細胞の中に入って働く湾曲ナノグラフェンを開発

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平成30年1月31日 名古屋大学  科学技術振興機構(JST)

ポイント
  • 炭素シートであるグラフェンをナノサイズで切り出した「ナノグラフェン」は、従来、シート同士が密着して凝集しやすく、有機溶媒への溶解性が低いため、化学修飾が難しかった。
  • 本研究開発において、分子全体が大きく湾曲する「湾曲ナノグラフェン」を自在に化学修飾する手法を確立し、ナノグラフェンの水溶化に成功した。
  • 水溶性湾曲ナノグラフェンが細胞に取り込まれ、光刺激による細胞死を誘導することも解明した。今後、バイオイメージングなどへの応用が期待される。

名古屋大学 トランスフォーマティブ生命分子研究所(WPI-ITbM)および科学技術振興機構(JST) 戦略的創造研究推進事業 ERATO伊丹分子ナノカーボンプロジェクトの伊丹 健一郎 教授、瀬川 泰知 特任准教授、佐藤 良勝 特任准教授、リン・シンアン 博士研究員らのグループは、湾曲したナノグラフェン注1)を水溶化する方法を開発し、これがヒト培養細胞の細胞小器官に局在し、光によって細胞死を誘導する機能をもつことを明らかにしました。

湾曲ナノグラフェンは、2013年に伊丹教授らが開発した新しい分子ナノカーボンです。有機溶媒によく溶け、紫外光を照射すると緑色の蛍光を発することから、既存のナノカーボンとは異なる応用が期待されていました。今回、伊丹教授らのグループは、湾曲ナノグラフェンを自在に化学修飾する手法を確立し、水に溶ける性質を付与した「水溶性湾曲ナノグラフェン」を合成しました。次に、水溶性湾曲ナノグラフェンがヒト培養細胞に取り込まれ、リソソームという細胞小器官に蓄積することを明らかにしました。さらに、ここにレーザー光を照射すると、光刺激を受けた細胞だけが死滅する現象が起きることを発見しました。

本研究は、湾曲ナノグラフェンにさまざまな性質を簡単に付与できること、それが生命科学分野のツールとして利用できることを明確に示すものです。これはナノカーボンの構造をもつ分子を精密に合成する「分子ナノカーボン科学」の幅広い応用の可能性を示す好例であるとともに、合成化学と生命科学の密な連携による新たなイノベーションを目指す「トランスフォーマティブ生命分子研究所(WPI-ITbM)」の枠組みによって実現した画期的な共同研究成果です。

この研究成果は、ドイツ化学専門誌「アンゲバンテ・ヘミー国際版」で2018年1月29日(ドイツ時間)に公開されました。

この研究は、科学技術振興機構(JST) 戦略的創造研究推進事業 総括実施型研究(ERATO)伊丹分子ナノカーボンプロジェクトおよび文部科学省世界トップレベル研究拠点プログラム 名古屋大学 トランスフォーマティブ生命分子研究所(WPI-ITbM)の支援のもとで行われたものです。

また、本成果の一部は以下の事業による支援を受けて行われました。

  • 文部科学省 科学研究費補助金 新学術領域研究(研究領域提案型)
  • 「先端バイオイメージング支援プラットフォーム」平成28~33年度
  • 「π造形科学:電子と構造のダイナミズム制御による新機能創出」平成26~30年度
  • 「植物の成長可塑性を支える環境認識と記憶の自律分散型統御システム」平成27~31年度

<研究背景と内容>

ナノグラフェンは、炭素シートであるグラフェンをナノサイズで切り出した構造をもつ分子です(図1左)。大きさや形によって多彩な電子的、光学的、磁気的性質を示すため、次世代材料として広く注目を集めています。これまでに、さまざまなナノグラフェンが合成され、その性質が調べられていますが、共通した問題点として、有機溶媒への溶解性が低いことが挙げられます。ナノグラフェンは平面状なので、平面同士が密着して凝集しやすく、溶媒中に均一に分散させることが一般に困難です。このような性質のため、溶媒中での化学反応を用いてナノグラフェンを自由自在に化学修飾するには大きな困難を伴いました。

今回、名古屋大学 トランスフォーマティブ生命分子研究所(WPI-ITbM)および科学技術振興機構(JST) 戦略的創造研究推進事業 ERATO伊丹分子ナノカーボンプロジェクトの伊丹 健一郎 教授、瀬川 泰知 特任准教授、佐藤 良勝 特任准教授、リン・シンアン博士らのグループは、湾曲ナノグラフェンを水溶化する方法を開発し、これを生命科学のツールとして利用することに成功しました。

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