| 研究課題/領域番号 |
23K24940
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| 補助金の研究課題番号 |
22H03685 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分62010:生命、健康および医療情報学関連
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| 研究機関 | 東京医科歯科大学 |
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研究代表者 |
石川 大輔 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 講師 (00722919)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2024年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2023年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2022年度: 8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円)
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| キーワード | DNAナノテクノロジー / 界面膜 / プラズモニクス / 金属ナノ粒子 / バイオセンサ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
様々な疾患の早期発見と簡便かつ精確な診断のために、極微量なマイクロRNAの検出手法の開発が急務である。その有力な候補として金属ナノ粒子のプラズモン場を利用した光学的手法が挙げられるが、検出感度の向上が最大の課題である。本研究では、プラズモニックDNAセンサを新規開発し、これを二次元界面に集積して力学的に操作することで、マイクロRNAを超高感度で検出することを試みる。
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| 研究実績の概要 |
様々な疾患の早期発見と精確な診断のために、ウイルスに由来する極微量な生体分子の検出手法の開発が急務である。その有力な候補として金属のプラズモン場を利用した光学的手法が挙げられるが、検出感度の向上が課題として存在する。そこで本研究は、構造DNAナノテクノロジーの一つであるDNAオリガミ手法により、力学的に変形可能な光学DNAセンサを新規に開発し、高誘電率相と低誘電率相の界面近傍における水素結合の結合定数増大効果と、1分子の熱ゆらぎのエネルギーに相当する極めて微小な力学的エネルギーを利用した、生体分子の超高感度検出手法を開発することを目的とする。
これまでに、分子動力学シミュレーションを用いて設計を繰り返し、光学DNAセンサの骨格である力学的に変形可能なDNAナノ構造体を作製した。さらに、DNAナノ構造体に部分的に疎水基を導入することで、本来親水性であるDNAナノ構造体を両親媒化した。DNAナノ構造体の両親媒化は、アガロースゲル電気泳動による定性評価および蛍光染色したDNAナノ構造体を含む水溶液とミネラルオイルとの油中水滴エマルション作製による視覚的評価から確認した。また、脂質分子をマトリクスとして用いることで気水界面における両親媒化DNAナノ構造体の集積と分子膜形成に成功した。現在、気水界面膜中における両親媒化DNAナノ構造体の変形挙動と、界面膜の表面圧、印可エネルギー、膜の硬さ変化などの力学的特性との相関を調査している。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初の計画通り、DNAオリガミ手法により力学的に変形可能なDNAナノ構造体を作製し、部分的な疎水化によるナノ構造体の両親媒化に成功した。DNAナノ構造体が疎水基の修飾によって親水-疎水界面へ集積可能であることを、アガロースゲル電気泳動による定性的評価および油中水滴エマルションの観察による視覚的評価から確認した。
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| 今後の研究の推進方策 |
当初の計画の有機溶媒－緩衝溶液の液液二相界面におけるDNAナノ構造体の分子膜作製よりも、大気－緩衝溶液の気水界面で分子膜を作製する方が技術的に容易であるため、まず両親媒化したDNAナノ構造体と脂質分子で気水界面膜を作製し、膜の圧縮と拡張よるその変形過程を追跡する。気水界面におけるDNAナノ構造体の変形過程は、DNAナノ構造体内に修飾した傾向プローブのフェルスター共鳴エネルギー移動(FRET)によるin situ蛍光測定、原子間力顕微鏡を用いた転写膜のex situ観察から確認する。
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