2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Nano-Bio Interface for Safe Phototherapy and Optical Manipulation of Cell Function
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17H03047
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| Research Institution | Toyama Prefectural University |
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Principal Investigator |
村上 達也 富山県立大学, 工学部, 教授 (90410737)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
梅山 有和 京都大学, 工学研究科, 准教授 (30378806)
濱田 勉 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (40432140)
高田 耕児 富山県産業技術研究開発センター, その他部局等, 主任研究員 (40530621)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 表面化学 / コロイド科学 / 光機能材料 / 脂質膜 / バイオマテリアル / 光線力学効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(6,4)ナノチューブは半導体性カーボンナノチューブにわずかしか含まれない。そこで存在比が高いが、光線力学効果は低い(6,5)ナノチューブを誘導体化して、 (6,4)ナノチューブ化することを試みた。梅山から提供された近赤外色素を(6,5)ナノチューブと混合して、複合体を形成させた後、apoA-Iを添加して、生理的条件下で複合体を分散化させた。ヒドロキシルラジカル生成量を指標として光線力学効果を調べたところ、両者単独では効果を検出できなかったが、複合体ではヒドロキシルラジカルの生成を検出することができた。近赤外色素から(6,5)ナノチューブへの光誘起電子移動が生じたことを示唆している。
われわれの研究室では、さまざまなapoA-I欠損変異体を作製している。apoA-Iは11個の両親媒性αヘリックスからなり、そのうちの2つが強い脂質結合性を示す。ナノチューブ分散化においては、これらの脂質結合性αヘリックスが重要な役割を果たすと予想された。そこで各種apoA-I欠損変異体を用いて、半導体性カーボンナノチューブの生理的条件下での分散化を調べた。意外なことに、調べた欠損変異体の中では、脂質結合性αヘリックスを含まない欠損変異体が最もコロイド安定性の高いナノチューブを与えた。
金ナノロッドの新しい分散剤として、膜融合性改変型HDLの作製に取り組んだ。われわれは既に、4種類の細胞親和性ペプチドを用いて、細胞膜親和性HDL変異体を作製している。今回、細胞膜接着後の膜融合を促進させるために、HDLの脂質膜を3種類の膜融合性脂質で作製した。FRETを利用するlipid mixing assayの結果、作製した各種変異体の中から、膜融合性リポソームよりも高活性なHDL変異体を見出した(under minor revision)。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2018年度は製薬企業から共同研究の打診が複数あり、また実験を担当する2名の博士課程学生のうち1名が、新たに発案した関連研究テーマを携えて、京都大学iPS研究所に3ヶ月間出張実験したため、本研究課題に十分な労力を割くことができなかった。しかし後者に関しては、本研究課題に関する新たな展開（nano-explosiveの作製）を図ることができたと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
梅山の近赤外色素と(6,5)ナノチューブ複合体で得られた結果を元に、持続的光線力学効果を示す(6,5)ナノチューブ誘導体を作製する。(6,4)ナノチューブと(6,5)ナノチューブの光線力学効果の差に、励起三重項状態の生成効率が寄与することが、われわれのこれまでの研究で明らかになっている。そこで梅山と共同で、近赤外色素／(6,5)ナノチューブ複合体の過渡吸収測定を行い、そのフォトダイナミクスを明らかにする。この結果を元にして、複合体構造を再設計する。
apoA-I欠損変異体／(6,5)ナノチューブの細胞内局在を共焦点顕微鏡で調べる。カーボンナノチューブは汎用される蛍光色素のクエンチャーとして働くため、水溶性の高い蛍光色素を用い、さらにスペーサーを介してapoA-Iに結合させる。(6,5)ナノチューブは近赤外発光を示す。
apoA-I欠損変異体で被覆された(6,4)ナノチューブのがん細胞に対する光毒性およびアミロイドに対する光分解活性を調べる。各種活性酸素種消去剤を用いて、活性本体を明らかにする。
膜融合性HDLで被覆された金ナノロッドを作製する。まずリポソームにこの複合体が接着することを確かめた上で、lipid mixing assayを行う。さらに近赤外レーザーを照射し、膜融合が増強するかどうか調べる。
爆発性化合物をHDL被覆金ナノロッドに搭載させ、光起爆可能なナノ爆薬(nano-explosive)を作製する。Nano-explosiveをエンドサイトーシスで細胞に取り込ませた後、光起爆させ、その衝撃波でエンドソーム膜を破壊できるかどうか調べる。
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