2022 Fiscal Year Annual Research Report
合成ハイドロゲルを材料基盤としたシグナル伝達システムの構築
Publicly Offered Research
| Project Area | Bottom-up creation of cell-free molecular systems: surpassing nature |
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| Project/Area Number |
22H05422
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
仲本 正彦 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (30883003)
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| Project Period (FY) |
2022-06-16 – 2024-03-31
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| Keywords | ハイドロゲル / 非平衡応答 / 生体高分子応答材料 / 酵素阻害 / 分子認識 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は、申請請者独自の設計概念に基づく『生体高分子に応答した非平衡応答を示す代謝サイクル模倣ハイドロゲル』を材料基盤として、材料設計方法論の体系化、および社会に質する機能性材料としての汎用性・応用性を提示することを目標としている。生体内の多くのプロセスは酵素に依存していることから、酵素を燃料として非平衡応答を示すハイドロゲル材料は非平衡条件で駆動する生命現象を制御するバイオマテリアルとしての大きな可能性を持つ。本年度は、高い生体適合性を有する2-Hydroxypropyl methacrylamideおよび架橋剤としてN,N'-methylenebismethacrylamideからなるハイドロゲルを母体として、負電荷モノマー(methacrylic acid)およびタンパク質分解酵素モノマー(acrylated trypsin)を導入することで、標的酵素として選択したリゾチームに対する親和性および分解性を有するハイドロゲルを作製した。本ハイドロゲルはリゾチームの添加に応答して、過渡的な体積変動を生じることがわかった。また、過渡的な体積変化応答に際して、燃料リゾチームの摂取、分解およびリゾチーム酵素活性の消失が生じることも明らかとなった。更に過渡的な体積変動によって、ハイドロゲルの機械的強度が一時的に変化することも明らかとなった。以上のように、生理学的に活性な酵素を化学燃料として材料の過渡的体積変動および機械的強度変化に変換するハイドロゲルの開発を達成した。
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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
標的とする酵素を燃料として過渡的体積応答および過渡的な機械的強度変動を示すハイドロゲルを作製することが出来た。加えて、化学組成の違いがハイドロゲルの過渡的体積変動に及ぼす影響を系統的に評価することで、生体高分子を燃料として過渡的応答を生じるハイドロゲルを設計するための指針を明らかにすることが出来た。一方で、バルクハイドロゲル材料を用いることに起因する応答性の遅さが課題となっている。また、体積変動に伴う物質徐放による別酵素反応の誘起に関しては未だ達成されていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
バルクハイドロゲルの応答性の遅さを改善するためにマイクロもしくはナノスケールまで材料のサイズダウンを図ることで迅速な応答速度の実現を目指す。加えて、導入する機能性官能基の最適化（親和性部位および分解部位）により分子設計を洗練させることで、生体分子を燃料としたアミノ酸誘導体の縮合反応およびペプチド加水分解反応を化学反応ネットワークとして散逸的応答を示すハイドロゲル材料への展開を予定している。当該マイクロ/ナノハイドロゲルの設計指針確立および、これら材料を用いた生体分子燃料に駆動された物質徐放によって系内の別酵素反応を誘起する『無細胞シグナル伝達システム』の実証を目指す。
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