光応答性ナノ材料による脂質二重膜構造変換とその医療応用

• Project Area: Development of Molecular Robots equipped with sensors and intelligence
• Project/Area Number: 25104514
• 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: Kyoto University
• Principal Investigator: 村上 達也 京都大学, 物質－細胞統合システム拠点, 特定拠点准教授 (90410737)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000); Fiscal Year 2014: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2013: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
• Keywords: バイオテクノロジー

Outline of Annual Research Achievements

ロッド状の金ナノ粒子である金ナノロッド（AuNR）は、生体に最も影響の少ない近赤外光を吸収し、高効率で発熱するナノ材料である。AuNRは他のナノ粒子と同様、その高い比表面積により凝集しやすい。特に生理的条件下では、容易に塩析する。本申請課題の目的、すなわちAuNRの光熱変換活性を利用する脂質二重膜構造の光制御、を実現するためには、まずAuNRを表面修飾し、分散安定化と脂質二重膜親和性付与を図る必要がある。申請者は、薬物送達キャリアとして、血清蛋白質である高比重リポ蛋白質（High-density lipoprotein, HDL）に注目し、様々な変異体を作製してきた。HDLはリン脂質二重膜と脂質結合蛋白質からなる。HDLにカチオン性ペプチドを融合した変異体は、オレイン酸で被覆したAuNRの表面に効率良く吸着し、約7 nmの比較的なめらかな有機層を形成した。このことから、AuNR表面は脂質二重膜（厚さ5 nm）で被覆されていると考えられた。この表面修飾AuNRを生細胞に作用させると、細胞毒性を示すことなく、細胞膜表面に効率良く吸着した。細胞膜表面のAuNRを透過型電子顕微鏡で観察すると、依然として有機層で被覆され、AuNR同士の凝集が抑制されていることが明らかになった。そしてこの細胞に近赤外レーザーを5秒間照射すると、細胞内への迅速なカルシウム流入が検出された。この流入は繰り返し光誘導することができた。この結果は、細胞膜表面に存在するAuNRの発熱によって、細胞膜に一過性のポアが形成されたことを示唆している。この手法の高い安全性は、HDL（変異体）の機能と相関している可能性がおり、今後の検討課題である。本手法は、新たな光誘導物質導入法になることが期待される。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Preparation of immunostiumulatory single-walled carbon nanotube/CpG DNA complexes and evaluation of their potential in cancer immunotherapy (2014)
  • Author(s): Zhou, S., Hashida, Y., Kawakami, S., Mihara, J., Umeyama, T., Imahori, H., Murakami, T. Yamashita, F. Hashida, M.
  • Journal Title: International Journal of Pharmaceutics Volume: 471 Issue: 1-2 Pages: 214-223
  • DOI: 10.1016/j.ijpharm.2014.05.037
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mesoscopic Metal Nanoparticles Doubly Functionalized with natural and engineered lipidic dispersants for therapeutics (2014)
  • Author(s): Murakami, T., Nakatsuji, H., Morone, N., Heuser, J. E., Ishidate, F., Hashida, M., Imahori, H.
  • Journal Title: ACS Nano Volume: 8 Issue: 7 Pages: 7370-7376
  • DOI: 10.1021/nn5024818
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Journal of Controlled Release (2014)
  • Author(s): Hashida, Y., Tanaka, H., Zhou, S., Kawakami, S., Yamashita, F., Murakami, T., Umeyama, T., Imahori, H., Hashida, M.
  • Journal Title: Photo thermal ablation of tumor cells using a single-walled carbon nanotube-peptide composite Volume: 173 Pages: 59-66
  • DOI: 10.1016/j.jconrel.2013.10.039
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Exclusive Photothermal Heat Generation by a Gadolinium Bis(naphthalocyanine) Complex and Inclusion into Modified High-Density Lipoprotein Nanocarriers for Therapeutic Applications (2013)
  • Author(s): Mathew S, Murakami T, Nakatsuji H, Okamoto H, Morone N, Heuser JE, Hashida M, Imahori H.
  • Journal Title: ACS Nano. Volume: 7(10) Issue: 10 Pages: 8908-16
  • DOI: 10.1021/nn403384k
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fabrication of Pure Nanodrugs of Podophyllotoxin Dimer and Their Anticancer Activity (2013)
  • Author(s): Y. Ikuta, Y. Koseki, T. Murakami, M. Ueda, H. Oikawa, H. Kasai
  • Journal Title: Chem. Lett. Volume: 48 Issue: 8 Pages: 900-901
  • DOI: 10.1246/cl.130224
  • NAID: 10031189289
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Helicity Selective Photoreaction of Single-walled Carbon Nanotubes with Organosulfur Compounds in the Presence of Oxygen (2013)
  • Author(s): Maeda, Y.; Higo, J.; Amagai, Y.; Matsui, J.; Ohkubo, K.; Yoshigoe, Y.; Hashimoto, M.; Eguchi, K.; Yamada, M.; Hasegawa, T.; Sato, Y.; Zhou, J.; Lu, J.; Miyashita, T.; Fukuzumi, S.; Murakami, T.; Tohji, K.; Nagase, S; Akasaka, T.
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 135 Issue: 16 Pages: 6356-6362
  • DOI: 10.1021/ja402199n
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Caboxylated SiO2-coated alpha-Fe nanoparticles: towards a versatile platform for biomedical applications (2013)
  • Author(s): Kohara, K.; Yamamoto, S.; Seinberg, L.; Murakami, T.; Tsujimoto, M.; Ogawa, T.; Kurata, H.; Kageyama, H.; Takano, M.
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 49 Issue: 25 Pages: 2563-2565
  • DOI: 10.1039/c3cc39055a
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Single-walled carbon nanohorns as drug carriers : adsorption of prednisolone and anti-inflammatory effects on arthritis (2011)
  • Author(s): Nakamura M., Tsuchida K., 他6名
  • Journal Title: Nanotechnology Volume: 22巻 Issue: 46 Pages: 465102-465102
  • DOI: 10.1088/0957-4484/22/46/465102
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Enhancement of Photodynamic Effects of Single-Walled Carbon Nanotubes via Chirality Enrichment (2015)
  • Author(s): 福田 亮介、中辻 博貴、梅山 有和、今堀 博、村上 達也
  • Organizer: 日本化学会第95回春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学 船橋キャンパス（千葉県船橋市）
  • Year and Date: 2015-03-29
• [Presentation] 環拡張ポルフィリン結合リポ蛋白質による持続的光線温熱効果と磁気共鳴イメージング (2014)
  • Author(s): 村上 達也、東野 智洋、中辻 博貴、稲田 真実、岡本 陽己、今堀 博
  • Organizer: 第36回日本バイオマテリアル学会
  • Place of Presentation: タワーホール船堀（東京都江戸川区）
  • Year and Date: 2014-11-17
• [Presentation] 光熱変換ナノ材料の細胞膜精密配置による痛み受容体TRPV1の光制御 (2014)
  • Author(s): 中辻 博貴、沼田 朋大、高野 勇太、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: タワーホール船堀（東京都江戸川区）
  • Year and Date: 2014-11-17
• [Presentation] 半導体性および金属性単層カーボンナノチューブの近赤外光応答性とその殺細胞活性 (2014)
  • Author(s): 村上 達也
  • Organizer: 第1回ナノカーボンバイオシンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学 本郷キャンパス（東京都文京区）
  • Year and Date: 2014-09-02
• [Presentation] (26)pH応答性高比重リポタンパク質の作製とDDS応用 (2014)
  • Author(s): 村上 達也、Hyungjin Kim、岡本 陽己、Arnaud E. Felber、Anna Polomska、諸根 信弘、John E. Heuser、Jean-Christophe Leroux
  • Organizer: 日本バイオマテリアル学会 第9回関西若手研究発表会
  • Place of Presentation: 京都大学 桂キャンパス（京都府京都市）
  • Year and Date: 2014-08-05
• [Presentation] Development of pH-dependent endosomolytic high-density lipoprotein nanoparticles (2014)
  • Author(s): H. Kim, H. Okamoto, A. E. Felber, A. Polomska, J.-C. Leroux, and T. Murakami
  • Organizer: 第30回日本DDS学会学術集会
  • Place of Presentation: 慶應大学 芝共立キャンパス（東京都港区）
  • Year and Date: 2014-07-31
• [Presentation] カーボンナノチューブの光線力学効果 (2014)
  • Author(s): 村上 達也、稲田 真実、中辻 博貴、梅山 有和、今堀 博
  • Organizer: 第30回日本DDS学会学術集会
  • Place of Presentation: 慶應大学 芝共立キャンパス（東京都港区）
  • Year and Date: 2014-07-30
• [Presentation] 細胞接着性金ナノロッドの作製と細胞膜蛋白質の光制御への応用 (2014)
  • Author(s): 中辻博貴
  • Organizer: 日本化学会第94回春季年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Invited
• [Presentation] ナノテクノロジーを用いた難病治療法の開発に向けて (2013)
  • Author(s): 村上達也
  • Organizer: 福井プロジェクト・グループ主催 岡山大学・岡山理科大学・津山工専 Tryアングル・インターネット講演会
  • Place of Presentation: 津山工専
  • Invited
• [Presentation] 光応答性ナノ材料による細胞工学と難病治療 (2013)
  • Author(s): 村上達也
  • Organizer: 第10回光科学若手研究会
  • Place of Presentation: 京都大学宇治キャンパス
  • Invited
• [Presentation] カーボンナノチューブの光線力学効果と殺細胞活性 (2013)
  • Author(s): 村上達也
  • Organizer: 第29回日本DDS学会学術集会
  • Place of Presentation: 京都テルサ
  • Invited
• [Presentation] サンドイッチ型ナフタロシアニン錯体内包リポ蛋白質の光照射による熱選択的産生と殺細胞活性 (2013)
  • Author(s): 村上達也
  • Organizer: 第35回日本バイオマテリアル学会大会
  • Place of Presentation: タワーホール船堀
  • Invited
• [Presentation] カチオン性ペプチド融合高比重リポタンパク質の開発 (2013)
  • Author(s): Hyungjin Kim
  • Organizer: 第35回日本バイオマテリアル学会大会
  • Place of Presentation: タワーホール船堀
  • Invited
• [Presentation] Enhancement of Photodynamic Effect by Single Chirality Separation of Semiconducting Single-walled Carbon Nanotubes: Application to Photodynamic Therapy (2013)
  • Author(s): 村上達也
  • Organizer: CBI学会2013年大会
  • Place of Presentation: タワーホール船堀
  • Invited
• [Remarks] iCeMS村上グループ
  • URL: http://www.murakami.icems.kyoto-u.ac.jp/