細胞小器官の組み込みによる人工細胞模型の構築

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25610117
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 野村 慎一郎 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50372446)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 人工細胞モデル / リポソーム

研究実績の概要

本研究は，単離した細胞内小器官を細胞サイズリポソーム（GUV）内に導入する手法を基盤として，新規な人工細胞モデルシステムの創出を目的としている．「GUV-細胞電気融合法」によって，細胞の内部空間にさまざまな人工物質を送り込めることが明らかになり，特許申請を行い，論文に報告した(PLoS ONE誌)．交流電場によって整列させたGUVと細胞に対して，パルス電場を印加することによって細胞膜とリポソーム膜を一時的に融合し，形成される孔を介して人工物が導入される．蛍光ビーズとHeLa細胞を用いて，導入される物質のサイズ依存性をレーザー共焦点顕微鏡，フローサイトメータを用いて調べ，直径1マイクロメートルまでならば細胞内部に導入されることがわかった．またサイズが合えば磁気ビーズやプラスミド，DNAオリガミ，およびこれらの混合液もまとめて導入されうることも明らかになった．本法の利点として，人工物質を，ペプチドタグや正電荷脂質などの化学的なモディファイなしにそのまま細胞内（サイトゾル）に導入できる点，外膜突破やエンドソーム脱出の経路を考えなくてもよい点，等が挙げられる．本件は他の生理活性物質の導入について試験を進めており， PCT出願を準備中である．この成果は，遺伝子導入を伴わない細胞の機能改変や，細胞の機能再構成に大きく貢献するものと考えている．

研究成果

• [雑誌論文] Polymorphic Ring-Shaped Molecular Clusters Made of Shape-Variable Building Blocks (2015)
  • 著者名/発表者名: Keitel Cervantes-Salguero, Shogo Hamada, Shin-ichiro M. Nomura, Satoshi Murata
  • 雑誌名: Nanomaterials 巻: 5 ページ: 208-217
  • DOI: 10.3390/nano5010208
  • 査読あり
• [雑誌論文] Trading polymeric microspheres: Exchanging DNA molecules via microsphere interaction. (2015)
  • 著者名/発表者名: Morimoto, N., Muramatsu, K., Nomura, S.-I. M., & Suzuki, M.
  • 雑誌名: Colloids and Surfaces B-Biointerfaces 巻: 128C ページ: 95-99
  • DOI: 10.1016/j.colsurfb.2015.02.014.
  • 査読あり
• [雑誌論文] DNAナノテクノロジーのためのアウトリーチツールの開発と評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 吉澤 慧，藤原 慶，野村 M. 慎一郎，村田 智
  • 雑誌名: 形の科学会誌 巻: 29(2) ページ: 87-96
  • 査読あり
• [雑誌論文] Introducing Micrometer-Sized Artificial Objects into Live Cells:A Method for Cell-Giant Unilamellar Vesicle Electrofusion (2014)
  • 著者名/発表者名: Akira C. Saito, Toshihiko Ogura, Kei Fujiwara, Satoshi Murata, Shin-ichiro M. Nomura
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 9(9) ページ: e106853
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0106853
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Reconstitution of intracellular environments in vitro and in artificial cells (2014)
  • 著者名/発表者名: Kei Fujiwara, Miho Yanagisawa and Shin-ichiro M. Nomura
  • 雑誌名: BIOPHYSICS 巻: 10 ページ: 43-48
  • DOI: 10.2142/biophysics.10.43
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] dipalmitoylglyceryl poly(N-isopropylacryla- mides) vesicles : real-time morphology observation in aqueous suspension and in the presence of giant liposomes (2014)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Morimoto, Yu Sasaki, Kouki Mitsunushi, Evgeniya Korchagina, Tetsuichi Wazawa, Xing-Ping Qiu, Shin-ichiro M. Nomura, Makoto Suzuki, Françoise M. Winnik
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 50 ページ: 8350-8352
  • DOI: 10.1039/C4CC03199G
  • 査読あり
• [雑誌論文] 細胞のメカノトランスダクション研究の新技法提案：リポソームから細胞内への「巨大」人工物導入法 (2014)
  • 著者名/発表者名: 齋藤 C. 明，野村 M. 慎一郎
  • 雑誌名: 細胞工学 巻: 33(9) ページ: 928-933
• [学会発表] 人工細胞工学と分子ロボティクス (2015)
  • 著者名/発表者名: 野村 M. 慎一郎
  • 学会等名: 平成26 年度 高分子学会東北地区先端高分子セミナー
  • 発表場所: 岩沼屋，仙台市
  • 年月日: 2015-03-09
  • 招待講演
• [学会発表] Designing an Artificial Ion Channel From DNA origami (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Hirahara, Ibuki Kawamata, Satoshi Murata, Shin-ichiro M. Nomura
  • 学会等名: CBI学会2014年大会
  • 発表場所: タワーホール船堀,東京
  • 年月日: 2014-11-28 – 2014-11-30
• [学会発表] Single-molecular Activity Measurement of Enzymes Attached to DNA origami (2014)
  • 著者名/発表者名: Ban Okabayashi, Ibuki Kawamata, Shin-ichiro M. Nomura, Satoshi Murata
  • 学会等名: CBI学会2014年大会
  • 発表場所: タワーホール船堀,東京
  • 年月日: 2014-11-28 – 2014-11-30
• [学会発表] Introduction of DNA nanostructures and multiple µm-sized objects into live cells by a novel cell-GUV electrofusion method (2014)
  • 著者名/発表者名: Akira C. Saito,Toshihiko Ogura, Satoshi Murata, and Shin-ichiro M. Nomura
  • 学会等名: CBI学会2014年大会
  • 発表場所: タワーホール船堀,東京
  • 年月日: 2014-11-28 – 2014-11-30
• [学会発表] 律移動型人工アメーバの構築 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中 義明，平塚 祐一，野村 M. 慎一郎
  • 学会等名: 細胞を創る研究会7.0
  • 発表場所: 東京大学弥生会館，東京
  • 年月日: 2014-11-13 – 2014-11-14
• [学会発表] 分子アメーバの構築に向けて (2014)
  • 著者名/発表者名: 野村 慎一郎, 田中 義明，平塚 祐一，藤原 慶，村田 智
  • 学会等名: 第6回マイクロ・ナノ工学シンポジウム
  • 発表場所: くにびきメッセ、島根県
  • 年月日: 2014-10-21
• [学会発表] 細胞―GUV電気融合法による複数種マイクロメートルサイズ人工物の同時導入 (2014)
  • 著者名/発表者名: 齋藤 明,小椋 利彦, 野村 慎一郎
  • 学会等名: 第3回生命医薬情報学連合大会(IIBMP2014)
  • 発表場所: 仙台国際会議場，仙台
  • 年月日: 2014-10-02 – 2014-10-04
• [学会発表] Introducing micro-meter size objects into live cells mediated by cell-GUV electro fusion (2014)
  • 著者名/発表者名: 齋藤 明，小椋 利彦, 藤原 慶, 村田 智, 野村 M. 慎一郎
  • 学会等名: 第52回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター，札幌
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] Toward creating an autonomous mobile artificial amoeba (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中 義明, 平塚 祐一, 藤原 慶, 村田 智, 野村 M. 慎一郎
  • 学会等名: 第52回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター，札幌
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] 自律移動型人工アメーバの構築に向けて (2014)
  • 著者名/発表者名: 野村 M. 慎一郎, 田中 義明，平塚 祐一，藤原 慶，村田 智
  • 学会等名: 第63回高分子討論会
  • 発表場所: 長崎大学，長崎
  • 年月日: 2014-09-24
• [学会発表] 細胞-GUV電気融合法による巨大人工物導入について (2014)
  • 著者名/発表者名: 齋藤 明，小椋 利彦, 藤原 慶, 村田 智, 野村 M. 慎一郎
  • 学会等名: 第54回生物物理若手の会
  • 発表場所: 西浦温泉ホテルたつき，名古屋
  • 年月日: 2014-08-08 – 2014-08-11
• [学会発表] Simultaneous and efficient introduction of multiple micrometer-sized objects into live cells by a novel cell-GUV electrofusion technique (2014)
  • 著者名/発表者名: Akira C. Saito, Toshihiko Ogura, Kei Fujiwara, Satoshi Murata, Shin-ichiro M. Nomura
  • 学会等名: IUPAB 2014 International Biophysics Congress
  • 発表場所: Brisbane, Australia
  • 年月日: 2014-08-03 – 2014-08-07
• [学会発表] Molecular Robotics: Toward Creating an Autonomous Artificial Amoeba (2014)
  • 著者名/発表者名: NOMURA M. Shin-ichiro
  • 学会等名: ALIFE14
  • 発表場所: NY, USA
  • 年月日: 2014-07-30
• [学会発表] RNA membrane vesicle: micro compartment structure made by designed RNA molecules (2014)
  • 著者名/発表者名: Shin-ichiro M. NOMURA, Hirohide SAITO, Masahiro TAKINOUE, Kei FUJIWARA, Hirohisa OHNO
  • 学会等名: Open Questions on the Origin of Life
  • 発表場所: IIAS, Kyoto
  • 年月日: 2014-07-12 – 2014-07-13
• [学会発表] Introducing Large DNA Nanostructures Into Livnig Cells mediated by Cell-GUV Electrofusion (2014)
  • 著者名/発表者名: A.C. Saito, T. Ogura, S. Murata, S.-i. M. NOMURA
  • 学会等名: FNANO14
  • 発表場所: Snowbird, USA
  • 年月日: 2014-04-14 – 2014-04-17
• [学会発表] Cellcrawler: Giant Magnetoliposome Controlled by External Rotating Magnetic Field (2014)
  • 著者名/発表者名: D. Komatsu, A.C. Saito, K. Fujiwara, S. Murata, S.-i. M. NOMURA
  • 学会等名: FNANO14
  • 発表場所: Snowbird, USA
  • 年月日: 2014-04-14 – 2014-04-17