自己重合化能を有する高分子化合物を用いた腫瘍特異的な超音波造影剤の開発

• Project/Area Number: 21K07589
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 52040:Radiological sciences-related
• Research Institution: Gunma University
• Principal Investigator: 対馬 義人 群馬大学, 大学院医学系研究科, 教授 (20375546)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 福島 康宏 群馬大学, 大学院医学系研究科, 寄附講座等教員 (60772861) ; 金井 彩香 群馬大学, 大学院医学系研究科, 寄附講座等教員 (10847495)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 超音波造影剤 / カーボンナノチューブ / 自己集合型

Outline of Research at the Start

汎用性の高い画像診断法である超音波イメージングを、がん特異的な診断領域へと展開することを目標に、腫瘍でのみ自己集合性を獲得する構造を付与したカーボンナノチューブ試薬を新規に設計した。本研究では、化合物の合成およびその実用性と汎用性について評価を行う。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では多層カーボンナノチューブを母体骨格とし、腫瘍内で特異的な代謝を受けることで自己集合能を得る超音波造影剤の開発を目的としている。これまでに腫瘍特異的に代謝される部位としてグルタチオン構造を、自己集合能を付与する部位としてシステインとシアノベンゾチアゾールの組み合わせを、さらにカーボンナノチューブの難溶性を解消するための化学的修飾として第6世代PAMAM dendrimerを選択し、この設計をもとに化合物の合成を行ってきた。
新たに合成された第6世代PAMAM結合カーボンナノチューブは未修飾体と比較してDMFなどの有機溶媒のみならず、70%エタノールやアセトニトリルなどにも分散することが確認され、親水性の向上が示唆された。一方で第6世代PAMAMはその分子構造の大きさから限外ろ過による除去効率が低いことが確認され、反応液中に残ったPAMAMが次の段階に影響することが懸念された。そこで親水性付与の修飾には、より低分子構造である第4世代PAMAMを利用することとし、第6世代PAMAMと同様の方法で第4世代PAMAM結合カーボンナノチューブを合成した。限外ろ過の際のろ液に対してニンヒドリン判定を行い、アミンが陰性になるまで洗浄を繰り返した。
新たに得られた化合物も70%エタノールやアセトニトリルへの分散性を示し、未修飾体と比較して親水性が改善していることが確認された。
また、本試薬に対して腫瘍特異的な代謝を受ける構造、自己集合能を付与する構造を付け加えた目的の化合物を得た。それぞれの修飾部位とPAMAMとの間にはコハク酸をリンカーとして用いている。その後、個々の新規化合物についてUV波形を測定し、特にシアノベンゾチアゾールによる特徴的な吸収波長(360nm)の有無について確認を行った。
今後、得られた化合物に対して、酵素代謝の検討、自己集合能の評価を行う予定である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

施設建屋の工事の開始と工期の延長により2022年7月より2023年6月（予定）まで研究室が移設された。そのため機器などの使用が十分でなく一部の実験が制限されていた。また、当初の予定では薬剤設計の再検討は体内動態試験の結果をフィードバックして行う予定であったがカーボンナノチューブ自体の難溶性が明らかとなったため、そのままでは投与試験は困難と判断し親水性付与を先に行うこととした。そのため一部の検討順序が入れ替わっている。

Strategy for Future Research Activity

目的の親水修飾カーボンナノチューブと、その構造にさらに代謝配列および自己集合能を付与する部位を伸長した化合物を得られた。また、波長の測定や分散性の確認が行われたため、今後は培養細胞を用いた代謝性の確認や、自己集合の確認などin vitro評価を主として行う予定である。さらに、放射化学的手法による修飾部位の結合数の測定と、代謝性や自己集合能に対する影響について評価を行うことを検討している。