二本鎖DNAを利用した時空間制御ゲルの創製

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本研究は二本鎖DNAの解離挙動が塩基配列で調製できることに注目して、粘弾性を予測・制御可能なハイドロゲルの創成を目的としている。昨年度は、ポリエチレングリコール(PEG)に末端にDNAを修飾する反応条件の検討をし、適切な条件を確立した。本年度は昨年度で確立されたPEG-DNA修飾法を用いて、実際にハイドロゲルを合成することに成功した。合成されたゲルの粘弾性挙動と二本鎖DNAの解離挙動の関係性を評価した。粘弾性挙動の評価には回転式レオメータ、二本鎖DNAの解離挙動の評価には蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)に伴う蛍光強度の変化を利用した。ゲルの粘弾性挙動は瞬間的に一定ひずみを与える測定(step-strain test)と、正弦波ひずみを与える測定(oscillatory test)の二つの手法を用いた。これらの手法を組み合わせることによって、幅広い時間スケールの粘弾性挙動を正確に評価することが可能である。ゲルの粘弾性は最も単純な粘弾性要素であるMaxwell要素一つのみで記述ことが判明し、粘弾性挙動を表現する時定数である、応力緩和時間τRは10度の温度差で二桁以上の変化を見せた。二本鎖DNAの解離挙動はFRETを用いた蛍光分光法により評価した。具体的には二本鎖DNAの5’末端に蛍光色素(FAM)とクエンチャー(BHQ1)を修飾し、蛍光強度の時間変化を利用し解離挙動を評価した。解離反応の時定数(解離反応速度定数の逆数)と等しく、二本鎖DNAの解離挙動が均一な網目構造を通して粘弾性挙動に反映していることが判明した。これら一連の結果は、国際科学雑誌に英語原著論文として掲載された。また、国内外の複数の報道機関で当研究結果が取り上げられた。