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腸内細菌と中枢神経機能との関連に着目する脳腸内細菌軸に基づく、神経疾患の病理解明、治療法の開発、早期診断指標の模索への試みが近年注目されている。腸内細菌叢の組成の解析が脳腸内細菌軸の一部を解明する成果を挙げているが、ゲノム/トランスクリプトーム解析を主とした既往の手法は煩雑かつ高コストである。本研究課題では、疾患に関連した腸内細菌叢の組成変容に着目し、これを簡便に可視化できるようなイメージング技術の開発を目指す。腸内細菌のイメージング技術は未だ開発途上にあり、低分子蛍光色素により細胞膜をラベル化する既往の手法は蛍光輝度の向上と細胞膜の機能維持がトレードオフにあるという課題を有する。本研究課題では蛍光分子をナノ粒子として集積化することによる、細胞膜の機能に影響しないラベル化技術を提案する。
本研究課題では、腸内細菌叢の組成の変容をリアルタイムで簡便にモニタリングできる新規イメージング技術の開発を行う。蛍光プローブをナノ粒子として集積化した有機半導体ポリマーナノ粒子(PDot)は高輝度なため、低分子蛍光色素のように細胞膜上に無数の蛍光分子を修飾せずに腸内細菌を可視化することができる。PDotを用いて腸内細菌をラベル化することにより、腸内細菌の増加に伴う1細胞あたりの蛍光輝度の減少、腸内細菌の減少に伴う系全体における蛍光輝度の減少を指標として菌組成の変容の観測を目指した。
腸内細菌の機能を阻害せずにラベル化するために、PDotのサイズの最適化は重要である。本研究課題では、まず、15~200 nmという広範囲で精密にPDotのサイズを制御する合成手法を確立した。さらに、腸内細菌を特異的にラベル化するためには、PDotの表面の制御が必要である。そこで、機能性分子の一つであるDNAと、非特異的な相互作用を抑制するPEGのPDotへの修飾手法を検討した。
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