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Fabrication of artificial muscles from biomolecular motors and DNA origami nanostructures

研究課題

研究課題/領域番号 21K04846
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分28040:ナノバイオサイエンス関連
研究機関北海道大学

研究代表者

コビル アリフ  北海道大学, 理学研究院, 特任講師 (10724867)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2022年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワードArtificial muscles / Biomolecular motors
研究開始時の研究の概要

The purpose is mimic nature’s strategy and create artificial muscles in a biomimetic approach. Recently, I have created artificial sarcomere that exhibited dynamic global contraction. Here, I will expand my research to create an artificial muscle. I will demonstrate dynamic relaxation of the artificial sarcomere after contraction, control the kinetics of contraction and relaxation of artificial sarcomere and control the hierarchical organization of the sarcomere networks in three dimensions to create artificial muscles.

研究実績の概要

This project was aimed at fabricating artificial muscles through fusion of biomolecular motors (microtubules, kinesin) and DNA origami nanostructures. The construction of artificial muscles consists of two phases: dynamic contraction of a global microtubule network and subsequent relaxation of the contracted network. The dynamic contraction of a global microtubule network has been achieved successfully by using microtubules, six helix bundle DNA origami nanostructures, and tetrameric kinesin linkers. Moreover, by reducing the number of kinesin motors interacting with microtubules from four to three, we are also able to slow down the kinetics of contraction of the global microtubule network significantly. However, relaxation of the contracted microtubule network has still remained a challenge. Use of a photocleavable linker DNA has facilitated relaxation of the contracted microtubule network to some extent. In future, further attempts are required to accelerate this relaxation process with an ability to repeatedly contract and relax similar to that of muscles in living organisms.

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 9件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 3件、 招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Effects of three microtubule-associated proteins (MAP2, MAP4, and Tau) on microtubules’ physical properties and neurite morphology2023

    • 著者名/発表者名
      Kohei Nishida, Kosuke Matsumura, Miki Tamura, Takuto Nakamichi, Keiya Shimamori, Masahiro Kuragano, Arif Md. Rashedul Kabir, Akira Kakugo, Susumu Kotani, Naoki Nishishita, and Kiyotaka Tokuraku
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 13 号: 1 ページ: 1-12

    • DOI

      10.1038/s41598-023-36073-9

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] 3D Structure of Ring-shaped Microtubule Swarms Revealed by High-speed Atomic Force Microscopy2023

    • 著者名/発表者名
      Rashid Mst. Rubaya、Ganser Christian、Akter Mousumi、Nasrin Syeda Rubaiya、Kabir Arif Md. Rashedul、Sada Kazuki、Uchihashi Takayuki、Kakugo Akira
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 52 号: 2 ページ: 100-104

    • DOI

      10.1246/cl.220491

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Controlling the Rigidity of Kinesin-Propelled Microtubules in an In Vitro Gliding Assay Using the Deep-Sea Osmolyte Trimethylamine N-Oxide2022

    • 著者名/発表者名
      Kabir Arif Md. Rashedul、Munmun Tasrina、Hayashi Tomohiko、Yasuda Satoshi、Kimura Atsushi P.、Kinoshita Masahiro、Murata Takeshi、Sada Kazuki、Kakugo Akira
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 7 号: 4 ページ: 3796-3803

    • DOI

      10.1021/acsomega.1c06699

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Cooperative cargo transportation by a swarm of molecular machines2022

    • 著者名/発表者名
      Akter M.、Keya J. J.、Kayano K.、Kabir A. M. R.、Inoue D.、Hess H.、Sada K.、Kuzuya A.、Asanuma H.、Kakugo A.
    • 雑誌名

      Science Robotics

      巻: 7 号: 65

    • DOI

      10.1126/scirobotics.abm0677

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Fluctuation in the Sliding Movement of Kinesin-Driven Microtubules is Regulated Using the Deep-Sea Osmolyte Trimethylamine N-Oxide2022

    • 著者名/発表者名
      Arif Md. Rashedul Kabir, Tasrina Munmun, Kazuki Sada, and Akira Kakugo
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 7 号: 22 ページ: 18597-18604

    • DOI

      10.1021/acsomega.2c01228

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Kinesin motors driven microtubule swarming triggered by UV light2022

    • 著者名/発表者名
      Ishii Satsuki、Akter Mousumi、Murayama Keiji、Kabir Arif Md. Rashedul、Asanuma Hiroyuki、Sada Kazuki、Kakugo Akira
    • 雑誌名

      Polymer Journal

      巻: 54 号: 12 ページ: 1501-1507

    • DOI

      10.1038/s41428-022-00693-1

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Collision-induced torque mediates the transition of chiral dynamic patterns formed by active particles2022

    • 著者名/発表者名
      Hiraiwa Tetsuya、Akiyama Ryo、Inoue Daisuke、Kabir Arif Md. Rashedul、Kakugo Akira
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 24 号: 47 ページ: 28782-28787

    • DOI

      10.1039/d2cp03879j

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Generation of stable microtubule superstructures by binding of peptide-fused tetrameric proteins to inside and outside2022

    • 著者名/発表者名
      HIROSHI INABA, YURINA SUEKI, MUNEYOSHI ICHIKAWA, ARIF MD. RASHEDUL KABIR, TAKASHI IWASAKI, HIDEKI SHIGEMATSU, AKIRA KAKUGO, KAZUKI SADA, TOMOYA TSUKAZAKI, and KAZUNORI MATSUURA
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 8

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Controlling Collective Motion of Kinesin-Driven Microtubules via Patterning of Topographic Landscapes2021

    • 著者名/発表者名
      Araki Shunya、Beppu Kazusa、Kabir Arif Md. Rashedul、Kakugo Akira、Maeda Yusuke T.
    • 雑誌名

      Nano Letters

      巻: 21 号: 24 ページ: 10478-10485

    • DOI

      10.1021/acs.nanolett.1c03952

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Scaling-up biomolecular motors using DNA nanotechnology2022

    • 著者名/発表者名
      Arif Md. Rashedul Kabir
    • 学会等名
      45th Annual Meeting of the Australian Society for Biophysics
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Utilization of biomolecular motors as actuators for a minimal artificial brain2022

    • 著者名/発表者名
      Arif Md. Rashedul Kabir
    • 学会等名
      Cell Synth14.0 meeting
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Scaling up motor proteins using DNA technology for utilizing as molecular actuators2022

    • 著者名/発表者名
      Arif Md. Rashedul Kabir
    • 学会等名
      Public Symposium on Molecular Cybernetics
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] SCALING-UP BIOMOLECULAR MOTORS USING DNA NANOTECHNOLOGY2021

    • 著者名/発表者名
      Arif Md. Rashedul Kabir, Akinori Kuzuya, Akira Kakugo
    • 学会等名
      45th Annual Meeting 2021, Australian Society for Biophysics
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Utility of biomolecular motors for a minimal artificial brain2021

    • 著者名/発表者名
      Arif Md. Rashedul Kabir
    • 学会等名
      Cell Synth14.0 meeting, 2021
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Sensing surface mechanical deformation of soft materials using biomolecular motors2021

    • 著者名/発表者名
      Arif Md. Rashedul Kabir
    • 学会等名
      2021 MIRAI2.0 Workshop in Materials Science
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2023-12-25  

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