FRETを利用した生体適合性張力センサー材料の開発

利用 FRET 开发生物相容性张力传感器材料

• 批准号: 20J14073
• 负责人: 谷田部 和貴
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: The University of Electro-Communications
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J14073/
• 关键词: メカノクロミック材料; 蛍光共鳴エネルギー移動(FRET); エキシマー蛍光; メカノバイオロジー; ペプチド; 生体適合性高分子材料; FRET

近年、変形や疲労によって生じる材料の内部歪みを光学的に検出可能なメカノクロミック材料の開発が、盛んに行われている。中でも、細胞歪みの三次元的な解析を課題とするメカノバイオロジー分野において、そのような材料に生体適合性を持たせることで、細胞培養の足場材料へと変換することが渇望されている。今年度は、ヒドロゲル共重合体と、蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)を起こす蛍光色素ペアが修飾されたDNAとを共有結合で架橋させて複合材料化し、ヒドロゲルの変形による蛍光色調の変化を鋭敏に検出することを試みた。具体的には、蛍光ドナー（フルオレセイン）および蛍光アクセプター（TAMRA）を、ヘアピン型二本鎖を形成するDNAの両末端に導入し、ラジカル重合にてポリアクリルアミドゲル内に導入したのちに、外部から応力をかけたところ、蛍光色調の変化が観測された。当初の予想通り、ヒドロゲルが受ける歪みとFRET比とが対応していることが示唆された。しかしながらこの時点で、Walther先生らのグループより、ほぼ同一概念の論文が掲載されてしまったため（ACS Macro Lett., 671 (2021)）、当該研究の分子設計の抜本的な変更を余儀なくされた。善後策として、2分子のナフタルイミド誘導体同士をリンカーでつなぎ、ナフタルイミド誘導体の両端にアジド基を導入したプローブを合成した。ナフタルイミド誘導体はエキシマー蛍光を示すことが知られており、外部から応力をかける際に、エキシマー型からモノマー型に変化して蛍光色が変化することを狙ったものである。同プローブの合成、精製、同定を行ったのち、クリックケミストリー経由でヒドロゲル共重合体と共有結合で架橋させて複合材料化し、同様に蛍光顕微鏡にて追跡を行った。現在の所、予想した蛍光色調の変化は観測されておらず、今後、分子設計または測定系の再検討/再構築を行う予定である。

近年来，机械色素材料已经有很多开发，这些材料可以光学地检测到由变形或疲劳引起的材料的内部变形。其中，在机械生物学领域，在三维中分析细胞菌株的挑战，迫切需要通过使其生物相容性将这些材料转化为脚手架材料，以供细胞培养物。今年，我们共价交联的水凝胶共聚物和DNA用荧光染料对修饰，该染料对导致荧光谐振能量传递（FRET）形成复合材料，并试图检测由于水凝胶变形而导致的荧光张力变化。具体而言，在DNA的两端引入了荧光供体（荧光素）和荧光受体（TAMRA），形成发夹型双链，然后通过自由基聚合引入到聚丙烯酰胺凝胶中，然后遭受外部应力，从而导致荧光色层的变化。正如最初预测的那样，建议水凝胶所经历的菌株对应于FRET比率。但是，在这一点上，Walther教授和其他人（ACS Macro Lett。，671（2021））发表了一篇几乎相同概念的论文，该论文迫使研究的分子设计迫使它发生了根本性的变化。作为对策，将两个萘酰亚胺衍生物的分子与接头连接在一起，并合成探针，其中在萘酰亚胺衍生物的两端引入了叠氮化物基团。已知萘酰亚胺衍生物会表现出准分子荧光，并旨在在从外部施加应力时将荧光颜色从准分子变为单体。合成后，纯化和识别探针后，通过单击化学将探针与水凝胶共聚物共价交联，以形成复合材料，并通过荧光显微镜进行类似的跟踪。目前，尚未观察到荧光音调的预期变化，我们计划将来重新考虑/重建分子设计或测量系统。

项目成果

蛍光イメージングによってひずみ測定が可能なメカノクロミックヒドロゲル

允许通过荧光成像测量应变的力致变色水凝胶

• 发表时间: 2020
• 作者: Komuro Hiroaki;Yamazoe Masahiro;Nozaki Kosuke;Nagai Akiko;Sasano Tetsuo;谷田部 和貴
• 通讯作者: 谷田部 和貴