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Precise Design and Evaluation of Nucleic Acid-Covered Nanostructures with Self-Immolation Reaction Responding to External Stimuli for Development of Nano-Ophthalmic Drugs

Research Project

Project/Area Number 21K12690
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 90120:Biomaterials-related
Research InstitutionTokyo University of Science

Principal Investigator

Yoshitsugu Akiyama  東京理科大学, 教養教育研究院葛飾キャンパス教養部, 准教授 (40640842)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 菊池 明彦  東京理科大学, 先進工学部マテリアル創成工学科, 教授 (40266820)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywordsコンビネーション化学療法 / 核酸密生層 / ナノ点眼薬 / 自己崩壊性高分子 / 眼科製剤 / キャリアフリーDDS / DNA密生層 / コンビネーション治療 / ナノ粒子点眼薬
Outline of Research at the Start

本研究では、キャリア自身の毒性という問題の根本的な解決を目的として、核酸医薬と低分子医薬オリゴマーからなるキャリアフリーDDS製剤の作製と眼腫瘍に対する点眼薬としての応用を推進する。特に、本申請では、従来のDDSで期待される利点に加え、(i)DNA密生層による酵素分解の回避、(ii)薬物100%の投与量、(iii)目的細胞内における異種薬物の同時リリース、(iv)内殻薬物の精密除法制御、といった特徴をもつことから、眼腫瘍点眼薬に求められる①治療薬の眼内移行性の向上、②循環血流への移行阻害による全身性の副作用の克服、③眼科製剤で利用できない新たな抗がん剤の適用範囲の拡張、が期待できる。

Outline of Final Research Achievements

This study aims to develop reduction-responsive DNA-based nanostructures with a core of self-immolative poly(carbamate) (PC) derivative for highly efficient nano-ophthalmic drugs. We first prepared nucleic acid-covered nanostructures containing a disulfide-terminated PC derivative core. Dynamic light scattering measurements showed that treatment with a reducing agent induced self-immolation reaction of PC derivatives in the nanostructures. We also found that the nanostructures exhibit high colloidal dispersibility when sugar protrusion structures are introduced into the outermost nucleic acid layer on the gold nanoparticle surface. Using this phenomenon, the colorimetric enzymatic activity of tumor biomarkers was successfully demonstrated. This technology can allow to create an attractive nanotechnology for highly efficient delivery of nucleic acid drugs and diagnosis of ophthalmic tumors.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で明らかにした核酸密生型ナノ構造体からの特異環境下における核酸医薬リリースは、核酸医薬を外殻、低分子医薬オリゴマーを内核としたキャリアフリーナノDDS製剤の開発を可能にする。特筆すべきは、本研究はコンビネーション化学療法向けに、キャリア自身の毒性および薬剤耐性という根本的な問題の解決につながる精密な構造設計に基づいている。したがって、本研究課題の遂行上で得た知見は、眼腫瘍点眼薬に求められる治療薬の眼内移行性の向上や循環血流への移行阻害による全身性の副作用の克服にとどまらない。これまでに眼科製剤として利用が制限された抗がん剤の適用を可能としたナノ医療への幅広い貢献が期待できる。

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (25 results)

All 2023 2022 2021

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (22 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] A Simple Colorimetric Assay of Bleomycin‐Mediated DNA Cleavage Utilizing Double‐Stranded DNA‐Modified Gold Nanoparticles2023

    • Author(s)
      Akiyama Yoshitsugu、Kimura Kazunori、Komatsu Syuuhei、Takarada Tohru、Maeda Mizuo、Kikuchi Akihiko
    • Journal Title

      ChemBioChem

      Volume: 24 Issue: 1

    • DOI

      10.1002/cbic.202200451

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Preparation of Spherical Nucleic Acid Nanoparticles Containing a Self-immolative Poly(carbamate) Core2021

    • Author(s)
      Shione Fukumoto, Mami Kawade, Kazunori Kimura, Yoshitsugu Akiyama, Akihiko Kikuchi
    • Journal Title

      Analytical Sciences

      Volume: 37 Issue: 5 Pages: 781-784

    • DOI

      10.2116/analsci.20SCN06

    • NAID

      130008036602

    • ISSN
      0910-6340, 1348-2246
    • Year and Date
      2021-05-10
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Construction of reduction-responsive DNA-based nanostructures from DNA-poly(carbamate) conjugates with self-immolative fragmentation ability2023

    • Author(s)
      Ren Ishiyama, Syuuhei Komatsu, Akihiko Kikuchi, Yoshitsugu Akiyama
    • Organizer
      第72回高分子学会年次大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 二重鎖DNA修飾金ナノ粒子の表層部に導入したアルキル鎖長がコロイド分散性に与える影響2023

    • Author(s)
      福森泰地, 高橋雄大, 石山蓮, 小松周平, 宝田徹, 前田瑞夫, 池田舞香, 荻野聖, 安藤格士, 菊池明彦, 秋山好嗣 (11) 代表発表者名 (登壇者名)
    • Organizer
      第72回高分子学会年次大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 細胞内還元環境での自己崩壊を可能にする短鎖DNA密生型ナノ構造体の作製2023

    • Author(s)
      石山蓮, 小松周平, 菊池明彦, 秋山好嗣
    • Organizer
      第39回日本DDS学会学術集会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 腫瘍マーカーの簡易分析を指向した糖突出型DNA修飾金ナノ粒子の作製2023

    • Author(s)
      福森泰地, 高橋雄大, 石山蓮, 小松周平, 宝田徹, 前田瑞夫, 菊池明彦, 秋山好嗣
    • Organizer
      第39回日本DDS学会学術集会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 還元応答性 DNA密生型ナノ構造体の自己崩壊挙動2023

    • Author(s)
      石山 蓮, 小松 周平, 菊池 明彦, 秋山 好嗣
    • Organizer
      第72回高分子討論会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 糖突出型DNA修飾金ナノ粒子による腫瘍マーカーの目視酵素活性評価2023

    • Author(s)
      福森泰地, 高橋雄大, 石山蓮, 小松周平, 宝田徹, 前田瑞夫, 菊池明彦, 秋山好嗣
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      第45回日本バイオマテリアル学会大会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 還元応答性DNA密生型ナノ構造体の作製と自己崩壊挙動の特性評価2023

    • Author(s)
      石山蓮, 福森泰地, 小松周平, 菊池明彦, 秋山好嗣
    • Organizer
      第45回日本バイオマテリアル学会大会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Reduction-responsive DNA-based nanostructures with self-immolative poly(carbamate) derivatives as a core material2023

    • Author(s)
      Ren Ishiyama, Taichi Fukumori, Syuuhei Komatsu, Akihiko Kikuchi, Yoshitsugu Akiyama
    • Organizer
      6th G'L'owing Polymer Symposium in Kanto (GPS-K 2023)
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      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Colorimetric assay of b-galactosidase activity using sugar-protruding double-stranded DNA-functionalized gold nanoparticles2023

    • Author(s)
      Taichi Fukumori, Yudai Takahashi, Ren Ishiyama, Syuuhei Komatsu, Tohru Takarada, Mizuo Maeda, Akihiko Kikuchi, Yoshitsugu Akiyama
    • Organizer
      6th G'L'owing Polymer Symposium in Kanto (GPS-K 2023)
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      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 鎖長の異なるアルキルアミンの突出構造を有する二重鎖DNA修飾金ナノ粒子の分散制御2023

    • Author(s)
      福森泰地, 高橋雄大, 石山蓮, 小松周平, 宝田徹, 前田瑞夫, 安藤格士, 菊池明彦, 秋山好嗣
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 刺激応答機能を有する自己崩壊性ポリ(カルバメート)誘導体の末端活性化2022

    • Author(s)
      石山蓮, 高橋雄大, 福本汐音, 小松周平, 菊池明彦, 秋山好嗣
    • Organizer
      第71回高分子学会年次大会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 短鎖DNAで創り込むナノバイオ材料の精密分子設計2022

    • Author(s)
      秋山好嗣
    • Organizer
      第17回ナノ・バイオメディカル学会大会
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      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 分子ビーコン-金ナノ粒子モノコンジュゲートの作製と腫瘍マーカーの蛍光特性評価2022

    • Author(s)
      小松 彩香, 秋山 好嗣, 上村 真生
    • Organizer
      第71回高分子討論会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 刺激崩壊性バイオコンジュゲートを可能にするポリ(カルバメート)誘導体の選択合成2022

    • Author(s)
      石山蓮, 福本汐音, 小松周平, 菊池明彦, 秋山好嗣
    • Organizer
      第44回日本バイオマテリアル学会大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 分子ビーコンを1分子鎖固定した金ナノ粒子複合体の作製と腫瘍マーカーの蛍光検出2022

    • Author(s)
      小松 彩香,秋山 好嗣,上村 真生
    • Organizer
      第44回日本バイオマテリアル学会大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Rational design of environment-responsive spherical nucleic acids containing poly(carbamate) derivatives with self-immolation ability2022

    • Author(s)
      Ren Ishiyama, Syuuhei Komatsu, Akihiko Kikuchi, Yoshitsugu Akiyama
    • Organizer
      5th G'L'owing Polymer Symposium in Kanto
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] β-ガラクトシダーゼの目視活性評価を指向した糖修飾剤の合成と金ナノ粒子の界面設計2021

    • Author(s)
      高橋雄大、福本汐音、秋山好嗣、宝田徹、前田瑞夫、菊池明彦
    • Organizer
      第37回日本DDS学会学術集会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 自己崩壊性ポリ(カルバメート)誘導体を内核とした球状核酸の構造設計と特性評価2021

    • Author(s)
      秋山好嗣、福本汐音、岡島宏季、川出茉実、菊池明彦
    • Organizer
      第37回日本DDS学会学術集会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Design of Spherical Nucleic Acid Nanoparticles Containing Self-immolative Poly(carbamate) Core2021

    • Author(s)
      Yoshitsugu Akiyama, Shione Fukumoto, Hiroki Okajima, Akihiko Kikuchi
    • Organizer
      4th GLowing Polymer Symposium in KANTO, 2021
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Preparation of Spherical Nucleic Acid Nanoparticles Containing Self-immolative Poly(carbamate) Core for Carrier-free DDS2021

    • Author(s)
      Yoshitsugu Akiyama, Shione Fukumoto, Hiroki Okajima, Akihiko Kikuchi
    • Organizer
      第70回高分子討論会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] カルボニルイミダゾール基を有するガラクトース誘導体の合成:DNA密生型金ナノ粒子によるβ-ガラクトシダーゼの目視活性評価への展開2021

    • Author(s)
      高橋 雄大 秋山 好嗣 宝田 徹 前田 瑞夫 菊池 明彦
    • Organizer
      第31回日本MRS年次大会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 自己崩壊性ポリ(カルバメート)誘導体を内核とした DNA密生型ナノ粒子の作製2021

    • Author(s)
      秋山好嗣 福本汐音 岡島宏季 菊池明彦
    • Organizer
      第43回日本バイオマテリアル学会大会
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      2021 Research-status Report
  • [Book] 新規モダリティ医薬品のための新しいDDS技術と製剤化2023

    • Author(s)
      秋山好嗣,菊池明彦, 他108名
    • Total Pages
      580
    • Publisher
      技術情報協会
    • ISBN
      9784861049361
    • Related Report
      2022 Research-status Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2025-01-30  

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