東北大学
学際科学フロンティア研究所

分子ロボティクスは、分子レベルの部品を組み合わせて細胞サイズの機能システムを構築する学際的研究領域であり、生命科学・物理化学・工学を横断する新しい学問として急速に発展しています。なかでも、細胞のように自律的に動く人工細胞型分子ロボットの構築は、生命現象の理解や次世代バイオデバイスの創出に直結する挑戦的課題です。白血球のような生体内の細胞がみせる自律的な運動を構築するには、人工細胞が前後の非対称性を獲得することと、その非対称性を力に変換して移動することが必要ですが、これらの分子機構を実装し統合するには未解明の部分が多く残されています。本研究では、DNAの配列情報に基づく液–液相分離（LLPS）技術と、細胞運動の力発生を担うアクチン細胞骨格系の制御技術を融合させることで、人工細胞が自ら非対称性を生み出し、自律的に移動する仕組みの創出を目指します。具体的には、①人工細胞膜の裏側でDNAナノ構造の相分離を誘起して二次元パターンを形成し、生体分子の局在を制御する技術、②アクチン重合因子や収縮力を生むミオシンをDNA系と連携させ制御する技術の開発を行います。最終的に両者を人工細胞内で統合することで、外部からの光や化学刺激に頼らず、自発的に動く人工細胞型分子ロボットを構築します。将来的には、生体組織や細胞外マトリクスといった複雑な環境での応用や、生命システムの原理解明に貢献することが期待されます。また、細胞がもつ機能分子をDNAで制御する技術を開発することによって、運動以外の様々な機能を人工細胞型分子ロボットにデザインするための基盤の構築を目指します。