| 研究課題/領域番号 |
19H02577
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分28050:ナノマイクロシステム関連
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| 研究機関 | 早稲田大学 |
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研究代表者 |
三宅 丈雄 早稲田大学, 理工学術院(情報生産システム研究科・センター), 教授 (50551529)
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| 研究分担者 |
太田 善浩 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10223843)
三留 規誉 常葉大学, 教育学部, 准教授 (90431981)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2022年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2021年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2020年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2019年度: 10,010千円 (直接経費: 7,700千円、間接経費: 2,310千円)
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| キーワード | pH制御 / バイオプロトニクス / ATP合成酵素 / 電気化学 / バイオトランスデューサー / ミトコンドリア / 電気化学計測 / ATP合成 / バイオインターフェイス / 導電性高分子 / ｐH制御 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
近年，電子制御が主であったエレクトロニクスにイオン制御機構を加えることでデバイスに新たな機能を誘発させる学際研究“バイオイオントロニクス(バイオエレクトロニクスとイオニクスの融合)”が注目されている．申請者は世界に先駆けて電気信号を溶液中の水素イオン濃度(pH)信号に変換する有機電極を開発し，本電極と細胞から単離したミトコンドリアを組み合わせることで，生体機能を制御するバイオプロトニクスを実現してきた．本申請では，本有機電極を基盤とすることで細胞膜中ATP合成酵素の機能解析・活性制御に加え，細胞内ミトコンドリアにおけるATP合成を制御するチャレンジに取り組む．
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| 研究成果の概要 |
本研究では、研究者らがこれまでに開発してきた水素イオンと親和性の高い有機Protode電極を利用し、その近傍に好熱菌由来ATP合成酵素を含むリポソーム、あるいは、ATP合成活性の単離ミトコンドリアを設置することで、ATP合成酵素によるATP合成機能を包括的に評価し(酵素分子レベルから細胞内レベルにおいて理解)、デバイスによってプロトン駆動力を制御し、ひいてはATP合成を制御できるインタラクティブバイオ界面を構築することに取り組んだ。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
これまで工学分野では、ミトコンドリアの仕組みを利用して化学エネルギー(グルコースなど)から電気を創るバイオ燃料電池の開発が盛んであった。しかし本来ミトコンドリアの機能は、電気化学ポテンシャルの差(グルコース/酸素)を利用してATP分子の化学エネルギー源を体内に貯蔵しておくことである。このバイオ素材(ミトコンドリア)の機能をプロトン(H+)を介してデバイスで制御すべく、申請者は溶液中のH+濃度(pH)を制御できる有機電極“バイオトランスデューサ” を開発し、本デバイスとミトコンドリアを有機的に統合させることで双方向の情報伝達(pH計測・pH刺激)を実現させる学術的意義を有する。
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