濵田研究室 濵田 勉 准教授

Photo: 濵田 勉 准教授

〈専門分野〉ソフトマターの物理、生物物理、人工細胞
〈キーワード〉バイオマテリアル・デバイス、人工細胞膜、新医療技術、生物物理

ソフトマター物理学に基づく人工細胞設計

研究内容

 自然が作り出す究極のナノ・マイクロシステムである細胞。この細胞を人工的に創り出す研究は、まだ始まったばかりです。私達は、複雑な分子間相互作用や分子集団運動の仕組みを物理学で解き明かし、分子を組み上げて創られる人工細胞システムの設計プロジェクトを進めています。電磁波などで運動状態を制御する「人工細胞」の研究を軸に、「ソフト界面」である膜の形や動きを操る研究、そして「ナノ粒子と膜」の相互作用機構を解明する研究を行っています。

1. 人工細胞

 人工膜リポソーム(車体)と分子モーター(エンジン)を組み上げた分子集積システムを設計し、動作可能な人工細胞(ラジコン細胞)を創り出します。最も単純な生命モデルの設計を通して、ナノ・マイクロ空間(メゾスコピック空間)で分子システムが働く普遍的原理に迫ります。将来的には、異物を包み込み回収する免疫ロボットや、特定のガン細胞に薬剤を放出する治療ロボット作製への道を切り拓きます。

2. ソフト界面

 分子が集合するためのエネルギー状態を理解し、ダイナミックな膜の形や動きを操ります。これまでに、細胞内での物質輸送であるオートファジー・エンドサイトーシス小胞機能などを人工的に再現しています。細胞の複雑な膜ダイナミクスを素過程(変形・融合・分裂)に分解し、再現・制御実験により膜系の設計原理を明らかにします。

3. ナノ粒子と膜

 細胞の構築原理を理解するには、膜と物質分子が相互に作用し組織化する基本的な仕組みを理解することが必要です。そこで、ナノ粒子・コロイドと細胞膜の相互作用メカニズムの解明に取り組んでいます。これまでに、ナノ粒子がその大きさに依存して、細胞内への扉である膜ドメインに選択的に吸着することを発見しています。この人工膜システムは、有用な薬剤の細胞内への効率的吸収や、有害なナノ物質から細胞を防御する先進ナノ医療への応用にも展開が期待されます。


図1. 人工細胞システム

図2. (左)膜ドメインを出芽分裂させる人口膜リボソーム (右)分子モーター・微小管の集団運動バターン

使用装置

蛍光顕微鏡、共焦点レーザー顕微鏡、光ピンセット、マイクロマニピュレーション、浸透圧計、表面圧測定装置、動的光散乱、ゼータ電位測定装置、Nd:YAGレーザー、ファンクションジェネレーター、原子間力顕微鏡(AFM)、位相差顕微鏡、微分干渉顕微鏡

過去5年間の主な研究業績

  1. 濵田勉、日本物理学会 若手奨励賞(2014).
  2. 濵田勉、市川正敏、「人工細胞システムの創成と構造制御」、生化学、86(2)、209-213 (2014).
  3. H. Ito, T. Yamanaka, S. Kato, T. Hamada, M. Takagi, M. Ichikawa, K. Yoshikawa Dynamical formation of lipid bilayer vesicles from lipid-coated droplets across a planar monolayer at an oil/water interface Soft Matter, 9, 9539-9547 (2013).
  4. T. Hamada, M. Morita, M. Miyakawa, R. Sugimoto, M. C. Vestergaard, M. Takagi, Size-dependent partitioning of nano/micro-particles mediated by membrane lateral heterogeneity. J. Am. Chem. Soc., 134, 13990-13996 (2012).
  5. T. Hamada, R. Sugimoto, M. Vestergaard, T. Nagasaki, and M Takagi, Membrane disc and sphere: controllable mesoscopic structures for the capture and release of a targeted object. J. Am. Chem. Soc., 132, 10528-10532 (2010).
連絡先

濵田 勉/E-mail:t-hamada@jaist.ac.jp TEL:0761-51-1670 FAX:0761-51-1675
URL:http://www.jaist.ac.jp/ms/labs/hamada/

ソフトマターを組み上げた分子集合システム(人工細胞)の設計に取り組んでいます。自由な発想で人工細胞をデザインし、動かしてみませんか。大学院生を募集しています。物質から生命が生み出される仕組みに興味がある方、やわらかい物質の物理を学びたい方、基礎研究が大好きな方、ぜひご連絡下さい。