ベシクル変形と化学場の結合：生命誕生へのソフトマターからのアプローチ

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22244053
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生物物理・化学物理
• 研究機関: 東北大学 (2012-2013); お茶の水女子大学 (2010-2011)
• 研究代表者: 今井 正幸 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (60251485)
• 研究分担者: 浦上 直人 山口大学, 大学院理工学研究科, 准教授 (50314795)
• 研究期間 (年度): 2010-05-31 – 2014-03-31
• キーワード: 生命現象の物理

研究概要

分子集合体としてのベシクルが生命機能を獲得する過程を化学刺激への応答を中心に研究を進めた。まず、化学刺激によるベシクル変形を明らかにする研究手法を確立し、pH勾配によってベシクルがチューブを形成する物理を明らかにした。さらに、化学刺激によりベシクルが駆動する現象も新しく見いだし、化学場が機能発現のトリガーになりうる事を明らかにした。さらに生命機能に必須のベシクルの自己生産にも２成分ベシクルを持って再現する事に成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Three-Dimensional Analysis of Lipid Vesicle Transformations (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Sakashita, N. Urakami, P. Ziherl, and M. Imai
  • 雑誌名: Soft Matter 巻: 8 ページ: 8569-8581
  • DOI: 10.1039/c2sm25759a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lipid membrane deformation in response to a local pH modification : theory and experiments (2012)
  • 著者名/発表者名: A.-F. Bitbol, N. Puff, Y. Sakuma, M. Imai, J.-B. Fournier, and M. I
  • 雑誌名: Angelova, Soft Matter 巻: 8 ページ: 6073-6082
  • DOI: 10.1039/c2sm25519g
  • 査読あり
• [雑誌論文] Model System of Self-Reproducing Vesicles (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakuma and M. Imai
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 巻: 107, 198101 ページ: 1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.107.198101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular dynamics simulation for morphological change of water-in-oil microemulsion droplets induced by addition of polymer chains (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Kurokawa, N. Urakami, K. Nakaya-Yaegashi, A. Sakashita, M. Imai, and T. Yamamoto
  • 雑誌名: Soft Matter 巻: 7 ページ: 7504-7510
  • DOI: 10.1039/c1sm05447c
  • 査読あり
• [雑誌論文] Asymmetric distribution of cone-shaped lipids in a highly curved bilayer revealed by a small angle neutron scattering technique (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakuma, N. Urakami, T. Taniguchi, and M. Imai
  • 雑誌名: J. Phys. Cond. Matt 巻: 23 ページ: 284104
  • DOI: 10.1088/0953-8984/23/28/284104
  • 査読あり
• [雑誌論文] Numerical investigations of the dynamics of two-component vesicles (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Taniguchi, M. Yanagisawa and M. Imai
  • 雑誌名: J. Phys. Cond. Matt 巻: 23 ページ: 284103
  • DOI: 10.1088/0953-8984/23/28/284103
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hydrodynamic effects on concentration fluctuations in multicomponent membranes (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Ramachandran, S. Komura, K. Seki and M. Imai
  • 雑誌名: Soft Matter 巻: 7 ページ: 1524-1531
  • DOI: 10.1039/c0sm00783h
  • 査読あり
• [雑誌論文] Periodic modulation of tubular vesicles induced by phase separation (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Yanagisawa, M. Imai, and T. Taniguchi
  • 雑誌名: Phys. Rev. E 巻: 82, 051928 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1103/PhysRevE.82.051928
  • 査読あり
• [雑誌論文] Shape Deformation of Giant Vesicles Encapsulating Charged Colloidal Particles (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Natsume, O. Pravaz, H. Yoshida1, and M. Imai
  • 雑誌名: Soft Matter 巻: 6 ページ: 5359-5366
  • DOI: 10.1039/c0sm00396d
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pore Formation in a Binary Giant Vesicle Induced by Cone-Shaped Lipids (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakuma, T. Taniguchi, and M. Imai
  • 雑誌名: Biophys. J 巻: 99 ページ: 472-479
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2010.03.064
  • 査読あり
• [雑誌論文] Drag coefficient of a liquid domain in a two-dimensional membrane. S. Ramachandran (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Komura, M. Imai, and K. Seki
  • 雑誌名: Eur. Phys. J. E 巻: 31 ページ: 303-310
  • DOI: 10.1140/epje/i2010-10577-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diffusion of domains on nanometer sized vesicle (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakuma, N. Urakami, Y. Ogata, M. Nagao, S. Komura, T. Kawakatsu and M. Imai
  • 雑誌名: J. Phys. Conf. Ser 巻: 251, 012036 ページ: 1-4
  • DOI: 10.1088/1742-6596/251/1/012036
  • 査読あり
• [学会発表] 中性リン脂質ベシクルの化学駆動 (2013)
  • 著者名/発表者名: 兒玉篤治,佐久間由香,今井正幸,川勝年洋
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島, (口頭)
  • 年月日: 2013-03-28
• [学会発表] 化学刺激によるベシクル膜変形 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐久間由香,A.-F. Bitbol, N. Puff,今井正幸,J.-B. Fournier, M. I. Angelova
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島, (口頭)
  • 年月日: 2013-03-28
• [学会発表] Vesicle deformation triggered by chemical stimulation (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakuma and M. Imai
  • 学会等名: Self-organization and Emergent Dynamics in Active Soft Matter
  • 発表場所: Kyoto, Japan, (Poster)
  • 年月日: 2013-02-19
• [学会発表] Vesicle Dynamics Triggered by Chemical Stimuli (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Imai, A. Kodama, Y. Sakuma and T. Kawakatsu
  • 学会等名: German-Japan Workshop "Soft Matter in Nonequilibrium"
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2013-02-16
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular Assembly to Protocell (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakuma and M. Imai
  • 学会等名: Japanese-German-French workshop"Physics of Active Soft Matter"
  • 発表場所: Heidelberg, Germany
  • 年月日: 20120924-25
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular assembly to protocell (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Imai and Y. Sakuma
  • 学会等名: ECI conference : Association in Solution III Self-Assembly : From Bio-Colloids to Nano-Engineering
  • 発表場所: Bifröst, Iceland
  • 年月日: 20120723-27
  • 招待講演
• [学会発表] Self-Reproduction of Lipid Vesicles (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakuma and M. Imai
  • 学会等名: Biomembrane Days
  • 発表場所: Potsdam, Germany, (Poster)
  • 年月日: 2012-09-19
• [学会発表] Self-Reproduction of Lipid Vesicles (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakuma and M. Imai
  • 学会等名: ECI conference : Association in Solution III Self-Assembly : From Bio-Colloids to Nano-Engineering
  • 発表場所: Bifröst, Iceland, (Poster)
  • 年月日: 2012-07-25
• [学会発表] Model Self-Reproducing Binary Vesicle (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakuma and M. Imai
  • 学会等名: International Association of Colloid and Interface Scientists, Conference
  • 発表場所: Sendai. Japan, (Oral)
  • 年月日: 2012-05-14
• [学会発表] ベシクル変形機構の解明;三次元画像解析によるアプローチ (2012)
  • 著者名/発表者名: 坂下あい, 浦上直人 , Primoz Ziherl, 今井正幸
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院, (口頭)
  • 年月日: 2012-03-25
• [学会発表] Model of Self Reproducing Vesicles (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakuma and M. Imai
  • 学会等名: Biophysical Society 56th Annual Meeting
  • 発表場所: San Diego, USA, (Oral)
  • 年月日: 2012-02-26
• [学会発表] Lipid Membrane Deformation in Response to a Local pH Modification (2012)
  • 著者名/発表者名: A.-F. Bitbol, N. Puff, Y. Sakuma, M. Imai, J.-B. Fournier and M. Angelova
  • 学会等名: Biophysical Society 56th Annual Meeting
  • 発表場所: San Diego, USA, (Oral)
  • 年月日: 2012-02-26
• [学会発表] Slow dynamics in crystallization of soft spheres (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Imai
  • 学会等名: The 4^<th> international discussion meeting on glass transition
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 20110228-0302
  • 招待講演
• [学会発表] Dynamics of Nanometer Sized Vesicles (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakuma, N. Urakami, M. Nagao and M. Imai
  • 学会等名: The 4^<th> international discussion meeting on glass transition
  • 発表場所: Sendai, Japan, (Poster)
  • 年月日: 20110228-0302
• [学会発表] Asymmetric Distribution of Lipids Induced by Membrane Curvature (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakuma and M. Imai
  • 学会等名: 1st Asia-Oceania Conference on Neutron Scattering
  • 発表場所: Tsukuba, Japan, (Poster)
  • 年月日: 2011-11-22
• [学会発表] 膜の曲率に応じた脂質分布の非対称性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 佐久間由香,今井正幸
  • 学会等名: 日本物理学会第66回年次大会
  • 発表場所: 富山, (口頭)
  • 年月日: 2011-09-22
• [学会発表] Three-dimensional analysis of lipid vesicle transformations (2011)
  • 著者名/発表者名: A. Sakashita, N. Urakami, P. Ziherl, and M. Imai
  • 学会等名: 8th Liquid Matter Conference
  • 発表場所: Wien, Austria, (Poster)
  • 年月日: 2011-09-06
• [学会発表] 三次元画像解析による生体膜変形機構の解明 (2011)
  • 著者名/発表者名: 坂下あい、浦上直人、Primoz Ziherl、今井正幸
  • 学会等名: 物理学会第66回年次大会
  • 発表場所: 新潟大学
  • 年月日: 2011-03-25
• [学会発表] 中性子小角散乱でみたベシクルの構造 (2011)
  • 著者名/発表者名: 佐久間由香,今井正幸
  • 学会等名: 東京大学物性研究所短期研究会「小角・反射率・高分解能装置研究会」
  • 発表場所: 東京大学物性研究所, (口頭)
  • 年月日: 2011-02-07
• [学会発表] Minimal Cellへの多成分ベシクルからのアプローチ (2010)
  • 著者名/発表者名: 佐久間由香・今井正幸
  • 学会等名: 「細胞を創る」研究会3.0
  • 発表場所: 東京大学生産技術研究所
  • 年月日: 20101112-13
  • 招待講演
• [学会発表] Shape deformations of multi-component vesicles (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakuma and M. Imai
  • 学会等名: 467th Wilhelm and Else Heraeus Seminar BIOPHYSICS OF MEMBRANE TRANSFORMATIONS Workshop
  • 発表場所: Bad Honnef, Germany
  • 年月日: 20101026-30
  • 招待講演
• [学会発表] Self-Birthing Vesicle (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakuma and M. Imai
  • 学会等名: Wilhelm and Else Heraeus Seminar : BIOPHYSICS OF MEMBRANE TRANSFORMATIONS Workshop
  • 発表場所: Bad Honnef, Germany, (Poster)
  • 年月日: 20101026-30
• [学会発表] Cascade Birthing Dynamics of Vesicles (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakuma, M. Imai
  • 学会等名: ISSP International Workshop on Soft Matter Physics
  • 発表場所: Kashiwa, Japan, (Oral)
  • 年月日: 20100823-27
• [学会発表] Three-Dimensional Analysis of Lipid Vesicle Morphologies (2010)
  • 著者名/発表者名: A.Sakashita, N.Urakami, P. Ziherl, M.Imai
  • 学会等名: ISSP International Workshop on Soft Matter Physics
  • 発表場所: Kashiwa, Japan, (Poster)
  • 年月日: 20100823-27
• [学会発表] Deformation of Vesicles Controlled by Spontaneous Curvature of Lipids (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakuma, T. Taniguchi, T. Kawakatsu and M. Imai
  • 学会等名: International Symposium on NonEquilibrium Soft Matter 2010
  • 発表場所: Nara, (Poster)
  • 年月日: 20100817-20
• [学会発表] Shape deformations of multi-component vesicles (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakuma, M. Imai
  • 学会等名: International Symposium on NonEquilibrium Soft Matter 2010
  • 発表場所: Nara
  • 年月日: 20100817-20
  • 招待講演
• [学会発表] 脂質の自発曲率が誘起するベシクル膜の変形 (2010)
  • 著者名/発表者名: 佐久間由香、谷口貴志、川勝年洋、今井正幸
  • 学会等名: 日本物理学会第65回年次大会
  • 発表場所: 岡山大学津島キャンパス, (口頭)
  • 年月日: 20100320-23
• [学会発表] コロイドを内包したベシクルの形態転移 (2010)
  • 著者名/発表者名: 夏目ゆうの、Olivier Pravaz、今井正幸
  • 学会等名: 日本物理学会第65回年次大会
  • 発表場所: 岡山大学津島キャンパス, (口頭)
  • 年月日: 20100320-23
• [学会発表] 三次元画像解析による生体膜変形機構の解明 (2010)
  • 著者名/発表者名: 坂下あい, 浦上直人, Primoz Ziherl, 今井正幸
  • 学会等名: 日本物理学会平成22年度秋季大会
  • 発表場所: 大阪府立大学, (口頭)
  • 年月日: 2010-09-26
• [学会発表] ベシクルのバーシングダイナミクス (2010)
  • 著者名/発表者名: 佐久間由香, 今井正幸
  • 学会等名: 日本物理学会平成22年度秋季大会
  • 発表場所: 大阪府立大学, (口頭)
  • 年月日: 2010-09-25
• [学会発表] Morphology Transitions of Surfactant Assemblies Induced by Confinement of Colloids (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Imai, Y. Suganuma, Y. Natsume
  • 学会等名: 21st IUPAC International Conference on Chemical Thermodynamics
  • 発表場所: Tsukuba, Japan
  • 年月日: 2010-08-06
  • 招待講演
• [図書] Dynamics of Heterogeneity in Fluid Membranes, Advances in planar lipid bilayers and liposomes Vol. 16 (ed. Ales Iglic) (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Komura, S. Ramacandran, K. Seki, and M. Imai
  • 総ページ数: 129-164
  • 出版者: Elsevier, Chapter 5
• [図書] Shape deformations of multi-component vesicles, Advances in planar lipid bilayers and liposomes Vol. 12 (ed. Ales Iglic) (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Imai and Y. Sakuma
  • 総ページ数: 41-78
  • 出版者: Elsevier, Chapter 3
• [備考]
  • URL: http://www.bio.phys.tohoku.ac.jp/
• [備考] 日刊工業新聞 2011年12月5日 「お茶の水女子大、冷やすと内部薬剤を放出 するカプセル粒子を開発」
• [備考] 日経産業新聞 2012年2月28日 「微小カプセル 冷却で薬剤放出」