2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Supramolecular Nanomaterials for Bacteria Discrimination
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20H02772
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| Research Institution | Sophia University |
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Principal Investigator |
早下 隆士 上智大学, 理工学部, 教授 (70183564)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
神澤 信行 上智大学, 理工学部, 教授 (40286761)
橋本 剛 上智大学, 理工学部, 教授 (20333049)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 細菌識別 / 超分子ナノ構造体 / デンドリマー / フェニルボロン酸 / ジピコリルアミン / 蛍光観察 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、これまでに蛍光シリカナノ粒子とジピコリルアミン金属錯体の複合体が、黄色ブドウ球菌などの細菌と凝集体を形成し、目視で細菌 を検出できる事を見いだしている。またポリアミドアミンデンドリマー(樹木状高分子)の表面にフェニルボロン酸基を導入したナノ構造体では 、黄色ブドウ球菌と大腸菌とを識別して黄色ブドウ球菌のみを選択的に凝集させることに成功した。本研究では、様々な分子認識部位を導入した超分子ナノ構造体を開発し、その細菌に対する選択的識別メカニズムを明らかにするとともに、細菌種を簡易・迅速に識別できる新しい検出 ・捕集技術を開発し、研究期間内の実用化を目的とする。2022年度は、1）蛍光型分子認識プローブの開発および超分子ナノ構造体の蛍光・凝集応答機能と細菌識別機能の評価、および2）細菌と超分子ナノ構造体との相互作用観察と細菌識別のメカニズム解明を行った。
1）については、第四世代PAMAMデンドリマーの表面にフェニルボロン酸とジピコリルアミノ基を導入したDPA-HB-B-PAMAM、およびベンゾオキサボロール化学修飾したBenzo-PAMAMを合成した。DPA-HB-B-PAMAMおよびBenzo-PAMAMは広範囲のpHにおいて細菌を認識し、凝集体を形成することを、蛍光顕微鏡観察および濁度測定により明らかにした。
2）については、表面電荷の影響を明らかにするためにB-PAMAMの表面をカチオン性にしたNH2-B-PAMAMを新たに合成した。興味深いことにNH2-B-PAMAMは、グラム陰性菌である大腸菌に対し凝集選択性を示すことが明らかとなった。またBenzo-PAMAMがグラム陽性菌に選択性を示す原因として、ボロン酸がグラム陽性菌の外膜に存在するリポタイコ酸を認識するためであることを、抗体法を用いて明らかにした。
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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
2022年度は、最初の課題である1）蛍光型分子認識プローブの開発および超分子ナノ構造体の蛍光・凝集応答機能および細菌識別機能の評価、および2）細菌と超分子ナノ構造体との相互作用観察及び細菌識別のメカニズム解明を中心に研究を進めた。
1）については、第四世代PAMAMデンドリマーの表面にフェニルボロン酸とジピコリルアミノ基を導入し、DPA-HB-B-PAMAMおよびBenzo-PAMAMは広範囲のpHにおいて細菌を認識し、凝集体を形成することを蛍光顕微鏡観察および濁度測定により明らかすることができた。
2）については、Benzo-PAMAMがグラム陽性菌に凝集選択性を示す原因として、ボロン酸がグラム陽性菌の外膜に存在するリポタイコ酸を認識するためであることを、抗体法を用いて明らかにした。またデンドリマー表面の電荷を正にしたNH2-B-PAMAMを用いると、グラム陰性菌であるE.coliに対し凝集選択性を示すことを明らかにすることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
2023年度は、糖鎖を認識するフェニルボロン酸に加え、ベタインやカルボキシル基など表面電荷を制御できる官能基を第四世代PAMAMデンドリマーに化学修飾し、グラム陽性菌とグラム陰性菌の識別能の表面電荷による制御を明らかにする。またデンドリマーに代えて包接機能を有するシクロデキストリンナノゲルと、認識部位にフェニルボロン酸やジピコリルアミンの金属錯体を有する蛍光プローブを導入し、蛍光プローブ/シクロデキストリンナノゲル複合体を用いた細菌種選択的な蛍光応答挙動を明らかにする。最終年度となるので、これまでの研究成果から、超分子ナノ構造体による細菌識別メカニズムの解明し、細菌種を簡易・迅速に識別できる新しい検出・捕集技術をまとめる。問題点が残れば、これを解決する方策と見通しを明らかにする。
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