| 研究課題/領域番号 |
23310088
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| 研究機関 | 日本電信電話株式会社ＮＴＴ物性科学基礎研究所 |
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研究代表者 |
住友 弘二 日本電信電話株式会社ＮＴＴ物性科学基礎研究所, 機能物質科学研究部, 主幹研究員 (30393747)
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| 研究分担者 |
鳥光 慶一 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00393728)
樫村 吉晃 日本電信電話株式会社ＮＴＴ物性科学基礎研究所, 機能物質科学研究部, 研究主任 (90393751)
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| 研究期間 (年度) |
2011-11-18 – 2015-03-31
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| キーワード | 膜タンパク質 / 生体膜 / ナノバイオデバイス / AFM / 機械刺激 |
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| 研究概要 |
（1）デバイスの構築と膜タンパク質の機能化について検討を進めた．デバイス構造の最適化を進め，イオンリークを低減し，S/N比の向上をはかった．また，同時に，微小井戸内へのハイドロゲルの封入を行い，脂質二分子膜でのシールを実現した．ハイドロゲルの封入により，巨大ベシクルを用いることなく，タンパク質を含む脂質膜ベシクル（プロテオリポソーム）で直接シールすることが可能になった．膜タンパク質の配置に関して，その自由度が著しく増大した．膜タンパク質に関しても，セルラインの導入をはかり，安定に高濃度の膜タンパク質を利用できるようになってきた．
（2）機械刺激に対する応答に関しては，微小井戸をシールする脂質二分子膜に浸透圧差によりストレスを与え，脂質膜の形状変化を共焦点顕微鏡を用いる事で直接観察する事に成功した．エンドサイトーシス様の構造変化を人工的に模すことが可能になる．膜タンパク質の機能変化と併せて，さらに検討を進める予定である．
（3）ナノバイオデバイス上での神経細胞の成長については，表面形状および化学修飾による成長制御を試みた．ナノピラー形状を形成することで，軸索の成長の制御に可能性を見出した．走査電子顕微鏡（SEM）と集束イオンビーム（FIB）を組み合わせて用いる事で，基板との成長界面の評価を進めた．さらに，神経細胞を生きたままで観察するために走査イオンコンダクタンス顕微鏡（SICM）の導入を行った．化学刺激を受けてアポトーシスを起こす過程のライブセルイメージングに成功した．SICMでは，プローブが試料に対して完全に非接触での観察が可能であるため，極微弱な機械刺激の応答の観察に期待できる．
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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
膜タンパク質のデバイスへの配置や機能計測については，進展が見られた．ナノバイオデバイスにおける電気生理計測に関しては，未だいくつかの課題が残るが，デバイス構造の最適化等も進んでいる．表面修飾（金リングの形成）により自己組織膜を形成し，イオンリークの低減を実現した．静電引力によるベシクル融合の制御も実現したことで，膜タンパク質を含むベシクル（プロテオリポソーム）をナノバイオデバイスに効率的に融合し，膜タンパク質を配置する事にも目途が立った．
膜タンパク質の抽出と精製には，未だ課題が残る．デバイスの形成に十分な膜タンパク質を，安定に高濃度で得る事は容易ではなかった．今年度，膜タンパク質を強制発現したセルラインの導入を進め，その解決に努めた．抽出した膜タンパク質の機能計測のための電気生理計測についても，システムの環境は確立され，活性の確認がなされた．今後，適用可能な膜タンパク質の種類を増やすことも検討する．
ナノバイオデバイスと生細胞の融合に関しては，SICMの導入によりプローブと細胞の間の機械的な相互作用を完全に排除した状態でのライブセルイメージングに成功した．今後，極微小な機械刺激への応答を計測するように，イメージングおよび機能計測を進めていく．神経細胞の成長制御に関しても，ナノピラー構造による成長制御に目途が立った．
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| 今後の研究の推進方策 |
（1）デバイスの構築と膜タンパク質の機能化については，セルラインから抽出し人工脂質膜に再構成した膜タンパク質の，ナノバイオデバイスへの配置と機能計測を進める．機能の安定な発現が期待できるような，抽出・精製・再構成のプロセスの確立を進める．同時に，ナノバイオデバイスのさらなるS/Nの向上をはかり，シングルチャネルでの機能計測を最終的に目指す．
（2）機械刺激に対する応答に関しては，微小井戸内外の浸透圧差による膜刺激に関して，定量的な考察を進める．走査型イオンコンダクタンス顕微鏡を用いた架橋膜観察を，蛍光観察と同時に行う事で，現象の解明を目指す．一方で，微小井戸に封入したハイドロゲルの機能化を目指す．光や電位によって構造変化を引き起こすような分子と組み合わせ，ハイドロゲルの構造変化による脂質膜や膜タンパク質の機械刺激を検討する．
（3）神経細胞の成長の条件についても，さらに検討を進める．表面ナノ構造と表面化学修飾の最適化を進め，ナノバイオデバイスと生細胞（神経細胞）との融合を進めていく．SICMによる極微小な機械刺激へ神経細胞の応答を，イメージングおよび同時蛍光観察による機能計測と併せて進めていく．
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