生体アミノ酸分子からリポソームまでと金属ナノ粒子との間に生じる反応機構の解明

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13J03655
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 塚田 千恵 名古屋大学, 工学研究科, DC2特別研究員
• Keywords: Auナノ粒子 / 液中プラズマ法 / フォスファチジルコリン / リポソーム / 押し出し法 / TEM観察 / NEXAFS測定

Research Abstract

本研究の目的は、分散剤を使用せず水環境下で高分散に存在するAuナノ粒子(Au NPs)を作製し、そのNPsと生体アミノ酸分子やタンパク質、細胞膜を構成するリン脂質を反応させた際に生じる分子の吸着反応や構造変化、NPsの形状変化を解明することである。さらにこれらの結果から、金属NPsの細胞に対する反応モデルの提案を考えている。本年度は、生体の細胞膜の脂質二重層を構成する主なリン脂質のフォスファチジルコリン(PC)とAuNPsの吸着反応に注目して研究を行った。AuNPsは液中プラズマ法、そして生体膜モデルとして用いられるリポソームはPC分子のみで押し出し法により作製した。それらの吸着反応を促したところ、NPsはリポソームの外側に吸着していることが透過型電子顕微鏡の観察結果から明らかになった。さらにNPsの周りはPC分子で覆われており、それら分子を介してNPsが互いに凝集した様子が観察された。よってPC分子のAuNPsへの吸着に寄与する官能基を解明するために、PC分子の親水基を構成する窒素、酸素そしてリンのK吸収端近傍X線吸収微細構造(NEXAFS)測定を行った。はじめにNPsを用いて試料作製を試みたが、PC分子は親水基または疎水基同士で結合し凝集しやすく、かつリポソームのように脂質二重層の内側に存在している分子はNPsとの反応に寄与していないため、反応前後のスペクトルに変化は見られなかった。したがってAuに対して化学吸着した分子のみを残した試料作製のため、Au板をPC水溶液中に浸して吸着反応を促したのち、板表面をmilli-Q水でリンスした。そのAu板に対してNEXAFS測定を行ったところ、反応前後でのスペクトル変化が見られ、PC分子はAu板表面に親水基全体で吸着していることが明らかとなった。この結果はNPsの場合にも反映できると考える。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度はフォスファチジルコリン(PC)分子のみから成るリポソームの作製およびそのリポソームに対するNPsの吸着箇所の解明、PC分子との吸着反応後に生じるNPsの形状変化および分子吸着に寄与する官能基の解明など、多角的にPC分子とAu NPsの間に生じる反応の詳細を明らかにできたため、おおむね順調に進展しているといえる。

Strategy for Future Research Activity

本年度の結果でPC分子が親水基全体でAu NPs表面に吸着していることが明らかになったが、PC分子とNPsの相互作用について、化学結合の他に配位結合または静電気力による吸着の可能性が考えられるため、赤外分光測定や核磁気共鳴測定を行い、結合の種類について解明することを計画している。また、TEM観察ではAu NPsのリポソーム表面への吸着やPC分子を介したAu NPsの凝集の様子がみられたが、リポソームを構成する、またはAu NPsの凝集に寄与するPC分子の層数について水環境を保持した状態で解明したいと考え、現在、シンクロトロン光を用いた小角散乱測定を実施している。更に、タンパク質分子との吸着反応も随時実施したいと考えている。

Research Products

• [Journal Article] Study on interaction between phosphatidylcholine (PC) liposome and gold nanoparticles by TEM observation (2014)
  • Author(s): C. Tsukada, T. Tsuji, K. Matsuo, H. Nameki, T. Yoshida, S. Yagi
  • Journal Title: Journal of Surface Analysis Volume: 20 Pages: 230-233
  • Peer Reviewed
• [Presentation] P-, N- and O-K edges NEXAFS analyses for phosphatidylcholine (PC) adsorbed on gold surface (2014)
  • Author(s): C. Tsukada, T. Tsuji, K. Matsuo, T. Nomoto, G. Kutluk, M. Sawada, H. Namatame, M. Taniguchi, T. Yoshida, S. Yagi
  • Organizer: 18th Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation
  • Place of Presentation: Hiroshima University, Japan (Poster)
  • Year and Date: 2014-03-06
• [Presentation] Adsorption mechanism between gold nanoparticle and phosphatidylcholine (PC) liposome (2014)
  • Author(s): C. Tsukada, T. Tsuji, K. Matsuo, G. Kutluk, M. Sawada, H. Namatame, M. Taniguchi, T. Yoshida, S. Yagi
  • Organizer: 18th Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation
  • Place of Presentation: Hiroshima University, Japan (Poster)
  • Year and Date: 2014-03-06
• [Presentation] TEM観察によるフォスファチジルコリン(PC)から成るリポソームとAuナノ粒子の吸着反応に関する研究 (2014)
  • Author(s): 塚田千恵、辻琢磨、松尾光一、行木啓記、吉田朋子、八木伸也
  • Organizer: 第42回表面分析研究会(依頼講演)
  • Place of Presentation: 大阪大学 中之島センター(口頭及びポスター)
  • Year and Date: 2014-02-20
• [Presentation] N-, O-及びP-K吸収端NEXAFSを用いたAu表面に対するフォスファチジルコリン(PC)の吸着反応に関する研究 (2014)
  • Author(s): 塚田千恵、松尾光一、野本豊和、アーリップ・クトゥルク、沢田正博、生天目博文、谷口雅樹、吉田朋子、八木伸也
  • Organizer: 第27回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • Place of Presentation: 広島国際会議場(ポスター)
  • Year and Date: 2014-01-11
• [Presentation] Adsorption reaction between biomolecules and gold nanoparticles prepared by solution plasma method (2014)
  • Author(s): C. Tsukada, T. Tsuji, K. Matsuo, T. Nomoto, G. Kutluk, M. Sawada, H. Namatame, M. Taniguchi, T. Ybshida, S. Yagi
  • Organizer: Synchrotron Radiation in Nano-medicine and Advanced Health Care (SRNAHC)
  • Place of Presentation: Konan University, Japan (Poster)
  • Year and Date: 2014-01-09
• [Presentation] 液中プラズマ法で作製したAuナノ粒子と生体分子の吸着反応 (2013)
  • Author(s): 塚田千恵、辻琢磨、松尾光一、野本豊和、アーリップ・クトゥルク、沢田正博、生天目博文、谷口雅樹、吉田朋子、八木伸也
  • Organizer: 第9回顕微ナノ材料科学研究会・放射光表面科学研究部会合同シンポジウム
  • Place of Presentation: 東北大学片平 キャンパスさくらホール(ポスター)
  • Year and Date: 2013-12-26
• [Presentation] Study on interaction between phosphatidylcholine (PC) liposome and gold nanoparticles by microscopic observation (2013)
  • Author(s): C. Tsukada, T. Tsuji, K. Matsuo, H. Nameki, T. Yoshida, S. Yagi
  • Organizer: 6th Intemational Symposium on Practical Surface Analysis (PSA-13)
  • Place of Presentation: Okinawa, Japan (Oral and Poster)
  • Year and Date: 2013-11-10
• [Presentation] Spectroscopic and morphological studies on interaction between gold nanoparticles and liposome constructed with phosphatidylcholine (PC) (2013)
  • Author(s): C. Tsukada, T. Tsuji, K. Matsuo, G. Kutluk, H. Nameki, T. Ybshida, S. Yagi
  • Organizer: The 4^<th> International SymPosium on Surface and Interface of Biomaterials (ISSB2013)
  • Place of Presentation: Roma, Italy (Oral)
  • Year and Date: 2013-09-24
• [Presentation] AdsorPtion Study between phosphatidylcholine (PC) and gold materials by synchrotron light (2013)
  • Author(s): C. Tsukada, K. Matsuo, G. Kutluk, M. Sawada, H. Namatame, M. Tankguchi, T. Yoshida, S. Yagi
  • Organizer: 11th International Confbrence, Biology and Synchrotron Radiation 2013
  • Place of Presentation: Hamburg, Germany (Poster)
  • Year and Date: 2013-09-08
• [Presentation] フォスファチジルコリン(PC)のAu表面における吸着反応に関する研究 (2013)
  • Author(s): 塚田千恵、辻琢磨、松尾光一、アーリップ・クトゥルク、吉田朋子、八木伸也
  • Organizer: 第16回XAFS討論会
  • Place of Presentation: 東京大学 理学部 化学本館(口頭)
  • Year and Date: 2013-09-05
• [Remarks] 以下に、本年度の受賞(賞の名称、賞の授与団体、授与年月日等)について記載する。
• [Remarks] 1. 日本XAFS研究会学生奨励賞、日本XAFS研究会、2013年9月6日
• [Remarks] 2. Powell Prize, Surface Analysis Society of Japan, 2013年11月14日
• [Remarks] 3. 優秀ポスター賞、放射光表面科学部会・顕微ナノ材料科学研究会、2013年12月26日.
• [Remarks] 4. Poster Award, Synchrotron Radiation in Nano-medicine and Advanced Health Care (SRNAHC)で受賞, 2014年1月9日.