2023 Fiscal Year Research-status Report
Multi-channel continuous electrochemical cytosensing based on nucleic acid/peptide/peptide nucleic acids
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22K05155
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Research Institution | Maebashi Institute of Technology |
Principal Investigator |
菅原 一晴 前橋工科大学, 工学部, 教授 (30271753)
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Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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Keywords | ペプチド核酸 / スクリーンプリント電極 |
Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、電極応答アミノ酸残基を有するペプチド/細胞認識シングルストランドDNA(ss-DNA)プローブによりスクリーンプリント金電極に修飾しターゲット細胞をセンシングする取り組みを行った。電極応答を示すシステイン、チロシン、トリプトファンの配列に関しては、互いに隣り合うアミノ酸残基同士で酸化反応における電子の授受がある。合成されたペプチドにおいてもチロシン残基からトリプトファン残基、システイン残基からチロシン残基への電子移動が各残基の酸化応答を促進した。また、システイン、チロシン、トリプトファン残基の配列を1ユニットとすると2から3ユニットとしたペプチドでは、電極応答が増加することが見いだされた。それらのペプチドの電荷、溶解度、親水性等の機能性を考慮して細胞検出に適した電子伝達性ペプチドを選択し細胞と相互作用をもつss-DNAに結合させた。プローブにより数細胞/mLのセンシングを可能とし、マルチプレクサをもちいることで測定の迅速性を高めることができた。 さらに、上記知見をもとに電子伝達性ペプチドにペプチド核酸(PNA)を導入したプローブを合成し、光透過性スクリーンプリント金電極にペプチドのN-末端のシステイン残基を介し固定化した。そのプローブには相補的結合する5-6ベースから成るPNAが存在するため、先の細胞認識ss-DNAと結合した。細胞が存在する場合には、PNAとss-DNAがターゲット細胞に対して競争反応が起こり、電子伝達性ペプチドの電極応答が変化することで細胞の検出が達成された。その検出感度は、数細胞/mLであるが細胞の検出に必要とする時間が短縮され迅速な測定手法となっている。
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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
本年度は、先に昨年度の研究成果をベースに電極応答を示すペプチド配列や構成するアミノ酸残基の種類について酸化応答について考察することで優れたペプチドプローブを見出すことができた。そして、そのプローブにターゲット細胞を選択的に認識するss-DNAをデザインし、電極に結合させることで高感度なセンシング法を開発することに成功している。また、上述のss-DNAの相補的PNAに電子伝達性ペプチドから成るプローブ修飾光透過性スクリーンプリント電極によるサイトセンシングのためにセンサーを考案している。その検出感度は、実用的レベルをクリアーしておりおおむね予定通り研究が進んだものと判断した。
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Strategy for Future Research Activity |
これまでの成果をもとに高機能性PNA/電子伝達性ペプチドを合成しターゲット細胞検出を行なう。例えば、Native KK1B10と相補的に5'-末端側と結合するPNAの塩基配列に対して電子伝達性ペプチドである"CYYYY”を結合させたプローブ"CYYYY-PNA"を作製する。あるいは3'-末端側とハイブリダイゼーションする"PNA"への"YYYYC"を導入するプローブを作る。KK1B10に対してターゲット細微と合成したプローブを競争させることで、細胞の濃度変化によって応答が変化すると考えられるので細胞モニタリングを可能とする。また、電子伝達性PNAとなる塩基の繰り返し配列をもつPNAを5'-末端側と3'-末端のKK1B10を認識するPNAと結合させたプローブも作製して、マルチプレクサを用いることで迅速な細胞センシングを実施する。
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Research Products
(5 results)