化学刺激応答超分子ヒドロゲルの構築とバイオ材料への展開

化学刺激响应型超分子水凝胶的构建及其在生物材料中的应用

基本信息

批准号：
13J05008
负责人：
吉井達之
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

外部の刺激に応答して状態を変化させる超分子ヒドロゲルは、薬剤のコントロールドリリースや目視による診断など医療ツールとしての応用が期待できる。申請者は短鎖ペプチドのN末端に刺激応答性の部位を導入することによって様々な刺激に応答する超分子ヒドロゲルの開発を行った。N末端にボロン酸フェニルメトキシカルボニル(BPmoc)基を修飾したペプチド分子BPmoc-F3は過酸化水素と反応し、ゲル-ゾル転移を示す。このゲルに酸化酵素(オキシダーゼ)を内包すると、基質となるバイオマーカーに応答しゲル-ゾル転移を起こす。しかし、ゲル化剤とH2O2の反応は 1:1 の両論比で起こるため、生体内に微量に存在するバイオマーカーに対してはゲル-ゾル転移を示さないという問題点があった。そこで、前年度までに、ゲルの高感度化を目指し、シグナル増幅機構を開発した。BPmoc-F3ゲルに増幅分子と尿酸オキシダーゼ、サルコシンオキシダーゼを内包し、尿酸を含む水溶液を添加したところ、応答の感度が向上した。今年度は、尿酸だけでなく、糖尿病のバイオマーカーであるグルコースの検出感度の向上に成功した。さらに、ガラス基板上にゲルアレイを作製することによって目視による簡便なバイオマーカー検出法の開発にも成功した。本ゲル化剤分子の設計戦略を適用することにより、二光子励起に応答する超分子ヒドロゲルの開発にも成功した。ペプチドのN末端に光反応性のDMACmoc基を修飾したペプチド分子のライブラリを構築した。その中から、DMACmoc-FF(CF3)が中性条件下でヒドロゲルを形成することが明らかとなった。このゲルに近赤外光のフェムト秒パルスレーザーを照射することによって、ゲル内の局所空間のみをゾル化させることが可能であった。また、ゲルに内包したポリマー微粒子や、大腸菌などの運動を任意の時間・空間において制御することにも成功した。

响应外部刺激而改变状态的超分子水凝胶有望作为医疗工具应用，例如药物控制释放和视觉诊断。申请人开发了一种超分子水凝胶，通过在短肽的N末端引入刺激响应位点来响应各种刺激。肽分子 BPmoc-F3 在 N 末端用苯基甲氧基羰基硼酸酯 (BPmoc) 基团修饰，与过氧化氢反应并表现出凝胶-溶胶转变。当该凝胶含有氧化酶（氧化酶）时，响应于作为底物的生物标记物而发生凝胶-溶胶转变。然而，由于胶凝剂和H2O2之间的反应以1:1的化学计量比发生，因此存在对于活体中微量存在的生物标志物不显示凝胶-溶胶转变的问题。因此，到了前一年，我们开发了信号放大机制，旨在提高凝胶的灵敏度。当BPmoc-F3凝胶含有扩增分子、尿酸氧化酶和肌氨酸氧化酶，并添加含有尿酸的水溶液时，响应的灵敏度得到改善。今年，我们不仅成功提高了尿酸的检测灵敏度，还成功提高了糖尿病生物标志物葡萄糖的检测灵敏度。此外，我们通过在玻璃基板上制造凝胶阵列，成功开发了一种简单的视觉生物标志物检测方法。通过应用这种凝胶剂分子设计策略，我们还成功开发了响应双光子激发的超分子水凝胶。我们构建了一个在 N 末端用光反应性 DMACmoc 基团修饰的肽分子库。其中，DMACmoc-FF(CF3)在中性条件下形成水凝胶。通过用近红外飞秒脉冲激光照射该凝胶，可以仅将凝胶内的局部空间转变为溶胶。他们还成功地控制了封装在凝胶中的聚合物微粒和大肠杆菌在任何时间和空间的运动。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

二光子励起による超分子ヒドロゲルの光加工

使用双光子激发的超分子水凝胶光学处理

DOI：
发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
0
作者：
Tatsuyuki Yoshii;Keigo Mizusawa;Yousuke Takaoka;and Itaru Hamachi;吉井達之・水澤圭吾・高岡洋輔・浜地格;池田燎亮・吉井達之・高岡洋輔・浜地格;吉井達之・池田将・谷田達也・黒谷和哉・小野木祥二・浜地格;小野木祥玄・吉井達之・浜地格;重光孟・池田将・谷田達也・吉井達之・黒谷和哉・小野木祥玄・浜地格;小野木祥二・吉井達之・浜地格;吉井達之・水澤圭吾・高岡洋輔・浜地格亀;小野木祥二・吉井達之・浜地格;吉井達之・池田将・浜地格
通讯作者：
吉井達之・池田将・浜地格

蛋白質応答性ナノプローブ(2): 細胞内ヒートショック蛋白質(HSP90)イメージング

蛋白质响应纳米探针 (2)：细胞内热休克蛋白 (HSP90) 成像

DOI：
发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
0
作者：
Tatsuyuki Yoshii;Keigo Mizusawa;Yousuke Takaoka;and Itaru Hamachi;吉井達之・水澤圭吾・高岡洋輔・浜地格;池田燎亮・吉井達之・高岡洋輔・浜地格
通讯作者：
池田燎亮・吉井達之・高岡洋輔・浜地格

Chemically Reactive Supramolecular Hydrogel Coupled with a Signal Amplification System for Enhanced Analyte Sensitivity

DOI：
10.1021/ja5131534
发表时间：
2015-03-11
期刊：
JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY
影响因子：
15
作者：
Yoshii, Tatsuyuki;Onogi, Shoji;Hamachi, Itaru
通讯作者：
Hamachi, Itaru

バイオマーカーに応答する超分子ヒドロゲルの高感度化

超分子水凝胶对生物标志物的高灵敏度响应

DOI：
发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
0
作者：
Tatsuyuki Yoshii;Keigo Mizusawa;Yousuke Takaoka;and Itaru Hamachi;吉井達之・水澤圭吾・高岡洋輔・浜地格;池田燎亮・吉井達之・高岡洋輔・浜地格;吉井達之・池田将・谷田達也・黒谷和哉・小野木祥二・浜地格;小野木祥玄・吉井達之・浜地格;重光孟・池田将・谷田達也・吉井達之・黒谷和哉・小野木祥玄・浜地格;小野木祥二・吉井達之・浜地格;吉井達之・水澤圭吾・高岡洋輔・浜地格亀;小野木祥二・吉井達之・浜地格
通讯作者：
小野木祥二・吉井達之・浜地格

Installing logic-gate responses to a variety of biological substances in supramolecular hydrogel-enzyme hybrids