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システム制御化された多機能性リポソームの構築:放出機能と運動機能

Publicly Offered Research

Project AreaDevelopment of Molecular Robots equipped with sensors and intelligence
Project/Area Number 15H00807
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionJapan Advanced Institute of Science and Technology

Principal Investigator

濱田 勉  北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (40432140)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2017-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2016: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2015: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Keywords生物物理 / マイクロマシン / 脂質 / 生体物理 / 分子モーター
Outline of Annual Research Achievements

リポソーム1固体の制御から複数リポソ-ム(多数コンパートメント)の制御へと研究を発展させるため、膜の融合システムを完成させた。光応答性界面活性剤を用いて膜のstretch状態を光でコントロールする実験系を設計し、光で膜張力を増加させることで、膜の融合現象(FusionおよびHemifusion状態)を創り出した。膜内のコレステロール濃度および温度をパラメータとする相図を構築し、FusionおよびHemifusionに必要な条件を明らかにした。さらに、顕微鏡実験により膜張力の増加量を見積り、物理化学的メカニズムを膜の弾性エネルギーにより説明した。また、分子要素の膜への装着・システム制御化の基本メカニズムを理解するため、膜界面に粒子を吸着させ、膜面上における粒子の拡散および透過現象のダイナミクスを解析した。顕微鏡像の画像解析から、粒子運動の平均二乗変位を測定した。拡散係数の粒子サイズ依存性を明らかにし、理論モデルとの比較を行った。実験結果をフィッティングすることで得られた膜粘性の値は、過去の測定値と良く一致した。そして、粒子と膜の吸着力をコントロールして膜による包装状態を変化させると、膜に包まれた高吸着状態の粒子は小さい拡散係数を示すことを発見した。さらに、膜が出芽変形したくびれ部位に粒子が局在化し、異常拡散性を示すことも分かった。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (37 results)

All 2017 2016 2015 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 7 results,  Acknowledgement Compliant: 5 results) Presentation (25 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 7 results) Book (3 results)

  • [Int'l Joint Research] チュラロンコン大学(タイ)

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  • [Int'l Joint Research] ユニバーシティ・カレッジ・ロンドン(英国)

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  • [Journal Article] Photo-induced fusion of lipid bilayer membranes2017

    • Author(s)
      Yui Suzuki, Ken H. Nagai, Anatoly Zinchenko, Tsutomu Hamada
    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: 33 Issue: 10 Pages: 2671-2676

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.7b00448

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  • [Journal Article] Lateral diffusion of a submicron particle on a lipid bilayer membrane2016

    • Author(s)
      Kazuki Shigyou, Ken H Nagai, and Tsutomu Hamada
    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: 32 Issue: 51 Pages: 13771-13777

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.6b02448

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    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Phase diagrams and ordering in charged membranes: Binary mixtures of charged and neutral lipids2016

    • Author(s)
      Naofumi Shimokawa, Hiroki Himeno, Tsutomu Hamada, Masahiro Takagi, Shigeyuki Komura, David Andelman
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry B

      Volume: 120 Issue: 26 Pages: 6358-6367

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.6b03102

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    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Synthesis and Thermal Responses of Polygonal Poly(ethylene glycol) Analogues2016

    • Author(s)
      Shunichi Kawasaki, Takahiro Muraoka,* Tsutomu Hamada, Kazuki Shigyou, Fumi Nagatsugi and Kazushi Kinbara*
    • Journal Title

      Chem. Asian J.

      Volume: 11 Issue: 7 Pages: 1028-1035

    • DOI

      10.1002/asia.201501381

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  • [Journal Article] Molecular behavior of DNA in a cell-sized compartment coated by lipids2015

    • Author(s)
      Tsutomu Hamada, Rie Fujimoto, Shunsuke F. Shimobayashi, Masatoshi Ichikawa, Masahiro Takagi
    • Journal Title

      Phys. Rev. E

      Volume: 91 Issue: 6 Pages: 62717-62717

    • DOI

      10.1103/physreve.91.062717

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  • [Journal Article] Shape Effect on Particle-Lipid Bilayer Membrane Association, Cellular Uptake and Cytotoxicity2015

    • Author(s)
      Thapakorn Tree-udom, Jiraporn Seemork, Kazuki Shigyou, Tsutomu Hamada, Naunpun Sangphech, Tanapat Palaga, Numpon Insin, Porntip Pan-In, and Supason Pattanaargson Wanichwecharungruang
    • Journal Title

      ACS Appl. Mater. Interfaces

      Volume: 7 Issue: 43 Pages: 23993-24000

    • DOI

      10.1021/acsami.5b06781

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      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Coupling between pore formation and phase separation in charged lipid membranes2015

    • Author(s)
      Hiroki Himeno, Hiroaki Ito, Yuji Higuchi, Tsutomu Hamada, Naofumi Shimokawa, Masahiro Takagi
    • Journal Title

      Physical Review E

      Volume: 92 Issue: 6 Pages: 0627131-12

    • DOI

      10.1103/physreve.92.062713

    • NAID

      120005829720

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    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 人工細胞モデルの構築と動態制御2016

    • Author(s)
      濵田勉
    • Organizer
      分子系の複合電子機能第181委員会 第25回研究会
    • Place of Presentation
      東京大学 本郷キャンパス(東京都文京区)
    • Year and Date
      2016-12-02
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    • Invited
  • [Presentation] 人工細胞モデルから探る膜と粒子の相互作用メカニズム2016

    • Author(s)
      濵田勉
    • Organizer
      第38回生体膜と薬物の相互作用シンポジウム
    • Place of Presentation
      名古屋市立大学大学院薬学研究科(愛知県名古屋市)
    • Year and Date
      2016-11-17
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  • [Presentation] 細胞サイズ空間で創発する膜とコロイドの動的カップリング2016

    • Author(s)
      濵田勉
    • Organizer
      第67回コロイドおよび界面化学討論会
    • Place of Presentation
      北海道教育大学 旭川校(北海道旭川市)
    • Year and Date
      2016-09-22
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  • [Presentation] Physical design of artificial cell membranes2016

    • Author(s)
      濵田勉
    • Organizer
      分子研研究会「超機能分子の創成:合成、計測、数理が織りなす社会実装分子の戦略的設計と開発」
    • Place of Presentation
      自然科学研究機構 岡崎コンファレンスセンター(愛知県岡崎市)
    • Year and Date
      2016-06-28
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      2016 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] ナノ粒子吸着の脂質ラフトダイナミクスへの影響2016

    • Author(s)
      執行航希、太田 有紀、永井健、濵田勉
    • Organizer
      日本物理学会第71回年次大会(2016年)
    • Place of Presentation
      東北学院大学 泉キャンパス(宮城県仙台市)
    • Year and Date
      2016-03-19
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      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Physical approach to artificial cells2016

    • Author(s)
      濵田勉
    • Organizer
      International Symposium on Bioscience and Biotechnology in JAIST
    • Place of Presentation
      ISHIKAWA High-Tech Exchange Center(石川県能美市)
    • Year and Date
      2016-03-18
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      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] システム制御化された多機能性リポソームの構築2016

    • Author(s)
      濵田勉
    • Organizer
      新学術領域会議 第7回 分子ロボティクス
    • Place of Presentation
      ホテルたつき(愛知県蒲郡市)
    • Year and Date
      2016-03-14
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      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 脂質膜-ナノ粒子吸着系の複合挙動2016

    • Author(s)
      執行 航希、太田 有紀、永井健、濵田勉
    • Organizer
      新学術領域会議 第7回 分子ロボティクス
    • Place of Presentation
      ホテルたつき(愛知県蒲郡市)
    • Year and Date
      2016-03-14
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      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 光で融合するリポソーム2016

    • Author(s)
      鈴木由衣、執行航希、永井健、濵田勉
    • Organizer
      新学術領域会議 第7回 分子ロボティクス
    • Place of Presentation
      ホテルたつき(愛知県蒲郡市)
    • Year and Date
      2016-03-14
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      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Diffusion of particles adhering to liposomes2015

    • Author(s)
      Kazuki Shigyou, Ken H. Nagai, Tsutomu Hamada
    • Organizer
      International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science
    • Place of Presentation
      名古屋大学(愛知県名古屋市)
    • Year and Date
      2015-11-23
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      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Photocontrollable fusion of lipid vesicles2015

    • Author(s)
      Y. Suzuki, K. Shigyo, K. H. Nagai, A. Zinchenko, T. Hamada
    • Organizer
      International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science
    • Place of Presentation
      名古屋大学(愛知県名古屋市)
    • Year and Date
      2015-11-23
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      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 人工細胞システムの構成原理と動態デザイン2015

    • Author(s)
      濵田勉
    • Organizer
      細胞を創る研究会8.0
    • Place of Presentation
      大阪大学吹田キャンパス(大阪府吹田市)
    • Year and Date
      2015-11-12
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      2015 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 光で融合するリポソーム2015

    • Author(s)
      鈴木由衣、執行航希、永井健、濵田勉
    • Organizer
      細胞を創る研究会8.0
    • Place of Presentation
      大阪大学吹田キャンパス(大阪府吹田市)
    • Year and Date
      2015-11-12
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      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 脂質膜形状が誘起する吸着粒子の異常拡散2015

    • Author(s)
      執行航希、永井健、濱田勉
    • Organizer
      日本物理学会2015年秋季大会
    • Place of Presentation
      関西大学 千里山キャンパス(大阪府吹田市)
    • Year and Date
      2015-09-16
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      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] リポソーム-ナノ粒子複合系の電場応答2015

    • Author(s)
      太田有紀、執行航希、水野志野、永井健、濱田勉
    • Organizer
      日本物理学会2015年秋季大会
    • Place of Presentation
      関西大学 千里山キャンパス(大阪府吹田市)
    • Year and Date
      2015-09-16
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      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 液滴表面上で動く微小管の運動解析2015

    • Author(s)
      薮内紀仁、伊藤正樹、角五彰、濱田勉、永井健
    • Organizer
      日本物理学会2015年秋季大会
    • Place of Presentation
      関西大学 千里山キャンパス(大阪府吹田市)
    • Year and Date
      2015-09-16
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      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] リポソーム融合の光マニピュレーション2015

    • Author(s)
      鈴木 由衣 , 執行 航希 , 永井 健 , 濵田 勉
    • Organizer
      第53回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      金沢大学 角間キャンパス(石川県金沢市)
    • Year and Date
      2015-09-13
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      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] ナノ粒子の細胞内取り込み機構:膜変形と粒子拡散2015

    • Author(s)
      執行 航希 , 永井 健 , 濵田 勉
    • Organizer
      第53回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      金沢大学 角間キャンパス(石川県金沢市)
    • Year and Date
      2015-09-13
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      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 巨大ベシクルとナノ粒子・マイクロ粒子の相互作用2015

    • Author(s)
      濵田勉
    • Organizer
      第66回コロイドおよび界面化学討論会
    • Place of Presentation
      鹿児島大学 郡元キャンパス(鹿児島県鹿児島市)
    • Year and Date
      2015-09-10
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      2015 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 光応答性界面活性剤の添加によるリポソーム融合の制御2015

    • Author(s)
      鈴木由依、執行航希、永井健、A. Zinchenko、濱田勉
    • Organizer
      第66回コロイドおよび界面化学討論会
    • Place of Presentation
      鹿児島大学 郡元キャンパス(鹿児島県鹿児島市)
    • Year and Date
      2015-09-10
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 脂質2分子膜上のナノ粒子ダイナミクス ~細胞内取込み機構の理解に向けて~2015

    • Author(s)
      執行航希、太田有紀、永井健、濱田勉
    • Organizer
      第66回コロイドおよび界面化学討論会
    • Place of Presentation
      鹿児島大学 郡元キャンパス(鹿児島県鹿児島市)
    • Year and Date
      2015-09-10
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      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Dynamical motion of lipid vesicles under photo-irradiation2015

    • Author(s)
      Y. Suzuki, K. Shigyo, K. H. Nagai, A. Zincenko, T. Hamada
    • Organizer
      International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium 2015
    • Place of Presentation
      京都大学 芝蘭会館(京都府京都市)
    • Year and Date
      2015-08-20
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 脂質二重膜のダイナミクス機構 ~物性解析から動態制御まで~2015

    • Author(s)
      濱田 勉
    • Organizer
      文部科学省新学術領域研究「プラズマ医療科学の創成」名古屋拠点ゼミ
    • Place of Presentation
      名古屋大学(愛知県名古屋市)
    • Year and Date
      2015-07-31
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      2015 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Dynamical properties of nano/micro-particles on lipid membranes2015

    • Author(s)
      Tsutomu Hamada
    • Organizer
      Mini-Workshop on Structure and Dynamics of Biomembrane
    • Place of Presentation
      東京大学物性研究所(千葉県柏市)
    • Year and Date
      2015-06-05
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 脂質2分子膜の秩序形成と刺激応答:巨大ベシクルによるアプローチ2015

    • Author(s)
      濱田 勉
    • Organizer
      第54回生体医工学会大会 東京大学大学院医学系研究科 医用生体工学講座
    • Place of Presentation
      名古屋国際会議場(愛知県名古屋市)
    • Year and Date
      2015-05-07
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Invited
  • [Book] 人工細胞の創製とその応用2017

    • Author(s)
      下林俊典、濵田勉
    • Total Pages
      8
    • Publisher
      シーエムシー出版
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Book] 材料表面の親水・親油の評価と制御設計2016

    • Author(s)
      執行航希,鈴木由衣,濵田勉
    • Total Pages
      8
    • Publisher
      株式会社テクノシステム
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Book] Bottom-Up Self-Organization in Supramolecular Soft Matter2015

    • Author(s)
      Ken H. Nagai, Tsutomu Hamada
    • Total Pages
      12
    • Publisher
      Springer
    • Related Report
      2015 Annual Research Report

URL: 

Published: 2015-04-16   Modified: 2022-02-16  

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