2020 Fiscal Year Research-status Report
分子間相互作用および分子集合体界面における物質透過現象の速度論的解析法の開発
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20K05570
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| Research Institution | Rikkyo University |
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Principal Investigator |
宮部 寛志 立教大学, 理学部, 教授 (10281015)
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2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 分子間相互作用 / 界面透過 / 分子集合体 / リポソーム / ミセル / 包接反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、分子間相互作用や分子集合体の界面における物質透過の速度定数を解析的に求める方法を開発する。具体的には、高速液体クロマトグラフィー（HPLC）を用いて測定する溶出ピークの形状的特徴をモーメント理論により解析して目的の速度定数を求める。
その際、以下の要件を考慮して解析法を開発する。(1)分子の固定化や化学修飾（蛍光標識化）を必要とせず、分子間の本来の相互作用情報をより正確に解析して会合速度定数と解離速度定数を定量的に取得できる分析法を開発する。(2)分子集合体（界面活性剤ミセルやリポソーム等）の本来の存在状態により近い実験条件下において界面物質透過現象をより正確に解析し、外部バルク相から分子集合体内部への界面透過速度定数、および分子集合体内部から外部バルク相への界面透過速度定数を定量的にin-situ測定できる分析法を開発する。
本年度は以下に示すように、HPLCデータの解析に必要なモーメント式を開発し、またモーメント解析法の妥当性を実証するため、分子間相互作用および界面物質透過現象の解析に関する実証実験を一部実施した。
その概要を以下に示す。(1)モーメント式の開発：HPLC系としては逆相液体クロマトグラフィー（RPLC）系およびサイズ排除クロマトグラフィー（SEC）系を利用し、分子間相互作用および界面物質透過現象を解析する。これら4つの組み合わせの全てについて、実験データの解析に必要なモーメント式を開発した。(2)モーメント解析法の実証実験：分子間相互作用については、クラウンエーテル－金属イオン間の包接反応を解析し、モーメント解析法の有用性を実証した。界面物質透過については、ドデシル硫酸ナトリウム（SDS）ミセル界面におけるレゾルシノールの透過現象を解析し、モーメント解析法の有用性を実証した。
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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
2020年度にはHPLCデータの解析に必要なモーメント式を全て開発した。さらに、分子間相互作用および分子集合体界面における物質透過現象のいくつかの具体的実験系にモーメント解析法を適用し、関連する平衡定数および速度定数を求めて、その有用性を実証した。
(1)モーメント式の開発：HPLC系としてはRPLC系およびSEC系を利用し、分子間相互作用および界面物質透過現象を解析する。拡散に関するEinstein式、ランダムウォークモデルおよびクロマトグラフィーのGeneral rate modelを組み合せてモーメント式を開発し、HPLC実験データの解析に必要なモーメント式を全て開発した。
(2)モーメント解析法の実証実験：分子間相互作用についてはRPLC系を利用し、クラウンエーテル－金属イオン間の包接反応を解析した。ジベンゾ-18-クラウン-6-エーテルおよびジベンゾ-15-クラウン-5-エーテルとアルカリ金属イオンの相互作用を解析し、会合平衡定数（KA）、会合速度定数（ka）や解離速度定数（kd）を求めた。クラウンエーテルの内部空孔のサイズとアルカリ金属イオンの直径との大小関係や両者の一致度（あるいは差異）に応じてKA、kaとkdが変化する状況を定量的に観測し、モーメント解析法の有用性を実証した。
一方、界面物質透過についてもRPLCを利用し、SDSミセル界面におけるレゾルシノールの透過現象を解析した。分配平衡定数（Kp）、外部バルク相から分子集合体内部への界面透過速度定数（kin）や分子集合体内部から外部バルク相への界面透過速度定数（kout）を求め、モーメント解析法の有用性を実証した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度に既に実験的検討を開始したクラウンエーテル－金属イオン間相互作用については、クラウンエーテル環のサイズや金属イオンの種類を変化させてkaとkd値の変化を調べ、分子間相互作用の速度に対する両者のサイズの影響等について検討を行う。また、界面活性剤ミセル界面における物質透過現象については、アルキル硫酸ナトリウム型界面活性剤のアルキル鎖長を変化させ、kinとkout値に対する影響を明らかにする。
一方、2020年度には未着手であったタンパク質－化合物間相互作用については、タンパク質のモデルとしてアルブミン、化合物としてメチルオレンジやブロモクレゾールグリーン等の色素を用い、SECを利用して研究を行う。相互作用の速度定数（kaとkd）の測定が可能であることを示し、モーメント解析法の有用性を実証する。
また、リポソーム界面における物質透過現象の解析についても2020年度には未着手であったが、前段階としてのSDSミセル界面における物質透過速度の測定実験を行い、解析手順の概要が明らかになったため、その知見等も活用してリポソーム関連テーマの実験的検討を開始する。例えば、1-パルミトイル-2-オレイル-sn-グリセロ-3-フォスファチジルコリン（POPC）とフォスファチジルセリン（PS）を使用し、膜を用いる押し出し法により両者から成るPOPC/PS（60/40 mol%）リポソーム（粒子径：約100 nm）を調製する。溶質としてコルチコステロイド等を使用するモデル系で実験的検討を行い、界面透過の速度定数（kinとkout）の測定が可能であることを示してモーメント解析法の有用性を実証する。リポソーム関連テーマについては試薬使用量低減の観点からミクロHPLC系を使用して実施する。そのため、正確な実験データを測定するための技術習得が一部必要になる。
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| Causes of Carryover |
2020年度にはHPLCデータの解析に必要なモーメント式を全て開発し、モーメント解析法の理論的基盤を構築した。そこで、分子間相互作用および分子集合体界面における物質透過現象のいくつかの具体的実験系に実際にモーメント解析法を適用し、関連する平衡定数および速度定数を求めてその有用性を実証した。
HPLC実験はRPLC系のカラムを用いて行ったが、その際には研究室で既に保有していたカラムを使用した。そのため、カラムの新規購入の必要がなく、その分に相当する予算を繰り越すことが可能になった。
2021年度にはタンパク質－化合物間相互作用やリポソーム界面における物質透過現象の解析について実験的検討を開始するが、比較的高価な試薬を使用するため、繰越予算はその購入費用に充てる予定である。
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Research Products
(3 results)
