2020 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 | 複合多孔質材料 / がん治療 / 組織再生 / 光熱変換ナノ粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、昨年度に合成した直径40, 70, 110 nmのナノスターおよび長軸長40, 70, 110 nmのナノロッドの葉酸修飾金ナノ粒子と葉酸修飾ゼラチンを用いて、葉酸修飾金ナノ粒子/ゼラチン複合多孔質材料をそれぞれ作製し、評価した。金ナノ粒子の形状とサイズの違いによって光熱変換効率は異なり、上記6種類のうち葉酸修飾金ナノロッド70（FA-G/R70）の複合多孔質材料が最も高い光熱変換能を持つことを明らかにした。また、葉酸修飾により、FA-G/R70複合多孔質材料の乳がん細胞の捕捉率が高くなった。続いて、FA-G/R70複合多孔質材料のがん細胞殺傷効果をin vitro細胞実験および動物実験により評価した。In vitro細胞実験では、FA-G/R70複合多孔質材料にヒト乳がん細胞株MDA-MB-231細胞を培養し、照射エネルギー1.6W/cm2の近赤外レーザー光（805 nm）を6分間照射すると、大部分のがん細胞は死滅した。動物実験では、MDA-MB-231細胞を培養したFA-G/R70複合多孔質材料をマウス皮下に埋植し、3日後に1.6W/cm2の近赤外レーザーを10分間照射した。In vivo発光イメージから、がん細胞は死滅したことが明らかになり、FA-G/R70複合多孔質材料のヒト乳がん細胞に対する優れた光熱アブレーション効果が示された。また、近赤外レーザー照射より殺傷したがん細胞とマウス未成熟樹状細胞を共培養した結果、樹状細胞は活性化されたことが分かった。さらに、FA-G/R70複合多孔質材料を用いてヒト骨髄由来の間葉系幹細胞を脂肪分化誘導培地で培養した結果、間葉系幹細胞は脂肪滴を形成し、脂肪分化マーカー遺伝子の発現を亢進した。よって、本複合多孔質材料は乳がん治療後の乳房再建のための脂肪組織再生を促進することが示された。
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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
葉酸修飾金ナノ粒子とゼラチンを複合化した多孔質材料を作製し、近赤外レーザー光照射下でのヒト乳がん細胞殺傷効果をin vitro細胞培養実験およびマウス皮下埋植実験により確認した。また、本複合多孔質材料によるヒト間葉系幹細胞の脂肪分化促進効果をin vitro細胞培養実験により明らかにした。よって、当初の目標どおりに研究成果を上げることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでは、光熱変換ナノ粒子として金ナノ粒子を用いたが、今後はさらに、生体吸収性をもつ光熱変換ナノ粒子として黒リンナノシートを調製し、ゼラチンと複合化した多孔質材料を作製する。また、金ナノ粒子と黒リンナノシートの長所を組み合わせるために、金と黒リンからなる複合ナノ粒子を調製し、ゼラチンと複合化した多孔質材料も作製する。これらの複合多孔質材料によるヒト乳がん細胞およびヒト悪性メラノーマ細胞の殺傷効果を細胞培養実験、マウスを用いた動物実験により評価する。また、複合多孔質材料におけるヒト間葉系幹細胞の脂肪分化、およびヒト皮膚線維芽細胞の真皮組織の再生効果を調べる。以上の評価結果を複合化多孔質材料の作製条件にフィードバックさせて最適化を行い、がん治療と組織再生を統合した高次機能多孔質材料を開発する。
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