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Development of early-stage cancer detection method and radiotherapy using ultra-small gold nanoparticles

Research Project

Project/Area Number 19K12749
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 90110:Biomedical engineering-related
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

Kitamura Narufumi  東北大学, 医学系研究科, 准教授 (50624912)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 石田 孝宣  東北大学, 医学系研究科, 教授 (00292318)
多田 寛  東北大学, 医学系研究科, 准教授 (50436127)
高野 真由美  東北大学, 医学系研究科, 大学院非常勤講師 (60806298)
権田 幸祐  東北大学, 医学系研究科, 教授 (80375435)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Keywords金ナノ粒子 / CTイメージング / CT造影剤 / 生分解性ナノ粒子 / 尿排泄 / 放射線治療 / CT造影 / 微小がん / X線増感
Outline of Research at the Start

体内におけるがんの発生や転移を早期に発見し、効果的な治療を行う方法の開発は今後の医学研究の大きな課題である。現在、この目的のために装置開発や機能性を持った造影剤の開発など、様々な角度から研究が行われている。それらの手法の中の1つとして、金のナノ粒子はCT造影剤や放射線治療の効果を高める薬剤としての応用が期待されている。本研究では、腎臓から排出可能な極小サイズの金ナノ粒子を基盤としたナノ粒子薬剤を設計し、臨床応用可能なCT造影剤および放射線治療増感剤の開発を行う。金ナノ粒子の欠点である体外排出の問題を解決しつつ、CTとMRIによる微小がんの検出とX線を用いた放射線治療の効果改善を目的とする。

Outline of Final Research Achievements

We prepared ultra-small gold nanoparticles with a diameter of approximately 3 nm by coating with reduced glutathione. In animal experiments using mice, it was confirmed that the nanoparticles could be excreted in urine with a half-life of less than one hour in blood. The initial plan was then slightly modified to integrate multiple gold nanoparticles on a protein basis rather than iron oxide nanoparticles. As a result, biodegradable nanoparticles with 3~4 gold nanoparticles bound on protein particles of about 10~20 nm in diameter were successfully synthesized. The results of CT imaging analysis showed that synthesized nanoparticles had different blood convection times depending on the size and properties of the scaffold protein. The gold nanoparticles can be used as a contrast agent to delineate tiny blood vessels in tumors.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

我々の合成した金ナノ粒子は、ナノメートルサイズかつ生分解性の足場を利用することで、これまで抱えていた欠点である「血中対流時間と排泄能の両立が困難」という問題を解決することに成功した。さらに足場となるタンパク質のサイズや物性に応じてその血中対流時間が変わることから、CT造影の観察対象や目的に応じてその血中対流時間を調整可能であることが示された。これにより、マイクロX線CTを用いたin vivoイメージングにおいて微小血管や腫瘍の血管構造の造影、放射線治療への応用が期待できる。また、尿排泄の時間をコントロールできることから、動物実験における経時的な腎機能の評価など基礎研究へも貢献できる。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (6 results)

All 2021 2019

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

  • [Journal Article] Development of X-ray contrast agents using single nanometer-sized gold nanoparticles and lactoferrin complex and their application in vascular imaging2021

    • Author(s)
      Inose Tomoya、Kitamura Narufumi、Takano-Kasuya Mayumi、Tokunaga Masayuki、Une Norikazu、Kato Chihiro、Tayama Mayu、Kobayashi Yukina、Yamauchi Noriko、Nagao Daisuke、Aimiya Takuji、Furusawa Naoko、Nakano Yasushi、Kobayashi Yoshio、Gonda Kohsuke
    • Journal Title

      Colloids and Surfaces B: Biointerfaces

      Volume: 203 Pages: 111732-111732

    • DOI

      10.1016/j.colsurfb.2021.111732

    • Related Report
      2021 Annual Research Report 2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 機能性ナノ粒子を用いた生体情報の可視化および病態の定量評価2021

    • Author(s)
      北村成史, 多田寛, 高野真由美, 小林芳男, 石田孝宜, 亀井尚, 権田幸祐
    • Journal Title

      化学工業

      Volume: 72 Pages: 258-267

    • Related Report
      2021 Annual Research Report 2020 Research-status Report
  • [Presentation] ナノ粒子修飾AFMによる多点結合力の検出を利用した がん細胞微小領域における抗原の密集状態の解析2021

    • Author(s)
      北村成史, 山本大介, 権田幸祐
    • Organizer
      ナノ学会第19回大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Novel Evaluation Method of Protein Micro-regional Density by Using Nanoparticle-modified AFM2021

    • Author(s)
      Narufumi Kitamura, Daisuke Yamamoto, and Kohsuke Gonda
    • Organizer
      Japan-China Symposium on Nanomedicine
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Size control of gold nanoparticles based on degradable protein scaffold2021

    • Author(s)
      Narufumi Kitamura, Tomoya Inose, and Kohsuke Gonda
    • Organizer
      International Symposium on Nanomedicine
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 核外ERαの定量分析に基づく HR+/HER2乳癌の内分泌療法抵抗性の予測2019

    • Author(s)
      北村成史, 多田寛, 濱田庸, 宮下穣, 原田成美, 濱中洋平, 坪井洸樹, 大内憲明, 林慎一, 石田孝宜, 権田幸祐
    • Organizer
      第78回日本癌学会学術総会
    • Related Report
      2019 Research-status Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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