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2016 年度 実施状況報告書

膜内化学反応と膜ダイナミクスが協同した人工細胞システムの創製と機能創出

研究課題

研究課題/領域番号 16K21034
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

森田 雅宗  国立研究開発法人産業技術総合研究所, バイオメディカル研究部門, 研究員 (90708504)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
キーワードドロップレット / 人工細胞システム / DNAナノテクノロジー / DNAゲル
研究実績の概要

本年度は,膜内化学反応と膜ダイナミクスが協同した人工細胞システムを構築するための基礎技術である裏打ち構造を有した油中水滴(ドロップレット)の構築と物理学的な構造制御に関する研究を行った.本研究では,実際の細胞膜構造に類似した人工細胞を構築に向け,裏打ち構造を有した人工細胞作製のために,裏打ち構造を有した油中水滴(ドロップレット)の構築を試みた.裏打ち構造の作製には,DNAナノテクノロジーの技術を利用し,正電荷脂質に被われたマイクロサイズの油中水滴(ドロップレット)内にDNA溶液を封入,油中水滴(ドロップレット)の界面においてDNAが自己組織化することで膜全面にDNAで裏打ちされた油中水滴(ドロップレット)の構築に成功した。さらに,DNAが自己組織化する過程において冷却温度を制御することよって膜全面にDNAで裏打ちされた構造からランダムにGapを形成することで不均一に裏打ち構造を有する油中水滴(ドロップレット)を作製することができることを発見し,構造制御できることを見出した.現在,不均一構造を形成するメカニズムを詳細にするためにDNAによる裏打ち構造形成のリアルタイム観察実験及び数理モデルを用いたシミュレーション実験も進めている.
さらに,油中水滴(ドロップレット)内部で形成されたDNAの構造体を水中に取り出すことにも成功しており,化学反応系とのドッキングも進めている.
また,膜全面をDNAで裏打ちされた油中水滴(ドロップレット)については,共同研究者と共に界面通過法によってリポソーム化し,裏打ち構造を有した人工細胞の作製に成功,現在,共著者として論文投稿中である.

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

本年度は,研究計画にある通り,実際の細胞膜構造に類似した細胞サイズリポソームの構築に向け,裏打ち構造を有した油中水滴(ドロップレット)の構築を試み,その構造体の制御に成功した.また,この構造体を化学反応系とドッキングすることも進めている.共同研究ではあるが,一部リポソーム化にも成功しており,今後の条件の異なる構造(ドメイン構造・膜の非対称性)を有したリポソームの作製にも道筋ができつつある.このように,おおむね順調に進展している.

今後の研究の推進方策

来年度(最終年度)は,本年度構築したシステムを発展させた人工細胞システムの作製の実現,及び人工細胞システム内の化学反応系と人工細胞膜の変形ダイナミクスがカップルするシステムの創発を目指す.特に,人工細胞膜上におけるドメイン形成機構の制御・ドメインのエンドサイティック/エキソサイティックな出芽を惹起する人工細胞システムの構築を目指す.

次年度使用額が生じた理由

他の助成金によって購入した物品によって,当初購入を検討していた物品の購入を見合わせたため.また,実験回数について,当初の予定よりも少ない回数で済んだため,高価な消耗品の試薬・材料の費用を抑えることができたため.

次年度使用額の使用計画

当初から予定している計画研究をさらに迅速に遂行するために実験消耗品類の購入に充てる.また,得られた成果を論文誌等で公表するための費用に充てる.

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2016

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 2件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Self-Assembled Microcapsule of Amphiphilic Janus DNA Nanoplates at the Water-Oil Interface2016

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Ishikawa, Yuki Suzuki, Chikako Kurokawa, Masayuki Ohara, Masamune Morita, Miho Yanagisawa, Ryuji Kawano, Masayuki Endo, Masahiro Takinoue
    • 雑誌名

      Proc. microTAS

      巻: - ページ: 116-117

    • 査読あり
  • [学会発表] Formation of self-assembled DNA microarchitectures on a cationic lipid membrane surface2016

    • 著者名/発表者名
      Masamune Morita, Shin-ichiro M. Nomura, Satoshi Murata, Miho Yanagisawa, Masahiro Takinoue
    • 学会等名
      The 54th Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
    • 発表場所
      つくば国際会議場
    • 年月日
      2016-11-25 – 2016-11-27
  • [学会発表] Construction of DNA micro-structures with RNA transcription sequences using the interface of microdroplets2016

    • 著者名/発表者名
      Risa Watanabe, Masamune Morita, Miho Yanagisawa, Masahiro Takinoue
    • 学会等名
      The 54th Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
    • 発表場所
      つくば国際会議場
    • 年月日
      2016-11-25 – 2016-11-27
  • [学会発表] 荷電脂質膜面上での自己組織化DNA マイクロ構造体の構築2016

    • 著者名/発表者名
      森田 雅宗, 野村 M. 慎一郎, 村田 智, 柳澤 実穂, 瀧ノ上 正浩
    • 学会等名
      「細胞を創る」研究会9.0
    • 発表場所
      早稲田大学国際会議場井深大記念ホール
    • 年月日
      2016-11-21 – 2016-11-22
  • [学会発表] マイクロ液滴界面を利用したRNA転写配列を 有するDNAフラクタルマイクロ構造体の構築2016

    • 著者名/発表者名
      渡邉理佐, 森田雅宗, 瀧ノ上正浩
    • 学会等名
      「細胞を創る」研究会9.0
    • 発表場所
      早稲田大学国際会議場井深大記念ホール
    • 年月日
      2016-11-21 – 2016-11-22
  • [学会発表] 細胞サイズ油中水滴界面における自己組織化DNAマイクロ構造の形成2016

    • 著者名/発表者名
      森田 雅宗
    • 学会等名
      非線形ソフトマター研究会2016
    • 発表場所
      横浜市民ふれあいの里 上郷・森の家
    • 年月日
      2016-10-29 – 2016-10-30
  • [学会発表] Construction of self-assembled DNA microstructures for synthesis of molecular robots2016

    • 著者名/発表者名
      Masamune Morita, Shin-ichiro M. Nomura, Satoshi Murata, Miho Yanagisawa, Masahiro Takinoue
    • 学会等名
      Chem-Bio Informatics Society (CBI) Annual Meeting 2016
    • 発表場所
      タワーホール船堀
    • 年月日
      2016-10-25 – 2016-10-27
  • [学会発表] Self-Assembled Microcapsule of Amphiphilic Janus DNA Nanoplates at the Water-Oil Interface2016

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Ishikawa, Yuki Suzuki, Chikako Kurokawa, Masayuki Ohara, Masamune Morita, Miho Yanagisawa, Ryuji Kawano, Masayuki Endo, Masahiro Takinoue
    • 学会等名
      The 20th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (microTAS2016)
    • 発表場所
      Convention Center Dublin, Ireland
    • 年月日
      2016-10-09 – 2016-10-13
    • 国際学会
  • [学会発表] 荷電脂質膜面上で自己組織化されたDNA マイクロ構造体の構築2016

    • 著者名/発表者名
      森田 雅宗, 野村 M. 慎一郎, 村田 智, 柳澤 実穂, 瀧ノ上 正浩
    • 学会等名
      第10回バイオ関連化学シンポジウム
    • 発表場所
      石川県立音楽堂
    • 年月日
      2016-09-07 – 2016-09-09
  • [学会発表] Self-assembly of DNA microstructures on a cationic lipid interface of water-in-oil microdroplet2016

    • 著者名/発表者名
      Masamune Morita, Shin-ichiro M. Nomura, Satoshi Murata, Miho Yanagisawa, Masahiro Takinoue
    • 学会等名
      The 22nd International Conference on DNA Computing and Molecular Programming (DNA22)
    • 発表場所
      Ludwig-Maximilians-Universitat (LMU), Germany
    • 年月日
      2016-09-04 – 2016-09-08
    • 国際学会
  • [学会発表] 荷電脂質膜界面におけるDNA ミクロ構造の形成2016

    • 著者名/発表者名
      森田 雅宗, 石川大輔,野村 M. 慎一郎, 村田 智, 柳澤 実穂, 瀧ノ上 正浩
    • 学会等名
      化学とマイクロ・ナノシステム学会(CHEMINAS33rd)
    • 発表場所
      東京大学生産技術研究所
    • 年月日
      2016-04-25 – 2016-04-26
  • [産業財産権] 固定具及びその使用2016

    • 発明者名
      五味清佳, 菅ヶ谷暢康, 大森衣里子, 瀧ノ上正浩, 森田雅宗
    • 権利者名
      五味清佳, 菅ヶ谷暢康, 大森衣里子, 瀧ノ上正浩, 森田雅宗
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2016-231378
    • 出願年月日
      2016-11-29

URL: 

公開日: 2018-01-16  

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