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2023 Fiscal Year Annual Research Report

Development of Janus-shaped gold nanoparticles for cancer treatment using highly biopermeable near-infrared light

Research Project

Project/Area Number 22K19908
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

居城 邦治  北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (90221762)

Project Period (FY) 2022-06-30 – 2024-03-31
Keywords金ナノ粒子 / ヤヌス型ナノ粒子 / 自己集合 / 光免疫療法 / 近赤外 / 光熱変換
Outline of Annual Research Achievements

本研究では研究代表者がこれまで開発してきた2つの技術、即ち(1)温度応答性リガンドで修飾した金ナノ粒子の集合化手法と、(2)金ナノ粒子表面の上半分と下半分をそれぞれ親水性/疎水性リガンドで被覆するヤヌス型粒子の作製手法を組合わせ、近赤外(NIR)光で活性化して細胞膜を破壊する金ナノ粒子の創製を目的とした。具体的には、細胞膜表面に吸着し留まりやすい形状の円盤状金ナノ粒子(金ナノディスク)の片面を親水性リガンドで、残りの面を温度応答性リガンドで被覆したヤヌス型金ナノディスクを調製し、NIR光を照射すると光熱変換により温度応答性リガンドが疎水性へと変化するシステムを開発する。この機構により界面活性効果が発揮され、細胞膜が破壊されると期待できる。
R5年度はまず、昨年度に作製した加温で疎水性を発現する金ナノディスクを用いて、生理条件下でガン細胞に対する膜破壊能の評価を試みた。しかし、DMEM培地中で金ナノディスクをHeLa細胞に添加すると、金ナノディスクの凝集が起こり、正確な細胞膜破壊能の評価は困難であった。そこで、粒子形状をロッド状金ナノ粒子(金ナノロッド)に変更し、疎水性リガンドとカチオン性リガンドを適切な比率で混合し修飾することで、培地中でも安定かつ温度応答性を示す金ナノロッドを得ることができた。この金ナノロッドをDMEM培地中でHeLa細胞とインキュベートし、NIR光を照射した際の細胞膜破壊効果を評価した。CCK-8アッセイによる細胞毒性を評価した結果、NIR光の照射で細胞の生存率が顕著に低下した(照射無し:76%→照射有り:36%)。この結果から、金ナノ粒子の光熱変換能により、生体透過性が高いNIR光でガン細胞の死滅を誘起できることが分かり、新たな光免疫療法への応用展開が期待できる。本成果を基に、今後は本システムの詳細な作用機序を解明し、in vivoでの応用実験を検討してゆく。

  • Research Products

    (12 results)

All 2024 2023

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Dynamic Orientation Control of Gold Nanorods in Polymer Brushes by Their Thickness Changes for Plasmon Switching2024

    • Author(s)
      Yu Sekizawa, Yuka Hasegawa, Hideyuki Mitomo*, Chisato Toyokawa, Yusuke Yonamine, Kuniharu Ijiro*
    • Journal Title

      Adv. Mater. Interfaces

      Volume: - Pages: 2301066

    • DOI

      10.1002/admi.202301066

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Size Segregation of Gold Nanoparticles into Bilayer-Like Vesicular Assembly2023

    • Author(s)
      Jinjian Wei*, Yi Yu, Yasutaka Matsuo*, Liang Zhang, Hideyuki Mitomo, Yuqin Chen, Kuniharu Ijiro, Zhide Zhang*
    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: 39 Pages: 17939-17946

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.3c02628

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Ultra-sensitive SERS at Single-protein Level via a New Delivery Technique for Analytes into Hotspots2024

    • Author(s)
      ○Tianxu Gao, Hideyuki Mitomo, Xu Shi, Yusuke Yonamine, Kuniharu Ijiro
    • Organizer
      日本化学会 第104春季年会(2024)@日本大学理工学部 船橋キャンパス
  • [Presentation] A New Delivery Technique for Analytes into Narrow Hotspots for Ultra-sensitive SERS at Single-protein Level2024

    • Author(s)
      ○Tianxu Gao, Hideyuki Mitomo, Xu Shi, Yusuke Yonamine, Kuniharu Ijiro
    • Organizer
      第71回応用物理学会春季学術講演会@東京都市大学 世田谷キャンパス
  • [Presentation] Discrete chiral gold nanorods with tunable chiroptical activities by pH and electric potential dual modulation2023

    • Author(s)
      ○Han Lin, Hideyuki Mitomo, Yusuke Yonamine, Zhiyong Guo, Kuniharu Ijiro
    • Organizer
      APNFO14 (The 14th Asia-Pacific Conference on Near-field Optics)@Busan, Korea
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Orientational change of gold nanorods with synthetic polymer brush by solvent exchange2023

    • Author(s)
      ○Yu Sekizawa, Hideyuki Mitomo, Yusuke Yonamine, Takuya Isono, Kenji Tajima, Hirofumi Satoh, Kuniharu Ijiro
    • Organizer
      APNFO14 (The 14th Asia-Pacific Conference on Near-field Optics)@Busan, Korea
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Anionic polymer brushes can change anisotropic nanoparticle’s orientation2023

    • Author(s)
      ○Yu Sekizawa, Hideyuki Mitomo, Yusuke Yonamine, Takuya Isono, Kenji Tajima, Toshifumi Satoh, Kuniharu Ijiro
    • Organizer
      IPC2023 (The 13th SPSJ International Polymer Conference)@Sapporo
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 癌温熱治療への応用に向けた温度応答性金ナノ粒子の表面分子デザイン2023

    • Author(s)
      ○丹羽萌乃佳、三友秀之、熊 坤、与那嶺雄介、居城邦治
    • Organizer
      第33回バイオ・高分子シンポジウム@東京工業大学
  • [Presentation] Nanogap Tunable Gold Nanotriangle Arrays for Sensitive Protein Detection by SERS2023

    • Author(s)
      ○Tianxu Gao, Hideyuki Mitomo, Xu Shi, Yusuke Yonamine, Kuniharu Ijiro
    • Organizer
      第74回コロイドおよび界面化学討論会 @信州大学
  • [Presentation] 生体環境中における分散性改善に向けたオリゴエチレングリコール被覆温度応答性金ナノ粒子の表面デザイン2023

    • Author(s)
      ○丹羽萌乃佳、三友秀之、熊坤、与那嶺雄介、居城邦治
    • Organizer
      第74回コロイドおよび界面化学討論会 @信州大学
  • [Presentation] オリゴエチレングリコール被覆金ナノ粒子の表面特性と機能制御2023

    • Author(s)
      ○三友秀之、丹羽萌乃佳、熊 坤、与那嶺 雄介、居城 邦治
    • Organizer
      第72回高分子討論会 @香川大学
  • [Book] Materials Nanoarchitectonics, From Integrated Molecular Systems to Advanced Devices (1st Edition- December 15, 2023), Chapter 7, 137-1592023

    • Author(s)
      Hideyuki Mitomo, Kuniharu Ijiro:(Book Chapter)
    • Total Pages
      646
    • Publisher
      Elsevier
    • ISBN
      9780323994736

URL: 

Published: 2024-12-25  

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