2020 Fiscal Year Annual Research Report
A study of protein corona formation using purified carbon nanotubes
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18H01809
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
平野 篤 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (90613547)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
亀田 倫史 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 主任研究員 (40415774)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | タンパク質 / カーボンナノチューブ / タンパク質コロナ / 分子動力学計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、独自技術によって得られた超高純度カーボンナノチューブを用いて、カーボンナノチューブとタンパク質からなるタンパク質コロナの形成機構を解き明かすことを目的としている。カーボンナノチューブなどのナノ粒子が環境中から生体内に取り込まれた直後に形成されるタンパク質コロナの構造は、ナノ粒子の生体内動態を決定づける因子であり、ナノ粒子の安全性と深く関わっている。
本年度は予定通り、分子動力学計算を用いて、ナノカーボンを含む芳香族平面とアミノ酸残基の相互作用の新規指標の提案を行った。具体的には、ナノカーボンとアミノ酸の結合自由エネルギーを定量化し、それらの値を規格化した値を指標とした。この指標は芳香族表面に対するアミノ酸側鎖の親和性を示すものであり、その値を用いることで、ナノカーボンに対する任意のタンパク質表面の親和性を可視化することに成功した。さらに、非芳香族性の有機溶媒中へのアミノ酸誘導体の溶解度を調べることで、非芳香族性分子とアミノ酸側鎖の親和性を定量化した。その結果、非芳香族性分子とアミノ酸側鎖の親和性が、芳香族性表面とアミノ酸側鎖の親和性とは異なる傾向を示すことを見出した。さらに、無機材料であるジルコニア表面へのアミノ酸の親和性を調べたところ、ジルコニア表面には塩基性アミノ酸が高い親和性を示すことが明らかになった。この成果は、タンパク質コロナ形成原理の理解のみならず、その予測にも貢献するものであると期待している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度の結果を踏まえ、計画通りにナノカーボンと各種アミノ酸の相互作用の指標化を行った。また、アルコールなどの非芳香族性分子とアミノ酸側鎖の親和性も計画通りに明らかにした。これらの成果は、タンパク質コロナ形成原理の理解とその予測に役立つと期待している。
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| Strategy for Future Research Activity |
分子動力学計算によって明らかになったナノカーボンと各種アミノ酸の相互作用の実験的検証をさらに進めていく予定である。非芳香族分子とアミノ酸の相互作用の実験的検証も継続して行う。そのほか、カーボンナノチューブとタンパク質の化学反応についても引き続き調査を行っていく予定である。
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