| 研究課題/領域番号 |
26800222
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| 研究機関 | 北陸先端科学技術大学院大学 |
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研究代表者 |
下川 直史 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, 助教 (20700181)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | リン脂質 / リポソーム / ベシクル / 脂質二重膜 / 相分離 / 膜変形 / 静電相互作用 / 電場 |
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| 研究実績の概要 |
リン脂質から成る脂質二重膜は細胞膜のモデル系として注目されている。特に、飽和脂質/不飽和脂質/コレステロールから成る三成分系では飽和脂質とコレステロールに富んだ相と不飽和脂質に富んだ相とに相分離する。この相分離の結果形成されるドメインは細胞膜におけるラフトとの関係から注目されている。しかし、細胞膜には負電荷を親水頭部に有したリン脂質が存在するにもかかわらず、多くの研究において電気的に中性のリン脂質のみが用いられてきた。そこで、荷電リン脂質を含んだ膜での相分離挙動を中心に研究を進めてきた。
当該年度は（１）負電荷脂質を含む非対称リン脂質膜の作成、（２）脂質エマルションの電場下における融合挙動、（３）ハイブリッド脂質や脂肪酸を含む膜での相分離挙動を行ってきた。
（１）では膜の表面と裏面の脂質組成を制御し組成が非対称な脂質二重膜での相分離を観察した。その結果脂質膜を介した膜面と垂直な方向の相互作用が明らかになった。具体的には疎水鎖の相互作用と電荷を有した頭部間の相互作用で、それら２つの相互作用により相分離形成が影響を受けていることが明らかになった。
（２）では電場下において脂質エマルションの往復運動とその結果生じるエマルションどうしの融合を解析した。これにより脂質の拡散係数、エマルション内に溶けている物質の拡散係数を測定する新しい方法を提案することに成功した。
（３）リン脂質分子内の炭化水素鎖の構造が異なるハイブリッド脂質や脂肪酸を含んだ膜での相分離を観察した。その結果、相分離ドメイン界面張力がハイブリッド脂質では低下、脂肪酸では種類に応じて低下したり増加したりすることが明らかになった。ハイブリッドの系は論文としてまとめ報告した。
他に、膜孔形成、数値シミュレーションによる荷電脂質膜の相分離と変形、相分離の理論モデルに関しての報告も行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
上述した研究成果の他に、荷電脂質膜への力学的なストレスを加えた際の挙動や多価の金属イオンやペプチドを添加した際の挙動に関する研究もはじめており、当初の予定よりも研究が大幅に広がってきている。さらに、他大学と荷電脂質からなるエマルションにアクチンを加えた系に関する共同研究やリポソームへナノ粒子を添加した際の粒子の取り込み挙動に関する共同研究も並行して行っている。これらは本研究課題と大きく関係するところにあり、研究が計画以上に進展していると言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
現在までの研究を踏まえ、今後は以下の研究を計画している。
（１）非対称膜における相分離を引き続き行い、二重膜を介した相互作用が相分離に与える影響を実験的に明らかにしていく。（２）電場下におけるエマルションの融合挙動から物質の拡散係数を見積もる方法を確立していく。さらに、エマルションの融合を利用し２つの溶液をマイクロメートルスケールで混合し各種化学反応を起こすことを目指す。（３）脂肪酸添加による相分離挙動を様々な脂肪酸を用いて解析する。特に飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸、トランス脂肪酸などを用いることで生体機能とのかかわりを物理化学的な手法から明らかにしていくことを目指す。（４）荷電脂質を含むリポソームへ浸透圧やマイクロマニュピレーターにより張力を印加した際の相分離挙動や変形挙動の観察を行っていく。（５）Na,Mg,Caといった金属イオンに留まらず、正の電荷を有するポリアミンを荷電脂質膜へ添加しその際の相分離挙動やリポソームの凝集の様子をイオンの価数や電荷密度に注目し明らかにしていく。
これらから、荷電脂質膜において相互作用を制御し構造形成を自在に操ることを目指していく。
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