細胞間接着を用いた細胞の一分子制御に関する研究

利用细胞间粘附作用对细胞进行单分子调控的研究

• 批准号: 16J08616
• 负责人: 庄司 観
• 金额: $ 2.08万
• 依托单位: Tokyo University of Agriculture and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J08616/
• 关键词: ナノポアセンシング; ナノポアプローブ; ナノニードル; マイクロ流体; イオンコンダクタンスプローブ; 分子ロボット; 微小流体制御技術; マイクロ流体制御技術; 人工脂質二分子膜; ナノポア

本申請研究では、脂質二分子膜に再構築した膜タンパク質を用いて細胞を一分子レベルで刺激・センシング可能なデバイスの開発を最終的な目標としている。本コンセプトを実現するためには、膜タンパクを再構築した脂質二分子膜を細胞近傍にアライメント可能なプローブ型の生体ナノポアデバイスの開発が必要である。そこで本年度は、金ナノニードルを用いたナノポアプローブの開発及びマイクロ流路デバイスと組み合わせた高空間分解能ナノポアセンシングに関して研究を実施した。従来、ガラスピペットを用いたナノポアプローブが開発されていたが、脂質二分子膜の安定性が低く長時間センシングすることが困難であった。そこで本研究では、金ナノニードルの表面に修飾したポリマーによって脂質二分子膜を支持することで膜安定性を向上させたナノポアプローブを開発した。まず、ナノポアプローブを用いてポア形成膜タンパク質の再構築実験を行った結果、ナノポアプローブを用いたチャネル電流測定に成功した。次に、ナノポアプローブを用いた化学物質の検出実験を行った。その結果、化学物質のナノポアの通過を電流阻害として検出することに成功し、その阻害頻度には化学物質の濃度依存性が確認された。最後に、H型マイクロ流路を用いて化学物質の濃度勾配を形成しマイクロ流路内の化学物質の濃度測定を行った。その結果、シミュレーション結果と同様にリニアな濃度勾配が形成されていることを確認することができ、ナノニードル型ナノポアプローブを用いた高空間分解能ナノポアセンシングの可能性を示すことができた。以上のように、本年度は膜タンパク質を用いた細胞と機械のインターフェイスの構築に向けナノニードル型生体ナノポアプローブを開発し、マイクロ流路と組み合わせることにより高空間分解能で化学物質の検出が可能なナノポアプラットフォームの構築に成功した。

这项提交的研究的最终目标是开发一种装置，可以使用重新组装成脂质双层膜的膜蛋白在单分子水平上刺激和感知细胞。为了实现这一概念，需要开发一种探针型生物纳米孔装置，能够将脂质双层膜与靠近细胞的重构膜蛋白对齐。因此，今年我们开展了利用金纳米针的纳米孔探针的开发以及与微通道器件相结合的高空间分辨率纳米孔传感的研究。传统上，已经开发了使用玻璃移液器的纳米孔探针，但脂质双层膜的稳定性较低，使得长期传感变得困难。在这项研究中，我们开发了一种纳米孔探针，通过在金纳米针表面修饰聚合物来支撑脂质双层膜，从而提高膜稳定性。首先，我们使用纳米孔探针进行了成孔膜蛋白的重建实验，结果，我们成功地使用纳米孔探针测量了通道电流。接下来，我们使用纳米孔探针进行了化学物质检测实验。结果，我们成功地检测到化学物质通过纳米孔作为电流抑制，并确认抑制频率取决于化学物质的浓度。最后，我们使用 H 型微通道创建了化学物质浓度梯度，并测量了微通道中化学物质的浓度。结果，我们能够确认形成了线性浓度梯度，与模拟结果类似，证明了使用纳米针型纳米孔探针进行高空间分辨率纳米孔传感的可能性。如上所述，今年我们开发了一种利用膜蛋白构建细胞-机器界面的纳米针型生物纳米孔探针，并通过将其与微通道相结合，开发了一种可以高空间分辨率检测化学物质的纳米孔探针。平台搭建成功。

项目成果

Design of protein-responsive micro-sized hydrogels for self-regulating microfluidic systems

• DOI: 10.1088/1361-6439/aaa876
• 发表时间: 2018-03-01
• 期刊: JOURNAL OF MICROMECHANICS AND MICROENGINEERING
• 影响因子: 2.3
• 作者: Hirayama, Mayu;Tsuruta, Kazuhiro;Miyata, Takashi
• 通讯作者: Miyata, Takashi

ハイブリッド型分子ロボットを考える

关于混合分子机器人的思考

• 发表时间: 2016
• 作者: Dyett;B.;Kiyama;A.;Tagawa;Y.;Lohse;D. and Zhang;X.;庄司観
• 通讯作者: 庄司観

マイクロ流路を用いたミクロ液滴間の膜接着とパターン形成機構の解明

使用微通道阐明微滴之间的薄膜粘附和图案形成机制

• 发表时间: 2018
• 作者: Ito;Katsumasa;藤原祥吾，庄司観，川野竜司，柳澤実穂
• 通讯作者: 藤原祥吾，庄司観，川野竜司，柳澤実穂

Microfluidic Formation of Lipid Bilayer-stacking

脂质双层堆积的微流体形成

• 发表时间: 2016
• 作者: Pan Zhao;Kiyama Akihito;Tagawa Yoshiyuki;Daily David J.;Thomson Scott L.;Hurd Randy;Truscott Tadd T.;庄司観，川野竜司
• 通讯作者: 庄司観，川野竜司

液滴集合体を用いた細胞組織モデルの構築

利用液滴组装构建细胞组织模型

• 发表时间: 2017
• 作者: Kiyama;A.;Endo;N.;Kawamoto;S.;Katsuta;S.;Oida;K.;Tanaka;A.;and Tagawa;Y.;藤原祥吾，庄司観，川野竜司，柳澤実穂
• 通讯作者: 藤原祥吾，庄司観，川野竜司，柳澤実穂