Home 复数の分子が溶けた水溶液は、分子浓度が十分高くなると水と油のように分离します（相分离）。分离する条件は、溶液を入れる器のサイズ（体积）が约1マイクロリットル（1000分の1ミリリットル）以上であれば、サイズに依らないとされてきました。
東京大学大学院総合文化研究科の柳澤実穂准教授（東京大学 生物普遍性連携研究機構 准教授／大学院理学系研究科 准教授）、広島大学大学院统合生命科学研究科の渡邊千穂助教らは、2種類の高分子が溶けた水溶液を、大きさが変えられる人工細胞（注1）の器に入れることで、試験管中ではよく混ざっていても細胞のように小さな器では分離し、器が小さいほど分離が進むことを発見しました（図1, 2）。さらにこの現象を、細胞膜が分子を選り好みする傾向が小さな器の中で強められ、より親和性の高い特定の分子を膜に引き寄せることから説明しました。
本成果は、近年注目される細胞内相分離（注2）の制御に生体膜や空間サイズが寄与していることを示すとともに、膜やサイズが制御可能な人工細胞を用いる医薬品や化粧品の材料開発への貢献も期待されます。本研究成果は、2022年8月24日（米国太平洋夏時間）に米国科学誌「ACS Materials Letters」のオンライン版に掲載されます。
水によく溶ける分子であっても、复数の分子を多量に水に溶かすと、水と油のように分离することがあります。この相分离と呼ばれる现象が生じる条件は、水溶液を入れる器の大きさが约1,000分の1ミリリットル以上では、器の大きさ（溶液の体积）には依らないとされてきました。しかし、医薬品や化粧品などに応用される复数の分子を含む小さな液滴中では、试験管中では分离しなかった场合でも、分离してしまうことがあり、水溶液を闭じ込める器の大きさが相分离へ及ぼす影响の解明が待たれていました。
本研究では、大きさが自由に変えられる人工細胞を器として用いることで、相分離が器サイズに依らないとされる下限値の約1マイクロリットルから、約1フェムトリットル（1兆分の1ミリリットル）まで様々なサイズの器を準備しました。そこに、相分離の条件が古くからよく知られている2種類の高分子が溶けた水溶液を閉じ込めることで、器のサイズが相分離へ及ぼす影響を調べました。その結果、試験管中（1辺の大きさが1ミリメートル以上）ではよく混ざっていても、約20～50分の1ミリメートル以下の小さな人工細胞中では相分離すること、人工細胞が小さくなるほど相分離が進むことを発見しました（図1, 2）。この現象を、人工細胞の膜が分子を選り好みして片方の分子を膜に引き寄せること、その傾向は器が小さくなるほど強められることを実験と理論から明らかにしました。本結果は、細胞サイズ程度の小さな器が、中に入っている水溶液が相分離するか否か、どのように相分離するかといった、相分離の条件に大きく関与することを初めて明らかにしました。
近年、病気や生命机能に関わる细胞内相分离が注目されています。本研究が见出した相分离が引き起こされる器のサイズは、ちょうど细胞サイズに対応します。そのため、従来考虑されてこなかった空间サイズや生体膜が、细胞内相分离の制御に関わる可能性を示しており、细胞内相分离の原理解明へ寄与します。また、新型コロナウイルスワクチンなど、人工细胞を利用した医薬品や化粧品の材料开発においても、细胞サイズや膜を介した材料操作や机能制御という新规手法の开発が期待されます。
本研究は、科研費（JP18H01187, JP21H05871, JP21K18596, JP22H01188 [柳澤]、JP20K14425 [渡邊]）、科学技術振興機構 創発的研究支援事業（JPMJFR213Y [柳澤]）、戦略的創造研究推進事業 ACT‐X（JPMJAX191L [渡邊]）の支援により実施されました。
雑誌名：「ACS Materials Letters」（オンライン版：8月24日）
論文タイトル：Cell-Sized Confinement Initiates Phase Separation of Polymer Blends and Promotes Fractionation upon Competitive Membrane Wetting
著者：Chiho Watanabe, Tomohiro Furuki, Yuki Kanakubo, Fumiya Kanie, Keisuke Koyanagi, Jun Takeshita, Miho Yanagisawa*
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研究チーム：
柳澤 実穂（東京大学大学院総合文化研究科 広域科学専攻／附属先進科学研究機構 准教授）
渡邊 千穂（広島大学大学院统合生命科学研究科 生命環境総合科学プログラム 助教）
古木 智大（東京大学教養学部統合自然科学科 統合生命科学コース 4年（研究当時））
金久保有希（東京大学大学院総合文化研究科 広域科学専攻 修士課程）
蟹江 史也（東京大学大学院総合文化研究科 広域科学専攻 修士課程（研究当時））
小柳 佳介（東京農工大学大学院工学府 物理システム工学専攻 修士課程（研究当時））
竹下 潤（東京大学教養学部前期課程 理科二類 2年（研究当時））
＜研究に関すること＞
東京大学大学院総合文化研究科 広域科学専攻
准教授 柳泽 実穂（やなぎさわ みほ）
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広島大学大学院统合生命科学研究科 生命環境総合科学プログラム
助教 渡边 千穂（わたなべ ちほ）
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＜闯厂罢事业に関すること＞
科学技術振興機構 戦略研究推進部 創発的研究支援事業推進室
中神 雄一（なかがみ ゆういち）
TEL：03-5214-7276 FAX：03-6268-9413
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(注: ＊は半角@に置き換えてください)
（注1）人工细胞：
细胞膜の主成分であるリン脂质の膜で覆われた、高分子溶液の小さな液滴。
（注2）细胞内相分离：
细胞内において、特定のリボ核酸やそれと结合するタンパク质が会合し、局所的に凝集した领域をつくる现象。
図1 2种类の高分子（赤と緑）が溶けた水溶液が、试験管中とサイズの异なる人工细胞中で示す様子。试験管中では均一に混ざっていても、小さな人工细胞中では相分离し、各高分子に富む相をつくる。
図２ 小さな人工細胞中でのみ相分離した2成分高分子溶液を撮影した顕微鏡画像。左端から透過画像、高分子A、高分子Bの蛍光画像、それらの合成画像である。人工細胞の直径は、13 μm (i), 18 μm (ii, iii), 28 μm (iv)。小さな人工細胞（i-iii）では相分離が見られるが、大きな人工細胞（iv）では見られない。
掲載日 : 2022年08月25日
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