2012 Fiscal Year Research-status Report
フォトニクスＤＮＡナノマシーンによる低侵襲ドラッグサージェリーシステム
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24500546
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
山田 憲嗣 大阪大学, 医学(系)研究科(研究院), 特任教授(常勤) (70364114)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | DNA / 低侵襲治療システム / 内視鏡 / リポソーム / 光ピンセット |
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| Research Abstract |
本年度は，フォトニックＤＮＡナノマシーンの設計および具現化の検討を行った．
ＤＮＡ光ピンセットをベースとしたフォトニックＤＮＡナノマシーンの設計を行った．光信号により開閉動作するＤＮＡピンセットに，分子センサ機構と光出力機構を付加したプロトタイプの検討をし，光制御可能なＤＮＡピンセットにおける波長を選択した．
光DNAピンセットの相補鎖部分に，検出分子による阻害機構を付加し，分子センサとしての機能を付加することを検討した．ＤＮＡ制御用光源を用いて評価を行ったが，分子からの信号を取得するためには，微弱光を撮影できる冷却ＣＣＤが必要であり，CCDの評価を行った．一方で，フォトニックＤＮＡナノマシーンのリポソームへの実装方法の確立について，検討及び検証を行った．外部からの光制御により，内包するフォトニックＤＮＡナノマシーンのコマンドが実行され，物質の放出や取り込み，表面修飾の変化，リポソーム自身の破壊が行われる機構を実現するため，フォトニックＤＮＡナノマシーンのリポソームへの実装方法について検討を行い．リポソームに付加するDNAナノマシーンの設計を行った．本研究で使用するリポソームはモデル細胞膜である脂質二重膜を人工的に創りだすジャイアントリポソームの形成方法をベースに検討した．ジャイアントリポソームは，微細な凸凹パターンを施したシリコーンゴムを用いてスタンプすることで脂質のパターンニングを行うことができるため，電子工学的なMEMS の技術を応用することができるため，パターンのもととなる基板のパターン設計を行い，フォトニックＤＮＡナノマシーンが含有できるスペースの形や大きさなどを検討した．パターンのアスペクト比が大きいことが予測できることから，シリコーンゴムを精度良く抜く手法について検討を行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本年度は，フォトニックＤＮＡナノマシーンの設計および具現化の検討を行った．
ＤＮＡ光ピンセットをベースとしたフォトニックＤＮＡナノマシーンの設計を行った．光制御可能なＤＮＡピンセットにおける波長の選択を行い，光DNAピンセットの相補鎖部分に，検出分子による阻害機構を付加し，分子センサとしての機能を付加することを検討した．波長の選択と付加する分子については，腫瘍を対象にした分子構造の検討を医師との検討により抽出した．試作および評価は，基本的な原理確認しか行われていないため，十分とはいえない．研究計画からの達成度は６０％である．
ＤＮＡ制御用光源を用いて評価を行うが，分子からの信号を取得するためには，微弱光を撮影できる冷却ＣＣＤが必要であり，CCDの評価を行った．ここで，CCDの感度が問題となった．現在市販されているCCDでは，十分な強度を得られていないため，次年度CMOSセンターなどの撮像素子も検討する．そのため，本年度計画に対する達成度は５０％である．
フォトニックＤＮＡナノマシーンのリポソームへの実装方法の確立について検討及び検証を行った．外部からの光制御により，内包するフォトニックＤＮＡナノマシーンのコマンドが実行され，物質の放出や取り込み，表面修飾の変化，リポソーム自身の破壊が行われる機構を実現する．このフォトニックＤＮＡナノマシーンのリポソームへの実装方法について検討し，リポソームに付加するDNAナノマシーンの設計を行った．本年度は，使用する分子の検討を行ったため，設計のみにとどまったが，引き続き実装方法について検討を進めている．達成度は４０％である．また，本研究で使用するリポソームはモデル細胞膜である脂質二重膜を人工的に創りだすジャイアントリポソームの形成方法をベースに検討した．達成度は８０％である．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成24年度に設計試作を検討した「フォトニックＤＮＡナノマシーン」をリポソームに実装し，計測実験を継続して行う．また，「Ｃ．生体分子計測」の実験を検討する．分子センサ機構の動作を確認するために，生体分子計測の検討を行う．ここでは，短鎖DNA やRNA を対象とし，各分子の濃度と出力強度の関係を評価する．様々なパラメータに対する特性を解析する．また，試作プロトタイプシステムを用いて生体のガン細胞や抗体に対してフォトニックDNA ナノマシーンが対応することが可能であるかの検討を行い，必要となる性能条件を抽出し実用的な波長の決定及び評価方法の確立を目指す．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
購入が遅れている冷却CCDについて，さらに検討を進め，最適な感度が得られる撮像素子を購入する．また，研究計画にしたがい，試作機による評価を進める．
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[Presentation] Compound-eye type tactile endoscope2012
Author(s)
Yoshimoto K，Yamada K，Sasaki N，Takeda M，Shimizu S，Ohno Y
Organizer
World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering
Place of Presentation
Beijing International Convention Center Beijing, China
Year and Date
20120526-20120531
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