2018 Fiscal Year Annual Research Report
Research and development of neural interface device composed of artificial cell membrane and membrane protein
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18H03512
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
八木 透 東京工業大学, 工学院, 准教授 (90291096)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮本 義孝 国立研究開発法人国立成育医療研究センター, 細胞医療研究部, 上級研究員 (20425705)
榛葉 健太 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (80792655)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ジャイアントリポソーム / 黒膜形成 / ナノポア支持型脂質二重膜 / PDMS |
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| Outline of Annual Research Achievements |
提案する神経インタフェースデバイスは，人工細胞膜と膜タンパク質から構成される人工のギャップジャンクションを用いて細胞内刺激を実現するものである．膜の安定化の目的でボール形状のゲル物質周りに脂質二重膜を構成し、ギャップ結合の構成要素であるconnexin 43 を膜タンパク質として配置する要素技術の開発を行う必要がある．
本年度は，１）粒径が数十μm以上のジャイアントリポソームの作製，２）平板上への脂質二重膜（黒膜）形成の高効率化，３）ナノポア支持型脂質二重膜(nano black lipid membranes; nano-BLMs)の各種評価，について研究を実施した．ジャイアントリポソームの作製には静置水和法を用いた．従来は静置水和法を用いると作製効率が低い問題があったが，温度を変えることでジャイアントリポソームの作製効率が向上することを明らかにした．次に，黒膜形成についてはポリジメチルシロキサン（PDMS）における有機溶媒の吸収特性を利用した脂質二重膜の形成方法に着目した．PDMSフィルムの厚さで有機溶媒の吸収量を制御することにより，脂質二重膜の形成成功率を従来よりも向上できた．nano-BLMsについては従来のペインティング法に代わって自発展開法を採用することで作成効率を向上させて，簡便な手順で大面積の膜を生成できることを明らかにした．またポアサイズ50 nmの小孔を有するメンブレンフィルタ上にも膜を自発展開できることを示し， FRAP法 (fluorescence recovery after photobleaching)やAFM (Atomic Force Microscope)を用いて評価したところ，確かに脂質二重膜が形成されていることを確認した．
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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
本年度の成果はボール形状のゲル物質周りに脂質二重膜を配置した構造物の開発につながるものと考えている．ジャイアントリポソームを効率的に生成できるようになったため，これにハイドロゲルなどのコア材料を封入して，所望の構造物を作製する次の段階へと進むことができる．またAFMを用いた脂質二重膜の評価系について知見が深まったので，今後実施する電気特性評価と合わせて，多角的に形成された脂質二重膜を評価する実験系の構築へとつなげる．また，未発表ではあるが，無細胞タンパク質合成系を用いたコネキシン作製実験で，コネキシンタンパク質(CX43)の合成に無細胞タンパク質合成試薬を利用して，CX43と思われるタンパク質を合成することができた．ただし脂質二重膜に埋め込みコネクソンを形成することはできていないため，今後さらに検討し，問題の解決を試みる．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後もおおむね当初の計画通りに，１）無細胞タンパク質合成系を用いたコネキシン作製と人工脂質二重膜への導入、２）パッチクランプ法を用いたデバイスの電気特性評価と改良、３）作製したデバイスと生体組織との結合とその電気特性評価、４）ゲルボールへの高効率な脂質二重膜コーティング法の開発，を目指して研究を推進する．デバイスの電気特性評価についてはAFMの評価系と比較しながら実験系の構築を目指す．またゲルボールへの脂質二重膜コーティングについては，ジャイアントリポソームを利用するなどして，脂質二重膜中に封入されたハイドロゲルコアからなるリポビーズを電極の先端に接着し，リポビーズの脂質二重膜部分に管状膜タンパク質を導入した電極の開発を目指す。
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