2018 Fiscal Year Annual Research Report
芳香環ナノポケットを活用した生体活性分子の選択識別と機能変換
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18H01990
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
吉沢 道人 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (70372399)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 分子カプセル / 生体関連分子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、生体内のタンパク質ナノポケットが持つ魅力的な空間機能に発想を得て、フラスコ内で特異な空間機能を創出するため、“芳香環ナノポケット”を活用した生体活性分子の選択的な識別とその機能変換を達成することである。その戦略として、芳香環のみで囲まれた１ナノサイズの空間を有する水溶性の分子カプセルおよびチューブを利用する。研究の第１目標として、申請者が開発したこれらの芳香環ナノポケットを用い、水中で様々な生体関連分子の選択的な識別を達成する。第２目標では、ナノポケット内に取り込まれた生体分子の構造と物性を解明し、機能の変換を目指す。さらに第３目標では、酵素反応を模倣して、芳香環ナノポケットを反応場とした水中・室温での高活性な触媒機能を開拓する。これらを通じて、医療や材料分野での最先端分子技術となる独創的な人工空間機能を創出する。本年度は、芳香環に囲まれた疎水性ナノ空間が、水中、瞬時にかつ100%の収率で、親水性の乳酸オリゴマーを内包できることを見出した。また、分子レベルでの詳細なメカニズムの検証から、内包体は多点の分子間相互作用に基づく負のエンタルピー変化により、水中で安定化することが明らかになった。さらに、両親媒性のオリゴエチレンオキシドが水中・室温で、瞬時かつ定量的に、ナノカプセルと結合することを見出した。結合様式は基質の長さに依存し、約3 nmまでのひも状分子はカプセル内部に包み込まれ、それより長いひも状分子はカプセル骨格を貫いて結合した。詳細な熱量分析から、この前例のない貫通型ナノ構造体の形成は、カプセル内面とひも状分子の多点相互作用が駆動力と判明した。水中での芳香環ナノポケットと生体関連分子の相互作用を明らかにした。
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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
本年度は、芳香環ナノポケットが水中で、親水性の乳酸オリゴマーを内包できることを見出した。また、分子レベルでの詳細なメカニズムの検証から、内包体は多点の分子間相互作用に基づく負のエンタルピー変化により、水中で安定化することが明らかにした。さらに、両親媒性のオリゴエチレンオキシドが水中・室温で、芳香環ナノポケットと結合することを見出した。結合様式は基質の長さに依存し、約3 nmより長いひも状分子はカプセル骨格を貫いて結合した。詳細な熱量分析から、この前例のない貫通型ナノ構造体の形成メカニズムを解明した。以上のことから、本研究はおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、超微量で高活性な機能を持つ疎水性の生体分子のステロイドなどをターゲットにする。これらの生体活性分子は、わずかな立体構造や置換基の違いで全く異なる性質を示すことが知られている。これらの疎水性の生体分子に対して、配位結合性カプセルが提供する“芳香環ナノポケット”を活用して、水中で内包挙動を調査する。男性と女性ステロイドホルモンの混合物から、特定の性ホルモンを選択的に識別することに挑戦する。また、上記の選択的内包と 蛍光センシング（蛍光性分子との内包の交換反応を利用）を組み合わせた応用研究も行う。さらに、上記の知見を基に、光機能性の生体π共役分子の不飽和脂肪酸やレチナール、β-カロチン、テルペノイドなどをターゲットに、人工ナノポケット内での構造と物性の変化を解明する。
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[Journal Article] Supercooling of functional alkyl-π molecular liquids2018
Author(s)
Lu Fengniu、Jang Keumhee、Osica Izabela、Hagiwara Keita、Yoshizawa Michito、Ishii Masashi、Chino Yoshiaki、Ohta Kazuchika、Ludwichowska Kinga、Kurzyd?owski Krzysztof Jan、Ishihara Shinsuke、Nakanishi Takashi
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Journal Title
Chemical Science
Volume: 9
Pages: 6774～6778
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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