2015 Fiscal Year Annual Research Report
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26282134
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
田中 賢 九州大学, 先導物質化学研究所, 教授 (00322850)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 血液適合性 / 血球細胞 / 癌細胞 / 細胞接着 / 中間水 / 水和構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
癌の簡便な早期診断手法の開発のためには、初期の癌組織から血液中に漏出される希少な癌細胞を選択的に補足できる血液適合性に優れた材料が必要である。本研究では、申請者が世界で初めて発見した血液適合性高分子の水和構造・運動性制御による癌細胞の選択的接着現象に着目し、新規高分子の精密合成による水和構造・運動性の制御を行う。時間分解能の高いin-situ ATR-IR測定を行い、PMEAと各水との相互作用を官能基レベルで解析したところ、PMEA側鎖のエステルカルボニル基と不凍水が相互作用し、側鎖末端のエーテル（メトキシ基）と中間水が相互作用していることが明らかとなった。この結果を踏まえ、本研究では、PMEA側鎖のエステル・エーテル間の炭素数を変更したとしてもPMEAと同様の水和構造を有する高分子が得られるのではないかと仮定した。そこで、エステル・エーテル間の炭素数を１－６に増減したpoly(ω-methoxyalkyl acrylate)（PMCxA）類の合成を行い、水和構造の変化を調べるとともに、抗血栓性との相関性を検討した。炭素数を増加した高分子はPMEAと同様の血小板粘着数であることがわかった。アルブミン、フィブリノーゲンともにPMC3Aを境に吸着量が増加することがわかった。また、フィブリノーゲンの血小板粘着部位の露出量を測定したところ、炭素数を変更した高分子は、PMEAと同程度またはそれ以下の血小板粘着部位の露出量であることがわかった。以上の結果から、PMCxAは、炭素数の増加に伴いタンパク質の吸着量が増加するにも関わらず、フィブリノーゲンの構造変化を抑制する表面を構成していることが明らかとなった。これらの結果をもとに、高分子鎖への水和状態と血液適合性・選択的癌細胞接着性との関係を分子レベルで明らかにし、合成高分子と癌細胞との相互作用を予測できる評価方法を確立する予定である。
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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
細胞接着の上位因子となる中間水含量の異なる複数種の合成高分子に合成に成功し、細胞接着性との関係を明らかにし、論文化を行った。一部の材料に関しては、企業との共同研究が進行しており、将来の製品化に向け、合成条件の改良、大量合成方法の検討、分子量や分子量分布などの品質保証方法、滅菌方法の確立を進めている。また、基材へのコーティング方法やコーティング層の物性確認も進めている。また、動物実験レベルの評価に移行した材料もあり、従来型の合成高分子に対する優位性が下記らかになってきている。今後、機能発現のメカニズムの解明と安全性試験も進めていく予定である。これにより、革新的な初期癌診断用材料の分子設計技術を開発し、早期ヘルスケアイノベーションによる健康寿命の延長を実現を目指す。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに精密合成に成功した中間水含量の異なる複数種の合成高分子の有機溶媒に対する溶解性を確認し、スピンコーティング法により薄膜を作製する。薄膜表面の乾燥時、含水時の物理化学物性と水和構造・運動性と血液中の血小板、白血球、赤血球の接着数、血漿タンパク質の吸着量、変性度との関係を相図にする。また表面抗原の異なる複数タイプの癌細胞の接着数に関しても相図を作成する。これらの相図をもとに、血球細胞と癌細胞に対する接着性の異なる高分子表面に対して、癌細胞をスパイクした血液や血漿を接触させることで、接着選択性と培地組成、培養時間との関係を明らかにする。また、抗癌剤に対する反応を調べるためにクローズド系の血液チップを作製し、癌細胞の検出と培養を行う。従来の抗体を用いた技術との精度を比較することで、デバイス設計指針を導き出す。血液チップ内の形状、液量、血液注入ポートの設計を行う。血液適合性を有しながら、血球細胞は接着させず、癌細胞に対する抗体などの細胞認識リガンドフリーで選択的に接着させる現象：表面物性の異なる材料への癌細胞の接着機構に関して、インテグリンの特異的な活性化やインテグリンを介さない非特異的な相互作用の観点から考察を行い、非特異的接着機構との差を熱分析や分光分析で定量化した水和構造を上位パラメーターとし、高分子表面の物性と細胞表面の物性との相関を見出す。これにより、細胞種による接着選択率の高い材料設計指針を考察し、ヒト血液からの癌細胞の選択的採取デバイスと薬剤スクリーニングシステムの開発指針の提案を行う。
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| Causes of Carryover |
本基盤研究で見出した癌細胞の接着選択性を示す血液適合性合成高分子の基本物性は、これまでの2年間で明らかにすることができた。現在、この高分子に関して企業からの問い合わせが増えている。したがって、次年度に集中的に研究支援者を雇用する。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
本基盤研究で得られた優れた成果を次のプロジェクトへスムーズにつなげるためには、１）精密合成条件と大量合成条件の設定。２）各種癌細胞の接着性の評価を系統的に行うことが最大にポイントになっている。以上の理由から、１）合成用、２）細胞培養用の即戦力の人員を雇用することで、本基盤研究の目的を達成する。
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