Fabrication of glycocalyx-like material for protection of cell from immune response

• Project/Area Number: 23K25220
• Project/Area Number (Other): 22H03966 (2022-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2022-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 90120:Biomaterials-related
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 寺村 裕治 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 上級主任研究員 (10365421)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000); Fiscal Year 2025: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2024: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2023: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2022: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
• Keywords: 細胞表面修飾 / PEG脂質 / ヘパリン / glycocalyx / 移植

Outline of Research at the Start

本研究では、腎臓移植において虚血状態にさらされた血管内皮細胞を保護し、自然免疫反応からの攻撃（虚血再灌流障害）を防ぐことことができる細胞表面修飾剤の創製を目指す。ここでは、2つのアプローチ：（1）生体に本来備わっている免疫系の防御機構を模倣し、さらに、（2）ヒト免疫系を回避する細菌（髄膜炎菌）にインスパイアされた仕組みを取り入れて、生体反応を制御する細胞表面の修飾材料の創製を行う。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、腎臓移植において虚血状態にさらされた血管内皮細胞を保護し、自然免疫反応からの攻撃を防ぐことことができる細胞表面修飾剤の創製を目指す。ここでは、2つのアプローチ:(1)生体に本来備わっている免疫系の防御機構を模倣し、さらに、(2) ヒト免疫系を回避する細菌(髄膜炎菌)にインスパイアされた仕組みを取り入れて、生体反応を制御する細胞表面の修飾材料の創製を行う。まずは、虚血再灌流障害による消失したglycocalyxを再構築するために、ヘパリン結合脂質により血管内皮の修飾を試みる。このglycocalyxの中 で、抗凝固活性の中心的な役割を担うヘパリンを細胞表面に導入できる材料を創製するため、ヘパリンと脂質との結合体であるヘパリン脂質の合成と機能評価に取り組んだ。ヘパリンを脂質へ結合させるために、スペーサーとしてポリエチレングリコール(PEG)を選択した。PEG鎖末端 に、異なる長さのリジン残基を導入して、アミノ基に対して、フラグメント化したヘパリン鎖をさせ、リジン残基数を変化させ、1から8分子程度のヘパリンを結合させた。ヘパリンの導入量は、フルオレスカミンにより未反応のアミノ基を定量したところ、ほぼ90%以上のアミノ基が反応していることがわかった。臨界ミセル濃度から、両親媒性であること、QCM-Dによるトロンビン結合活性を保持していることが、アンチFXa活性からヘパリン活性があることがわかった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

実験は計画通りに進んでおり、予定あるいは想定通りの結果が得られているため。

Strategy for Future Research Activity

計画通り進める予定である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ウプサラ大学(スウェーデン)
• [Int'l Joint Research] ウプサラ大学(スウェーデン)
• [Journal Article] Liposome surface modifications-engineering techniques (2024)
  • Author(s): Ebert Roland、Adler Anna、Suzuki Haruna、Fromell Karin、Ekdahl Kristina N.、Nilsson Bo、Teramura Yuji
  • Journal Title: Liposomes in Drug Delivery What, Where, How and When to deliver Volume: なし Pages: 193-215
  • DOI: 10.1016/b978-0-443-15491-1.00019-5
  • ISBN: 9780443154911
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 再生医療を利用した脳梗塞治療について (2023)
  • Author(s): 寺村 裕治
  • Journal Title: Jinko Zoki Volume: 52 Issue: 3 Pages: 202-207
  • DOI: 10.11392/jsao.52.202
  • ISSN: 0300-0818, 1883-6097
  • Year and Date: 2023-12-15
• [Journal Article] Regulation of the innate immune system by fragmented heparin-conjugated lipids on lipid bilayered membranes in vitro (2023)
  • Author(s): Adler Anna、Fritsch Marlene、Fromell Karin、Leneweit Gero、Ekdahl Kristina N.、Nilsson Bo、Teramura Yuji
  • Journal Title: Journal of Materials Chemistry B Volume: 11 Issue: 46 Pages: 11121-11134
  • DOI: 10.1039/d3tb01721d
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Biomimetic polyelectrolyte coating of stem cells suppresses thrombotic activation and enhances its survival and function (2023)
  • Author(s): Rangasami Vignesh K.、Asawa Kenta、Teramura Yuji、Le Blanc Katrina、Nilsson Bo、Hilborn Jons、Varghese Oommen P.、Oommen Oommen P.
  • Journal Title: Biomaterials Advances Volume: 147 Pages: 213331-213331
  • DOI: 10.1016/j.bioadv.2023.213331
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cell Surface Modification for Cell Manipulation and Cell Fusion (2023)
  • Author(s): TERAMURA Yuji
  • Journal Title: Oleoscience Volume: 23 Issue: 5 Pages: 249-257
  • DOI: 10.5650/oleoscience.23.249
  • ISSN: 1345-8949, 2187-3461
• [Journal Article] Impact of spontaneous liposome modification with phospholipid polymer-lipid conjugates on protein interactions (2022)
  • Author(s): Suzuki Haruna、Adler Anna、Huang Tianwei、Kuramochi Akiko、Ohba Yoshiro、Sato Yuya、Nakamura Naoko、Manivel Vivek Anand、Ekdahl Kristina N、Nilsson Bo、Ishihara Kazuhiko、Teramura Yuji
  • Journal Title: Science and Technology of Advanced Materials Volume: 23 Issue: 1 Pages: 845-857
  • DOI: 10.1080/14686996.2022.2146466
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 産官学協働による医工連携の取り組み：脳血管内治療の成績と安全性の向上を目指した金属表面の改質 (2024)
  • Author(s): 寺村 裕治
  • Organizer: つくば医工連携フォーラム
  • Invited