2017 Fiscal Year Annual Research Report
多剤排出トランスポーターを回避する細胞膜透過ナノキャリアの創製
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17H02096
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
森本 展行 東北大学, 工学研究科, 准教授 (00313263)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中山 勝文 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 准教授 (20453582)
最上 譲二 東北大学, 工学研究科, 助教 (70713022)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | スルホベタインコポリマー / 薬物送達 / 細胞膜透過 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本実施研究の目的は、自らが明らかとしてきた従来にない生体膜透過性を示すスルホベタインポリマーの膜透過挙動を明らかとすること、さらにこのポリマーをもとに細胞小器官への高い選択性を有し、薬剤排出を回避しうるナノキャリアの設計とそのin vitro評価を行うことにある。当該年度では、細胞外で添加したスルホベタインコポリマーをがん細胞内のミトコンドリアへ移行させるため、ミトコンドリアへの移行が知られる低分子（ローダミンB）をスルホベタインコポリマーに修飾した。その結果、このポリマーもミトコンドリアへと移行・局在できることを明らかとした。共焦点レーザー顕微鏡を用いた経時観察より、ポリマー添加直後より1時間まで時間依存的に細胞内からの蛍光強度が増加すること、また部位特異性なく細胞内に移行し、直ちにミトコンドリア内部へと局在することがわかった。さらにこのポリマーをより効果的にミトコンドリアへと移行させるため、ポリマーの分子量、ポリマー組成比、ローダミンBの修飾位置について検討した。この結果、低分子量の方が効果的な細胞内移行が可能であることを明らかとした。また、ローダミン修飾により毒性に影響は与えないものの、各種エンドサイトーシス阻害条件下での細胞内導入が変化することがわかった。これは数種知られるエンドサイトーシス導入経路の選択性の付与が可能であることを示唆する一方で、薬物修飾した際の細胞導入効率の低下が懸念される。今回調製したポリマーのうち側鎖へローダミンBを修飾した場合には、コレステロールや脂質ラフトが関与する細胞内導入経路での取込が促進されることを見いだしており、薬物修飾のための重要な指針を見いだすことができた。
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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
当該年度の進捗状況はポリマーの調製とその細胞内導入評価について、ほぼ当初計画に基づき実施することができた。ローダミンB修飾することでその部位により細胞内導入機序が予想以上に大きく変化した。これはローダミンBの修飾部とともに末端の官能基の構造にも起因していると想定されるため、今後より詳細に検討を行う必要がある。関連してミトコンドリア指向性分子をローダミンBおよびトリフェニルホスホニウム（TPP）化合物を使用するとしていたが、TPPはローダミンBよりも疎水的になるため、より非膜透過的になると予想できたこと、これに加えて細胞内への導入評価のために別途蛍光色素の修飾を必要とするため、ローダミンBの結果を受けTPP修飾ポリマーの検討はとりやめた。
一方で膜透過挙動解明のためのMDシミュレーションは共同研究にようやく着手したところである。計算のためのマシンタイムとの兼ね合いもあるため、実験的にもサポートする必要がありそうである。
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| Strategy for Future Research Activity |
前述したようにローダミンBを修飾することでポリマーの水溶性の低下や細胞内導入機構が変化することが明らかとなった。修飾部位による細胞内導入効率向上のために、ポリマー末端の構造に着目した評価およびミトコンドリアへと局在化する新規スルホベタインポリマーの設計を行っていく。またローダミンBの修飾は、その手間や修飾効率の観点から、さらなるポリマーの高機能化を考えると簡便なポリマーの設計を試みていく。これらの検討から得られた知見をもとに抗がん剤や抗菌薬の修飾とその効果について注意深く検討を行っていく。膜透過挙動解析においてもMDシミュレーションに加え膜障害性や脂質組成の観点から検討を行う方針である。
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