遺伝子・薬剤キャリアとして機能する自己集合型プログラマブルナノスフィアの創製

• Project Area: Coordination Programming - Science of Molecular Superstructures for Chemical Devices
• Project/Area Number: 24108710
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 原野 幸治 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (70451515)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2013: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2012: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: 超分子化学 / フラーレン / 自己組織化 / ドラッグデリバリー / 遺伝子治療

Research Abstract

本研究では低ダメージの遺伝子導入および薬剤の標的選択的輸送に資する水溶性プログラマブルナノスフィアの構築とその機能評価を行った．以下に本年度に得られた結果を示す．（１）水溶性アミノフラーレンを用いた肺選択的siRNA輸送：アミノフラーレンTPFEから形成される自己集合型ナノ粒子を基盤とした生体内における階層的自己集合を利用し，肺選択的にsiRNAを輸送するシステムを構築することに成功した．静脈内に投与されたTPFE-siRNAは血清タンパクとの相互作用により粒子径がμmサイズまで速やかに増大し，他の臓器に比べ細い肺の毛細血管に選択的に蓄積したのち，TPFE-siRNA会合体へと再び解離し細胞内へと取りこまれる．このため，TPFEが時間経過とともに肺から除去されるため，ダメージの小さい効果的な肺選択的が達成される．低毒性の薬剤輸送システムへの応用が期待される．（２）フラーレン二重膜ベシクルの光応答性：水溶性五重付加型フラーレンから形成するフラーレン二重膜ベシクルへの光照射によりその性質を変化させることに成功した．フェニル五置換フラーレンからなるベシクルへの紫外光照射によりフラーレン部位同士が共有結合的にクロスリンクされ，二重膜に対する水透過性が減少することを見いだした．一方で，表面にヒドロキシクマリン部位を呈示したフラーレンベシクルは融合性を示すが，光照射による二量化反応を行う事で融合挙動が抑制された．（３）フラーレン二重膜ベシクルによる難溶性分子の可溶化：フラーレン二重膜ベシクルの膜内部への疎水性分子結合能を評価したところ，脂質二重膜に比べてより多くの疎水性分子を取り込めることが明らかとなった．また，フラーレン部位への可溶化については芳香族化合物に対して顕著な選択性を示した．これらの結果から，フラーレンベシクルが水に難溶性の薬剤に対する有用なキャリアであることが示された．

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Binding of aromatic molecules in the fullerene-rich interior of a fullereae bilayer vesicle in water (2014)
  • Author(s): K. Harano, R. M. Gorgoll, E. Nakamura
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 49 Issue: 69 Pages: 7629-7631
  • DOI: 10.1039/c3cc44510k
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Conformational Analysis of Single Perfluoroalkyl Chains by Single-Molecule Real-Time Transmission Electron Microscopic Imaging (2014)
  • Author(s): K. Harano, S. Takenaga, S. Okada, Y. Niimi, N. Yoshikai, H. Isobe, K. Suenaga, H. Kataura, M. Koshino, E. Nakamura
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 136 Issue: 1 Pages: 466-473
  • DOI: 10.1021/ja411235x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photo-cross-linking of Exterior of Fullerene Bilayer that Prevents Vesicle Aggregation (2014)
  • Author(s): K. Harano, A. Narita, E. Nakamura
  • Journal Title: Chem. Lett. Volume: 43 Issue: 6 Pages: 877-879
  • DOI: 10.1246/cl.140143
  • NAID: 130004868198
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] siRNA delivery targeting to the lung via agglutination-induced accumulation and clearance of cationic tetraamino fullerene (2014)
  • Author(s): K. Minami, K. Okamoto, K. Doi, K. Harano, E. Noiri, E. Nakamura
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photocrosslinking of Fullerene Vesicles that Prevents Phase Transition and Decreases Water Permeation (2013)
  • Author(s): K. Harano, A. Narita, E. Nakamura
  • Journal Title: Chemm. Lett. Volume: 42 Issue: 10 Pages: 1176-1178
  • DOI: 10.1246/cl.130505
  • NAID: 10031201301
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Protein-coated nanocapsules via multilevel surfafe modification. Controlled preparation and microscopic analysis at nanometer resolution. (2013)
  • Author(s): Koji Harano, et al.
  • Journal Title: Chem. Commun. Volume: 49 Issue: 34 Pages: 3525-3527
  • DOI: 10.1039/c3cc40752g
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Heterogeneous Nucleation of Organic Crystals Mediated by Single-Molecule Templates (2012)
  • Author(s): K. Harano, T. Homma, Y. Niimi, M. Koshino, K. Suenaga, L. Leibler, E. Nakamura
  • Journal Title: Nat. Mater. Volume: 11 Issue: 10 Pages: 877-881
  • DOI: 10.1038/nmat3408
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Molecular Release from Fluorous Glass Substrates Triggered by Increase in Gas Concentration in Water (2014)
  • Author(s): YAMADA Junya, HARANO Koji, NAKAMURA Eiichi
  • Organizer: 日本化学会第94春季年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学（愛知県）
• [Presentation] Effect of Surface Structure on Molecular Release from Fluorous Surface Triggered by Increasing Gas Concentration in Water " (2014)
  • Author(s): Takakazu Seki, Junya Yamada, Koji Harano, Eiichi Nakamura
  • Organizer: 日本化学会第94春季年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学（愛知県）
• [Presentation] 高いミセル形成能，分散化能および制御可能な界面活性を有する五重付加型フラーレン類の開発 (2014)
  • Author(s): 新田寛久，磯村真由子，原野幸治，中村栄一
  • Organizer: 日本化学会第94春季年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学（愛知県）
• [Presentation] パーフルオロアルキル鎖の単分子実時間電子顕微鏡イメージング (2014)
  • Author(s): 原野幸治，武永真也，岡田賢，新見佳子，吉戒直彦，磯部寛之，末永和知，片浦弘道，越野雅至，中村栄一
  • Organizer: 日本化学会第94春季年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学（愛知県）
• [Presentation] Self-Assembled Programmable Nanospheres for Gene and Drug Delivery (2014)
  • Author(s): Koji Harano, Kosuke Minami, Koji Okamoto, Kent Doi, Eisei Noiri, Eiichi Nakamura
  • Organizer: International Symposium on Coordination Programming 2014 (ISCP2014)
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都）
• [Presentation] 水溶性フラーレン誘導体を用いた肺選択的siRNAデリバリー (2013)
  • Author(s): 南皓輔
  • Organizer: 日本化学会第93春季年会
  • Place of Presentation: 立命館大学びわこ・くさつキャンパス，滋賀
  • Year and Date: 2013-03-23
• [Presentation] Nanocolumnar Crystal Growth of Organic Semiconductor Molecules on a Graphene-Modified Surface (2013)
  • Author(s): 岡田賢
  • Organizer: 第44回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学本郷キャンパス，東京
  • Year and Date: 2013-03-11
• [Presentation] 遺伝子・薬剤キャリアとして機能する自己集合型プログラマブルナノスフィアの創製 (2013)
  • Author(s): 原野幸治
  • Organizer: 配位プログラミング第９回全体会議
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都）
• [Presentation] Surface Programming of Sub-100 nm-sized Fullerene Bilayer Vesicles (2013)
  • Author(s): Koji Harano, Tatsuya Homma, Kosuke Minami, Shinichiro Mizuno, Junya Yamada, Eiichi Nakamura
  • Organizer: Japan-China young scientist symposium “Frontier of coordination chemistry at the interface of nano and micro"
  • Place of Presentation: 分子科学研究所（愛知県）
  • Invited
• [Presentation] フルオラス相互作用を用いた表面機能化水溶性ナノカプセルの構築 (2013)
  • Author(s): 山田純也，水野慎一郎，原野幸治，中村栄一
  • Organizer: 第24回基礎有機化学討論会
  • Place of Presentation: 学習院大学（東京都）
• [Presentation] 水溶性フラーレン二重膜ベシクルへの芳香族分子の可溶化と選択性 (2013)
  • Author(s): ゴルゴル リカルドミゾグチ，原野幸治，中村栄一
  • Organizer: 第24回基礎有機化学討論会
  • Place of Presentation: 学習院大学（東京都）
• [Presentation] 両親媒性コニカルフラーレンの自己集合と界面活性能 (2013)
  • Author(s): 新田寛久，磯村真由子，原野幸治，中村栄一
  • Organizer: 第3回CSJ化学フェスタ
  • Place of Presentation: タワーホール船堀（東京都）
• [Presentation] 水溶性フラーレン二重膜ベシクルの芳香族分子可溶化能 (2013)
  • Author(s): ゴルゴル リカルドミゾグチ，原野幸治，中村栄一
  • Organizer: 第3回CSJ化学フェスタ
  • Place of Presentation: タワーホール船堀（東京都）
• [Presentation] Lung-Specific siRNA Delivery Using Water-Soluble Amino-Fullerene (2013)
  • Author(s): Koji Harano, Kosuke Minami, Koji Okamoto, Kent Doi, Eisei Noiri, Eiichi Nakamura
  • Organizer: 7th International Symposium on Nanomedicine (ISNM2013)
  • Place of Presentation: 九州工業大学（福岡県）
  • Invited
• [Presentation] Self-Assembly and Surfactant Properties of Conical Fullerene Amphiphiles (2013)
  • Author(s): Hirohisa Nitta, Mayuko Isomura, Koji Harano, Eiichi Nakamura
  • Organizer: Tateshina Conference on Organic Chemistry
  • Place of Presentation: 蓼科フォーラム（長野県）
• [Presentation] Sub-100 nm-Sized Fullerene Bilayer Vesicles for Bioconjugated Materials (2012)
  • Author(s): Koji Harano
  • Organizer: 6th International Symposium on Nanomedicine (ISNM2012)
  • Place of Presentation: くにびきメッセ，島根
  • Year and Date: 2012-12-01
  • Invited
• [Presentation] Lung-Specific siRNA Delivery Using Cationic Amino-Fullerene (2012)
  • Author(s): Kosuke Minami
  • Organizer: 6th International Symposium on Nanomedicine (ISNM2012)
  • Place of Presentation: くにびきメッセ，島根
  • Year and Date: 2012-11-30
• [Presentation] 水溶性フルオラスフラーレンベシクルの高密度表面修飾法の開発 (2012)
  • Author(s): 山田純也
  • Organizer: フルオラス科学研究会第５回シンポジウム
  • Place of Presentation: 戦災復興記念館，宮城
  • Year and Date: 2012-11-29
• [Presentation] 単分子をテンプレートとした有機分子の不均一核形成と結晶成長 (2012)
  • Author(s): 原野幸治
  • Organizer: 第21回有機結晶シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京工業大学すずかけ台キャンパス，神奈川
  • Year and Date: 2012-11-08
• [Presentation] グラフェンを用いた有機半導体分子の結晶成長制御と太陽電池への応用 (2012)
  • Author(s): 岡田賢
  • Organizer: 第２回CSJ化学フェスタ
  • Place of Presentation: 東京工業大学大岡山キャンパス，東京
  • Year and Date: 2012-10-17
• [Presentation] 水溶性フルオラスフラーレンベシクルの超分子的表面修飾 (2012)
  • Author(s): 山田純也
  • Organizer: 第２回CSJ化学フェスタ
  • Place of Presentation: 東京工業大学大岡山キャンパス，東京
  • Year and Date: 2012-10-17
• [Presentation] Preparation and Functionalization of Nanosized Bilayer Vesicles Made of Nonpolar/Polar/Nonpolar Fullerene Amphiphiles (2012)
  • Author(s): Koji Harano
  • Organizer: 21st IUPAC International Conference on Physical Organic Chemistry (ICPOC 21)
  • Place of Presentation: Durham, UK
  • Year and Date: 2012-09-10
• [Presentation] Morphological control of tetrabenzoporphyrin crystals by solution-processed graphene underlayer on PEDOT:PSS (2012)
  • Author(s): Satoshi Okada
  • Organizer: The 2012 International Conference on Flexible and Printed Electronics
  • Place of Presentation: 東京大学本郷キャンパス，東京
  • Year and Date: 2012-09-07
• [Presentation] 水溶性フラーレンベシクルの疎水性表面上におけるポリマーナノカプセルのテンプレート合成 (2012)
  • Author(s): ゴルゴルリカルドミゾグチ
  • Organizer: 第43回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • Place of Presentation: 東北大学川内キャンパス，宮城
  • Year and Date: 2012-09-05
• [Presentation] 水溶性アミノフラーレン誘導体を用いたsiRNAデリバリー (2012)
  • Author(s): 南皓輔
  • Organizer: 第43回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • Place of Presentation: 東北大学川内キャンパス，宮城
  • Year and Date: 2012-09-05
• [Presentation] 高親水性かつ非界面活性な両親媒性コニカルフラーレンによる固体分散 (2012)
  • Author(s): 新田寛久
  • Organizer: 第43回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • Place of Presentation: 東北大学川内キャンパス，宮城
  • Year and Date: 2012-09-05
• [Presentation] カチオン性アミノフラーレンを用いたsiRNAデリバリー (2012)
  • Author(s): 南皓輔
  • Organizer: 第28回日本DDS学会学術集会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター，北海道
  • Year and Date: 2012-07-04
• [Book] 未来材料を創出するπ電子系の化学（CSJカレントレビュー12）π電子研究の歴史と将来展望，ＰａｒｔＩ 第３章 分担執筆 (2013)
  • Author(s): 原野幸治
  • Publisher: 化学同人
• [Remarks] Curriculum Vitae (Koji Harano)
  • URL: http://www.chem.s.u-tokyo.ac.jp/users/common/member/CV_harano.pdf
• [Remarks] 東京大学 大学院理学系研究科化学専攻 物理有機化学研究室
  • URL: http://www.chem.s.u-tokyo.ac.jp/users/common/NakamuraLab.html
• [Remarks] 東京大学大学院理学系研究科化学専攻物理有機化学研究室
  • URL: http://www.chem.s.u-tokyo.ac.jp/users/common/NakamuraLab.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] Preparation of amorphous organic particles (2014)
  • Inventor(s): 中村栄一，原野幸治，劉超
  • Industrial Property Rights Holder: 中村栄一，原野幸治，劉超
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2014-03-10
  • Overseas