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ペプチド分子の自己組織化で思い通りの材料をつくりたい!

RESEARCHER
ペプチド分子は分子内及び分子間水素結合により規則正しい二次構造を形成する。ヘリックス構造は分子間相互作用が働き稠密な自己組織化単分子膜が形成できる。また、環骨格に沿った分子間水素結合を形成させることでチューブ状の分子集合体のペプチドナノチューブを形成する。親水性と疎水性の両親媒性ブロックポリペプチド分子は水中で疎水性相互作用が働き様々なモルフォロジの分子集合体を形成する。

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ヘリックスペプチド薄膜は優れた電子移動能を示す。ポルフィリンやフラーレンを修飾することで、光電流の方向をスイッチ可能な光ダイオード特性を示す光電変換素子を構築した。ヘリックスペプチドの電子移動能は単分子レベルでも解析し、ヘリックスペプチドの分子ダイポールによる単一分子ダイオード特性を解明した。ペプチド分子は金電極とジャンクション形成し回路として機能することが電流-時間曲線から分かる。

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環状βペプチドが自己組織化によりチューブ型の構造の分子集合体であるペプチドナノチューブを形成した試料。金基板上にキャストして導電性を測定すると側鎖に導入したテトラチアフルバレン由来のp型半導体特性を示した。

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親水性と疎水性の双方の性質を持つ両親媒性ブロックポリペプチド分子は水中で自己組織化することで様々なモルフォロジの分子集合体を形成する。また、芳香族部位を導入することで、アルコールの含有量に応じてモルフォロジが変化する分子集合体の形成にも成功した。

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球状のベシクルあるいはミセル状の分子集合体は薬剤を届けるDDS(ドラッグデリバリーシステム)のキャリアとして機能する。構成分子であるペプチド分子の構造を最適化することでTheranostics医薬品に適用できるナノキャリアの構築や経皮吸収型ナノキャリアの構築を目指している。

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どんなタネ?

生命を織り成すペプチド分子に着目し、ペプチド分子の機能を利用した高分子材料の研究をしています。ペプチド分子を自己組織化させナノスケールでの構造制御を可能にし、メゾスコピック領域でのペプチド材料の創発を目指して研究を進めています。

例えば、ペプチド分子の親水性と疎水性のバランスを設計して自己組織化挙動を制御し、DDS(ドラッグデリバリーシステム)に活用できるナノ粒子の構築を目指しています。また、ペプチド分子のダイポールに着目し、金基板上で自己組織化させたペプチド薄膜を用いて分子レベルの回路として機能する分子ダイオード素子や光電変換素子の構築に成功しました。

なぜ研究を始めた?

生化学の教科書でしか触れていなかったペプチドを、自分で自在に設計して合成し、材料としての機能を新たに見つけることが面白いからです。アミノ酸の配列とタンパク質の構造や機能の間には未知のルールが沢山眠っています。ペプチド分子の機能を引き出した新しい材料を研究する過程で、生命がアミノ酸を選んだ意味に少しでも近づきたい、というのがこの研究のモチベーションです。一方で、ペプチド分子は分子自体の性質を魅せる切り口で、医療材料や電子材料など様々な用途に繋がる可能性を秘めていることも、材料としての魅力の一つです。

なにを変える?

「自分の思い通りの機能を付与した材料をペプチド分子を設計するだけで実現できる」ということが目指している道の一つです。生体において、抗体や光合成タンパク質、ピエゾタンパク質などタンパク質は様々な機能を実現しています。突き詰めると分子間力などのナノスケールの力を如何に利用するかに尽きると考えられます。つまり、メゾスコピック領域でのペプチド分子の自己組織化挙動や性質を見極めることで、ペプチド分子の振舞いや個性を理解できるようになると考えています。ペプチド分子一つ、あるいはペプチド分子集合体やペプチド薄膜で機能を実現できれば究極の素子になると期待しています。

なにが必要?

「材料」という分野で、ペプチド分子を活用できる場を拡げられたらと考えています。世の中にある材料の組み合わせで新たな機能を実現する際に、相関関係のみならず因果関係から材料の可能性を導き出す視点と経験をもっている方々と連携できたら嬉しいです。我々の分子設計の技術に当て嵌めるとともに、ペプチド分子のみに拘らず有用な材料との融合による創発も必要と考えています。

例えば、ナノ粒子を水中で調製するか有機溶媒で調製するかでナノ粒子の表面の性質は大きく変わります。親油性をナノ粒子に付与することで経皮型DDSの実現が期待できます。ペプチド材料の創発には様々な領域での知見や知恵が必要と考えます。

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