機能糖鎖を配向集積した新規バイオインターフェースの創出

• Project/Area Number: 20380104
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Wood science
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 北岡 卓也 Kyushu University, 大学院・農学研究院, 准教授 (90304766)
• Project Period (FY): 2008 – 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥13,260,000 (Direct Cost: ¥10,200,000、Indirect Cost: ¥3,060,000); Fiscal Year 2009: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000); Fiscal Year 2008: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000)
• Keywords: 糖鎖 / 酵素反応 / 自己組織化 / 分子配向制御 / 細胞培養 / バイオインターフェース / 表面・界面物性 / 生体材料

Research Abstract

細胞表面は糖鎖で覆われており、その構造と機能を模倣した糖鎖系細胞培養基材の開発が希求されている。本研究では、独自の「非水系糖鎖合成技術」と「構造性糖鎖造膜技術」により、細胞表面と直接相互作用する糖鎖系バイオインターフェースの開発を推進している。本年度は、樹木糖鎖のナノ構造化素子機能を深化させるため、糖鎖素子と機能糖を含むヘテロ糖や疎水性配糖体の合成と配向固定化による「界面ナノ構造制御」の検討を開始した。なお、科学研究費補助金若手研究(S)21678002「ナノ構造化糖鎖素子を介した機能糖鎖集密化バイオマテリアルの創出」に採択されたため、本研究は平成21年5月11日付けで中止した(廃止承認年月日平成21年9月7日)。
1.非水系酵素反応による糖鎖・配糖体合成
セルラーゼ粗酵素(Trichoderma reesei)を精製して得たセロビオヒドラーゼ(Cel7A,Cel7B)を用いて詳細な活性測定を行った結果、非プロトン性極性溶媒中での酵素活性は水系の約5%であった。しかし、N-Acryloxysuccinimideによる表面改質で大幅に改善できる可能性が示唆された。次に、疎水性アルコールを溶解する非プロトン性極性溶媒のDMI中で、界面活性剤被覆酵素による直接配糖化を試み、ドデカノールの一段階ラクトシル化に成功した。
2.W/Oエマルションを反応場とする金ナノ粒子合成
ドデカン中でAOTを用いてN-メチルモルフォリン-N-オキシドを水相に内包する逆ミセルを生成し、W/Oエマルション内部で金ナノ粒子の合成に成功した。バルク系と比べて粒径を揃えることができ、糖鎖修飾も可能であった。
3.生理活性糖構造膜の構造解析
生理活性糖鎖のキチン・キトサン・ヒアルロン酸のオリゴマーを用いて、水晶振動子マイクロバランス測定による造膜モニタリングを行った。1平方nmあたり0.1-0.3本の糖鎖導入が確認された。

Research Products

• [Journal Article] Preparation of lactose-modified cellulose films by a nonaqueous enzymatic reaction and their biofunctional characteristics as a scaffold for cell culture (2009)
  • Author(s): Esaki, K., et al.
  • Journal Title: Biomacromolecules 10 Pages: 1265-1269
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Preparation of cellobiose-conjugated polyacrylamide and its interaction with a cellulose matrix for papermaking application (2009)
  • Author(s): Yokota, S., et al.
  • Journal Title: Sen'i Gakkaishi 65 Pages: 212-217
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Retention and paper-strength characteristics of anionic polyacrylamidesconjugated with carbohydrate-binding modules (2009)
  • Author(s): Yokota, S., et al.
  • Journal Title: BioResources 4 Pages: 234-244
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Surface modification of a solid-state cellulose matrix with lactose by asurfactant-enveloped enzyme in a nonaqueous medium (2009)
  • Author(s): Egusa, S., et al.
  • Journal Title: Journal of Materials Chemistry 19 Pages: 1836-1842
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Preparation and characteristics of anionic polyacrylamides containing directdye with a high affinity for cellulose (2009)
  • Author(s): Yokota, S., et al.
  • Journal Title: BioResources 4 Pages: 497-508
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Preparation of lactose-modified cellulose films by a nonaqueous enzymaticreaction and their biofunctional characteristics as a scaffold for cell culture (2009)
  • Author(s): Esaki, K., et al.
  • Journal Title: Biomacromolecules 10(in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Biofunctionality of self-assembled nanolayers composed of cellulosic polymers (2008)
  • Author(s): Yokota, S., et al.
  • Journal Title: Carbohydrate Polymers 74 Pages: 666-672
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Specific interaction acting at a cellulose-binding domain/cellulose interface forpapermaking application (2008)
  • Author(s): Yokota, S., et al.
  • Journal Title: BioResources 3 Pages: 1030-1041
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis of gold nanoparticles for in situ conjugation with structuralcarbohydrates (2008)
  • Author(s): Yokota, S., et al.
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition 47 Pages: 9866-9869
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Cellulose model surfaces of different crystalline characteristics and theirevaluation in enzyme adsorption and hydrolysis (2009)
  • Author(s): Suchy, M., et al.
  • Organizer: 237th American Chemical Society National Meeting
  • Place of Presentation: Salt Lake City
  • Year and Date: 2009-03-23
• [Presentation] Novel synthesis of gold nanoparticles for in situ conjugation with variouscarbohydrates via an NMMO-mediated redox reaction (2009)
  • Author(s): Kitaoka, T., et al.
  • Organizer: 237th American Chemical Society National Meeting
  • Place of Presentation: Salt Lake City
  • Year and Date: 2009-03-22
• [Presentation] 非水系セルロース合成反応におけるセルラーゼの触媒機構 (2009)
  • Author(s): 江草静香ら
  • Organizer: 化学工学会第74年会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2009-03-18
• [Presentation] キチン分子配向膜のナノ構造設計および界面特性 (2009)
  • Author(s): 吉池由佳ら
  • Organizer: 第59回日本木材学会大会
  • Place of Presentation: 松本
  • Year and Date: 2009-03-16
• [Presentation] 非水系酵素反応によるセルロース膜の糖鎖修飾とバイオインターフェース機能 (2009)
  • Author(s): 江寄慶ら
  • Organizer: 第59回日本木材学会大会
  • Place of Presentation: 松本
  • Year and Date: 2009-03-16
• [Presentation] アミンオキシド系反応場での金ナノ粒子合成とin situ糖鎖修飾 (2009)
  • Author(s): 横田慎吾ら
  • Organizer: 第59回日本木材学会大会
  • Place of Presentation: 松本
  • Year and Date: 2009-03-15
• [Presentation] 非水系酵素反応を利用した疎水性アルコールからの配糖体合成 (2009)
  • Author(s): 奥谷友理ら
  • Organizer: 第59回日本木材学会大会
  • Place of Presentation: 松本
  • Year and Date: 2009-03-15
• [Presentation] セルロース系自己組織化薄膜のナノ構造解析と界面機能 (2008)
  • Author(s): 横田慎吾ら
  • Organizer: セルロース学会第15回年次大会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2008-07-11
• [Presentation] 非水系酵素触媒反応によるラクトオリゴ糖および配糖体の合成 (2008)
  • Author(s): 奥谷友理ら
  • Organizer: セルロース学会第15回年次大会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2008-07-11
• [Presentation] セルラーゼ/ポリマー複合体による非水系セルロース合成 (2008)
  • Author(s): 小川由紀子ら
  • Organizer: セルロース学会第15回年次大会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2008-07-11
• [Presentation] 非水系酵素触媒反応を利用した糖鎖合成と構造・機能解析 (2008)
  • Author(s): 江草静香ら
  • Organizer: セルロース学会第15回年次大会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2008-07-11
• [Presentation] 糖鎖修飾金ナノ粒子の合成と細胞センシングに向けた機能設計 (2008)
  • Author(s): 吉山千春ら
  • Organizer: 第45回化学関連支部合同九州大会
  • Place of Presentation: 北九州
  • Year and Date: 2008-07-05
• [Presentation] 非水系酵素反応を利用したラクトースからの非天然オリゴ糖合成と材料機能設計 (2008)
  • Author(s): 奥谷友理ら
  • Organizer: 第45回化学関連支部合同九州大会
  • Place of Presentation: 北九州
  • Year and Date: 2008-07-05
• [Presentation] 糖鎖修飾セルロース膜の表面モルフォロジーと細胞培養特性 (2008)
  • Author(s): 江寄慶ら
  • Organizer: 繊維学会2008年次大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2008-06-19
• [Presentation] 非水系酵素触媒反応によるオリゴ糖合成と構造解析 (2008)
  • Author(s): 江草静香ら
  • Organizer: 繊維学会2008年次大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2008-06-18
• [Presentation] 分子鎖ベクトルを制御した多糖ナノ薄膜のバイオインターフェース機能 (2008)
  • Author(s): 横田慎吾ら
  • Organizer: 繊維学会2008年次大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2008-06-18
• [Presentation] NMMO/H_2O系におけるセルロース/金ナノ粒子複合体の調製 (2008)
  • Author(s): 横田慎吾ら
  • Organizer: 繊維学会2008年次大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2008-06-18
• [Presentation] Nonaqueous enzymatic synthesis of biofunctional glycomaterials bysurfactant-enveloped enzymes (2008)
  • Author(s): Kitaoka, T.
  • Organizer: 235th American Chemical Society National Meeting
  • Place of Presentation: New Orleans
  • Year and Date: 2008-04-06
• [Presentation] Biofunctional cellulosic nanomaterials designed by self-assembly (2008)
  • Author(s): Yokota, S., et al.
  • Organizer: 235th American Chemical Society National Meeting
  • Place of Presentation: New Orleans
• [Presentation] Nonaqueous enzymatic polymerization of bioactive sugars bysurfactant-enveloped enzymes (2008)
  • Author(s): Egusa, S., et al.
  • Organizer: 235th American Chemical Society National Meeting
  • Place of Presentation: New Orleans
• [Remarks]
  • URL: http://bm.wood.agr.kyushu-u.ac.jp/
• [Remarks]
  • URL: http://bm.wood.agr.kyushu-u.ac.jp/