バイオ人工筋肉の制御分子パーツの開発とマイクロロボットへの実装

生物人工肌肉控制分子部件的开发及其在微型机器人上的实现

基本信息

批准号：
21H01288
负责人：
平塚祐一
金额：
$ 11.23万
依托单位：
Japan Advanced Institute of Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、分子レベルから構築される光造形可能なバイオ人工筋肉に、新たに制御分子パーツを設計・導入することにより、印刷・外部操作可能なマイクロロボットを実現することである。最近我々は生体の分子モータを遺伝子工学的に改造することにより、光照射により水溶液中の特定の部位に人工筋肉を造形させることに成功した。この人工筋肉を利用して大きさ数ミリメートルの機械構造を駆動させることに成功しており、マイクロロボットの3次元光造形の可能性を開いた。しかし、これらのデバイスは光照射後の一回の収縮のみで実用化には遠かった。動力源である生体分子モータを光や電気といった人工的な信号で制御するのは困難であったため、制御系は未開拓だった。本研究では、生体分子モータの運動と光信号のインターフェースとなる分子パーツ群を遺伝子工学的に設計・構築することにより、光造形可能で且つ光操作可能な人工筋肉を構築し、生体分子で駆動するマイクロロボットの開発を本格化する。本年度は昨年度に引き続き、人工筋肉の光制御をめざし構成分子、特に駆動分子であるキネシンを遺伝子工学的に改変した人工キネシンを多数作成し、それらの性質・機能を解析した。さらに、それらの知見を元に植物の光屈性に関与するタンパク質(光センサー部位:LOV2)と融合させた運動制御可能な人工キネシンの作成および解析に取り組んだ。多数作成した変異体のうち、in vitro motility assay において、光照射により運動能を制御できる変異体を見出すことができた。

这项研究的目的是通过设计并将新的控制分子部件引入生物人工肌肉中，实现一种可以打印和外部操纵的微型机器人，该生物人工肌肉可以从分子水平构建并可以使用立体光刻技术制造。最近，通过基因工程改造生物分子马达，我们成功地利用光照射在水溶液中的特定部位形成了人造肌肉。他们成功地利用这种人造肌肉来驱动几毫米大小的机械结构，开启了微型机器人3D立体光刻的可能性。然而，这些装置距离实际应用还很远，因为它们在受到光照射后仅收缩一次。该控制系统尚未被探索，因为很难用光或电等人工信号来控制作为动力源的生物分子马达。在这项研究中，我们将利用基因工程来设计和构建一组分子部件，作为生物分子马达的运动和光学信号之间的接口，从而构建可以通过光打印和光学操纵和驱动的人造肌肉。我们将开始全面开发微型机器人今年，继去年的基础上，我们通过对组成分子特别是驱动分子驱动蛋白进行基因改造，创造了一批人工驱动蛋白，以光学控制人造肌肉为目的，并分析了它们的性质和功能。此外，基于这些发现，我们创建并分析了一种人工驱动蛋白，它可以通过与参与植物向光性的蛋白质（光传感器位点：LOV2）融合来控制运动。在我们创建的许多突变体中，我们发现了一种可以通过体外运动测定通过光照射来控制运动的突变体。