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2017 年度 実績報告書

Membrane-on-Membrane ~階層型自己組織化材料の創成~

研究課題

研究課題/領域番号 26249116
研究機関大阪大学

研究代表者

馬越 大  大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (20311772)

研究分担者 菅 恵嗣  大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (00709800)
島内 寿徳  岡山大学, 環境生命科学研究科, 准教授 (10335383)
林 啓太  奈良工業高等専門学校, 物質化学工学科, 講師 (10710783)
岡本 行広  大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (50503918)
中村 秀美  奈良工業高等専門学校, 物質化学工学科, 教授 (70198232)
塩盛 弘一郎  宮崎大学, 工学部, 教授 (80235506)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2019-03-31
キーワードMembranome / Membrane-on-Membrane / リポソーム / キラル認識 / 不斉合成 / 分子認識 / ナノドメイン / 表層水和水
研究実績の概要

H29年度は、より実用的なMembrane-on-Membrane(MoM)シートを開発するため、(1)材料としてのMoMシートの設計ならびに評価、(2)コアユニットであるLYPOzyme開発を目的とする膜場設計について検討した。
(1)MoMシート材料の開発として、脂質膜(脂質二分子膜)が階層的に集密化した材料について開発を行った。これまでにリポソーム固定化ハイドロゲルを作製してきたが、さらに発展させて、リポソーム固定化クライオゲルの調製方法について検討した。本手法では、凍結操作によってリポソームが小さくなり(粒径20nm程度)、pNIPPAMゲル骨格に高密度に固定化できることが明らかとなった。本材料はL-トリプトファンを選択的に吸着する機能を有する。また、ポリマー骨格を必要としない自己組織化ゲルについても検討し、脂肪酸/モノオレイン分子集合体がpH5.0においてゲル化する現象を見出した。本材料の内部では、脂質分子がリポソームの様に秩序高く配列している事から、分子認識能など各種の機能を有すると期待される。
(2)各種の機能を担う脂質膜場の特性解析を行った。エネルギー生産型LIPOzymeとして、クロロフィルを固定化したバイセルにおいて、効率的にJ-aggregateを誘導できることを明らかにした。細胞毒性に及ぼす分子集合体の形態に着目し、集合形態を制御する方法を体系的にデータベース化した。分子認識においては、平衡論的な膜場特性に加えて、外部場印加(例:2.5GHz交流電場刺激)によりキラル認識能が向上することを明らかにした。詳細な膜場特性解析として、膜表層の水和環境に着目した一連の評価手法(誘電分散スペクトル、膜表層結合型蛍光プローブ、表面増強ラマン法)を確立した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

MoMシート材料に関する基礎的な知見は概ね得られたと考えられる。リポソーム固定化ゲルや脂肪酸ゲルを基盤として、各種の単位操作をマクロスケールで連続的にこなせる材料へと発展させられる。膜場の基礎的な機能評価、ならびに評価手法も概ね確立された。人工光合成(エネルギー生産)、分子認識・キラル変換反応(One-Pot複合型プロセス化学)、革新的なDDSキャリアならびに自己組織化薬剤分子の性能評価のための基礎的な知見も概ね収集できた。

今後の研究の推進方策

最終年度となるH30年度において、各種のLIPOzyme ライブラリーに基づいて,機能性膜場を複合化したストレス応答型MoM シートを開発する.
● Case Study ①:多段物質生産プロセスシート:エネルギー生産LIPOzyme(人工光合成の素反応をカスケードさせる);タンパク質合成LIPOzyme(無細胞遺伝子発現系による膜タンパク質を膜場ユニットに直接合成);LIPOzyme シートを重層化し,片面から反応基質が浸透し,反対から生産物が生成するプロセス生産型シートについて、それぞれ作製する.
● Case Study ②:組織賦活化LIPOzyme シート(次世代型人工臓器):(a) 正常細胞に対して高い適合性,(b) ガン性細胞に対して高い毒性,(c) ストレス負荷細胞を賦活化する能力,(d) 抗ストレス機能を兼備したLIPOzyme をカクテル化したLIPOzyme シートを作製し,動物細胞組織あるいは動物細胞に対する毒性を評価する.最終的に既存のポリマー材料シートとの比較を行い,LIPOzymeシートの有効性を示す.上記の知見に基づいて,LIPOzyme シートの基盤・基礎・応用に関する知見を総括し,それらを調製し活用するための方法論を体系化する。

  • 研究成果

    (39件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (5件) 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件) 学会発表 (25件) (うち国際学会 23件、 招待講演 5件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] University of California, Davis(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      University of California, Davis
  • [国際共同研究] Abo Akademi University(Finland)

    • 国名
      フィンランド
    • 外国機関名
      Abo Akademi University
  • [国際共同研究] Nong Lam University(ベトナム)

    • 国名
      ベトナム
    • 外国機関名
      Nong Lam University
  • [国際共同研究] ETH Zurich(Switzerland)

    • 国名
      スイス
    • 外国機関名
      ETH Zurich
  • [国際共同研究] Seoul National University(韓国)

    • 国名
      韓国
    • 外国機関名
      Seoul National University
  • [雑誌論文] Preparation and Characterization of Poly-N-isopropylacrylamide Cryogel containing Liposomes and Their Adsorption Properties of Tryptophan2018

    • 著者名/発表者名
      Yui Hiramure, Keishi Suga, Hiroshi Umakoshi, Jin Matsumoto, Koichiro Shiomori
    • 雑誌名

      Solvent Extr. Res. Dev., Jpn

      巻: 25 ページ: 37-46

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Gel-Phase-like Ordered Membrane Properties Observed in Dispersed Oleic Acid/1-Oleoylglycerol Self-Assemblies: Systematic Characterization Using Raman Spectroscopy and a Laurdan Fluorescent Probe2018

    • 著者名/発表者名
      Suga Keishi、Otsuka Yoko、Okamoto Yukihiro、Umakoshi Hiroshi
    • 雑誌名

      Langmuir

      巻: 34 ページ: 2081~2088

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.7b04044

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Design of Pyrene?Fatty Acid Conjugates for Real-Time Monitoring of Drug Delivery and Controllability of Drug Release2018

    • 著者名/発表者名
      Hayashi Keita、Mitsuyoshi Yuma、Kamei Toshiyuki、Shimanouchi Toshinori、Suga Keishi、Okamoto Yukihiro、Nakamura Hidemi、Umakoshi Hiroshi
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 3 ページ: 3572~3580

    • DOI

      10.1021/acsomega.7b02061

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of Time Course Oxygen Binding Analysis for Hemoglobin Based Oxygen Carriers2017

    • 著者名/発表者名
      Yukihiro Okamoto, Shigenori Sugisaki, Keishi Suga, Hiroshi Umakoshi
    • 雑誌名

      Anal. Sci.

      巻: 33 ページ: 953-956

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Comparison of Physicochemical Membrane Properties of Vesicles Modified with Guanidinium Derivatives2017

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Nozomi、Suga Keishi、Umakoshi Hiroshi
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 121 ページ: 9213~9222

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.7b04007

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Reactive bienzyme systems fabricated through immobilization of biotinylated glucose oxidase and peroxidase molecules onto neutralized avidin-conjugated liposomes2017

    • 著者名/発表者名
      Ohtsu Takeshi、Shigenari Saki、Yoshimoto Makoto、Umakoshi Hiroshi
    • 雑誌名

      Biochemical Engineering Journal

      巻: 125 ページ: 81~87

    • DOI

      10.1016/j.bej.2017.05.023

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Preferential Adsorption of l-Histidine onto DOPC/Sphingomyelin/3β-[N-(N′,N′-dimethylaminoethane)carbamoyl]cholesterol Liposomes in the Presence of Chiral Organic Acids2017

    • 著者名/発表者名
      Suga Keishi、Tauchi Atsushi、Ishigami Takaaki、Okamoto Yukihiro、Umakoshi Hiroshi
    • 雑誌名

      Langmuir

      巻: 33 ページ: 3831~3838

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.6b03264

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Tailor-made drug carrier: Comparison of formation-dependent physicochemical properties within self-assembled aggregates for an optimal drug carrier2017

    • 著者名/発表者名
      Hayashi Keita、Iwai Hideka、Kamei Toshiyuki、Iwamoto Kaede、Shimanouchi Toshinori、Fujita Sakiko、Nakamura Hidemi、Umakoshi Hiroshi
    • 雑誌名

      Colloids and Surfaces B: Biointerfaces

      巻: 152 ページ: 269~276

    • DOI

      10.1016/j.colsurfb.2017.01.012

    • 査読あり
  • [学会発表] Bio-Inspired Separation Utilizing Self-Organizing System2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Umakoshi, Keishi Suga, Yukihiro Okamoto
    • 学会等名
      化学工学会第83年会
    • 招待講演
  • [学会発表] "Membrane-on-Membrane" for Chiral Process2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Umakoshi, Keishi Suga
    • 学会等名
      化学工学会第83年会
    • 招待講演
  • [学会発表] Basic and Applied Aspects of "Microphase-Separation" on Biomimetic Membrane - Designed Bio-Inspired Membrane Can Achieve Chiral Recognition and Conversion of Target Molecules -2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Umakoshi, Keishi Suga, Yukihiro Okamoto
    • 学会等名
      2017 MRS Spring Meeting & Exhibits
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Induction of chiral recognition with lipid nano-domains produced by polymerization for high performance chiral separation2017

    • 著者名/発表者名
      Yukihiro Okamoto, Yusuke Kishi, Keishi Suga, Hiroshi Umakoshi
    • 学会等名
      HPLC 2017 PRAGUE
    • 国際学会
  • [学会発表] Multi-Level Characterization of the Membrane Properties of Resveratrol-Incorporated Liposomes2017

    • 著者名/発表者名
      Jin Han, Keishi Suga, Keita Hayashi, Yukihiro Okamoto, Hiroshi Umaokshi
    • 学会等名
      International Seminar on Biophysics and Chemical Biology of Biomembrane and Lipid Bilayers
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigation of the Roles of Sterol Derivatives in Regulating the Properties of Phospholipid Bilayer Systems2017

    • 著者名/発表者名
      Tham Thi Bui, Keishi Suga, Hiroshi Umakoshi
    • 学会等名
      International Seminar on Biophysics and Chemical Biology of Biomembrane and Lipid Bilayers
    • 国際学会
  • [学会発表] Detection of Nano-Sized Ordered Domains Formed on Large Unilamellar Vesicle2017

    • 著者名/発表者名
      Keishi Suga, Hiroshi Umakoshi
    • 学会等名
      International Seminar on Biophysics and Chemical Biology of Biomembrane and Lipid Bilayers
    • 国際学会
  • [学会発表] Emergent Properties of Vesicles - Chiral Recognition and Conversion on Membrane -2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Umakoshi
    • 学会等名
      International Seminar on Biophysics and Chemical Biology of Biomembrane and Lipid Bilayers
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Design of Lipid Membrane Surfaces As Organocatalyst for Michael Reactions in Aqueous Media2017

    • 著者名/発表者名
      Masanori Hirose, Keishi Suga, Yukihiro Okamoto, Hiroshi Umakoshi
    • 学会等名
      2017 AIChE Annual Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Characterization of Orientation and Photochemical Function of Chlorophyll a Molecules in Self-Assembled Membranes2017

    • 著者名/発表者名
      Shogo Taguchi, Keishi Suga, Keita Hayashi, Yukihiro Okamoto, Hidemi Nakamura, Hiroshi Umakoshi
    • 学会等名
      2017 AIChE Annual Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Self-Assembly of Achiral Surfactants Can Conduct Enantioselective C-C Bond Formation of Amino Acid Derivative2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Umakoshi, Fumihiko Iwasaki, Keishi Suga, Yukihiro Okamoto
    • 学会等名
      2017 AIChE Annual Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Effects of Ionic Liquids and Liposomes on Enzymatic Cellulose Hydrolysis Process2017

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiko Tanimura, Yoshiko Ooe, Keishi Suga, Yukihiro Okamoto, Makoto Yoshimoto, Hiroshi Umakoshi
    • 学会等名
      2017 AIChE Annual Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of Metal Ion Selectivity of Hexadecyl-Iminodiacetate on Lipid Membrane Surface2017

    • 著者名/発表者名
      Daiki Wada, Yukihiro Okamoto, Keishi Suga, Hiroshi Umakoshi
    • 学会等名
      21st International Solvent Extraction Conference (ISEC 2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Chiral Selective Adsorption of L-Amino Acid onto Heterogeneous Liposome Interface2017

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Tauchi, Keishi Suga, Yukihiro Okamoto, Hiroshi Umakoshi
    • 学会等名
      21st International Solvent Extraction Conference (ISEC 2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Preparation of Poly-N-isopropylacrylamide Cryogel Containing Liposomes and Its Chiral Selectively Adsorption of Tryptophan2017

    • 著者名/発表者名
      Koichiro Shiomori, Yui Hiramure, Keishi Suga, Hiroshi Umakoshi, Jin Matsumoto
    • 学会等名
      21st International Solvent Extraction Conference (ISEC 2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Partitioning Behaviors of Polyphenolic Compounds onto Model Biomembranes2017

    • 著者名/発表者名
      Jin Han, Keishi Suga, Keita Hayashi, Yukihiro Okamoto, Hiroshi Umakoshi
    • 学会等名
      21st International Solvent Extraction Conference (ISEC 2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Use Self-Organizing Platform as a Sophisticated Solvent Extraction System: From "Extractive Reaction" to "Recognitive Conversion"2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Umakoshi, Keishi Suga, Yukihiro Okamoto
    • 学会等名
      21st International Solvent Extraction Conference (ISEC 2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Development and Characterization of Fatty Acid Assembly ~ From Nano Capsule to Hierarchical Gel ~2017

    • 著者名/発表者名
      Keishi Suga, Hiroshi Umakoshi
    • 学会等名
      2017 Agricultural Biotechology Symposium (Theme: Delivery and Controlled Release of Food Bioactives)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Characterization of Lipid Membrane Surfaces as Catalytic Platform in Aqueous Media2017

    • 著者名/発表者名
      Masanori Hirose, Keishi Suga, Yukihiro Okamoto, Hiroshi Umakoshi
    • 学会等名
      11th International Conference on Separation Science and Technology (ICSST17)
    • 国際学会
  • [学会発表] Characterization of Chlorophyll a Incorporated Liposomes and Bicelles as Photosynthesis Platform2017

    • 著者名/発表者名
      Shogo Taguchi, Keishi Suga, Keita Hayashi, Yukihiro Okamoto, Hidemi Nakamura, Hiroshi Umakoshi
    • 学会等名
      11th International Conference on Separation Science and Technology (ICSST17)
    • 国際学会
  • [学会発表] Physicochemical Behaviors of Biological Sterols in Model Cell Membranes2017

    • 著者名/発表者名
      Tham Thi Bui, Keishi Suga, Yukihiro Okamoto, Hiroshi Umakoshi
    • 学会等名
      11th International Conference on Separation Science and Technology (ICSST17)
    • 国際学会
  • [学会発表] Design and Characterization of Liposome Membrane as Platform for RNA Recognition2017

    • 著者名/発表者名
      Nozomi Watanabe, Keishi Suga, Yukihiro Okamoto, Hiroshi Umakoshi
    • 学会等名
      11th International Conference on Separation Science and Technology (ICSST17)
    • 国際学会
  • [学会発表] Liposome-Based Reaction and Separation Processes for Chiral Compounds2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Umakoshi, Yukihiro Okamoto, Keishi Suga
    • 学会等名
      11th International Conference on Separation Science and Technology (ICSST17)
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of Achiral Surfactant Assemblies for Chiral Selective Alkylation Process in Aqueous Media2017

    • 著者名/発表者名
      Keishi Suga, Fumihiko Iwasaki, Ryota Ito, Yukihiro Okamoto, Hiroshi Umakoshi
    • 学会等名
      11th International Conference on Separation Science and Technology (ICSST17)
    • 国際学会
  • [学会発表] Ionic Liquid-Aqueous Two-Phase System for Enzymatic Saccharification Process2017

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiko Tanimura, Ryosuke Kume, Winnie H Shi, Keishi Suga, Yukihiro Okamoto, Makoto Yoshimoto, Hiroshi Umakoshi
    • 学会等名
      11th International Conference on Separation Science and Technology (ICSST17)
    • 国際学会
  • [備考] 生物発想化学工学グループ(馬越研究室)

    • URL

      http://www.membranome.jp/B-ICE/index.html

URL: 

公開日: 2018-12-17   更新日: 2022-05-18  

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