究を進展させる。加えてチタンの雰囲気制御熱酸化法により作製した窒素・炭素添加TiO2膜の融合タンパク質不活化も評価したい。窒素・炭素添加の観点から、抗ウイルス性・抗菌性・低細胞毒性を共立するTiO2膜作製のための設計指針を第一原理計算結果も参考にしながら提案する。
(c)積極的な研究成果の公表に加えて知財化も図りつつ、研究を取りまとめる。
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