生体膜の揺らぎによる薬物の輸送機構の動的多核NMR解析

• Project Area: Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions
• Project/Area Number: 21107527
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Himeji Dokkyo University
• Principal Investigator: 岡村 恵美子 姫路獨協大学, 薬学部, 教授 (00160705)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000); Fiscal Year 2010: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2009: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
• Keywords: 熱揺らぎ / ドラッグデリバリー / 脂質二分子膜 / パルス磁場勾配NMR / 拡散 / 生物物理 / 超精密計測 / 動態

Research Abstract

まず、「生体膜の熱揺らぎによる薬物輸送」に関して、前年度に得られたヒトHL60細胞に対する抗がん剤・5-フルオロウラシル(5FU)の取り込みに関する速度論的モデルを検証するために、フッ素原子を含む膜透過性の蛍光色素pentafluorobenzenesulfonyl-difluorofluorescein(BES-H_2O_2-Ac)のHL60細胞への取り込みを、^<19>F NMR時間分解計測と蛍光で同時にモニターした。5FUと同様、BES-H_2O_2-Acの^<19>F NMRシグナルの変化を分単位の時間分解能で計測することができた。今後、NMRと蛍光の両面から、膜透過の速度論的モデルの詳細を確認する予定である。
また、「モデル膜への薬物輸送の動的多核NMR解析」では、高分解能溶液NMRとパルス磁場勾配(PFG)法を組み合わせて、揺らぎにともなう膜中の薬物や脂質分子の運動をin situで観測し定量化する方法を独自に開発した。生体膜モデルとして卵黄レシチンの一枚膜ベシクル(直径100nm)を用いて、前年度に行った比較的親水性の強い5FUに引き続き、本年度は新たに、水への溶解性が低い内分泌撹乱物質ビスフェノールAのフッ素化物(CF_3)_2C(C_6H_4OH)_2について^<19>F NMRによる解析を、神経ペプチド・エンケファリンについて^1H NMRによる解析を行い、揺らぎによる「薬物の膜への結合量」、膜内の拡散運動」、「膜への結合と解離のキネティクス」を明らかにした。多核NMRを用いて、通常の一次元測定とPFG NMR測定を使い分けることにより、さまざまな速さで膜に結合・解離する薬物の運動をin situで定量化することが可能となった。今後、種々の生理活性ペプチドの膜へのデリバリーや膜タンパク質の動態のin situ解析など、興味深い系への適用が期待される。

Research Products

• [Journal Article] 特集「膜の揺らぎと機能への展開:研究の最前線」を企画して (2011)
  • Author(s): 岡村恵美子
  • Journal Title: 膜 Volume: 36 Pages: 1-1
  • NAID: 10029601561
• [Journal Article] ソフトな脂質膜の揺らぎと薬物透過についてのNMR研究 (2011)
  • Author(s): 吉井範行、岡村恵美子
  • Journal Title: 膜 Volume: 36 Pages: 9-15
  • NAID: 10029601581
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Kinetics of Membrane Binding and Dissociation of 5-Fluorouracil by Pulsed Field Gradient ^<19>F NMR (2009)
  • Author(s): Noriyuki Yoshii, Emiko Okamura
  • Journal Title: Chem.Phys.Lett. 474 Pages: 357-361
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 高分解能溶液NMRで捉えた脂質膜のダイナミクスと薬物の分配・輸送 (2009)
  • Author(s): 岡村恵美子
  • Journal Title: 膜 34 Pages: 117-125
  • NAID: 10026335936
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 高分解能溶液NMRによる薬物の膜への結合と膜のなかのダイナミクス (2009)
  • Author(s): 岡村恵美子
  • Journal Title: 分子シミュレーション研究会会誌「アンサンブル」 11 Pages: 18-21
• [Presentation] Lateral Diffusion of Phospholipid Molecules Separated from the Rotational and the Translational Diffusion of a Fluid Bilayer Vesicle (2010)
  • Author(s): Noriyuki Yoshii, Emiko Okamura
  • Organizer: The 4th International Symposium on Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions
  • Place of Presentation: Piaza Omi (Shiga)
  • Year and Date: 2010-12-01
• [Presentation] 高分解能NMRによる水中のベシクルへの薬物の結合・解離と拡散過程の解析:低分子からペプチドまで (2010)
  • Author(s): 岡村恵美子、吉井範行
  • Organizer: 第32回生体膜と薬物の相互作用シンポジウム
  • Place of Presentation: 富山国際会議場
  • Year and Date: 2010-11-29
• [Presentation] ベシクル上の脂質分子の側方拡散係数 (2010)
  • Author(s): 吉井範行、岡村恵美子
  • Organizer: 24回分子シミュレーション討論会
  • Place of Presentation: 福井県民ホール(招待講演)
  • Year and Date: 2010-11-24
• [Presentation] ソフトな脂質膜の揺らぎと薬物透過についてのNMR研究 (2010)
  • Author(s): 吉井範行、岡村恵美子
  • Organizer: 膜シンポジウム2010
  • Place of Presentation: 京都大学(招待講演)
  • Year and Date: 2010-11-19
• [Presentation] 水中の脂質二分子膜の構造・ダイナミクスと薬物輸送の溶液NMR研究 (2010)
  • Author(s): 岡村恵美子
  • Organizer: 第33回溶液化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 京都大学(招待講演)
  • Year and Date: 2010-11-17
• [Presentation] 球状ベシクル上の脂質分子の側方拡散係数 (2010)
  • Author(s): 岡村恵美子、吉井範行
  • Organizer: 第33回溶液化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2010-11-16
• [Presentation] 磁場勾配NMRによる膜のなかの分子拡散と膜への結合・解離の速度論 (2010)
  • Author(s): 岡村恵美子
  • Organizer: 文科省科研費補助金 特定領域研究「分子高次系機能解明のための分子科学-先端計測法の開拓による素過程的理解」第9回ミニ公開シンポジウム「イオンチャネルKcsAの機能制御と構造変化の関係を解明する計測法」
  • Place of Presentation: 佐木セミナーセンター(広島)
  • Year and Date: 2010-08-30
• [Presentation] ドラッグデリバリーの動的NMR解析 (2010)
  • Author(s): 岡村恵美子
  • Organizer: 徳島大学大学院ヘルスバイオサイエンス研究部 製剤設計薬学分野セミナー
  • Place of Presentation: 徳島大学大学院ヘルスバイオサイエンス研究部(招待講演)
  • Year and Date: 2010-06-21
• [Presentation] 薬物とベシクルとの結合解離に関する分子動力学およびモンテカルロ計算 (2010)
  • Author(s): 吉井範行
  • Organizer: 文部科学省「最先端・高性能汎用スーパーコンピュータの開発利用」プロジェクト 次世代ナノ統合シミュレーションソフトウェアの研究開発 第4回 公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 自然科学研究機構 岡崎コンファレンスセンター
  • Year and Date: 2010-03-04
• [Presentation] Kinetics of Membrane Binding, Diffusivity, and Permeability of Small-Sized Drugs and Peptides by NMR in Situ (2010)
  • Author(s): E.Okamura, N.Yoshii
  • Organizer: International Conference on Nanoscopic Colloid and Surface Science
  • Place of Presentation: Makuhari Messe (Chiba)
• [Presentation] First observation of pure lateral diffusion of lipid molecules in a bilayer vesicle by pulsed field gradient NMR spectroscopy (2009)
  • Author(s): 岡村恵美子
  • Organizer: The 3rd International Symposium on Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions
  • Place of Presentation: Toyoda Auditorium, Nagoya University, Japan
  • Year and Date: 2009-12-20
• [Presentation] Simulation of pulsed field gradient NMR spectra of diffusive motion of lipids and drugs restricted by a spherical vesicle. A Monte Carlo study (2009)
  • Author(s): 吉井範行
  • Organizer: The 3rd International Symposium on Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions
  • Place of Presentation: Toyoda Auditorium, Nagoya University, Japan
  • Year and Date: 2009-12-20
• [Presentation] Binding, Dissociation, and Diffusivity of 5-Fluorouracil to Lipid Bilayer Membranes by NMR and Computer Simulation (2009)
  • Author(s): 岡村恵美子
  • Organizer: 第31回生体膜と薬物の相互シンポジウム
  • Place of Presentation: 大阪大学コンベンションセンター
  • Year and Date: 2009-12-01
• [Presentation] 分子動力学およびモンテカルロ法による薬剤分子とベシクルとの相互作用についての研究 (2009)
  • Author(s): 吉井範行
  • Organizer: 第23回分子シミュレーション討論会
  • Place of Presentation: 名古屋市中小企業振興会館・吹上ホール
  • Year and Date: 2009-11-30
• [Presentation] 薬剤分子とベシクルとの結合・解離や拡散運動についてのNMR、分子動力学およびモンテカルロ計算による研究 (2009)
  • Author(s): 吉井範行
  • Organizer: 第32回溶液化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 新潟コンベンションセンター・朱鷺メッセ
  • Year and Date: 2009-11-19
• [Presentation] NMR、分子動力学および Monte Carlo 計算による薬物の膜への結合と拡散 (2009)
  • Author(s): 岡村恵美子
  • Organizer: 膜シンポジウム2009
  • Place of Presentation: 広島大学・霞キャンパス
  • Year and Date: 2009-11-18
• [Presentation] Drug Binding and Mobility in Membranes by High-Resolution Solution NMR(invited) (2009)
  • Author(s): 岡村恵美子
  • Organizer: 第47回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: アスティとくしま
  • Year and Date: 2009-11-01
• [Presentation] 分子動力学および Monte Carlo 計算による薬剤分子の脂質膜への親和性および拡散についての研究 (2009)
  • Author(s): 吉井範行
  • Organizer: 第3回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 名古屋大学東山キャンパス
  • Year and Date: 2009-09-21
• [Presentation] リン脂質ベシクルへの抗がん剤5-フルオロウラシルの結合・解離の速度論:パルス磁場勾配NMRによる in situ 定量解析 (2009)
  • Author(s): 岡村恵美子
  • Organizer: 第62回コロイドおよび界面化学討論会
  • Place of Presentation: 岡山理科大学
  • Year and Date: 2009-09-18
• [Presentation] 薬剤分子の脂質膜への親和性および拡散についての分子動力学および Monte Carlo 法による研究 (2009)
  • Author(s): 吉井範行
  • Organizer: 第62回コロイドおよび界面化学討論会
  • Place of Presentation: 岡山理科大学
  • Year and Date: 2009-09-17
• [Presentation] NMRによる膜中薬物の挙動の解析 (2009)
  • Author(s): 岡村恵美子
  • Organizer: 日本薬学会北陸支部特別講演会
  • Place of Presentation: 富山大学杉谷キャンパス
  • Year and Date: 2009-06-25
• [Remarks]
  • URL: http://www.himeji-du.ac.jp/faculty/dp_pharm/pharm/ph/
• [Remarks]
  • URL: http://www.himeji-du.ac.jp/faculty/dp_pharm/pharm/ph/