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機能性膜タンパク質搭載細胞外ベシクルの設計とDDS応用

Research Project

Project/Area Number 19J15093
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 90120:Biomaterials-related
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

石川 良賀  京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2019-04-25 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2020: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords細胞外ベシクル / バキュロウイルス発現系 / 膜タンパク質 / PD-1 / リポソーム / 膜融合 / ドラッグデリバリー / ドラッグデリバリーシステム
Outline of Research at the Start

あらゆる細胞は、脂質膜で囲まれたナノサイズの小胞を細胞外へ分泌している。これらは細胞外ベシクル(EV)と総称され、細胞間の情報・物質輸送の役割を担っていることが近年明らかとなった。EVは高い物質輸送能および生体適合性を有するためドラッグデリバリーシステム(DDS)における薬剤運搬キャリアとしての応用が期待されているが、標的指向性の制御や内部への薬剤導入など様々な問題点が残されているのが現状である。そこで本研究では、EV膜上へ膜タンパク質を提示することによる機能化を図り、核酸医薬品などのバイオ医薬品を運搬する新規DDSキャリアの開発を行っている。

Outline of Annual Research Achievements

昨年度までの研究成果において、免疫チェックポイントタンパク質PD-1の遺伝子を組み込んだバキュロウイルスを昆虫細胞に感染させ、昆虫細胞が放出した細胞外ベシクル(EV)の物性評価および機能評価を行ってきた。2020年度は、PD-1提示EV(PD-1 EV)上のウイルス由来膜融合性タンパク質gp64の機能を利用し、PD-1 EVと人工脂質膜小胞リポソームを融合した新規ハイブリッドEVの構築と融合挙動の詳細な解析を行い、さらにハイブリッドEV内包物の細胞質内デリバリー機能を評価した。
蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)を用いたアッセイにより、gp64のpH応答的な膜融合機能を評価した。EVとFRETリポソームを酸性条件で混合すると、EV濃度依存的なFRETの解消が確認されたことから、EVとリポソームが酸性環境に応答して融合しているが分かった。イメージングフローサイトメトリーを用いて、EVとリポソームの膜融合効率を単一粒子レベルで解析したところ、膜融合が100%進行する条件を見出し、さらにEVとリポソームの混合比によりハイブリッドEVの表面組成を制御し得ることが明らかとなった。また、蛍光標識デキストランを内包したリポソームを調製し、EVと酸性条件で融合することでデキストラン内包ハイブリッドEVを作製した。これをHeLa細胞に添加し共焦点レーザー顕微鏡で観察したところ、ハイブリッドEVが細胞内に取り込まれた後、後期エンドソームやリソソームなどの酸性オルガネラに輸送され、さらに内包物のデキストランが細胞質へと放出された。またプロトンポンプ阻害剤でHeLa細胞を前処理すると、デキストランとオルガネラの共局在率が上昇することが確認された。つまりハイブリッドEVは、gp64を介した酸性オルガネラとの膜融合により内包物を細胞質へと送達可能なDDSキャリアとして機能することが明らかとなった。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (6 results)

All 2020 2019

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Development of Lectin-immobilized Spongy Monoliths for Sub-classification of Exosome2020

    • Author(s)
      久保拓也*, 加藤誠也, 下田麻子, 石川良賀, 澤田晋一, 佐々木善浩, 秋吉一成, 大塚浩二
    • Journal Title

      BUNSEKI KAGAKU

      Volume: 69 Issue: 12 Pages: 731-735

    • DOI

      10.2116/bunsekikagaku.69.731

    • NAID

      130008021447

    • ISSN
      0525-1931
    • Year and Date
      2020-12-05
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Preparation of engineered extracellular vesicles with full-length functional PD-1 membrane proteins by baculovirus expression system2020

    • Author(s)
      Ishikawa Raga、Yoshida Shosuke、Sawada Shin-ichi、Sasaki Yoshihiro、Akiyoshi Kazunari
    • Journal Title

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      Volume: - Issue: 4 Pages: 967-972

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2020.03.187

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] バイオ医薬品デリバリーのためのハイブリッド細胞外ベシクルの設計と機能2020

    • Author(s)
      石川良賀、吉田昭介、澤田晋一、佐々木善浩、秋吉一成
    • Organizer
      第69回高分子年次大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of engineered extracellular vesicles expressing immune checkpoint protein PD-1 by fusion with liposomes2019

    • Author(s)
      R. Ishikawa, S. Yoshida, S. Sawada, S. Mukai, Y. Sasaki, K. Akiyoshi
    • Organizer
      International Society for Extracellular Vesicles (ISEV) Annual Meeting 2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 膜タンパク質エンジニアリング昆虫由来細胞外ベシクルの開発とバイオ応用2019

    • Author(s)
      石川良賀,吉田昭介,澤田晋一,向井貞篤,佐々木善浩,秋吉一成
    • Organizer
      第68回高分子討論会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 膜タンパク質工学による機能性ハイブリッド細胞外ベシクルの設計とDDS応用2019

    • Author(s)
      石川良賀,吉田昭介,澤田晋一,佐々木善浩,秋吉一成
    • Organizer
      第41回日本バイオマテリアル学会大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report

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Published: 2019-05-29   Modified: 2024-03-26  

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