2021 Fiscal Year Annual Research Report
Optical control of the plasma membrane functions by using dynamic exciton
| Project Area | Dynamic Exciton: Emerging Science and Innovation |
|---|
| Project/Area Number |
20H05842
|
|---|
| Research Institution | Toyama Prefectural University |
|---|
Principal Investigator |
村上 達也 富山県立大学, 工学部, 教授 (90410737)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
沼田 朋大 秋田大学, 医学系研究科, 教授 (20455223)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-11-19 – 2025-03-31
|
| Keywords | 細胞膜電位 / 膜融合 / 配向制御 / 脂質ナノ粒子 / ドラッグデリバリー |
|---|
| 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（１）細胞膜内輸送と（２）細胞膜内異方的配置（Ｄ部分は細胞内側，Ａ部分は細胞外側）に注力した。光操作、具体的には光誘導細胞膜電位制御（脱分極）自体はすでに成功しているが、関与するイオンチャネルの開閉速度（ミリ秒オーダー）に比べて、その制御速度が極めて遅い（秒オーダー）という課題を解決する。
今年度は昨年度に続いて、（１）を実現するためのＤ－Ａ分子輸送キャリアの開発に注力した。キャリアはこれまでの研究で用いてきた高密度リポタンパク質改変体（ｎａｎｏｄｉｓｃ， ＮＤ）を膜融合性脂質を用いて作製した。この膜融合性改変体（ｆｕｓｏｇｅｎｉｃ ＮＤ， ｆＮＤ）と既存のＮＤに既報で用いたＤ－Ａ分子（ＴＣ１）を搭載させることを試みたが、ｆＮＤだけでなくＮＤにおいても１粒子あたり１分子も搭載できなかった。この理由として、用いたＴＣ１がＤＭＳＯ溶液中で長期間保存されていたもの（現在入手可能な唯一のＤ－Ａ分子）であるため、何らかの物性変化が生じたものと考えられた。
次に（２）についてモデル実験を行った。Ｄ－Ａ分子の細胞膜内異方的配向を実現するために、Ａ部分のフラーレンとπ－π相互作用するアンカー分子（ｐｙｒｅｎｅｂｕｔｙｒａｔｅ， ＰｙＢ）を使用した。まず細胞膜のモデルとしてリポソームを用い、ＰｙＢがその脂質膜表層へ挿入されることをゼータ電位測定（負に帯電）により確認した。Ｄ－Ａ分子のモデルとしてカチオン化フラーレン（ＣａｔＣ６０）を用い、ＰｙＢ搭載リポソームに作用させた。ＣａｔＣ６０の脂質膜内挿入を示唆走査熱量測定で評価したが、相転移温度の変化・消失は検出されず、現状の実験条件ではＰｙＢとＣａｔＣ６０のリポソーム膜存在下での相互作用を確認することはできなかった。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
Ｄ－Ａ分子の細胞膜内輸送および細胞膜内異方的配置が、本研究課題の重要な課題だが、それらに対応するための実験、つまりＤ－Ａ分子の新しいキャリア（ｆＮＤ）への搭載という最初期段階の実験、リポソーム膜中でのＰｙＢとＣａｔＣ６０の相互作用の確認、がいずれも上手くいっていない。いずれにおいて、使用できるＤ－Ａ分子（ＴＣ１）の量が極めて限られており、また本計画で提案してる改良型Ｄ－Ａ分子の合成が未達なため、広範な条件検討を行えないという状況が影響している。
|
| Strategy for Future Research Activity |
Ｄ－Ａ分子の細胞膜内輸送については、Ｄ－Ａ分子搭載体を使用せず、ｆＮＤを含む多様なＮＤを作製し、細胞膜接着・融合を指標として評価を進める。さらにマウスに点眼し、膜膜吸収効率、網膜輸送効率も評価する。一定の時点で、残存するＴＣ１を用いてＴＣ１搭載体を作製し、膜電位操作実験を研究分担者の沼田博士（秋田大院医）に依頼する。
Ｄ－Ａ分子の細胞膜内異方的配置については、ＣａｔＣ６０のリポソームへの搭載条件を検討し、脂質膜内でのＰｙＢとＣａｔＣ６０の相互作用を実証することを目指す。Ｄ－Ａ分子が新規に供与されれば、Ｄ－Ａ分子を用いた実験を行う。
|
Research Products
(5 results)
-
-
[Presentation] ゼブラフィッシュによるリポタンパク質の体内動態評価2021
Author(s)
R. Shima, R. Fukuda, S. Shibukawa, Y. Mizukami, R. Kawakami, F. Kawanishi, J. Huwyler, T. Murakami
Organizer
The 37th Annual Meeting og the Japan Society of Drug Delivery System
-
-
-
