2018 Fiscal Year Research-status Report
Creation of novel artificial cells consisting of non-natural synthetic polymers
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18K04863
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
吉田 絵里 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60263175)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 人工細胞モデル / 合成高分子 / 高分子ベシクル / 生体膜 / 自己組織化 / 両親媒性ジブロック共重合体 / 臨界充填形 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、生体由来でない合成高分子を用いて、その自己組織化により形成される高分子ベシクルが、細胞や細胞小器官を形成する生体膜と極めて類似した性質や挙動を示すことに基づいて、高分子ベシクルに生体膜と同様の形態や機能、増殖作用をつくり出すことにより人工細胞を創製し、非天然の合成高分子を用いて人工的に生命を創製できる可能性を実験的に証明することが目的である。平成30年度は①合成高分子が分子二重層を形成するための要件の明確化、および②高分子ベシクルを用いる生体膜の形態形成について検討を行った。以下にその概要を述べる。
ポリメタクリル酸(PMA)を親水セグメントに、メタクリル酸メチル(MMA)とメタクリル酸(MA)からなるランダム共重合体(P(MMA-r-MA))を疎水セグメントにもつ両親媒性ジブロック共重合体を構成単位とする高分子ベシクルについて、生体膜上の結合サイトモデルとなるメタクリル酸2-ジメチルアミノエチル(DMA)ユニットの導入による、高分子ベシクルの形態変化を電子顕微鏡により観察した。P(MMA-r-MA)に1mol%のDMAをラジカル共重合により導入した結果、ベシクル膜中に多くの細孔が形成された。これはDMAユニットと疎水セグメント中のMAユニット間の酸―塩基相互作用により、ブロック共重合体の臨界充填形が変化したためと考えられた。そこで、トルフルオロ酢酸(TfA)の添加によりこの相互作用を阻害した結果、細孔のない安定な高分子ベシクルが得られた。次に、P(MMA-r-MA)中のDMA-TfAユニットの導入率を5mol%に増加させた結果、ベシクルが球状から劈開性のあるシート状に変化した。一方、親水セグメントであるPMAへのDMA-TfAの導入は、疎水セグメントの極性の変化によって引き起こされるベシクルの形態変化を抑制し、ベシクル構造を安定化する効果があることがわかった。
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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
研究計画調書に記載の研究計画では、平成30年度は５つの研究項目のうち下記の２項目について検討することになっている。
①合成高分子が分子二重層を形成するための要件を合成高分子の設計を通して明らかにする。
②生体膜の形態を高分子ベシクルで形成できるかを調べる。
①では、２本鎖の疎水炭化水素鎖をもつ脂質と１本鎖の両親媒性ジブロック共重合体の構造の違いに着目して、１本鎖ジブロック共重合体がベシクルを形成する理由を、共重合体の臨界充填形に基づいて明らかにすることができた。特に、単に高分子ベシクルの形成要件を確立しただけでなく、官能基の導入による疎水セグメントの極性の変化や、官能基との相互作用による共重合体の臨界充填形の変化からも、高分子ベシクルの形成理由を明確にすることができた。②では、このような両親媒性ジブロック共重合体の分子設計を通して、共重合体の臨界充填形の変化によるベシクルの形態変化との関係を明らかにするとともに、球状、楕円状、棒状、シート状など、細胞や細胞小器官に見られる種々の形態を高分子ベシクルを用いてつくり出すことに成功している。
以上の理由から、現在までのところ研究は概ね計画通りに進行しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画調書に記載の計画通り、研究項目の５項目のうち下記の３項目を令和元年度以降に推進する。
③生体膜の形態を維持している「裏打ち構造」を高分子ベシクルでも形成できるか調べる。
④生体膜の膜輸送の機能を高分子ベシクルで発現させることができるかを調べる。
⑤単細胞生物の増殖の１形態である「出芽分裂」により高分子ベシクルの増殖が起こるかを調べる。
令和元～３年度の各年度で、上記の計画を１項目ずつ検討する予定である。各項目では、生体膜の種々の特性に着目し、③では高分子ベシクルの安定性に、④では機能発現に、⑤ではベシクルの成長と分離に主眼をおいた研究を進める。
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