親水性ナノカーボンの作成とその生体適合性・体内動態の検討

2008 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19791419
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 阿部 薫明 Hokkaido University, 大学院・歯学研究科, 助教 (40374566)
• Keywords: 歯科用材料・歯科理工学 / 体内動態

Research Abstract

本研究では、フラーレンやカーホンチユーフ(以下、CNT) などの炭素系ナノ微粒子(ナノカーボン)の生体適合性の検討を行う為に、1) ナノカーボンの親水化処理、2) その体内動態の可視化をみた。
コハク酸過酸化との反応によりCNT表面に多数のカルボン酸を提示させることに成功し、生体への投与の為の目標としていた、数百ppmの濃度での分散に成功した。また、アミン化合物との反応により粒径と形状を制御したフラーレンパーティクルを作成し、更なる化学修飾によりその親水化にも成した。得られたナノカーボン誘導体の(500-900ppm) をマウス尾静脈より投与し、その後の経時観察を行った。投与後のマウスは、数週間の経過観察(最大4週間)中に、状態観察・体重推移などから対照との顕著な差異は見られなかった。投与後一日および一週間のマウスから肺・肝臓を摘出し、透過型電子顕微鏡を用い観察したところ、各臓器へのCNT誘導体の到達・滞留が確認され、投与物質が血流に乘り各臓器へと到達している事が示唆された。次に、CNT表面に提示した官能基(カルボキシル基) を利用して、可視化の為に様々な化学種の修飾反応を試みた。この第二段階の化学修飾は親水性フラーレンの化学修飾にも応用可能である。また、体内動態可視化法の基礎検討として、無機粒子などの体内動態をMRI,ICP-AES,蛍光X線顕微鏡、蛍光顕微鏡を用いて観測に成功した。更にCNTなどナノカーボンの体内動態可視化のための分子設計のため、磁性物質(マンガンイオン(Mn^<2+>)とグラフェンシートとの相互作用の違いよる電子状態の変化を分子軌道計算により評価し、結合状態の違いがMR信号に及ぼす影響を理論的に予測した。その結果、結合サイトの違いにより、超微細結合定数が10-100mTまで大きく変化した。この結果はMn^<2+>を指標とする事によりナノカーボン中での結合の変化の捕捉が可能である事を示唆している。

Research Products

• [Journal Article] A DFT and MD study on the interaction of carbon nano-materials with metal ions (2009)
  • Author(s): S. Abe, F. Watari, T. Takada and H. Tachikawa
  • Journal Title: Molecular Crystals and Liquid Crystals 505 Pages: 51-58
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of a multiwalled carbon nanotube coated collagen dish (2009)
  • Author(s): M. Terada, S. Abe, T. Akasaka, M. Uo, Y. Kitagawa, and F. Watari
  • Journal Title: Dental Material J. 28 Pages: 82-88
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Maturation of osteoblast-like SaoS2 induced by carbon nanotubes (2009)
  • Author(s): X. Li, H. Gao, M. Uo, Y. Sato, T. Akasaka, S. Abe, Q. Feng, F. Cui, and F. Watari
  • Journal Title: Biomedical Materials 4 Pages: 15005-15012
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Material nanosizing effect on living organisms : non-specific, biointeractive, physical size effects (2009)
  • Author(s): F. Watari, N. Takashi, A. Yokoyama, M. Uo, T. Akasaka, Y. Sato, S. Abe, Y. Totsuka, K Tohji
  • Journal Title: J. Royal Society Interface 6 Pages: S371-388
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Internal distribution of several inorganic microparticles in mice (2009)
  • Author(s): S. Abe, C. Koyama, T. Akasaka, M. Uo, Y. Kuboki, and F. Watari
  • Journal Title: Key Engineering Materials 396-398 Pages: 539-542
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Visualization of invasion into the body and internal diffusion of nanoparticles (2009)
  • Author(s): F. Watari, S. Abe, I..Rosca, A. Yokoyama, M. Uo, T. Akasaka, N..Takashi, Y. Totsuka, E.. Hirata, M. Matsuoka, K.. Ishikawa, S.. Itoh and Y.. Yawaka
  • Journal Title: Key Engineering Materials 396-398 Pages: 569-572
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Time-dependence and visualization of TiO_2 and Pt particle hiodistribution in mice (2009)
  • Author(s): S. Abe, C. Koyama, M. Uo, T. Akasaka, Y. Kuboki and F. Watari
  • Journal Title: J. Nanoscience Nanotechnology 9 Pages: 4988-4991
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] XAFS analysis of Ti and Ni dissolution from pure Ti, Ni-Ti alloy, and SUS304 in soft tissues (2008)
  • Author(s): M. Uo, K. Asakura, K. Tamura, Y. Totsuka, S. Abe, T. Akasaka, and F. Watari
  • Journal Title: Chemistry Letters 37 Pages: 958-959
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Alterations in the glycoform of cisplatin-resistant human carcinom a cells are caused by defects in the endoplasmic reticulum-associated degradation system (2008)
  • Author(s): H. Nakagawa, M. Ohira, S. Hayashi, S. Abe, S. Saito, N. Nagahori, K. Monde, Y. Shinohara, N. Fujitani, H. Kondo, S. Akiyama, A. Nakagawara, and S. Nishimura
  • Journal Title: Cancer Letters 270 Pages: 296-301
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Internal diffusion of micro/nanoparticles inside body (2008)
  • Author(s): F. Watari, S. Abe, K. Tamura, M. Uo, A. Yokoyama, and Y Totsuka
  • Journal Title: Key Engineering Materials 361-363 Pages: 95-98
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] In vivo internal diffusion of several inorganic microparticles through an oral administration
  • Author(s): S. Abe, C. Koyama, M. Esaki, T. Akasaka, M. Uo, Y Kubold, M. Morita, and F. Watari
  • Journal Title: Bio-Medical Materials and Engineering (in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Biodistribution imaging of magnetic nanoparticles in mice compared with X-ray scanning analytical microscopy and Magnetic Resonance imaging
  • Author(s): S. Abe, I. Kida, M. Esaki, T. Akasaka, M. Uo, Y Sato, B. Jeyadevan, Y. Kuboki, M. Morita, K.Tohji, and F. Watari
  • Journal Title: Bio-Medical Materials and Engineering (in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multiwalled carbon nanotube coating on titanium
  • Author(s): M. Terada, S. Abe, T. Akasaka, M. Uo, Y. Kitagawa, and F. Watari
  • Journal Title: Bio-Medical Materials and Engineering (in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Adhesion of human osteoblast-like cells(Saos-2) to carbon nanotube sheets
  • Author(s): T. Akasaka, A. Yokoyama, M. Matsuoka, T. Hashimoto, S. Abe, M. Uo and F. Watari
  • Journal Title: Bio-Medical Materials and Engineering (in press)
  • Peer Reviewed
• [Presentation] A direct study on graphene-water interaction system (2009)
  • Author(s): S. Abe, Y. Nagoya, F. Watari and H. Tachikawa
  • Organizer: 5^<th> International Conference on Molecular Electronics and Bioelectronics
  • Place of Presentation: Miyazaki、Miyazaki International Conference Hall
  • Year and Date: 2009-03-17
• [Presentation] 成層圏での氷上にトラップされたフロン化合物の光分解メカニズム (2009)
  • Author(s): 阿部薫明、亘理文夫、田地川浩人
  • Organizer: 北海道支部2009年冬季研究発表会
  • Place of Presentation: 札幌市、北海道大学
  • Year and Date: 2009-02-03
• [Presentation] 人工酵素モデルを用いた石灰化反応の制御 (2009)
  • Author(s): 林大輔、阿部薫明、石田智毅、大和谷恵実、赤坂司、宇尾基弘、亘理文夫、高田知哉
  • Organizer: 第21回代用臓器・再生医学研究会
  • Place of Presentation: 札幌市、札幌医科大学
  • Year and Date: 2009-01-31
• [Presentation] A DFT and MD study on the evaporation dinamics of water moleculeson carbon nano-materials (2008)
  • Author(s): S. Abe, Y. Nagoya, F. Watari and H. Tachikawa
  • Organizer: 8^<th> International Conference on Nano-Molecular Electronics
  • Place of Presentation: Kobe, Portpia Hotel
  • Year and Date: 2008-12-16
• [Presentation] Internal distribution behavior of inorganic particles in mice (2008)
  • Author(s): S. Abe, T. Yonezawa, C. Koyama, T. Akasaka, M. Uo, Y. Kuboki, and F. Watari
  • Organizer: 21^<st> International symposium of microprocesses and nanotechnology
  • Place of Presentation: Fukuoka, JAL Resort Se a Hawks Hotel
  • Year and Date: 2008-10-29
• [Presentation] Biodistribution of several inorganic micro/nano particles in mice (2008)
  • Author(s): S. Abe, C. Koyama, T. Akasaka, M. Uo, Y. Kuboki, and F. Watari
  • Organizer: 21^<st> International Symposium on Ceramics in Medicine(Bioceramics21)
  • Place of Presentation: Buzios, Atlantico Buzios Convention & Resort
  • Year and Date: 2008-10-22
• [Presentation] ナノカーボン物質と磁性金属イオン(Mn^<2+>)との相互作用に関する理論的研究 (2008)
  • Author(s): 阿部薫明、亘理文夫、高田知哉、田地川浩人
  • Organizer: 平成20年度第2回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 福岡市、福岡国際会議場
  • Year and Date: 2008-09-26
• [Presentation] バイオミメティクポリマーによる石灰化反応の制御 (2008)
  • Author(s): 石田智毅、阿部薫明、赤坂司、宇尾基弘、亘理文夫
  • Organizer: 平成20年度秋期第52回日本歯科理工学会学術講演会
  • Place of Presentation: 吹田市、千里ライフサイエンスセンター
  • Year and Date: 2008-09-21
• [Presentation] マウス体内での投与粒子の分布・拡散挙動の可視化 (2008)
  • Author(s): 阿部薫明、小山千佳、赤坂司、宇尾基弘、久保木芳徳、亘理文夫
  • Organizer: 平成20年度日本歯科理工学会北海道・東北支部夏期セミナー
  • Place of Presentation: 千歳市、丸駒温泉
  • Year and Date: 2008-08-24
• [Presentation] A DFT and MD study on the interaction of carbon nano-materials with metal ions (2008)
  • Author(s): S. Abe, F. Watari and H. Tachikawa
  • Organizer: International Symposium on Multi-scale Simulationsof Biological and Soft Materials
  • Place of Presentation: Tokyo, Akihabara Cross Field
  • Year and Date: 2008-06-19
• [Presentation] Distribution imaging of mangetic particles in mice compared with magnetic resonance imaging and X-ray scanning analytical microscope (2008)
  • Author(s): M. Esaki, S. Abe, T. Akasaka, M. Uo, T. Hosono, Y. Sato , B. Jeyadevan, Y. Kuboki, M. Morita, K. Tohji, and F. Watari
  • Organizer: International Symposium on " Nanotoxicology Assessment and Biomedical Application of Fine Particles and Nanotubes "
  • Place of Presentation: Sapporo, Hokkaido Uni versity
  • Year and Date: 2008-06-17
• [Presentation] Imaging of biodistribution of organic-/inorganic-particles in mice (2008)
  • Author(s): S. Abe, C. Koyama, T. Akasaka, M. Uo, Y Kuboki, and F. Watari
  • Organizer: International Symposium on " Nanotoxicology Assessment and Biomedical Application of Fine Particles and Nanotubes "
  • Place of Presentation: Sapporo, Hokkaido Uni versity
  • Year and Date: 2008-06-16
• [Presentation] Determination of administered organic/inorganic particles in mice (2008)
  • Author(s): S. Abe, C. Koyama, M. Esaki, I. Kida, I. Rosca, T. Akasaka, M. Uo, M. Morita, Y. Sato, B. Jeyadevan, Y. Kuboki, K. Tohji, F. Watari
  • Organizer: 8^<th> World Biomaterial Congress 2008
  • Place of Presentation: Amsterdam, Rai Convent ion Center
  • Year and Date: 2008-05-31
• [Presentation] 有機・無機マイクロ粒子の生体内での分布状態の可視化 (2008)
  • Author(s): 阿部薫明、小山千佳、江崎光恵、Iosif Rosca、赤坂司、宇尾基弘、森田学、久保木芳徳、亘理文夫
  • Organizer: 平成20年度春期第51回日本顕微鏡学会学術講演会
  • Place of Presentation: 京都市、京都国際会館
  • Year and Date: 2008-05-21
• [Presentation] 各種マイクロ・ナノ粒子の生体内での分布状態の追跡とその可視化 (2008)
  • Author(s): 阿部薫明、江崎光恵、赤坂司、宇尾基弘、久保木芳徳、亘理文夫
  • Organizer: 平成20年度春期第51回日本歯科理工学会学術講演会
  • Place of Presentation: 横浜市、鶴見大学記念館
  • Year and Date: 2008-04-27