2018 Fiscal Year Annual Research Report
Fabrication of membrane morphogenic materials for nano medicine
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16H03842
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
佐々木 善浩 京都大学, 工学研究科, 准教授 (90314541)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ナノバイオ / ナノ材料 / 脂質 / 超薄膜 / 超分子化学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度に引き続き、ナノ微粒子による膜モルフォジェネシスの誘導に重点を置いて研究を推進した。具体的な研究成果を以下に述べる。まず、ナノ微粒子の運動エネルギーを脂質膜の形態変化に変換する手法の確立を引き続き行った。先行研究において確立した巨大リポソームへの外部場による脂質膜ナノチューブの基礎物性について、超高解像蛍光顕微鏡観察などにより検討した。また、脂質ナノチューブのみならず他の膜形態の形成制御についても検討した。生体系においては、細胞膜骨格がその構造を変えることで膜に歪みが生じ、その膜構造変化を誘起することが指摘されている。このような膜モルフォジェネシス制御系を規範とした系の確立を目指し、昨年度に引き続き脂質のキャスト膜に対して、外部場によりナノ微粒子を貫通させることで、ナノ微粒子表面を脂質膜で被覆する新しい手法の確立を目指す研究をおこなった。具体的には、従来ナノ微粒子を脂質膜で効率的に被覆する簡便な手法が見出されていないのに対し、本手法を適用することで、ナノ微粒子表面に脂質膜を被覆する極めて簡便な手法を見いだした。本手法は、微粒子表面の物性、機能改変などへの展開が期待される点で興味深い。また、脂質膜固定化マイクロ微粒子に対して、脂質膜と相互作用する両親媒性高分子を添加することで、微粒子表面から脂質ナノチューブを生成させる全く新しい手法を見いだした。固定化二分子膜からの脂質ナノチューブの進展については、先行研究において一部予備的にみいだされているものの、非常に比表面積の大きいマイクロ微粒子から脂質ナノチューブの進展を行う本研究のアプローチは、その簡便さや効率において極めて優れた手法であり、脂質ナノチューブ形成機構の解明、大量作製手法の開発につながる技術として極めて興味深い。
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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
昨年度に引き続き、ナノ微粒子による膜モルフォジェネシスの誘導に関して、基礎的な知見を得ることを目的として研究を推進した。その目的のもと、まず、物理化学的な諸物性の精査を行い、脂質ナノチューブの基礎物性について、蛍光消光後回復測定、超高解像蛍光顕微鏡観察、X 線および中性子散乱測定などにより多方面での検討を行い、脂質二分子膜の流動性、厚みなどについての新たな知見を得た。また当初は予定していなかったが、新たな膜モルフォジェネシス制御系として、脂質のキャスト膜に対して、外部場によりナノ微粒子を貫通させることで、ナノ微粒子表面を脂質膜で被覆する新しい手法を見出し、その手法の詳細についてさらに検討をおこなった結果、従来サブミクロンサイズの微粒子に脂質膜を被覆する手法は見出されていなかったのに対し、本手法を用いることで容易にナノ粒子ー脂質膜ハイブリッドを得る手法を確立した。また、この系において、微粒子表面に対して脂質膜に親和性を有する高分子を付与することで、さらに効率的に脂質膜を被覆する手法についても予備的に検討をおこなった。さらに、固定化脂質二分子膜からの脂質膜の構造制御についても検討をおこなった。具体的には、マイクロ微粒子の表面に脂質膜を固定化し、この微粒子の溶解や体積相転移、両親媒性高分子の添加などにより脂質膜に歪みを与えることで、人工細胞からの膜の出芽とそれに引き続く脂質ナノチューブの伸長が可能であることも見いだした。これらに加え、ナノゲルと脂質ナノチューブのハイブリッド化についても新たな知見が得られたことから、本研究は当初の目的を概ね達成できたものと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度に引き続き、ナノ微粒子による膜モルフォジェネシスの誘導について継続して研究を推進する。具体的には、ナノ微粒子の運動エネルギーを脂質膜の形態変化に変換する手法を確立する。脂質ナノチューブの基礎物性について、蛍光消光後回復測定、超高解像蛍光顕微鏡観察、X 線および中性子散乱測定などにより検討とともに、脂質ナノチューブ作製に用いる脂質分子の種類、電場の印可手法・強度、ナノ粒子の表面物性・サイズなどの諸因子と、ナノチューブの生成速度、形態、脂質膜物性との相関について、網羅的な知見を得る。
これらに加え、本年度は固定化脂質二分子膜からの脂質膜の構造制御についてさらに研究を推進する。例えば、マイクロ微粒子の表面に脂質膜を固定化し、この微粒子の溶解や体積相転移、両親媒性高分子の添加などにより脂質膜に歪みを与えることで、人工細胞からの膜の出芽とそれに引き続く脂質ナノチューブの伸長ならびに微小ベシクルの放出の制御について検討を行う。。より具体的には、脂質膜への温度応答性高分子の取り込みについて、蛍光法などにより検討を行うとともに、温度応答を利用した微粒子からのベシクル放出挙動などについて検討する。
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