2013 Fiscal Year Annual Research Report
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23681021
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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(系)研究科(研究院), 准教授 (90314541)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 脂質ナノチューブ / ナノ粒子 / 細胞間コミュニケーション / 人工細胞膜 / リポソーム |
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| Research Abstract |
本研究課題におけるこれまでの研究において、脂質二分子膜からなるリポソームに電荷微粒子を内包させ、このリポソームに電圧を印加することで、微粒子の電気泳動現象を利用した脂質ナノチューブの作製が可能であることを見いだしてきた。この方法では配向が制御された脂質ナノチューブを容易かつ大量に作製することが可能であり、脂質ナノチューブをモデル系として用いた細胞間コミュニケーション機構の解明やこのナノチューブを用いた細胞への直接的な薬物の導入による新規ドラッグデリバリーシステムの開発などの応用展開が可能である。
当該年度においては、この原理を元にヒドロゲル界面において荷電微粒子を内包したリポソームに電圧を印加することでゲル内部に心太（ところてん）式にチューブが作製できることを明らかにした。このようにしてゲル中に固定化されたナノチューブは極めて安定であり、一ヶ月以上そのチューブ形態を保持していることが示された。またこの系において、ゲル濃度、印加電圧、微粒子の濃度や粒径、などがチューブ形成に与える効果について系統的に検討を行ったところ、これらのパラメーターを変化させることで、作製されるチューブの本数や長さをある程度制御できることが明らかになった。さらに、微粒子をリポソームの外部に固定化し、微粒子の電気泳動を行うことでより効率的にナノチューブが作製できることも明らかにした。これらに加え、現在用いているチャンバーでは電極間距離が大きいことに起因する天然細胞への侵襲が重篤であることが明らかになった。この点を解決するために低い電流を印可可能な微細加工電極とマイクロ流路からなる新規チャンバーの設計と作製を行った。
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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
研究計画時においては、平成25年度は前年度に予備的に明らかにした脂質ナノチューブによる細胞間連結の結果を踏まえ、これをさらに推進することを主たる目的として研究を計画した。しかしながら、水溶液中の脂質ナノチューブの安定性、印可する電圧強度による細胞機能の低下に大きな問題があることが明らかとなった。そこでこの結果を踏まえ、以下の二つの観点から研究を行った。
まず、より安定な脂質ナノチューブを効率よく制御された手法で作製することを目指し、細胞間のナノチューブによる連結を見据えた研究を展開した。具体的には、ヒドロゲル界面において荷電微粒子を内包したリポソームに電圧を印加する手法によりゲル内部に心太（ところてん）式にチューブを作製する手法を確立した。この系において、ゲル濃度、印加電圧、微粒子の濃度や粒径、などがチューブ形成に与える効果について系統的に検討することで、ヒドロゲル中において極めて効率的に安定なナノチューブの形成が制御できることを明らかにした。
もう１つのアプローチとして、現在用いているチャンバーでは電極間距離が大きいため電流による天然細胞への侵襲が重篤であることをふまえ、低い電流を印可可能な微細加工電極とマイクロ流路を用いる系を計画した。現在までに、PDMSやアクリル樹脂を用いた微細加工電極とマイクロ流路の設計およびプロトタイプのチャンバーの作製に成功した。このチャンバーは、従来に比較して1/10から1/20程度までその印可電圧を低下させることが可能であり、天然細胞の連結という目的のためには有用である。
以上の結果から、平成25年度においては想定外の事態があったが、研究を微修正することで脂質ナノチューブによる細胞間連結という最終年度の目標に向け研究を推進することができたことから、おおむね順調に研究を推進できたものと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成25年度においてはヒドロゲル中に効率よく脂質ナノチューブが作製できることを明らかにしたが、平成26年度においても、この脂質ナノチューブの基礎物性評価および作製手法の最適化を引き続き行う。具体的には、電子顕微鏡観察やX線散乱などの手法を駆使することで、ナノチューブの粒径とその詳細なモルフォロジーの評価を行うことでキャラクタリゼーションを行い、その結果をフィードバックすることで作製手法の最適化を目指す。
これらに加え、最終年度にあたる平成26年度においては、天然細胞への脂質ナノチューブを介した物質、情報輸送システムの実現に特に重点をおいて研究を推進する。まず、上で述べたように前年度の研究において、現在用いているチャンバーでは電極間距離が大きいため電流による天然細胞への侵襲が重篤であることが明らかになった。この点を考慮し、低い電流を印可可能な微細加工電極とマイクロ流路を用いた脂質ナノチューブの作製を前年度に引き続き行う。またこの方法が上手くいかない場合には、電場のみならず、生体系に適用が容易な磁場もしくは遠心力を用いた脂質ナノチューブ作製手法についても検討する。
次に、作製したチャンバーを用いてHela細胞への脂質ナノチューブによる物質輸送システムを構築する。具体的には、脂質ナノチューブを介したDNA の細胞内導入に基づく細胞内蛋白質発現や、細胞からリポソームへの脂質チューブを介した細胞内物質の抽出、細胞間の脂質チューブを介した物質、情報伝搬による細胞機能解析および制御について検討する。これらに加え、ナノチューブを固定化したヒドロゲルへの応力印可によるベシクルの放出について検討し、応力応答型ヒドロゲルによるDDSへの応用展開の可能性を探る。
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