JPWO2007032225A1 - Liposome, liposome production method, and reaction control method in minute reaction space - Google Patents

Liposome, liposome production method, and reaction control method in minute reaction space

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政彦 長谷
吉川 研一
研一 吉川
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    • A61K9/00Medicinal preparations characterised by special physical form
    • A61K9/10Dispersions; Emulsions
    • A61K9/127Liposomes

Abstract

【課題】内膜がPS及びPEの群から選ばれる1種以上のみからなるマイクロメートルサイズのリポソーム、リポソームの製造方法及び反応制御方法を提供する。【解決手段】内膜リン脂質がホスファチジルセリン及びその誘導体、並びにホスファチジルエタノールアミン及びその誘導体の群から選ばれる1種以上のみから成り、脂質二分子膜から形成される粒径5μm以上のリポソームであって、前記内膜リン脂質内に、細胞骨格の重合体を内包する。【選択図】 図1Provided are a micrometer-sized liposome whose inner membrane is composed of only one or more selected from the group of PS and PE, a method for producing the liposome, and a reaction control method. An inner membrane phospholipid is a liposome having a particle size of 5 μm or more formed of a lipid bilayer membrane, comprising only one or more selected from the group of phosphatidylserine and derivatives thereof, and phosphatidylethanolamine and derivatives thereof. Thus, a cytoskeletal polymer is encapsulated in the inner membrane phospholipid. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、リポソーム、リポソームの製造方法及び微小反応空間内での反応制御方法に関する。   The present invention relates to a liposome, a method for producing a liposome, and a reaction control method in a minute reaction space.

リポソームは、リン脂質等の脂質二分子膜によって形成され、その内部に水相を閉じ込めたカプセル構造を有する。リポソームの構造は、生体膜と類似しているため、種々の研究材料や、有効成分を内包した応用(化粧料や薬物輸送システム(DDS))が検討されている(例えば、特許文献1、2参照)。
ここで、リポソームは、通常、リン脂質を水溶液中で懸濁させて多重層リポソーム(いわゆるリポソーム原液)を形成させた後、超音波処理を行って製造するのが通常である。
Liposomes are formed by lipid bilayers such as phospholipids and have a capsule structure in which an aqueous phase is confined. Since the structure of liposomes is similar to biological membranes, various research materials and applications (cosmetics and drug delivery systems (DDS)) containing active ingredients are being studied (for example, Patent Documents 1 and 2). reference).
Here, liposomes are usually produced by suspending phospholipids in an aqueous solution to form multilamellar liposomes (so-called liposome stock solutions), followed by sonication.

一方、リポソームの内膜をW/Oエマルションにより作成し、このエマルションの外膜に脂質を付加するリポソームの製造方法が提案されている(例えば、非特許文献1参照)。この方法は次のようにして行われる。
まず、油中に少量の水と脂質(リポソームの内膜となるもの)を混合し、W/Oエマルションを作成する。次に、水相に、外膜脂質(リポソームの外膜となるもの)を溶解した油性液体を加え、油水の分離界面に外膜脂質が並んだ分子膜を形成させる。そして、W/Oエマルションを前記分離界面における油相側に加え、遠心分離又は攪拌し、W/Oエマルションを前記分離界面における水相側に移行させて、W/Oエマルションの外側に外膜脂質を付加し、リポソームを製造する。
On the other hand, a liposome production method has been proposed in which the inner membrane of a liposome is made of a W / O emulsion and lipid is added to the outer membrane of this emulsion (see, for example, Non-Patent Document 1). This method is performed as follows.
First, a small amount of water and lipid (which becomes the inner membrane of a liposome) are mixed in oil to prepare a W / O emulsion. Next, an oily liquid in which an outer membrane lipid (which becomes an outer membrane of a liposome) is dissolved is added to the aqueous phase to form a molecular membrane in which outer membrane lipids are arranged at the separation interface of oil and water. Then, the W / O emulsion is added to the oil phase side at the separation interface, centrifuged or stirred, and the W / O emulsion is transferred to the water phase side at the separation interface, and the outer membrane lipid is placed outside the W / O emulsion. Is added to produce liposomes.

ところで、細胞内での生体物質の機能の研究等を行う際、細胞とほぼ同じ空間スケールや構造を持つマイクロラボ(μmサイズの反応場)の構築が望まれる。ここで、得られたマイクロラボを各種溶媒等へハンドリングしたり、マイクロラボ中の生体物質を可視光観察するためには、マイクロラボの粒径が小さ過ぎても不都合であり、レーザーピンセットによるハンドリング等を考慮すると、マイクロラボの粒径が約5μm以上あることが必要である。
このようなマイクロラボとしては、構造が生体膜と類似するリポソームを用いることができるが、さらに例えば、アクリル樹脂やガラスでマイクロラボを作製したものがある。又、ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)等の界面活性剤でμmサイズのW/Oエマルションを作製し、このエマルション中に反応基質を封入して反応場とする技術がある。
By the way, when studying the function of a biological substance in a cell, it is desired to construct a microlab (μm size reaction field) having almost the same spatial scale and structure as a cell. Here, it is inconvenient if the particle size of the microlab is too small to handle the obtained microlab to various solvents, etc., or to observe the biological material in the microlab with a laser tweezer. In consideration of the above, it is necessary that the particle size of the microlab is about 5 μm or more.
As such a microlab, a liposome whose structure is similar to that of a biological membrane can be used. For example, there is a microlab made of acrylic resin or glass. In addition, there is a technique in which a μm sized W / O emulsion is prepared with a surfactant such as sodium dodecyl sulfate (SDS), and a reaction substrate is enclosed in the emulsion to form a reaction field.

一方、リポソーム内にアクチンフィラメント(細胞骨格)を内包させる技術が報告されている(例えば、非特許文献2,3参照)。   On the other hand, techniques for encapsulating actin filaments (cytoskeleton) in liposomes have been reported (for example, see Non-Patent Documents 2 and 3).

特開2003−2824号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-2824 特開2005−162712号公報JP 2005-162712 A Langmuir 19 (2003) 2870-2879Langmuir 19 (2003) 2870-2879 Proc Natl Acad Sci USA, (1992) December 1; 89 (23),11547.1551Proc Natl Acad Sci USA, (1992) December 1; 89 (23), 11547.1551 Eur Phyd J E soft Matter (2003)Apr;10(4). 319-30Eur Phyd J E soft Matter (2003) Apr; 10 (4) .319-30

しかしながら、従来の粒径5μm以上のリポソームの製造方法の場合、リポソームの内膜がホスファチジルセリン(以下、「PS」と表示する)、又はホスファチジルエタノールアミン(以下、「PE」と表示する)の1種のみからなるリポソームを製造することは困難である。これは、PSやPEの負の自発曲率が大きいためと考えられる。そのため、従来は、負の自発曲率が小さい脂質であるホスファチジルコリン(以下、「PC」と表示する)と、上記PSやPEとを混合してリポソームを製造していたが、この場合、内膜がPS又はPEの単独層であるリポソームが得られない。   However, in the case of a conventional method for producing a liposome having a particle size of 5 μm or more, the inner membrane of the liposome is phosphatidylserine (hereinafter referred to as “PS”) or phosphatidylethanolamine (hereinafter referred to as “PE”). It is difficult to produce liposomes consisting only of species. This is thought to be due to the large negative spontaneous curvature of PS and PE. Therefore, in the past, liposomes were produced by mixing phosphatidylcholine (hereinafter referred to as “PC”), which is a lipid having a small negative spontaneous curvature, and the above-mentioned PS or PE. A liposome that is a single layer of PS or PE cannot be obtained.

一方、上記非特許文献1記載の技術の場合、粒径5μm以上のリポソームを製造することが困難である。これは、リポソームが非常に不安定な構造であり、5μm以上に大きくなると、遠心分離等により油水界面でリポソームが壊れてしまうためと考えられる。   On the other hand, in the case of the technique described in Non-Patent Document 1, it is difficult to produce liposomes having a particle size of 5 μm or more. This is presumably because the liposome has a very unstable structure, and when it becomes larger than 5 μm, the liposome is broken at the oil-water interface by centrifugation or the like.

又、マイクロラボとして、アクリル樹脂やガラスを用いたものは、これらの表面が生体物質を失活させたり変性させたりする問題がある。又、W/Oエマルションをマイクロラボとする場合も、エマルションに用いる界面活性剤が生体物質を失活させたり変性させたりする。
なお、マイクロラボとして細胞膜と同じ脂質二分子膜からなるマイクロメートルサイズのリポソームを用いることができ、リポソームの内部では生体物質が失活せずに反応が進行する。しかしながら、リポソームは不安定な構造なため、浸透圧などの外場の影響で容易に変形、破壊し、反応の制御が困難となる。また、リポソームの内膜として作製できる脂質が限られており、脂質の種類を変えることによってマイクロラボの内部環境を制御することが困難である。
Moreover, those using acrylic resin or glass as a microlab have a problem that these surfaces deactivate or denature biological substances. Further, when a W / O emulsion is used as a microlab, the surfactant used in the emulsion deactivates or denatures the biological material.
As a microlab, a micrometer-sized liposome composed of the same lipid bilayer membrane as the cell membrane can be used, and the reaction proceeds inside the liposome without inactivating the biological substance. However, since liposomes have an unstable structure, they are easily deformed and broken under the influence of an external field such as osmotic pressure, making it difficult to control the reaction. In addition, lipids that can be produced as the inner membrane of the liposome are limited, and it is difficult to control the internal environment of the microlab by changing the type of lipid.

又、アクチンをリポソームに内包させる非特許文献2,3記載の技術は、予めリポソーム内にアクチンのモノマーを内包しておき、これを温度上昇(非特許文献2)や重合剤(非特許文献3)によって重合させてアクチンフィラメントを形成させている。これは、リポソームに巨大分子であるアクチンフィラメントを内包させるのが困難なためであるが、上記と同様にリポソームとして用いる脂質が限られ、PSやPEを用いることができない。通常の細胞膜内膜の主成分はPSやPEであり、細胞骨格(ここではアクチン)が細胞内膜に囲まれた環境で機能している。従って、マイクロラボ内に細胞骨格を内包させる場合、脂質としてはPSやPEを用いたほうが細胞骨格との適合性が良いことが期待される。
さらに、非特許文献2,3記載の技術の場合、アクチンフィラメントの重合や緩衝液に用いる塩の濃度が自由に選択できないという問題がある。例えば、非特許文献2、3には、アクチンの緩衝液として、G-buffe(アクチンの緩衝液としてよく用いられている:2 mM Tris HCl, pH8.2, 0.5 mM CaCl2, 0.2 mM ATP, 0.2 mM NaN3, 0.5 mM dithiothreitol)を使用することが記載されているが、緩衝液の濃度がこの範囲を外れた場合にリポソームが形成されるかどうかは不明である。通常、リポソームは塩濃度が高くなると作製が困難になる傾向があり、そのため使用可能な塩濃度が限定されるからである。
将来的にリポソームをDDSに利用する場合、リポソーム内に薬を高濃度で内封させることになるため、リポソームの作製条件として溶質濃度に制限が無い方が有利である。
In addition, the techniques described in Non-Patent Documents 2 and 3 for encapsulating actin in liposomes encapsulate actin monomers in the liposome in advance, and the temperature is increased (Non-patent Document 2) or polymerizing agent (Non-Patent Document 3) ) To form actin filaments. This is because it is difficult to encapsulate actin filaments, which are macromolecules, in the liposome, but the lipid used as the liposome is limited in the same manner as described above, and PS and PE cannot be used. The main components of the normal inner membrane are PS and PE, and function in an environment where the cytoskeleton (here, actin) is surrounded by the inner membrane. Therefore, when the cytoskeleton is encapsulated in the microlab, it is expected that the compatibility with the cytoskeleton is better when PS or PE is used as the lipid.
Furthermore, in the case of the techniques described in Non-Patent Documents 2 and 3, there is a problem that the concentration of the salt used for the polymerization of the actin filament and the buffer cannot be freely selected. For example, in Non-Patent Documents 2 and 3, G-buffe (actin buffer is often used as an actin buffer: 2 mM Tris HCl, pH 8.2, 0.5 mM CaCl2, 0.2 mM ATP, 0.2 Although it is described that mM NaN3, 0.5 mM dithiothreitol) is used, it is unclear whether liposomes are formed when the buffer concentration is outside this range. This is because liposomes usually tend to be difficult to produce when the salt concentration is high, and therefore the usable salt concentration is limited.
When liposomes are used for DDS in the future, it is advantageous that there is no restriction on the solute concentration as a liposome preparation condition because the drug is encapsulated in the liposome at a high concentration.

従って、本発明の目的は、内膜がPS及びPEの群(これらの誘導体を含む)から選ばれる1種以上のみからなるマイクロメートルサイズのリポソーム、及びその製造方法を提供することにある。又、本発明の目的は、マイクロメートルサイズの微小反応空間内での反応制御方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a micrometer-sized liposome whose inner membrane is composed of only one or more selected from the group of PS and PE (including these derivatives), and a method for producing the same. Another object of the present invention is to provide a reaction control method in a micro reaction space of micrometer size.

すなわち本発明のリポソームは、内膜リン脂質がホスファチジルセリン及びその誘導体、並びにホスファチジルエタノールアミン及びその誘導体の群から選ばれる1種以上のみから成り、脂質二分子膜から形成される粒径5μm以上のリポソームであって、前記内膜リン脂質内に、細胞骨格の重合体を内包するリポソームである。   That is, the liposome of the present invention has an inner membrane phospholipid consisting of only one or more selected from the group of phosphatidylserine and derivatives thereof, and phosphatidylethanolamine and derivatives thereof, and having a particle size of 5 μm or more formed from a lipid bilayer It is a liposome that encapsulates a cytoskeletal polymer in the inner membrane phospholipid.

前記細胞骨格がアクチンフィラメントであることが好ましい。   The cytoskeleton is preferably an actin filament.

本発明のリポソームの製造方法は、内膜リン脂質がホスファチジルセリン及びその誘導体、並びにホスファチジルエタノールアミン及びその誘導体の群から選ばれる1種以上のみから成り、脂質二分子膜から形成される粒径5μm以上のリポソームを製造する方法であって、油性液体中に、前記内膜リン脂質と、細胞骨格と、水性液体とを混合し、前記内膜リン脂質内に前記細胞骨格が繊維状に結合したW/Oエマルションを形成する工程と、水相に、外膜脂質を溶解した油性液体を加え、油水の分離界面に前記脂質が並んだ分子膜を形成させる工程と、前記W/Oエマルションを前記分離界面における油相側に加え、遠心分離又は攪拌し、前記W/Oエマルションを前記分離界面における水相側に移行させて、前記W/Oエマルションの外側に前記外膜脂質を付加する工程とを有する。   The liposome production method of the present invention has an inner membrane phospholipid consisting of only one or more selected from the group of phosphatidylserine and derivatives thereof, and phosphatidylethanolamine and derivatives thereof, and has a particle size of 5 μm formed from a lipid bilayer membrane. In the method for producing the above liposome, the inner membrane phospholipid, the cytoskeleton, and the aqueous liquid are mixed in an oily liquid, and the cytoskeleton is bound in a fibrous form in the inner membrane phospholipid. A step of forming a W / O emulsion, a step of adding an oily liquid in which an outer membrane lipid is dissolved to an aqueous phase, and forming a molecular membrane in which the lipids are arranged at an oil-water separation interface; In addition to the oil phase side at the separation interface, centrifugal separation or stirring is performed, and the W / O emulsion is transferred to the water phase side at the separation interface, so that the outside of the W / O emulsion is removed. And a step of adding the outer membrane lipids.

前記細胞骨格がアクチンフィラメントであることが好ましく、前記外膜となる脂質がホスファチジルコリン又はその誘導体を含むことが好ましい。   The cytoskeleton is preferably an actin filament, and the lipid that forms the outer membrane preferably contains phosphatidylcholine or a derivative thereof.

本発明の微小反応空間内での反応制御方法は、油性液体中に、1種以上のリン脂質と、反応基質と、水性液体とを混合し、前記、反応基質が前記リン脂質内に封入された粒径5μm以上のW/Oエマルションを形成する工程と、前記W/Oエマルション内に、前記反応基質と反応する反応剤を導入する工程とを有する。   The method for controlling a reaction in a micro reaction space according to the present invention comprises mixing at least one phospholipid, a reaction substrate, and an aqueous liquid in an oily liquid, and the reaction substrate is enclosed in the phospholipid. A step of forming a W / O emulsion having a particle size of 5 μm or more, and a step of introducing a reactive agent that reacts with the reaction substrate into the W / O emulsion.

又、本発明の微小反応空間内での反応制御方法は、油性液体中に、1種以上のリン脂質と、反応基質と、水性液体とを混合し、前記反応基質が前記リン脂質内に封入された粒径5μm以上の第1のW/Oエマルションを形成する工程と、油性液体中に、1種以上のリン脂質と、前記反応基質と反応する反応剤と、水性液体とを混合し、前記反応剤が前記リン脂質内に封入された粒径5μm以上の第2のW/Oエマルションを形成する工程と、前記第1のW/Oエマルションと前記第2のW/Oエマルションとを融合させる工程とを有する。   Also, the reaction control method in the minute reaction space according to the present invention comprises mixing at least one phospholipid, a reaction substrate and an aqueous liquid in an oily liquid, and enclosing the reaction substrate in the phospholipid. Forming a first W / O emulsion having a particle size of 5 μm or more, mixing one or more phospholipids, a reactant that reacts with the reaction substrate, and an aqueous liquid in an oily liquid; Fusing the step of forming a second W / O emulsion having a particle size of 5 μm or more in which the reactant is encapsulated in the phospholipid, and the first W / O emulsion and the second W / O emulsion And a step of causing

又、本発明の微小反応空間内での反応制御方法は、油性液体中に、1種以上のリン脂質と、反応基質と、水性液体とを混合し、前記、反応基質が前記リン脂質内に封入された粒径5μm以上のW/Oエマルションを形成する工程と、前記W/Oエマルションに、前記反応基質と反応する波長光又は電磁波を照射する工程とを有する。   In the method for controlling reaction in the microreaction space of the present invention, one or more phospholipids, a reaction substrate, and an aqueous liquid are mixed in an oily liquid, and the reaction substrate is contained in the phospholipid. A step of forming an encapsulated W / O emulsion having a particle size of 5 μm or more, and a step of irradiating the W / O emulsion with wavelength light or electromagnetic waves that react with the reaction substrate.

本発明によれば、内膜がPS及びPEの群(これらの誘導体を含む)から選ばれる1種以上からなるマイクロメートルサイズのリポソームを製造することができる。又、本発明によれば、リン脂質からなるマイクロメートルサイズの微小反応空間内で反応を制御することができる。   According to the present invention, a micrometer-sized liposome whose inner membrane is composed of one or more selected from the group of PS and PE (including these derivatives) can be produced. In addition, according to the present invention, the reaction can be controlled in a micrometer-sized minute reaction space made of phospholipid.

以下、本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.

1.本発明のリポソーム
本発明のリポソームは、内膜リン脂質がホスファチジルセリン及びその誘導体、並びにホスファチジルエタノールアミン及びその誘導体の群から選ばれる1種以上のみから成り、脂質二分子膜から形成される粒径5μm以上のリポソームであって、前記内膜リン脂質内に、細胞骨格の重合体を内包するリポソームである。
このようにすると、リポソームの内膜がPS及び/又はPEであるため、内包される細胞骨格との適合性が向上することが期待できる。
1. Liposomes of the Present Invention The liposomes of the present invention have an inner membrane phospholipid consisting of only one or more selected from the group of phosphatidylserine and derivatives thereof, and phosphatidylethanolamine and derivatives thereof, and the particle size formed from a lipid bilayer membrane It is a liposome having a size of 5 μm or more, and encapsulating a cytoskeleton polymer in the inner membrane phospholipid.
In this way, since the inner membrane of the liposome is PS and / or PE, it can be expected that compatibility with the encapsulated cytoskeleton is improved.

2.本発明に係るリポソームの製造方法
<混合工程(W/Oエマルションの作製)>
本発明のリポソームの製造方法においては、まず、油性液体中に、内膜リン脂質と、細胞骨格と、水性液体とを混合し、内膜リン脂質内に細胞骨格が繊維状に結合したW/Oエマルション(内膜リン脂質の単分子膜粒子)を形成する。
内膜リン脂質としては、PS又はその誘導体、及びPE又はその誘導体の群から選ばれる1種以上から成るものを用いる。ここで、PSの誘導体としては、ジオレイルホスファチジルセリン(DOPS)等が挙げられる。従って、本発明において、内膜リン脂質は、例えばPS単独でもよく、PSとPEから成っていてもよい。
2. Method for producing liposome according to the present invention
<Mixing process (production of W / O emulsion)>
In the method for producing liposomes of the present invention, first, an inner membrane phospholipid, a cytoskeleton, and an aqueous liquid are mixed in an oily liquid, and the cytoskeleton is bound in a fibrous form in the inner membrane phospholipid. O emulsion (inner membrane phospholipid monomolecular film particles) is formed.
As the inner membrane phospholipid, one comprising one or more selected from the group of PS or a derivative thereof and PE or a derivative thereof is used. Here, as a derivative | guide_body of PS, a dioleyl phosphatidylserine (DOPS) etc. are mentioned. Therefore, in the present invention, the inner membrane phospholipid may be, for example, PS alone or may be composed of PS and PE.

細胞骨格は細胞の形態を維持し、細胞内外の運動を生じさせるための細胞内の線維状構造である。細胞骨格は、電子顕微鏡で観察することができ、その太さによって3種に分類される。1)マイクロフィラメント(アクチンフィラメント):繊維外径が5nm程度のものであり、通常、アクチンを構成単位とする。2)中間フィラメント:多種の線維が含まれ、繊維外径が10nm程度のものである。3)微小管:繊維外径が25nm程度のものであり、通常、チューブリンを構成単位とする。
本発明においては、W/Oエマルションを作成する際に、内膜リン脂質の内部の水相に細胞骨格を閉じ込め、細胞骨格を繊維状に結合させることによって、W/Oエマルションを強化する。
The cytoskeleton is an intracellular fibrous structure that maintains cell morphology and causes movement inside and outside the cell. The cytoskeleton can be observed with an electron microscope, and is classified into three types depending on its thickness. 1) Microfilament (actin filament): a fiber having an outer diameter of about 5 nm, and usually has actin as a structural unit. 2) Intermediate filament: contains various fibers and has an outer fiber diameter of about 10 nm. 3) Microtubule: An outer diameter of the fiber is about 25 nm, and tubulin is usually used as a structural unit.
In the present invention, when the W / O emulsion is prepared, the W / O emulsion is strengthened by confining the cytoskeleton in the aqueous phase inside the inner membrane phospholipid and binding the cytoskeleton in a fibrous form.

なお、W/Oエマルション内部で細胞骨格を重合させて繊維状に結合させるため、細胞骨格の重合剤を添加することが好ましい。重合剤は、W/Oエマルションを作成する際に混合すればよい。例えば、細胞骨格としてアクチンフィラメントを用いる場合、重合剤として2mmol/L程度のMg2+を添加すればよい。この場合、長さ10μm程度のアクチンフィラメントが得られ、これらの単位長さを持つアクチンフィラメントが相互に絡み合い、内膜リン脂質と結合してW/Oエマルションを強化する。In addition, in order to polymerize the cytoskeleton inside the W / O emulsion and bond it in a fibrous form, it is preferable to add a cytoskeleton polymerization agent. The polymerization agent may be mixed when preparing the W / O emulsion. For example, when an actin filament is used as the cytoskeleton, about 2 mmol / L of Mg 2+ may be added as a polymerization agent. In this case, actin filaments having a length of about 10 μm are obtained, and actin filaments having these unit lengths are entangled with each other and bind to inner membrane phospholipids to strengthen the W / O emulsion.

ここで、リポソームをDDSに利用する場合、リポソーム内に薬を高濃度で内封させることになるため、リポソームの作製条件として溶質濃度に制限が無い方が有利である。
そして、本発明の製造方法においては、まず、1分子膜小胞を作製し、それをアクチンフィラメントで強度を増した後、2分子膜小胞を作製するという新規の過程を経るため、塩濃度を自由に選択できる(濃度の下限は0、つまり純水でも作製することができ、従来より高濃度とすることもできる)。
この理由は、最初の1分子膜小胞の形成段階では、表面張力の影響が支配的であり、塩濃度を特に限定しなくともよいためと考えられる。一方、従来のように、2分子膜小胞を一度に形成する場合、その形成過程において塩濃度の影響が大きくなり、濃度条件が限定されると考えられる。
さらに、後述するように、マグネシウムイオン濃度によってアクチンフィラメントの構造が多様に変化することが判明している。従って、塩濃度を自由に選択できるということは、アクチンフィラメントの構造によってリポソームの強度を制御できる可能性があるということを意味する。
Here, when liposomes are used for DDS, since the drug is encapsulated in the liposomes at a high concentration, it is advantageous that there are no restrictions on the solute concentration as the preparation conditions of the liposomes.
In the production method of the present invention, first, a monolayer membrane vesicle is produced, and after increasing the strength with an actin filament, a bilayer membrane vesicle is produced. Can be freely selected (the lower limit of the concentration is 0, that is, it can be produced even with pure water, and can be higher than the conventional one).
The reason for this is considered to be that the influence of surface tension is dominant in the first monolayer vesicle formation stage, and the salt concentration is not particularly limited. On the other hand, when the bilayer membrane vesicles are formed at a time as in the prior art, the influence of the salt concentration is increased in the formation process, and the concentration conditions are considered to be limited.
Furthermore, as will be described later, it has been found that the structure of actin filaments varies depending on the magnesium ion concentration. Therefore, the ability to freely select the salt concentration means that the liposome strength may be controlled by the structure of the actin filament.

粒径5μm以上のW/Oエマルションを形成させるため、内膜リン脂質と、油性液体と、水性液体とを、通常、以下の混合比率で混合することが好ましい。
1)内膜リン脂質の油性液体中の濃度が1mmol/L〜10mmol/Lであるように配合する。ここで、内膜リン脂質として2種以上を用いる場合は、それらの合計濃度を上記範囲とする。
2)水性液体と油性液体の配合割合を、体積比で(水性液体/油性液体)=1/1000〜1/10となるようにする。
In order to form a W / O emulsion having a particle size of 5 μm or more, it is usually preferable to mix the inner membrane phospholipid, the oily liquid, and the aqueous liquid at the following mixing ratio.
1) It mix | blends so that the density | concentration in the oil-based liquid of inner membrane phospholipid may be 1 mmol / L-10 mmol / L. Here, when using 2 or more types as inner membrane phospholipid, let the total density | concentration be the said range.
2) The mixing ratio of the aqueous liquid and the oily liquid is set to be (aqueous liquid / oily liquid) = 1/1000 to 1/10 in volume ratio.

ここで、内膜リン脂質の油性液体中の濃度が1mmol/L未満であると、得られた単分子膜粒子の粒径が小さくなりすぎるか、単分子膜粒子が形成されない場合がある。一方、濃度が10mmol/Lを超えると単分子膜粒子の粒径が5μm以下となるか、又は粒子状とならずにラメラ状等になる場合がある。なお、通常、W/Oエマルションの粒径は40μm以下とすることが好ましい。
又、(水性液体/油性液体)で表される比が1/1000未満であると、油性液体の割合が多くなり過ぎ、良好なW/Oエマルション(内膜リン脂質の単分子膜粒子)を形成し難い場合がある。一方、上記比が1/10を超えると水性液体の割合が多くなり過ぎ、やはり良好なW/Oエマルションを形成し難い場合がある。
Here, when the concentration of the inner membrane phospholipid in the oily liquid is less than 1 mmol / L, the obtained monomolecular membrane particles may be too small or the monomolecular membrane particles may not be formed. On the other hand, when the concentration exceeds 10 mmol / L, the particle diameter of the monomolecular film particles may be 5 μm or less, or may be lamellar or the like without becoming particulate. In general, the particle size of the W / O emulsion is preferably 40 μm or less.
In addition, when the ratio represented by (aqueous liquid / oil liquid) is less than 1/1000, the ratio of the oil liquid is excessive, and a good W / O emulsion (monolayer film of inner membrane phospholipid) is obtained. It may be difficult to form. On the other hand, if the above ratio exceeds 1/10, the proportion of the aqueous liquid increases too much, and it may be difficult to form a good W / O emulsion.

油性液体は、内膜リン脂質を安定に分散させるものであれば特に制限されないが、例えば、鉱物油(ミネラルオイル)を用いることができる。水性液体は特に制限されず、又、最終的に得られるリポソームに内包する有効成分等を水性液体に含有させてもよいが、単分子膜粒子(リポソーム)の粒径を制御し易いことから、水(純水)が好ましい。   The oily liquid is not particularly limited as long as it stably disperses the inner membrane phospholipid. For example, mineral oil (mineral oil) can be used. The aqueous liquid is not particularly limited, and the active ingredient or the like encapsulated in the finally obtained liposome may be contained in the aqueous liquid, but it is easy to control the particle size of the monomolecular film particle (liposome). Water (pure water) is preferred.

<リポソームの作製(外膜脂質の付加)>
次に、上記単分子膜粒子の表面に、外膜となる脂質を付加し、内膜と外膜の脂質二分子膜から形成される粒径5μm以上のリポソームを作製する。
ここで、最終的に得られるリポソームの粒径が5μm未満であると、リポソームをレーザーピンセットで捕捉、ハンドリングするや、リポソームを可視光観察することが困難となる。
なお、最終的に得られるリポソームの粒径を5μm以上とするため、正確には上記単分子膜粒子の粒径は、外膜脂質の長さだけリポソームの粒径より小さいが、上記説明では、便宜上、リポソームの粒径と同様とみなす。
<Preparation of liposome (addition of outer membrane lipid)>
Next, a lipid serving as an outer membrane is added to the surface of the monomolecular membrane particle to prepare a liposome having a particle size of 5 μm or more formed from an inner membrane and a lipid bilayer membrane of the outer membrane.
Here, when the particle size of the finally obtained liposome is less than 5 μm, it is difficult to observe the liposome with visible light when the liposome is captured and handled with laser tweezers.
In addition, in order to make the particle size of the finally obtained liposome 5 μm or more, the particle size of the monomolecular membrane is precisely smaller than the particle size of the liposome by the length of the outer membrane lipid. For convenience, it is considered the same as the particle size of the liposome.

リポソームの粒径は、例えば光学顕微鏡により測定することができる。   The particle size of the liposome can be measured, for example, with an optical microscope.

外膜となる脂質を付加する方法としては、例えば文献(Langmuir, 19(2003)p.2870-2879、及びProc. Natl. Acad. Sci., 101. (2004) p.17669 - 17674)に記載された方法を用いることができる。
具体的には、1)水相に、外膜脂質を溶解した油性液体を加え、油水の分離界面に前記脂質が並んだ分子膜を形成させる。通常、油相が水相より上側になる。
2)次に上記W/Oエマルションを、上記1)の分離界面における油相側に注ぐ。これを遠心分離又は攪拌すると、W/Oエマルションが分離界面を通過して水相側に移行する。この通過の際にW/Oエマルションの外側に、分子膜として並んだ外膜脂質が付加される。
Examples of the method for adding a lipid as an outer membrane are described in literature (Langmuir, 19 (2003) p. 2870-2879, and Proc. Natl. Acad. Sci., 101. (2004) p. 17669-17674). Method can be used.
Specifically, 1) An oily liquid in which outer membrane lipids are dissolved is added to the aqueous phase, and a molecular membrane in which the lipids are lined up is formed at the oil-water separation interface. Usually, the oil phase is above the water phase.
2) Next, the W / O emulsion is poured onto the oil phase side at the separation interface of 1). When this is centrifuged or stirred, the W / O emulsion passes through the separation interface and moves to the aqueous phase side. During this passage, outer membrane lipids arranged as molecular membranes are added to the outside of the W / O emulsion.

外膜となる脂質としては、例えば、PC又はその誘導体を用いることができる。上記リポソームを安定させるため、膜安定化剤、電荷付与物質、各種助剤を添加してもよい。   As the lipid that forms the outer membrane, for example, PC or a derivative thereof can be used. In order to stabilize the liposome, a membrane stabilizer, a charge-imparting substance, and various auxiliary agents may be added.

3.本発明に係る微小反応空間内での反応制御方法
3−1.W/Oエマルションに反応剤を導入する実施態様
この実施態様は、以下の工程を含む。
<W/Oエマルションの作製>
本発明の反応制御方法においては、まずW/Oエマルションを形成する。W/Oエマルションの形成方法は、上記リポソームの製造方法の場合と同様であり、油性液体中に、1種以上のリン脂質と、反応基質と、水性液体とを混合し、反応基質がリン脂質内に封入された粒径5μm以上のW/Oエマルションを形成する。リン脂質としては特に制限はないが、例えば、PS及びその誘導体、PE及びその誘導体、PC(ホスファチジルコリン)及びその誘導体、SM(スフィンゴミエリンなど)及びその誘導体が挙げられる。
油性液体、リン脂質、及び水性液体として用いることのできる種類や、これらの配合割合は、上記リポソームの製造方法の場合と同様である。
反応基質としては、生体物質である各種タンパク質やDNA等を合成するための生体物質を好適に用いることができる。生体物質は周囲の環境に非常に左右されやすく、従来のマイクロメートルサイズの微小空間では、生体物質の反応を制御することは困難である。本発明によれば、細胞膜の主成分と同様なリン脂質で生体物質を囲むことができ、内部が細胞内環境に類似した微小反応空間を作製して、生体物質が失活せずに反応を制御することができる。
3. 3. Reaction control method in minute reaction space according to the present invention 3-1. Embodiment of Introducing Reactant into W / O Emulsion This embodiment includes the following steps.
<Preparation of W / O emulsion>
In the reaction control method of the present invention, first, a W / O emulsion is formed. The method for forming the W / O emulsion is the same as in the above-described method for producing liposomes, and one or more phospholipids, a reaction substrate, and an aqueous liquid are mixed in an oily liquid, and the reaction substrate is a phospholipid. A W / O emulsion having a particle size of 5 μm or more enclosed therein is formed. The phospholipid is not particularly limited, and examples thereof include PS and its derivatives, PE and its derivatives, PC (phosphatidylcholine) and its derivatives, SM (such as sphingomyelin) and its derivatives.
The types that can be used as the oily liquid, the phospholipid, and the aqueous liquid, and the blending ratio thereof are the same as those in the method for producing the liposome.
As the reaction substrate, biological materials for synthesizing various proteins, DNA, and the like, which are biological materials, can be suitably used. The biological material is very sensitive to the surrounding environment, and it is difficult to control the reaction of the biological material in a conventional micrometer-sized microspace. According to the present invention, a biological material can be surrounded by a phospholipid similar to the main component of the cell membrane, and a minute reaction space similar to the intracellular environment can be created inside, so that the reaction can be performed without inactivating the biological material. Can be controlled.

次に、このW/Oエマルション内に、反応基質と反応する反応剤を導入する。
反応剤としては、反応基質と反応するものであればよい。例えば反応基質がタンパク質の場合、それと特異的に反応する酵素が反応剤となる。
W/Oエマルション内に反応剤を導入する方法としては、マイクロマニピュレータによってW/Oエマルション内にマイクロピペットを挿入し、ピペット内の反応剤を注入する方法が挙げられる。
なお、この実施態様において、反応剤をW/Oエマルション内に封入し、このW/Oエマルションに外部から反応基質を導入してもよい。
Next, a reactive agent that reacts with the reaction substrate is introduced into the W / O emulsion.
Any reactant that reacts with the reaction substrate may be used. For example, when the reaction substrate is a protein, an enzyme that specifically reacts with the protein becomes a reactive agent.
As a method for introducing the reactant into the W / O emulsion, a method in which a micropipette is inserted into the W / O emulsion by a micromanipulator and the reactant in the pipette is injected.
In this embodiment, the reactant may be enclosed in the W / O emulsion, and the reaction substrate may be introduced into the W / O emulsion from the outside.

3−2.複数のW/Oエマルションを融合する実施態様
この実施態様は、以下の工程を含む。
<第1のW/Oエマルションの作製>
油性液体中に、反応基質が封入された粒径5μm以上の第1のW/Oエマルションを形成する。W/Oエマルションを形成するための油性液体、リン脂質、及び水性液体として用いることのできる種類や、これらの配合割合は、上記リポソームの製造方法の場合と同様である。
反応基質としては、上記2−1の実施態様で説明したものを好適に用いることができる。
<第2のW/Oエマルションの作製>
油性液体中に、反応剤が封入された粒径5μm以上の第1のW/Oエマルションを形成する。W/Oエマルションを形成するための油性液体、リン脂質(PS、PE及びそれらの誘導体)、並びに水性液体として用いることのできる種類や、これらの配合割合は、上記リポソームの製造方法の場合と同様である。
反応剤としては、上記2−1の実施態様で説明したものを好適に用いることができる。
3-2. Embodiment of Fusing Multiple W / O Emulsions This embodiment includes the following steps.
<Preparation of first W / O emulsion>
A first W / O emulsion having a particle size of 5 μm or more in which a reaction substrate is encapsulated is formed in an oily liquid. The types that can be used as the oily liquid, the phospholipid, and the aqueous liquid for forming the W / O emulsion, and the blending ratio thereof are the same as those in the above-described liposome production method.
As the reaction substrate, those described in the above embodiment 2-1 can be preferably used.
<Preparation of second W / O emulsion>
A first W / O emulsion having a particle size of 5 μm or more is formed in an oily liquid in which a reactant is encapsulated. Kinds that can be used as oily liquids, phospholipids (PS, PE and their derivatives), and aqueous liquids for forming W / O emulsions, and the blending ratios thereof are the same as in the case of the above-described method for producing liposomes. It is.
As the reactant, those described in the above embodiment 2-1 can be suitably used.

この実施態様は、反応基質が封入されたW/Oエマルションに反応剤を導入する代わりに、反応基質が封入された第1のW/Oエマルションと、反応剤が封入された第2のW/Oエマルションとを融合させ、反応を進行させる点に特徴がある。両者を融合させる方法としては、予め、両者を離間して油中に配置し、レーザーピンセットにより両者を把持して融合させる方法が挙げられる。この場合、例えば、ガラスプレートを底面とし、底面からプラスチックの側壁を立上げた油溜めに上記鉱物油を加え、この油中に上記W/Oエマルションを投入することができる。上記鉱物油にはエマルション作製に用いた脂質を0.01~1mM溶かしておくとよい。   In this embodiment, instead of introducing the reactant into the W / O emulsion in which the reaction substrate is encapsulated, the first W / O emulsion in which the reaction substrate is encapsulated and the second W / O in which the reactant is encapsulated. It is characterized by fusing with the O emulsion and allowing the reaction to proceed. As a method for fusing the two, there is a method in which the two are previously separated from each other and placed in oil, and both are held and fused by laser tweezers. In this case, for example, the mineral oil can be added to an oil sump having a glass plate as a bottom surface and a plastic side wall rising from the bottom surface, and the W / O emulsion can be poured into the oil. It is preferable to dissolve 0.01 to 1 mM of the lipid used for preparing the emulsion in the mineral oil.

3−3.W/Oエマルションに波長光又は電磁波を照射する実施態様
この実施態様は、反応基質が封入されたW/Oエマルションに、反応基質と反応する波長光又は電磁波を照射すること以外は、上記2−1の実施態様と同様であるので説明を省略する。
3-3. Embodiment of irradiating W / O emulsion with wavelength light or electromagnetic wave This embodiment is the same as that described above except that the W / O emulsion in which the reaction substrate is encapsulated is irradiated with wavelength light or electromagnetic wave that reacts with the reaction substrate. Since this is the same as the first embodiment, the description thereof is omitted.

<実施例>
以下に、実施例によって本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
<リポソームの製造方法についての実施例>
<Example>
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
<Examples for the production method of liposome>

内膜リン脂質としてDOPS1mmol/Lを鉱物油(ナカライ社製、製品番号SP 23306-84)に溶かし、鉱物油に対して体積比で1/100の量の蒸留水を加えるとともに、さらに鉱物油100μlに対し1μlのアクチン溶液(1mg/mlアクチン、及び2mMのマグネシウムイオン)を加えて攪拌し(ピペットで数回、混合液の出し入れを繰り返す)W/Oエマルションを作製した。混合及び攪拌は常温で行った。2時間放置することで、繊維状に結合したアクチンフィラメントがDOPSに内包されたW/Oエマルションが得られた。W/Oエマルションの粒径が5〜40μmであることが光学顕微鏡で確認された。
次に、外膜脂質(PC)1mmol/Lを溶かした鉱物油2mLを、水3mLの上から加え、約90分放置した。油水が二相分離し、油水分離界面に外膜脂質が1分子膜として並んだ。なお、分離界面の上側が油相で下側が水相であった。
上記W/Oエマルション1mLをこの油水分離界面における油相に注ぎ、液全体を遠心分離した(120gの液を5〜10分)。エマルションが油水界面を通過する時に外膜脂質が付加され、リポソームが得られた。
DOPS 1 mmol / L as inner membrane phospholipid is dissolved in mineral oil (product number SP 23306-84, manufactured by Nacalai Co., Ltd.), and distilled water is added in an amount of 1/100 by volume with respect to mineral oil. 1 μl of actin solution (1 mg / ml actin and 2 mM magnesium ion) was added and stirred (pipette was repeatedly put in and out of the mixture several times) to prepare a W / O emulsion. Mixing and stirring were performed at room temperature. By leaving it to stand for 2 hours, a W / O emulsion in which actin filaments bound in a fibrous form were encapsulated in DOPS was obtained. It was confirmed with an optical microscope that the particle size of the W / O emulsion was 5 to 40 μm.
Next, 2 mL of mineral oil in which 1 mmol / L of outer membrane lipid (PC) was dissolved was added from above 3 mL of water and allowed to stand for about 90 minutes. Oil-water separated into two phases, and outer membrane lipids were arranged as a monomolecular membrane at the oil-water separation interface. The upper side of the separation interface was the oil phase and the lower side was the water phase.
1 mL of the above W / O emulsion was poured into the oil phase at the oil / water separation interface, and the whole liquid was centrifuged (120 g of liquid for 5 to 10 minutes). When the emulsion passed through the oil-water interface, outer membrane lipid was added and liposomes were obtained.

内膜リン脂質としてDOPSの代わりに、DOPE10mmol/Lを用いたこと以外は、実施例1とまったく同様にして、粒径が5〜40μmのリポソームを得た。   Liposomes with a particle size of 5 to 40 μm were obtained in exactly the same manner as in Example 1 except that DOPE 10 mmol / L was used instead of DOPS as the inner membrane phospholipid.

<比較例1>
アクチン溶液を加えなかったこと以外は、実施例1とまったく同様にしてW/Oエマルションを作製し、これに外膜脂質(PC)を付加した。上記油水分離界面における油相にW/Oエマルションを注ぎ、液を遠心分離したところ、エマルションが破壊され、粒径5μm以上のリポソームが得られなかった。
<Comparative Example 1>
A W / O emulsion was prepared in the same manner as in Example 1 except that the actin solution was not added, and outer membrane lipid (PC) was added thereto. When the W / O emulsion was poured into the oil phase at the oil-water separation interface and the liquid was centrifuged, the emulsion was broken and liposomes having a particle size of 5 μm or more could not be obtained.

以上から明らかなように、各実施例の場合、内膜リン脂質がDOPS又はDOPEのみから成り、外膜がPCである粒径5〜40μmのリポソームが得られた。
図1は、実施例1の懸濁液を示す。内膜リン脂質が粒径約10μmの単分子膜粒子2として分散したエマルションが形成されたことがわかる。
As is clear from the above, in the case of each Example, liposomes having a particle size of 5 to 40 μm in which the inner membrane phospholipid was composed only of DOPS or DOPE and the outer membrane was PC were obtained.
FIG. 1 shows the suspension of Example 1. It can be seen that an emulsion in which the inner membrane phospholipid was dispersed as monomolecular membrane particles 2 having a particle size of about 10 μm was formed.

一方、アクチン溶液を加えなかった比較例1の場合、粒径5μm以上のリポソームが得られなかった。これは、W/Oエマルションの内部(水相)に細胞骨格が繊維状に結合せず、エマルションの強度が向上しなかったために遠心分離でエマルションが破壊されたと考えられる。   On the other hand, in the case of Comparative Example 1 in which no actin solution was added, liposomes having a particle size of 5 μm or more were not obtained. This is presumably because the cytoskeleton was not bound to the inside of the W / O emulsion (aqueous phase) in a fibrous form, and the strength of the emulsion was not improved, so that the emulsion was destroyed by centrifugation.

<DOPSのW/Oエマルション内での高分子の構造変化>
上記したDOPS単分子膜粒子の内部がマイクロメートルサイズの反応場として利用できることを示すため、実施例1と同様な方法でアクチンフィラメントを内包するW/Oエマルション(DOPSを使用)を作製し、アクチンの構造変化を観察した。アクチンフィラメントは、マグネシウムイオン等の多価カチオンの存在下で凝集構造をとることが知られている。
なお、蛍光物質を用いてアクチンフィラメントを赤く蛍光させ、共焦点顕微鏡を用いてアクチンフィラメントの構造を観察した。
<Structural change of polymer in W / O emulsion of DOPS>
In order to show that the inside of the above-mentioned DOPS monomolecular film particles can be used as a micrometer-sized reaction field, a W / O emulsion (using DOPS) containing actin filaments was prepared in the same manner as in Example 1, and actin was used. The structural change of was observed. Actin filaments are known to have an aggregated structure in the presence of a polyvalent cation such as magnesium ion.
In addition, the actin filament was fluorescently red using a fluorescent substance, and the structure of the actin filament was observed using a confocal microscope.

図2は、単分子膜粒子内のアクチンフィラメントの構造を示す。図2において、Mg2+を濃度は4mmol/L(カチオン換算)であり、アクチンフィラメント8は単分子膜粒子4内に一様に分布した。アクチンフィラメントは負に帯電した高分子であり、DOPS膜も負電荷を帯びているため、静電反発により、両者が凝集しないと考えられる。
図3は、Mg2+を濃度12mmol/L(カチオン換算)とした場合を示す。アクチンフィラメント8が膜へ凝集転移していることがわかる。
図4は、Mg2+を濃度40mmol/L(カチオン換算)とした場合を示す。アクチンフィラメント8がBundle転移を起こし、膜への付着が少なくなっていることがわかる。Bundle転移すると、曲率を持つDOPS膜にアクチンフィラメントの太く硬いbundleが付着することはエネルギー損失を伴うため、膜への付着が減少したと考えられる。
なお、単分子膜粒子としてDOPSの代わりにDOPEを用いた場合も、同様にアクチンフィラメントの構造変化を観察することができた。
<微小反応空間内での反応制御方法についての実施例>
FIG. 2 shows the structure of actin filaments in monolayer particles. In FIG. 2, the Mg 2+ concentration is 4 mmol / L (cation conversion), and the actin filaments 8 are uniformly distributed in the monomolecular film particles 4. Since actin filaments are negatively charged polymers and the DOPS film is also negatively charged, it is thought that both do not aggregate due to electrostatic repulsion.
FIG. 3 shows the case where Mg 2+ is set at a concentration of 12 mmol / L (cation conversion). It can be seen that the actin filaments 8 are aggregated and transferred to the membrane.
FIG. 4 shows the case where Mg 2+ is 40 mmol / L (cation conversion). It can be seen that the actin filament 8 undergoes bundle transfer and adhesion to the membrane is reduced. When bundle transition occurs, the attachment of a thick and hard bundle of actin filaments to a DOPS film having a curvature is accompanied by energy loss, so that the adhesion to the film is considered to have decreased.
In addition, when DOPE was used instead of DOPS as the monomolecular film particle, the structural change of the actin filament could be observed similarly.
<Example of reaction control method in minute reaction space>

反応基質としてカルセインAM(ビス[N,N-ビス(カルボキシメチル)アミノメチル]フルオレセン)を用いた。又、反応剤として、カルセインAMを加水分解して蛍光を発するカルセインを生成させるエステラーゼ酵素を用いた。
鉱物油に対しアクチン溶液を加える代わりに、カルセインAMを加えたこと以外は、実施例1と全く同様にしてW/Oエマルションを作製した。なお、W/Oエマルション中のカルセインAMが50μmol/Lとなるように、カルセインAMの添加量を調整した。
ガラスプレートを底面とし、底面からプラスチックの側壁を立上げた油溜めに上記鉱物油を加え、この油中に上記W/Oエマルションを投入した。次に、マイクロマニピュレータ(Narishige社製のマイクロインジェクタIM-300)を用い、上記W/Oエマルション内にマイクロピペット(先端直径1〜2μm)を挿入し、ピペット内のエステラーゼ酵素(2.5mg/ml)を注入した。
図5は、W/Oエマルション10にピペット12を注入する態様を示す。この図において、ピペット12内の酵素がW/Oエマルション内のカルセインAM10aと反応する。
Calcein AM (bis [N, N-bis (carboxymethyl) aminomethyl] fluorescene) was used as a reaction substrate. In addition, an esterase enzyme that hydrolyzes calcein AM to generate fluorescent calcein was used as a reactant.
A W / O emulsion was prepared in exactly the same manner as in Example 1 except that calcein AM was added instead of adding the actin solution to the mineral oil. The amount of calcein AM added was adjusted so that the calcein AM in the W / O emulsion was 50 μmol / L.
The mineral oil was added to an oil sump with a glass plate as the bottom and a plastic side wall raised from the bottom, and the W / O emulsion was charged into the oil. Next, using a micromanipulator (Narishige Microinjector IM-300), a micropipette (tip diameter of 1 to 2 μm) was inserted into the W / O emulsion, and the esterase enzyme (2.5 mg / ml) in the pipette. ) Was injected.
FIG. 5 shows a mode in which the pipette 12 is injected into the W / O emulsion 10. In this figure, the enzyme in the pipette 12 reacts with calcein AM10a in the W / O emulsion.

又、エステラーゼ酵素を注入した後のW/Oエマルションの状態を図6に示す。この図において、図6(a)は注入直後の状態を示し、図6(b)は注入してから24分後の状態を示す。図6(b)のエマルション10は光っており、これより、蛍光を発するカルセインへの化学反応が進行していることを蛍光顕微鏡で確認することができた。以上のように、本発明で初めて、マイクロメートルサイズの反応場においてタンパク質を変性させずに反応を制御することができた。   Moreover, the state of the W / O emulsion after inject | pouring esterase enzyme is shown in FIG. 6A shows a state immediately after the injection, and FIG. 6B shows a state 24 minutes after the injection. The emulsion 10 in FIG. 6B was shining, and from this, it was confirmed with a fluorescence microscope that a chemical reaction to calcein emitting fluorescence progressed. As described above, for the first time in the present invention, the reaction could be controlled without denaturing the protein in a micrometer-sized reaction field.

反応基質及び反応剤として、実施例4と全く同様のものを用いた。
まず、実施例4と全く同様にして、カルセインAMが封入された第1のW/Oエマルションを作製した。又、カルセインAMの代わりにエステラーゼ酵素を添加したこと以外は実施例4と全く同様にして、エステラーゼ酵素が封入された第2のW/Oエマルションを作製した。
The same reaction substrate and reaction agent as in Example 4 were used.
First, in the same manner as in Example 4, a first W / O emulsion in which calcein AM was encapsulated was prepared. In addition, a second W / O emulsion in which the esterase enzyme was encapsulated was prepared in exactly the same manner as in Example 4 except that esterase enzyme was added instead of calcein AM.

上記第1及び第2のW/Oエマルションを、それぞれ上記鉱物油からなる油溜めに離間して載置した。次に、レーザーピンセット(Nd:YAGレーザー、SpectronのSL902T、波長は1064nm)を用い、第1及び第2のW/Oエマルションをそれぞれ把持し、両者を融合した。
図7は、第1のW/Oエマルション20、第2のW/Oエマルション30を油溜め40上に離間して載置した状態を示す。
The first and second W / O emulsions were placed separately in oil sumps made of the mineral oil. Next, using a laser tweezers (Nd: YAG laser, Spectron SL902T, wavelength is 1064 nm), the first and second W / O emulsions were respectively held and fused together.
FIG. 7 shows a state where the first W / O emulsion 20 and the second W / O emulsion 30 are placed separately on the oil sump 40.

第1及び第2のW/Oエマルションが融合した状態を図8に示す。この図において、図8(a)は融合前の第1のW/Oエマルション20、第2のW/Oエマルション30、及びレーザ−ピンセット(レーザースポット)50を示す。図8(b)は融合中の状態を示し、図8(c)は融合後の状態を示す。この実施例においても、蛍光を発するカルセインへの化学反応が進行していることを蛍光顕微鏡による確認することができた。従って、本発明で初めて、マイクロメートルサイズの反応場においてタンパク質を変性させずに反応を制御することができた。   A state in which the first and second W / O emulsions are fused is shown in FIG. In this figure, FIG. 8 (a) shows the first W / O emulsion 20, the second W / O emulsion 30 and the laser-tweezers (laser spot) 50 before fusion. FIG. 8B shows a state during fusion, and FIG. 8C shows a state after fusion. Also in this example, it was confirmed by a fluorescence microscope that a chemical reaction to calcein emitting fluorescence progresses. Therefore, for the first time in the present invention, the reaction could be controlled without denaturing the protein in a micrometer-sized reaction field.

反応基質として、タンパク質(GFP)を合成するための生体物質を用いた。この生体物質は、内容物は全20種アミノ酸・リボソームなど遺伝子発現に必要な多数の生体物質からなる。実験では、Promega社製の「E.coli S30 Extract System for circular DNA 」のキットを用いた。
反応剤として、タンパク質(GFP)を合成する遺伝子(PromegaのE.coli S30 Extract System for circular DNA)を用いた。
鉱物油に対しアクチン溶液を加える代わりに、上記遺伝子及びアミノ酸を加えたこと以外は、実施例1と全く同様にしてW/Oエマルションを作製した。次に、W/Oエマルション内で遺伝子を発現させ、タンパク質(GFP)を合成させた。蛍光を発するタンパク質(GFP)が合成されたことを蛍光顕微鏡により確かめた。W/Oエマルション10内でタンパク質(GFP)が蛍光を発する状態を図9に示す。図9は、エマルションを37度で1時間放置後の蛍光顕微鏡像である。
A biological material for synthesizing protein (GFP) was used as a reaction substrate. This biological material is composed of a large number of biological materials necessary for gene expression, such as all 20 types of amino acids and ribosomes. In the experiment, a kit of “E.coli S30 Extract System for circular DNA” manufactured by Promega was used.
As a reaction agent, a gene (Promega's E. coli S30 Extract System for circular DNA) that synthesizes protein (GFP) was used.
A W / O emulsion was prepared in exactly the same manner as in Example 1 except that the above gene and amino acid were added instead of adding the actin solution to the mineral oil. Next, the gene was expressed in the W / O emulsion to synthesize protein (GFP). It was confirmed with a fluorescence microscope that a fluorescent protein (GFP) was synthesized. FIG. 9 shows a state in which the protein (GFP) emits fluorescence in the W / O emulsion 10. FIG. 9 is a fluorescence microscopic image after leaving the emulsion at 37 degrees for 1 hour.

以上のように、実施例4〜6で用いたマイクロメートルサイズの反応場(W/Oエマルション)は細胞内環境に類似しているため、タンパク質を代表とする生体物質を変性させず、また反応を制御できる点でも優れている。さらに、この反応場の容量は、通常の試験管の約1兆分の1であることから、多数の実験の組み合わせによって試行錯誤を強いられる生化学実験や、各種の血液検査、製薬の製造又は効用の試験などにおいて、必要とする試薬や血液等の量が少なくて済み、低コストや患者に負担をかけない検査などに非常に有用である。   As described above, since the micrometer-sized reaction field (W / O emulsion) used in Examples 4 to 6 is similar to the intracellular environment, the biological material typified by protein is not denatured and reacted. It is also excellent in that it can be controlled. Furthermore, since the capacity of this reaction field is about one trillionth of that of a normal test tube, biochemical experiments in which trial and error are forced by a combination of many experiments, various blood tests, pharmaceutical production or In the efficacy test, etc., the amount of reagents and blood required is small, and it is very useful for low cost and examinations that do not burden the patient.

実施例1の懸濁液の顕微鏡写真を示す図である。2 is a view showing a micrograph of a suspension of Example 1. FIG. 単分子膜粒子内のアクチンフィラメントの構造の顕微鏡写真を示す図である。It is a figure which shows the microscope picture of the structure of the actin filament in a monomolecular film particle. 単分子膜粒子内のアクチンフィラメントの構造の顕微鏡写真を示す別の図である。It is another figure which shows the microscope picture of the structure of the actin filament in a monomolecular film particle. 単分子膜粒子内のアクチンフィラメントの構造の顕微鏡写真を示すさらに別の図である。It is another figure which shows the microscope picture of the structure of the actin filament in a monomolecular film particle. W/Oエマルションにピペットを注入する態様を示す図である。It is a figure which shows the aspect which inject | pours a pipette into W / O emulsion. エステラーゼ酵素を注入した後のW/Oエマルションの状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the W / O emulsion after inject | pouring esterase enzyme. 第1のW/Oエマルション、第2のW/Oエマルション30をガラスプレート上に離間して載置した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which spaced apart and mounted the 1st W / O emulsion and the 2nd W / O emulsion 30 on the glass plate. 第1及び第2のW/Oエマルションが融合した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which the 1st and 2nd W / O emulsion united. W/Oエマルション内でタンパク質(GFP)が蛍光を発する状態を示す図である。It is a figure which shows the state which protein (GFP) fluoresces within a W / O emulsion.

符号の説明Explanation of symbols

2、4、10、20、30 W/Oエマルション(単分子膜粒子)
8 アクチンフィラメント
2, 4, 10, 20, 30 W / O emulsion (monomolecular film particles)
8 Actin filament

Claims (9)

内膜リン脂質がホスファチジルセリン及びその誘導体、並びにホスファチジルエタノールアミン及びその誘導体の群から選ばれる1種以上のみから成り、脂質二分子膜から形成される粒径5μm以上のリポソームであって、
前記内膜リン脂質内に、細胞骨格の重合体を内包するリポソーム。
The inner membrane phospholipid is composed of only one or more selected from the group of phosphatidylserine and derivatives thereof, and phosphatidylethanolamine and derivatives thereof, and is a liposome having a particle size of 5 μm or more formed from a lipid bilayer membrane,
Liposomes encapsulating a cytoskeleton polymer in the inner membrane phospholipid.
前記細胞骨格がアクチンフィラメントである請求項1に記載のリポソーム。   The liposome according to claim 1, wherein the cytoskeleton is an actin filament. 内膜リン脂質がホスファチジルセリン及びその誘導体、並びにホスファチジルエタノールアミン及びその誘導体の群から選ばれる1種以上のみから成り、脂質二分子膜から形成される粒径5μm以上のリポソームを製造する方法であって、
油性液体中に、前記内膜リン脂質と、細胞骨格と、水性液体とを混合し、前記内膜リン脂質内に前記細胞骨格が繊維状に結合したW/Oエマルションを形成する工程と、
水相に、外膜脂質を溶解した油性液体を加え、油水の分離界面に前記脂質が並んだ分子膜を形成させる工程と、
前記W/Oエマルションを前記分離界面における油相側に加え、遠心分離又は攪拌し、前記W/Oエマルションを前記分離界面における水相側に移行させて、前記W/Oエマルションの外側に前記外膜脂質を付加する工程とを有するリポソームの製造方法。
This is a method for producing a liposome having a particle size of 5 μm or more, wherein the inner membrane phospholipid comprises only one or more selected from the group of phosphatidylserine and its derivatives, and phosphatidylethanolamine and its derivatives, and is formed from a lipid bilayer membrane. And
Mixing the inner membrane phospholipid, the cytoskeleton, and an aqueous liquid in an oily liquid to form a W / O emulsion in which the cytoskeleton is bound fibrously in the inner membrane phospholipid;
Adding an oily liquid in which an outer membrane lipid is dissolved to the aqueous phase, and forming a molecular membrane in which the lipids are arranged at the separation interface of oil and water;
The W / O emulsion is added to the oil phase side at the separation interface, centrifuged or stirred, and the W / O emulsion is transferred to the water phase side at the separation interface, so that the outside is outside the W / O emulsion. A method for producing a liposome, comprising a step of adding a membrane lipid.
前記細胞骨格がアクチンフィラメントである請求項3に記載のリポソームの製造方法。   The method for producing a liposome according to claim 3, wherein the cytoskeleton is an actin filament. 前記外膜となる脂質がホスファチジルコリン又はその誘導体を含む請求項3又は4に記載のリポソームの製造方法。   The method for producing a liposome according to claim 3 or 4, wherein the lipid serving as the outer membrane contains phosphatidylcholine or a derivative thereof. 油性液体中に、1種以上のリン脂質と、反応基質と、水性液体とを混合し、前記反応基質が前記リン脂質内に封入された粒径5μm以上のW/Oエマルションを形成する工程と、
前記W/Oエマルション内に、前記反応基質と反応する反応剤を導入する工程とを有する微小反応空間内での反応制御方法。
Mixing one or more phospholipids, a reaction substrate and an aqueous liquid in an oily liquid to form a W / O emulsion having a particle size of 5 μm or more in which the reaction substrate is enclosed in the phospholipid; ,
A method for controlling a reaction in a minute reaction space, which comprises a step of introducing a reactive agent that reacts with the reaction substrate into the W / O emulsion.
油性液体中に、1種以上のリン脂質と、反応基質と反応する反応剤と、水性液体とを混合し、前記反応剤が前記リン脂質内に封入された粒径5μm以上のW/Oエマルションを形成する工程と、
前記W/Oエマルション内に、前記反応基質を導入する工程とを有する微小反応空間内での反応制御方法。
One or more phospholipids, a reaction agent that reacts with a reaction substrate, and an aqueous liquid are mixed in an oily liquid, and the W / O emulsion having a particle size of 5 μm or more is encapsulated in the phospholipid. Forming a step;
A method for controlling a reaction in a minute reaction space, comprising the step of introducing the reaction substrate into the W / O emulsion.
油性液体中に、1種以上のリン脂質と、反応基質と、水性液体とを混合し、前記反応基質が前記リン脂質内に封入された粒径5μm以上の第1のW/Oエマルションを形成する工程と、
油性液体中に、1種以上のリン脂質と、前記反応基質と反応する反応剤と、水性液体とを混合し、前記反応剤が前記リン脂質内に封入された粒径5μm以上の第2のW/Oエマルションを形成する工程と、
前記第1のW/Oエマルションと前記第2のW/Oエマルションとを融合させる工程とを有する微小反応空間内での反応制御方法。
One or more phospholipids, a reaction substrate and an aqueous liquid are mixed in an oily liquid to form a first W / O emulsion having a particle size of 5 μm or more in which the reaction substrate is enclosed in the phospholipid. And a process of
In an oily liquid, one or more phospholipids, a reaction agent that reacts with the reaction substrate, and an aqueous liquid are mixed, and a second particle having a particle size of 5 μm or more enclosed in the phospholipid. Forming a W / O emulsion;
A reaction control method in a minute reaction space, comprising the step of fusing the first W / O emulsion and the second W / O emulsion.
油性液体中に、1種以上のリン脂質と、反応基質と、水性液体とを混合し、前記、反応基質が前記リン脂質内に封入された粒径5μm以上のW/Oエマルションを形成する工程と、
前記W/Oエマルションに、前記反応基質と反応する波長光又は電磁波を照射する工程とを有する微小反応空間内での反応制御方法。
A step of mixing one or more phospholipids, a reaction substrate and an aqueous liquid in an oily liquid to form a W / O emulsion having a particle size of 5 μm or more in which the reaction substrate is enclosed in the phospholipid. When,
A method for controlling reaction in a minute reaction space, which comprises irradiating the W / O emulsion with light of a wavelength or electromagnetic wave that reacts with the reaction substrate.
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