複合化ベシクルによる非平衡細胞モデル系

• 研究領域: ゆらぎと構造の協奏：非平衡系における普遍法則の確立
• 研究課題/領域番号: 26103516
• 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, マテリアルサイエンス研究科, 准教授 (40432140)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円); 2015年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2014年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
• キーワード: 生物物理 / メゾスコピック系 / 脂質 / 物性実験

研究実績の概要

細胞システムの物理学的本質を理解するため、ゲスト分子を含む複合化ベシクルを設計し、非平衡環境下で機能する細胞モデル系の実験的研究を行った。既に、ベシクル内部のDNA分子の振る舞いを決定する物理パラメータとして、小胞空間サイズが重要であることを発見している。膜のダイナミクスをカップルさせた膜-DNA複合体へとシステムを発展させるために、ベシクル空間の時間発展（膜融合システム）の設計を行った。膜融合は、細胞内の物質輸送や受精・ウィルス感染など多くの生体現象に関わる重要なプロセスであり、様々なタンパク質の援助によって起こる。ここでは、融合を人工的に制御するため、光応答性界面活性剤を利用した。光照射により膜張力の増減をコントロールすることで、融合システムの構築に成功した。マイクロマニピュレーター実験から、光照射によるリポソームの面積減少率を測定し、張力変化を見積もった。そして、膜の自由エネルギーにより、融合の中間体（融合ポア）の安定性について説明した。
また、原始的な細胞運動モデルとして、生体エネルギー（ATP分子）を利用する分子モーター・細胞骨格システムとベシクルとの複合化実験を進めた。先ず、脂質膜で被覆した油滴上を走る微小管の運動解析を行った。Cholesterolにより膜面の流動性を増減させると、微小管の運動特性が変化することを見出した。また、２つの微小管が衝突すると、運動の向きが揃う現象が観察された。これらの結果は、曲率を持ち流動性のある場における微小管の集団運動を初めて明らかにしたものである。今後、微小管の集団運動による膜への力学的フィードバックの機構を解明し、原始的な細胞動態機能を創発させる。

現在までの達成度 (段落)

27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

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Bringing macromolecules into cells and evading endosomes by oxidized carbon nanoparticles (2015)
  • 著者名/発表者名: Sunatda Arayachukeat,Jiraporn Seemork,porntip Pan-In,Kittima Amornwachirabodee,Naunpun Sangphech,Titiporn Sansureerungsikul,Kamonluck Sathornsantikun,Chotima Vilaivan,Kazuki Shigyou,Prompong Pienpinijtham,Tirayut Vilaivan,Tanapat Palaga,Wijit Banlunara,Tsutomu Hamada,Supason Pattanaargson Wanichwecharungruang
  • 雑誌名: Nano Lett 巻: 15 号: 5 ページ: 3370-3376
  • DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b00696
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Molecular behavior of DNA in a cell-sized compartment coated by lipids (2015)
  • 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
  • 査読あり
• [雑誌論文] Shape Effect on Particle-Lipid Bilayer Membrane Association, Cellular Uptake and Cytotoxicity (2015)
  • 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
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Coupling between pore formation and phase separation in charged lipid membranes (2015)
  • 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
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ag/FeCo/Ag Core/Shell/Shell Magnetic Nanoparticles with Plasmonic Imaging Capability (2015)
  • 著者名/発表者名: Mari Takahashi , Priyank Mohan , Akiko Nakade , Koichi Higashimine , Derrick Mott , Tsutomu Hamada , Kazuaki Matsumura , Tomohiko Taguchi , and Shinya Maenosono
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 31 号: 7 ページ: 2228-2236
  • DOI: 10.1021/la5046805
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Thermodriven Micrometer-Scale Aqueous-Phase Separation of Amphiphilic Oligoethylene Glycol Analogues (2014)
  • 著者名/発表者名: Shunichi Kawasaki, Takahiro Muraoka, Haruki Obara, Takerou Ishii, Tsutomu Hamada and Kazushi Kinbara
  • 雑誌名: Chemistry, A Asian Journal 巻: 9 号: 10 ページ: 2778-2788
  • DOI: 10.1002/asia.201402134
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Charge-induced phase separation in lipid membranes (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Himeno, N. Shimokawa, S. Komura, D. Andelman, T. Hamada, and M. Takagi
  • 雑誌名: Soft Matter 巻: 10 号: 40 ページ: 7959-7967
  • DOI: 10.1039/c4sm01089b
  • NAID: 120005624461
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [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
• [学会発表] Diffusion of particles adhering to liposomes (2015)
  • 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
  • 国際学会
• [学会発表] Photocontrollable fusion of lipid vesicles (2015)
  • 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
  • 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
  • 招待講演
• [学会発表] 細長い自走粒子の集団運動 (2015)
  • 著者名/発表者名: 永井健、住野豊、Hugues Chate、大岩和弘、薮内紀仁、濵田勉、伊藤正樹、角五彰、西口大貴、佐野雅己
  • 学会等名: 細胞を創る研究会8.0
  • 発表場所: 大阪 大阪大学吹田キャンパス（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2015-11-12
• [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
• [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
• [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
• [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
• [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
• [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
• [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
  • 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
• [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
• [学会発表] Dynamical motion of lipid vesicles under photo-irradiation (2015)
  • 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
  • 国際学会
• [学会発表] Dynamical properties of nano/micro-particles on lipid membranes (2015)
  • 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
  • 国際学会
• [学会発表] 複合化ベシクルによる非平衡細胞モデル系 (2015)
  • 著者名/発表者名: 濵田勉
  • 学会等名: 新学術領域研究 第2回公開シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス（東京都文京区）
  • 年月日: 2015-05-01
• [学会発表] ベクシル内で起こる自発運動 (2015)
  • 著者名/発表者名: 薮内紀仁、石井健郎、河崎俊一、村岡貴博、金原数、伊藤正樹、角五彰、濱田勉、永井健
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学早稲田キャンパス(東京都新宿区)
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] 光応答性分子の導入による膜動態制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 鈴木由依、石井健郎、水野志野、Zinchenko Anatoly、永井健、濵田勉
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学早稲田キャンパス(東京都新宿区)
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] ナノ粒子吸着ベシクルの非平衡ダイナミクス (2015)
  • 著者名/発表者名: 太田有紀、執行航希、水野志野、永井健、濵田勉
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学早稲田キャンパス(東京都新宿区)
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] 脂質膜とコロイド粒子の複合ダイナミクス (2015)
  • 著者名/発表者名: 執行航希、太田有紀、水野志野、永井健、濱田勉
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学早稲田キャンパス(東京都新宿区)
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] 脂質ベシクルの動態制御と人工細胞モデルへの展開 (2015)
  • 著者名/発表者名: 濵田勉
  • 学会等名: 日本学術振興会 情報科学用有機材料第142委員会
  • 発表場所: 麹町ビジネスセンター(東京都千代田区)
  • 年月日: 2015-03-10
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞モデル膜小胞における相分離系のシステム挙動 (2015)
  • 著者名/発表者名: 石井健郎、河崎俊一、村岡貴博、金原数、永井健、濵田勉
  • 学会等名: 第４回ソフトマター研究会
  • 発表場所: 名古屋大学東山キャンパス(愛知県名古屋市千種区)
  • 年月日: 2015-01-06 – 2015-01-08
• [学会発表] 脂質膜が誘起する吸着粒子の時空間ダイナミクス (2015)
  • 著者名/発表者名: 執行航希、太田有紀、水野志野、永井健、濱田勉
  • 学会等名: 第４回ソフトマター研究会
  • 発表場所: 名古屋大学東山キャンパス(愛知県名古屋市千種区)
  • 年月日: 2015-01-06 – 2015-01-08
• [学会発表] Artificial cellular membranes toward nanomedicine (2014)
  • 著者名/発表者名: Tsutomu Hamada
  • 学会等名: 8th International Symposium on Nanomedicine
  • 発表場所: Ehime Univ.(愛媛県松山市)
  • 年月日: 2014-12-04 – 2014-12-06
  • 招待講演
• [学会発表] 脂質膜面上におけるナノ粒子のダイナミクス (2014)
  • 著者名/発表者名: 執行航希、太田有紀、水野志野、永井健、濵田勉
  • 学会等名: 第3回日本バイオマテリアル学会北陸若手研究発表会
  • 発表場所: 福井大学文京キャンパス(福井県福井市)
  • 年月日: 2014-10-14
• [学会発表] 人工細胞膜ロボットの設計-形や動きを操る (2014)
  • 著者名/発表者名: 濵田勉
  • 学会等名: 第63回高分子討論会
  • 発表場所: 長崎大学文教キャンパス(長崎県長崎市)
  • 年月日: 2014-09-24 – 2014-09-26
  • 招待講演
• [学会発表] 分子反応システムを含むベシクルの複合化挙動 (2014)
  • 著者名/発表者名: 濵田勉
  • 学会等名: 新学術領域「ゆらぎと構造の協奏」第2回領域研究会
  • 発表場所: 京都大学基礎物理学研究所パナソニックホール(京都府京都市左京区)
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-18
• [学会発表] 細胞モデル膜小胞への相分離系の封入とそのシステム挙動 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石井健郎、河崎俊一、村岡貴博、金原数、永井健、濱田勉
  • 学会等名: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学春日井キャンパス(愛知県春日井市)
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] 膜が駆動するコロイド粒子のダイナミクス (2014)
  • 著者名/発表者名: 執行航希、水野志野、永井健、濵田勉
  • 学会等名: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学春日井キャンパス(愛知県春日井市)
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] Artificial lipid vesicles which produce cellular dynamics (2014)
  • 著者名/発表者名: Tsutomu Hamada
  • 学会等名: Development and future of artificial cells: Computation, fluctuation and evolution
  • 発表場所: Kyoto Univ.(京都府京都市左京区)
  • 年月日: 2014-06-10
• [図書] Bottom-Up Self-Organization in Supramolecular Soft Matter (2015)
  • 著者名/発表者名: Ken H. Nagai, Tsutomu Hamada
  • 総ページ数: 12
  • 出版者: Springer