細胞膜上の局在制御による分子機能発現と薬物送達への応用

昨年度、細胞膜修飾剤についてがん細胞の検出及び形質膜の薬剤透過性促進の能力を評価するための薬剤内包リポソーム(人工脂質膜小胞 )の作製を試みる過程で、頭部にグアニジニウムイオンまたは第一級アンモニウムイオンを有する脂質を用いた際、多面体が連なったようなボロノイ図様の脂質膜ネットワークが得られることを偶然発見した。さらに、この特異な構造体は、わずか0.1重量%しか脂質を含んでいないにも関わらず系をゲル化させた。そこで今年度は、この興味深い発見に基づき、詳細な構造の解析や形成メカニズムの解明に取り組んだ。まず、種々の光学顕微鏡でサンプルを観察し、マイクロスケールの構造や各部の組成を明らかにした。続いて、小角X線散乱や動的光散乱等により脂質分子の集合体挙動や相互作用について調べた。これらの実験結果に加え、異なる脂質分子同士の比較やサンプル作製プロトコルを考慮することで、構造形成メカニズムを提案した。ここでは、隣接する脂質の頭部とリン酸基の間に形成される塩橋が重要な役割を果たしていると考えられる。さらに、得られた3次元ボロノイ構造中に重合可能な分子を光重合開始剤とともに導入することで、光照射により構造の安定性を向上させることに成功した。研究を進めて行く過程で、本来の研究目的とは異なる方向にシフトしていくことになったが、本研究で見出した3次元ボロノイ構造ハイドロゲルは、それ自体が材料として興味深いだけでなく、テンプレートとして利用することで新たな材料の開発に寄与するものと期待できる。

昨年度、細胞膜修飾剤についてがん細胞の検出及び形質膜の薬剤透過性促進の能力を評価するための薬剤内包リポソーム(人工脂質膜小胞 )の作製を試みる過程で、頭部にグアニジニウムイオンまたは第一級アンモニウムイオンを有する脂質を用いた際、多面体が連なったようなボロノイ図様の脂質膜ネットワークが得られることを偶然発見した。さらに、この特異な構造体は、わずか0.1重量%しか脂質を含んでいないにも関わらず系をゲル化させた。そこで今年度は、この興味深い発見に基づき、詳細な構造の解析や形成メカニズムの解明に取り組んだ。まず、種々の光学顕微鏡でサンプルを観察し、マイクロスケールの構造や各部の組成を明らかにした。続いて、小角X線散乱や動的光散乱等により脂質分子の集合体挙動や相互作用について調べた。これらの実験結果に加え、異なる脂質分子同士の比較やサンプル作製プロトコルを考慮することで、構造形成メカニズムを提案した。ここでは、隣接する脂質の頭部とリン酸基の間に形成される塩橋が重要な役割を果たしていると考えられる。さらに、得られた3次元ボロノイ構造中に重合可能な分子を光重合開始剤とともに導入することで、光照射により構造の安定性を向上させることに成功した。研究を進めて行く過程で、本来の研究目的とは異なる方向にシフトしていくことになったが、本研究で見出した3次元ボロノイ構造ハイドロゲルは、それ自体が材料として興味深いだけでなく、テンプレートとして利用することで新たな材料の開発に寄与するものと期待できる。