| Project/Area Number |
23K24940
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| Project/Area Number (Other) |
22H03685 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 62010:Life, health and medical informatics-related
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| Research Institution | Tokyo Medical and Dental University |
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Principal Investigator |
石川 大輔 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 講師 (00722919)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
Fiscal Year 2022: ¥8,840,000 (Direct Cost: ¥6,800,000、Indirect Cost: ¥2,040,000)
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| Keywords | DNAナノテクノロジー / 界面膜 / プラズモニクス / 金属ナノ粒子 / バイオセンサ |
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| Outline of Research at the Start |
様々な疾患の早期発見と簡便かつ精確な診断のために、極微量なマイクロRNAの検出手法の開発が急務である。その有力な候補として金属ナノ粒子のプラズモン場を利用した光学的手法が挙げられるが、検出感度の向上が最大の課題である。本研究では、プラズモニックDNAセンサを新規開発し、これを二次元界面に集積して力学的に操作することで、マイクロRNAを超高感度で検出することを試みる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
様々な疾患の早期発見と精確な診断のために、ウイルスに由来する極微量な生体分子の検出手法の開発が急務である。その有力な候補として金属のプラズモン場を利用した光学的手法が挙げられるが、検出感度の向上が課題として存在する。そこで本研究は、構造DNAナノテクノロジーの一つであるDNAオリガミ手法により、力学的に変形可能な光学DNAセンサを新規に開発し、高誘電率相と低誘電率相の界面近傍における水素結合の結合定数増大効果と、1分子の熱ゆらぎのエネルギーに相当する極めて微小な力学的エネルギーを利用した、生体分子の超高感度検出手法を開発することを目的とする。
これまでに、分子動力学シミュレーションを用いて設計を繰り返し、光学DNAセンサの骨格である力学的に変形可能なDNAナノ構造体を作製した。さらに、DNAナノ構造体に部分的に疎水基を導入することで、本来親水性であるDNAナノ構造体を両親媒化した。DNAナノ構造体の両親媒化は、アガロースゲル電気泳動による定性評価および蛍光染色したDNAナノ構造体を含む水溶液とミネラルオイルとの油中水滴エマルション作製による視覚的評価から確認した。また、脂質分子をマトリクスとして用いることで気水界面における両親媒化DNAナノ構造体の集積と分子膜形成に成功した。現在、気水界面膜中における両親媒化DNAナノ構造体の変形挙動と、界面膜の表面圧、印可エネルギー、膜の硬さ変化などの力学的特性との相関を調査している。
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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
当初の計画通り、DNAオリガミ手法により力学的に変形可能なDNAナノ構造体を作製し、部分的な疎水化によるナノ構造体の両親媒化に成功した。DNAナノ構造体が疎水基の修飾によって親水-疎水界面へ集積可能であることを、アガロースゲル電気泳動による定性的評価および油中水滴エマルションの観察による視覚的評価から確認した。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の計画の有機溶媒－緩衝溶液の液液二相界面におけるDNAナノ構造体の分子膜作製よりも、大気－緩衝溶液の気水界面で分子膜を作製する方が技術的に容易であるため、まず両親媒化したDNAナノ構造体と脂質分子で気水界面膜を作製し、膜の圧縮と拡張よるその変形過程を追跡する。気水界面におけるDNAナノ構造体の変形過程は、DNAナノ構造体内に修飾した傾向プローブのフェルスター共鳴エネルギー移動(FRET)によるin situ蛍光測定、原子間力顕微鏡を用いた転写膜のex situ観察から確認する。
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