Development of methods for in vivo hydrogelation triggered by transition-metal catalysis
| Project/Area Number |
22K14787
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 37010:Bio-related chemistry
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
山本 智也 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (30837886)
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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 |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 金触媒 / 低分子ゲル化剤 / バイオマテリアル / 生体内反応 / 遷移金属触媒 / ハイドロゲル / 人工金属酵素 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、遷移金属触媒による芳香環形成反応を引き金として生体内でゲル化を引き起こす手法を開発する。芳香環形成反応の基質構造を様々なペプチド誘導体に導入し、ゲル化剤の候補化合物ライブラリーを作成する。生体内環境でも金属触媒と反応しやすく、かつ反応によってゲル化を引き起こす分子を探索する。
開発したゲル化剤と遷移金属触媒を細胞培養液中やマウス生体内に導入し、がん治療や止血材への応用に向けての概念実証となる研究を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
酵素反応に応答してゲル化を引き起こす低分子ゲル化剤は、生体内患部で局所的にゲルを形成することから、細胞組織工学やがん治療への応用研究が行われている。一方、ゲル化の引き金となる酵素反応は、酵素の患部選択的な局在や触媒できる反応の種類に制限があり、その応用範囲は限定されている。近年は生体適合性のある遷移金属触媒を生体内でのプロドラッグの活性化に応用する研究が盛んに行われている。遷移金属触媒による反応が、生体内のゲル化の引き金に応用できると考え、本研究では遷移金属触媒反応を引き金としてゲルを形成する新規低分子ゲル化剤の開発を行った。
昨年度までに開発した金触媒反応を引き金としてゲル化する低分子ゲル化剤について、本年度は金触媒反応による超分子繊維構造の変化やゲル化条件に用いる添加剤の種類について検討した。開発した低分子ゲル化剤が形成する超分子繊維は、金触媒反応前後で構造変化を起こすことを透過型電子顕微鏡観察により見出した。また、ゲル化の際に用いる添加剤の構造とゲル化能力の相関を得ることで、添加剤とゲル化剤間の水素結合や添加剤のリンカー部分の配座がゲル化に大きく寄与することを見出した。
さらに、開発した低分子ゲル化剤について、金触媒反応を引き金とするゲル形成が細胞毒性を増強させることが示された。この細胞毒性の変化については、金触媒反応による繊維構造の変化によって、細胞への相互作用様式が変化し、毒性が強まっていると考えられる。このように、超分子複合体構造の変化によって細胞毒性をコントロールできる新たな活性発現メカニズムとして、がん治療等への将来応用が期待される。
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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
金触媒反応を引き金としてゲル化する低分子ゲル化剤を開発し、繊維構造の観察や、添加剤の種類を検討することによってゲル化のメカニズムを解明できた。さらに、開発したゲル化剤について細胞毒性を評価し、繊維構造の変化によって毒性が増強するという新たな活性発現メカニズムを見出すことができた。このように、遷移金属触媒反応によってゲルの形成や細胞毒性を制御するという研究開始当初の目標を達成することができた。
今後は、開発したゲル化剤についてマウス生体内への応用を目指す。実際にマウス生体内でのヒドロゲル形成や、イメージングに用いるナノ粒子への応用を検討したい。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに開発したゲル化剤について、マウス生体内に導入する実験を行う。マウス生体内のがん細胞でゲル化を引き起こし、ゲル化によってがん細胞の増殖を抑える実験を検討する。
また、今回開発したシステムをMRIプローブや近赤外蛍光プローブとして応用することを目指す。生体内に導入した金触媒によってゾルからゲルへの転移を引き起こすことで、MRIプローブ中の分子の運動性が低減し、MRIシグナルの緩和時間を変化させることでシグナル強度を制御できると考えた。また、粘度応答性の近赤外蛍光プローブを同様のナノ粒子に導入することで、近触媒反応を引き金とするゲル化によって蛍光強度をスイッチ・オンすることも期待できる。今回のゲル化剤をナノ粒子中に導入し、金触媒反応によってMRIの緩和時間や蛍光強度を変化させることで、生体内の特定患部に送達した金触媒の位置を可視化する手法を開発したい。
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Report
(2 results)
Research Products
(7 results)
