| Project/Area Number |
23KJ1017
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 26040:Structural materials and functional materials-related
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
野田 大智 長岡技術科学大学, 工学(系), 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2023-04-25 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,700,000 (Direct Cost: ¥2,700,000)
Fiscal Year 2025: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2024: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2023: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 水酸アパタイト / 生体鉱化機構 / 有機無機複合界面 / ナノバイオ材料 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、高い生体安全性と発光特性をもつナノ粒子創製により微小がん部位のイメージングと治療を両立する。先ず、ポルフィリン (Por) を水酸アパタイト (HAp) のリン酸サイト置換によって表面へ固定した『Por固定HApナノ粒子』を創製する。その後、Por－HAp複合状態を制御し、最適な発光特性を見出す。最後に、がん細胞へ特異的に取込される分子をナノ粒子表面のカルシウムサイトへ配位させ、がん細胞の標的・診断・治療の３つの機能を結集したHApナノ粒子を創製する。そして、微小がんのみを高感度に光検出し、その場でPorの光増感に伴う一重項酸素によりがん細胞のみを死滅するナノ粒子として実用する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は水酸アパタイト（ＨＡ）表面にがん治療分子であるポルフィリン（Ｐｏｒ）を固定し、またそのＰｏｒの分子状態を制御することに取り組んだ。具体的に、生体骨鉱化機構を模倣しカルシウム欠損型ＨＡ（ＣＤＨＡ）と炭酸含有水酸アパタイト（ＣＨＡ）にＴＣＰＰと呼ばれるＰｏｒを導入して、ＴＣＰＰが粒子表面に垂直または平面配向することを見出した。この研究成果を第２５回生体関連セラミックス討論会で発表し、日本セラミックス協会より、若手優秀研究発表賞を受賞した。また、この研究に関連して、がん診断が可能なクエン酸被覆ユウロピウムドープＨＡ粒子の発光色制御についても研究を行い、ＡＣＳ Ａｐｐｌ． Ｎａｎｏ Ｍａｔｅｒにて発表した。さらに、有機分子だけでなくタンパク質も同様のメカニズムで立体性の制御が可能であることを見出し、第２９回高専シンポジウムｉｎ Ｎａｇａｏｋａで発表した。さらに、より生体骨の構造に近づける研究として、ＨＡナノ粒子と生体高分子であるヒアルロン酸のナノハイブリッド化を行った。具体的に、生体骨に含まれるコラーゲン、ＨＡ、介在分子を模倣し、ヒアルロン酸、ＨＡ、Ｃｉｔをモデル分子として用い、ナノハイブリッド化を行った。この研究成果によりＭａｔｅｒｉａｌｓ Ａｄｖａｎｃｅｓに掲載された。
並行して、がん細胞に特異的に結合する分子として葉酸（ＦＡ）に着目し、ＨＡ表面に固定する研究にも取り組んだ。先のＴＣＰＰ吸着形態制御技術を用い、ＣＤＨＡの核形成段階と、粒成長段階でのＦＡ導入を行い、ＦＡの垂直または平面配向制御を達成した。この研究成果を、第１２回日本バイオマテリアル学会 北陸信越ブロック若手研究発表会で報告した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度は水酸アパタイト表面にがん治療分子であるポルフィリン（Ｐｏｒ）を固定し、またそのＰｏｒの分子状態を制御することに取り組んだ。また、がん細胞に特異的に結合する分子として葉酸（ＦＡ）に着目し、ＨＡ表面に固定した。
Ｐｏｒとして、α，β，γ，δ－ｔｅｔｒａｋｉｓ（４－ｃａｒｂｏｘｙｐｈｅｎｙｌ）ｐｏｒｐｈｙｒｉｎ（ＴＣＰＰ）を用いた。ＴＣＰＰ固定ＨＡの合成は生体骨鉱化機構を模倣し、カルシウム欠損型水酸アパタイト（ＣＤＨＡ）と炭酸含有水酸アパタイト（ＣＨＡ）の核形成段階で、ＴＣＰＰを加えた。評価はＸＲＦ、光吸収スペクトル、蛍光スペクトル、内部蛍光量子収率、一重項酸素生成効率によって行った。ＸＲＦの結果よりＴＣＰＰ／ＨＡ間相互作用を評価したところ、ＣＤＨＡへはリン酸イオン置換、ＣＨＡへはＣａイオン配位によってＴＣＰＰが固定されたと示唆された。その後、光吸収スペクトル、蛍光スペクトルよりＴＣＰＰの固定状態を評価したところ、ＣＤＨＡ表面ではＴＣＰＰが垂直分子配向しており、ＣＨＡ表面では平面分子配向していることが分かった。以上より、本年度の目標であった。水酸アパタイト表面にポルフィリン（Ｐｏｒ）を固定し、またそのＰｏｒの分子状態を制御を達成した。
ＦＡ固定ＨＡの合成は、ＣＤＨＡの核形成段階でＦＡを導入した場合とＣＤＨＡ合成後にＦＡを導入した場合の２種類を行った。評価は、ＵＶ－ｖｉｓ光吸収スペクトルとＸＲＦにて行った。ＵＶ－ｖｉｓより，核形成段階でＦＡを導入した場合ではＦＡが垂直に固定されたと推察された。ＣＤＨＡ合成後にＦＡを導入した場合，ＦＡが平面的に固定されたと考えられた。さらに、核形成段階でＦＡを導入した試料ををＴＣＰＰ水溶液（１００μＭ）に浸漬したところ、ＦＡに加えてＴＣＰＰに由来する吸収が得られたことから、ＦＡとＴＣＰＰの共吸着が可能であるという知見を得た。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度は、ポルフィリン（Ｐｏｒ）の分子状態を制御して水酸アパタイトナノ粒子表面に固定する技術を確立した。本年度は、この技術を用いて創製した「生体安全性の高いＰｏｒ固定ＨＡｐナノ粒子」において、表面のカルシウム（Ｃ）サイトへがん細胞特異結合分子である葉酸を固定する技術を確立する。葉酸の分子配向を制御して、がん細胞結合部位を再表面に露出させ、効率的にがん細胞へ取込させるために、固定分子の密度を制御する。以上によりがん細胞の標的・診断・治療の３つの機能を結集したＨＡｐナノ粒子の創製を達成する。
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