Targeted oligonucleotide delivery by unit polyion complexes

• Project/Area Number: 17H02098
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Biomedical engineering/Biomaterial science and engineering
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Miyata Kanjiro 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (50436523)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000); Fiscal Year 2019: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2018: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2017: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
• Keywords: 生体材料 / ドラッグデリバリー / 核酸医薬 / がん治療 / 核酸医薬デリバリー / ポリイオンコンプレックス / ブロック共重合体 / 高分子材料 / 薬物送達システム

Outline of Final Research Achievements

In this study, we developed a ultra-small nanocarrier, termed uint polyion complex (uPIC), for cancer-targeted oligonucleotide delivery. Fine-tuning of the length and shape of block copolymers allowed for the formation of ~18 nm-sized uPICs in aqueous media. The uPICs efficiently accumulated in murine models of pancreatic cancer and brain tumor, leading to the significantly enhanced antitumor efficacy.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は、高分子材料の精密設計を通じて、1分子の核酸医薬を選択的に搭載したポリイオンコンプレックス(PIC)の構築に成功しており、高分子集合体の観点で非常に興味深い知見を得ている。さらに、そのPICのサイズが約18 nmと非常に小さいことに着目し、既存のナノ医薬(約100 nm)では送達困難とされる難治がん組織(膵臓がんや脳腫瘍モデル)に対しても効果的に核酸医薬を送達することに成功した。結果として、安全かつ優れた抗腫瘍効果を得ることに成功しており、新規がん治療法の創出に貢献するものと期待される。

Research Products

• [Journal Article] 核酸医薬のドラッグデリバリー (2020)
  • Author(s): 内藤瑞、宮田完二郎
  • Journal Title: Clinical Neurosicence Volume: 38 Pages: 314-318
• [Journal Article] In vivo rendezvous of small nucleic acid drugs with charge-matched block catiomers to target cancers (2019)
  • Author(s): Watanabe Sumiyo、Hayashi Kotaro、Toh Kazuko、Kim Hyun Jin、Liu Xueying、Chaya Hiroyuki、Fukushima Shigeto、Katsushima Keisuke、Kondo Yutaka、Uchida Satoshi、Ogura Satomi、Nomoto Takahiro、et al.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 10 Issue: 1 Pages: 1894-1894
  • DOI: 10.1038/s41467-019-09856-w
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Synthetic miR-143 Exhibited an Anti-Cancer Effect via the Downregulation of K-RAS Networks of Renal Cell Cancer Cells In Vitro and In Vivo. (2019)
  • Author(s): Takai T、 Tsujino T, Yoshikawa Y, Inamoto T, Sugito N, Kuranaga Y, Heishima K, Soga T, Hayashi K, Miyata K, Kataoka K, Azuma H, Akao Y.
  • Journal Title: Mol Ther. Volume: S1525-0016（１９） Issue: 5 Pages: 30090-5
  • DOI: 10.1016/j.ymthe.2019.03.004
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Anti-cancer effects of a chemically modified miR-143 on bladder cancer by either systemic or intravesical treatment (2019)
  • Author(s): Y. Yoshikawa, K. Taniguchi, T. Tsujino, K. Heishima, T. Inamoto, T. Takai, K. Minami, H. Azuma, K. Miyata, K. Hayashi, K. Kataoka, Y. Akao
  • Journal Title: Molecular Therapy: Methods and Clinical Development Volume: 13 Pages: 290-302
  • DOI: 10.1016/j.omtm.2019.02.005
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Smart oligonucleotide delivery by multifunctional block copolymers (2019)
  • Author(s): K. Hayashi, K. Miyata
  • Journal Title: Material Matters Volume: 14 Pages: 110-114
  • Open Access
• [Journal Article] Glucose-linked sub-50-nm unimer polyion complex-assembled gold nanoparticles for targeted siRNA delivery to glucose transporter 1-overexpressing breast cancer stem-like cells. (2019)
  • Author(s): Y. Yi, H. J. Kim, M. Zheng, P. Mi, M. Naito, B. S. Kim, H. S. Min, K. Hayashi, F. Perche, K. Toh, X. Liu, Y. Mochida, H. Kinoh, H. Cabral, K. Miyata, K. Kataoka
  • Journal Title: J. Control. Release Volume: 295 Pages: 268-277
  • DOI: 10.1016/j.jconrel.2019.01.006
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Self-Assembly of siRNA/PEG-b-Catiomer at Integer Molar Ratio into 100 nm-Sized Vesicular Polyion Complexes (siRNAsomes) for RNAi and Codelivery of Cargo Macromolecules (2019)
  • Author(s): Kim Beob Soo、Chuanoi Sayan、Suma Tomoya、Anraku Yasutaka、Hayashi Kotaro、Naito Mitsuru、Kim Hyun Jin、Kwon Ick Chan、Miyata Kanjiro、Kishimura Akihiro、Kataoka Kazunori
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 141 Issue: 8 Pages: 3699-3709
  • DOI: 10.1021/jacs.8b13641
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Small Delivery Vehicles of siRNA for Enhanced Cancer Targeting (2018)
  • Author(s): Kim Hyun Jin、Yi Yu、Kim Ahram、Miyata Kanjiro
  • Journal Title: Biomacromolecules Volume: 19 Issue: 7 Pages: 2377-2390
  • DOI: 10.1021/acs.biomac.8b00546
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Block Copolymer Micelles in Nanomedicine Applications (2018)
  • Author(s): Cabral Horacio、Miyata Kanjiro、Osada Kensuke、Kataoka Kazunori
  • Journal Title: Chemical Reviews Volume: 118 Issue: 14 Pages: 6844-6892
  • DOI: 10.1021/acs.chemrev.8b00199
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Functionalization of silica nanoparticles for nucleic acid delivery (2018)
  • Author(s): Kamegawa Rimpei、Naito Mitsuru、Miyata Kanjiro
  • Journal Title: Nano Research Volume: 11 Issue: 10 Pages: 5219-5239
  • DOI: 10.1007/s12274-018-2116-7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 核酸医薬の生体内デリバリー (2018)
  • Author(s): 内藤瑞、宮田完二郎
  • Journal Title: 最新医学 Volume: 73 Pages: 751-759
• [Journal Article] 高分子・無機材料を用いたナノ構造体の創製と核酸デリバリーへの応用 (2018)
  • Author(s): 宮田完二郎
  • Journal Title: 日本核酸医薬学会誌 Volume: 22 Pages: 13-23
  • NAID: 40022468648
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ドラッグデリバリーの新展開 (2018)
  • Author(s): 宮田完二郎
  • Journal Title: Medical Science Digest Volume: 44 Pages: 584-585
• [Journal Article] 核酸医薬の生体内ドラッグデリバリーシステム (2018)
  • Author(s): 内藤瑞、宮田完二郎
  • Journal Title: 日本認知症学会誌 Volume: 32 Pages: 607-615
• [Journal Article] Inhibition of PRDM14 expression in pancreatic cancer suppresses cancer stem-like properties and liver metastasis in mice (2017)
  • Author(s): C. Moriya, H. Taniguchi, K. Miyata, N. Nishiyama, K. Kataoka, K. Imai
  • Journal Title: Carcinogenesis Volume: 38 Issue: 6 Pages: 638-648
  • DOI: 10.1093/carcin/bgx040
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 送達困難とされる臓器・組織への核酸医薬デリバリーを目指して (2020)
  • Author(s): 宮田完二郎
  • Organizer: 核酸創薬研究部門 第2回シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] Y-shaped block catiomer (YBC) forms "Unit polyion complex" with siRNA and ASO: a novel DDS alternative to LNP (2019)
  • Author(s): T. Yoshida, M. Masai, H. Taniguchi, Y. Kondo, N. Nishiyama, K. Miyata, S. Akinaga, K. Kataoka
  • Organizer: 15th Annual Meeting of the Oligonucleotide Therapeutics Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Nanopharmaceutical design to break through biological barriers (2019)
  • Author(s): K. Miyata
  • Organizer: LINK-J/UCSD Life Science Symposium 2019
  • Invited
• [Presentation] 1分子核酸を内包する極小核酸キャリアの構築と難治がん治療への展開 (2019)
  • Author(s): 宮田完二郎, 渡邉秀美代, 林光太朗, 藤加珠子, キムヒョンジン, 茶谷洋行, 福島重人, 内藤瑞, 片岡一則
  • Organizer: 第41回日本バイオマテリアル学会大会
• [Presentation] 高分子材料の精密設計による核酸デリバリー (2019)
  • Author(s): 宮田完二郎
  • Organizer: 第14回ナノ・バイオメディカル学会
  • Invited
• [Presentation] 高分子材料を用いたドラッグデリバリーのこれまでとこれから (2019)
  • Author(s): 宮田完二郎
  • Organizer: 第34回高分子学会関東支部茨城地区 若手の会交流会
  • Invited
• [Presentation] siRNA送達に向けたカチオン性ポリアミノ酸の検討 (2019)
  • Author(s): 林光太朗, 福島重人, 西山伸宏, 宮田完二郎, 片岡一則
  • Organizer: 第68回高分子討論会
• [Presentation] 送達困難とされる臓器・組織への核酸デリバリー (2019)
  • Author(s): 宮田完二郎
  • Organizer: 日本核酸医薬学会DDS部会主催合同サテライトシンポジウム2019
  • Invited
• [Presentation] 極小サイズのsiRNA送達システムの構築とそのすい臓ガンモデルへの効果 (2019)
  • Author(s): 林光太朗, 福島重人, 藤加珠子, 西山伸宏, 宮田完二郎, 片岡一則
  • Organizer: 第35回日本DDS学会
• [Presentation] 送達困難な標的組織への核酸医薬デリバリー (2019)
  • Author(s): 宮田完二郎
  • Organizer: 第35回日本DDS学会
  • Invited
• [Presentation] siRNAsome: A self-assembled vesicular architecture formed from siRNAs and PEGylated block catiomers (2019)
  • Author(s): B. S. Kim, S. Chuanoi, Y. Anraku, K. Miyata, A. Kishimura, K. Kataoka
  • Organizer: 6th International Conference on Multifunctional, Hybrid and Nanomaterials
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 核酸医薬とカチオン性ブロック共重合体の精密設計に基づくナノ構造体の形成挙動制御 (2019)
  • Author(s): 茶谷洋行, 林光太朗, 内藤瑞, キム ヒョンジン, 福島重人, 片岡一則, 宮田完二郎
  • Organizer: 第28回インテリジェント・ナノ材料シンポジウム
• [Presentation] Smart oligonucleotide delivery by polymer nanotechnology (2018)
  • Author(s): K. Miyata
  • Organizer: The 35th International Conference of Photopolymer Science and Technology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Ultra-small polymeric nanocarriers for cancer-targeted oligonucleotide delivery (2018)
  • Author(s): K. Miyata, S. Watanabe, K. Hayashi, K. Toh, H. J. Kim, K. Kataoka
  • Organizer: The 12th SPSJ International Polymer Conference (IPC2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Vesicular self-assemblies from siRNAs and PEGylated block catiomers (siRNAsomes): Their structural, physicochemical, and biological characteristics (2018)
  • Author(s): B. S. Kim, K. Miyata, A. Kishimura, K. Kataoka
  • Organizer: The 12th SPSJ International Polymer Conference (IPC2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] リガンド搭載有機無機ハイブリッドナノキャリアによるがんへのsiRNAデリバリー (2018)
  • Author(s): 宮田完二郎, 易宇, 内藤瑞, キム ヒョンジン, 片岡一則
  • Organizer: 第34回日本DDS学会学術集会
• [Presentation] siRNAを膜成分として含有するベシクル型ポリイオンコンプレックス(siRNAsome)の構築とsiRNAデリバリーへの展開 (2018)
  • Author(s): 宮田完二郎, キム ボブス, チュアノイ サヤン, 須磨知也, 安楽泰孝, 内藤瑞, キム ヒョンジン, 岸村顕広, 片岡一則
  • Organizer: 第40回日本バイオマテリアル学会大会
• [Presentation] 核酸医薬デリバリーのための高分子材料設計 (2018)
  • Author(s): 宮田完二郎
  • Organizer: 第13回理研「デジタル×バイオものづくり」シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] Precise construction of gold-nanoparticle architecture with monodispersed polyion complex for siRNA delivery (2017)
  • Author(s): H. J. Kim, Y. Yi, K. Miyata, K. Kataoka
  • Organizer: 2017 MRS Fall Meeting & Exhibit
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 核酸医薬のドラッグデリバリーシステム (2017)
  • Author(s): 宮田完二郎
  • Organizer: 第36回日本認知症学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] Small polymeric nanocarriers for smart oligonucleotide delivery (2017)
  • Author(s): K. Miyata
  • Organizer: Beijing Symposium 2017: Polymeric Biomaterials
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Size-controlled construction of gold nanoparticle-based vehicle with polymeric building blocks for systemic delivery of siRNA (2017)
  • Author(s): キム ヒョンジン, 易宇, 宮田完二郎, 片岡一則
  • Organizer: 第66回高分子討論会
• [Presentation] 高分子・無機材料を用いたナノ構造体の創製と核酸医薬デリバリーへの応用 (2017)
  • Author(s): 宮田完二郎
  • Organizer: 日本核酸医薬学会第3回年会
  • Invited
• [Presentation] 1分子核酸封入ポリイオンコンプレックスの調製と核酸デリバリーへの展開 (2017)
  • Author(s): 宮田完二郎, 渡邉秀美代, 藤加珠子, 林光太朗, 内藤瑞, キム ヒョンジン, 片岡一則
  • Organizer: 第33回日本DDS学会学術集会
• [Presentation] 高分子材料を基盤とする核酸医薬デリバリー (2017)
  • Author(s): 宮田完二郎
  • Organizer: CBI学会 第384回研究講演会
  • Invited
• [Book] 医薬品モダリティの特許戦略と技術開発動向 (2019)
  • Author(s): 内藤瑞、宮田完二郎
  • Total Pages: 676
  • Publisher: 技術情報協会
  • ISBN: 9784861047497
• [Book] 刺激応答性高分子ハンドブック (2018)
  • Author(s): 内藤瑞、吉永直人、宮田完二郎、片岡一則
  • Total Pages: 864
  • Publisher: NTS
• [Book] ＤＤＳ先端技術の製剤への応用開発 (2017)
  • Author(s): 宮田完二郎、他
  • Total Pages: 492
  • Publisher: 技術情報協会
  • ISBN: 9784861046636
• [Remarks] 宮田研究室ホームページ
  • URL: http://www.bmm.t.u-tokyo.ac.jp/index.html
• [Remarks] 宮田研究室ホームページ
  • URL: http://www.bmm.t.u-tokyo.ac.jp
• [Remarks] 宮田研ホームページ
  • URL: http://www.bmm.t.u-tokyo.ac.jp/index.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] 核酸搭載ユニット型ポリイオンコンプレックス (2017)
  • Inventor(s): 宮田完二郎、他
  • Industrial Property Rights Holder: 東京大学、他
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2017