膜親和性ナノ材料による脂質二重膜構造の光制御とその医療応用

• Project Area: Development of Molecular Robots equipped with sensors and intelligence
• Project/Area Number: 15H00811
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Toyama Prefectural University (2016); Kyoto University (2015)
• Principal Investigator: 村上 達也 富山県立大学, 工学部, 教授 (90410737)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2016: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2015: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
• Keywords: 表面化学 / コロイド科学 / ナノバイオ / ナノマシン / バイオテクノロジー

Outline of Annual Research Achievements

昨年度までに、光応答性ナノ材料(金ナノロッド, AuNR)を生体材料(高比重リポタンパク質, HDL)の変異体で被覆すると、この複合体(pm-AuNR)は脂質二重膜への高い親和性を獲得し、熱感受性神経細胞を安全に光活性化できること、細胞サイズリポソーム(GUV)の相を変化させることを報告した。pm-AuNRは、生細胞を懸濁可能な等張リン酸緩衝液(PBS)とGUVが分散できる200 mM sucrose溶液の両方で良好なコロイド安定性を示す。逆に言えば、この両溶液中での高いコロイド安定性があったことがこれまでの研究を可能にしたと言える。申請者の知る限り、両溶液中で安定に分散できるナノ材料の報告例はないため、この分散安定化のメカニズムを調べた。
pm-AuNRのゼータ電位は、50 mMからsucrose濃度を増加させると約35 mVから単調に減少し、約20 mVに近づいた。この結果から、sucrose分子とpm-AuNRとの静電的な相互作用を予想し、pm-AuNRに含まれる陽電荷脂質(30 mol%)を20, 10, 0 mol%と段階に減少させ、さらに陰電荷脂質を10, 20, 30 mol%含む計6種類のpm-AuNRを新たに作製した。すると陽電荷脂質含量の低下と共に200 mM sucrose中でのpm-AuNRのコロイド安定性が低下し、陰電荷脂質を含むものは全く分散しなかった。
次にHDL構成タンパク質であるapoA-Iを除去したpm-AuNRのコロイド安定性を調べると、200 mM sucrose中でやや低下し、さらに陽電荷脂質を除去すると、ほぼ完全に凝集した。以上の結果から、pm-AuNRに含まれる陽電荷脂質とsucroseとの静電的な相互作用がsucrose中でのpm-AuNRのコロイド安定性に寄与することが示唆された。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Hexaphyrin as a potential theranostic dye for photothermal therapy and 19F magnetic resonance imaging (2017)
  • Author(s): Tomohiro HIGASHINO, Hirotaka NAKATSUJI, Ryosuke FUKUDA, Haruki OKAMOTO, Hirohiko IMAI, Tetsuya Matsuda*, Hidehito TOCHIO, Masahiro SHIRAKAWA*, Nikolai V. TKACHENKO, Mitsuru HASHIDA, Tatsuya MURAKAMI*, and Hiroshi IMAHORI*
  • Journal Title: Chembiochem Volume: - Issue: 10 Pages: 951-959
  • DOI: 10.1002/cbic.201700071
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Optical control of neuronal firing via photoinduced electron transfer in donor–acceptor conjugates (2016)
  • Author(s): Yuta Takano, Tomohiro Numata, Kazuto Fujishima, Kazuaki Miyake, Kazuya Nakao, Wesley David Grove, Ryuji Inou, Mineko Kengaku, Shigeyoshi Sakaki, Yasuo Mori, Tatsuya Murakami and Hiroshi Imahori
  • Journal Title: Chemical Science Volume: n.d. Issue: 5 Pages: 3331-3337
  • DOI: 10.1039/c5sc04135j
  • NAID: 120005841415
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Polymer-Coated pH-Responsive High-Density Lipoproteins (2016)
  • Author(s): Hyungjin Kim, Haruki Okamoto,Arnaud E Felber, Anna Polomsak, Nobuhiro Morone, John E Heuser, Jean-Christophe Leroux, Tatsuya Murakami
  • Journal Title: J. Control. Release Volume: 228 Pages: 132-140
  • DOI: 10.1016/j.jconrel.2016.03.005
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Cytotoxicity of pure nanodrugs of SN-38 and podophyllotoxin dimers in human cancer HepG2, KPL-4 and MCF-7 cellsc (2015)
  • Author(s): Y. Koseki, Y. Ikuta, T. Murakami, T. Onodera, H. Oikawa, L. Cong, H. Tada, K. Gonda, N. Ohuchi, H. Kasai
  • Journal Title: Mol. Cryst. Liq. Cryst. Volume: 622 Issue: 1 Pages: 1-5
  • DOI: 10.1080/15421406.2015.1096483
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Thermosensitive Ion Channel Activation in Single Neuronal Cells by Using Surface-Engineered Plasmonic Nanoparticles. (2015)
  • Author(s): Nakatsuji H, Numata T, Morone N, Kaneko S, Mori Y, Imahori H, Murakami T.
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 54 Issue: 40 Pages: 11725-1729
  • DOI: 10.1002/anie.201505534
  • NAID: 120005646471
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Structural and functional changes in high-density lipoprotein induced by chemical modification (2015)
  • Author(s): T. Murakami, H. Okamoto, H. Kim
  • Journal Title: Biomater. Sci. Volume: 3 Issue: 5 Pages: 712-715
  • DOI: 10.1039/c4bm00402g
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Internalization of high-density lipoproteins bearing arginine-rich peptides (2015)
  • Author(s): T. Murakami, H. Okamoto, H. Kim.
  • Journal Title: Chem. Lett. Volume: 44 Issue: 3 Pages: 336-338
  • DOI: 10.1246/cl.140989
  • NAID: 130004868368
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Control of the photoluminescence properties of single-walled carbon nanotubes by alkylation and subsequent thermal treatment (2015)
  • Author(s): Y. Maeda, Y. Takehara, M. Yamada, M. Suzuki, T. Murakami
  • Journal Title: Chem. Commun. Volume: 51 Issue: 70 Pages: 13462-13465
  • DOI: 10.1039/c5cc04020e
  • Peer Reviewed
• [Presentation] HDL変異体を用いた後眼部ドラッグデリバリーシステムの開発 (2016)
  • Author(s): 須田 謙史、村上 達也、後藤 謙元、吉村 長久
  • Organizer: 第５５回日本網膜硝子体学会総会
  • Place of Presentation: ベルサール渋谷ガーデン（東京都渋谷区）
  • Year and Date: 2016-12-02
• [Presentation] 光線力学・温熱効果を有するミトコンドリア指向性カーボンナノチューブの開発 (2016)
  • Author(s): 福田 亮介、中辻 博貴、石館 文善、辻本 将彦、梅山 有和、今堀 博、村上 達也
  • Organizer: 第３９回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-11-30
• [Presentation] 光熱変換ナノ材料と熱ショックプロモーターを用いた光誘導遺伝子発現 (2016)
  • Author(s): 中辻 博貴、川端 ケリー、今堀 博、見学 美根子、村上 達也
  • Organizer: 第32回日本DDS学会学術集会
  • Place of Presentation: グランシップ（静岡県静岡市）
  • Year and Date: 2016-06-30
• [Presentation] 光熱免疫治療法のための複合材料型DNAハイドロゲルの開発 (2016)
  • Author(s): 譚 萌萌、矢田 智也、村上 達也、中辻 博貴、高橋 有己、高倉 喜信、西川 元也
  • Organizer: 日本薬剤学会第31年会
  • Place of Presentation: 長良川国際会議場（岐阜県岐阜市）
  • Year and Date: 2016-05-19
• [Presentation] ナノ材料の吸着による脂質二重膜の相転移 (2016)
  • Author(s): 延山 知弘、中辻 博貴、執行 航希、濱田 勉、村上 達也、杉山 弘
  • Organizer: 日本化学会第95回春季年会
  • Place of Presentation: 同志社大学 田辺キャンパス（京都府田辺市）
  • Year and Date: 2016-03-26
• [Presentation] カチオン化金ナノロッドを用いた遺伝子導入 (2016)
  • Author(s): 中辻 博貴、今堀 博、村上 達也
  • Organizer: 日本化学会第95回春季年会
  • Place of Presentation: 同志社大学 田辺キャンパス（京都府田辺市）
  • Year and Date: 2016-03-24
• [Presentation] 膜融合リポ蛋白質の作製 (2015)
  • Author(s): 金 亨振、村上 達也
  • Organizer: 第37回日本バイオマテリアル学会
  • Place of Presentation: 京都テルサ（京都府京都市）
  • Year and Date: 2015-11-10
• [Presentation] 熱応答性イオンチャネルの光活性化を可能にする金ナノロッド表面化学 (2015)
  • Author(s): 中辻 博貴、沼田 朋大、諸根 信弘、金子 周司、森 泰生、今堀 博、村上 達也
  • Organizer: 第36回日本バイオマテリアル学会
  • Place of Presentation: 京都テルサ（京都市南区）
  • Year and Date: 2015-11-10
• [Presentation] 半導体性単層カーボンナノチューブの光線力学効果の増強と生体材料による分散化 (2015)
  • Author(s): 福田 亮介、中辻 博貴、梅山 有和、今堀 博、村上 達也
  • Organizer: 第36回日本バイオマテリアル学会
  • Place of Presentation: 京都テルサ（京都市南区）
  • Year and Date: 2015-11-09
• [Presentation] Photoactivation of Thermosensitive Ion Channel with Surface Engineered Plasmonic Nanoparticle (2015)
  • Author(s): H. Nakatsuji, T. Numata, N. Morone, S. Kaneko, Y. Mori, H. Imahori, and T. Murakami
  • Organizer: iCeMS International Symposium “Hierarchical Dynamics in Soft Materials and Biological Matter”
  • Place of Presentation: 京都大学 吉田北部キャンパス（京都府京都市）
  • Year and Date: 2015-09-25
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] リポ蛋白質のナノバイオエンジニアリング (2015)
  • Author(s): 村上 達也、金 亨振、岡本 陽己
  • Organizer: 日本バイオマテリアル学会 第10回関西若手研究発表会
  • Place of Presentation: 関西大学 千里山キャンパス（大阪府吹田市）
  • Year and Date: 2015-08-05
• [Presentation] Development of pH-dependent endosomolytic high-density lipoprotein nanoparticles (2015)
  • Author(s): H. Kim, H. Okamoto, A. E. Felber, A. Polomska, N. Morone, J. E. Heuser, J.-C. Leroux, and T. Murakami
  • Organizer: 2015 CRS Annual Meeting & Exposition
  • Place of Presentation: Edinburgh, UK
  • Year and Date: 2015-07-28
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 遺伝子改変・化学修飾によるリポ蛋白質の機能変換 (2015)
  • Author(s): 村上 達也、岡本 陽己、金 亨振
  • Organizer: 第31回日本DDS学会学術集会
  • Place of Presentation: 京王プラザホテル（東京都新宿区）
  • Year and Date: 2015-07-03
• [Presentation] 脂質膜と膜融合する変異型高比重リポ蛋白質 (2015)
  • Author(s): 金 亨振、村上 達也
  • Organizer: 第31回日本DDS学会学術集会
  • Place of Presentation: 京王プラザホテル（東京都新宿区）
  • Year and Date: 2015-07-03
• [Presentation] 光熱変換ナノ材料の安全な細胞膜デリバリーと痛み受容体TRPV1の光制御 (2015)
  • Author(s): 中辻 博貴、沼田 朋大、諸根 信弘、John E. Heuser、高野 勇太、森 泰生、今堀 博、村上 達也
  • Organizer: 第31回日本DDS学会学術集会
  • Place of Presentation: 京王プラザホテル（東京都新宿区）
  • Year and Date: 2015-07-02
• [Presentation] 半導体性単層カーボンナノチューブの光線力学効果の増強と生体材料による分散化 (2015)
  • Author(s): 福田 亮介、中辻 博貴、梅山 有和、今堀 博、村上 達也
  • Organizer: 第31回日本DDS学会学術集会
  • Place of Presentation: 京王プラザホテル（東京都新宿区）
  • Year and Date: 2015-07-02
• [Presentation] Development of Endosomolytic Polyanion-Coated High-Density Lipoprotein Nanoparticles for Cytosolic Drug Delivery (2015)
  • Author(s): H. Kim, H. Okamoto, A. E. Felber, A. Polomska, N. Morone, J. E. Heuser, J.-C. Leroux, and T. Murakami
  • Organizer: 第64回高分子学会年次大会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2015-05-28
• [Remarks] 富山県立大学工学部村上研究室HP
  • URL: http://www.pu-toyama.ac.jp/BR/murakami
• [Patent(Industrial Property Rights)] 眼用医薬組成物 (2016)
  • Inventor(s): 池田華子、村上達也、垣塚彰、吉村長久、須田謙史、三輪裕子
  • Industrial Property Rights Holder: 池田華子、村上達也、垣塚彰、吉村長久、須田謙史、三輪裕子
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2016-125860
  • Filing Date: 2016-06-24