【研究分野】生命・健康・医療情報学

【研究領域課題番号】16K12521 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

分子ロボット / 人工細胞 / DNAナノテクノロジー / DNAオリガミ / マイクロ油中水滴 / マイクロ流体デバイス / 自己組織化 / ピッカリングエマルション / 油中水滴 / カプセル / マイクロ流路

【研究成果の概要】

本研究では，DNAナノ構造による分子機能制御とマイクロ流体工学による流体界面制御による細胞型分子ロボットの創製と制御を目指した研究を行った．DNAオリガミによる機能性の両親媒性DNA分子ナノデバイスをマイクロ油中水滴の界面に自己組織化させて細胞型分子ロボットを構築できた．期間全体を通じた研究により，分子センシングや自律的な運動などの機能を含めた，プログラマブルに，動的な機能をもつ細胞型分子ロボットを構築する基礎技術ができた．

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2016-04-01 - 2018-03-31

【配分額】3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)

【研究分野】構成的システム生物学

【研究領域課題番号】15KT0081 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

合成生物学 / ソフトマター / 細胞再構成 / 人工細胞 / 反応拡散 / 細胞変形 / 高分子混雑 / システム生物学 / 流動性 / 生命システム / 自己組織化

【研究成果の概要】

本研究では、人工的に構成した細胞(人工細胞)に,生命で機能する部品のグループを導入することで生じる物理的・化学的な変化を、「流動性・生命機能・空間形状」という3つのキーワードを軸に追求しました。結果、細胞が示す空間形状が内部の物質の移動や生命機能に与える影響や、流動性が生命機能の発現を変化させる仕組み、流動性が空間形状変化を制御する可能性など、通常の生命科学ではアクセスしづらい現象の発見やメカニズムの解明に至りました。また、生命機能の模倣による形状の安定化や、硬い生体適合ゲル合成など、研究成果が材料科学にも結び付くことを実証しました。

【研究の社会的意義】

これまで、細胞膜や細胞サイズ空間が示す物理的・化学的な特徴は生化学反応モデルに導入されていないことが大半でした。この理由は、定式化の難しさだけではなく、どのような物理的・化学的な効果が存在しているかが明確でないことに由来します。本研究の成果により、細胞膜や細胞サイズ空間が生命機能とどのようにリンクしているかの描像が見えてきました。こうした描像は細胞生理の深い理解につながり、将来的には生命とは何か、といった問いかけに対する答えや、新しい医学・薬学の視点提供につながることが期待されます。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2015-07-10 - 2019-03-31

【配分額】17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)

【研究分野】知能ロボティクス

【研究領域課題番号】26280097 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

分子ロボット / 人工細胞 / DNAナノテクノロジー / マイクロマシン / 非平衡 / 自己組織化 / ゲル / エマルション / 動的自己組織化 / DNA

【研究成果の概要】

本研究では，マイクロメートルスケールの非平衡場を構築・制御し，分子を時空間的・動的に自己組織化させ，非平衡場のエネルギーを利用して自律的に駆動する，「動的な細胞サイズ分子ロボットの創製と制御」を行うことを目的とした．研究の結果，細胞サイズ分子ロボットのための非対称複雑形状ゲル粒子の構築技術と動的自己組織化法の開発，化学反応によるゲル粒子の自律運動の実現に成功した．さらに，細胞やDNAを用いた細胞サイズ分子ロボットへのバイオ機能の付与や，細胞サイズマイクロ粒子の集団的自発運動の実験と理論解析にも成功した．これらを通し，細胞サイズ分子ロボットに動的な運動・機能などを実現する基礎を築いた．

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2018-03-31

【配分額】16,250千円 (直接経費: 12,500千円、間接経費: 3,750千円)