マイクロ流体デバイスを用いて核モデルを持つ人工細胞を大量生産~階層構造を有する均一・均質な人工細胞を実現~

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2025-06-17 中央大学

中央大学と東京科学大学の研究グループは、マイクロ流体デバイスを用いて、DNA凝集体を核モデルとする人工細胞(リポソーム)を大量かつ均一に作製する技術を開発しました。内液・外液・油相の三相流により、細胞サイズのリポソーム内部にDNAナノスターと塩を封入し、糖濃度差を利用して非加熱でDNA凝集体を形成。これにより、リポソーム内で緑色蛍光タンパク質(GFP)の合成にも成功しました。今後、分子認識や環境応答機能を備えた人工細胞開発が期待されます。

マイクロ流体デバイスを用いて核モデルを持つ人工細胞を大量生産~階層構造を有する均一・均質な人工細胞を実現~
(上)人工細胞(リポソーム)内に形成DNA凝集体の模式図と3Dスキャン画像。 (下)リポソームの顕微鏡写真。中にDNA凝集体ができ、そこからGFPが発現している。

<関連情報>

単分散巨大小胞におけるモデル核としてのDNA凝縮体の制御された形成 Controlled Formation of DNA Condensates as Model Nuclei in Monodisperse Giant Vesicles

Ryotaro Yoneyama,Naoya Morikawa,Ryota Ushiyama,Tomoya Maruyama,Reiko Sato,Mamiko Tsugane,Masahiro Takinoue,and Hiroaki Suzuki
JACS Au  Published: June 16, 2025
DOI:https://doi.org/10.1021/jacsau.5c00568

Abstract

Several studies have attempted to replicate the complex hierarchy of eukaryotic cells for the bottom-up construction of artificial cells. Specifically, reconstruction of liquid–liquid phase separation systems as membrane-less organelles is one of the key focuses of this research field, with DNA condensates acting as versatile building blocks whose associative interactions can be precisely controlled via sequence design. However, such control is only possible at the nanoscale as control over the size and morphology of the lipid vesicles and liquid–liquid phase separation systems at the meso-to-microscale is determined by the kinetic aspects of their formation processes. Microfluidics is well-suited for controlling dynamic molecular assemblies at the cellular scale. In this study, we report the controlled condensation of DNA nanostars in mass-produced monodisperse giant vesicles (GVs) generated using a microfluidic device by manipulating the concentrations of DNA and salt associated with the GV volume changes. Our approach facilitates the precise control of the dynamics of DNA condensate formation, final size of condensates, formation of multiple condensates, and reversible formation/dissociation of condensates in GVs serving as a chassis for an artificial cell. Furthermore, our approach eliminates the need for thermal annealing prior to DNA condensation, supporting the coexistence of enzyme-containing biochemical reaction systems, such as gene expression systems.

生物工学一般
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