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Safe and quick control of cell structure/function by using subcellularly localized nano-heaters

Publicly Offered Research

Project AreaIntegrative understanding of biological phenomena with temperature as a key theme
Project/Area Number 18H04700
Research Category

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

Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionToyama Prefectural University

Principal Investigator

村上 達也  富山県立大学, 工学部, 教授 (90410737)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000)
Fiscal Year 2019: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2018: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Keywords脂質膜物理 / 表面化学 / 生物化学 / コレステロール輸送 / 光線温熱効果 / ナノバイオサイエンス / ドラッグデリバリーシステム / 金ナノ粒子 / リポタンパク質
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、光線温熱材料である金ナノロッド(AuNR)と生体内でコレステロール輸送を担う高密度リポタンパク質(HDL)を組み合わせて、細胞局所を安全に加熱することができるナノヒーターを作製する。細胞膜加熱型ナノヒーター(pm-AuNR)を用いると、細胞膜を壊すことなく、熱感受性イオンチャネルTRPV1を光活性化できることをすでに見出している。最終年度では、原著論文として研究成果をまとめることに注力した。
昨年度までに、HDL変異体で被覆されたAuNR (plasma membrane-targeted AuNR, pm-AuNR)が、細胞サイズリポソーム(giant unilamellar vesicle, GUV)の流動性の高い液体秩序(Lo)相ドメイン(生きた細胞の脂質ラフトのモデル)に特異的に接着し、固体秩序(So)相への相転移を引き起こすことを明らかにしていた。今年度、生きた細胞の細胞膜において、脂質ラフトに局在することが知られているガングリオシドを用いて、その局在の変化を調べた。岐阜大学の安藤博士から提供された蛍光ラベルガングリオシド(ATTO-GM3)を含むGUVを作製し、pm-AuNRを作用させた。ATTO-GM3蛍光はGUV内でLo相に特徴的な円状構造を示し、pm-AuNR蛍光は最初その円状ドメインから検出された。その後、円状ドメイン構造は崩壊し、So相ドメインに特徴的な非円状ドメイン(線状パターン)に変化した。すなわち、pm-AuNRによるLo-to-So相転移は、ラフト局在性分子を使った場合でも、証明された。ここまでの研究成果を原著論文としてアメリカ化学会のLangmuir誌に投稿し、現在、minor revision中である。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2020 2019 2018

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 1 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 2 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Potential of Lipoprotein-Based Nanoparticulate Formulations for the Treatment of Eye Diseases2020

    • Author(s)
      Fukuda, R.; Murakami, T.
    • Journal Title

      Biological and Pharmaceutical Bulletin

      Volume: 43 Issue: 4 Pages: 596-607

    • DOI

      10.1248/bpb.b19-00858

    • NAID

      130007825271

    • ISSN
      0918-6158, 1347-5215
    • Year and Date
      2020-04-01
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Membrane fusogenic high-density lipoprotein nanoparticles2020

    • Author(s)
      Kim, H.; Nobeyama, T.; Honda, S.; Yasuda, K.; Morone, N.; and Murakami, T.
    • Journal Title

      Biochem. Biophys. Acta - Biomembrane 2019, 1861, 183008.

      Volume: 1861 Issue: 10 Pages: 183008-183008

    • DOI

      10.1016/j.bbamem.2019.06.007

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Urea-assisted reconstitution of discoidal high-density lipoprotein2020

    • Author(s)
      Fukuda, R.; Saito, M.; Shibukawa, S.; Sumino, A.; Nakano, M.; Murakami, T.
    • Journal Title

      Biochemistry

      Volume: 59 Issue: 15 Pages: 1455-1464

    • DOI

      10.1021/acs.biochem.0c00075

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Sustained photodynamic effect of single chirality-enriched single-walled carbon nanotubes2020

    • Author(s)
      Fukuda, R.; Umeyama, T.; Tsujimoto, M.; Ishidate, F.; Tanaka, T.; Kataura, H.; Imahori, H.; Murakami, T.
    • Journal Title

      Carbon

      Volume: 161 Pages: 718-725

    • DOI

      10.1016/j.carbon.2020.02.002

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Effects of the Peripheral Substituents, Central Metal, and Solvent on the Photochemical and Photophysical Properties of 5,15-Diazaporphyrins2019

    • Author(s)
      Satoshi Omomo, Ryosuke Fukuda, Tomoaki Miura, Tatsuya Murakami, Tadaaki Ikoma, and Yoshihiro Matano
    • Journal Title

      ChemPlusChem

      Volume: 84 Issue: 6 Pages: 1-7

    • DOI

      10.1002/cplu.201900087

    • Related Report
      2019 Annual Research Report 2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Colloidal stability of lipid/protein-coated nanomaterials in salt and sucrose solutions2018

    • Author(s)
      Nobeyama, T.; Mori, M.; Shigyou, K.; Takata, K.; Pandian, G.N.; Sugiyama, H.; Murakami, T.
    • Journal Title

      ChemistrySelect

      Volume: 3 Issue: 28 Pages: 8325-8331

    • DOI

      10.1002/slct.201801180

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ディスク状脂質ドラッグキャリアの作製・保存法の開発2019

    • Author(s)
      福田 亮介、齊藤 実央、島 瑠美奈、角野 歩、村上 達也
    • Organizer
      第35回日本DDS学会学術集会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] ディスク状脂質ドラッグキャリアの1ステップ作製法の確立とその形成メカニズム2019

    • Author(s)
      齊藤 実央、福田 亮介、角野 歩、村上 達也
    • Organizer
      第35回日本DDS学会学術集会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Deformation and formation of Lo phase domains on cell-sized liposome with membrane-adhesive plasmonic nanoparticles2019

    • Author(s)
      Nobeyama, T.; Shigyo, K.; Nakatsuji, H.; Sugiyama, H.; Hamada, T.; Murakami, T.
    • Organizer
      Materials Research Meeting 2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 植物細胞とリポタンパク質ドラッグキャリアの相互作用に関する基礎的研究2019

    • Author(s)
      谷 美沙季、延山 知弘、福田 亮介、加藤 康夫、野村 泰治、村上 達也
    • Organizer
      第42回日本分子生物学会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 細胞内ドラッグデリバリーシステムを基盤とする光細胞工学2018

    • Author(s)
      村上 達也
    • Organizer
      第70回日本生物工学会大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] High-Density Lipoprotein Mutant Eye Drops for the Treatment of Age-Related Macular Degeneration2018

    • Author(s)
      村上 達也
    • Organizer
      The 5th Toyama-Basel Joint Symposium on Pharmaceutical Research and Drug Development
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Lyophilization of Nano-Lipo Eye Drops and Its Effects on the Physicochemical Properties2018

    • Author(s)
      福田 亮介、島 瑠美奈、齊藤 実央、村上 達也
    • Organizer
      The 5th Toyama-Basel Joint Symposium on Pharmaceutical Research and Drug Development
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Manipulation of Model Lipid Rafts on Cell-Sized Liposomes by Using Plasma Membrane-Adhesive Gold Nanorods2018

    • Author(s)
      延山 知弘、執行 航希、中辻 博貴、杉山 弘、濱田 勉、村上 達也
    • Organizer
      The 5th Toyama-Basel Joint Symposium on Pharmaceutical Research and Drug Development
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] One Step Reconstitution of Lipid/Protein-Drug Carrier2018

    • Author(s)
      齊藤 実央、福田 亮介、角野 歩、村上 達也
    • Organizer
      The 5th Toyama-Basel Joint Symposium on Pharmaceutical Research and Drug Development
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 脂質/タンパク質ドラッグキャリアの1ステップ作製2018

    • Author(s)
      齋藤 実央、福田 亮介、角野 歩、村上 達也
    • Organizer
      第34回日本DDS学会学術集会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] ナノリポタンパク質製剤の簡便作製法の確立2018

    • Author(s)
      福田 亮介、齊藤 実央、角野 歩、村上 達也
    • Organizer
      2018年度高分子学会北陸支部研究発表会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 薬物デリバリーキャリアおよびこれを用いる医薬組成物2020

    • Inventor(s)
      村上達也,Aawangrat Kasirawat,他5名
    • Industrial Property Rights Holder
      村上達也,Aawangrat Kasirawat,他5名
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2020-036022
    • Filing Date
      2020
    • Related Report
      2019 Annual Research Report

URL: 

Published: 2018-04-23   Modified: 2021-01-27  

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