生体ソフトマター物理研究室（濵田研）

研究業績

論文（濵田）

2020年～

65.: 流動が誘起する相分離脂質2分子膜の非平衡パターン
"Shear-Induced Nonequilibrium Patterns in Lipid Bilayer Membranes Exhibiting Phase Separation"
Tsutomu Hamada, Shino Mizuno and Hiroyuki Kitahata
Langmuir, 40, 8843–8850 (2024) doi

ずり流動場中に相分離した脂質膜ベシクル設置し、膜面に生じる散逸構造を調べました。ストライプ状の相分離パターンが膜面に形成され、シアストレス強度の増加に伴ってストライプの本数が増加しました。さらに強度を上げると、ストライプ構造が波の様に伝播する動的パターンへと転移することが明らかとなり、これらの物理メカニズムについて議論しました。
64.: 脂質膜相分離を等温系で制御するための物理学的コンセプト
"Physical Concept to Explain the Regulation of Lipid Membrane Phase Separation under Isothermal Conditions" Review
Naofumi Shimokawa, Tsutomu Hamada
Life, 13, 1105 (2023) Open Access

相分離の安定性は一般的に温度に強く依存します。しかし、生体細胞は等温環境下にて膜の相分離構造を調整し、シグナル伝達等の機能を発現します。この論文では、等温系にて生体細胞が膜の相分離を調整する機構について、ソフトマター物理学的視点から議論しています。
63.: ずり流動場におけるベシクル膜の相分離パターンとダイナミクス
"Domain dynamics of phase-separated lipid membranes under shear flow"
Tsutomu Hamada, Shino Mizuno and Hiroyuki Kitahata
Soft Matter, 18, 9069-9075 (2022) Open Access

ずり流動場における相分離膜の非平衡ダイナミクスを調べました。静脈や動脈血管の内皮細胞が受けるシアストレスと同程度に流れ場を設定し、相分離ドメインが膜面上を運動する様子を可視化しました。膜中のコレステロール量を変化させると、ドメインの運動様式が変化し、局在やストライプ状のパターンを形成することが分かりました。また、相分離ドメインの成長速度が増加することが見出され、数値シミュレーションにより実験結果を再現しました。
62.: 膜で覆われた液液相分離による細胞モデル系
"Self‐Emergent Protocells Generated in an Aqueous Solution with Binary Macromolecules through Liquid‐Liquid Phase Separation"
H. Sakuta, F. Fujita, T. Hamada, M. Hayashi, K. Takiguchi, K. Tsumoto, K. Yoshikawa
ChemBioChem, 21, 1-7 (2020)
»プレスリリース
61.: ナノ粒子による膜ドメイン構造の制御
"Control of Lipid Bilayer Phases of Cell-Sized Liposomes by SurfaceEngineered Plasmonic Nanoparticles"
T. Nobeyama, K. Shigyou, H. Nakatsuji, H. Sugiyama, N. Komura, H. Ando, T. Hamada, T. Murakami
Langmuir, 36, 7741-7746 (2020)
60.: 浸透圧による膜張力が誘導する膜の相分離形成
"Osmotic-Tension-Induced Membrane Lateral Organization"
N. Wongsirojkul, N. Shimokawa, P. Opaprakasit, M. Takagi, T. Hamada
Langmuir, 36, 2937-2945 (2020) doi
59.: イオン透過能を持つナノ粒子を埋め込んだ細胞サイズの膜小胞
"Ion transportation by Prussian blue nanoparticles embedded in a giant liposome"
S. M. N. Uddin, S. Laokroekkiat, Md. A. Rashed,, S. Mizuno, K. Ono, M. Ishizaki, K. Kanaizuka, M. Kurihara, Y. Nagao, T. Hamada
Chem. Commun., 56, 1046-1049 (2020)
19.: リン脂質ベシクルのリズム膜孔形成
"Rhythmic pore dynamics in a shrinking lipid vesicle"
Tsutomu Hamada, Yuichi Hirabayashi, Takao Ohta, Masahiro Takagi
Phys. Rev. E Stat. Nonlin. Soft Matter Phys., 80, 051921 (2009). doi
Virtual Journal of Biological Physics Research, Vol.18, Issue 11
»PDF (JAIST Repository)
»動画：リズミック膜孔
»動画：連続的膜孔

界面活性剤分子との反応過程において、小胞が周期的に開閉すること（自励振動）を見出しました。ダイナミクスの制御パラメータを実験で明らかにし、弾性エネルギーの時間発展を数理モデル化することで物理機構を明らかにしました。
18.: 液適法により形成された巨大リポソームの浸透圧応答ダイナミクス
"Dynamic behaviors of giant liposomes at desired osmotic pressures"
Masae Ohno, Tsutomu Hamada, Kingo Takiguchi, Michio Homma
Langmuir, 25, 11680-11685 (2009). doi
17.: 光応答性リポソームの出芽変形と可逆的コントロール
"Reversible Control of Exo- and Endo-Budding Transitions in a Photosensitive Lipid Membrane"

Ken-ichi Ishii, Tsutomu Hamada, Masaomi Hatakeyama, Ryoko Sugimoto, Takeshi Nagasaki, Masahiro Takagi
ChemBioChem, 10, 251-256 (2009). doi
»動画：膜形状の光コントロール

陥入・湾曲・出芽等の膜変形ダイナミクスを工学的に再現・制御しました。アゾベンゼン脂質の光応答、微小キャピラリー操作、浸透圧誘起膜変形の実験を組み合わせ、余剰膜面積を考慮した曲げ弾性エネルギー理論によりメカニズムを統一的に説明しました。
16.: 人工細胞計算機の可能性について
"Artificial-cellular computing"
Shin-ichiro M. Nomura, Tsutomu Hamada
Int. J. Unconv. Comput., 5, 87-102 (2009). Abstract
15.: 膜融合タンパクによるエンドソーム脱出
"The conjugation of diphtheria toxin T domain to poly(ethylenimine)based vectors forenhanced endosomal escape during gene transfection"
Shinji Kakimoto, Tsutomu Hamada, Yuuki Komatsu, Masahiro Takagi, Toshizumi Tanabe, Hideki Azuma, Seiji Shinkai, and Takeshi Nagasaki
Biomaterials, 30, 402-408 (2009). doi
14.: 人工細胞による脂質・アミロイド間相互作用解析の総説
"Using Model Membranes for the Study of Amyloid beta:Lipid Interactions and Neurotoxicity" Review
Mun'delanji Vestergaard, Tsutomu Hamada, Masahiro Takagi
Biotechnol. Bioeng., 99, 753-763 (2008). doi
13.: 液適からの細胞サイズ非対称リポソーム形成
"Construction of asymmetric cell-sized lipid vesicles from lipid-coated water-in-oil micro-droplets"
Tsutomu Hamada, Yoko Miura, Yuuki Komatsu, Yuko Kishimoto, Mun’delanji Vestergaard, Masahiro Takagi
J. Phys. Chem. B, 112, 14678-14681 (2008). doi

脂質でおおわれた油中水滴を自発的に水相に移行させる実験系を開発し、生細胞膜同様の非対称な脂質組成分布を実現しました。
12.: アミロイド凝集体の熱運動直接観察
"Detection of Alzheimer’s amyloid beta aggregation by capturing molecular trails of individual assemblies"
Mun'delanji Vestergaard, Tsutomu Hamada, Masato Saito, Yoshifumi Yajima, Motonori Kudou, Eiichi Tamiya, Masahiro Takagi
Biochem. Biophys. Res. Commun., 377, 725-728 (2008). doi
11.: 脂質膜との相互作用によるタンパク質構造転移
"Effect of Phospholipids on conformational structure of bovine pancreatic trypsin inhibitor (BPTI) and its thermolabile mutants"
Naoshige Izumikawa, Shingo Nishikori, Mun'delanji Vestergaard, Tsutomu Hamada, Yoshihisa Hagihara, Noboru Yumoto, Kentaro Shiraki, Masahiro Takagi
Biopolymers, 89, 873-880 (2008). doi
10.: ラフト様ドメインのエンドサイトーシス変形
"Dynamic Processes in Endocytic Transformation of a Raft-Exhibiting Giant Liposome"
Tsutomu Hamada, Yoko Miura, Ken-ichi Ishii, Sumiko Araki, Kenichi Yoshikawa, Mun’delanji Vestergaard, and Masahiro Takagi
J. Phys. Chem. B, 111, 10853-10857 (2007). doi
»動画：人工エンドサイトーシス

細胞の代表的な動的機能である小胞形成ダイナミクス（エンドサイトーシス機能）を、タンパク質の助けなく工学的に再現しました。膜ドメインを有する人工膜に余剰膜面積を与えると、ドメインが自発的に出芽小胞を形成します。膜面の弾性エネルギーとドメイン境界エネルギーを考慮に入れた理論モデルを考案し、ダイナミクスの物理機構を説明しました。これにより、細胞膜自体の力学的性質が、均一サイズの出芽小胞を生み出す特性を備えている事が明らかになりました。
09.: リン脂質w/oエマルションによるマイクロリアクター
"Manipulation of Cell-Sized Phospholipid-Coated Microdroplets and Their Use as Biochemical Microreactors"
M. Hase, A. Yamada, T. Hamada, D. Baigl, K. Yoshikawa
Langmuir, 23, 348-352 (2007). doi
08.: リン脂質ベシクルの自発的界面移行
"Spontaneous Transfer of Phospholipid-Coated Oil-in-Oil and Water-in-Oil Micro-Droplets through an Oil/Water Interface"
A. Yamada, T. Yamanaka, T. Hamada, M. Hase, K. Yoshikawa, D. Baigl
Langmuir, 22, 9824-9828 (2006). doi
07.: 油水界面を介したリン脂質ベシクルの可逆的輸送
"Transport of a cell-sized phospholipid micro-container across water/oil interface"
Masahiko Hase, Ayako Yamada, Tsutomu Hamada, Kenichi Yoshikawa
Chem. Phys. Lett. 426, 441-444 (2006). doi
06.: 巨大リポソーム上相分離ドメインの成長ダイナミクス
"Domain Growth Kinetics in a Cell-sized Liposome"
Daisuke Saeki, Tsutomu Hamada, Kenichi Yoshikawa
J. Phys. Soc. Jpn., 75, 013602 (2006). doi
»PDF (JAIST Repository)
»動画：ドメイン成長
05.: リポソーム形態の光スイッチ
"Reversible photoswitching in a cell-sized vesicle"
Tsutomu Hamada, Yuko T. Sato, Takeshi Nagasaki, Kenichi Yoshikawa
Langmuir, 21, 7626-7628 (2005). doi
»動画：出芽変形の光制御
»動画：stomatocyte-prolate転移の光制御

光応答性分子を人工膜に埋め込み、膜小胞形態を可逆的に光制御することに成功しました。光学顕微鏡観察およびLangmuir単分子膜実験を組み合わせ、光による膜面積変化を測定し、分子メカニズムを明らかにしました。これにより、生体膜中に存在する高分子のコンフォメーション変化が、マクロな膜形態と結合する事が分かりました。
04.: 環状ＤＮＡの折り畳み転移と荷電コロイド形成
"Folding transition into a loosely collapsed state in plasmid DNA as revealed by single-molecule observation"
Yuko T. Sato, Tsutomu Hamada, Koji Kubo, Ayako Yamada, Tsunao Kishida, Osam Mazda, Kenichi Yoshikawa
FEBS Letters, 579, 3095-3099 (2005). doi
03.: 非平衡条件下における油滴の自発的運動
"Self-running droplet: Emergence of regular motion from nonequilibrium noise"
Yutaka Sumino, Nobuyuki Magome, Tsutomu Hamada, Kenichi Yoshikawa
Phys. Rev. Lett., 94, 068301 (2005). doi
Nature, 433, 693 (2005). news and views
02.: 固液界面におけるベシクル膜剥離ダイナミクス
"Peeling Kinetics of giant multilamellar vesicles on a solid-liquid interface"
Tsutomu Hamada and Kenichi Yoshikawa
Chem. Phys. Lett., 396, 303-307 (2004). doi
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01.: 細胞サイズリポソーム内での遺伝子発現反応
"Gene Expression Within Cell-Sized Lipid Vesicles"
S-i. M. Nomura, K. Tsumoto, T. Hamada, K. Akiyoshi, Y. Nakatani, K. Yoshikawa
ChemBioChem, 4, 1172-1175 (2003). doi

その他

著書

"ベシクルの複合化による人工細胞構築の新展開"

下林俊典，濵田勉
人工細胞の創製とその応用 (シーエムシー出版),第2章/第4節,pp 67-74 (2017/1).出版社HP

"人工細胞の設計"

執行航希，鈴木由衣，濵田勉
材料表面の親水・親油の評価と制御設計 (株式会社テクノシステム),第8章/第6節,pp 507-514 (2016/7).出版社HP

"Self-organization of Nanoparticle-Membrane Systems: Reconstitution of Cell Migration"

Ken H. Nagai, Tsutomu Hamada
Bottom-Up Self-Organization in Supramolecular Soft Matter (Springer), Chapter 11, pp 259-270 (2015).doi

"Lipids, Cholesterol, and Oxidized Cholesterol in Alzheimer Amyloid Beta-Mediated Neurotoxicity"

Mun'delanji C. Vestergaard, Masamune Morita, Tsutomu Hamada, and Masahiro Takagi
Metabolic syndrome and neurological disorders (Wiley), pp.163-178 (2013/12).

"巨大リポソームの界面活性剤誘起ダイナミクス"

高木昌宏，濱田勉，萩原秀幸，辻野義雄
ナノ融合による先進バイオデバイス (シーエムシー出版), 第2章/第2節, pp.58-70 (2011/11).

"細胞模倣非対称２分子膜リポソームの構築"

濱田勉，小松佑規，高木昌宏
シングルセル解析の最前線 (シーエムシー出版), 第3章/第3節, pp.149-157 (2010/3).

解説

"脂質2分子膜の力学応答-浸透圧膨張ストレスと相分離挙動-"

濵田勉
Colloid & Interface Communication, Vol.47, No.1, pp.20 (2022).

"光に応答する遺伝子デリバリーシステム"

長崎健、濵田勉
レーザー研究, Vol.45, No.11, pp.696-700 (2017). PDF

"人工細胞膜のダイナミクス解析と構造制御"

濵田勉
応用物理, Vol.86, No.10, pp.875-880 (2017). PDF

"人工細胞システムの創成と構造制御"

濵田勉、市川正敏
生化学, Vol.86, No.2, pp.209-213 (2014). PDF

"人工細胞の創出に向けた脂質膜インターフェース設計"

濵田勉
Colloid and Interface Communication (C & I Commun), Vol.39, No.3, 26-27 (2014).

"脂質膜へテロ界面はナノ物質をサイズ依存的に識別する"

濱田勉
生物物理, Vol.53, No.4, pp.210-211 (2013/8). PDF

"ナノ粒子－生体膜相互作用の解析：細胞サイズリポソームを用いた物理化学的アプローチ"

濱田勉
BIO INDUSTRY 特集「ナノメディシン最前線」 (シーエムシー出版), Vol.30, No.6, pp.48-53 (2013/6).
»PDF (JAIST Repository)

"ジャイアントリポソームを用いた細胞機能解析"

濱田勉
薬剤学, Vol.72, No.4, pp.211-214 (2012).
»PDF (JAIST Repository)

"脂質ベシクルの形状安定性と変形ダイナミクス"

濱田勉
月刊機能材料特集「ソフトマター研究の最前線」 (シーエムシー出版), Vol.30, No.7, pp.50-55 (2010/7).
»PDF (JAIST Repository)

"細胞サイズリポソームの新しい作成法とその応用"

山田彩子，濱田勉，吉川研一
生物物理, Vol.49, pp.256-259 (2009). doi
»PDF (JAIST Repository)

"巨大リポソームの顕微鏡直接観察"

濱田勉
生命化学研究レター 「生命化学研究法」, No.28, pp.27-31 (2008).

"生体モデル膜ラフトドメインの動的構造"

濱田勉、高木昌宏
化学と生物, Vol.45, No.6, pp.436-438, (2007).

特許

"強制的凝集現象を利用した細胞構造体へのゲスト物質導入方法"

執行航希、永井健、濵田勉
特願2016-136138

"ナノ物質の凝集をコントロールする方法およびナノリスク評価方法"

濵田勉、水野志野、執行航希
特願2014-167052

"刺激性評価方法"

高木昌宏、濱田勉、萩原秀幸
特願2011-110294 / 特開2012-242155

"光応答性リポソーム及び光応答性リポソームを利用した物質の運搬方法"

濱田勉、高木昌宏、長崎健
特願2010-42688 / 特開2011-178689

"マイクロ液滴の作製方法"

濱田勉、高木昌宏、小松佑規
特願2009-234643 / 特開2011-080916

"リポソーム及びその作製方法"

高木昌宏、濱田勉、三浦陽子
特願2008-110455 / 特開2009-255019

"リポソームの製造方法"

長谷政彦、山田彩子、濱田勉、吉川研一
特願2006-021911 / 特開2007-204382

受賞

2016/11/28

"日本生物物理学会第１２回若手奨励賞"　

永井健
研究題目：様々な回転する自走粒子の集団運動

2016/03/16

"第七回新学術領域分子ロボティクス領域会議　若手ディスカッション賞"　

執行航希
研究題目：細胞膜マニュピレーションを目指した膜吸着粒子の拡散解析
»大学ニュース

2016/03/16

"第七回新学術領域分子ロボティクス領域会議　若手激励賞"　

鈴木由衣
研究題目：光で融合するリポソーム
»大学ニュース

2014/03/28

"日本物理学会第８回若手奨励賞"　

濵田勉
研究題目：細胞モデル膜小胞の時空間ダイナミクスと機能制御
領域12（ソフトマター物理・化学物理・生物物理）
»学会HP
»大学ニュース

新聞報道

2012/09/07

北國新聞　「ナノ粒子小さいほど細胞内へ」
北陸中日新聞　「ナノ粒子小さいほど体へ」
日刊工業新聞　「ナノ粒子細胞吸着の観察成功」

2005/03/08

京都新聞　「油滴-階段を上り水車も回す」

2004/01/09

京都新聞など（共同通信ニュース）　「本格的人工細胞を作製」

研究業績

論文（濵田）

2020年～

"Shear-Induced Nonequilibrium Patterns in Lipid Bilayer Membranes Exhibiting Phase Separation"

"Physical Concept to Explain the Regulation of Lipid Membrane Phase Separation under Isothermal Conditions" Review

"Domain dynamics of phase-separated lipid membranes under shear flow"

"Self‐Emergent Protocells Generated in an Aqueous Solution with Binary Macromolecules through Liquid‐Liquid Phase Separation"

"Control of Lipid Bilayer Phases of Cell-Sized Liposomes by SurfaceEngineered Plasmonic Nanoparticles"

"Osmotic-Tension-Induced Membrane Lateral Organization"

"Ion transportation by Prussian blue nanoparticles embedded in a giant liposome"

2010-2019年

"Hydrophobic Polyampholytes and Nonfreezing Cold Temperature Stimulate Internalization of Au Nanoparticles to Zwitterionic Liposomes"

"Mechano-Sensitive Synthetic Ion Channels"

"Lateral Tension-Induced Penetration of Particles into a Liposome"

"Photo-induced fusion of lipid bilayer membranes"

"Lateral diffusion of a submicron particle on a lipid bilayer membrane"

"Penetration of Oxidized Carbon Nanospheres through Lipid Bilayer Membrane: Comparison to Graphene Oxide and Oxidized Carbon Nanotubes, and Effects of pH and Membrane Composition"

"Phase Diagrams and Ordering in Charged Membranes: Binary Mixtures of Charged and Neutral Lipids"

"Synthesis and Thermal Responses of Polygonal Poly(ethylene glycol) Analogues"

"Coupling between pore formation and phase separation in charged lipid membranes"

"Shape Effect on Particle-Lipid Bilayer Membrane Association, Cellular Uptake and Cytotoxicity"

"Molecular behavior of DNA in a cell-sized compartment coated by lipids"

"Bringing macromolecules into cells and evading endosomes by oxidized carbon nanoparticles"

"Ag/FeCo/Ag Core/shell/shell Magnetic Nanoparticles with Plasmonic Imaging Capability"

"Charge-induced phase separation in lipid membranes"

"Thermodriven Micrometer-Scale Aqueous-Phase Separation of Amphiphilic Oligoethylene Glycol Analogues"

"Micrometer-Size Vesicle Formation Triggered by UV Light"

"Endo- and Exocytic Budding Transformation of Slow-Diffusing Membrane Domains Induced by Alzheimer’s Amyloid Beta"

"Entry of a cationic lytic-type peptide into the cytoplasm via endocytosis-dependent and -independent pathways in human glioma U251 cells"

"Dynamical formation of lipid bilayer vesicles from lipid-coated droplets across a planar monolayer at an oil/water interface"

"The effect of oxysterols on the interaction of Alzheimer's amyloid beta with model membranes"

"Dynamic Morphological Changes Induced By GM1 and Protein Interactions on the Surface of Cell-Sized Liposomes"

"Antimicrobial activity and mechanism of action of a novel cationic α-helical dodecapeptide, a partial sequence of cyanate lyase from rice"

"Membrane fusion and vesicular transformation induced by Alzheimer's Amyloid beta"

"Cell-Sized Liposomes and Droplets: Real-World Modeling of Living Cells" Review

"Ion Permeation by a Folded Multiblock Amphiphilic Oligomer Achieved by Hierarchical Construction of Self-Assembled Nanopores "

"Size-dependent partitioning of nano/micro-particles mediated by membrane lateral heterogeneity"

"Thermo-induced vesicular dynamics of membranes containing cholesterol derivatives"

"Selective localization of Alzheimer's amyloid beta in membrane lateral compartments"

"Physicochemical profiling of surfactant-induced membrane dynamics in a cell-sized liposome"

"Lateral phase separation in tense membranes"

"Photochemical control of membrane raft organization"

"The Effect of Oxycholesterols on Thermo-sensitivity of Lipid Vesicles"

"A Possible Mechanism of Cholesteryl Glucoside Formation Involved in Heat Shock Response in the Animal Cell Membrane"

"Mimicking Multipass Transmembrane Proteins: Synthesis, Assembly and Folding of Alternating Amphiphilic Multiblock Molecules in Liposomal Membranes"

"Cholesterol, Lipids, Amyloid Beta, and Alzheimer's" Review

"Membrane disc and sphere: controllable mesoscopic structures for the capture and release of a targeted object"

"Biomimetic microdroplet membrane interface:detection of the lateral localization of amyloid beta peptides"

"Dynamic response of a cholesterol-containing model membrane to oxidative stress"

"Real-time observation of model-membrane dynamics induced by Alzheimer's amyloid beta"

2003-2009年

"Rhythmic pore dynamics in a shrinking lipid vesicle"

"Dynamic behaviors of giant liposomes at desired osmotic pressures"

"Reversible Control of Exo- and Endo-Budding Transitions in a Photosensitive Lipid Membrane"

"Artificial-cellular computing"

"The conjugation of diphtheria toxin T domain to poly(ethylenimine)based vectors forenhanced endosomal escape during gene transfection"

"Using Model Membranes for the Study of Amyloid beta:Lipid Interactions and Neurotoxicity" Review

"Construction of asymmetric cell-sized lipid vesicles from lipid-coated water-in-oil micro-droplets"

"Detection of Alzheimer’s amyloid beta aggregation by capturing molecular trails of individual assemblies"

"Effect of Phospholipids on conformational structure of bovine pancreatic trypsin inhibitor (BPTI) and its thermolabile mutants"

"Dynamic Processes in Endocytic Transformation of a Raft-Exhibiting Giant Liposome"

"Manipulation of Cell-Sized Phospholipid-Coated Microdroplets and Their Use as Biochemical Microreactors"

"Spontaneous Transfer of Phospholipid-Coated Oil-in-Oil and Water-in-Oil Micro-Droplets through an Oil/Water Interface"

"Transport of a cell-sized phospholipid micro-container across water/oil interface"

"Domain Growth Kinetics in a Cell-sized Liposome"

"Reversible photoswitching in a cell-sized vesicle"

"Folding transition into a loosely collapsed state in plasmid DNA as revealed by single-molecule observation"

"Self-running droplet: Emergence of regular motion from nonequilibrium noise"

"Peeling Kinetics of giant multilamellar vesicles on a solid-liquid interface"

"Gene Expression Within Cell-Sized Lipid Vesicles"

その他

著書