| Project/Area Number |
22K04818
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 27020:Chemical reaction and process system engineering-related
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| Research Institution | University of Miyazaki |
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Principal Investigator |
松根 英樹 宮崎大学, 工学部, 准教授 (10380586)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮武 宗利 宮崎大学, 工学部, 助教 (40315354)
塩盛 弘一郎 宮崎大学, 工学部, 教授 (80235506)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | カプセル / 遺伝子 / シリカ / 糖 / 遺伝子導入 / シルセスキオキサン / 細胞 / ナノカプセル / 環境応答性 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，オリゴシルセスキオキサン（SQ）から構成される新規遺伝子導入用キャリアの開発を行う．SQという，遺伝子導入には新規な微粒子を用いてカプセルを構築し，DNAやRNAなどを閉じ込めて，細胞への遺伝子導入を図る．遺伝子導入に必要な表面官能基やキャリア構造の最適化を図り，高効率遺伝子導入のための法則を明らかにしつつ，その導入機構を解明することで，新規遺伝子導入のための方法を構築する．最終的に，現行の遺伝子導入キャリアが実施できていない，巨大サイズの遺伝子導入を行う．
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| Outline of Annual Research Achievements |
現在，遺伝子をクスリに用いる遺伝子治療の開発が精力的に進められている．この治療法において，DNAやRNAなどの遺伝子を体内の標的細胞の内部に効率よく導入することが重要である．DNAやRNA単体では細胞内に導入できないため，ベクターと呼ばれるカプセルに封入して細胞膜を透過させる必要がある．このベクターの性能が遺伝子発現の効率を左右し，最終的には治療効果に大きく影響する．
本研究の目的は，全く新しい概念に基づいて新規構造のベクターを開発することである．従来，治療に適用することができなかった巨大なサイズの遺伝子を治療に用いることを実現する．具体的には，申請者が開発した環境応答性の中空シリカ粒子を遺伝子のベクターに用いる．サイズが~100 nmの粒子で内部に大きな空孔を有し，かつカプセル膜には細胞内で崩壊するように設計されている．遺伝子をこの空孔に閉じ込めた上で細胞に取り込ませ，遺伝子発現ができることを実証する．
初年度は，内包する遺伝子をカプセル内に封止する技術の開発を目標とし，達成した．2年目は細胞内環境に応答して直ちにバラバラになるカプセル壁の構築を探索した．細胞外では内包物である遺伝子を保持し，一方で，細胞内に導入されると細胞内環境で特異的に存在する物質に反応して構造が崩壊する薄膜の構築を目指した．シルセスキオキサン分子を単位要素として，それらを架橋することで薄膜化することで解決を図った．架橋剤のスクリーニングを行った結果，目的とする，直ちに細胞内環境に応答する膜の開発を行うことができた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初目標としていた，最適なカプセル膜の材料開発に成功した．そのため，順調に進行していると評価した．遺伝子を傷つけずにカプセル化法の開発を行うことができた．カプセル膜に刺激応答性の機能を付与することにも成功した．細胞内と同様の環境において内包物を放出する能力を有している．一方で，効能の検討にはいたらず，今後，細胞での反応との関係性を明らかにしていく必要がある．特に，細胞膜の透過が実現するための，カプセルの最外層に施す修飾剤の探索が本研究課題を遂行するためのキーになるため，来年度はそこを重点的に実施していく必要があると考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度にあたる，次年度は初年度，2年度の検討結果を踏まえた上で，それらをまとめつつ，さらに発展させて本研究課題の完成を図る．
開発したカプセルを用いて細胞内への導入を検討する．その際，カプセルの培地中への分散性が問題になると考えられる．高塩濃度中でもカプセルが均一に分散させるためには，適切な表面修飾が必要であると考えられ，様々な修飾剤でスクリーニングを行って解決していく．修飾前後で環境応答性の機能がどのように変化するかを明らかにした上で，細胞内へエンドサイトーシスがどれくらい起こるかを定量的に明らかにしていく．また，遺伝子の発現がきちんと行われるかを明らかにしていく．定量的な評価を示した上で，全く新しい概念に基づいた本方法論が有効であることを実証し，確立していく．
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