Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
現在のナノテクノロジーは、様々な分子デバイスを合成することができる。しかし、これらのデバイスをパッケージ化し、制御するには、制御中枢（ミニマル人工脳)が必要である。本研究では、ミニマル人工脳の構築に向け、その構成要素となる神経細胞型分子ユニットを合成する。実際の神経細胞の軸索形成過程を模倣し、リポソーム内で細胞骨格のネットワークを一方向的に爆発成長させ、軸索を有する神経細胞型分子ユニットを構築する。
本研究では、ケミカルAIの構築に向け、脂質膜のコンパートメントであるリポソーム内で、爆発的に成長するアクチン繊維ネットワークを再構築し、軸索構造をもつリポソーム(神経細胞型分子ユニット)を合成することを目指す。初年度では、磁気ビーズからアクチンを形成し、アスター状構造の構築に成功した。次年度は、さらに、当該領域の主要な実験システムであるリポソームにアクチンを内封する条件を検討した。本研究では、一度に調製可能なサンプル量が限られているため、極めて少量のサンプルでリポソームを作成する必要があった。そこで、数十マイクロリットル程度のサンプル量でリポソームを調製および観察を同時にできる微小セルを開発した。この微小セル内で、水層/脂質エマルジョンの二相形を形成し、3Dプリンターで作成した専用の卓上遠心分離機用小型スイングローターによりセルを遠心し、リポソームを高収率、高純度で得ることに成功した。リポソームの内水相に、アクチン形成促進タンパク質を塗布したビーズとアクチンを封入し、遠心分離を行うことにより、極性化したアクチンアスター構造をリポソーム内で構築することに成功した。これにより、リポソーム内に構造的な非対称性を導入することに成功した。さらに、アクチン架橋剤タンパクを同時に内封することで、アクチンを束化し剛直性を高めたところ、アクチン束によりリポソームが変形し、本研究の目的とする神経軸索様構造が形成されることが明らかとなった。この軸索様構造は最大でリポソームの直径に対して20倍程度の長さに達した。このことから、本研究により作成した神経細胞型分子ユニットは、実際の神経細胞のように、距離が離れた他の分子ユニットと接続できる可能性があり、ケミカルAIの構築に一歩近づいたと期待される。
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
All 2023 2022 2021
All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results, Peer Reviewed: 3 results, Open Access: 2 results) Presentation (18 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results, Invited: 12 results)
ACS Synthetic Biology
Volume: -
Journal of Integrative Bioinformatics
Volume: 19 Issue: 2 Pages: 20220037-20220037
10.1515/jib-2022-0037
Physical Chemistry Chemical Physics
Volume: 24 Issue: 47 Pages: 28782-28787
10.1039/d2cp03879j
