2023 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Molecular Actuation Systems for Minimal Artificial Brain
| Project Area | Molecular Cybernetics -Development of Minimal Artificial Brain by the Power of Chemistry |
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| Project/Area Number |
20H05972
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| Research Institution | Kansai University |
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Principal Investigator |
葛谷 明紀 関西大学, 化学生命工学部, 教授 (00456154)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
瀧口 金吾 名古屋大学, 理学研究科, 講師 (20262842)
上杉 薫 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 助教 (20737027)
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| Project Period (FY) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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| Keywords | 分子モーター / DNA / 化学エネルギー / リポソーム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究ではミニマル人工脳を構成する3種のニューロイド(人工細胞リポソーム)のうち、「変形」およびその結果としての「他SPAユニットとの二次的接続」を担うアクチュエータニューロイド（Aユニット）の構築を行い、SPAユニットネットワークの「展開」を実現することを目的としている。
葛谷はSPAユニットの演算結果の出力として、リポソーム変形にかわる別の手段として、DNAの分子情報によって制御された生物発光を利用する系を開発しており、これの最適化を行った。具体的には、DNA末端で再構築したスプリット発光タンパクからのエネルギーを、DNAに配列化した蛍光分子間のエネルギ移動を介して伝送していく系を構築すると共に、DNAに結合した蛍光染色試薬をメディエーターとして活用することで20 nm程度まで長距離伝送することに成功した。加えて、リポソーム膜に電荷的にDNAオリガミ構造体を結合する条件を確立し、溶液の浸透圧変化に応答したリポソーム変形を実現した。
瀧口はSPA3連リポソーム配列用デバイスに捕捉した状態での、アクチン線維を封入したリポソームの変形の誘導およびその操作のための条件検討を行った。
上杉はマイクロピペット吸引法システムに関して、システムを半閉鎖系にし、試料の熱対流を抑えることを検討した。また、併せてシステム全体を最適化するための改良も行った。マイクロ流体デバイスシステムに関しては、より効率的に実験ができるよう流路を改良した。また、圧力や流量をより精密に制御できるようシステムの改良も行った。
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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
DNAオリガミの結合にともなうリポソーム変形機構の開発に成功し、当初の目標であった「DNA分子情報をトリガーとしたリポソームの変形誘導」の達成にめどがたった。
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| Strategy for Future Research Activity |
葛谷はSPAユニットの演算結果の出力として開発したDNA足場多色生物発光素子の最適化を完了する。具体的には、リポソーム膜を介した光エネルギー伝送系を構築し、リポソーム内外の状態変化に応じて、リポソーム膜を超えて光信号で情報伝達するシステムを確立する。加えて、リポソーム膜に結合したDNAオリガミによる変形誘導の系についても、分子信号による制御を試みると共に、その機構の解明を行う。
瀧口は引き続きSPA3連リポソーム配列用デバイスに捕捉した状態での、アクチン線維を封入したリポソームの変形の誘導およびその操作に挑戦する。またアクチン線維を封入したリポソームの膜の力学測定についてもデータをまとめる。
上杉は特にマイクロ流体デバイスシステムの改良を継続し、圧力や流量を精密に制御できるシステムを完成させる。並行して、領域内で使用される様々な組成のリポソームや、内部物質を添加したリポソームの機械的特性評価を行う。
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