高機能化ペプチド材料を用いたがん細胞三次元培養と腫瘍微小環境の蛍光イメージング

• Project/Area Number: 22K05346
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 37030:Chemical biology-related
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 堤 浩 東京工業大学, 生命理工学院, 准教授 (70398105)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥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: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: ペプチド / 自己集合 / 生理活性 / 蛍光プローブ / pH / イメージング

Outline of Research at the Start

腫瘍微小環境は、がん細胞や細胞外マトリックスなどが入り混じって形成される腫瘍組織に特有の環境であり、がん細胞の悪性化（高い浸潤・転移能や抗がん剤への抵抗性など）の要因となっていることが示唆されている。本研究では、がん細胞の機能を制御する生理活性ペプチドと、がん細胞外のpH変化またはマトリックス分解酵素の活性をイメージングする蛍光プローブを組み込んだ自己集合化ペプチドゲルを用い、がん細胞の三次元培養による腫瘍微小環境の構築とその蛍光イメージングを行う手法の確立を目指す。本研究は、腫瘍微小環境の詳細な理解と、それに基づくがん治療薬の開発に貢献すると期待される。

Outline of Annual Research Achievements

腫瘍微小環境は、がん細胞や細胞外マトリックスなどが入り混じって形成される腫瘍組織に特有の環境であり、がん細胞の悪性化（高い浸潤・転移能や抗がん剤への抵抗性など）の要因となっていることが示唆されている。特に、腫瘍組織内の酸性環境やマトリックス分解酵素の分泌が、がん細胞の悪性化に寄与していることが認識されはじめ、がん疾患の悪性化のメカニズム解明や治療薬の開発のためには、がん細胞を三次元的に培養して腫瘍微小環境を構築するとともに、微小環境をリアルタイムに可視化解析する手法が求められている。本研究では、がん細胞の機能を制御する生理活性ペプチドと、がん細胞外のpH変化またはマトリックス分解酵素の活性をイメージングする蛍光プローブを組み込んだ自己集合化ペプチドゲルを用い、がん細胞の三次元培養による腫瘍微小環境の構築とその蛍光イメージングの手法を確立することを目的とした。
令和4年度は、蛍光プローブの合成と機能評価および生理活性ペプチドを導入した自己集合化ペプチドの合成を行った。令和5年度は、蛍光pHプローブを導入した自己集合化ペプチド誘導体の合成を行った。合成スキームを複数検討することにより、低収率であるが蛍光pHプローブ導入ペプチドを合成することができた。また、令和4年度に合成した生理活性ペプチド導入自己集合化ペプチドも用い、生理活性ペプチドおよび蛍光プローブを提示した自己集合化ペプチドゲルを調製し、蛍光応答能を評価した。ペプチドゲルに組み込まれた状態でも蛍光pHプローブのpKaが弱酸性領域にあることが確認できた。また、生理活性ペプチドを導入した自己集合化ペプチドゲル内での細胞の三次元培養の条件検討を行った。緑色蛍光タンパク質GFPを安定発現する細胞株を用い、ペプチドゲル内にがん細胞を三次元的に包埋し、7日間継続して培養できることを確認した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

令和5年度は、遅延していた「蛍光プローブを導入した自己集合化ペプチドの合成」を完遂した。また、生理活性ペプチドおよび蛍光プローブを提示した自己集合化ペプチドゲルを調製し、ペプチドゲルに組み込まれた状態でも蛍光pHプローブが機能することを確認した。また、がん細胞の三次元培養による腫瘍組織モデルの構築に向けて、ペプチドゲル内にがん細胞を包埋し、継続的に培養する条件を検討した。以上より、研究はおおむね順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

「生理活性ペプチドおよび蛍光pHプローブを導入したペプチドゲルでのがん細胞の三次元培養とpH蛍光イメージング」を実施する。令和4年度に水溶性を改善した蛍光pHプローブの合成と機能評価を行い、令和5年度に蛍光pHプローブを導入した自己集合化ペプチド誘導体の合成とペプチドゲル内での蛍光応答能を行った。
令和6年度は、緑色蛍光タンパク質GFPを安定発現するヒト乳腺がん由来細胞MCF7と正常組織由来細胞HEK-293をそれぞれ三次元培養し、細胞の増殖に伴う細胞外pH変化の蛍光イメージングを実施する。