2019 Fiscal Year Annual Research Report
Molecular-scale Mechanism of Mechanical Hemolysis: Pore Formation and Phase Transition in Red Blood Cell Membrane
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17K13033
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
重松 大輝 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (50775765)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | リン脂質二重膜 / 分子動力学シミュレーション / 破断 / 不安定性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，引張によるリン脂質二重膜の相転移のメカニズムを明らかにし，それが力学的負荷による微小孔の形成と膜の破断に与える影響を理解することを目的としている．令和元年度では，前年度に構築した粗視化膜モデルでの引張シミュレーションを拡張し，哺乳類の細胞膜一般および脳神経細胞膜を模した膜系を構築し，それらに引張を与える分子動力学シミュレーションを行うことによって，より実際の細胞膜の構成に近い膜での微小孔の形成と膜破断について調べた．これまで用いられてきた単一のリン脂質分子から成る膜より，細胞膜を模した膜の方が，孔の形成に必要な面積ひずみの値が小さいことが分かった．また，脳神経細胞膜を模した膜の方が細胞膜一般を模した膜よりも孔形成に必要な面積ひずみは大きいが，その差は引張を与える速さが一定以上では，ほとんどなくなることが分かった．脳神経細胞膜および細胞膜一般を模した膜では，孔は多価不飽和脂肪酸が多い領域に形成しやすく，逆にLysophosphatidylcholineが多い領域に形成しにくいことが分かった．
また，溶血を引き起こす引張以外の機械的な要因として前年度から調べているせん断負荷に関して，系の大きさを変化させる範囲を拡張して，分子動力学シミュレーションを行った．流れ方向での系の大きさを~75 nm程度まで調べた結果，系の大きさが大きい範囲では，マクロな線形安定性解析の結果が分子動力学シミュレーションの結果とよく一致することが分かった．これら理論モデルとシミュレーションから得られた結果を用いることで，細胞と同程度のスケールまで系を大きくしたときに，どの程度のせん断速度が必要になるかを見積もった．
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