2016 Fiscal Year Annual Research Report
環状DNA単分子の高密度凝縮化技術による生体個体内未踏空間送達システムの創製
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16H03183
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
朝山 章一郎 首都大学東京, 都市環境科学研究科, 准教授 (90315755)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川上 浩良 首都大学東京, 都市環境科学研究科, 教授 (10221897)
根岸 洋一 東京薬科大学, 薬学部, 准教授 (50286978)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 薬物送達システム / モノイオンコンプレックス / プラスミドＤＮＡ / ポリエチレングリコール |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、生体内の水系の環境におけるDNAの陰イオンと一価の陽イオンとの結合体である「モノイオンコンプレックス（MIC）」の学理を構築する。そして、MICでしか実現し得ない微小空間への環状DNAの高密度な閉じ込めにより、環状DNAの飛躍的な拡散性に基づく生体個体内未踏空間への環状DNAの送達システムを創製する。さらに、生体個体内の任意の全細胞での無侵襲的な、環状DNAの発現に基づくタンパク質医薬治療、RNA干渉、ゲノム編集の実現により、難治性疾患治療に対するDDS基盤技術の確立を目指す。
本年度は、「(I)環状DNAと生体適合性高分子とのMIC形成の学理構築」では、MICを形成する一価の陽イオンを有する生体適合性高分子の構造最適化の過程で、アミドペンチルイミダゾリウムとポリエチレングリコール（PEG）のスペーサーに生分解性のエステル結合を有するAPe-Im-E-PEGを合成した。得られたAPe-Im-E-PEGは、高い拡散性により標的細胞へ到達後、PEG鎖の結合点の加水分解によりPEG鎖が切断されるのみならず、切断されたMIC側にpH応答性官能基が残る設計となってる。すなわち、今までの生体個体内の拡散性のみに特化していたMICを、標的細胞内で効率的に細胞質内移行を促す分子設計に最適化した。また、MICと超泳動現象の相関解析の過程では、透過型電子顕微鏡（TEM）による観察を行い、特殊な形状を確認した。さらに、「(Ⅱ)MIC形成でのみ実現し得る環状DNA単分子の高密度な凝縮による生体個体内拡散性の向上」では、上述で合成したAPe-Im-E-PEGとpDNAとのMICをマウスの脛骨筋に投与すると、予備的検討ではあるが、電荷比１の条件で、投与１週間後から２週間後にかけて、遺伝子発現量が向上するという、生体個体内の拡散性のみならず、持続的遺伝子発現の観点からも興味深い結果を得た。
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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
本年度の計画では、「(I)環状DNAと生体適合性高分子とのモノイオンコンプレックス（MIC）形成の学理構築」および「(Ⅱ)MIC形成でのみ実現し得る環状DNA単分子の高密度な凝縮による生体個体内拡散性の向上」を掲げた。(I)では、PEG切断後にpH応答性を発揮するAPe-Im-E-PEG（アミドペンチルイミダゾリウムとポリエチレングリコール（PEG）のスペーサーにエステル結合を有する高分子）を合成することにより、今までの生体個体内の拡散性のみに特化していたMICを、標的細胞内で効率的に細胞質内移行を促す分子設計に最適化されたためである。また、TEMによる超泳動を示すMICの直接観察に成功したことも理由として挙げられる。(Ⅱ)では、(I)で得られたAPe-Im-E-PEGとpDNAとのMICは、生体個体内で、長期間、経時的に遺伝子発現を向上させるという生体個体内の拡散性の向上以上の機能が示唆されたためである。
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| Strategy for Future Research Activity |
構造最適化されたモノイオンコンプレックス（MIC）であるAPe-Im-E-PEG/pDNA MICを用いて、生体個体内未踏空間へ拡散し送達された環状DNAの発現に基づく難治疾患治療効果を検証する。遺伝性疾患骨格筋へのゲノム編集型MICの送達による遺伝性疾患治療を目指す。また、膵臓がんへのRNA干渉型MICの送達による乏血管性難治がん治療を目指す。
さらに、上述の難治疾患治療効果の検証結果をフィードバックし、MICの更なる機能向上を図る。
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