Development of electrode interface for NAD + / NADH redox reaction with high efficiency equivalent to in vivo
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22K06560
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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 47020:Pharmaceutical analytical chemistry and physicochemistry-related
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| Research Institution | Saga University |
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Principal Investigator |
冨永 昌人 佐賀大学, 理工学部, 教授 (70264207)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三重 安弘 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究グループ長 (00415746)
山本 雅博 甲南大学, 理工学部, 教授 (60182648)
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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: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | ニコチンアミド アデニン ジヌクレオチド / レドックス / 電極界面 / 過電圧 / 二量体 / 水素付加反応 / ナノ構造 / ポリペプチド / NADH / ラジカル中間体 / NAD+/NADH / 酸化還元補酵素 / ナノレベル構造 |
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| Outline of Research at the Start |
ニコチンアミド アデニン ジヌクレオチド（酸化体: NAD+；還元体: NADH）は、生体内で極めて重要なレドックス補酵素の一つである。医療診断用試薬の酵素反応として不可欠な生体分子であり、その反応は十分に解析がなされてきたが、それは溶液中での均一反応に限定されていた。この反応を電極上で可能にすることで、医療診断が格段に円滑かつ低コストで実現できる。しかし、電極上でのその反応は極めて困難で未だ進展していない。本研究では、新規観点からナノレベル構造界面をもつ新規電極を開発して、NAD+/NADHの円滑な電極反応の実現し医療診断分野に大きく貢献できることを目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ニコチンアミド アデニン ジヌクレオチド（酸化体: NAD+；還元体: NADH）の電極の固/液界面におけるレドックス反応において、未だ「反応過電圧」と「二量体形成」の電極界面の非効率な反応要素の本質的解明が進んでいない。本研究では、NAD+/NADHレドックス反応おける「立体特性を伴った水素移動反応」と「反応過電圧」の解明を目指し、またその応用として、準可逆なNAD+/NADHのレドックス反応を電極界面で得ることを目的としている。
前年度は、ニコチンアミドと電極上ナノ構造部位との間での「円滑な水素移動反応」を期待して、ポリ-L-リジンで修飾した酸化インジウム電極（PLL-酸化インジウム電極）を用いてNAD⁺の還元反応を解析した結果、NAD+/NADHの本来の酸化還元電位である-0.4 V (vs.Ag|AgCl)付近からNAD⁺の還元反応を観測した。吸着ポリ-L-リジン分子はその界面上で適度の揺らぎがあり、これが界面移動度をもった自発的凝集分散系自己組織化分子として機能して、NAD+/NADHの酸化還元反応における中間ラジカル体同士の二量体形成反応を抑制したと考えた。一方で、NAD+/NADHのレドックス観測の再現性は低かった。また、酸化インジウムナノ粒子（直径20 nm）と白金ナノ粒子（直径2 nm）からなるナノレベル３Ｄ構造界面電極を用いて場合においても、決して高い再現性ではなかった。
本年度は、ポリ-L-アルギニンを修飾した酸化インジウム電極を用いたNAD+/NADHの電極反応を解析した結果、PLL-酸化インジウム電極で観測されたようなレドックスは全く観測されなかった。この結果は、電極界面修飾されたポリペプチドの電荷やαヘリックス・βシート構造などのミクロ構造がNAD+/NADHの電極反応に大きく影響を及ぼしていると考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2023年度までに予定していた、ナノ3D構造界面の創成ならびに二量体化反応の抑制などのNAD+/NADHの電極反応に大きく影響を及ぼすミクロ構造因子などが明らかなりつつある一方で、界面での計算化学的解析が十分に進んでいないため。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、他のポリペプチドを修飾した酸化インジウム電極を用いてNAD+/NADHの電極反応を検討する予定である。また別の取組として、両連続相マイクロエマルション（BME）中におけるNAD+/NADHの電極反応についても検討する予定である。BMIは疎水・親水のバランスで構築されており、さらにその界面はリジッドな界面ではなく、生体内の二分子膜のように常にダイナミクス的な揺らいだ状態であると考えられる。これは、自発的凝集分散系自己組織化分子として機能することが期待されNAD+/NADHの電極反応に新たな知見をもたらすものと考えられる。
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Report
(2 results)
Research Products
(4 results)
