2023 Fiscal Year Annual Research Report
Optical control of the plasma membrane functions by using dynamic exciton
| Project Area | Dynamic Exciton: Emerging Science and Innovation |
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| Project/Area Number |
20H05842
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| Research Institution | Toyama Prefectural University |
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Principal Investigator |
村上 達也 富山県立大学, 工学部, 教授 (90410737)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
沼田 朋大 秋田大学, 医学系研究科, 教授 (20455223)
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| Project Period (FY) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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| Keywords | 細胞膜電位 / 細胞膜内分子配向制御 / 脂質ナノ粒子 / ドラッグデリバリー / 点眼 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ドナー－アクセプター連結分子（Ｄ―Ａ分子）による視神経細胞活動の光操作、失明患者の視力回復に向けて、Ｄ－Ａ分子の（１）細胞膜内輸送キャリア（ＮＤ）と（２）細胞膜内異方的配置（Ｄ部分は細胞内側，Ａ部分は細胞外側）、（３）新しいＤ－Ａ分子による細胞膜電位光制御、そして新展開として（４）眼疾患の光治療、に注力した。
（１）点眼により搭載分子を網膜に輸送するＮＤを開発することに成功した。本ＮＤの開発に当たっては、新規な角膜吸収促進ペプチドの発見があった。新生血管内皮細胞に発現する受容体ＣＤ１３のペプチドリガンドとしてＮＧＲトリペプチドが知られていたが、今回、ＣＤ１３がマウス角結膜、培養ヒト角結膜細胞にも発現していることを発見し、ＮＧＲを結合させることにより、ＮＤの角膜吸収効率が約5倍に増強されることを明らかにした。
（２）昨年度までに見いだした細胞膜アンカー分子（ＰｙＢ）およびＮＤを用いて、ＴＣ１（京大今堀研で合成されたＤ－Ａ分子）を培養神経細胞に輸送し、光照射したところ、光誘導膜電位変化は加速されず、ＰｙＢ添加効果はあったとしても非常に弱いことがわかった。
（３）新しいＤ－Ａ分子（長崎大作田研合成）を用いて同様の実験を行った。まずＮＤへの搭載条件を探索し、ＮＤに含まれるリン脂質に対する搭載分子モル数が最大となるよう条件を最適化した。得られたサンプルを用いて膜電位測定を行ったところ、迅速な脱分極・再分極が観察された。
（４）光線力学療法で用いられるｖｅｒｔｅｐｏｒｆｉｎ （ＶＰ）とＮＤの複合体を作製し、加齢黄斑変性に対する新しい光線力学療法の開発を試みた。先行医薬品であるＶｉｓｕｄｙｎｅ（ＶＰのリポソーム製剤）をラボで作製し、ＶＰ搭載ＮＤとの性能比較をマウスを用いて行ったところ、校舎は前者に比べて、顕著に高い疾患部位集積性・滞留性・光治療効果そして顕著に低い光毒性を示すことがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
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ＴＣ１とＰｙＢによる迅速な光誘導脱分極が、現時点では、難しいことがわかり、方針転換を余儀なくされた。しかし新しいＤ－Ａ分子を用いることで、迅速な光誘導脱分極・再分極が得られ、最終目標に向かって研究を継続できることがわかった。課題として、脱分極量（ΔVm）の少なさがある。現時点でΔVm=～５ｍVであり、～１５ｍV（活動電位を生み出す膜電位依存性チャネルの活性化に必要な量）を目標として研究を進める。
ＮＧＲペプチドは、元々新生血管標的化ペプチドとして見いだされたが、今回その角結膜吸収促進機能の発見は、点眼用ドラッグキャリア（ＮＤ）開発という点で、非常に大きな進歩だと考えている。
ＮＧＲを含むＮＤを用いて失明性眼疾患の光線力学療法という新たな展開を見いだすことができた。現在、京大眼科医と共同で臨床開発を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
ＳＰＤ－Ｂｒ搭載ＮＤによるΔＶｍ＝～１５ｍＶを目指して、条件最適化を行う。これには、サンプル調製法（ＳＰＤ－Ｂｒ構造改変含む）、細胞内ＳＰＤ－Ｂｒ定量・局在、が含まれる。
高角膜吸収性キャリアの開発を引き続き進める。具体的には、ＮＤあたりのＮＧＲペプチド数を増加させる。
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