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2013 Fiscal Year Annual Research Report

光応答性ナノ材料による脂質二重膜構造変換とその医療応用

Publicly Offered Research

Project AreaDevelopment of Molecular Robots equipped with sensors and intelligence
Project/Area Number 25104514
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

村上 達也  京都大学, 物質-細胞統合システム拠点, 准教授 (90410737)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2015-03-31
Keywordsバイオテクノロジー
Research Abstract

本申請課題では、リン脂質二重膜で被覆された光熱変換ナノ材料(cell-penetrating high-density lipoprotein (cpHDL)と金ナノロッド(AuNR)の複合体(cpHDL-AuNR))に、細胞毒性の比較的少ない近赤外光を用いて、熱による細胞膜融合という新しい細胞工学的手法を目指している。昨年度は蛍光プレートリーダーとFluorescence Resonance Energy Transfer (FRET)を用いた膜融合評価系、lipid mixing assay、を確立した。本系によると、100 nmリポソームに対してcpHDL単独でもやや膜融合が生じることが示唆された。
2種類の蛍光色素(NBD-PEとRh-PE)を含むcpHDLを作製し、このcpHDLでAuNRを被覆した。A03班の濱田勉博士の研究室にて、giant unilamellar vesicle (GUV)と蛍光ラベルcpHDL-AuNRの光照射による膜融合をFRET解消を指標として評価したが、cpHDL-AuNRのGUVへの接着は観察されたものの、レーザー照射下で明確な膜融合(=NBD-PE蛍光増強)は観察されなかった。この理由として、濱田研のレーザー波長が1064 nmと金ナノロッドの近赤外ピーク波長(~800 nm)とあまり一致していなかったことが考えられた。そこで720-950 nmで波長可変の近赤外レーザー(現有機器)を用いて、AuNRにより適した波長のレーザーを照射下、蛍光画像撮影とNBD-PE蛍光強度定量を同時に可能にする顕微鏡システムを開発した。光路途中にExpanderを設置することにより、レーザースポット径を1細胞局所(数マイクロメートル)から細胞数個のレベルの間で調節することが可能である。今後この顕微鏡システムを用いて再検討すると共に、膜融合に有利に働くリン脂質を用いてcpHDL-AuNRを作製する。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

濱田勉博士との共同研究開始、膜融合活性評価系の立ち上げ、膜融合評価のための蛍光ラベルcpHDL-AuNRの作製、波長可変近赤外レーザー導入蛍光顕微鏡システムの構築など、目標達成に向けた研究環境が整った。

Strategy for Future Research Activity

昨年度確立した近赤外レーザー導入蛍光顕微鏡システムを用いて、100 nmリポソームおよびGUVとcpHDL-AuNRの近赤外レーザー照射下でのlipid mixing assay(NBD-PE蛍光強度の時間変化追跡)を行う。一般に、曲率のより高い100 nmリポソームの方が、GUVよりも膜融合への感受性が高いとされている。さらにcpHDL単独と100 nmリポソームとの膜融合の効率がかなり低いことがわかったため、cpHDL作製条件を最適化する。具体的にはcpHDLの脂質を膜融合に有利に働くとされるフォスファチジルエタノールアミンやジアシルグリセロールなどに変更し、cpHDLのタンパク質のカチオン性を増強する(オリゴアルギニンの利用)。まずは100 nmリポソームを用い、その後GUVを用いて評価する。GUVとの膜融合活性が観察されれば、生細胞を用いて同様の実験を行う。さらに齊藤博英博士よりご提供頂いたsiRNA誘導体とcpHDL-AuNRを組み合わせ、RNAi効果の光制御の可能性を追求する。

  • Research Products

    (14 results)

All 2014 2013 Other

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results) Presentation (7 results) (of which Invited: 7 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Gastrointestinal actions of orally-administered single-walled carbon nanohorns2014

    • Author(s)
      M. Nakamura, Y. Tahara, T. Murakami, S. Iijima, M. Yudasaka
    • Journal Title

      Carbon

      Volume: 69 Pages: 409-416

    • DOI

      10.1088/0957-4484/22/46/465102.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Photothermal ablation of tumor cells using a single-walled carbon nanotube-peptide composite2014

    • Author(s)
      Y. Hashida, H. Tanaka, S. Zhou, S. Kawakami, F. Yamashita, T. Murakami, T. Umeyama, H. Imahori, M. Hashida
    • Journal Title

      J. Control. Release

      Volume: 173 Pages: 59-66

    • DOI

      10.1016/j.jconrel.2013.10.039.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Exclusive photothermal heat generation by a bis(naphthalocyanine) complex and inclusion into modified high-density lipoprotein nanocarriers for therapeutic applications2013

    • Author(s)
      Mathew, S.; Murakami, T.; Nakatsuji, H.; Okamoto, H.; Morone, N.; Heuser, J. E.; Hashida, M.; Imahori, H.
    • Journal Title

      ACS Nano

      Volume: 7 Pages: 8908-8916

    • DOI

      10.1021/nn403384k.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fabrication of pure nanodrugs of podophyllotoxin dimer and their anticancer actiivty2013

    • Author(s)
      Ikuta, Y.; Koseki, Y.; Murakami, T.; Ueda, M.; Oikawa, H.; Kawai, H.
    • Journal Title

      Chem. Lett.

      Volume: 42 Pages: 900-901

    • DOI

      10.1246/cl.130224

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Helicity-selective photoreaction of single-walled carbon nanotubes with organosulfur compounds in the presence of oxygen2013

    • Author(s)
      Maeda, Y.; Higo, J.; Amagai, Y.; Matsui, J.; Ohkubo, K.; Yoshigoe, Y.; Hashimoto, M.; Eguchi, K.; Yamada, M.; Hasegawa, T.; Sato, Y.; Zhou, J.; Lu, J.; Miyashita, T.; Fukuzumi, S.; Murakami, T.; Tohji, K.; Nagase, S.; Akasaka, S.
    • Journal Title

      J. Am. Chem. Soc.

      Volume: 135 Pages: 6356-6362

    • DOI

      10.1021/ja402199n.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Caboxylated SiO2-coated alpha-Fe nanoparticles: towards a versatile platform for biomedical applications2013

    • Author(s)
      Kohara, K.; Yamamoto, S.; Seinberg, L.; Murakami, T.; Tsujimoto, M.; Ogawa, T.; Kurata, H.; Kageyama, H.; Takano, M.
    • Journal Title

      Chem. Commun.

      Volume: 49 Pages: 2563-2565

    • DOI

      10.1039/c3cc39055a.

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 細胞接着性金ナノロッドの作製と細胞膜蛋白質の光制御への応用2014

    • Author(s)
      中辻博貴
    • Organizer
      日本化学会第94回春季年会
    • Place of Presentation
      名古屋大学
    • Year and Date
      20140327-20140330
    • Invited
  • [Presentation] サンドイッチ型ナフタロシアニン錯体内包リポ蛋白質の光照射による熱選択的産生と殺細胞活性2013

    • Author(s)
      村上達也
    • Organizer
      第35回日本バイオマテリアル学会大会
    • Place of Presentation
      タワーホール船堀
    • Year and Date
      20131125-20131126
    • Invited
  • [Presentation] カチオン性ペプチド融合高比重リポタンパク質の開発2013

    • Author(s)
      Hyungjin Kim
    • Organizer
      第35回日本バイオマテリアル学会大会
    • Place of Presentation
      タワーホール船堀
    • Year and Date
      20131125-20131126
    • Invited
  • [Presentation] Enhancement of Photodynamic Effect by Single Chirality Separation of Semiconducting Single-walled Carbon Nanotubes: Application to Photodynamic Therapy2013

    • Author(s)
      村上達也
    • Organizer
      CBI学会2013年大会
    • Place of Presentation
      タワーホール船堀
    • Year and Date
      20131028-20131031
    • Invited
  • [Presentation] カーボンナノチューブの光線力学効果と殺細胞活性2013

    • Author(s)
      村上達也
    • Organizer
      第29回日本DDS学会学術集会
    • Place of Presentation
      京都テルサ
    • Year and Date
      20130704-20130705
    • Invited
  • [Presentation] 光応答性ナノ材料による細胞工学と難病治療2013

    • Author(s)
      村上達也
    • Organizer
      第10回光科学若手研究会
    • Place of Presentation
      京都大学宇治キャンパス
    • Year and Date
      20130511-20130511
    • Invited
  • [Presentation] ナノテクノロジーを用いた難病治療法の開発に向けて2013

    • Author(s)
      村上達也
    • Organizer
      福井プロジェクト・グループ主催 岡山大学・岡山理科大学・津山工専 Tryアングル・インターネット講演会
    • Place of Presentation
      津山工専
    • Year and Date
      20130405-20130405
    • Invited
  • [Remarks] iCeMS村上グループ

    • URL

      http://www.murakami.icems.kyoto-u.ac.jp/

URL: 

Published: 2015-05-28  

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