抗酸化物質から成る Cubosome の開発
およびミクロ・メソ・マクロ特性の評価
大阪大学大学院基礎工学研究科物質創成専攻化学工学領域

菅恵嗣

Cubosomal self-assemblies, composed of monoolein (MO) and fatty acid, were prepared by the pH titration method. Theassemblies including 25 – 50 mol% of MO showed gel-like high viscosity at pH 5 . 0 . Various kind of self-assemblies weresystematically characterized by Raman spectroscopy and fluorescent probe analyses. The membrane property of cubosomal
assembly was highly packed and less hydrated state. As application, cubosomal self-assembly could be prepared usingfunctional lipids, e.g. linoleic acid (anti-oxidant), polymerizable lipid (precursor of polydiacethlene).

1. 緒言

2. 方脂肪酸は、生体内で脂肪組織を形成し栄養源として活用

法

2 . 1. Cubosome 調製されている。また、脂肪酸の両親媒性構造は、脂質膜の骨超純水にオレイン酸（OA）、リノール酸（LiA）、重合成格を形成するのに適しており、生体膜や始原細胞系をモ脂肪酸（10 , 12 -Tricosadiynoicacid（TCDA））およびモノオデル化するための研究として注目されている 1）。一般的にレイン（MO）を添加し（総脂質濃度：100 mM、OA/MO=は、オレイン酸のような脂肪酸は水にとけないが、pH 滴（1 / 1））、40 ℃で 24 時間攪拌した。1 M NaOH で鹸化した後、定等の所定の手順によって分子集合体を形成し水中に分散

HCl を用いて pH を調整した。

2）可能となる 。このような脂質分子集合体は、薬剤分子や栄養素の輸送担体としての活用が期待されている 3）。目的

2 . 2 . 脂質膜パッキング密度の解析

物質が水溶性分子の場合、ベシクル（あるいはリポソーム）共焦点ラマン顕微鏡を用いて、各 pH における脂質分子をキャリアとして活用できるが、脂溶性分子の輸送におい集合体のラマンスペクトルを測定した。CH 2 対称伸縮振動ては、疎水場体積に限りがあり、担持できる物質の容量にに由来するピーク（2850 cm- 1）および CH 2 非対称伸縮振動限界がある。ベシクル同様に 2 分子膜構造を有し、かつ膨に由来するピーク（2890 cm- 1）を測定し、脂質分子のパッ大な疎水場を形成する自己組織系として、共連続相を有す

キング密度 R（=I 2890 /I 2850）7）を解析した。

る Cubic 相が報告されており、物質輸送や物質分離への応用が期待されている 4, 5）。一方、Cubic相やCubosomeの「膜」

2 . 3 . 膜界面の極性環境解析に着目した研究例は少なく、物理化学的な膜特性に関する蛍光プローブ Laurdan は周囲の水分子との相互作用により蛍光特性が変化する 8）。10 µL の脂質分子集合体（総知見は乏しい。
本研究では、脂肪酸を基本骨格とする膜材料の開発を目

脂質濃度 100 mM）を純水で希釈し、10 µL の Laurdan 溶液的とし、Cubosome の調製手法ならびに評価手法の開発を（1 mM（inEtOH））を 1 mL のサンプルに添加した。暗所で行った。不飽和脂肪酸であるオレイン酸やリノール酸は、5 分間静置した後、励起波長は λex= 340 nm、400 - 600 nm

分子自体が酸化されやすいため、radical 補足剤として働の波長範囲において蛍光スペクトルを測定した。さらに、く。即ち、高濃度で不飽和脂肪酸を担持させた膜材料にはLaurdan の蛍光スペクトルを Peakfit（Systat SoftwareInc.、

抗酸化能力があり、なおかつ物質輸送に活用できると期待

CA、USA）を用いて 2 つのスペクトルにデコンボリューされる。これまでに脂質 Cubic 相や Cubosome の膜に着目ションした。1 つは無秩序相（500 nm 付近のピーク、親水した研究例は少なく、基礎的な集合体の物性を俯瞰的に解性環境、A 1）に局在する Laurdan に由来し、もう 1 つは秩6）析するための方法論について検討した 。

序相（450 nm 付近のピーク、疎水性環境、A 2）に局在する
Laurdan に由来する。ピーク面積から、次式により膜界面M icro -, Meso -, a nd Macro - scopic
Characterization of Cubosomal SelfAssemblies Composed of Antioxidantsの親水性を算出した。
Φm=A 1 /（A 1 +A 2）

3 . 結果および考察

Keishi Suga
Division of Chemica l Eng ineering,G r a du at e S c h o o l o f E ng i n e e r i ng
Science, Osaka University

3 . 1. OA/MO 集合体の相挙動− 30 −OA/MO 集合体について pH 滴定を行い、相挙動を解析

抗酸化物質から成る Cubosome の開発およびミクロ・メソ・マクロ特性の評価

Figure 1 OA/MO 分散液の pH 滴定曲線。
（a）［OA+Oleate］、（b）［OA+Oleate］/MO=（3/1）
、（c）［OA+Oleate］/MO=（1/1）、（d）［OA+Oleate］/MO=（1/3）、（e）MO のみ。
（i）
、
（ii）
、（iii）
および（iv）
は、滴定曲線の変曲点を示す。

Figure 2

OA/Oleate/MO 自己集合系の相図した（Figure 1）。pH 滴定曲線における変曲点近傍では集いて電離した状態（Oleate、R-COO-）である。従って、集合体の相転移がおこる。MO 25 mol% では 4 つの変曲点が合体の相挙動は OA/Oleate/MO のモル比によって記述で観察され、pH に応じてミセル⇄ベシクル⇄ O/W エマルジ

きる（Figure 2）。ここでは、ミセル、ベシクル、O/W エョンへと相転移したと考えられる。一方、MO 50 mol% お

マルジョンの 3 状態を示している。［OA+Oleate］/MO=

よび 75 mol% ではベシクル⇄エマルジョンの変曲点のみが（1 / 1）、pH 5 . 0 の条件下で、ゲル状集合体の形成が確認さ観察された。MO の headgroup は小さく、集合体においてれた。O/Wemulsion 領域内に存在するが、懸濁液の粘性コーン型分子と同様の役割を果たすと考えられる。に大きな差がみられた。この粘性の増加は、cubic 相の形

ここで、オレイン酸（OA、R-COOH）は pH>pKa にお成を示唆している 9）。

− 31 −

コスメトロジー研究報告 Vol.27, 20193 . 2 . 分子集合体の物理化学的特性評価

においては、ゲル相（solid-ordered 相）においてR > 1 とな

脂質膜の物理化学的特性として、i）ラマン分光解析に基る 7）。従って、ゲル状分子集合体においては、脂質分子がづく脂質膜パッキング密度、ii）蛍光プローブ Laurdan を秩序高く密にパッキングされた状態であるといえる。また、用いた膜極性を検討した。ラマン分光解析では、炭化水素

蛍光プローブ Laurdan スペクトル解析により、膜内部の鎖（2800 - 3000 cm ）由来のピーク強度より脂質膜のパッキ親水性度 Φm について評価した（Figure 4）。ベシクルやミング密度を評価可能である。ゲル状集合体（［OA+Oleate］

セルでは親水的な膜特性を示した（Φm> 0 . 5）一方、ゲル状/MO= 1 : 1、pH 5 . 0）において、顕著なパッキング密度の増集合体や Cubic 相の場合、比較的疎水的な膜界面を有する大が観察された（R > 1）
（Figure 3）。リポソーム 2 分子膜ことがわかった（Φm< 0 . 5）。

-1

Figure 3 （a）［OA+Oleate］/MO=（1/1）分子集合体のラマンスペクトル。破 線：pH9.0（vesicle）、点線：pH7.0（vesicle）、太線：pH5.0（gel）。
（b）R 値の pH 依存性。

Figure 4 ［OA+Oleate］/MO 分子集合体の Laurdan スぺクトル（a-c）ならびに親水性度 Φm（d：［OA+Oleate］、e：OA+Oleate］/MO=（1/1））。

− 32 −

抗酸化物質から成る Cubosome の開発およびミクロ・メソ・マクロ特性の評価

上述のとおり、分子集合体の相転移に伴い膜特性（R、3 . 4 . 不 飽 和 脂 質 およ び 重 合 成 脂 質 を 導 入した
Cubosome の調製Φm）
は変化する。特に、R> 1 かつ Φm< 0 . 5 を満たす集合体

MO 分子は Cubic 相形成において重要な役割を担う。所は粘性が高くゲル状である。既報の知見と合わせると、ゲ

定量の脂肪酸（オレイン酸（OA）、ラウリン酸（LaA）、リル状集合体は Cubosome（Cubic 相）と考えられ、その膜特ノール酸（LiA））と混合し pH を調製することで戦略的に性は水溶液中に形成される 3 次元ネットワーク構造を反映

Cubosome を調製できることがわかった（Figure 6）。特に、している。ここでは、既報に基づき構成する脂質が異なるリノール酸は複数の C=C 結合を有する多価不飽和脂肪酸

3 . 3 . 俯瞰的な膜特性解析に基づく分子集合体の評価

Cubosome を調製し10 , 11）、各種の分子集合体について、俯であり、食品や化粧品分野でも活用できる抗酸化物質とし瞰的に R 値および Φm 値を比較した（Figure 5）。興味深いて期待されている。従来では、リノール酸は油状または乳ことに、一般的に認知されている Cubosome 集合体はいず液状で製品化される場合が多かったが、Cubosome を調製

れも R> 1 かつ Φm< 0 . 5 を満たすことがわかった。従来ですることでゲル状物質（Figure 6、Entry 12、13）として取は Cubic 相構造を評価する方法は Cryo-TEM 観察あるいり扱うことが可能となる。

は X 線散乱解析に限定されていた。本研究の知見より、脂一方、Cubosome ゲルは温度および pH 変化により簡単質膜の物理化学的な特性に基づき Cubic 相形成を観察できに sol 化するため、bulk 材料として活用するためには機械る可能性が示された。

的特性の改善が課題となる。そこで重合成脂質 TCDA を

Figure 5 分子集合体の俯瞰的な膜特性解析。
a）［OA+Oleate］、pH11.0、b）［OA+Oleate］、pH7.0、c）［OA+Oleate］/MO=1/1、pH7.0、d）［OA+Oleate］、pH5.0、e）［OA+Oleate］、pH7.0、f）［OA+Oleate］/MO =1/1、pH7.0、g）［OA+Oleate］MO=1/1、pH6.6、500mM+stabilizer10）、h）［OA+Oleate］/MO=1/1、pH7.0、270mM+stabilizer11）、i）［OA+Oleate］/MO=4/1、pH6.5、340mM+stabilizer10）、
j）［OA+Oleate］/MO=1/1、pH5.5、500mM+stabilizer10）、k）［OA+Oleate］/MO=9/1、pH7.0、270mM+stabilizer11）、
l）［OA+Oleate］/MO=1/9、pH7.5、273mM+stabilizer10）、m）［OA+Oleate］/MO=1/9、pH7.0、270mM+stabilizer11）、
n）［OA+Oleate］/MO=1/1、pH5.0。
これら集合体のうち i、j、k、l、m、n は Cubic 相である。

Figure 6 各種の脂質から成る Cubosomeの膜特性（Top）および写真（Bottom）6）。

− 33 −

コスメトロジー研究報告 Vol.27, 2019

修飾し、集合体内部に化学架橋を導入することでゲル安法ならびに蛍光プローブ（Laurdan）法に基づき、集合体の定性を向上させることができる（Figure 7）。UV 照射に“ソフトな” 膜特性を体系的に評価することで、メソスケーより形成されるポリジアセチレンは，刺激応答性材料とルの脂質膜特性と集合体の相挙動の相関を明らかにした

してセンサー等へ応用が可能であり，本研究で開発した（Figure 8）。Cubosome 集合体は、水溶性物質・脂溶性物

Cubosome 調製手法は各種の機能性脂質を担持できる材料質の双方を輸送できる担体として期待される。ゲル状集合設計戦略としても期待される。

体は bulk 材料としても活用できる。用途に合わせて物質4. 総性状を設計することにより、Cubosome 集合体が医療、食括品、化粧品各分野へと応用されることを願う。

本研究では、モノオレイン（MO）と各種脂肪酸を混合した分子集合体の調製手法について検討し、戦略的に Cubic

謝相（Cubosome）を設計できる可能性を示した。ラマン分光

辞
本研究の遂行にあたりご尽力いただきました大塚葉子氏

Figure 7 重合成脂質 TCDA を導入した Cubosome の熱安定性 11）。
（Left）TCDA/MO1/1pH5.0、（Right）［OA+Oleate］/MO=1/1、pH5.0。

Figure 8

メソスケール膜特性と各種集合体の相挙動。

− 34 −

抗酸化物質から成る Cubosome の開発およびミクロ・メソ・マクロ特性の評価（大阪大学）、吉田健悟氏（大阪大学）、小嶋一輝氏（大阪大学）in Dispersed Oleic Acid/1-Oleoylglycerol Self-に心より感謝申し上げます。また、研究設備の提供ならびAssemblies: Systematic Characterization Using Ramanに研究評価にご協力いただきました馬越大教授（大阪大学）

Spectroscopy and a Laurdan Fluorescent Probe,に感謝申し上げます。

Langmuir, 34（5），2081-2088, 2018.

本研究を遂行するにあたり、公益財団法人コスメトロジ

7） Fox C.B., Uibel R.H., Harris J.M., Detecting Phase

ー研究振興財団よりご助成いただきましたことを心より感Transitions in Phosphatidylcholine Vesicles by Raman

謝申し上げます。

Microscopy and Self-Modeling Curve Resolution, J.
Phys. Chem. B, 111, 11428-11436, 2007.

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