部位選択的な遺伝子治療のための光を利用した新規ナノ医療システムの創製

• Project/Area Number: 16680020
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Biomedical engineering/Biological material science
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 西山 伸宏 東京大学, 医学系研究院, 講師 (10372385)
• Project Period (FY): 2004 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥26,520,000 (Direct Cost: ¥20,400,000、Indirect Cost: ¥6,120,000); Fiscal Year 2006: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000); Fiscal Year 2005: ¥12,480,000 (Direct Cost: ¥9,600,000、Indirect Cost: ¥2,880,000); Fiscal Year 2004: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000)
• Keywords: 遺伝子治療 / 遺伝子デリバリー / ナノテクノロジー / 光線力学療法 / デンドリマー / 高分子ミセル / 光応答型DDS

Research Abstract

前年度までにカチオン性ペプチドとDNAの表面からなるポリプレックスの表面にアニオン性のデンドリマーフタロシアニン(DPc)を配置した光応答型遺伝子キャリアを構築し、動物実験において光照射による遺伝子導入部位の制御に世界で初めて成功した。本年度は、このようなシステムを全身投与による光選択的遺伝子導入に応用するために、ABC型トリブロック共重合体とDNAを混合することにより形成される3層高分子ミセル(JACS 127:2810(2005))のカチオン性のポリマーからなる中間層にDPcを搭載し、表面がポリエチレングリコール(PEG)で覆われた光応答型高分子ミセルを調製した。光応答型高分子ミセルは、90nmの単分散な粒径分布と有しており、DPcの搭載によってアルブミン存在下でのコロイド安定性が高まることが確認された。これは、DPcを搭載することによってアニオン性の中間層が形成され、静電反発によってアルブミンとの相互作用が抑制されることに起因するものと考えられる。DPcは、pH7.4においては中間層に安定に保持されるが、pH5.5においてはDPcが疎水化することによって3層高分子ミセルからリリースされることが示唆された。従って、本システムは、標的細胞に取り込まれた後、エンドソーム内でDPcをリリースし、エンドソーム膜に選択的な光障害を惹起することによって光誘起的な遺伝子発現を示すものと考えられる。実際に、培養がん細胞に対する遺伝子導入効率を評価したところ、光応答型高分子ミセル、光照射によって、細胞毒性を示すことなく、100倍以上のレポーター遺伝子の発現活性を示すことが確認された。本システムは、固形がんへの光選択的遺伝子導入を達成することを目標として、現在、担がんマウスを用いた動物実験を行っているところである。

Research Products

• [Journal Article] Biocompatible micellar nanovectors achieve efficient gene transfer to vascular lesions without cytotoxicity and thrombus formation (2007)
  • Author(s): Aakagi, D., Nishiyama, N.et al.
  • Journal Title: Gene Therapy (in press)
• [Journal Article] Improvement of cancer-targeting therapy, using nanocarriers for intractable solid tumors by inhibition of TGF-signaling (2007)
  • Author(s): Kano, M.R., Nishiyama, N.et al.
  • Journal Title: Proc.Natl.Acad.Sci., USA 104(9) Pages: 3460-3465
• [Journal Article] PEGylated gene nanocarriers based on block catiomers bearing ethylenediamine repeating units directed to remarkable enhancement of photochemical transfection (2006)
  • Author(s): Arnida, Nishiyama, N.et al.
  • Journal Title: Journal of Controlled Release 115(2) Pages: 208-215
• [Journal Article] Current state, achievements, and future prospects of polymeric micelles as nanocarriers for drug and gene delivery (2006)
  • Author(s): Nishiyama, N.et al.
  • Journal Title: Pharmacology ＆ Therapeutics 112(3) Pages: 630-648
• [Journal Article] Polyion complex micelle for photodynamic therapy : incorporation of dendritic photosensitizer excitable at long wavelength with enhanced cellular uptake (2006)
  • Author(s): Jang, W.D., Nishiyama, N.et al.
  • Journal Title: Journal of Controlled Release 113(1) Pages: 73-79
• [Journal Article] Photochemical enhancement of transgene expression by polymeric micelles incorporating plasmid DNA and dendrimer-based photosensitizer (2006)
  • Author(s): Nishiyama, N.et al.
  • Journal Title: Journal of Drug Targeting 14(6) Pages: 413-424
• [Journal Article] Nano-structured devices based on block copolymer assemblies for drug delivery: designing structures for enhanced drug function (2005)
  • Author(s): Ideta, R., Nishiyama, N., et al.
  • Journal Title: Nano Letters 5(12) Pages: 2426-2431
• [Journal Article] Light-induced gene transfer from packaged DNA enveloped in a dendrimeric photosensitizer (2005)
  • Author(s): Nishiyama, N., et al.
  • Journal Title: Nature Materials 4(12) Pages: 934-941
• [Journal Article] Freeze-dried formulations for in vivo gene delivery of PEGylated polyplex micelles with disulfide crosslinked cores to the liver (2005)
  • Author(s): Miyata, K., Nishiyama, N., et al.
  • Journal Title: Journal of Controlled Release 109(1-3) Pages: 15-23
• [Journal Article] Smart polymeric micelles for gene and drug delivery (2005)
  • Author(s): Nishiyama, N., et al.
  • Journal Title: Drug Discovery Today: Technologies 2(1) Pages: 21-26
• [Journal Article] PEGylated polyplex micelles from triblock catiomers with spatially ordered layering of condensed pDNA and buffering units for enhanced intracellular gene delivery (2005)
  • Author(s): Fukushima, S., Nishiyama, N., et al.
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society 127(9) Pages: 2810-2811
• [Journal Article] Suparmolecular nanocarrier of anionic dendrimer porphyrins with PEGylated cationic block copolymer to enhance intracellular photodynamic efficacy (2005)
  • Author(s): Jang, W.-D., Nishiyama, N., et al.
  • Journal Title: Angewandte Chemie, International Edition 44(3) Pages: 419-423
• [Journal Article] Lactosylated poly(ethylene glycol)-siRNA conjugate through acid-labile β-thiopropionate linkage to construct pH-sensitive polyion complex micelles achieving enhanced gene silencing in hepatoma cells (2005)
  • Author(s): Oishi, M., Nishiyama, N., et al.
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society 127(6) Pages: 1624-1625
• [Journal Article] Supramolecular nanocarrier of anionic dendrimer porphyrins with cationic block copolymers modified with polyethylene glycol to enhance intracellular photodynamic efficacy (2005)
  • Author(s): Jang, W.-D., Nishiyama, N., et al.
  • Journal Title: Angewandte Chemie, International Edition 44(3) Pages: 419-423
• [Journal Article] Preparation of biological characterization of polymeric micelle drug carriers with intracellular pH-triggered drug release property, tumor permeability, controlled subcellular drug distribution, and enhanced in vivo antitumor efficacy (2005)
  • Author(s): Bae, Y., Nishiyama, N., et al.
  • Journal Title: Bioconjugate Chemistry 16(1) Pages: 122-130
• [Journal Article] Supramolecular nanocarrier of siRNA from PEG-based catiomer carrying diamine side chain with distinct pKa directed to enhance intracellular gene silencing (2004)
  • Author(s): Itaka, K., Nishiyama, N., et al.
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society 126(42) Pages: 13612-13613
• [Journal Article] Polyion complex micelles of pDNA with acetal-poly(ethylene glycol)-poly(2-(dimethylamino)ethyl methacrylate) block copolymer as the gene carrier system : physicochemical properties of micelles relevant to gene transfection efficacy (2004)
  • Author(s): Wakebayashi, D., Nishiyama, N., et al.
  • Journal Title: Biomacromolecules 5(6) Pages: 2128-2136
• [Book] 体内における部位選択的遺伝子導入を目指した光応答性人工ベクターの開発 (2006)
  • Author(s): 西山 伸宏 他1名
  • Publisher: バイオテクノロジージャーナル(羊土社)
• [Book] 医学のためのナノ工学 (2006)
  • Author(s): 西山伸宏, 片岡一則
  • Total Pages: 6
  • Publisher: 日本臨床社
• [Patent(Industrial Property Rights)] pH応答性高分子ミセルの調製に用いる新規ブロック共重合体及びその製造法の提供 (2005)
  • Inventor(s): 西山 伸宏, 他4名
  • Industrial Property Rights Holder: 東京大学
  • Industrial Property Number: 2005-035233
  • Filing Date: 2005-04-22