2018 Fiscal Year Annual Research Report
A study on molecular robotics blood glucose level control method with NOD mice
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17H00769
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
小長谷 明彦 東京工業大学, 情報理工学院, 教授 (00301200)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
野口 洋文 琉球大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (50378733)
豊田 太郎 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (80422377)
池田 将 岐阜大学, 工学部, 教授 (20432867)
湯川 博 名古屋大学, 未来社会創造機構, 特任准教授 (30634646)
梅田 民樹 神戸大学, 海事科学研究科, 准教授 (90243336)
柳澤 実穂 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 特任准教授 (50555802)
川又 生吹 東北大学, 工学研究科, 助教 (30733977)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 分子ロボティクス / DNAコンピュータ / 糖尿病 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
リポソームそのものに感覚，知能，運動の機能を付加した分子ロボットを構築するために、リボソーム凝集体の作成、小動物における/in vivo/蛍光イメージ、リポソーム凝集体の評価、グルコース応答性有機分子の合成、膜透過性調整法の確立、DNAハトメ構造の創成、リポソームシミュレーションおよび可視化シミュレーションを行った。
リポソーム凝集体の作成に関しては、蛍光性量子ドットを内包したリポソーム凝集体を用いて，正常マウスにおけるin vivo滞留試験を行った（豊田）。小動物における/in vivo/蛍光イメージに関しては、リポソーム凝集体を用いた正常マウスin vivo試験において、蛍光性量子ドットによる高解像度３D共焦点顕微鏡画像データ取得を行った（湯川）。リポソーム凝集体の評価に関しては、蛍光性量子ドットを内包したリポソーム凝集体を正常マウスに投与し、in vivoでのリポソーム凝集体の動向を観察した（野口）。
グルコース応答性有機分子の合成に関しては、グルコースに応答して親水－疎水バランスが変化する新規のボロン酸誘導体の開発を行った（池田）。 膜透過通過法の確立に関しては、DNAを用いた細胞骨格を持つリポソームについて、その力学特性とDNA配列との相関関係を調べた(柳澤)。DNAハトメの創成に関しては、リポソームに10nmスケールの穴をあけるDNAオリガミ構造体を複数種類設計した（川又）。リポソームシミュレーションに関しては、リポソーム凝集体数理モデルを作成し、実験条件と凝集体の形状および膜張力との関係について理論的に解析した（梅田）。可視化シミュレーションに関しては、リポソーム全原子モデルを作成し、分子動力学シミュレーションによる動作確認を行った（小長谷）
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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
平成30年度は翌年に予定されている血糖値制御型分子ロボットのin vivo実験のための予備検証ならびにin vivo評価に用いられる要素技術の開発に注力した。
リポソーム凝集体の作成に関しては、in vivo実験を想定した滞留性の試験において、長時間分子ロボットが生体内組織に滞留可能であることを確認した（豊田）。小動物における/in vivo/蛍光イメージに関しては、量子ドットにより蛍光標識されたリポソーム凝集体が狙い通りの場所に集積していることを確認した（湯川）。リポソーム凝集体の評価に関しては、蛍光物質を内包したリポソーム凝集体を正常マウスの門脈・静脈・皮下へ移植し、in vivoでの動態の観察に成功した（野口）。
グルコース応答性有機分子の合成に関しては、炭化水素鎖ライブラリーから適切な化合物を選択し、新たなボロン酸誘導体の合成を達成した（池田）。膜透過通過法の確立に関しては、DNAのエンタルピーと力学的特性の相関を確認し、医薬用リポソームとして活用可能な耐久性を備える道筋ができつつあることを確認した（柳澤）。DNAハトメの創成に関しては、薬剤放出を制御する目的で穴の開いたDNAオリガミを設計し、幾何学的な構造形成を確認した（川又）。リポソームシミュレーションに関しては、コンパートメント数が少ないものについて、リポソーム凝集体モデルが作成時の実験条件と一致することを確認した（梅田）。可視化シミュレーションに関しては、全原子リポソーム分子動力学によるリポソーム破裂の可視化を確認した（小長谷）
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度は、前年度に行ったin vivo評価用要素技術の開発ならびにin vivoでの予備検証を踏まえて血糖値制御型分子ロボットのin vivo実験に注力する。
リポソーム凝集体の作成に関しては、構築した分子ロボットにインスリンを内包し，in vitroでの放出試験およびマウスによるin vivo血糖値制御試験を行い，本研究課題の原理検証を行う（豊田）。小動物における/in vivo/蛍光イメージに関しては、ヌードマウス等を用いて、リポソーム凝集体の更に詳細なin vivo蛍光イメージングに取り組むとともに、N数を増やすことでその再現性を確認する（湯川）。リポソーム凝集体の評価に関しては、リポソーム内にインスリンを入れ、糖尿病モデルマウスへの移植を行い、糖負荷による血糖値の変動を観察する（野口）。
グルコース応答性有機分子の合成に関しては、リポソーム凝集体のグルコース応答性の評価結果や安定性評価結果を多面的に検討し、グルコース濃度に対する応答能を調整するための分子設計を進める（池田）。膜透過通過法の確立に関しては、DNA配列とリポソームの力学特性の相関関係をもとに、配列を変化させながら定量的制御を目指す（柳澤）。DNAハトメの創成に関しては、薬剤モデルである蛍光分子を高効率で放出できるようにDNAオリガミへの疎水分子の修飾方法を改良し、その機能を評価する（川又）。リポソームシミュレーションに関しては、実験結果の画像解析を進め、理論結果と形状の比較を行うことでモデルの検証につなげる（梅田）。可視化シミュレーションに関しては、リポソーム凝集体の全原子リポソーム分子動力学による動作解析と可視化を行う（小長谷）
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Research Products
(31 results)
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[Journal Article] A Novel Preservation Solution Containing a JNK Inhibitory Peptide Efficiently Improves Islet Yield for Porcine Islet Isolation.2019
Author(s)
Noguchi H, Miyagi-Shiohira C, Nakashima Y, Ebi N, Hamada E, Tamaki Y, Kuwae K, Kitamura S, Kobayashi N, Saitoh I, Watanabe M.
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Journal Title
Transplantation.
Volume: 103(2)
Pages: 344-352
DOI
Peer Reviewed
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