Construction and control of macrophage-like molecular robots by digital-to-molecular information transformation

通过数字到分子信息转换构建和控制类巨噬细胞分子机器人

• 批准号: 20H00619
• 负责人: 瀧ノ上 正浩
• 金额: $ 28.87万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H00619/
• 关键词: 分子ロボティクス; DNAナノテクノロジー; 電気化学; 人工細胞; ソフトマター; DNAコンピューター; DNAコンピューティング

本研究では、「マクロファージ型分子ロボット」を構築するとともに、ディジタルの世界と当該分子ロボットをつないで、ディジタルハイブリッドな分子ロボットを構築することを目的としている。本年度は、この目標のため、以下のような研究を推進し、多くの成果を得た。代表者・瀧ノ上は、分担者・佐藤と協力して、DNA液滴を用いたマイクロRNAセンシングができるDNA液滴コンピュータの開発に成功した。また、瀧ノ上は佐藤と協力して分子ロボットの筐体となるDNAゲル・DNA液滴の粘性・表面張力等の基礎物性と塩基配列の関係を詳細に調べ、相転移温度におけるDNAゲル（液滴）の界面張力および粘性が、塩基配列設計により変更可能なことを見出した。また佐藤と瀧ノ上は、DNA液滴が相分離現象により形成される様子を、数値シミュレーションで記述することに成功した。瀧ノ上は分担者・野村と協力し、DNAゲルを用いた分子ロボットの培養細胞との相互作用評価に取り組んだ。その成果として、特異性の高い認識分子を用いることによる細胞の選択的な取り込み挙動を見出し、特許出願中である。野村は、加えて、より巨大かつ磁場による外部操作が可能な分子ロボットシステムとして、cmスケールの人工多細胞構造の自己集合による構築について新たな手法を見出し、報告を行った。さらに、分担者・尾上は瀧ノ上と協力し、ポリアクリルアミドを二本鎖DNAで架橋した合成高分子/DNA混合ゲルを構成し、ヒスタミンアプタマーの鎖置換反応と、DNAヘアピンモノマによる鎖置換カスケード反応による二本鎖DNAの伸長反応により、ヒスタミンに特異的に応答して膨潤するDNAゲルセンサの構築に成功した。分担者・伊野は、瀧ノ上と共同で、DNAゲルを用いたハイドロゲルファイバーを作製し、細胞培養に応用した。また、ハイドロゲル内の細胞機能を電気化学的に計測した。

这项研究旨在建立“巨噬细胞型分子机器人”，并将数字世界与分子机器人联系起来，以构建数字混合分子机器人。今年，我们促进了以下研究以实现这一目标，并取得了许多结果。代表Takinoue与他的Sharer Sato合作，成功地开发了一台DNA Drop计算机，该计算机可以使用DNA液滴进行microRNA传感。此外，Takinoue与Sato合作详细研究了基本物理特性之间的关系，例如粘度和表面张力和DNA液滴的表面张力，这些凝胶和DNA液滴是分子机器人的外壳，以及基本序列，并发现在相位温度下，DNA凝胶的界面张力和DNA凝胶（滴剂）可以通过设计底座的底座进行更改。 Sato和Takinoue还成功地描述了通过数值模拟通过相分离现象形成DNA液滴的方式。 Takinoue与他的共享者Nomura合作，使用DNA凝胶评估了分子机器人和培养细胞之间的相互作用。结果，该公司通过使用高度特定的识别分子发现了细胞的选择性摄取行为，并且专利正在待处理。野村（Nomura）还发现了一种新方法，用于自组装CM规模的人工多细胞结构作为一个分子机器人系统，可以使用磁场在外部进行操作。此外，共享者与Takinoue合作，形成了一种合成聚合物/DNA混合凝胶，其中聚丙烯酰胺与双链DNA交联，并能够构建一个DNA凝胶传感器，并构建一个由链氨基酶散布的群体群体和多重酶的组合反应在对组胺中的特定反应中的反应中膨胀的，这与DNA发夹单体反应。接收者Takinoue与Takinoue合作，使用DNA凝胶创建了水凝胶纤维，并将其应用于细胞培养。此外，通过电化学测量水凝胶中的细胞功能。

项目成果

” DNA ハイドロゲルの遠隔制御技術の開発”

“DNA水凝胶远程控制技术的开发”

• 发表时间: 2022
• 作者: Yasuo Nobuaki;Ishida Takashi;Sekijima Masakazu;佐野仁亮，瀧ノ上正浩
• 通讯作者: 佐野仁亮，瀧ノ上正浩

“DNAナノ構造の物理的構造変化によるDNAオシレータの構築“

“通过DNA纳米结构的物理结构变化构建DNA振荡器”

• 发表时间: 2022
• 作者: Kenji Toyota;Kazuki Usami;Kanta Mizusawa;Tsuyoshi Ohira.;山口将寿，瀧ノ上正浩
• 通讯作者: 山口将寿，瀧ノ上正浩

”Construction of DNA origami capsules using phase-separated droplets as templates”

“使用相分离液滴作为模板构建 DNA 折纸胶囊”

• 发表时间: 2022
• 作者: Nagi Yamashita;Marcos Masukawa;Mayumi Chano;Yusuke Sato;Masahiro Takinoue
• 通讯作者: Masahiro Takinoue

“光による液ーゲル相転移制御を通じたDNA自己集積体の流動性制御“

“通过光诱导液体-凝胶相变控制 DNA 自组装的流动性”

• 发表时间: 2020
• 作者: Nobuyuki Yasuo;Hiroshi Yoda;Masakazu Sekijima;鵜殿寛岳，瀧ノ上正浩
• 通讯作者: 鵜殿寛岳，瀧ノ上正浩

”光化学反応を利用したDNAオリガミカプセルの機能化に向けて”

“利用光化学反应实现 DNA 折纸胶囊的功能化”

• 发表时间: 2022
• 作者: Weng Y.;Maki T.;山下和誼，Marcos Masukawa，茶野真由美，佐藤佑介，瀧ノ上正浩
• 通讯作者: 山下和誼，Marcos Masukawa，茶野真由美，佐藤佑介，瀧ノ上正浩