2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of bioactive nanocarbon composite enabling spatial and temporal control of the metastatic bone cancer environment and biosafety assessments
| Project/Area Number |
17H01584
|
|---|
| Research Institution | Shinshu University |
|---|
Principal Investigator |
齋藤 直人 信州大学, 学術研究院保健学系, 教授 (80283258)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
手嶋 勝弥 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (00402131)
宇田川 信之 松本歯科大学, 歯学部, 教授 (70245801)
湯田坂 雅子 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 招聘研究員 (70159226)
佐藤 義倫 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (30374995)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | 骨軟部腫瘍 / 癌の骨転移 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
カーボンファイバー（CF）を抗癌剤のDDSに応用する研究を行った。In vitro実験では抗癌剤CDDPを付加したCF（CDDP-CF）をラットの乳癌細胞waiker256に接触させ、乳癌細胞の増殖能を経時的に観察した。さらにCDDP-CFを入れたミリセルを乳癌細胞が播種されたwell内に入れ、CFから徐放されるCDDPによる癌抑制作用を調べた。CDDP単独ではday8に癌細胞が死滅したのに対しCDDP-CFではday10で癌細胞が死滅しCDDP単独に比べ緩やかに癌細胞は減少した。In vivo実験ではラットの脛骨に乳癌細胞を局注した骨転移モデルを作製し、病巣にCDDP-CFを入れた。このラット癌骨転移モデルに対し10mg/kgのCDDPを局所注射することで癌を抑制することができた。10mg/kgのCDDP-CFでも癌抑制効果が得られた。また癌骨転移モデルにCDDPを10mg/kg静脈注射したが、癌骨転移巣における癌抑制効果は見られなかった。
カーボンナノホーン（CNH）をDDSとして癌転移骨環境に応用するために、骨関連細胞に対するCNHの毒性を評価した。界面活性剤や生体由来のタンパク質の分散剤を使用し、高度に分散したCNHをin vitroで骨関連の細胞に暴露し細胞応答性を評価した。骨関連細胞として、マクロファージ細胞（Raw264）、線維芽細胞：（L929）、骨芽細胞（MC3T3）、破骨細胞（Raw264細胞の分化誘導）を使用した。結果は、細胞内取り込み・細胞毒性が細胞によって異なる事が明らかになった。また細胞毒性は濃度依存的に引き起こされ、最も低い濃度でマクロファージの毒性が引き起こされる事が判明した。以上の結果から骨関連の細胞に対して細胞毒性を引き起こさず使用出来る濃度を20ug/mlと決定した。また、CNHとビスホスホネートの複合に成功した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
癌転移骨環境におけるCFのDDSとしての応用について評価する実験系を確立した。Cisplatinを付加したCFは乳癌細胞を効果的に死滅させることを確認した。今後、in vivoでの実験でCDDP-CFとCDDPの局所注射により癌を抑制した後、長期的な観察を行って骨形成能の違いについて評価していく具体的な計画を立てることができた。
癌転移骨環境に対するCNHのDDSとしての応用に向けて、骨関連細胞のCNHの取り込みと細胞毒性評価から、CNHを骨関連細胞に使用できる濃度を明らかにすることができた。今後はCNH暴露による細胞応答性を更に明らかにし、並行してビスホスホネート付加CNHを骨関連細胞に暴露し、細胞毒性およびターゲットである破骨細胞への有効性を評価することが可能になる。
|
| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度は、CDDP-CFとCDDPの局所注射後の長期経過をCT、病理組織などで観察し、骨形成能の違いについても評価していく。さらにCDDPを静脈注射、局所注射したモデルとCDDP-CFを局所注射したモデルの経時的採血による血中のPt濃度を測定する。またビスホスホネート付加CNHを骨関連細胞に暴露し、細胞毒性およびターゲットである破骨細胞への有効性を評価する。
研究期間終了までに3 種類の生体活性付加カーボンであるCarbon nanohorn/Bioactive molecule複合体、Carbon nanohorn/Hydroxyapatite/Bioactive molecule複合体、Carbon fiber/Hydroxyapatite/Bioactive molecule複合体を設計・作製し、癌転移骨環境 で生体活性を発揮させる。すなわち生体活性付加カーボンの階層的な複合体がDDSやscaffoldとして機能し、骨破壊停止→癌細胞抑制→骨修復促進という一連の反応を空間的・時間的に制御できることを実証する。また、蓄積してきたカーボン粒子の生体安全性評価技術を発展させ、癌転移骨の反応、体内動態、修復骨の代謝等を検討し、カーボン粒子を応用した生体材料の国際的な安全性評価基準の構築に貢献する。これらの生物学的検証結果を随時工学的設計・作製技術にフィードバックして、高機能で安全性の高い生体活性付加カーボンを開発する。
|
