| Project/Area Number |
22K05155
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 34020:Analytical chemistry-related
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| Research Institution | Maebashi Institute of Technology |
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Principal Investigator |
菅原 一晴 前橋工科大学, 工学部, 教授 (30271753)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
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| Keywords | ペプチド核酸 / スクリーンプリント電極 / ヒト慢性白血病由来細胞株 / シングルストランドDNA / 電子伝達性ペプチド / 分析化学 / ペプチド / サイトセンシング / DNA / PNA |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では細胞を認識するSingle strand DNA(ssDNA)と電子伝達性ペプチド、ペプチド核酸(PNA)を利用したマルチプレクサー(多チャンネル連続測定装置)付電気化学的細胞センシングシステムを構築する。ます、細胞認識ssDNA/電子伝達性ペプチドプローブを合成しssDNA部位との結合を利用して細胞を検出する高機能性プローブのスクリーニングを行う。次に、ssDNA部位と相補的に結合するPNA修飾電極を作製しssDNA部位に対してPNAと細胞を競争させ世界トップレベルの検出感度を有する細胞測定システムの開発を目指す、さらに、その成果は踏まえて医療現場で実用的なシステムへと発展させる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、電極応答アミノ酸残基を有するペプチド/細胞認識シングルストランドDNA(ss-DNA)プローブによりスクリーンプリント金電極に修飾しターゲット細胞をセンシングする取り組みを行った。電極応答を示すシステイン、チロシン、トリプトファンの配列に関しては、互いに隣り合うアミノ酸残基同士で酸化反応における電子の授受がある。合成されたペプチドにおいてもチロシン残基からトリプトファン残基、システイン残基からチロシン残基への電子移動が各残基の酸化応答を促進した。また、システイン、チロシン、トリプトファン残基の配列を1ユニットとすると2から3ユニットとしたペプチドでは、電極応答が増加することが見いだされた。それらのペプチドの電荷、溶解度、親水性等の機能性を考慮して細胞検出に適した電子伝達性ペプチドを選択し細胞と相互作用をもつss-DNAに結合させた。プローブにより数細胞/mLのセンシングを可能とし、マルチプレクサをもちいることで測定の迅速性を高めることができた。
さらに、上記知見をもとに電子伝達性ペプチドにペプチド核酸(PNA)を導入したプローブを合成し、光透過性スクリーンプリント金電極にペプチドのＮ-末端のシステイン残基を介し固定化した。そのプローブには相補的結合する5-6ベースから成るPNAが存在するため、先の細胞認識ss-DNAと結合した。細胞が存在する場合には、PNAとss-DNAがターゲット細胞に対して競争反応が起こり、電子伝達性ペプチドの電極応答が変化することで細胞の検出が達成された。その検出感度は、数細胞/mLであるが細胞の検出に必要とする時間が短縮され迅速な測定手法となっている。
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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
本年度は、先に昨年度の研究成果をベースに電極応答を示すペプチド配列や構成するアミノ酸残基の種類について酸化応答について考察することで優れたペプチドプローブを見出すことができた。そして、そのプローブにターゲット細胞を選択的に認識するss-DNAをデザインし、電極に結合させることで高感度なセンシング法を開発することに成功している。また、上述のss-DNAの相補的ＰＮＡに電子伝達性ペプチドから成るプローブ修飾光透過性スクリーンプリント電極によるサイトセンシングのためにセンサーを考案している。その検出感度は、実用的レベルをクリアーしておりおおむね予定通り研究が進んだものと判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの成果をもとに高機能性PNA/電子伝達性ペプチドを合成しターゲット細胞検出を行なう。例えば、Native KK1B10と相補的に5'-末端側と結合するPNAの塩基配列に対して電子伝達性ペプチドである"CYYYY”を結合させたプローブ"CYYYY-PNA"を作製する。あるいは3'-末端側とハイブリダイゼーションする"PNA"への"YYYYC"を導入するプローブを作る。KK1B10に対してターゲット細微と合成したプローブを競争させることで、細胞の濃度変化によって応答が変化すると考えられるので細胞モニタリングを可能とする。また、電子伝達性PNAとなる塩基の繰り返し配列をもつPNAを5'-末端側と3'-末端のKK1B10を認識するPNAと結合させたプローブも作製して、マルチプレクサを用いることで迅速な細胞センシングを実施する。
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