2016 Fiscal Year Annual Research Report
搭載分子の放出を時空間制御できる温度応答性脂質ナノデバイスの開発
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16H03844
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
宗 慶太郎 早稲田大学, 総合研究機構, 主任研究員(研究院准教授) (20318835)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
新井 敏 早稲田大学, 総合研究機構, 次席研究員(研究院講師) (70454056)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ナノバイオテクノロジー / 脂質 / ナノ粒子 / リポソーム / 蛍光イメージング / 蛍光プローブ / 近赤外線 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
遠隔操作により時空間を制御しながら脂質カプセルから機能分子を放出する方法論・技術の確立を目指す。この脂質カプセルには薬物、生体分子、化学反応試薬など様々な分子を搭載できるので、生きた細胞で薬物や生理活性物質を放出するナノバイオ技術、あるいはマイクロ流体デバイスにおける微小領域での化学反応の制御に使えるナノ化学コンテナとして応用できる。本研究では、脂質カプセルの機能拡張と高性能化を図るとともに、この分子放出制御システムを細胞、動物、マイクロ流体デバイスに適応して、生体機能や化学反応の遠隔制御に使える一般的な基盤技術の開発を目的とする。本年度は、① 任意の温度で内包物を放出する脂質カプセルの開発と、② 脂質カプセル局所での温度計測法の開発を進め、以下の成果が得られた。
① 脂質カプセルに高張溶液を内包することで、脂質カプセルの相転移温度以上への加温により内包分子を放出できた。脂質カプセルを構成する脂質成分の選択により、31±1、39±1、47±1 ℃で内包物を放出する脂質カプセルを合成した。近赤外線レーザー照射による三次元マトリクス中での時空間を制御した温度制御により、脂質カプセルから分子放出が可能であることを実証した。
② 脂質カプセル局所での温度制御を検討にするには微小領域での温度計測法の開発が必須で、脂質カプセルに温度感受性の蛍光プローブを固定することで、脂質カプセル局所の温度変化を蛍光変化に転換して検出する手法を検討している。まずは、温度感受性のローダミンBの脂質誘導体を合成して脂質カプセルに導入したが、分子内環化開環反応によりpHや紫外線に応答する蛍光スイッチ機能を有するが、温度計測には適していなかった。現在、脂質カプセル膜の相転移に応答して蛍光を発する蛍光分子を見出しており、温度計測法としての応用を進めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度の検討から、相転移温度の異なる脂質カプセルと近赤外線レーザーの組み合わせにより、遠隔操作により任意の温度で脂質カプセルから時空間を制御しながら機能分子を放出するための基本的な方法論に目途がついた。また、脂質カプセル局所での温度を実測するための新しい蛍光分子も見出しており、本研究課題の目的達成に向け順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度までに、様々な温度で内包物を放出する脂質カプセルの開発に成功している。本年度は、放出速度の制御により多段階放出できる脂質カプセルを開発する。また、脂質カプセルのゲル－液晶相転移を高感度にモニターできる蛍光分子が見つかっており、脂質膜の相転移と分子放出の相関を調べるとともに、近赤外線レーザー照射による脂質カプセル局所での温度制御をモニターするセンサーとしての応用を試みる。さらに、これらの脂質カプセルの具体的な応用として、バイオと化学への展開を志向する、① 細胞内での分子放出によるバイオイメージングと細胞制御、② マイクロ流体デバイスでの化学反応制御の2項目についての検討に着手し、実践的に応用できる技術としての研究開発を進める。
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