細胞小器官の組み込みによる人工細胞模型の構築

• 研究課題/領域番号: 25610117
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 生物物理・化学物理・ソフトマターの物理
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 野村 慎一郎 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50372446)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2014年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2013年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 人工細胞モデル / リポソーム

研究成果の概要

本研究は，細胞サイズリポソーム（GUV）内に細胞内小器官を導入する手法を基盤として，新規な人工細胞モデルの創出を目的とした．その過程で，さまざまなマイクロサイズの物質を生細胞内部に導入できるGUV-細胞電気融合法を確立した．GUVと細胞を特定の電場条件で融合させることで，GUV内の物質（直径1umまでの蛍光ビーズ，磁気ビーズ，プラスミド，DNAオリガミや混合物）がまとめて高効率に細胞内に導入された．本法の利点として，物質の化学修飾が不要であり，エンドソーム脱出の経路を考えなくてもよい点がある．本成果は，細胞の機能改変や細胞の全機能再構成モデルの構築に貢献するものと考え研究を続けている．

研究成果

• [雑誌論文] Polymorphic Ring-Shaped Molecular Clusters Made of Shape-Variable Building Blocks (2015)
  • 著者名/発表者名: Keitel Cervantes-Salguero, Shogo Hamada, Shin-ichiro M. Nomura and Satoshi Murata
  • 雑誌名: Nanomaterials 巻: 5 号: 1 ページ: 208-217
  • DOI: 10.3390/nano5010208
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Trading polymeric microspheres: Exchanging DNA molecules via microsphere interaction. (2015)
  • 著者名/発表者名: Morimoto, N., Muramatsu, K., Nomura, S.-I. M., & Suzuki, M.
  • 雑誌名: Colloids and Surfaces B-Biointerfaces 巻: 128C ページ: 95-99
  • DOI: 10.1016/j.colsurfb.2015.02.014
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] DNAナノテクノロジーのためのアウトリーチツールの開発と評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 吉澤 慧，藤原 慶，野村 M. 慎一郎，村田 智
  • 雑誌名: 形の科学会誌 巻: 29(2) ページ: 87-96
  • 査読あり
• [雑誌論文] Introducing Micrometer-Sized Artificial Objects into Live Cells: A Method for Cell-Giant Unilamellar Vesicle Electrofusion. (2014)
  • 著者名/発表者名: Sato A. C. et al.
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 9 号: 9 ページ: e106853-e106853
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0106853
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Reconstitution of intracellular environments <i>in vitro</i> and in artificial cells (2014)
  • 著者名/発表者名: Kei Fujiwara, Miho Yanagisawa and Shin-ichiro M. Nomura
  • 雑誌名: BIOPHYSICS 巻: 10 号: 0 ページ: 43-48
  • DOI: 10.2142/biophysics.10.43
  • NAID: 130004678426
  • ISSN: 1349-2942
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Temperature-responsive telechelic dipalmitoylglyceryl poly(N-isopropylacryla- mides) vesicles : real-time morphology observation in aqueous suspension and in the presence of giant liposomes (2014)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Morimoto, Yu Sasaki, Kouki Mitsunushi, Evgeniya Korchagina, Tetsuichi Wazawa, Xing-Ping Qiu, Shin-ichiro M. Nomura, Makoto Suzuki, Françoise M. Winnik
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 50 号: 61 ページ: 8350-8352
  • DOI: 10.1039/c4cc03199g
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 細胞のメカノトランスダクション研究の新技法提案：リポソームから細胞内への「巨大」人工物導入法 (2014)
  • 著者名/発表者名: 齋藤 C. 明，野村 M. 慎一郎
  • 雑誌名: 細胞工学 巻: 33(9) ページ: 928-933
• [雑誌論文] Molecular robotics approach for constructing artificial cell model (2013)
  • 著者名/発表者名: S-i. M. Nomura, Y. Sato, K. Fujiwara
  • 雑誌名: 12th European Conference on Artificial Life 巻: NA ページ: 488-491
  • DOI: 10.7551/978-0-262-31709-2-ch070
  • 査読あり
• [雑誌論文] Construction of remote-control supramolecular micro-crawler (2013)
  • 著者名/発表者名: D. Komatsu, K. Fujiwara, S-i. M. Nomura
  • 雑誌名: 12th European Conference on Artificial Life 巻: NA ページ: 208-209
  • DOI: 10.7551/978-0-262-31709-2-ch031
  • 査読あり
• [雑誌論文] A bacterial salt sensor created by multiplying phenotypes of GroE-depleted Escherichia coli (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Fujiwara, K. B. Aoi, S-i. M. Nomura
  • 雑誌名: Analytical methods 巻: 5(21) 号: 21 ページ: 5918-5922
  • DOI: 10.1039/c3ay41092g
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cooperative working of bacterial chromosome replication proteins generated by a reconstituted protein expression system (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Fujiwara, T. Katayama, S-i. M. Nomura
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 41(13) 号: 14 ページ: 7176-7183
  • DOI: 10.1093/nar/gkt489
  • 査読あり
• [学会発表] 人工細胞工学と分子ロボティクス (2015)
  • 著者名/発表者名: 野村 M. 慎一郎
  • 学会等名: 平成26 年度 高分子学会東北地区先端高分子セミナー
  • 発表場所: 岩沼屋，仙台市
  • 年月日: 2015-03-09
  • 招待講演
• [学会発表] Designing an Artificial Ion Channel From DNA origami (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Hirahara, Ibuki Kawamata, Satoshi Murata, Shin-ichiro M. Nomura
  • 学会等名: CBI学会2014年大会
  • 発表場所: タワーホール船堀,東京
  • 年月日: 2014-11-28 – 2014-11-30
• [学会発表] Single-molecular Activity Measurement of Enzymes Attached to DNA origami (2014)
  • 著者名/発表者名: Ban Okabayashi, Ibuki Kawamata, Shin-ichiro M. Nomura, Satoshi Murata
  • 学会等名: CBI学会2014年大会
  • 発表場所: タワーホール船堀,東京
  • 年月日: 2014-11-28 – 2014-11-30
• [学会発表] Introduction of DNA nanostructures and multiple µm-sized objects into live cells by a novel cell-GUV electrofusion method (2014)
  • 著者名/発表者名: Akira C. Saito,Toshihiko Ogura, Satoshi Murata, and Shin-ichiro M. Nomura
  • 学会等名: CBI学会2014年大会
  • 発表場所: タワーホール船堀,東京
  • 年月日: 2014-11-28 – 2014-11-30
• [学会発表] 律移動型人工アメーバの構築 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中 義明，平塚 祐一，野村 M. 慎一郎
  • 学会等名: 細胞を創る研究会7.0
  • 発表場所: 東京大学弥生会館，東京
  • 年月日: 2014-11-13 – 2014-11-14
• [学会発表] 分子アメーバの構築に向けて (2014)
  • 著者名/発表者名: 野村 慎一郎, 田中 義明，平塚 祐一，藤原 慶，村田 智
  • 学会等名: 第6回マイクロ・ナノ工学シンポジウム
  • 発表場所: くにびきメッセ、島根県
  • 年月日: 2014-10-21
• [学会発表] 細胞―GUV電気融合法による複数種マイクロメートルサイズ人工物の同時導入 (2014)
  • 著者名/発表者名: 齋藤 明,小椋 利彦, 野村 慎一郎
  • 学会等名: 第3回生命医薬情報学連合大会(IIBMP2014)
  • 発表場所: 仙台国際会議場，仙台
  • 年月日: 2014-10-02 – 2014-10-04
• [学会発表] Introducing micro-meter size objects into live cells mediated by cell-GUV electro fusion (2014)
  • 著者名/発表者名: 齋藤 明，小椋 利彦, 藤原 慶, 村田 智, 野村 M. 慎一郎
  • 学会等名: 第52回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター，札幌
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] Toward creating an autonomous mobile artificial amoeba (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中 義明, 平塚 祐一, 藤原 慶, 村田 智, 野村 M. 慎一郎
  • 学会等名: 第52回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター，札幌
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] 自律移動型人工アメーバの構築に向けて (2014)
  • 著者名/発表者名: 野村 M. 慎一郎, 田中 義明，平塚 祐一，藤原 慶，村田 智
  • 学会等名: 第63回高分子討論会
  • 発表場所: 長崎大学，長崎
  • 年月日: 2014-09-24
• [学会発表] 細胞-GUV電気融合法による巨大人工物導入について (2014)
  • 著者名/発表者名: 齋藤 明，小椋 利彦, 藤原 慶, 村田 智, 野村 M. 慎一郎
  • 学会等名: 第54回生物物理若手の会
  • 発表場所: 西浦温泉ホテルたつき，名古屋
  • 年月日: 2014-08-08 – 2014-08-11
• [学会発表] Simultaneous and efficient introduction of multiple micrometer-sized objects into live cells by a novel cell-GUV electrofusion technique (2014)
  • 著者名/発表者名: Akira C. Saito, Toshihiko Ogura, Kei Fujiwara, Satoshi Murata, Shin-ichiro M. Nomura
  • 学会等名: IUPAB 2014 International Biophysics Congress
  • 発表場所: Brisbane, Australia
  • 年月日: 2014-08-03 – 2014-08-07
• [学会発表] Molecular Robotics: Toward Creating an Autonomous Artificial Amoeba (2014)
  • 著者名/発表者名: NOMURA M. Shin-ichiro
  • 学会等名: ALIFE14
  • 発表場所: NY, USA
  • 年月日: 2014-07-30
• [学会発表] RNA membrane vesicle: micro compartment structure made by designed RNA molecules (2014)
  • 著者名/発表者名: Shin-ichiro M. NOMURA, Hirohide SAITO, Masahiro TAKINOUE, Kei FUJIWARA, Hirohisa OHNO
  • 学会等名: Open Questions on the Origin of Life
  • 発表場所: IIAS, Kyoto
  • 年月日: 2014-07-12 – 2014-07-13
• [学会発表] Introducing Large DNA Nanostructures Into Livnig Cells mediated by Cell-GUV Electrofusion (2014)
  • 著者名/発表者名: A.C. Saito, T. Ogura, S. Murata, S.-i. M. NOMURA
  • 学会等名: FNANO14
  • 発表場所: Snowbird, USA
  • 年月日: 2014-04-14 – 2014-04-17
• [学会発表] Cellcrawler: Giant Magnetoliposome Controlled by External Rotating Magnetic Field (2014)
  • 著者名/発表者名: D. Komatsu, A.C. Saito, K. Fujiwara, S. Murata, S.-i. M. NOMURA
  • 学会等名: FNANO14
  • 発表場所: Snowbird, USA
  • 年月日: 2014-04-14 – 2014-04-17
• [学会発表] ミドルアウトと分子ロボティクスの両アプローチによる人工細胞モデル構築 (2013)
  • 著者名/発表者名: 野村M.慎一郎, 藤原慶
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸国際会議場
• [学会発表] 哺乳細胞の全再構成への試み２：細胞内小器官を内包した人工細胞モデルの構築 (2013)
  • 著者名/発表者名: 野村M.慎一郎, 青井啓太, 藤原慶, 田中敦
  • 学会等名: 細胞を創る研究会6.0
  • 発表場所: 慶応義塾大学鶴岡タウンキャンパス
• [学会発表] 自立移動型人工アメーバの構築 (2013)
  • 著者名/発表者名: 田中義明，平塚祐一，野村M.慎一郎
  • 学会等名: 細胞を創る研究会6.0
  • 発表場所: 慶応義塾大学鶴岡タウンキャンパス
• [学会発表] 細胞とGUVの電気融合法による人工物導入 (2013)
  • 著者名/発表者名: 齋藤明, 小椋利彦, 村田智，野村M.慎一郎
  • 学会等名: 細胞を創る研究会6.0
  • 発表場所: 慶応義塾大学鶴岡タウンキャンパス
• [学会発表] 再構成型無細胞翻訳系を用いたゲノム型DNA 複製システムの発現 (2013)
  • 著者名/発表者名: 藤原慶, 片山勉, 野村M.慎一郎
  • 学会等名: 細胞を創る研究会6.0
  • 発表場所: 慶応義塾大学鶴岡タウンキャンパス
• [学会発表] 人工物の細胞内導入：生細胞とGUVの電気融合法 (2013)
  • 著者名/発表者名: 齋藤明，小椋利彦，野村M.慎一郎
  • 学会等名: 第51回日本生物物理学会
  • 発表場所: 国立京都国際会館
• [学会発表] 生細胞に極限まで近い内包物を持つ人工細胞の構築と解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 藤原慶，西澤賢治，栁澤美穂，野村M.慎一郎，水野大介
  • 学会等名: 第51回日本生物物理学会
  • 発表場所: 国立京都国際会館
• [学会発表] デザインされたDNA高次構造体の環境安定性評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 遠藤将弘，藤原慶，村田智，野村M.慎一郎
  • 学会等名: 第51回日本生物物理学会
  • 発表場所: 国立京都国際会館
• [学会発表] 回転磁場による磁性粒子接着リポソームのクロール運動の観察 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小松大貴，藤原慶，野村M.慎一郎
  • 学会等名: 第51回日本生物物理学会
  • 発表場所: 国立京都国際会館
• [学会発表] 分子ロボティクス指向による人工細胞構築 (2013)
  • 著者名/発表者名: 野村M.慎一郎，藤原慶
  • 学会等名: 第51回日本生物物理学会
  • 発表場所: 国立京都国際会館
• [学会発表] Construction of a remote-controlled supramolecular micro-crawler (2013)
  • 著者名/発表者名: 小松大貴，藤原慶，野村M.慎一郎
  • 学会等名: 12th European Conference on Artificial Life
  • 発表場所: イタリア，タオルミナ
• [学会発表] Molecular robotics approach for constructing an artificial cell model (2013)
  • 著者名/発表者名: 野村M.慎一郎, 佐藤佑介，藤原慶
  • 学会等名: 12th European Conference on Artificial Life
  • 発表場所: イタリア，タオルミナ
• [学会発表] Exchange of chemicals between artificial cells and natural cells via synthetic junction (2013)
  • 著者名/発表者名: 野村M.慎一郎
  • 学会等名: What can Synthetic Biology offer to Artificial Intelligence? Perspectives in the Bio-Chem-ICT and other scenarios. (Satellite Meeting at 12th European Conference on Artificial Life)
  • 発表場所: イタリア，タオルミナ
  • 招待講演
• [産業財産権] リポソームを用いた細胞内への物質導入方法 (2014)
  • 発明者名: 小椋利彦，野村慎一郎，齋藤明
  • 権利者名: 小椋利彦，野村慎一郎，齋藤明
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2014-059898
  • 出願年月日: 2014-03-24