2020 Fiscal Year Annual Research Report
Optical control of the plasma membrane functions by using dynamic exciton
| Project Area | Dynamic Exciton: Emerging Science and Innovation |
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| Project/Area Number |
20H05842
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| Research Institution | Toyama Prefectural University |
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Principal Investigator |
村上 達也 富山県立大学, 工学部, 教授 (90410737)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
沼田 朋大 福岡大学, 医学部, 講師 (20455223)
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| Project Period (FY) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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| Keywords | 膜融合 / 脂質ナノ粒子 / ドラッグデリバリー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ドナー－アクセプター連結分子（Ｄ―Ａ分子）による視神経細胞活動の光操作に向けて，Ｄ－Ａ分子の異方的細胞膜内輸送に注力した．キーコンセプトは以下の通りである．（１）細胞膜内において，Ｄ－Ａ分子をそのＤ部分は細胞内側，Ａ部分は細胞外側となるよう配置する．（２）光照射によってＤ－Ａ分子内で電荷分離を誘導し，細胞外側にアニオン，細胞内側にラジカルカチオンを生じさせる．（３）この分子内電荷分離状態により細胞膜電位が打ち消され，神経発火が生じる．この実現のためには，細胞膜内環境で凝集せず，かつ上記配向を取るＤ－Ａ分子の合成，生細胞の細胞膜内へこのＤ－Ａ分子を輸送するキャリアの開発，が必須である．
本年度はＤ－Ａ分子のキャリア開発に注力した．既報で用いた第１世代のキャリアは細胞膜に接着するが，細胞膜内輸送に必要な脂質膜融合活性は不明であった．そこで膜融合活性を示すことが知られている脂質を用いて，第２世代のキャリアを作製した．具体的には，フォスファチジルエタノールアミン，ジオレオイルフォスファチジルコリン，コレステロールヘミスクシナートの3者の脂質を用い，その組成比を種々変更したキャリアを作製した．評価系としてモデル細胞のリポソームを用い，キャリアとリポソームとの間の膜融合活性を調べた．第１世代のキャリアでは膜融合活性は検出されなかったが，第2世代キャリアの中から有意な膜融合活性を示すものを見出した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究のキーコンセプトであるＤ－Ａ分子の細胞膜内異方的配置の実現には，膜融合性キャリアの開発が必要であり，そのキャリア開発の指針を得ることができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
十分量のＤ－Ａ分子を入手するまでは，カチオン化フラーレンをモデルＤ－Ａ分子として用い，生細胞のモデルとしてリポソームを用いる．具体的には以下の3点について調べる．
（1）リポソームにおけるカチオン化フラーレンの局在
（2）フラーレンとπ―π相互作用できるアンカー分子による上記局在の改善
（3）第2世代キャリアの生細胞に対する膜融合活性
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