2014 Fiscal Year Annual Research Report
光機能メソ多孔質構造アパタイトナノ粒子創製による超早期がん診断・治療原理の革新
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26709052
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
多賀谷 基博 長岡技術科学大学, 産学融合トップランナー養成センター, 准教授 (20621593)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ナノバイオ材料 / 生体親和性材料 / バイオセラミックス / 水酸アパタイト / メソ多孔質材料 / 希土類イオン / フルオレセイン / バイオイメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
従来の診断技術で検出された腫瘍は外科手術によって完全に摘出できない場合が多く、結果として再発・転移する。そのため、増殖・転移が非常に遅い超早期段階の腫瘍を細胞レベルで非侵襲に検出する診断、及び超微小腫瘍部のみを完全に治療する技術が必要である。本研究では、蛍光内視鏡で生体内のがん細胞を非侵襲・高感度に検出して死滅させる目的で、生体親和性と発光特性に優れたメソ多孔質水酸アパタイト (HAp) ナノ粒子を新規に創製し [平成26年度]、分子修飾技術を駆使し、細胞レベルで超早期の腫瘍部位を可視化する診断技術 [平成27年度] へ応用する。当該年度では、生体毒性を低いユウロピウム(Eu)(III)イオンを発光種ドーパントとし、重合棒状ミセルを鋳型として発光性メソ多孔質HApナノ粒子の合成法を確立した。陽イオン性界面活性剤の分子集合体の重合制御技術により棒状ミセルを得た。次いで、Eu(III)イオン添加条件下でHApを形成させ、規則性メソ構造創製技術を確立した。具体的には、疑似体液の無機イオンから穏和な環境で核形成を制御し、高温・高圧環境と部分冷却の組み合わせによって溶液の対流を制御し、効果的なメソ構造体の結晶成長技術を確立した。さらに、溶媒抽出法と低温焼成によって、HAp／界面活性剤メソ構造体からメソ多孔体へ転換できる条件を見出した。合成したEu(III)ドープHApメソ多孔体は、高い発光効率で赤色発光を呈し、Eu(III)は細孔壁中のアパタイト構造中のCa(I)サイトへ主に置換されていることを解明した。さらに、同様の手法を利用して、リン脂質ベシクルを鋳型としたメソ多孔質ナノ粒子が得ることにも成功した。以上の材料系のメソ細孔への蛍光色素の取込・放出挙動より、優れた薬剤分子担持・輸送・徐放能を発現することがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当該年度においては、生体毒性の低いEu(III)イオンを発光種ドーパントとし、重合棒状ミセルを鋳型として発光性メソ多孔質HApナノ粒子を新規合成する手法を確立した。さらに、メソ細孔骨格に含有のEu(III)イオンの光機能化を解明した。そして、骨格結晶構造中に配位するEu(III)イオンを均一分散化して高効率な発光を見出し、Eu(III)イオンの配位環境と発光特性の関係を解明した。これらの結果は、予定以上の成果であり、進展している。申請者及び申請者の研究室学生が一丸となって研究推進したことに由来する。同時に、当該年度は研究に専念する時間が確保出来たことも重なり研究が加速した。
「研究実績の概要」にて前述したように、本研究によって、生体に類似な穏和な条件でバイオセラミックスを合成し、高次ナノ構造形成と表面・界面制御が実現し、生体親和性と発光特性に優れたナノバイオセラミックスの創出に成功した点は、新規性・進歩性が共に高く評価される。そのため、当該年度で得られた研究成果は、アメリカ化学会誌のACS Applied Materials & InterfacesやInorganic Chemistryなどの著名な雑誌へ掲載され、特許1件の出願に至った。さらに、本研究内容に関しての招待講演を3件行った。以上を基にして次年度における研究をさらに飛躍させる。
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| Strategy for Future Research Activity |
日本国は、世界でも類をみない高齢社会を迎えている。そのため、国民が健康で安心して暮らせる社会を実現すべく研究推進してきた。今後、ナノテクノロジーが関わるバイオ・医療分野において、細胞機能へ効果的に働きかける革新材料開発 (特に、“Nanoparticle Therapeutics”の実用化) を加速させる必要性がある。従って、当該年度で得た技術（生体に類似な穏和な条件で発光性メソ多孔質HApナノ粒子を合成し、高次構造形成と表面・界面制御技術の融合によって生体親和性と発光特性に優れた粒子創製技術）は、海外出願を含めて迅速に知財化する予定である。
平成27年度においては、ナノ粒子表面へアミノシランを介して細胞結合分子を修飾する技術を確立し、ナノ粒子の超早期がん細胞表面への選択的結合・取込特性を見出し、超早期がん細胞イメージング技術を確立する。さらに、平成28年度においては、抗がん剤をメソ多孔質HApナノ粒子のメソ細孔表面へ担持し、メソ細孔口を光応答性粒子により封止複合化し、光によって細孔口を開閉して抗がん剤を放出する技術を確立する。
以上により、生体親和性に優れたHApとメソ細孔構造 (骨格と表面) を協奏し、超早期がんの革新的非侵襲診断・治療技術を創出する。そして、細胞レベルで非侵襲・高感度に光検出する診断と腫瘍部のみの完全な治療技術として実用する。研究を進化・深化させ、ナノバイオニクス分野の材料技術へ貢献し、日本国の超少子高齢社会をより良く豊かにする信念を持ち研究を推進する。
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Research Products
(40 results)
