2014 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Molecular Science for Nanomedicine |
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| Project/Area Number |
23107005
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
石原 一彦 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90193341)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井上 祐貴 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (40402789)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ナノバイオ / 生体材料 / 高分子合成 / ナノ材料 / 細胞・組織 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水溶性で両親媒性のMPCポリマーは、水溶液中で会合体を形成し、内部に疎水性化合物を包含することを報告してきた。この特性を利用すると、ポリマーナノ粒子の表面被覆が可能であり、表面にリン脂質極性基を高密度に有し、様々なバイオ分子を固定化した粒子を創製した。さらに、ナノ粒子の内部に量子ドットを内包した蛍光ナノ粒子は、表面に細胞膜透過ペプチド(R8)を結合することで、細胞内にマクロピノサイトーシス機構で導入できることを見出した。蛍光強度を高めるためのQD内包型ポリマーナノ粒子の調製条件の詳細な検討と、新たに両親媒性MPCポリマー自体が細胞膜を拡散する特徴を活かして、新しい分子プローブを創製した。すなわち、MPCポリマーに細胞内で生成するタンパク質のmRNAを結合するサイトを分子ビーコン(MB)として結合させ、細胞内での反応追跡をおこなった。
(1) ポリマーナノ粒子にQDを内包させる際のQD/ポリマー比、超音波照射時間を調整することで、量子収率が30％程度（未処理のQDでは50%程度）のこれまでにない蛍光特性に優れたナノ粒子が得られている。これまでの細胞適合性に加えて、蛍光量子収率の高いQDを多数内包することに成功している。
(2) MBを結合させるMPCポリマーとしてPMBSを合成した。PMBSにヒトGAPDHに特異的なMBを固定化することができた。このPMBS-MBは、GAPDHと反応して蛍光が発現することが確認された。また、MB単独では生体内に存在する酵素により容易に分解されるが、PMBS-MBは安定に存在し、細胞膜を透過できることを見いだした。細胞内でPMBN-MBの機能を評価した結果、PMBS-MBは細胞内に存在するバイオ分子の影響を受けることなく、特異的に標的となるmRNAに結合した。細胞内分子反応プローブとしてのPMBS-MBの有効性を結論した。
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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
細胞内の任意の場所にナノ粒子を輸送する際、細胞膜の透過およびエンドソームは障害となる。まず、イメージング性能の向上を目指し、多数の量子ドット(QD)を一つの2－メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン(MPC)ポリマーナノ粒子に内包する手法を確立し、量子収率30％以上を実現した。これは、従来の有機化合物では達成できない高輝度の蛍光プローブが創製できたことを示す。このプローブを利用することで、細胞内における一分子の運動を解析できる可能性が高まっている。さらに表面に結合させるオリゴペプチドの種類と組成を変化させることで、細胞内器官への分布を調節する試みを行った。細胞質内のみならず細胞核に移行するためのバイオ分子の構造を見いだした。一方、細胞内における特定の反応を追跡する目的で、分子ビーコン(MB)を細胞親和型水溶性・両親媒性ポリマーに結合させて、細胞内への分子拡散による導入を達成した。細胞内での分子の同定と、その反応を追跡するための２種類の蛍光プローブを合成でき、今後の細胞内輸送の解明につなげることができる。
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| Strategy for Future Research Activity |
活性エステル基を有するMPCポリマーでQDを被覆したナノ粒子(PMBN/PLA/QD)を作製した。さらに、その作製条件の検討により高輝度化を実現するとともに、このプローブを研究領域内研究者にに提供し、共同で細胞内での反応解析を実施する。水溶性両親媒性MPCポリマーにMBを結合した分子捕捉キャリアーを設計、創製した。MB部位はポリマーの側鎖に結合させ、標的分子に認識能と捕捉特性を確保している。細胞内取り込みおよび細胞内GAPDHmRNAに対して効果的に機能することが認められた。これを利用して、MBの種類を変化させ、細胞内での分子反応生成物であるmRNAの解析を行う。
これらのバイオ分子結合型細胞内分子輸送デバイスの創製を通して、蛍光分光との組み合わせで、細胞内分子反応の追跡と分子拡散現象の相関を解析し、物理化学的反応パラメーターの獲得を行う。
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