細胞取込過程の環境変化を認識するナノカプセルの構築と超音波力学療法への展開

• Project Area: Molecular Science for Nanomedicine
• Project/Area Number: 26107715
• 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: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: 原田 敦史 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50302774)
• Project Period (FY): 2014-07-10 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2015: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2014: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: 超音波力学療法 / 音増感剤 / 細胞内分布 / ナノカプセル / 細胞内分布制御

Outline of Annual Research Achievements

これまでに合成方法を確立し、細胞内分布が異なることが確認されている音増感剤（doxorubicin, DOX; triphenylphosphonium基導入DOX, TPP-DOX）について、細胞内還元環境で不安定化するカチオン性ナノカプセルへの封入条件の検討を行い、いずれの音増感剤についても60%程度の効率で封入できる条件を確認した。DOX封入ナノカプセルについてHeLa細胞への取り込み、細胞質でのDOXリリースをレーザー共焦点顕微鏡観察により確認した。1時間後においては、DOXの蛍光が細胞質に輝点状に観察され、核への局在は認められなかったが、4時間後においてはDOXが核への分布していることが確認された。これは、1時間後においては、ナノカプセルがエンドソーム内に存在しDOXはカプセル内に保持された状態ですが、4時間後までの間にナノカプセルがエンドソームから脱出し、細胞質還元環境に応答したナノカプセルの不安定化によりDOXがリリースされたと考えられる。リリースされたDOXはそれ自身の性質により核へと分布したと考えられる。
超音波力学療法効果をMTT assayにより評価した。DOXは抗がん剤としての性質を有しているため超音波照射を行っていない場合にも細胞生存率の低下が確認されたが、超音波照射を行うと、さらに生存率が低下した。TPP-DOXの場合、TPP基の導入により核へ局在しなくなるため超音波照射を行っていないときには細胞生存率の低下は確認されなかったが、超音波照射により有意な細胞生存率の低下が確認された。これは、TPP-DOXが超音波照射によって生成するROSがミトコンドリアへダメージを与えたためであると推測される。ナノカプセルへ封入する音増感剤の特性を選択することにより、異なる部位への作用によって超音波力学療法効果が誘導できると確認された。

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] Effective condensation of multivalent anions into polyion complex micelles prepared from TiO2 nanoparticles and polyallylamine bearing poly(ethylene glycol) grafts (2015)
  • Author(s): Satoshi Yamamoto, Eiji Yuba, Atsushi Harada and Kenji Kono
  • Journal Title: Langmuir Volume: 31 Issue: 31 Pages: 8583-8588
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.5b01883
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Gene expression of ternary complexes through the compaction of nanofiber-polyplexes by mixing with Lipofectamine (2015)
  • Author(s): R. Aono, K. Nomura, E. Yuba, A. Harada, K. Kono
  • Journal Title: Biomaterials Science Volume: in press Issue: 5 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1039/c5bm00081e
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 自己組織化高分子を利用したナノメディシン設計 (2016)
  • Author(s): 原田敦史
  • Organizer: 第25回NMMSセミナー
  • Place of Presentation: 徳島大学大学院医歯薬学研究部 薬学部第一講義室（徳島県徳島市）
  • Year and Date: 2016-02-27
  • Invited
• [Presentation] Preparation of hollow nanocapsules for effective delivery of cationic sonosensitizers (2015)
  • Author(s): R. Teranishi, E. Yuba, A. Harada, K. Kono
  • Organizer: The International Chemical Congress of PACIFIC BASIN SOCIETIES 2015
  • Place of Presentation: Sheraton Waikiki, Honolulu, Hawaii
  • Year and Date: 2015-12-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 超音波力学療法のためのナノキャリア設計 (2015)
  • Author(s): 原田敦史, 山本聡, 寺西諒真, 弓場英司, 河野健司
  • Organizer: 2015年度 日本生体医工学会 分子デリバリー研究会
  • Place of Presentation: ホテルグランドヒル市ヶ谷（東京都新宿区）
  • Year and Date: 2015-12-03
• [Presentation] 異なる細胞内分布を示すカチオン性音増感剤デリバリーのための中空ナノカプセルの調製 (2015)
  • Author(s): 寺西諒真, 弓場英司, 原田敦史, 河野健司
  • Organizer: 第64回高分子討論会
  • Place of Presentation: 東北大学川内キャンパス（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2015-09-15
• [Presentation] Intracellular environment-responsive nanocapsules prepared through stabilization of self-assembly of head-tail type polycations (2015)
  • Author(s): A. Harada, R. Teranishi, R. Matsuki, E. Yuba, K. Kono
  • Organizer: 5th International Colloids Conference
  • Place of Presentation: Amsterdam Grand Hotel Krasnapolsky, Amsterdam, Netherlands
  • Year and Date: 2015-06-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 細胞内還元環境を認識する中空ナノカプセルへの音増感剤の内包 (2015)
  • Author(s): 寺西諒真, 弓場英司, 原田敦史, 河野健司
  • 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: 2015-05-27
• [Presentation] 超音波力学療法のための酸化チタンナノ粒子内包高分子ミセル (2014)
  • Author(s): 原田敦史、山本聡、弓場英司、河野健司
  • Organizer: 分子デリバリー研究会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学矢上キャンパス（神奈川県）
  • Year and Date: 2014-12-05
• [Presentation] 化チタンナノ粒子内包ポリイオンコンプレックスミセルの超音波照射による殺細胞効果発現メカニズム評価 (2014)
  • Author(s): 山本聡、弓場英司、原田敦史、河野健司
  • Organizer: 第63回高分子討論会
  • Place of Presentation: 長崎大学文教キャンパス（長崎県）
  • Year and Date: 2014-09-24 – 2014-09-26
• [Presentation] 酸化チタンナノ粒子内包高分子ミセルを用いた低侵襲超音波力学療法の開発 (2014)
  • Author(s): 山本聡、弓場英司、原田敦史、河野健司、濱進、小暮健太朗
  • Organizer: 第43回医用高分子シンポジウム
  • Place of Presentation: 産業技術総合研究所臨海副都心センター（東京都）
  • Year and Date: 2014-07-28 – 2014-07-29
• [Patent(Industrial Property Rights)] 治療装置および治療システム (2014)
  • Inventor(s): 原田敦史、山本聡、小暮健太朗、濱進
  • Industrial Property Rights Holder: 原田敦史、山本聡、小暮健太朗、濱進
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2014-07-11