Mechanical folding of nano-rigid origami at a two-dimensional interface

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K19824
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 62:Applied informatics and related fields
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University (2023); Tokyo Institute of Technology (2022)
• Principal Investigator: Ishikawa Daisuke 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 講師 (00722919)
• Project Period (FY): 2022-06-30 – 2024-03-31
• Keywords: DNAナノテクノロジー / 界面膜 / 機械受容チャネル / 折り紙

Outline of Final Research Achievements

In this study, mechanically deformable nanochannels based on the folding mechanism of rigid origami were developed using the DNA origami method of structural DNA nanotechnology to artificially construct mechanosensitive channels that sense mechanical stimuli in cells. Compression of Langmuir monolayers fabricated at the air-water interface with amphiphilized nanochannels and lipid molecules showed that the nanochannels in the membrane were mechanically deformed. Relatedly, DNA hydrogel particles with catalytic functions were also developed as artificial cell components.

Free Research Field

界面科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

a細胞は、多種多様な力学的刺激を識別して応答する細胞力覚という機能を有している。力学的刺激は、細胞自体の機械特性、細胞外基質の硬さや組成などを介して、細胞の成長や増殖、死を調節しており、過剰な力学的刺激による細胞の損傷は疾患や病態を引き起こす原因となる。特に、細胞力覚発現の出発点となる力の感知を担う機械受容チャネルの駆動とその周囲の細胞膜の力学的特性との相関を、人工的に再現した系を用いて解明することは、生体に関する学術的探究のみならず、理学療法や創薬、再生医療などに対し物理的根拠に基づいた知見や技術を提供し得る重要な社会的意義を有している。