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分解産物の精密解析と生物環境への影響評価

Planned Research

Project AreaPrecision Degradation of Polymer and Polymeric Material
Project/Area Number 20H05735
Research Category

Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Transformative Research Areas, Section (II)
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

沼田 圭司  京都大学, 工学研究科, 教授 (40584529)

Project Period (FY) 2020-10-02 – 2023-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥37,050,000 (Direct Cost: ¥28,500,000、Indirect Cost: ¥8,550,000)
Fiscal Year 2022: ¥12,350,000 (Direct Cost: ¥9,500,000、Indirect Cost: ¥2,850,000)
Fiscal Year 2021: ¥12,350,000 (Direct Cost: ¥9,500,000、Indirect Cost: ¥2,850,000)
Fiscal Year 2020: ¥12,350,000 (Direct Cost: ¥9,500,000、Indirect Cost: ¥2,850,000)
Keywords高分子の生分解 / 高分子精密分解 / 環境毒性 / 細胞毒性
Outline of Research at the Start

本研究では、物理劣化・崩壊、化学分解、および生分解により生じる、主としてメソスケールおよびそれ以下の分解産物の形態、組成、および構造を解析し、自然環境中の生物や生体などに与える生物的影響を明らかにする。分解産物の評価は、形態観察、結晶性および構造評価、構造解析、質量分析や分子量および分子量分布評価を行う。さらに、分解物が自然環境へ与える影響を評価する観点から、分解物の毒性試験をモデル動物への生育阻害(急性毒性)や繁殖への影響(長期毒性)として評価する。高分子材料の分解産物が分子として、どのように自然環境に還元されるか学術的に明確な回答を示す。

Outline of Annual Research Achievements

高分子材料の分解を研究するに際して、ポリオレフィンなどと同様に結晶性を有し、階層構造を形成する高分子を第一のモデル高分子材料として検討した。化学合成の簡便性や分子鎖の修飾性なども考慮して、生分解性が幅広く研究されている結晶性ポリエステルをモデル高分子の一つとした。非晶性の高分子としては、天然ゴムおよび合成ゴムからモデル高分子を二種類選んだ。これは、タイヤをはじめとしたゴム材料の分解物(摩耗粉や抗酸化剤などの添加物)が世界的に注目されており、その周辺研究をすることで産業的にも重要な知見を導けると考えたためである。上記のモデル高分子に加えて、易分解性の高分子素材を複数用意し、比較試料として用いている。いくつかの研究結果から、分解物の分子量が環境毒性および細胞毒性に影響がある可能性が高く、対応するサンプルを複数用意した。環境毒性試験のモデル生物について、ハイスループット性なども考慮して、再度検討した。複数種類の試験結果から、いくつか同様の傾向の結果が出てきており、来年度の前半で論文として公開することを予定している。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

研究で用いる高分子の設計や評価対象となる化学構造を確定すると共に、昨年度開始した試験法に加えて、新規の試験法を併用することで、一定の成果が得られたため。結果の詳細は、来年度、論文として発表する。また、SPring-8を利用した時系列的な試験結果も出始め、全体的に繰り上げて研究が進展しているため。

Strategy for Future Research Activity

分解産物の物理化学的解析と生物アッセイを組み合わせることで、生物への毒性を生じる形態を明らかにする。分解産物の解析は、電界放出型走査電子顕微鏡(FE-SEM)、原子間力顕微鏡(AFM)などを用いた形態観察、広角X線散乱による結晶性および構造評価、赤外分光による二次構造や表面構造解析、質量分析やゲル浸透クロマトグラフィによる分子量および分子量分布評価を行う予定であるが、分子量と官能基を中心とした評価となっている。一方で、生体への影響評価として、神経細胞(ラット副腎髄質褐色腫細胞 PC-12)を用いた、分解産物の毒性アッセイや、分解産物が自然環境へ与える影響として、オオミジンコに加えて、新たなモデル系を立ち上げる。分解速度や、分解産物の特性により、生物に与える影響を評価することができてる。同時に、いくつかの新規のモデル生物を利用した毒性試験を併用しており、一定の傾向が確認できるようになってきた。毒性や生育阻害などの急性部分を中心に成果をまとめ、今年度後半で細胞内代謝の過程をラマン顕微鏡や、液体クロマトグラフィー質量分析法(LC/MS/MS)などにより追跡する。

Report

(2 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report

Research Products

(11 results)

All 2021 2020 Other

All Journal Article (10 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Xanthurenic Acid Is the Main Pigment of Trichonephila clavata Gold Dragline Silk2021

    • Author(s)
      Fujiwara Masayuki、Kono Nobuaki、Hirayama Akiyoshi、Malay Ali D.、Nakamura Hiroyuki、Ohtoshi Rintaro、Numata Keiji、Tomita Masaru、Arakawa Kazuharu
    • Journal Title

      Biomolecules

      Volume: 11 Issue: 4 Pages: 563-563

    • DOI

      10.3390/biom11040563

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Journal Article] Endosome-escaping micelle complexes dually equipped with cell-penetrating and endosome-disrupting peptides for efficient DNA delivery into intact plants2021

    • Author(s)
      Miyamoto Takaaki、Tsuchiya Kousuke、Numata Keiji
    • Journal Title

      Nanoscale

      Volume: 13 Issue: 11 Pages: 5679-5692

    • DOI

      10.1039/d0nr08183c

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Synthetic Mitochondria-Targeting Peptides Incorporating α-Aminoisobutyric Acid with a Stable Amphiphilic Helix Conformation in Plant Cells2021

    • Author(s)
      Kayo Terada, Joan Gimenez-Dejoz, Taichi Kurita, Kazusato Oikawa, Hirotaka Uji, Kousuke Tsuchiya, and Keiji Numata
    • Journal Title

      ACS Biomaterials SCIENCE & ENGINEERING

      Volume: 7(4) Issue: 4 Pages: 1475-1484

    • DOI

      10.1021/acsbiomaterials.0c01533

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Lipid Membrane Interaction of Peptide/DNA Complexes Designed for Gene Delivery2021

    • Author(s)
      Yilmaz Neval、Kodama Yutaka、Numata Keiji
    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: 37 Issue: 5 Pages: 1882-1893

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.0c03320

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Journal Article] Mitochondrial movement during its association with chloroplasts in Arabidopsis thaliana2021

    • Author(s)
      Oikawa Kazusato、Imai Takuto、Thagun Chonprakun、Toyooka Kiminori、Yoshizumi Takeshi、Ishikawa Kazuya、Kodama Yutaka、Numata Keiji
    • Journal Title

      Communications Biology

      Volume: 4 Issue: 1 Pages: 1-13

    • DOI

      10.1038/s42003-021-01833-8

    • NAID

      120006993844

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Journal Article] Crystallization-induced mechanofluorescence for visualization of polymer crystallization2021

    • Author(s)
      Kato Sota、Furukawa Shigeki、Aoki Daisuke、Goseki Raita、Oikawa Kazusato、Tsuchiya Kousuke、Shimada Naohiko、Maruyama Atsushi、Numata Keiji、Otsuka Hideyuki
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 12 Issue: 1 Pages: 1-7

    • DOI

      10.1038/s41467-020-20366-y

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Special issue: CO2: capture of, utilization of, and degradation into2021

    • Author(s)
      Nakano Koji、Hoshino Yu、Numata Keiji、Tanaka Keiji
    • Journal Title

      Polymer Journal

      Volume: 53 Issue: 1 Pages: 1-2

    • DOI

      10.1038/s41428-020-00427-1

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Journal Article] Peptide-Based Polyion Complex Vesicles That Deliver Enzymes into Intact Plants To Provide Antibiotic Resistance without Genetic Modification2020

    • Author(s)
      Fujita Seiya、Motoda Yoko、Kigawa Takanori、Tsuchiya Kousuke、Numata Keiji
    • Journal Title

      Biomacromolecules

      Volume: 22 Issue: 3 Pages: 1080-1090

    • DOI

      10.1021/acs.biomac.0c01380

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Microbial prospection of an Amazonian blackwater lake and whole-genome sequencing of bacteria capable of polyhydroxyalkanoate synthesis2020

    • Author(s)
      Castro Lorena M.、Foong Choon Pin、Higuchi-Takeuchi Mieko、Morisaki Kumiko、Lopes Eraldo F.、Numata Keiji、Mota Adolfo J.
    • Journal Title

      Polymer Journal

      Volume: 53 Issue: 1 Pages: 191-202

    • DOI

      10.1038/s41428-020-00424-4

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Journal Article] Aqueous spinning system with a citrate buffer for highly extensible silk fibers2020

    • Author(s)
      Chen Jianming、Ohta Yoshinori、Nakamura Hiroyuki、Masunaga Hiroyasu、Numata Keiji
    • Journal Title

      Polymer Journal

      Volume: 53 Issue: 1 Pages: 179-189

    • DOI

      10.1038/s41428-020-00419-1

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Remarks] 学術変革領域B 高分子精密分解

    • URL

      http://pixy.polym.kyoto-u.ac.jp/pd/pd_index.html

    • Related Report
      2020 Annual Research Report

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Published: 2020-10-30   Modified: 2022-12-28  

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