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マイクロ流体デバイスと自己組織化による人工多細胞体モデルの構築

公募研究

研究領域分子サイバネティクス ー化学の力によるミニマル人工脳の構築
研究課題/領域番号 21H05890
研究種目

学術変革領域研究(A)

配分区分補助金
審査区分 学術変革領域研究区分(Ⅳ)
研究機関中央大学

研究代表者

津金 麻実子  中央大学, 理工学部, 共同研究員 (00469991)

研究期間 (年度) 2021-09-10 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2022年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2021年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
キーワードリポソーム / マイクロ流体デバイス / 自己組織化
研究開始時の研究の概要

本研究では、人工細胞(リポソーム)の作製や配置を精密に制御可能なマイクロ流体工学および自然界における自己組織化原理の二つを利用し、分子通信機能を有する人工多細胞体を形成するためのプラットフォーム技術を構築する。人工細胞の通信手段として、タンパク質ナノポアの分子膜透過を用いる。ネットワーク構築のアプローチとして、マイクロ流路やマイクロウェルへのトラップによる遠隔通信系、液液二相分離(複合コアセルベート)への吸着を利用した近接通信系を検討する。さらに、リポソーム内でDNA分子演算系を実装し、人工多細胞体による信号検知・処理・出力システムの実現につなげる。

研究実績の概要

本研究では、人工細胞(リポソーム)の生成や配置を制御可能なマイクロ流体工学および自然界における多細胞体形成を模擬した自己組織化原理の二つを利用し、分子通信機能を有する人工多細胞体を形成するための技術の構築を目的としている。
本年度は、マイクロ流路内でのポリカチオンとポリアニオンからなる複合体コアセルベートを足場としたリポソームの集合体形成を試みた。底面に円柱状のマイクロウェル構造を多数設けたPDMS製マイクロデバイスに、ポリアミノ酸とヌクレオチドで調製した複合体コアセルベートを導入すると、マイクロウェル内に均一サイズの複合体コアセルベートが封入され、アレイ状に整列した。続いて、アニオン性リン脂質を含む脂質を用いて作製したリポソームを添加すると、静電相互作用による自己組織化で複合体コアセルベートの界面にリポソームが吸着し、リポソーム集合体の形成に成功した。また、ポリアミノ酸によるリポソーム膜の不安定化に起因するリポソーム内封液の漏出や複合体コアセルベート内への蓄積、塩や熱による複合体コアセルベートの溶解が確認された。このように複合体コアセルベートを物質の保存、供給源としてリポソームの分子通信へ応用可能であると示唆された。
また、分子通信機能を有するリポソームとして、無細胞タンパク質合成系により合成されたタンパク質ナノポアを膜に有する均一サイズリポソームを、前年度に確立したマイクロ流体デバイスを用いた方法で作製し、内封した蛍光物質の膜透過を確認した。この系は、均一サイズリポソームから成る人工多細胞体の形成や、隣接する細胞間を連結するギャップジャンクションを介した分子通信にも適用が期待される。
これまでにリポソーム内部での核酸の増幅反応に実績があり、以上のようなリポソーム膜のシグナル分子の透過を起点とする人工多細胞体でのDNA分子演算系の実装につなげたいと考えている。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 8件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] “Sizing of Giant Unilamellar Vesicles Using a Metal Mesh with a High Opening Ratio”2021

    • 著者名/発表者名
      K. Shinohara, T. Okita, M. Tsugane, T. Kondo, H. Suzuki
    • 雑誌名

      Chem. Phys. Lipids

      巻: 241 ページ: 105148-105148

    • DOI

      10.1016/j.chemphyslip.2021.105148

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Detection of nanoparticles in a minute sample using the vibration induced flow2022

    • 著者名/発表者名
      K. Kaneko, M. Tsugane, T. Sato, T. Hayakawa, Y. Hasegawa, H. Suzuki
    • 学会等名
      IEEE-NEMS 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 振動誘起流れを用いた微量サンプル内ナノ粒子の検出および定量2022

    • 著者名/発表者名
      金子完治,津金麻実子,長谷川洋介,早川健,鈴木宏明
    • 学会等名
      化学とマイクロ・ナノシステム学会第45回研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 効率的なナノ粒子検出に向けた振動誘起マイクロ混合デバイスの開発2022

    • 著者名/発表者名
      佐藤拓,金子完治,津金麻実子,長谷川洋介,早川健,鈴木宏明
    • 学会等名
      日本機械学会2022年度年次大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 細胞膜のダイナミクスに倣うリポソームバイオリアクターの開発2022

    • 著者名/発表者名
      津金麻実子,鈴木宏明
    • 学会等名
      細胞を創る研究会15.0
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Optimization of the cell-free protein synthesis in monodisperse liposomes produced by microfluidics2022

    • 著者名/発表者名
      R. Ushiyama, R. Sato, M. Tsugane, T. Matsuura, H. Suzuki
    • 学会等名
      μTAS 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] マイクロ流路で作製した単分散GUVへの膜タンパク質挿入の評価2022

    • 著者名/発表者名
      南條哲至,牛山諒太,津金麻実子,松浦友亮,鈴木宏明
    • 学会等名
      化学とマイクロ・ナノシステム学会 第46回研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Detection and Quantification of Nanoparticles Using the Vibration-Induced Flow2022

    • 著者名/発表者名
      K. Kaneko, M. Tsugane, T. Sato, Y. Hasegawa, T. Hayakawa, H. Suzuki
    • 学会等名
      33rd Int. Symp. Micro-NanoMechatronics and Human Science
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] EVALUATION OF THE CAPTURING EFFICIENCY OF EXOSOME IN A MICROMIXER DRIVEN BY THE VIBRATION-INDUCED FLOW2021

    • 著者名/発表者名
      Kanji Kaneko, Mamiko Tsugane, Taku Sato, Takeshi Hayakawa, Yosuke Hasegawa, and Hiroaki Suzuki
    • 学会等名
      MicroTAS 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A MICROFLUIDIC DEVICE WITH SILICON ELECTRODES FOR QUANTITATIVE EVALUATION OF VESICLE FUSION2021

    • 著者名/発表者名
      Tsutomu Okita, Mamiko Tsugane, Keisuke Shinohara, Kosuke Kato, and Hiroaki Suzuki
    • 学会等名
      MicroTAS 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] MONODISPERSION OF GIANT UNILAMELLAR VESICLES USING A METAL MESH FILTER2021

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Shinohara, Tsutomu Okita, Mamiko Tsugane, Takashi Kondo, Hiroaki Suzuki
    • 学会等名
      MicroTAS 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 細胞外小胞の効率的回収に向けた振動誘起流れを用いたポンプレスミキサの開発2021

    • 著者名/発表者名
      金子 完治,津金 麻実子,早川 健,長谷川 洋介,鈴木 宏明
    • 学会等名
      日本機械学会第12回マイクロ・ナノ工学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] マイクロチャンバーを有する電気融合デバイスにおける小胞融合率の評価2021

    • 著者名/発表者名
      沖田 勉,津金 麻実子,篠原 啓佑,加藤 康佑,鈴木 宏明
    • 学会等名
      日本機械学会第12回マイクロ・ナノ工学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] マイクロデバイスを用いた膜小胞融合と内封DNAの増幅2021

    • 著者名/発表者名
      加藤康佑,津金麻実子,篠原啓佑,沖田勉,鈴木宏明
    • 学会等名
      化学とマイクロ・ナノシステム学会 第44回研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 上皮細胞バリア機能評価用マイクロデバイスの開発2021

    • 著者名/発表者名
      喜田龍哉,津金麻実子,鈴木宏明
    • 学会等名
      化学とマイクロ・ナノシステム学会 第44回研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 複合コアセルベートとリポソームの相互作用に関する基礎検討2021

    • 著者名/発表者名
      篠原啓佑,津金麻実子,鈴木宏明
    • 学会等名
      化学とマイクロ・ナノシステム学会 第44回研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Electrofusion device with the structural trapping for massive and quantitative measurement of vesicle fusion2021

    • 著者名/発表者名
      Tsutomu Okita, Mamiko Tsugane, Keisuke Shinohara, and Hiroaki Suzuki
    • 学会等名
      Pacifichem 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Size purification of giant unilamellar vesicles using the mesh filter with the high opening ratio2021

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Shinohara, Tsutomu Okita, Mamiko Tsugane, Hiroaki Suzuki
    • 学会等名
      Pacifichem 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] 中央大学理工学部精密機械工学科鈴木宏明研究室

    • URL

      https://nanobio.r.chuo-u.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

URL: 

公開日: 2021-10-22   更新日: 2023-12-25  

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