Formation mechanism of phospholipid giant vesicles
リン脂質ジャイアントベシクルの形成メカニズム
リン脂質ジャイアントベシクルとはリン脂質がμmスケールの小胞構造をとったものである。これは細胞膜と大きさや構造が同じため、細胞モデルとして盛んに研究されている。しかし、リン脂質ジャイアントベシクルは単純にリン脂質を水に溶かしただけでは形成しない。このときはマルチラメラベシクルと呼ばれる構造やnmスケールのベシクルが形成する。つまりリン脂質ジャイアントベシクルは準安定な構造であると言える。
ではなぜリン脂質ジャイアントベシクルは安定に形成しうるのか？この問題は「なぜ細胞膜が安定にμmスケールの小胞構造を保てているのか」という問題にも帰着できる。そこでリン脂質ジャイアントベシクルの形成メカニズムを明らかにするため、古くから経験的に良く知られたジャイアントベシクル形成法である、静置水和法（リン脂質Dry Filmの水和によってジャイアントベシクルが形成する）のプロセスに注目して実験を行ってきた。
実験では各種顕微鏡と時分割Ｘ線小角散乱、Ｘ線反射率測定を用いることにより、リン脂質Dry Filmの構造形成、Dry Filmからのジャイアントベシクル形成過程のその場観測を行った。
その結果、我々はリン脂質ジャイアントベシクルの形成メカニズムが初期状態とそこからの緩和挙動に依存することを見出してきた。なかでも注目すべきは、「膜の波うち」「疎水性相互作用」「van der Waals相互作用」など、nm～μmで働くkT程度のダイナミクスや相互作用がこの緩和挙動を本質的に支配しているということである。
リン脂質ジャイアントベシクルの形成メカニズムについてのレビュー
Mafumi Hishida, Phil. Nat.,special issue no.1, SP1-13, (2010).
リン脂質Dry Filmの形成過程およびベシクル形成との関係性について
M. Hishida et al., Phys. Rev. E. 80, 051407, (2009).
M. Hishida et al., Colloid Surf. A., 284-285, 444-447, (2006).
M. Hishida et al., Chem. Phys. Lett. 411, 267-272, (2005).
N. L. Yamada et al., Physica B., 385-386, 719-721, (2006).
リン脂質膜がフィルムから剥がれてベシクルになる水和過程について
M. Hishida et al.,Chem. Phys. Lett., 455, 297-302, (2008).
N. L. Yamada et al., Europhys.Lett., 80, 48002, (2007).
Phospholipid giant vesicles are micron-scale vesicles of phospholipids. Since they have the same size and structure as cell membranes, they have been actively studied as cell models. However, phospholipid giant vesicles are not formed simply by dissolving phospholipids in water. In this case, a structure called multilamellar vesicles or nm-scale vesicles are formed. In other words, phospholipid giant vesicles are metastable structures.
So, why are phospholipid giant vesicles so stable? This question is also related to the question of why the cell membrane maintains a stable micron-scale vesicle structure. In order to clarify the formation mechanism of phospholipid giant vesicles, we have focused on the process of static hydration (hydration of phospholipid dry films to form giant vesicles), which is an empirically well known method for the formation of giant vesicles.
By using various microscopes, time-resolved small-angle X-ray scattering, and X-ray reflectometry, we observed the structure formation of phospholipid dry films and the formation process of giant vesicles from dry films.
As a result, we have found that the formation mechanism of phospholipid giant vesicles depends on the initial state and the relaxation behavior. Notably, the relaxation behavior is essentially governed by the dynamics and interactions of kT in the range of nm to μm, such as "membrane fluctuations", "hydrophobic interactions", and "van der Waals interactions".
A Review on the Formation Mechanism of Phospholipid Giant Vesicles
Mafumi Hishida, Phil. Nat.,special issue no.1, SP1-13, (2010).
The Formation Process of Phospholipid Dry Film and Its Relation to Vesicle Formation
M. Hishida et al., Phys. Rev. E. 80, 051407, (2009).
M. Hishida et al., Colloid Surf. A., 284-285, 444-447, (2006).
M. Hishida et al., Chem. Phys. Lett. 411, 267-272, (2005).
N. L. Yamada et al., Physica B., 385-386, 719-721, (2006).
On the hydration process of phospholipid membranes as they detach from the film to form vesicles.
M. Hishida et al.,Chem. Phys. Lett., 455, 297-302, (2008).
N. L. Yamada et al., Europhys.Lett., 80, 48002, (2007).