Biomod/2012/TeamSendai/Idea: Difference between revisions

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<ul id="menu">
<ul id="menu">
<li><a href="http://openwetware.org/wiki/Biomod/2012/TeamSendai/FinalTop#">Top</a></li>
<li><a href="http://openwetware.org/wiki/Biomod/2012/Tohoku/Team_Sendai">Top</a></li>
<li>
<li>
<a href="#">Project</a>
<a href="#">Project</a>

Revision as of 01:14, 20 October 2012

<html> <head> 

   <title>Team Sendai Top</title>
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         }
       });        
   </script>

<style>

  1. Container

{ width: 960px; margin: 40px auto; }

/* Main menu */

  1. menu

{ width: 100%; margin: 0; padding: 10px 0 0 0; list-style: none; background: #111; background: -moz-linear-gradient(#444, #111); 

   background: -webkit-gradient(linear,left bottom,left top,color-stop(0, #111),color-stop(1, #444));

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  1. menu li

{ float: left; padding: 0 0 10px 0; position: relative; line-height: 0; }

  1. menu a

{ float: left; height: 25px; padding: 0 25px; color: #999; text-transform: uppercase; font: bold 12px/25px Arial, Helvetica; text-decoration: none; text-shadow: 0 1px 0 #000; }

  1. menu li:hover > a

{ color: #fafafa; }

  • html #menu li a:hover /* IE6 */

{ color: #fafafa; }

  1. menu li:hover > ul

{ display: block; }

/* Sub-menu */

  1. menu ul

{ 

   list-style: none;
   margin: 0;
   padding: 0;    
   display: none;
   position: absolute;
   top: 35px;
   left: 0;
   z-index: 99999;    
   background: #444;
   background: -moz-linear-gradient(#444, #111);
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   -moz-box-shadow: 0 0 2px rgba(255,255,255,.5);
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   box-shadow: 0 0 2px rgba(255,255,255,.5);	
   -moz-border-radius: 5px;
   border-radius: 5px;

}

  1. menu ul ul

{ 

 top: 0;
 left: 150px;

}

  1. menu ul li

{ 

   float: none;
   margin: 0;
   padding: 0;
   display: block;  
   -moz-box-shadow: 0 1px 0 #111111, 0 2px 0 #777777;
   -webkit-box-shadow: 0 1px 0 #111111, 0 2px 0 #777777;
   box-shadow: 0 1px 0 #111111, 0 2px 0 #777777;

}

  1. menu ul li:last-child

{ 

   -moz-box-shadow: none;
   -webkit-box-shadow: none;
   box-shadow: none;

}

  1. menu ul a

{ 

   padding: 10px;

height: 10px; width: 130px; height: auto; 

   line-height: 1;
   display: block;
   white-space: nowrap;
   float: none;

text-transform: none; }

  • html #menu ul a /* IE6 */

{ height: 10px; }

  • first-child+html #menu ul a /* IE7 */

{ height: 10px; }

  1. menu ul a:hover

{ 

   background: #0186ba;

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  1. menu ul li:first-child > a

{ 

   -moz-border-radius: 5px 5px 0 0;
   border-radius: 5px 5px 0 0;

}

  1. menu ul li:first-child > a:after

{ 

   content: '';
   position: absolute;
   left: 30px;
   top: -8px;
   width: 0;
   height: 0;
   border-left: 5px solid transparent;
   border-right: 5px solid transparent;
   border-bottom: 8px solid #444;

}

  1. menu ul ul li:first-child a:after

{ 

   left: -8px;
   top: 12px;
   width: 0;
   height: 0;
   border-left: 0;	
   border-bottom: 5px solid transparent;
   border-top: 5px solid transparent;
   border-right: 8px solid #444;

}

  1. menu ul li:first-child a:hover:after

{ 

   border-bottom-color: #04acec;

}

  1. menu ul ul li:first-child a:hover:after

{ 

   border-right-color: #04acec; 
   border-bottom-color: transparent;

}


  1. menu ul li:last-child > a

{ 

   -moz-border-radius: 0 0 5px 5px;
   border-radius: 0 0 5px 5px;

}

/* Clear floated elements */

  1. menu:after

{ visibility: hidden; display: block; font-size: 0; content: " "; clear: both; height: 0; }

  • html #menu { zoom: 1; } /* IE6 */
    first-child+html #menu { zoom: 1; } /* IE7 */

</style> </head>

<body> <div id="Container">

<ul id="menu"> <li><a href="http://openwetware.org/wiki/Biomod/2012/Tohoku/Team_Sendai">Top</a></li> <li> <a href="#">Project</a> <ul> <li> <a href=" http://openwetware.org/wiki/Biomod/2012/TeamSendai/Idea">Idea</a> </li> <li> <a href=" http://openwetware.org/wiki/Biomod/2012/TeamSendai/Simulation">Simulation</a> </li> <li> <a href=" http://openwetware.org/wiki/Biomod/2012/TeamSendai/Design">Design</a> </li> </ul> </li> <li> <a href="#">Experiment</a> <ul> <li> <a href=" http://openwetware.org/wiki/Biomod/2012/TeamSendai/Result">Result</a> <ul> <li> <a href=" http://openwetware.org/wiki/Biomod/2012/TeamSendai/Result#Porter">Porter</a> <li> <a href=" http://openwetware.org/wiki/Biomod/2012/TeamSendai/Result#Cylinder">Cylinder</a> </li> <li> <a href=" http://openwetware.org/wiki/Biomod/2012/TeamSendai/Result# Vesicle">Vesicle</a> </li> </ul> <li><a href=" http://openwetware.org/wiki/Biomod/2012/TeamSendai/Method">Method</a> </li> </ul> </li> <li> <a href=" http://openwetware.org/wiki/Biomod/2012/TeamSendai/Diary">Diary</a> </li> <li> <a href=" http://openwetware.org/wiki/Biomod/2012/TeamSendai/Team ">Team</a> </li> </ul>

<h1>Motivation</h1> <p> 細胞の内外で自由に物質をやり取りできるようになるデバイスがあれば、DDSに代表される物質輸送のみならず、細胞を殺さずして内容物を取り出すことによって、細胞の状態を診断したり、有用な物質を細胞の寿命が尽きるまで半永久的に取り出すことが可能となるだろう。</br> これまでに多くの人工チャネルが開発されてきた。私たちはさらにそれらを発展させ、上記のような未来に近づきたい。 </p>

<h1>Idea</h1> <p> 上記のような未来を達成するために、濃度勾配を主な原動力とした物質の移動では限界があると考えた。それでは移動させる物質の選定を細かに設定することができない（何で選定しなければいけない？）。幸いなことに、我々の手元には極めて高い選択性を持つ生体分子であるDNAという武器がある。DNAを用いて物質を選定しつつ、移動させることは可能なように思える。移動させる方向へ向かって、目標とする生体分子と相補的な部分が徐々に増えていくようにDNAの一本鎖を並べておけば、DNAスパイダーのように目標分子は進んで行ってくれるであろう。さらに、目標分子と一部は同じ配列を持つが全く違う分子がこの一本鎖DNAのカスケードに乗ったとしても、どこか途中でカスケードとの結合が弱まって、カスケードから弾かれてくれるのではないだろうか。つまり、選択性が生まれるのである。</br> 上記のように一本鎖DNAのカスケードのよって物質を移動させる場合、現在のような平面構造に近いチャネルでは、それができない。そこで我々は筒(cylinder)状の構造物を作り、その中に一本鎖DNAのカスケードを生やすことにした。また、それに伴って、筒状構造体を細胞膜に貫通させる方法を考えなければならない。 </p>

<h1>Project</h1> <p> 上記<Idea>をまとめると、我々が今回のプロジェクトで成すべきことは次の3つである。</br> 1. 物質輸送の原動力となる一本鎖DNAのカスケードの設計</br> 2. その一本鎖DNAのカスケードの足場となり、物質の通り道となる筒状構造体の設計</br> 3. その筒状構造体を細胞膜(membrane=vesicle)に貫通させる方法の模索</br> よってプロジェクトをこの三つに分け、連携を取りながらプロジェクトを進めていった。</br> 一本鎖DNAのカスケードは物質を運ぶための機構であるためPorterと名付けた。筒状構造体はDNAオリガミによって作り、その形状からCylinderと呼ぶことにする。細胞膜を貫通させることを目的とするチームは細胞膜を扱うため、Vesicleと名付けた。</br> これら三つのプロジェクトが成功すると、細胞の内外を自由に物質輸送するための門が開ける。よって、このプロジェクト全体の名前は"Project Cell Gate"である。 </p>

<h1>Porter</h1> <img src="http://openwetware.org/images/4/45/Suceed.gif" width="350px" height="250px" align="right"> <p> 右図が我々の考える一本鎖DNAのカスケードによる標的分子の移動である。(動画としてのせるよりも図を何枚か載せて一つ一つ解説していった方が分かりやすいかも)まず、入り口部分についた一本鎖DNAに標的分子が結合する。このDNA分子は設計上、このカスケードの中で最も標的分子との結合が弱い。出口側に向かうほど、結合の強い配列が並ぶように設計することで、ターゲットはカスケードと次々と結合を繰り返し、奥へと進んでいく。もっとも奥へ行ったところで、最後のカスケードの配列よりもさらに標的分子よりも相補的な配列をもつ一本鎖DNAを添加しておけば、標的分子は筒を通って出ていくはずである。</br> ここで問題となるのはCylinderをDNAオリガミによって製作することにしたために、DNAの持つマイナスチャージによって、電荷を持った分子が筒内を通り抜けにくいと予想されることである。実際、筒周りのエネルギーを計算してみると、障壁があり、何もなくては、物質が六角柱内を通り抜けられないことがわかる（津沢のグラフ）。（筒井さんの動画）シミュレーションを回してみると、それが良くわかる。短い一本鎖では、標的分子に筒内を通り抜けさせることは愚か、標的分子と結合することさえできないのだ。PorterはGestが来るのを待っていてはいけない。自らGestを迎えに行かなければならない。</br> そこで、最初の一本鎖を伸ばさなければならないと考えた。更に、ただ一本鎖DNAを伸ばしただけではその一本鎖が伸びきった状態でゆらゆらするだけで、筒の中に物質を引き込む事は出来ないと考えられる。そこで一本鎖DNAの配列をターゲットと結合するとループ構造を取るように設計することで、最初の一本鎖DNAが縮み、筒の中へ物質を引き込む事が出来るようになるのではと考えた。</br> シミュレーションを回してみた（筒井さんの動画）。ループ構造にしたことによって、ターゲットとくっつくようになったことがわかる。</br> このシミュレーションの結果を実験で確認した。</br> >><a href=" http://openwetware.org/wiki/Biomod/2012/TeamSendai/Result#Porter ">Porter Experiment</a> </p>

<h1>Cylinder</h1> <p> まず我々は円形断面のTubeを想定した。しかし、円形断面は力学的に見て強度が低い。そのためか、円形断面に関するDNAオリガミ構造体のデータも少なく、円形断面のTubeを作ることは難しそうであった。力学的に最も強度の高い構造は、三角形断面であるが、三角形断面は作成に必要な材料の数が多くなるなどの問題が挙げられる。また、三角形というある種特異的な断面を使用すると、目標物質の形状に関する汎用性が低下するおそれがある。断面はなるべく円に近いほうが良い。</br> そこで考えたのが六角形断面、ハニカム構造の断面を持つ六角柱型のTubeである。六角形は三角形を6つ並べた構造をしているため、比較的強度が高く、建築物の構造にも使われ、自然界では蜂の巣の中などにその形を見出すことが出来る。また、六角柱型のDNAオリガミ構造体に関する参考文献（ショーンの論文を紹介）もあり、その知見を利用することが出来る。よってTubeは六角柱で構成することにする。</br> </p>


<h1>Future</h1> <p> Single stranded DNA can bind not only to DNA, also to various biomolecules like RNA and proteins. By changing Selector DNA sequences in the gate, we’ll capture biomolecules just as we want to.<br> In the future, we expect to make the molecular robot which can transport the object to inside the cell and collect the object from the cell using Cell-gate.</br> And now we use liposome as a model of the cell.</br> We think that by using liposome not only as a model of the cell but a bag to put something into,</br> we can make organelles to collect unnecessary object and release medicine.</br>

将来的にはこのセルゲートを使うことで細胞内への物質の運搬、細胞内からの物質の回収ができるロボットの作製を目指している。</br> また、実験を行うにあたって細胞のモデルとしてリポソームを現在用いているが、単にモデルとしてリポソームを用いるだけでなくこのリポソームでできた袋を蓄積場として、</br> 不要な物質の回収や、優良物質の散布ができる小器官のようなものを作製し細胞内で働かせるといった応用も考えられる。</br> </p> </div>

</body> </html>

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