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2011 Fiscal Year Annual Research Report

バイオ分子結合型細胞内分子輸送デバイス

Planned Research

Project AreaMolecular Science for Nanomedicine
Project/Area Number 23107005
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

石原 一彦  東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (90193341)

Keywordsナノメディシン / 細胞環境 / 分子反応 / 反応パラメーター
Research Abstract

本研究は、「細胞を対象とした細胞外からの物質輸送、細胞内での移動を、細胞内の特殊環境を考慮しながら追跡し、その速度定数を明確にする細胞内分子輸送プローブを創製する。さらに、このプローブを利用して未解明な点の多い、細胞膜からの分子の取り込み過程を、細胞膜への分配、細胞膜中での拡散、細胞膜から細胞質内への脱離に分けて定量的に考察する。ナノ粒子を溶媒蒸発法にて作製するために、水中で安定な会合体を形成し、その内部に疎水性の核ポリマー溶液を可溶化できる両親媒性のMPCポリマーを合成した。核の安定性を高め、量子ドットを担持するためにも疎水性のアルキルメタクリレート中心に検討した。さらに、バイオ分子を温和な条件で反応させ、ナノ粒子表面に結合させるために活性エステル基を導入した。得られたMPCポリマーを溶解した水溶液中に、ポリ乳酸の有機溶媒溶液を滴下して、超音波照射による乳化分散後、加熱、減圧することでMPCポリマー被覆型ナノ粒子を作製した。このプロセスを、MPCポリマーの種類、濃度などをパラメーターとして変化させて、粒径8-250nmの範囲で精密に制御する条件を決定した。表面に結合させる生理活性分子についても検討し、細胞膜を透過させることのできるオリゴペプチドの構造、結合密度についての情報を得た。細胞膜を透過させるためのオリゴペプチド構造としては、グリシン(G)は全く不活性であり、カチオン性のアルギニン(R)が効果的であることがわかった。さらにRがGに対して80モル%以上必要であるとともに、密度の効果についても全体の80%がオリゴアルギニンであることが必要であった。一方、これらのナノ粒子は細胞に対して影響することなく、細胞は通常の増殖挙動を示した。細胞内の粒子の拡散性については、共同研究を開始することができた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

内包する量子ドットのスペックを変え、長波長側に蛍光を示す粒子系の大きな量子ドットを利用すると、予備検討してきた粒子調製法が適用できないことが判明した。この原因を追求した結果、粒子作成の際の分散性に依存することが明確となった。この点に関して、溶液濃度、ポリマー分子量の効果を検討した結果、解決策を見いだすことができた。

Strategy for Future Research Activity

得られた量子ドット内包ナノ粒子を、研究領域内の共同研究先に提供し、細胞内での拡散、局在化について詳細な検討を行う。一方で、観察する際に細胞が大きく移動して、顕微鏡の視野から外れる場合があるために、細胞の固定化方法についての検討も進める。これらの成果を、公募研究班を含め、広く提供できるようにすることで、領域研究を推進する。

  • Research Products

    (7 results)

All 2012 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Mechanical force-based probing of intracellular proteins from living cells using antibody-immobilized nanoneedles2012

    • Author(s)
      S.Mieda, Y.Amemiya, T.Kihara, T.Okada, T.Sato, K.Fukazawa, K.Ishihara, N.Nakamura, J.Miyake, C.Nakamura
    • Journal Title

      Biosensors Bioelectron

      Volume: 15(1) Pages: 323-329

    • DOI

      doi:10.1016/j.bios.2011.10.039

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Continuous preparation of a spherical phospholipid polymer hydrogel for cell encapsulation using a flow-focusing microfluidic channel device2012

    • Author(s)
      T.Aikawa, T.Konno, M.Takai, K.Ishihara
    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: 28(4) Pages: 2145-2150

    • DOI

      doi:10.1021/la2037586

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Cytocompatible hydrogel composed of phospholipid polymers for regulation of cell functions2012

    • Author(s)
      K.Ishihara, Y.Xu, T.Konno
    • Journal Title

      Adv.Polym.Sci.

      Volume: 247 Pages: 141-166

    • DOI

      doi:10.1007/12_2011_151

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Biomimetic polymer nanoparticles embedding quantum dots2012

    • Author(s)
      K.Ishihara, Y.Goto, R.Matsuno
    • Journal Title

      MRS Proceedings

      Volume: 1357 Pages: 1357-1106-07

    • DOI

      doi:10.1557/opl.2011.1505

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 細胞膜物質移行評価デバイスとしてのポリマー被覆量子ドットナノ粒子2012

    • Author(s)
      塚本百合子、井上祐貴、石原一彦
    • Organizer
      新学術領域研究「ナノメディシン分子科学」第4回全体会議および日本-台湾ジョンとシンポジウム
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2012-03-07
  • [Presentation] Biomimetic Polymer Nanoparticles Both Embedding Quantum Dots and Immobilized Biomolecules2012

    • Author(s)
      Kazuhiko Ishihara, Yuriko Tsukamoto, Yuuki Inoue
    • Organizer
      BMMP-12 (Biomimetic Materials Processing 2012)
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      2012-01-25
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.tmd.ac.jp/nanomedicine/

URL: 

Published: 2013-06-26  

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