Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

アミノ酸型脂質 / マイクロ流体デバイスナノ粒子 / リポソーム / フローマイクロ合成 / Lab-on-a-chip / 脂質ライブラリー / 薬物運搬システム / マイクロ流体デバイス / ナノ粒子 / マイクロフロー反応デバイス / 脂質ナノ粒子 / 細胞内デリバリー

優れた細胞内デリバリー能を持つキャリアナノ粒子は、薬物運搬システム（ＤＤＳ）の開発のみならず、核酸医薬品やゲノム編集における遺伝子治療用キャリア、そしてワクチンの開発においても重要である。本計画では、Lab-on-a-chipデバイスを用いて、Ａ．アミノ酸型脂質の合成、Ｂ．キャリアナノ粒子の調製、Ｃ．キャリアナノ粒子による薬物の細胞内デリバリー評価までのプロセスを連結させて、脂質や薬物の種類に応じたキャリアナノ粒子の最適化を多変量解析から行う。具体的には、Ａでは、フローマイクロ反応デバイスにて脂質各部を連結させて得られるライブラリーに対して、Ｂのマイクロ流体デバイスを用いて薬物担持キャリアナノ粒子（薬物内包リポソームや核酸複合脂質ナノ粒子）を構築し、Ｃのマイクロ流体デバイスを用いてキャリアナノ粒子と細胞を混合し薬物や核酸の細胞内デリバリーをフローサイトメトリーや共焦点顕微鏡の画像解析から評価する。各プロセスについて重回帰分析から各条件の最適化を高効率に行うことで、多様な構造の脂質と組成や大きさの異なるナノ粒子の分散液に対して、その細胞導入効果を一挙に評価することができる。2021年度は、Ａ．確立したフローマイクロリアクタを用いた合成法が他の脂質に条件を調節すれば適用できることを確認し、スペーサー部を合成してライブラリーを充実させた。Ｂ．Herringbone構造のマイクロ流体デバイスでは、流路に目詰まりが頻度高く発生し、その除去や洗浄工程が煩雑になる課題が認められ、別構造・素材のマイクロ流体デバイスの探索を始めた。また、精製工程に供する中空糸モジュールを自作し、重回帰分析にて条件の最適化を行った。特に脂質収率は流路の前処理により向上すること見出した。Ｃ．細胞評価に関してはリポソーム添加後の細胞内カルシウム振動をＡＩによる画像解析する方法を想起した。

マイクロ流体デバイス / 膜タンパク質 / 網羅的解析 / MEMS / Lab on a Chip / 脂質二重膜 / 膜タンパク質チップ / 脂質2重膜 / リポソーム

18年度はまず、我々が考案した接触法を利用して、様々直径めリポソームが形成できることをした。まず、膜タンパク質の導入された脂質2重膜にガラス管などのマイクロノズルを近づけ、ジェット流をパルス的に発射する。このジェット流のパルス幅(時間)および、膜とノズルの距離、ノズル直径など、さまざまなパラメータを調整し、直径をある程度制御可能な条件を明らかにすることができた。ジェット流の発射の際に、主要なべシクルのほか、小さいベシクルもできるサテライト現象が起きることも分かった。これらを積極的に利用することによって、より小さいベシクルを作成できることもわかってきた。
また、膜作成において、平面膜の作成法に関しても研究した。微細加工を利用して、マイクロサイズの微小孔を作成し、内部に脂質2重膜を作成する。孔の形成には、高分子フィルムであるパリレン樹脂を利用した。その結果、複数の孔に安定して2重膜が再構成できることが分かった。これらの結果の一部は18年度の化学とマイクロシステム国際会議(microTAS2006)にて発表し、好評を得た。
続いて19年度は、、実用化に向けて大量にベシクルを作製するために、安定した平面膜アレイの構築を目指した。接触法を応用し、3x3の平面膜を電気的に絶縁した状態で形成することに成功した。さらにそこヘチャンネル電流を発生するペプチドや膜タンパク質を導入し、活性が維持されることを電気的に計測した。また、多チャンネルでの同時計測にも成功した。
これらの研究成果によって、多チャンネル同時計測が可能な膜タンパク質チップの創製へ大きく近づいたと考えている。

【研究分担者】
竹内昌治	東京大学	生産技術研究所	准教授	(Kakenデータベース)