2017 Fiscal Year Annual Research Report
Understanding of direct permeation of a nanoparticle across the cell membrane under an external electric field and its control
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15K21292
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
仲村 英也 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00584426)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ナノ粒子 / 細胞膜 / 膜透過 / ナノ粒子と細胞の相互作用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
現在、ナノ粒子を利用した治療技術の開発が行われているが、その実現にはナノ粒子が細胞膜を透過する現象を精密に制御する技術の開発が必要である。本研究では、外部電場を印可してナノ粒子を細胞内に送達する手法に着目した。平成29年度の研究実績は以下の通りである。
1. 前年度までに、分子動力学解析によって膜破壊電位(膜穿孔が生じる臨界膜電位)以下の適度な強度の外部電場を印加することで、細胞膜を傷つけずにナノ粒子の細胞膜直接透過が可能であることを見出したが、この直接透過に及ぼすナノ粒子物性の作用機構は不明であった。特に、前年度まではナノ粒子が単一で存在する条件での検討のみを行っていたが、実在系を考えるとナノ粒子が複数個存在する環境下での解析が必要であると考えた。そこで本年度は、分子動力学シミュレーションを用いて、複数個のナノ粒子が存在した環境下における粒子膜透過現象を解析した。その結果、ナノ粒子が複数個存在する環境下では、より低い印可電位で粒子が細胞膜を透過することを明らかにした。これは、粒子が複数個存在することで、粒子と膜表面との接触界面において脂質分子が疎に局在している箇所が現れることに起因していた。
2.平面脂質膜法を用いて電場印加環境におけるナノ粒子－脂質膜間相互作用を実験的に解析した。本年度は、前年度まで用いていた手法よりも簡便に平面脂質膜を作成できる液滴接触法に着目した。この手法は微小ウェル中に脂質分子が溶解した無極性溶媒とナノ粒子が分散した水溶液をピペットで分注するだけで、その接触界面に脂質膜を形成する方法である。本年度ははじめに、この液滴接触法を用いた実験系を構築した。次に、これを用いてナノ粒子と脂質膜の相互作用を解析したところ、粒子の膜付着や脂質膜欠損に伴う変化を、静電容量および電流の微小変化として検出することができた。
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