2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of multifunctional hybrid porous scaffolds for cancer therapy and tissue engineering
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19H04475
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
陳 国平 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, グループリーダー (50357505)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川添 直輝 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主席研究員 (90314848)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | がん治療 / 組織再生 / 複合多孔質材料 / 光熱変換ナノ粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和元年度は、光熱変換能をもつ金ナノ粒子を合成し、本ナノ粒子をゼラチン多孔質材料に導入した複合多孔質材料を作製し、キャラクタリゼーションを行った。本複合化多孔質材料を用いて細胞を培養し、細胞の接着、分布を評価した。具体的にはまず、外径40, 70, 110 nmの星型（ナノスター）および長軸長が40, 70, 110 nmの棒状（ナノロッド）の金ナノ粒子を合成した。金ナノ粒子の形状、大きさをTEMおよび動的光散乱装置で確認した。また、ゼータ電位測定の結果、上記の金ナノ粒子は負電荷をもつことが分かった。これらの金ナノ粒子のうち、長軸長が70 nmの金ナノロッドが近赤外線領域の光を最も強く吸収し、最も高い発熱効率を示した。この結果にもとづき、以降の実験では70 nmの金ナノロッドを用いることにした。また、ゼラチン分子の側鎖アミノ基に葉酸分子を化学結合させることにより、葉酸修飾ゼラチンを合成した。この葉酸修飾ゼラチンを70 nmの金ナノロッドにコーティングすることにより、葉酸分子を金ナノロッドの表面に導入した。さらに、葉酸修飾金ナノロッド、葉酸修飾ゼラチン、および空孔形成剤である氷微粒子を混合した後、凍結乾燥、架橋反応を行うことによって、葉酸で修飾した金ナノロッドとゼラチンの複合多孔質材料を作製した。SEMによる観察の結果、複合多孔質材料は氷微粒子と同じ大きさの空孔を持ち、各空孔は連通していることが分かった。また、金ナノロッドは複合多孔質材料の各空孔表面に存在していた。近赤外光照射により、複合多孔質材料が高い発熱効果をもつことを確認した。複合多孔質材料を用いて乳がん細胞およびヒト間葉系幹細胞をそれぞれ培養し、SEM観察および細胞核染色より、乳がん細胞と間葉系幹細胞は複合多孔質材料の空孔表面によく接着し、多孔質材料全体に分布していることが分かった。
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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
光熱変換能をもつ金ナノ粒子の合成、葉酸による修飾、およびゼラチンとの複合多孔質材料の作製に成功し、多孔質材料の構造、近赤外光照射による発熱効果、および細胞接着促進効果を明らかにした。以上のように、当初の計画どおりに進捗していると評価する。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の計画に則って、今後、複合化多孔質材料にがん細胞、免疫細胞、および間葉系幹細胞を培養し、それぞれがん殺傷効果、免疫活性化、および組織再生について評価を行う。すなわち、第一に、本複合多孔質材料を用いてがん細胞株をin vitro培養した後、この複合多孔質材料に近赤外レーザー光を照射し、複合多孔質材料によるがん細胞の光熱殺傷効果を評価する。また、がん細胞株を培養した本複合多孔をマウスに移植する。その移植部位に近赤外レーザー光を照射し、in vivo発光イメージングシステムで移植部位のイメージングを行い、複合多孔質材料によるがん細胞の殺傷効果を評価する。第二に、死細胞/多孔質材料の構造物に樹状細胞株を培養し、その活性化を評価する。第三に、複合多孔質材料を用いて骨髄由来の間葉系幹細胞を脂肪分化誘導培地で培養し、脂肪細胞への分化を評価する。以上の評価結果を複合化多孔質材料の作製条件や方法にフィードバックさせる。
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