博士（地球環境科学）西Ju尚之
学位論文題名
Studies on Functio
nalized Liposomes（機能性リポソームに関する研究）

学位論文内容の要旨
生 体内では、様々な分子が高度に組織化されて生命活動に必要な機能を発現レている。
近年 、高機能性素材の探索において生体組織を模倣した高度に組織化された材料の開発が始め られ、自己組織性を示す分子が注目されている。その中で、脂質からなる分子集合体は有 カな候補材料のーつであり、脂質二分子膜からなるりポソームは水溶性物質を内水層に、 脂溶性物質をその膜中に保持できるナノカプセルとして興味深い。一方、新規素材の開発 においても地球環境保全は重要な課題であり、生分解性を有する素材開発や環境保全を考 慮したシステムの構築が注目されている。本課題に対レても脂質からなる分子集合体の応 用が期待されている。そこで、高機能性素材のーっとしてりポソームに着目レ、その機能 化に つい て検 討し た。
本 論文では、分子配列場を利用した両親媒性アミノ酸エステル類の自己縮合よるペプチ
ドリ ポソームの構築、および塩湖、温泉などの過酷な条件下に生息する古細菌類の細胞膜構成脂 質を模 倣した 脂質類 の合成 と応用について述べられている。
第1章で は、 種々 の両 親媒性 アミ ノ酸エステル類を合成し、気液界面における単分子膜中 での 自己縮合に関して検討した。その結果、縮合速度はエステル脱離基の脱離性に依存
す るこ とを明らかとレた。そして、フェニルエステル誘導体を用いることにより迅速な縮合 を達 成できることを明らかとレた。また、自己縮合によるぺプチド薄膜の形成を走査型
電 子顕 微鏡 によ り形 態変 化と して 観察 でき るこ とを 示した 。
第2章では、セリンフェニルエステルの誘導体に関して光学活性体とラセミ体を合成レ、単分 子膜 中で の自 己縮 合に 対するキラリティーの影響について調べた。その結果、光学活性体 はラ セミ 体と 比較 レて 緻密な膜を形成したが、縮合速度には両者に大きな差は観察されな かっ た。 また 、走 査型 電子顕微鏡による観察の結果からも、光学活性体の方が均一なぺプ チド 薄膜 を与 える こと が明らかとなった。以上のように、モノマー分子のキラリティ
ーは 分子 のパ ッキ ング に影 響し、得られる薄膜の形態に変化を与えることが明らかとなった。
第3章で は、 単分 子膜 にお ける知見を基にして、トリペプチドプ口パルギルエステルを

親 水部に持 つ新規な グリセ口 リン脂質 を合成し 、ペプチド脂質の脂質二分子膜中における自 己縮合に よりペプ チドリポ ソームを 調製レた 。その結果、分子配列場を利用した自己縮合 によるぺ プチド薄 膜形成法 は、既存 の縮合剤 を用いる手法と比較して、副反応や副生成物 が少なく 有用であ ることを 示した。
第 4章 で は 、古 細菌類の膜 構成脂質 のモデル である、 二っの飽 和イソプ レノイド疎 水鎖を持っ ジフィタ ノイルホスファチジルコリンを調製レ、その膜物性を検討レた。その結果、ジフィ タノイル ホスファ チジルコ リンの単 分子膜は非 常に大き な膜占有 面積を示レ、その脂質二 分子膜は 物質透過 に対して 非常に高 いバリアー 能と熱安 定性を示 した。そレて、古細菌類 の細胞膜 の安定性 はその特 異な構造 を持つ疎水 鎖に由来 すること を明らかにした。
第5． 章では、 脂質二分 子膜安定 化剤への 飽和イソプレノイド疎水鎖の応用を検討レた。
すな わち、二 つ飽和イ ソプレノ イド疎水 鎖を持っジ フィタニ ルホスフ ェートを合成し、ジパル ミトイル ホスファ チジルコ リンと本 ホスフェー トからな るりポソ ームを調製して安定性に ついて調 べた。そ の結果、得られたりポソームは物質透過に対し高い熱安定性を示し、飽和 イソプレ ノイド疎 水鎖を導 入したジ アルキルホ スフェー トが脂質 二分子膜安定化剤として 機能する ことを示 レた。
第6章で は 、pH感 受性 リ ポ ソー ム のト リ ガ 一分 子 への 飽和イソ プレノイ ド疎水鎖 の応用を 検討した 。すなわ ち、一つ の飽和イソ プレノイ ド疎水鎖を持つモノフィタニルホスフエートを合成し、トリガー分子としてジノマルミトイル′ホスファチジルコリンからなるりポ
ソ ー ムの 脂 質二 分 子 膜に 導入し てそのpH感 受性を調べ た。その 結果、得 られたり ポソー
ムは 塩基性域 において べシクル からミセル ヘの転移 により内包物を瞬時に放出することを
明 ら かに し た。 ま た 、こ のpH感受 性は用い るホスファ チジルコ リンによ り異なり 、脂質二分 子膜中に おけるト リガ一分 子とホスフ ァチジル コリンの相溶性によルリポソームの感受性を制御できることを明らかとした。
第3章で述 べられた ペプチド リポソーム は高度に 組織化さ れた規則 正レい構 造を持つ生分解性に 富む高分 子ナノカ プセルとレ て様々な 分野での 利用が期 待される 。また、 第5章で述べら れた脂質 二分子膜 安定化剤は 安定なり ポソーム の形成に 有用であ り、第6章 で述べ ら れ た pH感 受 性 リ ポ ソ ー ム は セン シ ン グ、 DDS、お よ び 反応 制 御 への 応 用が 期 待 される。さ らに、リ ポソーム は脂溶性物 質を膜中 に保持で きることから、水中からの化合物の濃縮、 回収が可 能であり 、大気中の 汚染物質 等の回収 に利用できる。ペプチドリポソー
ムは、そ の膜表面 がぺプチ ドで覆われ ており水 素結合を 利用レた有機化合物の取り込みが期待 で き 、pH感受 性 リ ポソ ームは 塩基性域で ミセルに 転移する ことから 濃縮され た化合物の容易 な回収に 有用と考 えられる。

学 位 論 文 審 査 の要 旨
主査
副査
副査
副査
副査

教授 戸倉清一
教授 西 則雄
教授 下村政嗣（電子科学研究所）
助教授 覚知豊次
助教授 坂入信夫

学位論文題名
Studies on Functionalized Liposomes（機能性リポソ―ムに関する研究）

生体 内で は、 様々な 分予 が高度に組織化されて、生命活動に必要な機能を発現している 。近 年、 高機 能性素 材と して生体組織を模倣した高度に組織化された材料の開発が始め られ 、中 でも 自己組 織性 を示す分子が注目されている。その中で、脂質からなる分子集 合体 は有 カな 候補材 料の ーつであり、脂質二分子膜からなるりポソームは水溶性物質を 内水 層に 、脂 溶性物 質を その膜中に保持できるナノカプセルとして興味深い。一方、
新 規素 材の 開発 におい ても 地球環境保全は重要な課題であり、生分解性を有する素材開発 や環 境保 全を 考慮し たシ ステムの構築が注目されている。本中請者は、高機能性素材の ー っ と し てこ の り ポ ソ ー ム に着 目 し 、 そ の 機 能 化に つ い て 検 討 した。
第1章で は、 種々 の両 親媒性 アミ ノ酸 工ス テル 類を 合成し、気液界而における単分子膜 中で の自 己縮 合に 関し て検討し、まず、縮合速度は活性エステル基の脱離性に依存する こと を明 らか とし た。 巾でもフェニルエステル誘導体を用いることにより、縮合反応が 迅速 に達 成さ れる こと を明らかとした。この自己縮合によるべプチド薄膜の形成を、走査型電子顕微鏡により形態変化として確認した。
第2章では、光学活´陸体とラセミ体のセリンフェニルエステルの誘導体を各々合成し、単 分子 膜中 での 自己 縮合 に対するキラリテイーの影響について調べ、光学活性体はラセミ 体と 比較 して 緻密 な膜 を形成しているが、縮合速度では両者に大きな差はなかったこと を見 出し てい る。 また 、走査型電子顕微鏡による観察の結果からも、光学活性体の方が 均一 なべ ブチ ド薄 膜を 与えることから、モノマー分子のキラリテイーは分子のバッキン グに 影響し 、得 られる 薄膜 の形態 に変 化を与 える ことを 見出 してい る。
第3章で は、 前章 での 単分子 膜に おけ る知 見を 基に して、トリベプチドプロバルギル
エ ステ ルを 親水 部に 持つ 新規なグリセロリン脂質を合成し、ベプチド脂質の脂質二分子膜中で自己縮合によルベプチドリポソームを調製する条件について検討した。その結果、

分子配 列場を利 用した自 己縮合に よるべプチ ド薄膜形 成法は、 既存の縮 合剤を用いる手法 と 比 較 し て 、 副 反 応 や 副 生 成 物 が 少 な く 有 用 で あ る こと を 明 らか に した 。
第 4章 で は 、古 細菌 類の膜構 成脂質の モデルで ある、二 つの飽和イ ソプレノ イド疎水鎖を持 っジフイ タノイル ホスファ チジルコリ ンを調製 し、その 膜物性を 検討した。その結果、 ジフイタ ノイルホ スフんチ ジルコルン の単分子 膜は非常 に大きな 膜占有面積を示し、そ の脂質二 分子膜は 物質透過 に対して非 常に高い バリアー 能と熱安 定性を持つことを示し た。これ により、 古細菌類 の細胞膜の 安定性は 、その特 異な構造 を持つ疎水鎖に由来す ることを 示唆する に至った 。
第 5章 で は 、脂 質二 分子膜安 定化剤と して飽和 イソプレ ノイド疎水 鎖を取り 上げ、二つの飽 和イソプ レノイド疎水鎖を持っジフイタニルホス．フェートを合成し、ジバルミト
イルホ スファチ ジルコリ ンと本研 究で合成し たホスフ ェートか らなるり ポソームを調製し、安 定性につ いて調べ た。その 結果、得ら れたりポ ソームは 物質透過 に際し高い熱安定性を 示し、飽 和イソプ レノイド 疎水鎖を導 入したジアルキJレホスフェートが、予想通り脂質 二分子膜 安定化剤 として機 能すること を明らか にした。
第 6章 で は 、pH感受性 リポソー ムへの飽 和イソプ レノイド 疎水鎖を持 っトルガ ー分子の応用 を考え、 一つの飽 和イソプ レノイド疎 水鎖を持 つモノフ イタニル ホスフェートを合成し 、これを トリガー 分子とし てジバルミ トイルホ スフんチ ジルコ1Jン からなるりポソ ーム の 脂 質二 分 子膜 に 導 入し て 、そ の pH感 受 性を調べ た。その結 果、得ら れたりポソーム は塩基性 域におい てべシク ルからミセ ルへの素 早い転移 により、 内包物を瞬時に放出す ることを 見出した 。このpH感 受性は用い るホスフ んチジル コリンに より異なり、脂質二 分子膜中 におけるトリガー分子とホスフんチジルコ1Jンの相溶性により、リポソー
ムの感 受性を制 御できる ことを明 らかにした 。
第3章で 述 べ られ た べプチドリ ポソーム は、規則 正しいく り返し構 造を持つ 上に生分解 性にも富む 高分子ナ ノカプセ´レ性能を持つので、様々な分野での利用が期待できる。
ま た 、第 5章 で 述 べら れた脂質 二分子膜 安定化剤 は、安定 なりポソ ームの形 成に有用であ り 、さ ら に 第6章で 述 ぺら れ た pH感 受 性リ ポ ソー ムは、セ ンシング 、DDS、およ び反応 制御への応 用が期待 される。加えて、リポソームは脂溶性物質を．膜中に保持できること から、水中 からの化 合物の濃 縮、回収 が可能で あり、大 気中の汚染 物質等の回収に利用 できると考 えられる 。ベプチドリ，ポソームは、その膜表面がベプチドで覆われており水 素 結合 を 利 用し た 有機 化 合 物の 取 り 込み が 期待 でき、 pH感受性リ ポソーム は塩基性域 でミセルに 転移する ことから 、自然条 件下では 希薄状態 にある有機 化合物は濃縮回収に 有用である と考えら れる。
この様 に申請者 は、これ まで定義 されてきた りポソー ムをさら に機能化して、過激な条 件下 でも 機 能を 保持 で きるように設計 し直した点が注目 に値する。
よって 、審査員 一同は北 海道大学 博士（地球 環境科学 ）の学位 を受けるのに充分な資格を有 するもの と判定し た。