Creation of carrier nanoparticles for intracellular delivery by Lab-on-a-Chip

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K12656
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 90120:Biomaterials-related
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: Takeoka Shinji 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (20222094)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: リポソーム / アミノ酸型脂質 / カチオン性脂質 / 薬物運搬システム / フロー合成法 / マイクロ流体デバイス / 細胞内デリバリー / カルシウム応答性

Outline of Final Research Achievements

Nanoparticles such as liposomes with excellent systemic and intracellular delivery 　 　　are important in the development of drug delivery systems (DDS).In this project, using a lab-on-a-chip device, we synthesized amino acid-type lipids (A), prepared liposomes(B), and evaluated intercellular delivery systems using the liposomes(C).(A) We conducted construction of a cationic lipid library using the flow reactor synthesis and the characterization of the cationic lipid liposomes. (B)In the microfluidic device with a Herringbone structure, clogging frequently occurs in the flow paths. The microfluidic device with a static mixer can be easily cleaned. Parameters related to drug encapsulation performance were compared in detail by multiple regression analysis. (C)Cationic liposomes were added to macrophage-like cells, and the intracellular calcium response pattern was monitored by real-time fluorescence imaging. The response changed significantly for endocytosis and membrane fusion.

Free Research Field

ナノバイオマテリアル、ナノメディシン

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

フロー合成法の確立により、短期間にケミカルライブラリーを構築できることを実践を通じで明らかにした。バッチ式によるスケールのミスマッチはフローにより解消され、溶媒や試薬の量も大幅に低減でき環境負荷を大幅に軽減できた。新規マイクロ流体デバイスを用いてリポソームを目詰まりなく調製する方法を提案できたことは、リポソームや脂質ナノ粒子の製造において意義がある。カルシウム応答性からリポソームの細胞内動態を解析する方法は、ラベルフリーにてリポソームと細胞の相互作用を短時間でスクリーニングできる方法として有望である。本方法はLab-on-a-chipを用いたフローシステムに対する適合性も高いと思われる。