Development of sporulation/germination-inspired method for reversible single cell encapsulation

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K20641
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 江島 広貴 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (00724543)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小林 肇 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (50549269)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2025-03-31
• Keywords: 金属-ポリフェノール錯体 / 芽胞形成 / クラミドモナス

Outline of Annual Research Achievements

アンフィバシラス属などの細菌は外部ストレスに対抗して耐久性の高い胞子膜を周囲に形成する。このプロセスは芽胞形成と呼ばれ、芽胞を形成した細菌は通常の細菌と比べて耐性が高く、煮沸によっても死滅しない。ストレスフルな環境が終わりを告げると、芽胞を分解して（発芽）再び増殖を始める。しかし、このような芽胞形成/発芽能力をもつ細胞は一部の特定種に限られている。本研究では芽胞形成/発芽プロセスを模倣した可逆的単一細胞被包化技術の確立を目的とした。細胞を生きたままコーティングすることによって被包化し、オンデマンドに取り外すことができれば、細胞分裂や代謝の時空間制御、外部ストレスへの耐性付与、細胞の表面修飾等が可能となり、細胞ベースのセンサー、有用物質生産、細胞療法、単一細胞レベルでの細胞代謝および細胞間コミュニケーション解析などの分野において有用な基盤技術となることが期待される。
初年度となる令和2年度は研究代表者がこれまでに開発してきた独自の手法である植物性ポリフェノールコーティングを細胞の被包化用途に最適化し、その人工芽胞としての適用可否を検証した。最初のモデル細胞としてクラミドモナスを選択し、その培養条件を確立した。またクラミドモナス培養液に対し、所定濃度のタンニン酸と鉄イオンを加えると、植物性ポリフェノールコーティングが生成することがわかった。タンニン酸のクラミドモナス表面への吸着を詳細に調べ、熱力学的および速度論的パラメーターを決定した。吸着等温線はLangmuir型によくフィッティングできた。タンニン酸のクラミドモナス表面への吸着は自発的に起こり，水素結合，フェンデルワールス力，双極子相互作用が関与することが示唆された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の予定通り、植物性ポリフェノールコーティングによる単一細胞の被包化条件の確立に成功し、おおむね順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

被覆されたクラミドモナスの生存率をLive/Dead Assayもしくはコロニーカウント法により測定し、人工殻の生物的適合性を評価する。次に、外部ストレス(UV照射等)を与え、人工殻形成によってこれら外部ストレスに対する耐性が向上するかどうかを調べる。被包化された細胞の運動性はどうなるかをクラミドモナスをモデル細胞として調べる。次に、脱被包化した状態でその増殖能と運動性が元に戻るかどうか検討する。また被包化によって細胞からMVの分泌が止まるかどうかを検討する。これらの実験により天然の芽胞形成/発芽プロセスを模倣した可逆的単一細胞被包化技術を開拓する。

Causes of Carryover

当初購入を予定していた超遠心機は共用設備のものを利用できることが判明し、購入を取りやめた。そのため次年度使用額が生じたが、予定外に発生した原子間力顕微鏡の修理等に充当する予定。