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

基本信息

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

项目摘要

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。

在本研究中，我们的目标是构建一个“巨噬细胞型分子机器人”，并将该分子机器人与数字世界连接起来，构建一个数字混合分子机器人。今年，为了实现这一目标，我们推进了以下研究并取得了很多成果。泷上代表与同事佐藤合作，成功开发了一种 DNA 液滴计算机，可以使用 DNA 液滴进行 microRNA 传感。此外，泷上与佐藤合作，详细研究了作为分子机器人外壳的DNA凝胶和DNA液滴的粘度和表面张力等基本物理性质与碱基序列之间的关系，并研究了DNA凝胶与DNA液滴之间的关系。我们发现通过设计碱基序列可以改变液滴的界面张力和粘度。 Sato 和 Takinoue 还利用数值模拟成功地描述了通过相分离现象形成 DNA 液滴的过程。 Takinoue 与他的同事 Nomura 合作，评估使用 DNA 凝胶的分子机器人与培养细胞的相互作用。结果，我们发现了细胞使用高度特异性识别分子的选择性摄取行为，目前正在申请专利。此外，野村发现并报道了一种通过自组装构建厘米级人工多细胞结构的新方法，作为分子机器人系统，该系统更大并且可以使用磁场进行外部操纵。此外，合著者Onoue与Takinoue合作构建了一种合成聚合物/DNA混合凝胶，其中聚丙烯酰胺与双链DNA交联，以及组胺适体的链置换反应和DNA发夹的链置换级联反应我们成功构建了一种 DNA 凝胶传感器，该传感器通过双链 DNA 的延伸反应响应组胺而膨胀。合作者 Ino 与 Takinoue 合作，利用 DNA 凝胶制造水凝胶纤维，并将其应用于细胞培养。还通过电化学方法测量了水凝胶内的细胞功能。

项目成果

期刊论文数量（76）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

佐藤佑介Researchmap

佐藤佑介研究图

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Sequence-dependent fusion dynamics and physical properties of DNA droplets

DNA 液滴的序列依赖性融合动力学和物理特性

DOI：
10.1039/d3na00073g
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
4.7
作者：
Sato Yusuke;Takinoue Masahiro
通讯作者：
Takinoue Masahiro

Construction of Artificial Cell-type Molecular Robots

人工细胞型分子机器人的构建

DOI：
10.2142/biophys.62.178
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
IWABUCHI Shoji;FUKAMI Noriki;SATO Yusuke;NOMURA Shin
通讯作者：
NOMURA Shin

Quantification of the effect of site-specific histone acetylation on chromatin transcription rate

位点特异性组蛋白乙酰化对染色质转录率影响的定量

DOI：
10.1093/nar/gkaa1050
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
14.9
作者：
Wakamori Masatoshi;Okabe Kohki;Ura Kiyoe;Funatsu Takashi;Takinoue Masahiro;Umehara Takashi
通讯作者：
Umehara Takashi

”水性二相分離液滴をテンプレートとしたDNAオリガミカプセルの機能化”

“使用水性两相分离液滴作为模板实现 DNA 折纸胶囊的功能化”