シリコン量子ドットと腹腔鏡を用いた腹膜播種の新規蛍光診断／治療法の一体化開発

• Project/Area Number: 13J05621
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Biofunction/Bioprocess
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 太田 誠一 東京大学, 医学系研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥3,960,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2015: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2014: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2013: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: 胃がん / 腹膜播種 / ヒアルロン酸 / ナノゲル / 蛍光診断 / ドラッグデリバリー / シリコン / 量子ドット / DDS / 腹腔鏡

Outline of Annual Research Achievements

前年度までに、Si量子ドット(Si-QD)に腹膜播種への標的能を付与するために使用予定のシスプラチン担持ヒアルロン酸(HA)ナノゲルが、マウス腹膜播種モデルの播種数を減少させることが確認された。HAは胃がん細胞に過剰発現しているCD44と特異的に結合する性質があるため、腹膜播種を選択的に標的できると期待される。今年度はこの抗腫瘍効果をより詳細に調べるために、HAの分解酵素であるヒアルロニダーゼ(HAse)を用いた検討を行った。その結果、HAseで細胞を前処理することで、HAナノゲルのヒト胃がん由来細胞株への増殖抑制効果が向上することが明らかとなった。これは、CD44と予め結合しているHAが除去され、HAナノゲルが結合できる受容体数が増加したからだと考えられる。この結果は、HAナノゲルがCD44を介した経路で腹膜播種に取り込まれていることを裏付けており、HAナノゲルとHAseとの併用治療の有効性を示唆している。
以上の検討に加え、今後Si-QDの配置を精密に制御しながらHAナノゲル中への封入を行うために、トロント大学においてDNAを用いたナノ粒子の高次構造制御についての研究を行った。これは、ナノ粒子表面にDNAを修飾し、これを粒子間のリンカーとして用いることで、一つの大きな粒子の周りに複数の小さな粒子が衛星の様に連結した粒子の高次構造体(コア-サテライトナノ粒子)を形成させるものである。今年度は蛍光物質やがんへの標的分子を導入したコア-サテライト ナノ粒子を作製し、その形態を特定のDNAに応答して変化させることに成功した。さらに、形態変化に対応して粒子の蛍光特性やがんへの標的能を変化させることが出来た。今後、特定の疾患に関連したDNAに応答してナノ粒子の高次構造体の形態が変化し、その変化に誘起されて診断/治療効果が発現される、といったシステムへと発展していくことが期待される。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] DNA-controlled dynamic colloidal nanoparticle systems for mediating cellular interaction (2016)
  • Author(s): S. Ohta, D. Glancy, and W. C. W. Chan
  • Journal Title: Science Volume: 351 Issue: 6275 Pages: 841-845
  • DOI: 10.1126/science.aad4925
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Production of Cisplatin-Incorporating Hyaluronan Nanogels via Chelating Ligand－Metal Coordination (2016)
  • Author(s): S. Ohta, S. Hiramoto, Y. Amano, M. Sato, Y. Suzuki, M. Shinohara, S. Emoto, H. Yamaguchi, H. Ishigami, Y. Sakai, J. Kitayama, and T. Ito
  • Journal Title: Bioconjugate Chemistry Volume: 27 Issue: 3 Pages: 504-508
  • DOI: 10.1021/acs.bioconjchem.5b00674
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Aggregates of Silicon Quantum Dots as a Drug Carrier: Selective Intracellular Drug Release Based on pH-responsive Aggregation/Dispersion (2015)
  • Author(s): S. Ohta, K. Yamura, S. Inasawa and Y. Yamaguchi
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 51 Issue: 29 Pages: 6422-6425
  • DOI: 10.1039/c5cc00925a
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Enhancing osteogenic differentiation of MC3T3-E1 cells by immobilizing inorganic polyphosphate onto hyaluronic acid hydrogel (2015)
  • Author(s): A. T.H. Wu, T. Aoki, M. Sakota, S. Ohta, S. Ichimura, T. Ito, T. Ushida, and K. S. Furukawa
  • Journal Title: Biomacromolecules Volume: 16 Issue: 1 Pages: 166-173
  • DOI: 10.1021/bm501356c
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Biocompatible Calcium Salt of Hyaluronic Acid Grafted with Polyacrylic Acid (2015)
  • Author(s): Y. Nakagawa, S. Nakasako, S. Ohta, and T. Ito
  • Journal Title: Carbohydrate Polymers Volume: 117 Pages: 43-53
  • DOI: 10.1016/j.carbpol.2014.09.037
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] In situ cross-linkable hydrogel of hyaluronan produced via copper-free click chemistry (2013)
  • Author(s): Akira Takahashi, Yukimitsu Suzuki, Takashi Suhara, Kiyohiko Omichi, Atsushi Shimizu, Kiyoshi Hasegawa, Norihiro Kokudo, Seiichi Ohta, Taichi Ito
  • Journal Title: Biomacromolecules Volume: 14 Issue: 10 Pages: 3581-3588
  • DOI: 10.1021/bm4009606
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Preparation of Uniform-Sized Poly[methacryloxypropyl Tris(trimethylsiloxy)silane] Microspheres via Shirasu Porous Glass Membrane Emulsification Technique (2013)
  • Author(s): Yao-Tong Lai, Seiichi Ohta, Kazuki Akamatsu, Shin-ichi Nakao, Yasuyuki Sakai, Taichi Ito
  • Journal Title: JOURNAL OF CHEMICAL ENGINEERING OF JAPAN Volume: 46 Issue: 11 Pages: 777-784
  • DOI: 10.1252/jcej.13we100
  • NAID: 130003381990
  • ISSN: 0021-9592, 1881-1299
  • Peer Reviewed
• [Presentation] シスプラチン内包ヒアルロン酸ナノゲルの抗腫瘍効果における細胞外マトリクスの影響 (2016)
  • Author(s): 天野由貴、太田誠一、篠原満利恵、酒井康行、伊藤大知
  • Organizer: 化学工学会第81年回
  • Place of Presentation: 関西大学(大阪府 吹田市)
  • Year and Date: 2016-03-13
• [Presentation] 生体膜との相互作用制御を目指したナノ粒子集合体のDNA応答性形態変化 (2015)
  • Author(s): 太田誠一、D. Glancy、 W. C. W. Chan
  • Organizer: 膜シンポジウム2015
  • Place of Presentation: 神戸大学 (兵庫県 神戸市)
  • Year and Date: 2015-11-25
• [Presentation] DNA-mediated shape shift of colloidal nanoparticle superstructures for biomedical applications (2015)
  • Author(s): S. Ohta, D. Glancy, and W. C. W. Chan
  • Organizer: 化学工学会 第47回秋季大会
  • Place of Presentation: 北海道大学(北海道 札幌市)
  • Year and Date: 2015-09-09
• [Presentation] 医療分野への応用を目指した可視―近赤外フルカラー発光Si量子ドットの開発 (2014)
  • Author(s): 太田誠一・伊藤大知・辻佳子・山口由岐夫
  • Organizer: 東京大学先端医療開発フォーラム
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2014-01-24
• [Presentation] 蛍光シリコンナノ粒子の細胞による取り込み過程の制御とイメージング/DDSへの応用 (2013)
  • Author(s): 太田誠一
  • Organizer: 材料化学システム工学討論会2013
  • Place of Presentation: 仙台
  • Invited
• [Presentation] 腹膜播種治療のためのヒアルロン酸ナノゲルの開発 (2013)
  • Author(s): 太田誠一・平本翔大・江本成伸・山口博紀・石神浩徳・北山丈二・伊藤大知
  • Organizer: 第51回 日本人工臓器学会大会/第5回 国際人工臓器学術大会
  • Place of Presentation: 東京
• [Presentation] Development of hyaluronic acid-based nanogels for the treatment of peritoneal dissemination (2013)
  • Author(s): Seiichi Ohta, Shota Hiramoto, Taichi Ito
  • Organizer: The 12th US-Japan Symposium on Drug Delivery Systems
  • Place of Presentation: Hawaii (U.S.A.)