Cell membrane nanodiscs as a non-liposomal nanocarrier

• Project/Area Number: 24K01311
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 28040:Nanobioscience-related
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 安原 主馬 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (90545716)
• Project Period (FY): 2024-04-01 – 2028-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥18,460,000 (Direct Cost: ¥14,200,000、Indirect Cost: ¥4,260,000); Fiscal Year 2027: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2026: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2025: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2024: ¥10,660,000 (Direct Cost: ¥8,200,000、Indirect Cost: ¥2,460,000)
• Keywords: ナノディスク / 細胞膜 / ナノキャリア / ドラッグデリバリー / 両親媒性ポリマー

Outline of Research at the Start

本研究課題では、両親媒性ポリマーによって形成される脂質ナノディスクを活用し、非リポソーム系ドラッグキャリアとしての応用展開を開拓することを目的とする。本研究では、研究代表者らがこれまで独自に開発した円盤状の脂質膜である「脂質ナノディスク」をプラットフォームに、新規な脂質ナノキャリアを構築する。ここでは、ナノキャリアの形状に焦点を当てた探索を進めることで、その設計指針にパラダイムシフトをもたらす。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、両親媒性ポリマーによって形成される脂質ナノディスクを活用し、非リポソーム系ドラッグキャリアとしての応用展開を開拓することを目的としている。脂質分子を主要構成成分とするドラッグキャリア(脂質ナノキャリア)は、その高い生体親和性や表面修飾の柔軟性から適用範囲は広く、実際の臨床応用が実現するまでに至っている。一方で、ナノキャリアとして用いられる脂質分子集合体は球状のリポソームが殆どであり、多様な形態を有する脂質分子集合体のナノキャリアとしてのポテンシャルは未開拓なものも多い。本研究では、研究代表者らがこれまで独自に開発した円盤状の脂質膜である「脂質ナノディスク」をプラットフォームに、新規な脂質ナノキャリアを構築する。ここでは、ナ
ノキャリアの形状に焦点を当てた探索を進めることで、その設計指針にパラダイムシフトをもたらすことを目指している。
本年度は、1)脂質ナノディスク形成ポリマーのライブラリ合成および2)人工細胞膜由来ナノディスクの形成を実施した。具体的には、全者は脂質分子と複合化することで自発的にナノディスクを形成できるポリマーとして、両親媒性のポリメタクリレートランダム共重合体を種々合成し、ライブラリ化した。また、後者はホスホコリン基を頭部に有するリン脂質によって形成されたリポソームにポリマーを添加し、得られた会合体に関して動的光散乱法(DLS)によってスクリーニングを実施した後に、Cryo-TEMを用いて脂質-ポリマー複合体の水溶液中における形態を可視化した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

当初予定していた検討項目を概ね完了することができ、両親媒性ポリメタクリレート誘導体のライブラリ構築およびナノディスクを形成するポリマーの探索にある程度の目処が立ったため。

Strategy for Future Research Activity

ナノディスク形成ポリマーのライブラリをさらに拡張すると共に、リン脂質との混合によって形成されたナノディスクの評価を引き続き進める。加えて、生きた細胞膜からの直接ナノディスク形成に関しても検討を開始することで、より汎用的なナノディスク形成ポリマーの設計指針を明らかにする。

Research Products

• [Journal Article] Membrane tubulation induced by a bacterial glycolipid (2025)
  • Author(s): Nomura Kaoru、Tsuji Akihiro、Yamashita Hayato、Abe Masayuki、Fujikawa Kohki、Mori Shoko、Osawa Tsukiho、Toyonaga Hiromi、Osugi Tomohiro、Yasuhara Kazuma、Morigaki Kenichi、Nishiyama Ken-ichi、Shimamoto Keiko
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 15 Issue: 1 Pages: 9699-9699
  • DOI: 10.1038/s41598-025-93563-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Procrystalline Self-Assembly of Desymmetrized Pentaphenylcyclopentadiene (2024)
  • Author(s): Li Donglin、Seki Sota、Ishikawa Atsushi、Omoto Kenichiro、Yasuhara Kazuma、Rapenne Gwenael、Kawai Shigeki
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry Letters Volume: 15 Issue: 30 Pages: 7628-7634
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.4c01364
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Preparation of Nano- and Microparticles Obtained from Polymerization Reaction and Their Application to Surface Coating of Woody Materials (2024)
  • Author(s): Shimanouchi Toshinori、Hirota Daichi、Yoshida Masafumi、Yasuhara Kazuma、Kimura Yukitaka
  • Journal Title: Applied Sciences Volume: 14 Issue: 23 Pages: 11326-11326
  • DOI: 10.3390/app142311326
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Helical-Sense Matching Facilitates Supramolecular Copolymerization of Helical-Chiral Pillar[5]arenes (2024)
  • Author(s): Tuo De-Hui、Fa Shixin、Tanaka Seigo、Shimada Takuma、Yamashita Masataka、Togari Yuki、Ohtani Shunsuke、Kato Kenichi、Urayama Kenji、Zhang Qiuyu、Yasuhara Kazuma、Ogoshi Tomoki
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 146 Issue: 46 Pages: 31816-31824
  • DOI: 10.1021/jacs.4c10765
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] An Amphiphilic Pentaaryl Cyclopentadienyl Ruthenium(II) Molecular Rotor with a Luminescent Tag (2024)
  • Author(s): Rapenne Gwenael、Nishino Toshio、Ohno Yorie、Ishihara Mika、Nishikawa Yoshiko、Martin Colin J.、Yasuhara Kazuma
  • Journal Title: Synlett Volume: 36 Issue: 09 Pages: 1237-1241
  • DOI: 10.1055/a-2503-7748
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] TEMによる水系分子集合体の構造評価 -Cryo法を中心に- (2025)
  • Author(s): 安原主馬
  • Organizer: 第26回コロイド・界面実践講座
  • Invited
• [Presentation] バイオミメティック両親媒性高分子による脂質膜の構造・機能制御 (2024)
  • Author(s): 安原主馬
  • Organizer: 第75回コロイドおよび界面化学討論会
  • Invited
• [Presentation] 合成高分子による細胞膜の機能・構造制御 (2024)
  • Author(s): 安原主馬
  • Organizer: 第47回日本分子生物学会年会
  • Invited
• [Presentation] Polymer-Based Lipid Nanodiscs as Nanocarriers for the Molecular Delivery to Intact Cells (2024)
  • Author(s): K. Yasuhara, J. Hao, M. Ishihara, G. Rapenne
  • Organizer: 17th International Symposium on Nanomedicine
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ペプチドミメティック高分子による細胞膜の構造・機能制御 (2024)
  • Author(s): 安原主馬
  • Organizer: 2024年度中国四国地区高分子講座
  • Invited
• [Presentation] 両親媒性ポリマーによって形成された脂質ナノディスクを用いたHeLa細胞への分子デリバリー (2024)
  • Author(s): 安原主馬, Jinyu Hao, 石原美香, Gwenael Rapenne
  • Organizer: 第40回日本DDS学会学術集会
• [Presentation] 脂質ナノディスクを用いた細胞への分子デリバリー (2024)
  • Author(s): 安原主馬, Jinyu Hao, 石原美香, Gwenael Rapenne
  • Organizer: 日本膜学会第46年会
• [Presentation] がん細胞へ薬物送達するナノディスクの開発 (2024)
  • Author(s): 山崎智継, Jinyu Hao, Rapenne Gwenael, 安原主馬
  • Organizer: 第34回バイオ・高分子シンポジウム
• [Presentation] がん細胞へ薬剤運搬する脂質ナノディスクの開発 (2024)
  • Author(s): 山崎智継, Jinyu Hao, Rapenne Gwenael, 安原主馬
  • Organizer: 第73回高分子討論会
• [Presentation] 両親媒性高分子による脂質ナノディスク形成と細胞への薬剤輸送 (2024)
  • Author(s): 安原主馬, Jinyu Hao, 山崎智継, Rapenne Gwenael
  • Organizer: 第73回高分子討論会