2020 Fiscal Year Annual Research Report
Construction and control of macrophage-like molecular robots by digital-to-molecular information transformation
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20H00619
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
瀧ノ上 正浩 東京工業大学, 情報理工学院, 教授 (20511249)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊野 浩介 東北大学, 工学研究科, 准教授 (00509739)
尾上 弘晃 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (30548681)
野村 慎一郎 東北大学, 工学研究科, 准教授 (50372446)
佐藤 佑介 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (60830560)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 分子ロボティクス / DNAナノテクノロジー / 電気化学 / 人工細胞 / ソフトマター |
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| Outline of Annual Research Achievements |
マクロファージは、病原体を食べて殺菌するとともに、病原体の情報を他の免疫細胞に伝える役割もする免疫細胞である。本研究では、これを模倣した「マクロファージ型分子ロボット」を構築するとともに、ディジタルの世界と当該分子ロボットをつないで、ディジタルハイブリッドな分子ロボットを構築することを目的とする。今年度は、計画に則って、以下のような研究を進めた。
(1)分子ロボットへのターゲット細胞認識能力の付与：分子ロボットのボディとして、Y字型DNAナノ構造をネットワーク状に集積させてDNAゲルを構築した。研究代表者・瀧ノ上は、分担者・佐藤、分担者・野村と協力しながら、生体分子の認識のために、DNAゲルに、分子認識ができるDNA/RNA(アプタマ)や、細胞表面の抗原を認識する抗体を修飾する方法を検討し、実際に結合できることが分かった。また、均一サイズのDNAゲルを生成するマイクロ流体デバイスについての検討も行った。また、分担者・尾上と代表者・瀧ノ上は、DNAをポリマーゲル中に導入する方法の検討も行った。
(2)薬剤カプセルへの細胞融合能力の付与：薬剤カプセルとして、脂質二重膜小胞(リポソーム)を用いる。分担者・野村を中心に、DNAゲル・DNA液滴に内包するためのリポソームを簡便に生成する技術の検討を行った。
(3)分子ロボットの情報取得とディジタル化：分子ロボットが取得した情報をディジタル情報に変換する手法を開発する。分担者・伊野を中心に、微小電極によって、電気化学的にDNAゲルを計測する技術の開発を進めた。
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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
代表者・瀧ノ上は、分担者・佐藤と協力して、DNAゲル・DNA液滴を利用した分子ロボットへのターゲットセンシング機能のための分子反応の設計を行った。特に、核酸の鎖置換反応がDNA液滴の相分離を誘起できる仕組みを検討し、当初の予定の生体分子・細胞センシングのための基礎を作った。分担者・尾上も別の方法により、分子センシングをできる技術を検討した。分担者・野村は、ターゲットになる細胞のタンパク質の検討について、瀧ノ上と協力しながら進めるとともに、リポソーム構築技術を発展させた。分担者・伊野は、DNAゲルと電気計測の融合という新しい問題に取り掛かることができた。年度末の東北地方での地震により、一部の実験を次年度に繰り越すことになったが、それまでの段階で大きく進んでいたため、進捗の大勢に全く影響がなく実施できた。そのため、「おおむね順調に進展している」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
代表者・瀧ノ上と分担者・佐藤は、DNA液滴による生体分子・細胞のセンシングのためのDNA液滴の改良を進める。具体的には、入力が1つの単純なセンシングだけではなく、複数の入力によって、その入力パターンを判断できるような、分子コンピューティング機能を搭載したDNA液滴の開発を進め、「マクロファージ型分子ロボット」を実現するための基礎技術開発を構築することを目指す。また、分担者・尾上と協力して小分子も認識できるDNAゲルの構築をすすめる。分担者・野村は、リポソーム等の筐体でできた分子ロボットの生成と外部操作技術の開発をすすめるとともに、代表車・瀧ノ上と協力して、ターゲットとなる細胞の選定も行う。分担者・伊野は、引き続き、DNAゲル計測に向けた電気化学システムを開発する。
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