| 研究課題/領域番号 |
21K05014
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| 研究機関 | 崇城大学 |
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研究代表者 |
田丸 俊一 崇城大学, 工学部, 教授 (10454951)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 超分子 / 多糖 / らせん構造 / グリコサミノグリカン / 分子認識 |
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| 研究実績の概要 |
前年度までに、らせん性多糖であるカードランの側鎖に抗生物質を導入した半人工多糖の合成法を確立し、様々な抗生物質導入率を持つ抗生物質導入カードランが、多糖側鎖への導入による抗生物質の集積・局所濃度の増加に伴う多価効果の発現によって、抗菌活性が増強されていることを示唆する研究成果を得ていた。そこで、本年度は多価効果の発現についてより詳細に検討し、その成果を高感度検出系へと応用することを目指して、カードランの側鎖に多価効果に基づくシグナル増強ユニットとなるマンノースと標的物質の検出ユニットとなるビオチンを導入した新しいカードラン誘導体の合成を進めた。これまでに目標化合物の最終過程までの合成が進行し、十分量の目標化合物が得られ次第、機能評価に移行する。
さらに、水溶性ポリチオフェン(PT-1)を利用したアニオン性多糖の識別系の構築について検討した。中性条件でPT-1水溶液に1-ピレンスルホン酸(1-PyS)水溶液を添加するとPT-1/1-PyS超分子錯体の形成に伴い、黄色から紫色への色調変化を示すことが明らかとなった。このPT-1/1-PyS超分子錯体の形成と解離に基づく大きな色調変化に着目し、グリコサミノグリカン類を含む、種々のアニオン性多糖に対する検出を検討した結果、2糖ユニットに存在するスルホ基の数が多いほど、より低濃度でより大きな色調変化を示すことが明らかとなった。この系を利用することで応答濃度と色調変化の大きさからアニオン性多糖の識別が可能であることが示された。一方、酸性条件で、PT-1とアニオン性多糖との錯形成では、上記とは逆にスルホ基を持たないヒアルロン酸が選択的に大きな色調変化を発現することを見出した。以上より、PT-1を用いたアニオン性多糖の識別は、その条件を変えることで、任意の標的の検出に運用できることが明らかとなった。
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| 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
前年度までにカードランの側鎖にアミロースを導入した半人工樹状多糖を用いて、光捕集系の構築に成功している。また、同研究で培った合成技術を応用して、側鎖に抗生物質を導入したカードラン誘導体を開発し、その抗菌活性の評価と薄膜にすることでの材料化について一定の知見を得ていた。その中で、カードランの側鎖に上記の機能性分子を導入したことによって、それらの局所濃度を増加させ、その結果として多価効果の発現が、機能発現に寄与していることが示唆された。本課題研究では、上記の知見に関する理解を深めるとともに、多価効果をシグナル増強系へと応用することで、シグナル増強型の高感度検出系開発の新しい戦略を提案する事を目指して、カードラン上に検出ユニットとシグナル増強ユニットを導入した新しいカードラン誘導体を設計した。本年度は本研究の初年度として、目標化合物の合成を最終段階まで進め、目標化合物の精製を確認するに至った。得られた量は研究を進める上では不十分であり、今後、合成段階の最適化を行う必要があるものの、目標化合物の合成法をある程度確立することに成功した。
新たに、π共役系高分子とπ共役系小分子から形成される超分子複合体を用いたグリコサミノグリカン類の識別系の構築に成功し、超分子複合体の形成とアニオン性多糖の添加に伴う、超分子構造の再構築によって、明瞭な色調変化が誘導されることを見出した。これは、π共役系高分子が示す分光学特性が自身のコンフォメーション変化に鋭敏に応答することに起因しており、このコンフォメーション変化を有機小分子やアニオン性多糖類が持つ構造的多様性に基づいて変化させる事で、高分子・超分子複合体からなる新しい検出系や刺激応答材料開発に展開可能であることを示すことが出来た。グリコサミノグリカン類の識別は、手術用薬剤などの品質調査に重要であることから、医療に貢献し得る有用なものと言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
抗生物質導入カードランによる抗菌活性増強効果における多価効果の寄与度とカードランがもつ三重らせん構造の重要性についてより詳細に明らかにする事で、多価効果を利用した分子集積化と、病原性菌類に対する親和性の向上に関する知見を得る。このために、抗生物質導入カードランの水溶性の向上を検討し、十分な水溶性が得られたカードラン誘導体について、三重らせん構造形成状態を制御しつつ、抗菌活性との相関を明らかにする。さらに、この多価効果の発現をシグナル増幅型の物質検出系へと応用することで、ウイルスなど、早期の検出が望まれる様々な標的に対して汎用的に活用できる、高感度検出系の構築を目指す。このために、すでに確立しつつある目標化合物の合成を完了させる。さらに、得られた目標化合物を用いて、検出ユニットとシグナル増幅ユニットが連動することによって多価効果を発現させるための条件の最適化を行い、シグナル増幅を達成するために必要な構造条件に対する知見を深める。この過程においてもカードランを母体とする有用性を評価するために、三重らせん構造形成状態を制御しつつ、シグナル増強の発現との相関を明らかにする。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
2022年１月末に研究実施に不可欠な防爆冷凍冷蔵庫が故障し、買換の必要性に迫られ、購入の手続きを進めたが、現在の社会情勢等も相まって、令和3年度内での納品が間に合わなかったため、該当する金額が令和3年度では未使用として残った。
当該の物品は、令和4年度初頭に納品が確実であるため、この使用計画のまま速やかに使用する。
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