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生体内トラフィッキングを制御する分子集積ウイルスレプリカの創製

Research Project

Project/Area Number 23K23466
Project/Area Number (Other) 22H02199 (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 37010:Bio-related chemistry
Research InstitutionTottori University

Principal Investigator

松浦 和則  鳥取大学, 工学研究科, 教授 (60283389)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 佐々木 善浩  京都大学, 工学研究科, 准教授 (90314541)
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: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2022: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000)
Keywordsウイルスレプリカ / 生体内トラフィッキング / エンベロープ / ヘマグルチニン / 血液脳関門 / 核移行シグナル
Outline of Research at the Start

小胞やウイルスは、生体内で様々な化学的・物理的刺激に応じて時空間制御された多段階の物質移動:トラフィッキングしている。脳などの特定臓器・特定細胞・特定オルガネラへトラフィッキングする人工材料を構築できれば、革新的なドラッグデリバリー材料・分子ロボット技術として有用であるが、これまでそのようなウイルス模倣材料を創製した例は無い。本研究では、研究代表者が培ってきた「化学ウイルス学」に基づいた機能性分子修飾人工ウイルスキャプシドの構築技術を駆使して、脳内・標的細胞・細胞内標的部位へトラフィッキング制御する分子集積ウイルスレプリカを「化学の力」で創製する。

Outline of Annual Research Achievements

脳などの特定臓器・特定細胞・特定オルガネラへトラフィッキングする人工材料を構築できれば、革新的なドラッグデリバリー材料として有用であるが、これまでそのようなウイルス模倣材料を創製した例は無い。本研究では、研究代表者が培ってきた「化学ウイルス学」に基づいた機能性分子修飾人工ウイルスキャプシドの構築技術を駆使して、脳内・標的細胞・細胞内標的部位へトラフィッキング制御する分子集積ウイルスレプリカを化学の力で創製することを目的としている。
これまでの研究実績として、研究代表者が開発したエンベロープ型人工ウイルスキャプシド上に、無細胞発現系とプラスミドDNAを用いて、インフルエンザウイルスのヘマグルチニン(HA)やSARS-CoV2のスパイクタンパク質を搭載した「膜タンパク質搭載ウイルスレプリカ」を創製し、それぞれのレセプターに効率的に結合することを実証した。また、血液脳関門(BBB)シャトルペプチドを提示したエンベロープ型人工ウイルスキャプシドの構築に成功し、BBBモデル細胞を効果的に透過することを見出している。さらに、核移行シグナル(NLS)を提示したエンベロープ型人工ウイルスキャプシドの構築にも成功し、NLSとエンベロープ膜の相乗効果により細胞核に集積することを実証している。
また、効率的な新規ウィルスレプリカ作製手法の開発ならびに無細胞膜タンパク質発現による複数種類の膜蛋白質の発現を行った。具体的には、脂質膜透過法を用い、天然の生体膜を効率的にコア微粒子に被覆する手法をみいだすとともに、コア微粒子としてシリカのみならず、多孔質微粒子、銀ナノ粒子を用いる系についても検討をおこなった。また、複数の膜タンパク質を搭載する系として、コネキシン-43とクラウウディンの同時発現を行い、これらが共同的に細胞間接着に関与していることを示唆する結果を得た。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

現在までにエンベロープ型人工ウイルスキャプシドに無細胞発現系を用いて対応するプラスミドDNAを発現することにより、膜タンパク質であるコネキシン、ヘマグルチニン(HA)、SARS-CoV2由来S-proteinを搭載した「膜タンパク質搭載ウイルスレプリカ」の創製に成功している。このうち、コネキシン搭載ウイルスレプリカについては、すでにRSC Chemical Biology, 2022, 3, 231にて論文発表している。HA搭載ウイルスレプリカは、抗HA抗体および金ナノ粒子修飾二次抗体の結合からHAの搭載が確認され、リガンドであるGM3含有脂質二分子膜への結合を水晶発振子マイクロバランス(QCM)により確認している。また、S-protein搭載したウイルスレプリカでは、TEM観察による突起状構造体の確認や、抗S-protein抗体および金ナノ粒子修飾二次抗体の結合のTEMによる確認、レセプターであるACE2への結合をフローサイトメトリーおよびQCMにより確認している(ACS Synthetic Biology, in revision)。その他にも、血液脳関門(BBB)シャトルペプチドや核移行シグナル(NLS)を提示したエンベロープ型人工ウイルスキャプシドの構築にも成功し、BBBモデル細胞を効果的に透過することや細胞核集積性を確認している。
エンベロープを効率的にレプリカに付与する手法として、密度勾配溶液中に作製した脂質膜層に対してナノ微粒子を透過させることで脂質膜を被覆できる実証している(Small, 2023, 19, 2206153)。今年度は、この系を拡張し、モデル膜のみならず天然の生体膜をナノ粒子に被覆する手法を開発した。さらに、生体膜についてプロテオームプロファイリングを行い、細胞の状態に応じて選択的に膜タンパク質が抽出されていることも見出している。

Strategy for Future Research Activity

これまでに構築したHA搭載ウイルスレプリカのシアリルラクトース発現細胞であるヒト肝癌由来細胞株HepG2への取込過程をCLSMにより観察する。また、SARS-CoV2由来S-protein搭載ウイルスレプリカのACE2レセプターへの結合を介した細胞内取り込みについても、CLSM観察やフローサイトメトリーにより詳細に検討し、ウイルスの細胞への感染機構のモデルとしての有用性を検証する。これらの膜タンパク質搭載ウイルスレプリカにドキソルビシンやメトトレキサートなどの抗がん剤を内包し、細胞選択的な薬物送達能・治療効果などを検討する。また、BBBシャトルペプチド提示エンベロープ型ウイルスキャプシドのヒトトランスフェリンレセプターとの結合を QCMなどにより定量的に解析するとともに、in vitroでのBBB通過能をより詳細に評価する。さらに、ミトコンドリア移行シグナルペプチド(MTS)を修飾したエンベロープ型ウイルスレプリカの創製も検討し、細胞内トラフィッキングの制御とオルガネラ選択的な薬物送達を達成する。
本年度、新たに開発した膜タンパク質固相合成により、膜タンパク質の多段階合成が可能であることを見出した。今後、この手法をさらに展開し、コロナウィルスが保持する感染関連膜タンパク質や膜融合性の膜タンパク質などを複数種類、効率的に搭載したウイルスレプリカを作製し、その機能発現機序について基礎的な知見を得るとともに、ウィルスレプリカとしての細胞内トラフィッキングの制御などの機能発現を目指す。

Report

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

    (90 results)

All 2024 2023 2022 Other

All Journal Article (16 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 11 results,  Open Access: 8 results) Presentation (66 results) (of which Int'l Joint Research: 10 results,  Invited: 10 results) Book (5 results) Remarks (2 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] An artificial viral capsid decorated with a DNA aptamer internalizing into lymphoma cells2023

    • Author(s)
      Sakamoto Kentarou, Uchiyama Kohsuke, Iwasaki Takashi, Inaba Hiroshi, Matsuura Kazunori
    • Journal Title

      Journal of Materials Chemistry B

      Volume: 11 Issue: 26 Pages: 6053-6059

    • DOI

      10.1039/d3tb00169e

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    • Author(s)
      Ito Keita、Furukawa Hiroto、Inaba Hiroshi、Ohshima Shino、Kametani Yoshie、Maeki Masatoshi、Tokeshi Manabu、Huang Xuhao、Kabayama Kazuya、Manabe Yoshiyuki、Fukase Koichi、Matsuura Kazunori
    • Journal Title

      Journal of the American Chemical Society

      Volume: 145 Issue: 29 Pages: 15838-15847

    • DOI

      10.1021/jacs.3c02679

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    • Author(s)
      Furukawa Hiroto、Kimura Yuuna、Inaba Hiroshi、Matsuura Kazunori
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 13 Issue: 1 Pages: 19934-19934

    • DOI

      10.1038/s41598-023-47347-7

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      松浦和則
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      Ryosuke Mizuta, Eisuke Kanao, Keigo Ukyo, Shin-ichi Sawada, Yasushi Ishihama, Yoshihiro Sasaki,  Kazunari Akiyoshi
    • Journal Title

      Biorxiv

      Volume: -

    • DOI

      10.1101/2023.10.22.563496

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      Analytical Chemistry

      Volume: 95 Issue: 35 Pages: 13185-13190

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      Volume: 51 Issue: 11 Pages: 1087-1090

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    • Author(s)
      山本優香,稲葉央,松浦和則
    • Organizer
      第38回中国四国地区高分子若手研究会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Construction of enveloped viral replica equipped with spike protein derived from SARS-CoV-22023

    • Author(s)
      Hiroto Furukawa, Keisuke Nakamura, Shin-ichi Sawada, Hiroshi Inaba, Yoshihiro Sasaki, Kazunari Akiyoshi, Kazunori Matsuura
    • Organizer
      第60回ペプチド討論会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] エンベロープウイルスレプリカを用いた次世代ワクチン材料の創製2023

    • Author(s)
      古川寛人,伊藤啓太,稲葉央,真鍋良幸,大島志乃,亀谷美恵,深瀬浩一,松浦和則
    • Organizer
      2023年日本化学会中国四国支部大会 山口大会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] アルキルアンカー提示人工ウイルスキャプシド添加によるジャイアントリポソームからの出芽2023

    • Author(s)
      平原未海,古川寛人,坂本健太郎,稲葉央,松浦和則
    • Organizer
      2023年日本化学会中国四国支部大会 山口大会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] ヘマグルチニン搭載エンベロープ型 ウイルスレプリカの創製と薬物送達2023

    • Author(s)
      中村颯佑,古川寛人,稲葉央,松浦和則
    • Organizer
      2023年日本化学会中国四国支部大会 山口大会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 核局在ペプチド修飾ウイルスレプリカの創製2023

    • Author(s)
      和田瑞生,坂本健太郎,古川寛人,稲葉央,松浦和則
    • Organizer
      2023年日本化学会中国四国支部大会 山口大会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Embedding a Membrane Proteins into an Enveloped Artificial Viral Replica2023

    • Author(s)
      Kazunori Matsuura, Hiroto Furukawa, Hiroshi Inaba
    • Organizer
      Physical Virology, Gordon Research Conference
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      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] がん抗原提示エンベロープウイルスレプリカ(1):複合体の創製とナノ構造2023

    • Author(s)
      古川寛人,伊藤啓太,稲葉央,真鍋良幸,大島志乃,亀谷美恵,深瀬浩一,松浦和則
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] がん抗原提示エンベロープ型ウイルスレプリカ(2):免疫学的評価2023

    • Author(s)
      伊藤啓太,古川寛人,真鍋良幸,大島志乃,亀谷美恵,稲葉央,松浦和則,深瀬浩一
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] アルキルアンカーを有する人工ウイルスキャプシドによるジャイアントリポソーム内部への出芽2023

    • Author(s)
      平原未海,坂本健太郎,古川寛人,稲葉央,松浦 和則
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 機能性膜タンパク質を搭載したエンベロープ型ウイルスレプリカの創製2022

    • Author(s)
      古川寛人,宮田健伸,中村圭吾,稲葉央,佐々木善浩,秋吉一成,松浦和則
    • Organizer
      第 71 回高分子学会年次大会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 抗がん活性を有する再構成型リボヌクレアーゼ S 修飾人工ウイルスキャプ シドの創製2022

    • Author(s)
      梁応冰,太田純平,古川寛人,坂本健太郎,稲葉 央,松浦 和則
    • Organizer
      第 71 回高分子学会年次大会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Artificial Virus-like Materials constructed by Self-assembly of Peptides2022

    • Author(s)
      Kazunori Matsuura
    • Organizer
      FIBER International Summit for Nucleic Acids 2022
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] シアリルラクトース修飾人工ウイルスキャプシドの創製とヘマグルチニンとの相互作用2022

    • Author(s)
      矢野智美,稲葉央,長尾匡憲,三浦佳子,松浦和則
    • Organizer
      第32回バイオ・高分子シンポジウム
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  • [Presentation] RNase S修飾人工ウイルスキャプシドの細胞内導入と抗がん活性2022

    • Author(s)
      松浦和則,梁応氷,坂本健太郎,古川寛人,稲葉央
    • Organizer
      第32回バイオ・高分子シンポジウム
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  • [Presentation] エンベロープ型ウイルスキャプシドの細胞内導入と取込機構の解明2022

    • Author(s)
      古川寛人,木村優菜,稲葉央,佐々木善浩,秋吉一成,松浦和則
    • Organizer
      第32回バイオ・高分子シンポジウム
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  • [Presentation] 自己複製人工ウイルスキャプシドの創製に向けた mRNA 内包人工ウイルスキャプシドの設計と構築2022

    • Author(s)
      坂本健太郎,稲葉央,岩崎 崇,松浦 和則
    • Organizer
      第32回バイオ・高分子シンポジウム
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  • [Presentation] シアリルラクトースを表面提示した人工ウイルスキャプシドの創製2022

    • Author(s)
      矢野智美,稲葉央,長尾匡憲,三浦佳子,松浦和則
    • Organizer
      第71回高分子討論会
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  • [Presentation] コネキシン搭載ウイルスレプリカを用いたリポソーム・細胞への分子輸送2022

    • Author(s)
      古川 寛人,石川 唯也,稲葉 央,佐々木 善浩,秋吉 一成,松浦 和則
    • Organizer
      第71回高分子討論会
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  • [Presentation] ギャップジャンクション形成膜タンパク質 を 搭載 した ウイルスレプリカ を用いた リポソーム ・ 細胞への分子輸送2022

    • Author(s)
      古川寛人,稲葉央,佐々木善浩,秋吉一成,松浦和則
    • Organizer
      第16回バイオ関連化学シンポジウム
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  • [Presentation] 疎水性相互作用を介したエンベロープ型人工ウイルスキャプシドの創製2022

    • Author(s)
      平原未海,坂本健太郎,古川寛人,稲葉央,松浦和則
    • Organizer
      第16回バイオ関連化学シンポジウム
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  • [Presentation] ペプチドから走光性材料やウイルスレプリカを創る2022

    • Author(s)
      松浦和則,古川寛人,八田健志,稲葉央
    • Organizer
      「細胞を創る」研究会 15.0
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    • Invited
  • [Presentation] Molecular Transport from Enveloped Viral Replica Embedded with connexin into Liposomes and Cells2022

    • Author(s)
      Hiroto Furukawa, Hiroshi Inaba, Yoshihiro Sasaki, Kazunari Akiyoshi, Kazunori Matsuura
    • Organizer
      第59回ペプチド討論会
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  • [Presentation] Design of artificial viral capsid encapsulating mRNA to endow self-replicability2022

    • Author(s)
      Kentarou Sakamoto, Hiroshi Inaba, Takashi Iwasaki, Kazunori Matsuura
    • Organizer
      第59回ペプチド討論会
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  • [Presentation] 化学でウイルスレプリカを合成する2022

    • Author(s)
      松浦和則
    • Organizer
      2022年 繊維学会秋季研究発表会
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    • Invited
  • [Presentation] 機能を有する膜タンパク質を搭載したエンベロープ型ウイルスレプリカの構築2022

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      古川寛人,宮田健伸,中村圭吾,稲葉央,澤田晋一, 佐々木善浩,秋吉一成,松浦和則
    • Organizer
      2022年 繊維学会秋季研究発表会
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  • [Presentation] β-Annulusペプチドからなる人工ウイルスキャプシドの細胞内発現2022

    • Author(s)
      山本優香,坂本健太郎,稲葉央,松浦和則
    • Organizer
      2022年日本化学会中国四国支部大会 広島大会
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  • [Presentation] インフルエンザウイルス捕捉材料としてのシアリルラクトース修飾人工ウイルスキャプシドの創製2022

    • Author(s)
      矢野智美,稲葉央,長尾匡憲,三浦佳子,松浦和則
    • Organizer
      2022年日本化学会中国四国支部大会 広島大会
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  • [Presentation] BBBシャトルペプチド提示人工ウイルスレプリカの創製2022

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      大谷悠佳,稲葉央,坂本健太郎,松浦 和則
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      2022年日本化学会中国四国支部大会 広島大会
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  • [Presentation] 膜タンパク質を搭載したエンベロープ型ウイルスレプリカの創製2022

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      古川寛人,中村圭吾,稲葉央,澤田晋一,佐々木善浩,秋吉一成,松浦和則
    • Organizer
      第6回分子ロボティクス年次大会
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  • [Presentation] RNase S-decorated Artificial Viral Capsid Self-assembled from beta-Annulus Peptide2022

    • Author(s)
      Kazunori Matsuura, Yingbing Liang, Hiroto Furukawa, Kentarou Sakamoto, Hiroshi Inaba
    • Organizer
      The 17th Pacific Polymer Conference (PPC-17)
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  • [Presentation] 自己組織化ナノゲルをインターフェイスとする細胞外小胞と磁気微粒子複合体の単一粒子解析と機能評価2022

    • Author(s)
      水田涼介, 澤田晋, 佐々木善, 秋吉一成
    • Organizer
      第 71 回高分子学会年次大会
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  • [Presentation] がん治療へ向けた一本鎖抗体組込リポソームの設計と特性評価2022

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      澤田晋一, 中村圭吾, 佐々木善浩, 秋吉一成
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      第 71 回高分子学会年次大会
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  • [Presentation] 胞透過法による生体膜ハイブリッド微粒子の構築と特性評価2022

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      右京慶吾, 佐々木善浩, 澤田晋一, 秋吉一成
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      第 71 回高分子学会年次大会
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  • [Presentation] 細胞膜上への生体分子提示のための両親媒性コポリマーの設計と機能2022

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      定浪裕大, 澤田晋一, 佐々木善浩, 秋吉一成
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      第 71 回高分子学会年次大会
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  • [Presentation] 生体膜-無機ハイブリッドマテリアル:無機微粒子複合化による生体膜小胞の機能制御2022

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      水田涼介, 澤田晋, 佐々木善, 秋吉一成
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      第71回高分子討論会
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  • [Presentation] 生体膜への両親媒性ポリマーの複合化解析と生体分子アンカーとしての機能評価2022

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      定浪裕大, 水田涼介,澤田晋一, 佐々木善浩, 秋吉一成
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      第71回高分子討論会
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  • [Presentation] ナノ微粒子への生体膜ハイブリッド手法の創出と膜特性・機能評価2022

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      右京慶吾, 澤田晋一, 金尾英佑,佐々木善浩,秋吉一成
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      第71回高分子討論会
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  • [Presentation] Development of Magnetically Driven Exosome Delivery System for Biomedical Applications2022

    • Author(s)
      Yoshihiro Sasaki, Ryosuke Mizuta, Kiyofumi Katagiri, Kazunari Akiyoshi
    • Organizer
      11th International Conference on Fine Particle Magnetism
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Book] 生命起源の事典2024

    • Author(s)
      生命の起原および進化学会 監修(5-18節, pp. 274-275を松浦が執筆担当)
    • Total Pages
      328
    • Publisher
      朝倉書店
    • ISBN
      9784254160789
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  • [Book] Peptide Self‐Assembly and Engineering: Fundamentals, Structures, and Applications2024

    • Author(s)
      Xuehai Yan (Ed)(Volume 1, Chapter 8, pp.167-183を松浦が執筆担当)
    • Total Pages
      688
    • Publisher
      Wiley-VCH
    • ISBN
      9783527351916
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  • [Book] Supramolecular Nanotechnology: Advanced Design of Self-Assembled Functional Materials2023

    • Author(s)
      Omar Azzaroni and Martin Conda-Sheridan (Ed)(Chapter 34, pp.917-939を松浦が執筆担当)
    • Total Pages
      1360
    • Publisher
      Wiley-VCH
    • ISBN
      9783527349487
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  • [Book] CSJカレントレビュー第45号「生体分子環境の化学-分子夾雑と1分子で解き明かす生体の挙動」2023

    • Author(s)
      日本化学会編 (Part2, 4章pp. 54-59を松浦が執筆担当)
    • Total Pages
      208
    • Publisher
      化学同人
    • ISBN
      9784759814057
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  • [Book] Molecular Robotics: An Introduction2022

    • Author(s)
      Satoshi Murata (Ed) (Chapter 4.9, pp. 167-173を松浦が執筆担当)
    • Total Pages
      296
    • Publisher
      Springer Singapore
    • ISBN
      9789811939860
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  • [Remarks] ―安全で効果的な革新的ワクチン創製の新技術― 完全化学合成ウイルスレプリカを用いたがんワクチン

    • URL

      https://www.tottori-u.ac.jp/news/docs/20230622release.pdf

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    • URL

      https://www.tottori-u.ac.jp/about/docs/d85fe011ca8538551ce75ee583ef3af8d69fdd89.pdf

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  • [Patent(Industrial Property Rights)] 人工ウイルスキャプシド2023

    • Inventor(s)
      松浦和則、古川寛人、他5名
    • Industrial Property Rights Holder
      松浦和則、古川寛人、他5名
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2023-076053
    • Filing Date
      2023
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Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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