• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2018 年度 実績報告書

分子ロボティクスによる糖尿病モデルマウス血糖値制御法の研究

研究課題

研究課題/領域番号 17H00769
研究機関東京工業大学

研究代表者

小長谷 明彦  東京工業大学, 情報理工学院, 教授 (00301200)

研究分担者 野口 洋文  琉球大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (50378733)
豊田 太郎  東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (80422377)
池田 将  岐阜大学, 工学部, 教授 (20432867)
湯川 博  名古屋大学, 未来社会創造機構, 特任准教授 (30634646)
梅田 民樹  神戸大学, 海事科学研究科, 准教授 (90243336)
柳澤 実穂  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 特任准教授 (50555802)
川又 生吹  東北大学, 工学研究科, 助教 (30733977)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード分子ロボティクス / DNAコンピュータ / 糖尿病
研究実績の概要

リポソームそのものに感覚,知能,運動の機能を付加した分子ロボットを構築するために、リボソーム凝集体の作成、小動物における/in vivo/蛍光イメージ、リポソーム凝集体の評価、グルコース応答性有機分子の合成、膜透過性調整法の確立、DNAハトメ構造の創成、リポソームシミュレーションおよび可視化シミュレーションを行った。

リポソーム凝集体の作成に関しては、蛍光性量子ドットを内包したリポソーム凝集体を用いて,正常マウスにおけるin vivo滞留試験を行った(豊田)。小動物における/in vivo/蛍光イメージに関しては、リポソーム凝集体を用いた正常マウスin vivo試験において、蛍光性量子ドットによる高解像度3D共焦点顕微鏡画像データ取得を行った(湯川)。リポソーム凝集体の評価に関しては、蛍光性量子ドットを内包したリポソーム凝集体を正常マウスに投与し、in vivoでのリポソーム凝集体の動向を観察した(野口)。

グルコース応答性有機分子の合成に関しては、グルコースに応答して親水-疎水バランスが変化する新規のボロン酸誘導体の開発を行った(池田)。 膜透過通過法の確立に関しては、DNAを用いた細胞骨格を持つリポソームについて、その力学特性とDNA配列との相関関係を調べた(柳澤)。DNAハトメの創成に関しては、リポソームに10nmスケールの穴をあけるDNAオリガミ構造体を複数種類設計した(川又)。リポソームシミュレーションに関しては、リポソーム凝集体数理モデルを作成し、実験条件と凝集体の形状および膜張力との関係について理論的に解析した(梅田)。可視化シミュレーションに関しては、リポソーム全原子モデルを作成し、分子動力学シミュレーションによる動作確認を行った(小長谷)

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

平成30年度は翌年に予定されている血糖値制御型分子ロボットのin vivo実験のための予備検証ならびにin vivo評価に用いられる要素技術の開発に注力した。

リポソーム凝集体の作成に関しては、in vivo実験を想定した滞留性の試験において、長時間分子ロボットが生体内組織に滞留可能であることを確認した(豊田)。小動物における/in vivo/蛍光イメージに関しては、量子ドットにより蛍光標識されたリポソーム凝集体が狙い通りの場所に集積していることを確認した(湯川)。リポソーム凝集体の評価に関しては、蛍光物質を内包したリポソーム凝集体を正常マウスの門脈・静脈・皮下へ移植し、in vivoでの動態の観察に成功した(野口)。

グルコース応答性有機分子の合成に関しては、炭化水素鎖ライブラリーから適切な化合物を選択し、新たなボロン酸誘導体の合成を達成した(池田)。膜透過通過法の確立に関しては、DNAのエンタルピーと力学的特性の相関を確認し、医薬用リポソームとして活用可能な耐久性を備える道筋ができつつあることを確認した(柳澤)。DNAハトメの創成に関しては、薬剤放出を制御する目的で穴の開いたDNAオリガミを設計し、幾何学的な構造形成を確認した(川又)。リポソームシミュレーションに関しては、コンパートメント数が少ないものについて、リポソーム凝集体モデルが作成時の実験条件と一致することを確認した(梅田)。可視化シミュレーションに関しては、全原子リポソーム分子動力学によるリポソーム破裂の可視化を確認した(小長谷)

今後の研究の推進方策

令和元年度は、前年度に行ったin vivo評価用要素技術の開発ならびにin vivoでの予備検証を踏まえて血糖値制御型分子ロボットのin vivo実験に注力する。

リポソーム凝集体の作成に関しては、構築した分子ロボットにインスリンを内包し,in vitroでの放出試験およびマウスによるin vivo血糖値制御試験を行い,本研究課題の原理検証を行う(豊田)。小動物における/in vivo/蛍光イメージに関しては、ヌードマウス等を用いて、リポソーム凝集体の更に詳細なin vivo蛍光イメージングに取り組むとともに、N数を増やすことでその再現性を確認する(湯川)。リポソーム凝集体の評価に関しては、リポソーム内にインスリンを入れ、糖尿病モデルマウスへの移植を行い、糖負荷による血糖値の変動を観察する(野口)。

グルコース応答性有機分子の合成に関しては、リポソーム凝集体のグルコース応答性の評価結果や安定性評価結果を多面的に検討し、グルコース濃度に対する応答能を調整するための分子設計を進める(池田)。膜透過通過法の確立に関しては、DNA配列とリポソームの力学特性の相関関係をもとに、配列を変化させながら定量的制御を目指す(柳澤)。DNAハトメの創成に関しては、薬剤モデルである蛍光分子を高効率で放出できるようにDNAオリガミへの疎水分子の修飾方法を改良し、その機能を評価する(川又)。リポソームシミュレーションに関しては、実験結果の画像解析を進め、理論結果と形状の比較を行うことでモデルの検証につなげる(梅田)。可視化シミュレーションに関しては、リポソーム凝集体の全原子リポソーム分子動力学による動作解析と可視化を行う(小長谷)

  • 研究成果

    (31件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 10件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件) 図書 (1件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] Programmable reactions and diffusion using DNA for pattern formation in hydrogel medium2019

    • 著者名/発表者名
      Keita Abe, Ibuki Kawamata, Shin-ichiro M. Nomura, Satoshi Murata
    • 雑誌名

      Molecular Systems Design & Engineering

      巻: accepted ページ: accepted

    • DOI

      10.1039/C9ME00004F

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Pattern Formation on Discrete Gel Matrix based on DNA Computing2019

    • 著者名/発表者名
      Takuto Hosoya, Ibuki Kawamata, Shin-ichiro M. Nomura, Satoshi Murata
    • 雑誌名

      New Generation Computing

      巻: 37 ページ: 97-111

    • DOI

      10.1007/s00354-018-0047-1

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stimuli-responsive supramolecular systems guided by chemical reaction2019

    • 著者名/発表者名
      Masato Ikeda
    • 雑誌名

      Polymer Journal

      巻: 51 ページ: 371~380

    • DOI

      10.1038/s41428-018-0132-9

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stimuli-responsive DNAzyme displaying Boolean logic-gate responses2019

    • 著者名/発表者名
      Ayaka Banno, Sayuri Higashi, Aya Shibata, Masato Ikeda
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 55 ページ: 1959~1962

    • DOI

      10.1039/C8CC09345H

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Novel Preservation Solution Containing a JNK Inhibitory Peptide Efficiently Improves Islet Yield for Porcine Islet Isolation.2019

    • 著者名/発表者名
      Noguchi H, Miyagi-Shiohira C, Nakashima Y, Ebi N, Hamada E, Tamaki Y, Kuwae K, Kitamura S, Kobayashi N, Saitoh I, Watanabe M.
    • 雑誌名

      Transplantation.

      巻: 103(2) ページ: 344-352

    • DOI

      10.1097/TP.0000000000002555.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Diffusion modulation of DNA by toehold exchange2018

    • 著者名/発表者名
      Thanapop Rodjanapanyakul, Fumi Takabatake, Keita Abe, Ibuki Kawamata, Shin-ichiro M. Nomura, Satoshi Murata
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 97 ページ: 52617

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.97.052617

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Reduction-Responsive DNA Duplex Containing O6-Nitrobenzyl-Guanine2018

    • 著者名/発表者名
      Yukiko Hayakawa, Ayaka Banno, Hiroaki Kitagawa, Sayuri Higashi, Yukio Kitade, Aya Shibata, Masato Ikeda
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 3 ページ: 9267~9275

    • DOI

      10.1021/acsomega.8b01177

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Modified cell-permeable JNK inhibitors efficiently prevents islet apoptosis and improves the outcome of islet transplantation.2018

    • 著者名/発表者名
      Noguchi H, Miyagi-Shiohira C, Nakashima Y, Ebi N, Hamada E, Tamaki Y, Kuwae K, Kobayashi N, Saitoh I, Watanabe M.
    • 雑誌名

      Sci Rep.

      巻: 8(1) ページ: 11082

    • DOI

      10.1038/s41598-018-29481-9.

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Comparison Between Modified Extracellular-Type Trehalose-Containing Kyoto Solution and University of Wisconsin Solution in 18-Hour Pancreas Preservation for Islet Transplantation.2018

    • 著者名/発表者名
      Hamada E, Ebi N, Miyagi-Shiohira C, Tamaki Y, Nakashima Y, Kobayashi N, Saitoh I, Watanabe M, Kinjo T, Noguchi H.
    • 雑誌名

      Pancreas.

      巻: 47(7) ページ: e46-e47.

    • DOI

      10.1097/MPA.0000000000001104.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] All-atom molecular dynamics of film supported flat-shaped DNA origami in water2018

    • 著者名/発表者名
      Ryuzo Azuma, Sae Kishi, Greg Gutmann, Akihiko Konagaya
    • 雑誌名

      Chem-Bio Informatics Journal

      巻: 18 ページ: 96-118

    • DOI

      10.1273/cbij.18.96

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Programming DNA reaction-diffusion system for pattern formation in hydrogel medium2019

    • 著者名/発表者名
      Ibuki Kawamata
    • 学会等名
      Shaping Self-Assembled Mesoscale (Bio)Materials with Microengineering
    • 招待講演
  • [学会発表] 分子ロボット創薬への道2019

    • 著者名/発表者名
      小長谷明彦
    • 学会等名
      人工知能学会第68回分子生物情報研究会
  • [学会発表] 膜接着リポソームにおける膜張力と分子拡散の相関2018

    • 著者名/発表者名
      小田敦士, 柳澤実穂
    • 学会等名
      第17回関東ソフトマター研究会
  • [学会発表] DNAナノテクを用いた細胞モデルの力学的制御2018

    • 著者名/発表者名
      柳澤実穂
    • 学会等名
      第67回人工知能学会分子生物情報研究会
  • [学会発表] DNA骨格による細胞モデルの自在な力学的特性の制御2018

    • 著者名/発表者名
      篠原千加子、酒井淳、 柳澤実穂
    • 学会等名
      第5回サイボウニクス研究会
  • [学会発表] 基礎から学ぶ DNAナノ構造体の設計2018

    • 著者名/発表者名
      川又生吹
    • 学会等名
      分子ロボ若手会
  • [学会発表] Modulating diffusion speed of DNA by toehold exchange2018

    • 著者名/発表者名
      Ibuki Kawamata, Thanapop Rodjanapanyakul, Fumi Takabatake, Keita Abe, Shin-ichiro M. Nomura, Satoshi Murata
    • 学会等名
      The 45th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry (ISNAC 2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] DNAオリガミを用いて膜に穴を開ける:Φ12 nm人工チャネルの設計と機能評価2018

    • 著者名/発表者名
      岩渕 祥璽,片山 航一郎, 川又 生吹, 鈴木 勇輝, 村田 智, 野村 M.慎一郎
    • 学会等名
      第85回形のシンポジウム
  • [学会発表] Design and evaluation of φ12 nm artificial channel2018

    • 著者名/発表者名
      Shoji Iwabuchi,Koichiro Katayama, Ibuki Kawamata, Yuki Suzuki, Satoshi Murata, Shin-ichiro M. Nomura, “Making pores on biomembrane using DNA origami
    • 学会等名
      CBI学会2018年大会
  • [学会発表] Design and construction of DNA origami with large pore structure for transmembrane transportation2018

    • 著者名/発表者名
      Shoji Iwabuchi,Koichiro Katayama, Ibuki Kawamata, Yuki Suzuki, Satoshi Murata, Shin-ichiro M. Nomura
    • 学会等名
      「細胞を創る」研究会11.0
  • [学会発表] サイズ選択を可能にするポア構造を有するDNAオリガミの設計と構築2018

    • 著者名/発表者名
      岩渕 祥璽,片山 航一郎, 川又 生吹, 鈴木 勇輝, 村田 智, 野村 M.慎一郎
    • 学会等名
      第2回分子ロボティクス年次大会
  • [学会発表] 自律性をもった超分子ナノ構造体の創製2018

    • 著者名/発表者名
      池田将
    • 学会等名
      第65回SIGMBI: 分子ロボティクスの今後の展望について
  • [学会発表] 化学反応を起点に刺激に応答する超分子システム2018

    • 著者名/発表者名
      池田将
    • 学会等名
      第67回高分子学会年次大会
    • 招待講演
  • [学会発表] Bioinspired supramolecular nanofiber2018

    • 著者名/発表者名
      Masato Ikeda
    • 学会等名
      N.I.C.E Conference 2018 (4th International Conference on Bioinspired and Biobased Chemistry and Materials)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ベクシル凝集体の形状の数理モデルによる解析2018

    • 著者名/発表者名
      梅田民樹
    • 学会等名
      人工知能学会合同研究会2018 分子生物情報研究会
  • [学会発表] 分子ロボティクス:これまでの成果と将来構想2018

    • 著者名/発表者名
      小長谷明彦
    • 学会等名
      CBI学会第394回CBI学会講演会
  • [学会発表] 分子ロボットを”Beyond the Pill”の視点から考える2018

    • 著者名/発表者名
      小長谷明彦
    • 学会等名
      人工知能学会合同研究会2018 分子生物情報研究会
  • [図書] 分子ロボティクス概論2019

    • 著者名/発表者名
      分子ロボティクス研究会
    • 総ページ数
      302
    • 出版者
      CBI学会出版
    • ISBN
      978-4-9909076-4-8
  • [備考] 東京大学大学院 総合文化研究科先進科学研究機構 / 広域科学専攻 相関基礎科学系柳澤研究室

    • URL

      https://sites.google.com/g.ecc.u-tokyo.ac.jp/yanagisawa-lab/

  • [備考] 岐阜大学工学部化学・生命工学科 池田研究室

    • URL

      http://www1.gifu-u.ac.jp/~mb_chem1/IkedaGroup/index.html

  • [備考] 小長谷研究室 分子ロボット創薬

    • URL

      http://konagaya-lab.com/jp/?page_id=1010

URL: 

公開日: 2019-12-27  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi