脂質二分子膜形成を促進するハイドロゲルアレイ基板の構築

　膜タンパク質は細胞膜中で細胞内外の情報伝達に重要な役割を果たしている。そのため、創薬スクリーニングや高感度センサなどへのバイオデバイス応用が期待されている。これまでに我々は、擬似的な細胞膜として、マイクロホールの開口径よりもサイズの大きな巨大脂質膜ベシクルを用いた架橋脂質膜アレイの作製[1]、および、ハイドロゲルを支持体とすることで脂質膜を安定に保持可能であることを報告してきた[2]。本研究では、正電荷を有するハイドロゲルをマイクロホール基板にアレイ化し、マイクロホールの開口径よりサイズが小さい負電荷を有する微小ベシクル(SUV)を用いることで、静電相互作用による平面脂質膜の形成に成功したので報告する（図1）[3]。
　実験には、電子ビームリソグラフィおよびシリコンの選択的エッチングによりマイクロホール（直径1, 2, 4, 8 µm, 深さ1 µm）を有する酸化膜付きのシリコン基板を用いた。この基板上に光重合開始剤および蛍光プローブとしてカルセインを含むカチオン性ハイドロゲル前駆体溶液を滴下し、基板の半分に光照射することでハイドロゲルを作製した。マイクロホール外のハイドロゲルを除去した後、基板上にローダミンが修飾された脂質分子を含む負電荷SUV溶液を添加し、蛍光観察を行った（図2）。
　蛍光顕微鏡による観察の結果、光照射したエリアでのみカルセインの蛍光が観察されたことから、マイクロホール内に封入されたハイドロゲルのアレイ化が可能なことが示された［図2(a)］。この基板上にSUV溶液を添加したところ、ハイドロゲルを含むマイクロホール上でのみローダミンの蛍光が観察された［図2(b)］。ハイドロゲルが支持することによって、ホール径より小さなSUVを用いてもマイクロホール開口部で平面脂質膜を形成し、ハイドロゲルとSUVの静電相互作用によって脂質膜形成が促進したと考えられる。膜タンパク質の再構成や細胞抽出により調製されたプロテオリポソームは直径が1 µmであることが多く、基板上での架橋膜形成が困難であった。ハイドロゲルを支持体とすることで、プロテオリポソームのベシクル融合による膜タンパク質アレイの構築が期待される。


図1　ハイドロゲル基板上へのベシクル溶液添加の模式図	図2　(a) 基板の半面のみ光照射を行ったハイドロゲル基板。(b) 光未照射および(c) 照射エリア基板上でのベシクル融合による平面脂質膜形成。スケールバー: 20 µm