2018 Fiscal Year Annual Research Report
Fundamental Studies on Artificial Cell Membrane Technology for Single-Molecule Ion Channel Recordings
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17H02758
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| Research Institution | Kanagawa Institute of Industrial Sclence and Technology |
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Principal Investigator |
大崎 寿久 地方独立行政法人神奈川県立産業技術総合研究所, 人工細胞膜システムグループ, サブリーダー (50533650)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | マイクロ・ナノデバイス / 脂質 / 蛋白質 / 生物・生体工学 / バイオ関連機器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生体膜に存在するイオンチャネルはイオンを選択的に透過させることで、細胞における膜電位形成やシグナル電位発生等の役割を担う。重要な創薬標的だが、従来の電気計測技術であるパッチクランプ法は熟練・専門性を要求するため、イオンチャネル研究分野の発展を阻害していると考えている。研究代表者らは、油中の２つの水滴界面に脂質二重膜を作る「人工細胞膜」を利用したイオンチャネル１分子電気計測システムを提案し、研究開発を推進している。すなわち、両親媒性の脂質分子が油水界面に単分子膜を形成する性質により、２つの水滴界面に脂質二重膜（人工細胞膜）が形成されることを基盤としている。
本研究を通して、人工細胞膜の構成要素である脂質分子・油相・水相、およびマイクロチップの材料表面物性や構造が、２つの液滴界面における膜形成や膜融合、安定性等に及ぼす影響について、徐々に明らかになってきている。また、人工細胞膜形成後にイオンチャネルを膜に能動的に導入するためのデバイスについて設計および試作を行い、その基礎的評価を行った。こうした成果にもとづいて作製した人工細胞膜システムのプロトタイプにより、イオンチャネル１分子機能を観測することでシステムの評価を実施した。この研究結果は国際誌に掲載された。
今後、人工細胞膜を自律的に形成し、イオンチャネル１分子機能の計測・解析するシステムを構築していくため、研究を行ってきた各マイクロチップ、デバイスの評価と改良を進める。
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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
平成30年度の研究計画目標を概ね達成できているため。
人工細胞膜形成過程の制御に関しては、チップ構造やその表面性状、また液滴を形成する脂質分子や油相、水相の物理化学的性質により液滴接触界面の張力が大きく変化し、膜形成に大きく影響を及ぼすことがわかってきた。このような理論的基盤にもとづいて、経時的・物理的に安定な人工細胞膜を形成できる条件を見出すことができるようになってきている。イオンチャネルの人工細胞膜への導入では、イオンチャネルを含むプロテオリポソームと膜との融合はブラウン運動や対流による衝突に関連すると考えられる。そこで融合を能動的に効率化するためのデバイスについて設計・試作を行い、その基礎評価を開始している。さらに、イオンチャネルに対する化合物スクリーニングの実験制御技術においては、試作した人工細胞膜システムを用いた研究成果が国際誌に掲載された。
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| Strategy for Future Research Activity |
H30年度までの成果にもとづき、H31年度は人工細胞膜システムの制御技術に関する研究を進める方針である。
液滴滴下による人工細胞膜の自律的形成に関して、チップ構造や材料物性等による液滴接触界面における張力の影響を考慮しながら、開発システムを用いた膜形成の条件検討を行う。イオンチャネルの導入技術に関して、プロテオリポソームと人工細胞膜の融合促進のために作製したデバイスの評価および改良を進める。さらに、化合物スクリーニング制御技術については、標的とするイオンチャネルを定めて研究を行う。化合物を液滴に滴下する際に、膜に対して低負荷かつ撹拌効率を高めるデバイス構造や実験条件に関する検討を行う。
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