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Development of virus-mimetic exosomes for material symbiosis

Publicly Offered Research

Project AreaBiophysical Chemistry for Material Symbiosis
Project/Area Number 23H04049
Research Category

Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Transformative Research Areas, Section (II)
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

真栄城 正寿  北海道大学, 工学研究院, 准教授 (40744248)

Project Period (FY) 2023-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Keywordsエクソソーム / ウイルス様粒子 / マイクロ流体デバイス / 脂質ナノ粒子 / リポソーム / 核酸送達
Outline of Research at the Start

エクソソームは、50~200 nm程度の細胞外小胞であり、細胞間のコミュニケーションを担っている。また、COVID-19に対するmRNAワクチン接種者の血中から、スパイクタンパク質(Sタンパク質)を表面に提示したエクソソームが検出され、生体と共生している可能性が示唆された。そこで本研究では、Sタンパク質提示したエクソソームを人工的に創成し、核酸送達マテリアルとしての応用可能性を検証する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、生体と共生可能なウイルスを模倣したエクソソームの開発に取り組む。エクソソームは、細胞から放出される50 nm ~ 200 nm程度の小胞であり、細胞間のコミュニケーションの役割やがんの転移に関与している。近年、SARS-CoV-2のスパイクタンパク質(Sタンパク質)が表面に提示されたエクソソームが確認されており、新たなエクソソームの機能や核酸送達マテリアルとしての応用可能性がある。
本年度は、①Sタンパク質を提示した人工エクソソームの作製法の確立、②作製したSタンパク質提示人工エクソソームの物性および活性の評価に取り組んだ。
①ヒトの細胞に近い脂質系を用いて、Sタンパク質を粒子表面に提示する方法を検討した。これまでに開発した脂質ナノ粒子作製用のマイクロ流体デバイスをもとに、Sタンパク質提示人工エクソソーム作製のために流路構造を最適化した。また、マイクロ流体デバイスへの送液条件を検討し、流路構造や送液条件が、生成する粒子の粒径やSタンパク質提示量に与える影響を明らかにした。
②作製したSタンパク質を提示した人工エクソソームの粒径や多分散度、Z電位などの物性の評価および粒子表面へのSタンパク質の提示の評価を行った。また、Sタンパク質の提示と同時に内部への核酸の搭載を試みた。ELISAおよびフローサイトメトリーによって、Sタンパク質の提示を確認した結果、粒子作製条件によってSタンパク質の提示量を制御できることが分かった。また、粒子内部への核酸の搭載も確認された。細胞実験の結果、Sタンパク質が提示されている粒子は、提示されていない粒子よりも核酸送達性能が高いことが確認された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

研究計画のとおり、Sタンパク質提示人工エクソソームの作製法を確立し、物性および活性の評価を達成した。また、次年度に予定していた研究に一部着手できているため、概ね順調に研究は進展していると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

次年度は、Sタンパク質提示人工エクソソームライブラリーを構築し、細胞およびマウスでの評価を進める、これらの評価によって、Sタンパク質提示人工エクソソームの生体との共生関係について明らかにする。

Report

(1 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2024 2023

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (13 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 5 results)

  • [Journal Article] Understanding the effects of ethanol on the liposome bilayer structure using microfluidic-based time-resolved small-angle X-ray scattering and molecular dynamics simulations2024

    • Author(s)
      Maeki Masatoshi、Kimura Niko、Okada Yuto、Shimizu Kazuki、Shibata Kana、Miyazaki Yusuke、Ishida Akihiko、Yonezawa Kento、Shimizu Nobutaka、Shinoda Wataru、Tokeshi Manabu
    • Journal Title

      Nanoscale Advances

      Volume: ー Issue: 8 Pages: 2166-2176

    • DOI

      10.1039/d3na01073b

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Development of Polymer?Lipid Hybrid Nanoparticles for Large-Sized Plasmid DNA Transfection2023

    • Author(s)
      Maeki Masatoshi、Uno Shuya、Sugiura Kaisei、Sato Yusuke、Fujioka Yoichiro、Ishida Akihiko、Ohba Yusuke、Harashima Hideyoshi、Tokeshi Manabu
    • Journal Title

      ACS Applied Materials & Interfaces

      Volume: 16 Issue: 2 Pages: 2110-2119

    • DOI

      10.1021/acsami.3c14714

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    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 人工エクソソームのRNA送達における膜タンパク質の機能解明2024

    • Author(s)
      荒谷響子、丹羽彩由花、真栄城正寿、日比野光恵、石田晃彦、渡慶次学
    • Organizer
      化学系学協会北海道支部2024年冬季研究発表会
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  • [Presentation] 粒径制御型ハイブリッドエクソソーム作製法の開発2024

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      大山祥大、真栄城正寿、日比野光恵、石田晃彦、渡慶次学
    • Organizer
      化学系学協会北海道支部2024年冬季研究発表会
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      杉浦魁星、岡田悠斗、真栄城正寿、日比野光恵、石田晃彦、渡慶次学
    • Organizer
      化学系学協会北海道支部2024年冬季研究発表会
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  • [Presentation] マイクロ流体デバイスを用いた脂質ナノ粒子の作製と核酸送達に向けた構造解析2024

    • Author(s)
      真栄城正寿
    • Organizer
      物構研コロキウム
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    • Invited
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    • Author(s)
      真栄城正寿
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      化学とマイクロ・ナノシステム学会 第 47 回研究会
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      Masatoshi Maeki
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      KBCS-Hokkaido University Joint Symposium on BioChip Technology
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    • Int'l Joint Research / Invited
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      真栄城正寿
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      夢・化学-21 化学への招待 「北海道大学化学系への二日体験入学」
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      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 人工エクソソームDDSの可能性2023

    • Author(s)
      真栄城正寿
    • Organizer
      第14回 日本RNAi研究会
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    • Invited
  • [Presentation] マイクロ流体デバイスを用いた人工エクソソーム作製と核酸送達への応用2023

    • Author(s)
      真栄城正寿, 丹羽彩由花, 大山祥大, 荒谷響子, 日比野光恵, 石田晃彦, 渡慶次学
    • Organizer
      第10回日本細胞外小胞学会学術集会
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      大山祥大、真栄城正寿、日比野光恵、石田晃彦、渡慶次学
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      化学とマイクロ・ナノシステム第48回研究会
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      杉浦 魁星、岡田悠斗、真栄城正寿、石田晃彦、渡慶次学
    • Organizer
      化学とマイクロ・ナノシステム第48回研究会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of Artificial Exosomes Using a Microfluidic Device for RNA Delivery2023

    • Author(s)
      Masatoshi Maeki, Ayuka Niwa, Shota Oyama, Akihiko Ishida, Manabu Tokeshi
    • Organizer
      The 27th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS 2023)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Microfluidic Devices for Biomimetic Nanoparticles2023

    • Author(s)
      Masatoshi Maeki
    • Organizer
      NanoBioTech Montreux Conference
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2023-04-13   Modified: 2024-12-25  

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