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システム制御化された多機能性リポソームの構築:放出機能と運動機能

公募研究

研究領域感覚と知能を備えた分子ロボットの創成
研究課題/領域番号 15H00807
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関北陸先端科学技術大学院大学

研究代表者

濱田 勉  北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (40432140)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2016年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2015年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
キーワード生物物理 / マイクロマシン / 脂質 / 生体物理 / 分子モーター
研究実績の概要

リポソーム1固体の制御から複数リポソ-ム(多数コンパートメント)の制御へと研究を発展させるため、膜の融合システムを完成させた。光応答性界面活性剤を用いて膜のstretch状態を光でコントロールする実験系を設計し、光で膜張力を増加させることで、膜の融合現象(FusionおよびHemifusion状態)を創り出した。膜内のコレステロール濃度および温度をパラメータとする相図を構築し、FusionおよびHemifusionに必要な条件を明らかにした。さらに、顕微鏡実験により膜張力の増加量を見積り、物理化学的メカニズムを膜の弾性エネルギーにより説明した。また、分子要素の膜への装着・システム制御化の基本メカニズムを理解するため、膜界面に粒子を吸着させ、膜面上における粒子の拡散および透過現象のダイナミクスを解析した。顕微鏡像の画像解析から、粒子運動の平均二乗変位を測定した。拡散係数の粒子サイズ依存性を明らかにし、理論モデルとの比較を行った。実験結果をフィッティングすることで得られた膜粘性の値は、過去の測定値と良く一致した。そして、粒子と膜の吸着力をコントロールして膜による包装状態を変化させると、膜に包まれた高吸着状態の粒子は小さい拡散係数を示すことを発見した。さらに、膜が出芽変形したくびれ部位に粒子が局在化し、異常拡散性を示すことも分かった。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (37件)

すべて 2017 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 3件、 査読あり 7件、 謝辞記載あり 5件) 学会発表 (25件) (うち国際学会 5件、 招待講演 7件) 図書 (3件)

  • [国際共同研究] チュラロンコン大学(タイ)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [国際共同研究] ユニバーシティ・カレッジ・ロンドン(英国)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [雑誌論文] Photo-induced fusion of lipid bilayer membranes2017

    • 著者名/発表者名
      Yui Suzuki, Ken H. Nagai, Anatoly Zinchenko, Tsutomu Hamada
    • 雑誌名

      Langmuir

      巻: 33 号: 10 ページ: 2671-2676

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.7b00448

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Lateral diffusion of a submicron particle on a lipid bilayer membrane2016

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Shigyou, Ken H Nagai, and Tsutomu Hamada
    • 雑誌名

      Langmuir

      巻: 32 号: 51 ページ: 13771-13777

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.6b02448

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Phase diagrams and ordering in charged membranes: Binary mixtures of charged and neutral lipids2016

    • 著者名/発表者名
      Naofumi Shimokawa, Hiroki Himeno, Tsutomu Hamada, Masahiro Takagi, Shigeyuki Komura, David Andelman
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 120 号: 26 ページ: 6358-6367

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.6b03102

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Synthesis and Thermal Responses of Polygonal Poly(ethylene glycol) Analogues2016

    • 著者名/発表者名
      Shunichi Kawasaki, Takahiro Muraoka,* Tsutomu Hamada, Kazuki Shigyou, Fumi Nagatsugi and Kazushi Kinbara*
    • 雑誌名

      Chem. Asian J.

      巻: 11 号: 7 ページ: 1028-1035

    • DOI

      10.1002/asia.201501381

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Molecular behavior of DNA in a cell-sized compartment coated by lipids2015

    • 著者名/発表者名
      Tsutomu Hamada, Rie Fujimoto, Shunsuke F. Shimobayashi, Masatoshi Ichikawa, Masahiro Takagi
    • 雑誌名

      Phys. Rev. E

      巻: 91 号: 6 ページ: 62717-62717

    • DOI

      10.1103/physreve.91.062717

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Shape Effect on Particle-Lipid Bilayer Membrane Association, Cellular Uptake and Cytotoxicity2015

    • 著者名/発表者名
      Thapakorn Tree-udom, Jiraporn Seemork, Kazuki Shigyou, Tsutomu Hamada, Naunpun Sangphech, Tanapat Palaga, Numpon Insin, Porntip Pan-In, and Supason Pattanaargson Wanichwecharungruang
    • 雑誌名

      ACS Appl. Mater. Interfaces

      巻: 7 号: 43 ページ: 23993-24000

    • DOI

      10.1021/acsami.5b06781

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Coupling between pore formation and phase separation in charged lipid membranes2015

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Himeno, Hiroaki Ito, Yuji Higuchi, Tsutomu Hamada, Naofumi Shimokawa, Masahiro Takagi
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 92 号: 6 ページ: 0627131-12

    • DOI

      10.1103/physreve.92.062713

    • NAID

      120005829720

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 人工細胞モデルの構築と動態制御2016

    • 著者名/発表者名
      濵田勉
    • 学会等名
      分子系の複合電子機能第181委員会 第25回研究会
    • 発表場所
      東京大学 本郷キャンパス(東京都文京区)
    • 年月日
      2016-12-02
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 人工細胞モデルから探る膜と粒子の相互作用メカニズム2016

    • 著者名/発表者名
      濵田勉
    • 学会等名
      第38回生体膜と薬物の相互作用シンポジウム
    • 発表場所
      名古屋市立大学大学院薬学研究科(愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2016-11-17
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 細胞サイズ空間で創発する膜とコロイドの動的カップリング2016

    • 著者名/発表者名
      濵田勉
    • 学会等名
      第67回コロイドおよび界面化学討論会
    • 発表場所
      北海道教育大学 旭川校(北海道旭川市)
    • 年月日
      2016-09-22
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Physical design of artificial cell membranes2016

    • 著者名/発表者名
      濵田勉
    • 学会等名
      分子研研究会「超機能分子の創成:合成、計測、数理が織りなす社会実装分子の戦略的設計と開発」
    • 発表場所
      自然科学研究機構 岡崎コンファレンスセンター(愛知県岡崎市)
    • 年月日
      2016-06-28
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ナノ粒子吸着の脂質ラフトダイナミクスへの影響2016

    • 著者名/発表者名
      執行航希、太田 有紀、永井健、濵田勉
    • 学会等名
      日本物理学会第71回年次大会(2016年)
    • 発表場所
      東北学院大学 泉キャンパス(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-03-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Physical approach to artificial cells2016

    • 著者名/発表者名
      濵田勉
    • 学会等名
      International Symposium on Bioscience and Biotechnology in JAIST
    • 発表場所
      ISHIKAWA High-Tech Exchange Center(石川県能美市)
    • 年月日
      2016-03-18
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] システム制御化された多機能性リポソームの構築2016

    • 著者名/発表者名
      濵田勉
    • 学会等名
      新学術領域会議 第7回 分子ロボティクス
    • 発表場所
      ホテルたつき(愛知県蒲郡市)
    • 年月日
      2016-03-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 脂質膜-ナノ粒子吸着系の複合挙動2016

    • 著者名/発表者名
      執行 航希、太田 有紀、永井健、濵田勉
    • 学会等名
      新学術領域会議 第7回 分子ロボティクス
    • 発表場所
      ホテルたつき(愛知県蒲郡市)
    • 年月日
      2016-03-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 光で融合するリポソーム2016

    • 著者名/発表者名
      鈴木由衣、執行航希、永井健、濵田勉
    • 学会等名
      新学術領域会議 第7回 分子ロボティクス
    • 発表場所
      ホテルたつき(愛知県蒲郡市)
    • 年月日
      2016-03-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Diffusion of particles adhering to liposomes2015

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Shigyou, Ken H. Nagai, Tsutomu Hamada
    • 学会等名
      International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science
    • 発表場所
      名古屋大学(愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2015-11-23
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Photocontrollable fusion of lipid vesicles2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Suzuki, K. Shigyo, K. H. Nagai, A. Zinchenko, T. Hamada
    • 学会等名
      International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science
    • 発表場所
      名古屋大学(愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2015-11-23
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 人工細胞システムの構成原理と動態デザイン2015

    • 著者名/発表者名
      濵田勉
    • 学会等名
      細胞を創る研究会8.0
    • 発表場所
      大阪大学吹田キャンパス(大阪府吹田市)
    • 年月日
      2015-11-12
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 光で融合するリポソーム2015

    • 著者名/発表者名
      鈴木由衣、執行航希、永井健、濵田勉
    • 学会等名
      細胞を創る研究会8.0
    • 発表場所
      大阪大学吹田キャンパス(大阪府吹田市)
    • 年月日
      2015-11-12
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 脂質膜形状が誘起する吸着粒子の異常拡散2015

    • 著者名/発表者名
      執行航希、永井健、濱田勉
    • 学会等名
      日本物理学会2015年秋季大会
    • 発表場所
      関西大学 千里山キャンパス(大阪府吹田市)
    • 年月日
      2015-09-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] リポソーム-ナノ粒子複合系の電場応答2015

    • 著者名/発表者名
      太田有紀、執行航希、水野志野、永井健、濱田勉
    • 学会等名
      日本物理学会2015年秋季大会
    • 発表場所
      関西大学 千里山キャンパス(大阪府吹田市)
    • 年月日
      2015-09-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 液滴表面上で動く微小管の運動解析2015

    • 著者名/発表者名
      薮内紀仁、伊藤正樹、角五彰、濱田勉、永井健
    • 学会等名
      日本物理学会2015年秋季大会
    • 発表場所
      関西大学 千里山キャンパス(大阪府吹田市)
    • 年月日
      2015-09-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] リポソーム融合の光マニピュレーション2015

    • 著者名/発表者名
      鈴木 由衣 , 執行 航希 , 永井 健 , 濵田 勉
    • 学会等名
      第53回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      金沢大学 角間キャンパス(石川県金沢市)
    • 年月日
      2015-09-13
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] ナノ粒子の細胞内取り込み機構:膜変形と粒子拡散2015

    • 著者名/発表者名
      執行 航希 , 永井 健 , 濵田 勉
    • 学会等名
      第53回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      金沢大学 角間キャンパス(石川県金沢市)
    • 年月日
      2015-09-13
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 巨大ベシクルとナノ粒子・マイクロ粒子の相互作用2015

    • 著者名/発表者名
      濵田勉
    • 学会等名
      第66回コロイドおよび界面化学討論会
    • 発表場所
      鹿児島大学 郡元キャンパス(鹿児島県鹿児島市)
    • 年月日
      2015-09-10
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 光応答性界面活性剤の添加によるリポソーム融合の制御2015

    • 著者名/発表者名
      鈴木由依、執行航希、永井健、A. Zinchenko、濱田勉
    • 学会等名
      第66回コロイドおよび界面化学討論会
    • 発表場所
      鹿児島大学 郡元キャンパス(鹿児島県鹿児島市)
    • 年月日
      2015-09-10
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 脂質2分子膜上のナノ粒子ダイナミクス ~細胞内取込み機構の理解に向けて~2015

    • 著者名/発表者名
      執行航希、太田有紀、永井健、濱田勉
    • 学会等名
      第66回コロイドおよび界面化学討論会
    • 発表場所
      鹿児島大学 郡元キャンパス(鹿児島県鹿児島市)
    • 年月日
      2015-09-10
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Dynamical motion of lipid vesicles under photo-irradiation2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Suzuki, K. Shigyo, K. H. Nagai, A. Zincenko, T. Hamada
    • 学会等名
      International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium 2015
    • 発表場所
      京都大学 芝蘭会館(京都府京都市)
    • 年月日
      2015-08-20
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 脂質二重膜のダイナミクス機構 ~物性解析から動態制御まで~2015

    • 著者名/発表者名
      濱田 勉
    • 学会等名
      文部科学省新学術領域研究「プラズマ医療科学の創成」名古屋拠点ゼミ
    • 発表場所
      名古屋大学(愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2015-07-31
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Dynamical properties of nano/micro-particles on lipid membranes2015

    • 著者名/発表者名
      Tsutomu Hamada
    • 学会等名
      Mini-Workshop on Structure and Dynamics of Biomembrane
    • 発表場所
      東京大学物性研究所(千葉県柏市)
    • 年月日
      2015-06-05
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 脂質2分子膜の秩序形成と刺激応答:巨大ベシクルによるアプローチ2015

    • 著者名/発表者名
      濱田 勉
    • 学会等名
      第54回生体医工学会大会 東京大学大学院医学系研究科 医用生体工学講座
    • 発表場所
      名古屋国際会議場(愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2015-05-07
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [図書] 人工細胞の創製とその応用2017

    • 著者名/発表者名
      下林俊典、濵田勉
    • 総ページ数
      8
    • 出版者
      シーエムシー出版
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [図書] 材料表面の親水・親油の評価と制御設計2016

    • 著者名/発表者名
      執行航希,鈴木由衣,濵田勉
    • 総ページ数
      8
    • 出版者
      株式会社テクノシステム
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [図書] Bottom-Up Self-Organization in Supramolecular Soft Matter2015

    • 著者名/発表者名
      Ken H. Nagai, Tsutomu Hamada
    • 総ページ数
      12
    • 出版者
      Springer
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2022-02-16  

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