2014 Fiscal Year Annual Research Report
タンパク質輸送を制御する －場の環境変化を利用した膜による能動制御－
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25709010
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
小宮 敦樹 東北大学, 流体科学研究所, 准教授 (60371142)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | タンパク質 / 物質移動 / 物質流束 / 機能性膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，マイクロチャネル群を有する膜を用いて，タンパク質の物質輸送制御技術を確立し，物質移動量と周囲環境との関連性を評価する．ヒト体内環境においてタンパク質が特異に有する構造的特徴を利用することで，周囲環境応答性透過膜にタンパク質の諸性質と相互作用を及ぼす機能を持たせ，物質移動量を能動制御する．研究二年目の本年度は，研究初年度に検討した透過膜デザインをもとに透過膜の製作を行い，周囲環境一定条件の下でのタンパク質拡散実験を行うことを具体的な目的とし，研究計画書におけるフェーズ2-2「周囲環境応答性透過膜の製作」とフェーズ3-1「タンパク質拡散実験の実施（周囲環境一定条件）」に重点を置き，研究を進めた．
「周囲環境応答性透過膜の製作」においては，年度内に複数回海外研究協力者の研究室を訪問し，研究協力者の協力のもと複数種の透過膜を製作した．昨年度に選定したPoly Lactic Acidを主材料として用い，代表平均膜内孔径が異なる膜サンプル（平均孔径：30-650ミクロン）を製作し，かつ膜材質の機械的特性も注意して製作を行った．海外研究協力者の有する技術を駆使し，厚さ0.1mm程度の膜に加工することができつつ，かつ機械的負荷に柔軟に対応する膜を製作することができた．
「タンパク質拡散実験の実施（周囲環境一定条件）」においては，まず初年度に観察実験を進めた際に問題となった拡散場の画像解像度と視野の関係について，既存のカメラとレンズ群の組み合わせによって，空間的高解像度計測を維持しつつ高感度計測が可能な手法を見出し，その機構を付け加えた．この機構を備えた干渉システムを用いて，タンパク質の束縛拡散実験を行ったところ，実験結果より，膜を通過するタンパク質の物質流束は孔径に比例するが，時間の経過とともに孔径に依存せず，ある値に収束し減少していくことが明らかとなった．
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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
研究二年目の本年度は，具体目標として，研究初年度に検討した透過膜デザインをもとに透過膜の製作を行い，周囲環境一定条件の下でのタンパク質拡散実験を行うことを挙げており，膜の製作は海外研究協力者の協力のもと問題なく進めることができたものの，周囲環境一定条件下での実験が当初の計画程度しか実施することができず，新たに生じた条件下での実験実施までには至らなかった．このため，本年度の達成度としては，おおむね順調に進展しているという自己評価となった．しかしながら，実験を繰り返すことで新たに生じた諸条件下での実験パラメータは明確になっており，次年度以降に滞りなく実験を継続していくことが可能であることを考慮すると，「当初の計画以上に進展している」とは評価できないが，十分な研究成果を上げることができたと判断できる．研究全体の進捗状況としては，本年度までの研究成果は研究計画どおりであるが，次年度以降は実験数が増えていくことが予想されるため，さらに加速した研究展開をしなければならないと感じられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
研究の遂行状況がおおむね計画どおりに進展していることから，本年度に明らかとなった新たな条件下での実験実施をまず進め，かつ研究計画と比べて遅延のないように次年度以降の研究を進めていく．具体的には，実験実施補佐員の雇用を行い，パラメトリックな実験実施に対応しデータベースの構築を図る．また次年度の具体的目標となっている「タンパク質拡散実験の実施（周囲環境変動条件）」においては，変動環境条件を与えた実験を並行して進めていくこととする．一般的なタンパク質の自由拡散では，100μmの移動に100秒オーダーの時間を要していることから，1オーダー長い1000秒オーダーで環境条件を変動させ，同一実験において拡散現象の変化を捉え環境の影響を調べる．実験頻度の大幅な増加が見込まれるので，複数の大学院生の協力の下，実験を進めていく．
もう一つの具体目標である「膜内物質透過量の評価法の確立と評価」については，膜製作担当の海外研究協力者とともに，どのような観点で実験データを評価していくべきか材料工学と伝熱工学の観点から議論し進めていくこととする．
一方では，本年度の実験結果から多くの知見が得られたにも関わらず，成果発表は学会発表と図書のみで，学術雑誌への投稿ができていなかった．この点についても次年度に集中して本年度の研究成果を纏め上げ，論文発表を推し進めていく．あわせて，海外研究協力者との議論も継続し，ヒト体内環境下におけるタンパク質能動制御の可能性および膜製作の可能性追求を先行して進めていくことも検討する．得られた研究成果は熱工学分野及び医工学分野等の国内外研究会・学会にて発表を行っていく．
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| Causes of Carryover |
本年度は昨年度に得られた実験結果を基に高感度カメラへの置換を計画し，更なる高精度計測のためにカメラの購入を予定していたところであるが，他のレンズ群との組み合わせにより，カメラの購入を必要としなくなった．その代わりとして観察視野に空間的制限が生じてしまい，その問題を解決するための機構に必要なステッピングモータおよびデータロガーの購入を翌年度に変更した．これにより次年度使用額が生じることとなった．ステッピングモータはコントローラと合わせては500千円程度を，データロガーは600千円を想定している．また，上述のように，研究成果の発表活動も一部翌年度に行うこととなり，国際会議での発表および論文投稿費等も次年度使用額として生じている．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
上述のような理由から，観察視野が十分に確保できる可動範囲を早急に検討し，ステッピングモータおよびデータロガーの仕様検討を早期に行い，本年度夏期の納品を計画している．場合によっては必要可動範囲が想定よりも大きくなり，ステッピングモータの仕様が大きく変わることも予想されるので，翌年度請求分の研究費と合わせての購入も検討する．
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Research Products
(5 results)
