薬剤輸送システム応用に向けた層状複水酸化物の形態制御と細胞輸送機構の解明

• Project/Area Number: 12J09298
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Functional materials/Devices
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 田中 みゆき 東北大学, 大学院環境科学研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2012 – 2013
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000); Fiscal Year 2013: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2012: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 層状複水酸化物 / 蛍光色素 / 細胞 / 共焦点顕微鏡 / 有機無機複合体 / 細胞内動態

Research Abstract

本研究の目的は, 粘土鉱物の一種である層状複水酸化物(Layered Double Hydroxide : LDH)の薬剤輸送システム応用に向け, 細胞内での薬剤輸送挙動を解明することである. 本年度に達成した実績は以下の通りである.
1)LDHの機能性(蛍光特性)付与 : Pyranine/LDH複合体について
新規ゲスト分子としてアニオン性蛍光色素Pyranineをゲスト分子とした複合体Pyranine/LDHを合成し, 各種特性解析を行った. その結果, Pyranine/LDHは強い緑色発光強度および低い細胞毒性を示し, ゲスト分子Pyrallineの細胞輸送を促進することが明らかとなった. したがって, Pyranine/LDHの細胞内蛍光プローブとしての有用性が示されたと言える.
2)LDH細胞内輸送挙動の観察 : ライブセルイメージングによる細胞内動態の観察について
1)で合成されたPyranine/LDHを用い, 共焦点レーザー顕微鏡を用いたライブセルイメージングにより, Pyranine/LDHナノ複合体の細胞内動態の観察を行った.
まず, 細胞内に輸送されたPyranine/LDHが, 細胞内小胞(エンドソーム)から細胞質にゲスト分子Pyranineを放出する様子がリアルタイムで観察された. さらにエンドソーム内でのLDH粒子の溶解挙動も観察されたことから, LDHの溶解に伴ってエンドソームの破裂が起きたと考えられる. したがって, LDHはエンドソームリリース機能をもつ有用な薬剤輸送担体として応用可能であると言える.
また, 細胞核へPyranine/LDH粒子が輸送される様子もリアルタイムで観察された. これより, LDH粒子のドラッグデリバリーシステムへの応用において, 細胞核への輸送を前提とした輸送担体としてのLDHの新たな設計指針が提示されたと言える.

Strategy for Future Research Activity

(抄録なし)

Research Products

• [Journal Article] Mg-Al系層状複水酸化物へのフルオレセインのインターカレーションに及ぼす合成条件の影響(Effect of Synthesis Condition on Intercalation Behavior of Fluorescein into Mg-Al Layered Double Hydroxide) (2013)
  • Author(s): Miyuki Tanaka, Sumio Aisawa, Hidetoshi Hirahara, Eiichi Narita, Qiang Dong, Shu Yin, Tsugio Sato
  • Journal Title: Journal of the Society of Inorganic Materials, Japan Volume: 20 Pages: 359-367
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Intracellular release of fluorescein anion from layered doublehydroxide nanoparticles indicating endosomal escape (2013)
  • Author(s): Miyuki Tanaka, Sumio Aisawa, Hidetoshi Hirahara, Eiichi Narita, Qiang Dong, Shu Yin, Tsugio Sato
  • Journal Title: IOP Conference Series : Materials Science and Engineering Volume: 47 Pages: 0120061-6
  • DOI: 10.1088/1757-899x/47/1/012006
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cellular uptake behavior of fluorescein - intercalated layered double hydroxide (2012)
  • Author(s): Miyuki Tanaka, Sumio Aisawa, Hidetoshi Hirahara, Eiichi Narita, Shu Yin, Tsugio Sato
  • Journal Title: Functional Materials Letter Volume: 5 Issue: 02 Pages: 1260003-1260003
  • DOI: 10.1142/s179360471260003x
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 蛍光色素/層状複水酸化物ナノ複合体の細胞内移行過程 (2013)
  • Author(s): 田中みゆき, 會澤純雄, 平原英俊, 成田榮一, 董 強, 殷 シュウ, 佐藤次雄
  • Organizer: 平成25年度日本セラミックス協会東北北海道支部研究発表会
  • Place of Presentation: 長岡グランドホテル
  • Year and Date: 2013-10-25
• [Presentation] Observation of intracellular dynamic state of layered doublehydroxide nanocomposite (2013)
  • Author(s): Miyuki Tanaka, Sumio Aisawa, Hidetoshi Hirahara, Eiichi Narita, Qiang Dong, Shu Yin, Tsugio Sato
  • Organizer: Internal Symposium for the 70^<th> Anniversary of the Tohoku Branch of the Chemical Society of Japan
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2013-09-29
• [Presentation] 層状複水酸化物ナノ複合体の細胞内移行過程の観察 (2013)
  • Author(s): 田中みゆき, 會澤純雄, 平原英俊, 成田榮一, 董 強, 殷 シュウ, 佐藤次雄
  • Organizer: 第57回粘土科学討論会
  • Place of Presentation: 高知市文化プラザかるぽーと
  • Year and Date: 2013-09-05
• [Presentation] Intracellular dynamic state of the fluorescent layered doublehydroxide nanocomposite (2013)
  • Author(s): Miyuki Tanaka, Sumio Aisawa, Hidetoshi Hirahara, Eiichi Narita, Qiang Dong, Shu Yin, Tsugio Sato
  • Organizer: 17^<th> International Symposium on Intercalation Compounds (ISIC17)
  • Place of Presentation: 仙台国際センター
  • Year and Date: 2013-05-13
• [Presentation] Intracellular dynamic state of the fluorescent layered doublehydroxide nanoparticles (2013)
  • Author(s): Miyuki Tanaka, Sumio Aisawa, Hidetoshi Hirahara, Eiichi Narita, Qiang Dong, Shu Yin, Tsugio Sato
  • Organizer: International Symposium on Materials Chemistry of Intercalation Compounds (MCIC2013)
  • Place of Presentation: 早稲田大学
  • Year and Date: 2013-05-11
• [Presentation] 層状複水酸化物ナノ複合体の細胞内動態 (2013)
  • Author(s): 田中みゆき・會澤純雄・平原英俊・成田榮一・董強・殷シュウ・佐藤次雄
  • Organizer: 日本化学会第93春季年会(2013)
  • Place of Presentation: 立命館大学
  • Year and Date: 2013-03-23
• [Presentation] 蛍光色素/層状複水酸化物ナノ複合体の細胞内移行過程の観察 (2013)
  • Author(s): 田中みゆき・會澤純雄・平原英俊・成田榮一・董強・殷シュウ・佐藤次雄
  • Organizer: 平成24年度東北大学研究所連携プロジェクト成果報告会
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2013-02-05
• [Presentation] 層状複水酸化物ナノ複合体の細胞内移行過程 (2012)
  • Author(s): 田中みゆき・會澤純雄・平原英俊・成田榮一・董強・殷シュウ・佐藤次雄
  • Organizer: 多元研NIMS合同シンポジウム
  • Place of Presentation: 物質・材料研究機構
  • Year and Date: 2012-11-22
• [Presentation] pH応答性を持つ蛍光色素/層状複水酸化物ナノ複合体の合成とその細胞内動態 (2012)
  • Author(s): 田中みゆき・會澤純雄・平原英俊・成田榮一・殷シュウ・佐藤次雄
  • Organizer: 平成24年度日本セラミックス協会東北北海道支部研究発表会
  • Place of Presentation: 岩手大学
  • Year and Date: 2012-11-09
• [Presentation] フルオレセイン/層状複水酸化物ナノ複合体を用いた細胞内輸送挙動の観察 (2012)
  • Author(s): 田中みゆき・會澤純雄・平原英俊・成田榮一・殷シュウ・佐藤次雄
  • Organizer: 第2回CSJ化学フェスタ2012
  • Place of Presentation: 東京工業大学
  • Year and Date: 2012-10-16
• [Presentation] Observation of cellular uptake behavior of layered double hydroxide nan oparticles which has visualization probe characteristic (2012)
  • Author(s): Miyuki Tanaka, Sumio Aisawa, Satoshi Takahashi, Hidetoshi Hirahara, Eiichi Narita
  • Organizer: 2nd International Conference on Competitive Materials and Technology Process (ic-cmtp2)
  • Place of Presentation: Hotel Palota, Miskolc-Lilla fared, Hungary.
  • Year and Date: 2012-10-09
• [Presentation] 可視化プローブ特性を有する層状複水酸化物の合成および形態制御 (2012)
  • Author(s): 田中みゆき・會澤純雄・平原英俊・成田榮一・殷シュウ・佐藤次雄
  • Organizer: 日本セラミックス協会第25回秋季シンポジウム
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2012-09-19
• [Presentation] 可視化プローブ特性を有する層状複水酸化物による細胞内移行過程の観察 (2012)
  • Author(s): 田中みゆき・會澤純雄・平原英俊・成田榮一・殷シュウ・佐藤次雄
  • Organizer: 平成24年度化学系学協会東北大会
  • Place of Presentation: 秋田大学
  • Year and Date: 2012-09-15
• [Remarks]
  • URL: http://www.tagen.tohoku.ac.jp/modules/laboratory/index.php?laboid=45
• [Remarks]
  • URL: http://researchmap.jp/moi/
• [Remarks]
  • URL: https://www.researchgate.net/profile/Mivuki_Tanaka2
• [Remarks]
  • URL: http://www.tagen.tohoku.ac.jp/modules/laboratory/index.php?laboid=45
• [Remarks]
  • URL: http://researchmap.jp/moi/