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，人们正在积极开发能够光学检测变形和疲劳引起的内部应变的力致变色材料。特别是在机械生物学领域，细胞变形的三维分析是一个挑战，人们强烈希望使此类材料具有生物相容性，并将其转化为细胞培养的支架材料。今年，我们将通过共价交联水凝胶共聚物和用一对引起荧光共振能量转移（FRET）的荧光染料修饰的DNA来创建复合材料，从而使其对由变形引起的荧光色调的变化更加敏感。我试图检测它。具体而言，将荧光供体(荧光素)和荧光受体(TAMRA)导入形成发夹状双链的DNA的两端，通过自由基聚合导入聚丙烯酰胺凝胶后，从外部导入。施加应力，观察到荧光色调的变化。正如最初预期的那样，水凝胶所经历的应变与 FRET 比率相对应。然而此时，Walther博士的团队发表了一篇几乎相同概念的论文（ACS Macro Lett., 671 (2021)），因此我们被迫对研究的分子设计进行根本性的改变。作为解决方法，我们用连接体连接两个萘二甲酰亚胺衍生物分子，并合成了一种探针，其中在萘二甲酰亚胺衍生物的两端引入了叠氮基团。已知萘酰亚胺衍生物表现出准分子荧光，其目的是当施加外部应力时将荧光颜色从准分子型改变为单体型。在合成、纯化和鉴定探针后，通过点击化学将其与水凝胶共聚物共价交联以创建复合材料，并使用荧光显微镜进行类似的跟踪。目前，尚未观察到荧光色调的预期变化，我们计划在未来重新检查/重建分子设计和测量系统。

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: 谷田部 和貴

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: 谷田部 和貴