2014 Fiscal Year Research-status Report
酸素運搬能の高いミオグロビンによる人工酸素運搬体の創出
| Project/Area Number |
26460031
|
|---|
| Research Institution | Chiba University |
|---|
Principal Investigator |
根矢 三郎 千葉大学, 薬学研究科(研究院), 教授 (10156169)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 優章 島根大学, 総合理工学研究科(研究院), 講師 (90506891) [Withdrawn]
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
|
| Keywords | 人工血液 / ミオグロビン / コバルト / ポルフィリン合成 / 配位子結合 / スピン状態変化 / 常磁性核磁気共鳴 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本申請は人工酸素運搬物質の創製を目指すもので、２０年後には医療現場での輸血液不足に対応することを念頭においている。利用する物質は血液中にあるヘモグロビンと類似した物質であるミオグロビンである。ミオグロビンは結合酸素を放出しにくいので、補欠分子である鉄ポルフィリンの分子構造改変により酸素放出能を向上させる。
平成２６年度はポルフィリンの鉄原子をコバルトに置き換える実験を行った。コバルトポルフィリンの酸素親和性は鉄ポルフィリンよりも低いため、酸素放出能の向上が見込まれる。手始めにまず酸化型コバルトミオグロビンの配位子結合能を反応速度論的手法で解析した。従来、酸化型コバルトミオグロビンにはシアン、イミダゾールなどの低分子は配位しないと考えられてきた。しかし、光吸収スペクトルの微小変化を丁寧に追求したところ、これらの配位子がコバルトヘムに結合するとを見つけた。さらに、中性からアルカリ性領域でのコバルトミオグロビンの光吸収変化を解析したところ、コバルトに配位した水分子がｐＨ８．７で水酸イオンに変化することも明らかにした。これは今まで知られていない反応であり、ほとんどの研究者はこの微小な変化を見過ごしてきたと思われる。鉄ポルフィリンをもつ天然ミオグロビンと比べてコバルトミオグロビンの配位子結合に伴う分光学的変化の小ささは、コバルトイオンのスピン状態変化が起きないためと考えられられた。この推論は、コバルトミオグロビンのＮＭＲ（核磁気共鳴）スペクトル測定から支持され、中性領域でもアルカリ性領域でも常磁性シフトしたＮＭＲシグナルが観測されなかった。このように、平成２６年度の研究から、コバルトヘムで再構成したミオグロビンの性質が詳細に浮かび上がった。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
平成２４年度の研究計画では、コバルトポルフィリンをつくり、アポミオグロビンと再構成してその物性を解析する計画を立てた。コバルトポルフィリンの合成は順調に進み、当初の計画は進んだ。ミオグロビンへの導入反応も問題なく行うことができた。生成したコバルトミオグロビンは当初の懸念とは異なり、安定であり多くの試料を調製できると分かった。酸素運搬能力の解析ではペンシルバニア大学医学部との共同研究を実施した。コバルトイオンの性質から予想されるように、コバルトポルフィリンで再構成したミオグロビンの酸素親和性は天然ミオグロビンと比べて低く、およそ1/60まで低下しており、ミオグロビンの酸素放出能が向上が明らかになった。この結果は多くの研究者に注目され、申請者は京都薬科大学（京都市）で平成２６年６月に行われた「第24回金属の関与する生体関連反応シンポジウムSRM2014」において招待講演をする機会を得て、「ミオグロビンの酸素結合を支配するヘム構造因子の解明―人工酸素運搬体への応用」の講演題目で発表を行った。また、研究成果は人工血液を取り扱う専門誌であるArtificial Organs (2014) 38, 715-719に論文発表することができた。この他に多くの学会発表や論文発表を行うことができた。以上の結果にもとづき、申請書に記載した研究目的は当初の予想を超えて進展していると判断した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
申請書に記載した平成２７年度の計画では超分子構造をもつ有機ナノチューブの合成を計画している。これは、長いアルキル鎖の末端にブドウ糖やグリシルグリシンなどの親水性分子を共有結合させた物質である。この物質は有機ナノチューブとよばれる長い筒状の超分子複合体をつくることが知られている。
ここにミオグロビンを入れることができると考えている。この状態は、ちょうど赤血球膜にヘモグロビンはあるのと同様の構造体となる。ナノチューブへの封入により、ミオグロビンの体内動態が改善されるだけでなく、肝臓や腎臓への集積を抑制できると考えている。しかし、既報の文献にはナノチューブの合成法の詳細が明記されていない。そのため、ナノチューブの効率的な合成のための実験条件を詳細に探索する。検討する条件としては、反応基質の濃度、反応温度、溶媒の濃縮速度などが挙げられる。
この計画に加えて、ミオグロビンの酸素親和性を下げるために、コバルトポルフィリン以外にの新しい補欠分子族の探索および合成を進め、研究内容の充実を図る計画である。
|
| Causes of Carryover |
研究分担者であった鈴木優章助教が別大学に転出したため、予算計画の変更を余儀なくされたため。
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
おもに試薬やガラス器具などの消耗品の購入に使用する計画である。
|
