| 研究課題/領域番号 |
19KK0129
|
|---|
| 研究機関 | 大阪府立大学 |
|---|
研究代表者 |
許 岩 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90593898)
|
|---|
| 研究分担者 |
仲村 英也 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00584426)
萩原 将也 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 理研白眉研究チームリーダー (00705056)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2019-10-07 – 2023-03-31
|
| キーワード | ナノ流体デバイス / １細胞 / ナノ粒子 / 生体分子計数 / 情報 / 3Dナノ電気穿孔法 / シミュレーション / 細胞内送達 |
|---|
| 研究実績の概要 |
本研究の目的は，我々日本側研究者の独自のナノ流体デバイス技術，１細胞操作技術およびナノ物質輸送理論に基ついて，北米・アジアの研究グループとの共同研究を通じて，「１細胞内標的生体分子の収集」という申請者が提案した１細胞情報の二次元化におけるボトルネック的な課題を解決し，体積がわずか pLしかない１細胞の分子情報を容易に高精度かつハイスループットで抽出できる１細胞情報の二次元化技術の創出を加速させることである．
令和元年度（２０１９年度）は，＜共同研究項目A＞１細胞内標的生体分子の収集のためのナノ粒子の細胞内送達技術及び理論の確立に取り組んだ．研究者は２０１９年１２月末から２０２０年１月初まで中国北京航空航天大に直接出向き，同大学Chang教授が開発した3Dナノ電気穿孔法を習得し，Chang教授の研究室で細胞内へ大量のナノ粒子（量子ドット）の瞬時注入手法の構築を探索した． 3Dナノ電気穿孔法を用いて量子ドットを細胞内送達するための条件出す実験を行い，関連操作条件をある程度で明らかにした．明らかにした条件の下で量子ドットの細胞内への効率的な送達に成功した．また，１細胞内に標的生体分子を収集するためのナノ粒子の細胞内送達理論の構築に向けて，細胞膜(リン脂質2重膜)に電場を印可した際に起こる電気穿孔現象のコンピューターシミュレーションを実施した．サイズが19nm四方で，両イオン性と負帯電性のリン脂質分子と，溶媒分子から構成される計算系を構築し，粗視化分子動力学法を計算方法に用いてシミュレーションモデルを構築した．その結果，まず，ある強度以上の電場を印可した際に，親水性の膜貫通孔が生成する現象を解散することに成功した．さらに，生成した膜貫通孔の投影面積を定量化し，印可膜電位と膜貫通孔の関係性を明らかにした．
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
令和元年度（２０１９年度）は，研究実績の概要で述べたように，計画した＜共同研究項目A＞１細胞内標的生体分子の収集のためのナノ粒子の細胞内送達技術及び理論の確立に取り組んだため，当初に計画した主な研究内容を実施し，当初の主な目的を達成したと言える．その一方で，当初計画した２０２０年３月に米国ペンシルベニア州立大のWang教授の研究室で行う共同研究が，新型コロナウイルスのパンデミックのため，来年度に延期せざるを得なくなった． 従って、不可抗力とも言える新型コロナウイルスのパンデミックの事情があったものの，当初計画よりやや遅れていると判断した．
|
| 今後の研究の推進方策 |
令和２年度（２０２０年度）は，令和元年度（２０１９年度）に研究代表者が中国北京航空航天大のChang教授の研究室で3Dナノ電気穿孔法を用いた量子ドットの細胞内送達の条件出し実験結果を踏まえ，改めてChang教授の研究室に出向いて操作パラメーターの詳細な検討を行い，量子ドットの細胞内送達の高効率化のための操作条件を明らかにする．そして，量子ドットよりサイズが大きいポリスチレン（PS）ナノ粒子の3Dナノ電気穿孔法による細胞内送達に取り組み，大量のPSナノ粒子の細胞内へ瞬時注入手法を探索する．同時に，令和元年度（２０１９年度）に行った理論計算により見出した知見に基づいて、コンピューターシミュレーションを用いて実験パラメーターの最適値を予測し、提案手法を理論と技術の両面より構築する．また，新型コロナウイルス感染症が世界的に収束し，アメリカへの渡航が解禁され，健康が確保できれば，研究代表者らは米国ペンシルベニア州立大のWang教授の研究室に出向いて，生体分子を特異的に捕獲するためのバイオテリアルの設計や調製を習得し，細胞内生体分子情報を収集するためのナノバイオ界面の構築に取り組む．尚，海外での研究活動を効率かつ円滑的に実施するために，上述した研究内容に関わる必要な条件検討実験を研究代表者らの研究室で積極的に実施し，さらにナノ流体デバイスを大量作製しておいて，事前に万全な準備を揃える．
|
| 次年度使用額が生じた理由 |
数値計算の実施において，当初の想定よりも低負荷な条件で初期検討用のシミュレーションを実施することができたため，予定していたソフトウェアの拡充の費用を抑えることができた．そのため，次年度使用額が生じた．一方，次年度は数値計算の検討項目が増えるため，ソフトウェアおよび計算機の拡充が必須である．そこで，この次年度使用額は，来年度の数値計算に必要な物品および消耗品の購入に充てることを計画している．
|
