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Development of vaccine adjuvant based on peptidic supramolecules loaded with antigenic proteins

Research Project

Project/Area Number 23K23152
Project/Area Number (Other) 22H01884 (2022-2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023)
Section一般
Review Section Basic Section 27040:Biofunction and bioprocess engineering-related
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

若林 里衣  九州大学, 工学研究院, 准教授 (60595148)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 神谷 典穂  九州大学, 工学研究院, 教授 (50302766)
南畑 孝介  九州大学, 工学研究院, 助教 (90648586)
Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000)
Keywordsワクチン / アジュバント / 超分子 / ペプチド / エマルション
Outline of Research at the Start

ワクチンは感染症の予防や難治性疾患の治療法として注目を集める医薬品である。本研究では、ワクチンに添加される免疫増強剤、アジュバントとして、水中で自己組織化しファイバー状構造体を形成するペプチド超分子の利用を提案している。ペプチド超分子の様々な物性を制御した際の免疫細胞への作用と得られる免疫反応を検証することで、どのようなアジュバントが高い免疫効果を示すのかを明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

ワクチンは、体内の免疫反応を利用して疾患の予防や治療を行うための医薬品であり、感染症の予防やがんなどの根治療法として注目を集める。本研究は、ワクチンによる免疫反応を適切に高めるための免疫増強物質として、両親媒性ペプチド(PA)が水中で自己組織化し形成する超分子ファイバーの利用を提案した。特に、酵素反応を用いて抗原タンパク質をファイバー上に直接結合することで、ファイバーの物性制御による抗原提示細胞への抗原送達能の制御を目指している。
2022年度までに、トランスグルタミナーゼ(TG)を酵素として用い、TG認識配列を持つ各種PAが形成する超分子ファイバーへの抗原タンパク質の結合性を評価した。その結果、モデルタンパク質を用いた場合にはタンパク質のファイバー上への担持が可能であること、抗原提示細胞への送達能が向上することが確認された。一方、特定の実抗原タンパク質を用いた場合には反応部位特異性の低さにより、担持能が低下するという課題が生じた。
そこで2023年度は、より基質特異性の高い酵素を用いた検討を行った。疎水性置換基、酵素認識配列、およびスペーサーを変えた各種PAを合成し、自己組織化と酵素反応性を指標に最適化を行い、多量体の実抗原タンパク質に対して高い酵素反応性を示すPAを見出すことができた。また、TGは基質配列が短く配列許容度が高いこと、比較的サイズの小さいタンパク質を対象にした場合には高いファイバーへの担持能を示すことから、引き続きTGの利用可能性も検討した。ファイバーの表面電荷の違いに応じて抗原提示細胞への抗原タンパク質送達能が異なることが確認されたため、これを用いてマウスに免疫化を行ったところ、抗体産生に違いが見られ、超分子設計による免疫反応制御の可能性が示唆された。
以上の成果に関し、1件の論文発表と18件の学会発表(内招待・依頼講演6件、国際学会発表1件)を行った。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

2022年度に実施した研究内容で課題としてあげられた、酵素反応の特異性や反応性の低さに関して、今年度新たな酵素を用い、適切なPA設計を行うことで解決できることが示された。PA超分子にタンパク質を担持する手法として、これまで研究代表者が用いてきたTG以外の酵素にも適用可能であることを示す、本手法の汎用性の高さを示すことにも繋がる成果である。また同時に、複雑な構造、翻訳後修飾を持つ実抗原タンパク質にも適用できたことは重要である。TG反応性のPA超分子に関しては、表面電荷の異なる超分子ファイバーを用いた際に、in vitro試験で抗原提示細胞への抗原送達能、in vivo試験で抗原特異的な抗体産生量に差異が生まれることが確認された。本研究の目標の一つが、PA超分子の物性が抗原提示細胞や免疫効果に与える影響を理解することであり、その一つの物性として電荷の効果を評価することができた。
以上のように、研究計画に沿って適切かつ着実に進めることができていることから、おおむね順調に進展していると自己評価した。

Strategy for Future Research Activity

動物実験により抗原特異的な抗体産生が確認されたTG反応性のPA超分子に関しては、電荷の違いがどう免疫反応に影響しているか、体内動態、細胞活性化および遊走、誘起される免疫の種類を評価することでメカニズムの解明を行う。新しい酵素を用いたものに関しては、実抗原タンパク質への適用が可能であることから、これを用いた動物実験も進める。また、ワクチンの剤型としてOil-in-Water型エマルションなど、超分子ファイバーをベースとした種々のものを調製し、体内動態や免疫反応に与える影響を調べ、免疫反応の制御と増強が可能なワクチン製剤の開発を行う。
以上に関して、研究代表者の若林が計画・実施・総括を行う。研究分担者の神谷教授は抗原タンパク質の調製を行う。研究協力者の大学院生はPAのスクリーニング、細胞(動物)実験を実施する。これらの研究を通して、抗原タンパク質を超分子ファイバー上に直接担持した一体型のワクチンを用いることで、超分子の設計・物性により免疫反応をどう制御しうるのかについての知見を得、有効なワクチン設計の指標を得ることを目指す。

Report

(2 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (34 results)

All 2024 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (1 results) Presentation (32 results) (of which Int'l Joint Research: 12 results,  Invited: 9 results)

  • [Int'l Joint Research] マインツ大学(ドイツ)

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  • [Journal Article] Development of co-assembly supramolecules using peptide amphiphiles and their intracellular delivery2023

    • Author(s)
      Wakabayashi Rie
    • Journal Title

      Drug Delivery System

      Volume: 38 Issue: 1 Pages: 80-81

    • DOI

      10.2745/dds.38.80

    • ISSN
      0913-5006, 1881-2732
    • Year and Date
      2023-01-25
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      難波江友紀、樋口亜也斗、若林里衣、神谷典穂、後藤雅宏
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      難波江友紀、樋口亜也斗、若林里衣、神谷典穂、後藤雅宏
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      難波江友紀、樋口亜也斗、若林里衣、神谷典穂、後藤雅宏
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    • Author(s)
      樋口亜也斗・若林里衣・後藤雅宏・神谷典穂
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      第17回バイオ関連化学シンポジウム
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      内田和希, 若林里衣, 後藤雅宏, 下川直史, 高木昌宏, 神谷典穂
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  • [Presentation] 抗原タンパク質修飾ペプチド集合体の表面電荷制御と細胞内取り込み評価2023

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      難波江友紀、樋口亜也斗、若林里衣、神谷典穂、後藤雅宏
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      Rie Wakabayashi
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Supramolecular peptide fibers with enzymatic reactivity as a scaffold for antigenic protein delivery2023

    • Author(s)
      Rie Wakabayashi
    • Organizer
      2023年度 ナノ構造・物性―ナノ機能・応用部会合同シンポジウム
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      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Creation of Vaccine Adjuvants Using Antigenic Protein Modified Peptide Assemblies2023

    • Author(s)
      難波江友紀、樋口亜也斗、若林里衣、神谷典穂、後藤雅宏
    • Organizer
      The 34th International Symposium on Chemical Engineering
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  • [Presentation] Peptide Amphiphile Co-assembly Facilitated Direct Cellular Delivery of Antisense Oligonucleotides2023

    • Author(s)
      Ingram Tan, Rie Wakabayashi, Noriho Kamiya, Masahiro Goto
    • Organizer
      The 34th International Symposium on Chemical Engineering
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Hybrid protein crystal formation mediated by the interaction of positively charged peptide tags and oligo ssDNAs2023

    • Author(s)
      長谷彩沙、南畑孝介、若林里衣、後藤雅宏、神谷典穂
    • Organizer
      The 34th International Symposium on Chemical Engineering
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Artificial lipidation of proteins controls protein dynamics on lipid membranes2023

    • Author(s)
      Kazuki Uchida, Rie Wakabayashi, Masahiro Goto, Naofumi Shimokawa, Masahiro Takagi, Noriho Kamiya
    • Organizer
      The 34th International Symposium on Chemical Engineering
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  • [Presentation] Enzyme-reactive supramolecular peptide fibers for potential vaccine application2023

    • Author(s)
      Rie Wakabayashi
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      化学工学会第88年会
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    • Invited
  • [Presentation] 表面電荷を制御した酵素反応性ペプチド共集合体の創製2023

    • Author(s)
      難波江 友紀、樋口 亜也斗、若林 里衣、神谷 典穂、後藤 雅宏
    • Organizer
      日本化学会第103年会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 酵素反応を用いたペプチド集合体への抗原修飾とワクチンへの応用2022

    • Author(s)
      樋口亜也斗、若林里衣、後藤雅宏、神谷典穂
    • Organizer
      第38回 日本DDS学会学術集会
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  • [Presentation] Supramolecular biomaterials based on molecular self-assembly and biochemical engineering2022

    • Author(s)
      Rie Wakabayashi
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ペプチド性超分子を用いたドラッグデリバリー2022

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      若林里衣
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      2022年度GSCセミナー・高分子研究会「有機材料化学の最前線」
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    • Invited
  • [Presentation] Control of enzymatic post-modification of self-assembled aromatic peptide amphiphiles using pH responsiveness2022

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      樋口亜也斗、若林里衣、後藤雅宏、神谷典穂
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      ICYRAM2022
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  • [Presentation] Self-assembled peptide fibers with enzymatic reactivity for potential delivery of biotherapeutics2022

    • Author(s)
      R. Wakabayashi, A. Higuchi, M. Goto, N. Kamiya
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      APCChE 2022
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  • [Presentation] 酵素反応性自己組織化ペプチドに基づくエマルション型ワクチンの創製2022

    • Author(s)
      樋口亜也斗、若林里衣、後藤雅宏、神谷典穂
    • Organizer
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  • [Presentation] Hierarchical co-assembly with peptide amphiphiles promotes the non-endocytic delivery of small molecules into membrane-rich organelles2022

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      Hiroki Obayashi, Rie Wakabayashi, Noriho. Kamiya, and M. Goto
    • Organizer
      ACB-ISBE 2022
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  • [Presentation] Design of self-assembly peptides for antigenic protein delivery application2022

    • Author(s)
      R. Wakabayashi, A. Higuchi, M. Goto, N. Kamiya
    • Organizer
      ACB-ISBE 2022
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  • [Presentation] 機能性ペプチド超分子のボトムアップ構築2022

    • Author(s)
      若林里衣
    • Organizer
      ABC-InFO
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    • Invited
  • [Presentation] O/Wエマルション作製に向けた界面安定化ペプチドファイバーの設計探索2022

    • Author(s)
      樋口亜也斗・若林里衣・後藤雅宏・神谷典穂
    • Organizer
      第8回九州地区大学ー高専若手研究者研究・教育セミナー
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Bottom-up fabrication of peptide supramolecules and their membrane permeability2022

    • Author(s)
      Rie Wakabayashi
    • Organizer
      Kyushu U-NTNU joint symposium
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      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Fabrication of emulsion vaccine using enzymatic reactivity supramolecular fiber2022

    • Author(s)
      樋口亜也斗、若林里衣、後藤雅宏、神谷典穂
    • Organizer
      The 27th Symposium of Young Asian Biological Engineers’ Community
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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