| Project/Area Number |
23K25235
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| Project/Area Number (Other) |
22H03981 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 90130:Medical systems-related
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| Research Institution | Fukuoka University |
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Principal Investigator |
立花 克郎 福岡大学, 医学部, 教授 (40271605)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
位高 啓史 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 教授 (60292926)
貴田 浩志 福岡大学, 医学部, 准教授 (80529454)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000)
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| Keywords | 超音波医科学 / ナノバブル / ウルトラファインバブル / mRNA / 超音波穿孔法 / 超音波治療装置 / ワクチン / 超音波 / 遺伝子導入 / ソノポレーション |
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| Outline of Research at the Start |
装置の超音波周波数と超音波強度を検討した結果、ナノバブルが応答する超音波周波数が40kHzから150kHzでも可能であることを突き止めた。同装置は持ち運びができ、乾電池（単3）で駆動でき、我々の目指す小型ワクチン投与装置の実用化へ一歩近づいた。研究成果は下記の学会・展示会で発表され、特許申請につながった。一方、細胞培養実験ではウルトラファインバブルとmRNAの実験では培養した癌細胞株に対するキャリアフリーmRNAソノポレーションを行い、24 時間後にレポーターアッセイ(ルシフェラーゼ)による遺伝子導入効率とMTTアッセイによる細胞 障害性を検討した。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的はナノバブルの発生/安定化原理と超音波応答性を解明し、ソノポレーションで のキャリアフリーのmRNAの安全かつ高効率な経皮的導入を動物で確立することである。上記の目的を得るためにはナノバブルの発生/安定化の原理・超音波応答性の解明、ソノポレーション効率向上 信号発生器、増幅器、超音波素子を組み合わせた独自の超音 波照射システムを新規に構築するする必要がある。前年度の成果に基づき、装置の超音波周波数と超音波強度を検討した。様々な周波数設定で小型の超音波装置のプロトタイプ1号の最適化条件実験を繰り返した結果、当初、想定いた４０kHz から150kHzの周波数範囲の最下位帯域の５０kHzでの実用化の目処が見えた。同周波数設定で小型の超音波装置のプロトタイプ2号を作成し、in vitroにおける培養細胞遺伝子導入を行ったところ、コントロール群に比べ、有意に高い遺伝子導入率が得られた。同装置は持ち運びができない100Vでの駆動となったが我々の目指す小型ワクチン投与装置の実用化へ一歩近づいた。研究成果は平成6年度中の学会・展示会で発表する予定である。特許はすでに出願中である。一方、細胞培養実験では昨年度と同様にウルトラファインバブルとmRNAの実験では培養した癌細胞株に対するキャリアフリーmRNAソノポレーションを行い、24 時間後にレポーターアッセイ(ルシフェラーゼ)による遺伝子導入効率とMTTアッセイによる細胞 障害性を検討した。その結果、本研究の目的で予想された実験結果を得ることができた。
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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
計画では超音波装置の超音波帯域幅、生成波形、アーキテクチャなど様々な特性を持った信号発生器 とそれに適した増幅器、さらに最適周波数の異なる様々な形状・材質の超音波素子を組み合 わせて実験装置のシステムを構築する予定であった。昨年度と同様に材料費の高騰と電子部品の調達が困難であり、試作機の納品の大幅な遅れが生じ、当初の計画よりも遅れが生じた。また、プロタイプ第1号から第２号への部品数の増加により作成費用も予定よりコストが増えた。しかし、当初予想していた超音波周波数帯域よりも低いことが実験で分かったので超音波素子にエネルギーを供給する増幅器のコストを大幅に削減できた。よって、超音波治療装置の開発の進捗状況はおおむね予定に沿って進んだ。一方、ナノバブル（ウルトラファインバブル）とmRNAの実験では細胞培養プラスチック容器へ直接超音波を照射する実験モデルを確立することに成功した。同方法で細胞培養ウェルに培養した細胞株に対するキャリアフリーmRNAソノポレーションを行い、24 時間後にレポーターアッセイ(ルシフェラーゼ)による遺伝子導入効率とMTTアッセイによる細胞 障害性を検討した結果、プロトタイプ２号装置では細胞障害がほとんど認められなかった。また、mRNAの実験ではコントロール群に比べて有意な遺伝子導入率を得ることができた。我々が試作したプロトタイプ２号の超音波装置で十分な実験結果を得ることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の最終年度の実験の計画として、ウルトラファインバブルの気泡殻、ガス種、溶媒種類の組成変更、さらには超音波振動条件などの変更による、ナノバブルの粒子濃度と粒子径の変化のメカニズム解明を目指す。混相流数値計算により推定し、実際にこれらの条件でナノバブルを発生させて解析できるかが令和６年度のポイントと考えられる。 さらに、ナノバブルの表面電荷(ゼータ電位)の測定、電子顕微鏡を用いたバブルの気液界面 構造解析の試み、ナノバブルの安定化機序のメカニズム解明に挑む。超音波照射条件との組み合 わせのため、より高濃度で粒子径の分布幅が狭小なナノバブルの発生条件を探索する必要がある。単一 の周波数の超音波に応答する粒子径のナノバブルのみを高濃度に発生させてソノポレーショ ンに用いることで、より効率的な遺伝子導入が期待できる。令和６年度の計画では第２の目標の:動物モデルにおけるmRNAソノポレーション技術の確立 構築した超音波照射システムとナノバブルで生体動物の皮膚にレポータ遺伝子mRNAを導入し、導入効率と組織内での発現分布、皮膚障害性や全身性の毒性を評価する。第1段階では皮内注射でのmRNA導入、第2段階では難易度の高い、注射を用いない経皮的mRNA導入に挑む。
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