Design of biointerface exerting spontaneous-isolation of immunogenic apoptotic cells for cancer immunotherapy

• Project/Area Number: 19J00686
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 90120:Biomaterials-related
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology (2021); Kyushu University (2019-2020)
• Principal Investigator: 西田 慶 東京工業大学, 生命理工学院, 助教
• Project Period (FY): 2019-04-25 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2019: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 細胞-材料間相互作用 / 細胞接着力 / 細胞膜糖鎖 / 分子運動性 / 癌免疫治療 / 生体適合性高分子 / 水和 / 細胞分離 / アポトーシス / 単一細胞フォーススペクトロスコピー / 癌免疫 / 細胞膜

Outline of Research at the Start

癌免疫治療法は、転移性を示す治療後期癌だけでなく治療初期癌に有効な治療標的として期待されているが奏功効率に課題がある。本課題では、細胞死における癌免疫原性の形成に注目し、癌アポトーシス細胞を“癌抗原”とした癌免疫治療法の確立を目指す。具体的には、生体適合性の高分子材料およびアポトーシス細胞の膜界面の水和状態の変化に着目した細胞分離法を考案し、アポトーシス細胞を選択的かつ簡便、迅速に分離するバイオ界面を創製する。本バイオ界面を用いて、アポトーシス段階と細胞膜の水和状態、癌免疫応答性および抗腫瘍活性の関係を明らかにすること癌免疫治療法としての有効性を実証する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、癌アポトーシス細胞を用いた癌治療法の確立を目指して、癌アポトーシス細胞を選択的かつ迅速に分離が可能なバイオ界面を材料の水和状態に着目して実施した。昨年度までに、単一細胞フォーススペクトロスコピーおよび側方遠心力測定から、材料表面の水和水量が細胞の接着に影響を与えるパラメータの一つであることを明らかにした。結合水量が異なるpoly(2-methoxyethyl acrylate) (PMEA)およびその類似体を合成し、高分子塗布基板を作製することで、基板表面上における水和状態および癌細胞との直接的な相互作用について基礎的な評価方法やアポトーシス細胞を回収するための方法論を確立している。高分子基板の結合水量が0～17 wt%の間において、細胞の接着が生じるとともに、結合水量の増加に依存した細胞接着力の低下が認められた。また、側方遠心力を用いることで結合水量が6~20 wt%の高分子基板上において、無血清下の各基板に接着した細胞は50～80%以上の細胞を脱着させ、回収可能であることを見出している。そこで、結合水量が0.68 wt％のpoly(n-butyl acrylate)と6.2 wt%のPMEA上における癌細胞について、無血清下での細胞機能を評価した。PBAとPMEA上では、細胞の骨格系シグナルが大きく変調されることを見出した。このシグナルの差は、無血清下における細胞の生存率に関与しており、PMEA上の癌細胞では、無血清環境での生存率が大きく向上した。一方PBA上の細胞は、播種直後からアノイキスによる生存率の低下が生じた。したがって、無血清下においてPMEA上で播種した癌細胞に抗がん剤でアポトーシスを誘導することで、細胞死が生じた細胞のみを容易に回収可能であると予想される。本研究のさらなる発展は、癌アポトーシス細胞を用いた癌治療法の確立に寄与すると期待される。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Roles of interfacial water states on advanced biomedical material design (2022)
  • Author(s): Nishida Kei、Anada Takahisa、Tanaka Masaru
  • Journal Title: Advanced Drug Delivery Reviews Volume: 186 Pages: 114310-114310
  • DOI: 10.1016/j.addr.2022.114310
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nanoscopic analyses of cell-adhesive protein adsorption on poly(2-methoxyethyl acrylate) surfaces (2022)
  • Author(s): Nishida Kei、Baba Koki、Murakami Daiki、Tanaka Masaru
  • Journal Title: Biomaterials Science Volume: 10 Issue: 11 Pages: 2953-2963
  • DOI: 10.1039/d2bm00093h
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Biocompatible poly(<i>N</i>-(ω-acryloyloxy-<i>n</i>-alkyl)-2-pyrrolidone)s with widely-tunable lower critical solution temperatures (LCSTs): a promising alternative to poly(<i>N</i>-isopropylacrylamide) (2022)
  • Author(s): Nishimura Shin-nosuke、Nishida Kei、Ueda Tomoya、Shiomoto Shohei、Tanaka Masaru
  • Journal Title: Polymer Chemistry Volume: ー Issue: 17 Pages: 2519-2530
  • DOI: 10.1039/d2py00154c
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Selective Accumulation to Tumor Cells with Coacervate Droplets Formed from a Water-Insoluble Acrylate Polymer (2022)
  • Author(s): Nishida Kei、Nishimura Shin-nosuke、Tanaka Masaru
  • Journal Title: Biomacromolecules Volume: 23 Issue: 4 Pages: 1569-1580
  • DOI: 10.1021/acs.biomac.1c01343
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Modulation of Biological Responses of Tumor Cells Adhered to Poly(2-methoxyethyl acrylate) with Increasing Cell Viability under Serum-Free Conditions (2022)
  • Author(s): Nishida Kei、Sekida Shogo、Anada Takahisa、Tanaka Masaru
  • Journal Title: ACS Biomaterials Science &amp; Engineering Volume: 8 Issue: 2 Pages: 672-681
  • DOI: 10.1021/acsbiomaterials.1c01469
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A β-hairpin peptide with pH-controlled affinity for tumor cells (2022)
  • Author(s): Nishimura Shin-nosuke、Nishida Kei、Tanaka Masaru
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 58 Issue: 4 Pages: 505-508
  • DOI: 10.1039/d1cc06218b
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Carborane as an Alternative Efficient Hydrophobic Tag for Protein Degradation (2021)
  • Author(s): Asawa Yasunobu、Nishida Kei、Kawai Kazuki、Domae Kiyotaka、Ban Hyun Seung、Kitazaki Akihiro、Asami Hiroya、Kohno Jun-Ya、Okada Satoshi、Tokuma Hiraku、Sakano Daisuke、Kume Shoen、Tanaka Masaru、Nakamura Hiroyuki
  • Journal Title: Bioconjugate Chemistry Volume: 32 Issue: 11 Pages: 2377-2385
  • DOI: 10.1021/acs.bioconjchem.1c00431
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Effect of bound water content on cell adhesion strength to water-insoluble polymers (2021)
  • Author(s): Nishida Kei、Anada Takahisa、Kobayashi Shingo、Ueda Tomoya、Tanaka Masaru
  • Journal Title: Acta Biomaterialia Volume: 134 Pages: 313-324
  • DOI: 10.1016/j.actbio.2021.07.058
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Protein Stabilization Effect of Zwitterionic Osmolyte-bearing Polymer (2021)
  • Author(s): Anjum Rubaiya、Nishimura Shin-nosuke、Kobayashi Shingo、Nishida Kei、Anada Takahisa、Tanaka Masaru
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: 50 Issue: 9 Pages: 1699-1702
  • DOI: 10.1246/cl.210335
  • NAID: 130008088239
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Attachment and Growth of Fibroblast Cells on Poly (2-Methoxyethyl Acrylate) Analog Polymers as Coating Materials (2021)
  • Author(s): Anjum Rubaiya、Nishida Kei、Matsumoto Haruka、Murakami Daiki、Kobayashi Shingo、Anada Takahisa、Tanaka Masaru
  • Journal Title: Coatings Volume: 11 Issue: 4 Pages: 461-461
  • DOI: 10.3390/coatings11040461
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Smart Vinyl Polymers Inspired from Poly(vinyl-2-pyrrolidone): A Promising Alternative to Conventional Biocompatible Synthetic Polymers (2021)
  • Author(s): Shin-nosuke Nishimura, Kei Nishida, Tomoya Ueda, Masaru Tanaka
  • Organizer: MRM2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 非水溶性高分子の濃縮相が発現する細胞識別性 (2021)
  • Author(s): 西田 慶, 田中 賢
  • Organizer: 第43回日本バイオマテリアル学会/第8回アジアバイオマテリアル学会
  • Invited
• [Presentation] 含水高分子コーティングが細胞接着及び三次元組織化に与える影響 (2021)
  • Author(s): 河原 道治, 上原 広貴, 西田 慶, 穴田 貴久, 田中 賢
  • Organizer: 第43回日本バイオマテリアル学会/第8回アジアバイオマテリアル学会
• [Presentation] 側鎖にピロリドン環を有するビニルポリマー薄膜上における間葉系細胞の接着および分化挙動 (2021)
  • Author(s): 西村 慎之介, 西田 慶, 上田 智也, 田中 賢
  • Organizer: 第43回日本バイオマテリアル学会/第8回アジアバイオマテリアル学会
• [Presentation] PMEA誘導体を用いた細胞-高分子基板間相互作用の制御による細胞の三次元組織化 (2021)
  • Author(s): 河原 道治, 上原 広貴, 西田 慶, 穴田 貴久, 田中 賢
  • Organizer: 化学フェスタ2021
• [Presentation] ピロリドン環を側鎖に有するスマートビニルポリマーの設計: 水中での温度応答特性と細胞親和性 (2021)
  • Author(s): 西村 慎之介, 西田 慶, 上田 智也, 田中 賢
  • Organizer: 第70回高分子討論会
• [Presentation] 非水溶性高分子が形成するバイオ界面: 癌細胞選択性の発現 (2021)
  • Author(s): 西田慶, 穴田貴久, 田中 賢
  • Organizer: 第50回医用高分子シンポジウム
• [Presentation] 微小な pH 変化に応答して細胞認識性が向上するペプチドリガンドの開発 (2021)
  • Author(s): 西村慎之介, 西田慶, 田中 賢
  • Organizer: 第37回DDS学会
• [Presentation] アクリレート骨格を有する高分子液滴による細胞選択な集積性の発現 (2021)
  • Author(s): 西田慶, 田中 賢
  • Organizer: 第37回DDS学会
• [Presentation] ポリ(2-メトキシエチルアクリレート)からなるマイクロ粒子の調製と細胞親和性 (2021)
  • Author(s): 西村慎之介, 西田慶, 中尾俊介, 上原広貴, 穴田貴久, 田中賢
  • Organizer: 第70回高分子年次大会
• [Presentation] Bio-interface composed of water-insoluble polymers tailoring cell adhesion strength based on a water content (2021)
  • Author(s): Kei Nishida, Takahisa Anada, Shingo Kobayashi, Masaru Tanaka
  • Organizer: 第70回高分子年次大会
• [Presentation] 細胞－高分子基板間相互作用制御による三次元細胞組織化 (2021)
  • Author(s): 河原道治, 上原広貴, 西田慶, 穴田貴久, 田中賢
  • Organizer: 第70回高分子年次大会
• [Presentation] 癌細胞膜上の水和水に着目した癌細胞認識性リガンドの確立 (2021)
  • Author(s): 西田慶
  • Organizer: 令和2年度がん研究助成金贈呈式 受賞者講演
  • Invited
• [Presentation] Poly(ω-methoxyalkyl acrylate)s/水界面構造とタンパク質吸着挙動の相関解明 (2020)
  • Author(s): 松本遥, 西田慶, 村上大樹, 田中賢
  • Organizer: 第10回CSJ化学フェスタ
• [Presentation] 生体適合性高分子基板上におけるがん細胞接着 挙動解析 (2020)
  • Author(s): 穴田貴久, 関田将伍, 西田慶, 小林慎吾, 田中賢
  • Organizer: 高分子討論会
• [Presentation] pH-Responsive β-Hairpin Peptide to Regulate Cell Affinity for New Class DDS Carrier (2020)
  • Author(s): Shin-Nosuke Nishimura, Kei Nishida, Masaru Tanaka
  • Organizer: 11th World Biomaterials congress Virtual
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 中間水に着目したPMEAが形成する粒子界面の機能評価 (2020)
  • Author(s): 上原広貴，西田慶，西村慎之介，田中 賢
  • Organizer: 第69回高分子年次大会
• [Presentation] 高分子-細胞膜間の水和状態に着目した細胞分離法の開発 (2020)
  • Author(s): 西田 慶、穴田 貴久、小林 慎吾、田中 賢
  • Organizer: 第69回高分子年次大会
• [Presentation] Design and Synthesis of pH-Responsive β-Hairpin Formable RGD Peptide and Its Selective Adhesion of Cancer Cells Based on High-order Structural Change, (2020)
  • Author(s): Shin-nosuke Nishimura, Kei Nishida, Masaru Tanaka,
  • Organizer: 本化学会第100回春季年会
• [Presentation] カテコール修飾PMEAが形成するバイオ界面と細胞挙動の解析 (2020)
  • Author(s): 西田慶，上田智也，田中賢
  • Organizer: 日本バイオマテリアル学会第9回九州ブロック講演会
• [Presentation] Poly(ω-methoxyalkyl acrylate)/水界面の微視的観察による抗血栓性発現機構の解明 (2020)
  • Author(s): 松本遥，瀬上裕斗，西田慶，村上大樹，田中賢,
  • Organizer: 日本バイオマテリアル学会第9回九州ブロック講演会
• [Presentation] 高分子-細胞膜の相互作用に着目したpoly(oligoethylene glycol acrylate)の細胞内在化機構の解明 (2020)
  • Author(s): 上原広貴，西田慶，小林慎吾，田中賢
  • Organizer: 日本バイオマテリアル学会第9回九州ブロック講演会
• [Presentation] Preparation of Poly(2-methoxyethyl acrylate) Particle for Bio-Functional Materials (2020)
  • Author(s): Shin-nosuke Nishimura, Hiroki Uehara, Kei Nishida, Masaru Tanaka
  • Organizer: 日本バイオマテリアル学会第9回九州ブロック講演会
• [Presentation] Poly(2-methoxyethyl acrylate)類似体による液-液相分離を介した微小液滴の形成と機能評価 (2019)
  • Author(s): 西田慶，穴田貴久，小林慎吾，上原広貴，田中賢
  • Organizer: 第41回日本バイオマテリアル学会年会
• [Presentation] バイオ界面水に着目した細胞接着力の評価 (2019)
  • Author(s): 西田慶，小林慎吾，穴田貴久，上田 智也，田中 賢
  • Organizer: 第41回日本バイオマテリアル学会年会
• [Presentation] Effect of Interfacial Poly(2-methoxyethyl acrylate) Analogue on Cell Attachment (2019)
  • Author(s): Kei Nishida，Shingo Kobayashi，Takahisa Anada，Tomoya Ueda，Masaru Tanaka
  • Organizer: China-Japan Biopolymer Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Evaluation of Cellular Uptake Behavior of Water-Solble PMEA Analogs Having Different Hydration State (2019)
  • Author(s): Hiroki Uehara，Kei Nishida，Shingo Kobayashi，Masaru Tanaka
  • Organizer: China-Japan Biopolymer Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Patent(Industrial Property Rights)] 中間水を含有可能な非水溶性ポリマーの水和方法 (2020)
  • Inventor(s): 西田慶、上原広貴、田中賢
  • Industrial Property Rights Holder: 西田慶、上原広貴、田中賢
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2020
  • Overseas
• [Patent(Industrial Property Rights)] 中間水を含有可能な非水溶性ポリマーの水和方法 (2019)
  • Inventor(s): 西田慶、上原広貴、田中賢
  • Industrial Property Rights Holder: 西田慶、上原広貴、田中賢
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2019-206564
  • Filing Date: 2019