2020 Fiscal Year Research-status Report
シグナル伝達の選択性を制御するナノ粒子複合体の光機能化
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20K15316
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
山本 翔太 東京大学, 大学院総合文化研究科, 特別研究員 (10785075)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | シグナル伝達 / 光制御 / ナノ粒子複合体 / メカノバイオロジー / バイオ分析 / がん細胞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
細胞増殖を促す上皮成長因子のナノ粒子への固定化は、生体分子本来の機能を変調してシグナル伝達を制御する機能を与え、正反対の細胞死を引き起こす。そのため上皮成長因子担持ナノ粒子は新たな抗がん剤となる可能性を秘めている。そこで本研究では、細胞内動態のイメージングと応答場の制御を両立できる光機能化上皮成長因子担持ナノ粒子を開発し、特異的細胞応答の制御機構を探究する。この研究を通して、ナノ粒子複合体を用いたシグナル伝達の選択的活性化の制御法を提案し、がん細胞選択的で高活性かつ低副作用のナノ粒子抗がん剤の開発を目指す。
始めに細胞内動態のイメージングを行うための材料として、蛍光ラベル化された上皮成長因子担持ナノ粒子の調製を行った。これまでの上皮成長因子担持ナノ粒子の研究は、主に金ナノ粒子が用いられてきたが、蛍光色素との組み合わせを考慮し、蛍光色素を封入した高分子からなるナノ粒子を利用した。この粒子の表面に、ポリエチレングリコールおよび上皮成長因子を固定化することで上皮成長因子担持ナノ粒子を調製した。得られた粒子を蛍光光度計および蛍光顕微鏡で調べたところ、どちらの測定においても十分な蛍光が確認できた。さらに粒子を精製する条件の検討を行い、狭い分布、かつ単分散なナノ粒子コンジュゲートを得ることに成功した。続いて、調製したナノ粒子を細胞に播種した際の細胞応答を生化学実験で調べたところ、蛍光ラベル化された上皮成長因子担持ナノ粒子は金ナノ粒子の場合と同様に、通常の液性状態の上皮成長因子とは異なる下流のシグナル伝達を誘導した。さらにこの粒子を投与されたがん細胞は、時間経過とともにアポトーシスしていくことも明らかとなった。以上のように、開発した蛍光ラベル化上皮成長因子担持ナノ粒子は、従来のものと同程度の活性を持つことが分かり、細胞内動態のイメージングに適した材料であることが明らかとなった。
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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
今年度は、がん細胞の細胞死（アポトーシス）を誘導する上皮成長因子担持ナノ粒子の細胞内動態を調べるため、ナノ粒子の蛍光ラベル化や開発したナノ粒子の細胞応答性の評価を行った。まず始めに、蛍光色素でラベル化された上皮成長因子担持ナノ粒子の開発を行った。ここでは従来の研究で用いられていた金ナノ粒子ではなく、高分子ナノ粒子を用いた。高分子ナノ粒子は、金ナノ粒子と比べて比重や反応性が異なるため、反応条件や精製工程を検討し、結果として単分散で、狭い分布を持つ蛍光ラベル化上皮成長因子担持ナノ粒子コンジュゲートの調製に成功した。その後、調製した粒子を蛍光光度計および蛍光顕微鏡で調べたところ、どちらの測定においても十分な蛍光が確認できた。次に、得られた蛍光ラベル化上皮成長因子担持ナノ粒子をがん細胞に投与し、粒子が誘導する下流のシグナル伝達やアポトーシス活性を生化学実験によって調べた。下流のシグナル伝達に注目すると、高分子ナノ粒子で調製された上皮成長因子担持ナノ粒子は、金ナノ粒子で調製された場合と同様に、液性状態の上皮成長因子とは異なる活性化パターンを示すことが明らかとなった。これは、ナノ粒子に固定化された上皮成長因子が通常とは異なる応答を誘導する際に、粒子種や比重などの影響を受けないことを示唆している。さらにこの粒子が投与されたがん細胞は時間経過と共にアポトーシスすることも明らかとなった。
以上のように、今年度は細胞内動態を調べるために不可欠なナノ粒子の開発、および得られたナノ粒子の細胞応答性の評価を行った。結果として、アポトーシス誘導活性を持つ蛍光ラベル化上皮成長因子ナノ粒子の開発に成功し、今後の研究に対して有益な結果を得た。さらに今年度は、本研究課題に関連する投稿論文を１報発表している。これらの理由から、本年度は期待通りの成果を挙げたと評価できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究計画として、本年度で開発した蛍光ラベル化上皮成長因子担持ナノ粒子を用いて、細胞内動態のイメージングによりナノ粒子によるアポトーシス誘導の作用機構を調査する。具体的には、蛍光ラベル化されたナノ粒子コンジュゲートをがん細胞に投与し、細胞膜上での受容体との反応過程や、その後の細胞内取り込み（エンドサイトーシス）経路の追跡を行い、細胞成長を誘導する液性状態の上皮成長因子との比較を行う。また、細胞内へと取り込まれた粒子が下流のシグナル伝達とどのように連携し、アポトーシスを誘導するのかなどの調査にも挑戦する。また研究代表者は最近、上皮成長因子担持ナノ粒子によるアポトーシス誘導活性の獲得に対して、細胞種や上皮成長因子受容体の発現量などが重要であることを報告した。これらの知見を活かし、正常細胞やがん細胞といった細胞種の変化や受容体の発現量が異なる細胞に対して、蛍光ラベル化されたナノ粒子がどのような作用を示すのかを調べ、アポトーシス誘導活性と関連付ける。さらに、特定の細胞に対して薬剤処理やゲノム編集を行うことで粒子の細胞内動態を変化させ、上皮成長因子担持ナノ粒子がアポトーシス活性を獲得するのに必須なたんぱく質や粒子の経路などの調査も行うことを予定している。
さらに上述した研究により上皮成長因子担持ナノ粒子の作用機序を明らかにした後、粒子自身の特性を調節できる材料を開発し、粒子が獲得するシグナル伝達の選択的活性化やアポトーシス活性に対して、粒子径や弾性率などのメカノバイオロジー機構がどのように関与するのかを調べる。高分子からなるナノ粒子は、弾性率や粒径を制御することが可能なため、ナノ粒子による特異な細胞応答に対して粒子の力学特性がどのように関与するのかを調べ、がん細胞選択的で高活性かつ低副作用のナノ粒子抗がん剤の開発を目指す。
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Research Products
(2 results)
