2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of nanogel hybrid materials for medical application
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16H06313
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
秋吉 一成 京都大学, 工学研究科, 教授 (90201285)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
珠玖 洋 三重大学, 医学系研究科, 寄附講座大学教員 (80154194)
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| Project Period (FY) |
2016-05-31 – 2021-03-31
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| Keywords | バオマテリアル / ドラッグデリバリーシステム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
先進医療の進展には、近年注目されているバイオ医薬品(抗体、サイトカイン、核酸、エクソソームなど)を安定に送達、徐放しえる新規バイオマテリアルの開発が不可欠となっている。本研究では、バイオ医薬品のための新規ナノゲル設計とナノゲルを構成単位(テクトン)とするナノゲルテクトニクス（ナノゲル基盤構築法）の手法を確立、発展させる。さらに、機能性ナノゲルをハイブリッド化因子として、生体高分子、無機 、金属材料さらに、細胞などのバイオ材料と融合することにより、ナノからマクロレベルまで構造制御された階層的ナノハイブリッド材料を開発し、DDSや再生医療での利用を図る。このナノゲル基盤技術は、構造と機能が合理的に制御されたハイブリッドゲル材料の新しい製造法を提供し、空間的、時間的応答性制御可能な新規バイオマテリアルの開発が期待される。
本年度は、ホウ素クラスターを導入したプルランからなる新規なナノゲルを開発し、EPR効果によりがんに集積しえ、ホウ素中性子療法に適用しえる機能性ナノゲルであることを明らかにした。長鎖ドデシル基を導入した超分岐性3Dグルカン(GD)ナノゲルにスペルミン基を導入した新規カチオン性GDが、siRNAの細胞内デリバリーキャリアとして優れていることを明らかにした。また、コレステロール置換ポリリジン(ChPLL)を基盤にして、酵素重合のためのプライマーであるオリゴ糖鎖を導入し、ホスホリラーゼと分岐酵素のタンデム重合により、内部にカチオン性領域を有する分岐糖鎖ペプチドナノゲルの合成法を確立した。ナノゲルハイブリッドの構築と機能では、酸化鉄ナノ粒子とコレステロール置換プルランナノゲルを複合化した磁性ナノゲルは、細胞質内に機能を保持した状態でタンパク質を輸送しえることがわかった。また、細胞内で担がんマウスのがん組織に磁気誘導により集積可能であることが明らかになった。
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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
本年度は、当初予定していた３種類の新規な多糖ナノゲルを開発し、その設計手法の確立とタンパク質やsiRNAなどのバイオロジクスの複合化能とDDS機能をin vitroで解析し、その有用性を明らかにした。今後のin vivo での実験に向けての基礎的知見が集積できた。一部は、論文投稿して受理されている。磁性微粒子を複合化したナノゲルシステムは、担がんマウスを用いた動物実験において、磁気誘導によるがんへの集積が確認され、がん治療への有効性が期待される。また、転写因子の導入による細胞分化誘導を調べて、本手法の再生医療応用への展開に向けた基礎的知見が得られつつある。以上のように、おおむね計画通り、研究は進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、開発した新規カチオン性GDナノゲルを用いた動物実験を行う。がん細胞の増殖を促進する血管新生因子であるVEGFのsiRNA を複合化し、担がんマウスのがん組織に局所投与を行い、その治療効果を調べる。また、蛍光ラベル化したGD誘導体および蛍光ラベル化したsiRNAを複合化したカチオン性GD複合体を静注し、血中滞留性や組織内分布を調べる。分岐糖鎖ペプチドナノゲルとsiRNAとの複合化と標的遺伝子の発現抑制効果を調べる。さらに、動物実験によりナノキャリアの血中安定性や組織内分布を調べ、分岐鎖導入の効果と新規siRNAデリバリーシステムとしての機能を調べる。
酸化鉄ナノ粒子とコレステロール置換プルランナノゲルを複合化した磁性ナノゲルでは、抗がん性のタンパク質の磁気誘導型デリバリーを行い、担がんマウスを用いたがん治療への応用を行う。また、タンパク質として転写因子を選択し、磁気誘導型DDSによる細胞内導入と細胞分化能の制御を検討し、再生医療応用にむけた新規な細胞操作技術を確立する。
コレステロール置換プルラン(CHP)ナノゲルのワクチンキャリアとしての有用性を明らかにしてきたが、本年度は、新規抗原、アジュバントDDSを開発する目的で、正、負電荷CHPナノゲルを用い、抗原とアジュバントの両方をデリバリーするシステムについて検討する。抗原として、ClassIおよびClassIIの両方のエピトープペプチドを含む40-60残基のロングペプチドを用い、ナノゲルへの封入条件を確立する。In vivo イメージングによるナノゲルのリンパ節への集積挙動、CTL活性評価を行う。
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