【生体】分子伝送システム「ナノ電車」を開発　/産総研

カーボンナノチューブとリポソームからなる分子伝送システム「ナノ電車」
−分子を最短ルートで運び、目的位置で降ろす−

○概要
光によって発熱可能なカーボンナノチューブ(CNT)と特定の温度で内包分子を放出する温度感受性リポソームを組み合せて、
電圧をかけることによって目的位置まで正確に分子を運び、レーザー光照射によって分子を放出できる分子複合体（ナノ電車）を開発した。
また、開発したナノ電車を用いると、酵素反応の開始を遠隔制御できる。

今回の開発により、病気の発生・進行を未然に防ぐ予防医療のための高性能なマイクロ流体デバイスの開発に貢献することが期待される。

なお、この技術の詳細は、英国の科学誌Nature Communicationsに2012年11月28日（日本時間）にオンライン掲載される。

イメージ：CNTとリポソームを複合したナノ電車による分子伝送システム
http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2012/pr20121128/fig.png

○研究の内容
CNTとリポソームからなる生体機能を模倣した高性能な分子伝送システムを開発した（図1(a)）。
CNTは、そのまま水中に分散させようとすると、強い分子間の相互作用により、束状、粒状に凝集してしまう。
CNTの光発熱特性を最大限に利用するためには、この凝集状態を解消し、CNTを水中に分子レベルで分散させる必要がある。
今回、アビジン、ポリエチレングリコール（PEG）、リン脂質（PL）からなる分子（アビジン-PEG-PL）を単層CNT（SWCNT）の表面にコーティングさせることで水中へ分散させた。
一方、リポソームに温度感受性（42 ℃付近で構造変化）を与えるため、各種リン脂質とコレステロールの配合量を調整のうえ、
ビオチンと蛍光分子（ニトロベンゾオキサジアゾール（NBD））を表面に結合させた。
そして、アビジンとビオチンの結合を利用した自己組織化によりCNTとリポソームからなる分子複合体（ナノ電車）を作製した。
この分子複合体は、NBDによって緑色蛍光を有する粒子状会合体であるが（図1(b)）、図1(a)のような
CNTの表面にいくつかのリポソームが結合した構造を形成することがわかった（図1(c)）。
なお、CNTとリポソームからなる当該分子複合体は、電気エネルギーによって乗客となる分子を最短ルートで運び、
目的位置で降ろすことが可能であるため、今回、この分子複合体のことをナノスケールの電車にたとえて「ナノ電車」と命名した。

図1 CNT-リポソーム分子複合体（ナノ電車）の構造解析
(a) ナノ電車の概念図、(b) 蛍光顕微鏡写真、(c) 透過型電子顕微鏡写真
http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2012/pr20121128/fig1.jpg

作製したナノ電車をポリジメチルシロキサン（PDMS）とガラス基板からなる直線状のマイクロ流体デバイス（幅100 μm、深さ50 μm）のスタート地点に入れ、
電圧を加えてナノ電車の運動機能を解析した（図2(a)）。
電圧をかけるとマイナス電荷をもつ分子複合体はマイナス極からプラス極に向かって最高速度約700 μm/sで進むことがわかった（図2(b)）。
さらに、迷路状のマイクロ流体デバイスのスタート地点に入れ、電圧をかけたところ、
電位勾配に従い、スタートからゴール地点に向かって最短ルートで進むことを発見した（図2(c)、(d)）。

図2 ナノ電車の運動解析
(a)ナノ電車の速度解析のための実験装置、(b)速度解析結果、
(c)迷路状マイクロ流体デバイスの仕様（緑：最短ルート、ピンク：最長ルート、黒いピン部分：最短ルートではないがゴールになり得る出口
注意：ナノ電車は、図中の白抜きの部分ではなく線上を動く）、(d)ナノ電車による最短ルートでの迷路解読（この場合は1分30秒でゴールに到達した）
http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2012/pr20121128/fig2.jpg

ソース：カーボンナノチューブとリポソームからなる分子伝送システム「ナノ電車」　/独立行政法人 産業技術総合研究所
http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2012/pr20121128/pr20121128.html

（続きます）

今回開発したCNT-リポソームからなるナノ電車を用いて、目的位置まで分子を運んだ後、放出させることで酵素反応の遠隔制御を試みた（図3(a)）。
なお、このケースのナノ電車では、図1に示したものとは異なり、温度解析を実施するために温度応答性色素ローダミンBを結合させたリポソームを用いている。
目的位置には酵素（β-ガラクトシダーゼ（β-Gal））を配置した。
温度感受性リポソームには、β-Galの基質となるフルオレセイン-ジ-β-D-ガラクトピラノシド（FDG）を内包させた。
FDGはβ-Galによって加水分解されるとフルオレセインとなり緑色の蛍光を発する（図3(b)）。
目的位置にレーザー光を照射したところ、FDGの加水分解を示す緑色の蛍光を観測できた（図3(c)）。
これは、CNTの光発熱特性のためレーザー光照射によって、CNT近くの温度が急激に上昇（最大で約53 ℃）して、
温度感受性リポソームの構造が変化し、内部のFDGが放出され、β-Galによってフルオレセインに変換されたことを示唆している。
なお、CNTがない場合は、いずれのレーザー出力でもFDGの放出や温度上昇が起こらない。

今回開発した分子伝送システムは、マイクロメートルスケールにおける極微小で微量のナノ物質の輸送・分離や解析を利用した
病気の発生・進行を未然に防ぐ予防医療のための高性能マイクロ流体デバイスの開発などへ応用が期待される。

図3 ナノ電車の機能解析
(a) 目的場所における分子運搬および放出による酵素反応の誘発（リポソーム中の赤い粒子：ローダミンBを結合したリン脂質（温度解析に利用））、
(b) β-GalによるFDGの加水分解反応の模式図、(c) 酵素反応誘発の蛍光顕微鏡による観察
http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2012/pr20121128/fig3.jpg

○今後の予定
今後は、基板上で高度に運動・構造制御できる機能化分子複合体を開発し、
微小パターン内で分子（薬物、DNA、RNA、タンパク質、糖など）を目的の位置まで高速運搬し、運搬先で化学反応などを誘発できるマイクロ流体デバイスを開発する。

★ニュースソースから、
ポイント、概要の一部、開発の社会的背景、研究の経緯、用語の説明
以上を割愛しました。詳しくはソースをどぞ
http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2012/pr20121128/pr20121128.html

おいおいまだその程度かよ早く知能を持たせろよ

ナノ自動車はすでに実用化されているというのに

一方、葛飾区は花電車を作った

こんだけいい発見だらけなのに

無駄な規制や癒着で

庶民はなかなかいい医療を享受できないわけだが。。。

ナノ気動車やナノ客車もあるのかい

そーナノ

実際に体内でこれを行うって難しくね？
これで早期治療って言うのは飛躍し過ぎてる気がする

（´-`）.｡oO（なんか図解が回転すしのsushi trainのイメージなんだが...)

「ここここれはロボ的なものではなくてですね……！」

テラ電車

ちんちん電車

鉄オタ歓喜