三元系ポリイオンコンプレックスを用いた全身投与型光応答性遺伝子ベクターの開発

• Project/Area Number: 11J08266
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Biomedical engineering/Biological material science
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 野本 貴大 東京大学, 大学院工学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2011 – 2013
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000); Fiscal Year 2013: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2012: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
• Keywords: 遺伝子デリバリー / ポリイオンコンプレックス / 高分子ミセル / ポリエチレングリコール / photochemical internalization / デンドリマー / 光増感剤 / ナノキャリア / ドラックデリバリーシステム / 生体イメージング / 共焦点レーザ顕微鏡

Research Abstract

本年度は、まず光応答性遺伝子ベクターの物性をより詳細に明らかにするために、光増感剤を搭載していない状態のポリイオンコンプレックスミセルを、ABC型トリブロック共重合体
PEG-poly{N-[N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl] aspartamide}-poly (L-lysine)(PEG-PAsp (DET)-PLys)とプラスミドDNA (pDNA)の混合比を変えて調製し、その構造を透過型電子顕微鏡により評価した。その結果、カチオンの量が増えることでpDNAの形状がスフィア状からロッド状に変化した。また、光増感剤を加えた状態でのポリイオンコンプレックスミセル(光応答性遺伝子ベクター)においても、光増感剤の量に依存してpDNAのロッドの長さが変化したことから、PAsp (DET)が中間層を形成してそこに光増感剤が搭載されていることが強く示唆された。
次に、光応答性遺伝子導入のコンセプトをより明確に実証するため、今までのHeLa細胞に対する遺伝子導入の評価に加えて、HCT116細胞に対する遺伝子導入効率の評価も行った。その結果、HCT116培養細胞に対しても、光応答性遺伝子ベクターは光照射下で遺伝子導入効率を飛躍的に上昇させることが明らかになり、さらに重要なことに、マウスのHCT116皮下腫瘍モデルに対しても全身投与後の光に応答した遺伝子の導入に成功した。全身投与後の光応答性遺伝子導入に成功したのは本研究が世界で初めてである。本研究で開発した光応答性遺伝子ベクターを応用することで、がんや動脈硬化などの難治性疾患に対する低侵襲的な治療方法が開発できるものと期待される。

Strategy for Future Research Activity

(抄録なし)

Research Products

• [Journal Article] Three-layered polyplex micelle as a multifunctional nanocarrier platform for light-induced systemic gene transfer (2014)
  • Author(s): T. Nomoto, S. Fukushima, M. Kumagai, K. Machitani, Arnida, Y. Matsumoto, M. Oba, K. Miyata, K. Osada, N. Nishiyama, K. Kataoka
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 5 Issue: 1 Pages: 3545-3545
  • DOI: 10.1038/ncomms4545
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Silica nanogelling of env i ronment-re spons i ve PEGylated polyplexes for enhanced stability and intracellular delivery of siRNA (2013)
  • Author(s): N. Gouda, K. Miyata, R. J. Christie, T. Suma, A. Kishimura, S. Fukushima, T. Nomoto, X. Liu, N Nishivama K Kataoka
  • Journal Title: Biomaterials Volume: 34(2) Pages: 562-570
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A toolbox of differently sized and labeled PMMA nanoparticles for cellular uptake investigations (2013)
  • Author(s): A. Vollrath, A. Schallon, C. Pietsch, S. Schubert, T. Nomoto, Y. Matsumoto, U. S. Schubert, K. Kataoka
  • Journal Title: Soft Matter Volume: 9(1) Issue: 1 Pages: 99-108
  • DOI: 10.1039/c2sm26928g
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Targeted polymeric micelles for siRNA treatment of experimental cancer by intravenous injection (2012)
  • Author(s): R. J. Christie, Y. Matsumoto, K. Miyata, T. Nomoto, S. Fukushima, K. Osada, J. Halnaut, F. Pittella, H. -J. Kim, N. Nishiyama, K. Kataoka
  • Journal Title: ACS Nano Volume: 6(6) Issue: 6 Pages: 5174-5189
  • DOI: 10.1021/nn300942b
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evaluation of the Dynamics of Drug Delivery Systems (DDS) Using Intravital Real-Time Confocal Laser Scanning Microscopy (2012)
  • Author(s): T. Nomoto, Y. Matsumoto, K. Toh, R. J. Christie, K. Miyata, M. Oba, H. Cabral, M. Murakami, S. Fukushima, N. Nishiyama, K. Kataoka
  • Journal Title: Yakugaku Zasshi Volume: 132 Pages: 1347-1354
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] In situ quantitative monitoring of polyplexes and polyplex Micelles in the blood circulation using intravital real-time confocal laser scanning microscopy (2011)
  • Author(s): T.Nomoto, Y.Matsumoto, K.Miyata, M.Oba, S.Fukushima, N.Nishiyama, T.Yamasoba, K.Kataoka
  • Journal Title: J.Control.Release Volume: 151(2) Issue: 2 Pages: 104-109
  • DOI: 10.1016/j.jconrel.2011.02.011
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of polymer structure on micelles formed between siRNA and cationic block copolymer Comprising thiols and amidines (2011)
  • Author(s): R.J.Christie, K.Miyata, Y.Matsumoto, T.Nomoto, D.Menasco, T.-C.Lai, M.Pennisi, K.Osada, S.Fukushima, N.Nishiyama, Y.Yamasaki, K.Kataoka
  • Journal Title: Biomacromolecules Volume: 12(9) Pages: 3174-3185
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Disulfide crosslinked polyion complex micelles encapsulating dendrimer phthalocyanine directed to improved efficiency of photodynamic therapy (2011)
  • Author(s): S.Herlambang, M.Kumagai, T.Nomoto, S.Horie, S.Fukushima, M.Oba, K.Miyazaki, Y.Morimoto, N.Nishiyama, K.Kataoka
  • Journal Title: J.Control.Release Volume: 155(3) Pages: 449-457
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] PEG-detachable cationic polyaspartamide detivatives bearing stearoyl moieties for systemic siRNA delivery toward subcutaneous BxPC3 pancreatic tumor (2011)
  • Author(s): H.-J.Kim, M.Oba, F.Pittella, T.Nomoto, H.Cabral, Y.Matsumoto, K.Miyata, N.Nishiyama, K.Kataoka
  • Journal Title: J.Drug Target. Volume: 20(1) Pages: 33-42
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 生体内リアルタイム共焦点顕微鏡 (2011)
  • Author(s): 松本有、野本貴大、藤加珠子、片岡一則
  • Journal Title: Drug Delivery System Volume: 26(5) Pages: 535-539
• [Presentation] 光選択的遺伝子導入を可能とする全身投与型三層構造高分子ミセル (2013)
  • Author(s): 野本貴大、福島重人、熊谷康顕、町谷香織、松本有、大庭誠、宮田完二郎、長田健介、西山伸宏、片岡一則
  • Organizer: 第62回高分子討論会
  • Place of Presentation: 金沢大学角間キャンパス(石川県)
  • Year and Date: 2013-09-11
• [Presentation] Polymeric Micellar Nanocarriers for Systemic Light-Induced Gene Delivery (2013)
  • Author(s): Takahiro Nomoto, Shigeto Fuku shima, Michiaki Kumagai, Kaori Machitani, Kanjiro Miyata, Makoto Oba, Yu Matsumoto, Kensuke Osada, Nobuhiro Nishiyama, Kazunori Kataoka
  • Organizer: 第13回生命科学シンポジウムBioUT2013
  • Place of Presentation: 東京大学伊藤国際学術研究センター(東京都文京区)
  • Year and Date: 2013-06-08
• [Presentation] A Light-respons ive Nanodevice for Systemic Gene Delivery (2013)
  • Author(s): Takahiro Nomoto, Shigeto Fukushima, Michiaki Kumagai, Kaori Machitani, Kanjiro Miyata, Makoto Oba, Yu Matsumoto, Kensuke Osada, Nobuhiro Nishiyama, Kazunori Kataoka
  • Organizer: 16th International Symposium on Recent Advances in Drug Delivery Systems
  • Place of Presentation: Salt Lake City, Utah, USA
  • Year and Date: 2013-02-04
• [Presentation] 光で細胞内動態を制御する高分子ミセル型ナノデバイス (2012)
  • Author(s): 野本貴大, 福島重人, 熊谷康顕, 町谷香織, 宮田完二郎, 松本有, 大庭誠, 長田健介, 西山伸宏, 片岡一則
  • Organizer: 第34回日本バイオマテリアル学会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター、 宮城
  • Year and Date: 2012-11-26
• [Presentation] A Light-responsive Nanodevice Based on Photochemical Internalization (2012)
  • Author(s): Takahiro Nomoto, Shigeto Fukushima, Michiaki Kumagai, Kaori Machitani, Kanjiro Miyata, Makoto Oba, Yu Matsumoto, Kensuke Osada, Nobuhiro Nishiyama, Kazunori Kataoka
  • Organizer: 6th Annual Symposium on Nanobiotechnology
  • Place of Presentation: 芝蘭会館, 京都
  • Year and Date: 2012-11-08
• [Presentation] 生体内リアルタイム共焦点顕微鏡を用いたポリイオンコンプレックスの定量的血中動態評価 (2012)
  • Author(s): 野本貴大、 松本有、 宮田完二郎、 大庭誠、 福島重人、 西山伸宏、 片岡一則
  • Organizer: 第28回日本DDS学会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター、 北海道
  • Year and Date: 2012-07-04
• [Presentation] リアルタイム生体内共焦点レーザ顕微鏡を用いたDDSの動態評価法 (2012)
  • Author(s): 野本貴大、松本有、藤加珠子、宮田完二郎、大庭誠、カブラルオラシオ、村上真美、福島重人、西山伸宏、片岡一則
  • Organizer: 日本薬学会第132年会
  • Place of Presentation: 北海道札幌
  • Year and Date: 2012-03-30
• [Presentation] Quantitative evaluation of dynamic states of polyplexes and polyplex micelles in bloodstream using intravital real-time confocal laser scanning Microscopy (2011)
  • Author(s): Takahiro Nomoto, Yu Matsumoto, Kanjiro Miyata, Makoto Oba, Shigeto Fukushima, Nobuhiro Nishiyama, Kazunori Kataoka
  • Organizer: The 11th US-Japan Symposium on Drug Delivery Systems
  • Place of Presentation: Maui, Hawaii, U.S.A
  • Year and Date: 2011-12-20
• [Presentation] A Photo-activated Nanodevice Having Three Functional Compartments for Efficient Gene Delivery (2011)
  • Author(s): Takahiro Nomoto, Shigeto Fukushima, Michiaki Kumagai, Kanjiro Miyata, Yu Matsumoto, Makoto Oba, Woo-dong Jang, Nobuhiro Nishiyama, Kazunori Kataoka
  • Organizer: Seoul Nano Health Symposium 2011
  • Place of Presentation: Seoul, South Korea
  • Year and Date: 2011-11-18
• [Presentation] In Situ Monitoring of Drug Delivery Systems Using Intravital Real-time Confocal Laser Scanning Microscopy (2011)
  • Author(s): Takahiro Nomoto, Yu Matsumoto, Kanjiro Miyata, Makoto Oba, Shigeto Fukushima, Horacio Cabral, Mami Murakami, Nobuhiro Nishiyama, Kazunori Kataoka
  • Organizer: Seoul Nano Health Symposium 2011
  • Place of Presentation: Seoul, South Korea
  • Year and Date: 2011-11-18
• [Presentation] Quantitative Monitoring of Polyplexes and Polyplex Micelles in Bloodstream Using Intravital Real-time Confocal Laser Scanning Microscopy (2011)
  • Author(s): Takahiro Nomoto, Yu Matsumoto, Kanjiro Miyata, Makoto Oba, Shigeto Fukushima, Nobuhiro Nishiyama, Kazunori Kataoka
  • Organizer: CRS 38th Annual Meeting
  • Place of Presentation: Maryland, U.S.A.
  • Year and Date: 2011-08-03
• [Book] Cancer Targeted Drug Delivery (2013)
  • Author(s): Y. Matsumoto, T. Nomoto, K. Toh, H. Cabral, M. Murakami, R. J. Christie, H. J. Kim, T. Ogura, K. Miyata, N. Nishiyama, T. Yamasoba, K. Kataoka
  • Total Pages: 720
  • Publisher: Springer
• [Remarks]
  • URL: http://www.bmw.t.u-tokyo.ac.jp/hdex.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.bmw.t.u-tokyo.ac.jp
• [Remarks]
  • URL: http://www.bmw.t.u-tokyo.ac.jp/index.html