Biomod/2013/Sendai/project: Difference between revisions

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   <section role="main">
   <section role="main">
         <article>
         <article>
<h2>Project</h2>
<h2>Project</h2>
<h3>Background</h3>
<Img Src="http://openwetware.org/images/1/16/Top%E7%B5%B5-ver2final_mini.jpg"><br>
生物にはシグナル伝達を増幅する機構が備わっている。例えば、「ミツバチは餌に関する情報をダンスによって仲間に知らせるが、ささやかだが重要なシグナルを増幅し、メンバー間での相互作用を繰り返すことで、集団としての意思決定を迅速化している。」or「生物では、反射のときに使われる神経のようにシグナル伝達の仕組みが高度に発達している。」シグナル伝達は外界刺激を分子にある分子をまた別の分子へ指数関数的に増幅変換して情報を伝達している。特に、微小な刺激から大きな反応を引き起こす仕組みは、生体の維持にとってとても重要であり、様々な感覚器官、免疫反応、神経伝達などにおいて、いろいろなシグナル伝達系が存在する。そういった意味でナノスケールでの分子放出システムの構築は重要であり、このようなシステムの構築に向けて様々な基盤研究※がおこなわれている。
 
※論文referショーンの箱など?
<h3>Background</h3>
<br>
 
&nbsp;For all living organisms, sensing weak signals in environment and amplifying them are critically important to survive. Various types of signal sensing/ transduction systems have been highly developed in the course of evolution, e.g. immune and neuro-transmission systems.<br>&nbsp;These systems are not only astonishingly sensitive but very effective and efficient. If we could borrow principles from the living systems, we could create a system with novel functionalities.<br>&nbsp;In our project, we decided to create a sensing and signal transduction systems made of designed artificial biomolecules and chemicals.<br><br>


<img src="http://openwetware.org/images/e/e0/%E3%82%A6%E3%82%A3%E3%82%AD%E3%80%80%E3%82%AA%E3%83%96%E3%82%B8%E3%82%A7%E3%82%AF%E3%83%883.png"><br>
<h3>Motivation</h3>
<h3>Motivation</h3>
生物が使用しているような分子放出システムを構築すれば、より効果的な分子放出が行えるのではないだろうか。なぜなら、小さい反応を大きな反応にできるし、狭い範囲で分子を放出すれば悪影響を軽減できるからだ。そうすることで例えば副作用が大きく、特定の細胞にのみ直接作用させたいときのDDSに使用することや神経に代表されるようなシグナル伝達システムの人工化や生物が感知できないシグナルを生物が感知できるレベルまで引き上げることもできるだろう。
<br>


<h3>Project Goal </h3>
&nbsp;In order to realize a signal transduction system, we need to develop two types of system; a sensing system that detects external signal and a transmitting system that amplifies the signal and releases large amount of output molecules (payloard). We adopt liposomes as a container of the system. <br><br>
生物が使用している分子放出システムを模倣したシステムを構築するためには以下のことを達成する必要である。<br>
 
(1)様々な刺激(入力)に対し、様々な分子放出(出力)ができること。<br>
 
そのためには、内部に様々な分子を入れられる容器と、その蓋をあける様々なしくみ(放出のメカニズム)を用意できることが必要になる。<br>
<h3>Project: Lipo-HANABI</h3>
(2)特定の外的刺激だけに対応して放出が起こること。<br>
&nbsp;In our system, stored molecules in liposome are released in chain-reaction triggered by environmental stimuli. The system adopts a two-stage mechanism as follows.<br><br>
 放出のためのシグナルとしては、いろいろなものが考えられる。<br>
 
 光、pH、特定の化学物質の濃度、電磁場・・・・<br>
<h4>First stage: Sensing system</h4>
 そのためには、これらの変化に対してのみ反応することできる容器が必要である。<br>
<Img Src="http://openwetware.org/images/1/1d/%3Basfinal.jpg" width="45%" height="45%" style="padding-left:10mm" align="right">
(3)分子の放出に関係性を持たせることができること。<br>
一つの小さな刺激により一つの容器の蓋を開けても、その反応が何度も続かなければ大きな反応にはならない。そこで、容器の中に入っていた分子と他の容器との間に関係性を持たせることで反応の連鎖を起こして小さなシグナルを大きな反応にまで増幅させる必要がある。そのためには容器のふたを開けることができる分子の設計が必要である。<br>
(4)放出される分子の量、および放出のタイミングが適切にコントロールできること。<br>
刺激に対して、分子放出の関係がきちんと予測可能であることが必要である。それぞれが微弱であっても、ノイズでないレベルの信号が来た時には放出がおこらなければならない。<br>
つまり、入力出力比(増幅率)がある程度なければならない。(→シミュレーション)<br>
(この辺絵が必要)<br>
<br>
<!-- <h3>Methods</h3> -->
上記の(1)(2)の条件を満たす「容器」として私たちはリポソームを使用した。理由はリポソームの中には様々な分子を入れることができ、リポソーム表面にリポソームを破壊するための様々な分子を修飾することができるから((1)に対応)、またそのことにより温度感受性・光感受性・pH感受性リポソームという特定の外的刺激にのみ反応するリポソームが考えだされている※からである。((2)に対応)<br>
※ref<br>
また、(3)の条件を満たすために私たちはDNAによる分子放出を考えた。なぜなら、DNAの配列をデザインすることで特異性・選択性を持たせることができるからだ。<br>
そして、(4)の条件の妥当性を証明するために私たちはシュミレーションを行った。<br>


こうして外部刺激とその中の分子の組み合わせにより様々な放出系の構築が可能であるが、今回のプロジェクトではその基本的な例として温度を感知して反応の開始となるDNAを放出しそのDNAがもととなって他の内部にDNAをもつリポソームが割れていく系の構築を目指すことにした。<br>
&nbsp;The First stage detects a certain signal in the environment, and release molecules to activate the Second stage. In this project, we chose temperature change as an environmental signal that initiates the whole process.<br>&nbsp;Namely, we use a temperature-sensitive liposome for the First stage. At a certain triggering temperature, they break and release key molecules for the Second stage. <br>&nbsp;The released key molecules attach on the Second stage liposomes and induce puncture of them.
この系は一点から周囲へとリポソームの破壊が連鎖的に広がっていく系であるため、その様子が日本のHANABI(Firework)に似ていることから私たちはこの系をLipo-HANABIと呼ぶことにした。<br>


<h4>Second stage: Amplification system</h4>


<img src="http://openwetware.org/images/a/a5/Image_%281%29.jpeg" width="370px" height="280px"><br>
<Img Src="http://openwetware.org/images/e/e9/Top%E7%B5%B5-final_mini.jpg" width="45%" height="45%" style="padding-left:10mm" align="right">
<br>


<img src="http://openwetware.org/images/7/71/Image_%282%29.jpeg" width="370px" height="280px"><br>
&nbsp;The Second stage liposomes contain both the payload molecules (e.g. drug) and the same key molecules released by First stage. Once some of them break, it releases more key molecules, and they break other liposomes in their neighborhood. <br>&nbsp;As a consequence, bursting of the liposomes propagates exponentially in a chain-reactive way and releases a lot of payload molecules
The advantage of adopting the two-stage strategy is that various types of signal in the environment can be detected by First stage design, without changing the Second stage.<br>&nbsp;The mechanism of this system is similar to that of HANABI (fireworks in Japanese), therefore, we termed the project "Lipo-HANABI".<br>


</p>


         </article>
         </article>
       
       
        
        



Latest revision as of 23:07, 26 October 2013

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   <title>Biomod2013 Sendai ver2.0</title>
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<a href="http://openwetware.org/wiki/Biomod/2013" class="whiteSendai" style="float:right;"><img src="http://openwetware.org/images/6/6e/Biomod-logo.jpg"

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<a href="#top" class="page_top" onfocus="this.blur();" onclick="scrollTo(0,0); return false;" title="Top"></a></div>

 <section role="main">
       <article>

<h2>Project</h2> <Img Src="http://openwetware.org/images/1/16/Top%E7%B5%B5-ver2final_mini.jpg"><br>

<h3>Background</h3>

&nbsp;For all living organisms, sensing weak signals in environment and amplifying them are critically important to survive. Various types of signal sensing/ transduction systems have been highly developed in the course of evolution, e.g. immune and neuro-transmission systems.<br>&nbsp;These systems are not only astonishingly sensitive but very effective and efficient. If we could borrow principles from the living systems, we could create a system with novel functionalities.<br>&nbsp;In our project, we decided to create a sensing and signal transduction systems made of designed artificial biomolecules and chemicals.<br><br>

<h3>Motivation</h3>

&nbsp;In order to realize a signal transduction system, we need to develop two types of system; a sensing system that detects external signal and a transmitting system that amplifies the signal and releases large amount of output molecules (payloard). We adopt liposomes as a container of the system. <br><br>


<h3>Project: Lipo-HANABI</h3> &nbsp;In our system, stored molecules in liposome are released in chain-reaction triggered by environmental stimuli. The system adopts a two-stage mechanism as follows.<br><br>

<h4>First stage: Sensing system</h4> <Img Src="http://openwetware.org/images/1/1d/%3Basfinal.jpg" width="45%" height="45%" style="padding-left:10mm" align="right">

&nbsp;The First stage detects a certain signal in the environment, and release molecules to activate the Second stage. In this project, we chose temperature change as an environmental signal that initiates the whole process.<br>&nbsp;Namely, we use a temperature-sensitive liposome for the First stage. At a certain triggering temperature, they break and release key molecules for the Second stage. <br>&nbsp;The released key molecules attach on the Second stage liposomes and induce puncture of them.

<h4>Second stage: Amplification system</h4>

<Img Src="http://openwetware.org/images/e/e9/Top%E7%B5%B5-final_mini.jpg" width="45%" height="45%" style="padding-left:10mm" align="right">

&nbsp;The Second stage liposomes contain both the payload molecules (e.g. drug) and the same key molecules released by First stage. Once some of them break, it releases more key molecules, and they break other liposomes in their neighborhood. <br>&nbsp;As a consequence, bursting of the liposomes propagates exponentially in a chain-reactive way and releases a lot of payload molecules The advantage of adopting the two-stage strategy is that various types of signal in the environment can be detected by First stage design, without changing the Second stage.<br>&nbsp;The mechanism of this system is similar to that of HANABI (fireworks in Japanese), therefore, we termed the project "Lipo-HANABI".<br>


       </article>
       	
      
   </section>

</p>


   <footer>
       <p>&copy; Copyright Biomod 2013 Team Sendai
               <a href="http://www.molbot.mech.tohoku.ac.jp/index.html">

                  <img src="http://openwetware.org/images/3/36/Murata-nomura-logo.png"

                                     width="180" height="50" alt="Molcular Robotics Lab" border="0" align="right">

         </a>      </p>

       <p>E-MAIL:
           <a href="mailto:biomod.teamsendai.2012@gmail.com">biomod.teamsendai.2012@gmail.com
           </a>
       </p>
       <br>
       <a href="?action=edit" align="center"><p>edit</p></a>
   </footer>
   

</body> </html>

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