三元系ポリイオンコンプレックスを用いた全身投与型光応答性遺伝子ベクターの開発

• 研究課題/領域番号: 11J08266
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 医用生体工学・生体材料学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 野本 貴大 東京大学, 大学院工学系研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円); 2013年度: 600千円 (直接経費: 600千円); 2012年度: 600千円 (直接経費: 600千円); 2011年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
• キーワード: 遺伝子デリバリー / ポリイオンコンプレックス / 高分子ミセル / ポリエチレングリコール / photochemical internalization / デンドリマー / 光増感剤 / ナノキャリア / ドラックデリバリーシステム / 生体イメージング / 共焦点レーザ顕微鏡

研究概要

本年度は、まず光応答性遺伝子ベクターの物性をより詳細に明らかにするために、光増感剤を搭載していない状態のポリイオンコンプレックスミセルを、ABC型トリブロック共重合体
PEG-poly{N-[N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl] aspartamide}-poly (L-lysine)(PEG-PAsp (DET)-PLys)とプラスミドDNA (pDNA)の混合比を変えて調製し、その構造を透過型電子顕微鏡により評価した。その結果、カチオンの量が増えることでpDNAの形状がスフィア状からロッド状に変化した。また、光増感剤を加えた状態でのポリイオンコンプレックスミセル(光応答性遺伝子ベクター)においても、光増感剤の量に依存してpDNAのロッドの長さが変化したことから、PAsp (DET)が中間層を形成してそこに光増感剤が搭載されていることが強く示唆された。
次に、光応答性遺伝子導入のコンセプトをより明確に実証するため、今までのHeLa細胞に対する遺伝子導入の評価に加えて、HCT116細胞に対する遺伝子導入効率の評価も行った。その結果、HCT116培養細胞に対しても、光応答性遺伝子ベクターは光照射下で遺伝子導入効率を飛躍的に上昇させることが明らかになり、さらに重要なことに、マウスのHCT116皮下腫瘍モデルに対しても全身投与後の光に応答した遺伝子の導入に成功した。全身投与後の光応答性遺伝子導入に成功したのは本研究が世界で初めてである。本研究で開発した光応答性遺伝子ベクターを応用することで、がんや動脈硬化などの難治性疾患に対する低侵襲的な治療方法が開発できるものと期待される。

今後の研究の推進方策

(抄録なし)

研究成果

• [雑誌論文] Three-layered polyplex micelle as a multifunctional nanocarrier platform for light-induced systemic gene transfer (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Nomoto, S. Fukushima, M. Kumagai, K. Machitani, Arnida, Y. Matsumoto, M. Oba, K. Miyata, K. Osada, N. Nishiyama, K. Kataoka
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 5 号: 1 ページ: 3545-3545
  • DOI: 10.1038/ncomms4545
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Silica nanogelling of env i ronment-re spons i ve PEGylated polyplexes for enhanced stability and intracellular delivery of siRNA (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Gouda, K. Miyata, R. J. Christie, T. Suma, A. Kishimura, S. Fukushima, T. Nomoto, X. Liu, N Nishivama K Kataoka
  • 雑誌名: Biomaterials 巻: 34(2) ページ: 562-570
  • 査読あり
• [雑誌論文] A toolbox of differently sized and labeled PMMA nanoparticles for cellular uptake investigations (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Vollrath, A. Schallon, C. Pietsch, S. Schubert, T. Nomoto, Y. Matsumoto, U. S. Schubert, K. Kataoka
  • 雑誌名: Soft Matter 巻: 9(1) 号: 1 ページ: 99-108
  • DOI: 10.1039/c2sm26928g
  • 査読あり
• [雑誌論文] Targeted polymeric micelles for siRNA treatment of experimental cancer by intravenous injection (2012)
  • 著者名/発表者名: R. J. Christie, Y. Matsumoto, K. Miyata, T. Nomoto, S. Fukushima, K. Osada, J. Halnaut, F. Pittella, H. -J. Kim, N. Nishiyama, K. Kataoka
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 6(6) 号: 6 ページ: 5174-5189
  • DOI: 10.1021/nn300942b
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of the Dynamics of Drug Delivery Systems (DDS) Using Intravital Real-Time Confocal Laser Scanning Microscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Nomoto, Y. Matsumoto, K. Toh, R. J. Christie, K. Miyata, M. Oba, H. Cabral, M. Murakami, S. Fukushima, N. Nishiyama, K. Kataoka
  • 雑誌名: Yakugaku Zasshi 巻: 132 ページ: 1347-1354
  • 査読あり
• [雑誌論文] In situ quantitative monitoring of polyplexes and polyplex Micelles in the blood circulation using intravital real-time confocal laser scanning microscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Nomoto, Y.Matsumoto, K.Miyata, M.Oba, S.Fukushima, N.Nishiyama, T.Yamasoba, K.Kataoka
  • 雑誌名: J.Control.Release 巻: 151(2) 号: 2 ページ: 104-109
  • DOI: 10.1016/j.jconrel.2011.02.011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of polymer structure on micelles formed between siRNA and cationic block copolymer Comprising thiols and amidines (2011)
  • 著者名/発表者名: R.J.Christie, K.Miyata, Y.Matsumoto, T.Nomoto, D.Menasco, T.-C.Lai, M.Pennisi, K.Osada, S.Fukushima, N.Nishiyama, Y.Yamasaki, K.Kataoka
  • 雑誌名: Biomacromolecules 巻: 12(9) ページ: 3174-3185
  • 査読あり
• [雑誌論文] Disulfide crosslinked polyion complex micelles encapsulating dendrimer phthalocyanine directed to improved efficiency of photodynamic therapy (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Herlambang, M.Kumagai, T.Nomoto, S.Horie, S.Fukushima, M.Oba, K.Miyazaki, Y.Morimoto, N.Nishiyama, K.Kataoka
  • 雑誌名: J.Control.Release 巻: 155(3) ページ: 449-457
  • 査読あり
• [雑誌論文] PEG-detachable cationic polyaspartamide detivatives bearing stearoyl moieties for systemic siRNA delivery toward subcutaneous BxPC3 pancreatic tumor (2011)
  • 著者名/発表者名: H.-J.Kim, M.Oba, F.Pittella, T.Nomoto, H.Cabral, Y.Matsumoto, K.Miyata, N.Nishiyama, K.Kataoka
  • 雑誌名: J.Drug Target. 巻: 20(1) ページ: 33-42
  • 査読あり
• [雑誌論文] 生体内リアルタイム共焦点顕微鏡 (2011)
  • 著者名/発表者名: 松本有、野本貴大、藤加珠子、片岡一則
  • 雑誌名: Drug Delivery System 巻: 26(5) ページ: 535-539
• [学会発表] 光選択的遺伝子導入を可能とする全身投与型三層構造高分子ミセル (2013)
  • 著者名/発表者名: 野本貴大、福島重人、熊谷康顕、町谷香織、松本有、大庭誠、宮田完二郎、長田健介、西山伸宏、片岡一則
  • 学会等名: 第62回高分子討論会
  • 発表場所: 金沢大学角間キャンパス(石川県)
  • 年月日: 2013-09-11
• [学会発表] Polymeric Micellar Nanocarriers for Systemic Light-Induced Gene Delivery (2013)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Nomoto, Shigeto Fuku shima, Michiaki Kumagai, Kaori Machitani, Kanjiro Miyata, Makoto Oba, Yu Matsumoto, Kensuke Osada, Nobuhiro Nishiyama, Kazunori Kataoka
  • 学会等名: 第13回生命科学シンポジウムBioUT2013
  • 発表場所: 東京大学伊藤国際学術研究センター(東京都文京区)
  • 年月日: 2013-06-08
• [学会発表] A Light-respons ive Nanodevice for Systemic Gene Delivery (2013)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Nomoto, Shigeto Fukushima, Michiaki Kumagai, Kaori Machitani, Kanjiro Miyata, Makoto Oba, Yu Matsumoto, Kensuke Osada, Nobuhiro Nishiyama, Kazunori Kataoka
  • 学会等名: 16th International Symposium on Recent Advances in Drug Delivery Systems
  • 発表場所: Salt Lake City, Utah, USA
  • 年月日: 2013-02-04
• [学会発表] 光で細胞内動態を制御する高分子ミセル型ナノデバイス (2012)
  • 著者名/発表者名: 野本貴大, 福島重人, 熊谷康顕, 町谷香織, 宮田完二郎, 松本有, 大庭誠, 長田健介, 西山伸宏, 片岡一則
  • 学会等名: 第34回日本バイオマテリアル学会
  • 発表場所: 仙台国際センター、 宮城
  • 年月日: 2012-11-26
• [学会発表] A Light-responsive Nanodevice Based on Photochemical Internalization (2012)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Nomoto, Shigeto Fukushima, Michiaki Kumagai, Kaori Machitani, Kanjiro Miyata, Makoto Oba, Yu Matsumoto, Kensuke Osada, Nobuhiro Nishiyama, Kazunori Kataoka
  • 学会等名: 6th Annual Symposium on Nanobiotechnology
  • 発表場所: 芝蘭会館, 京都
  • 年月日: 2012-11-08
• [学会発表] 生体内リアルタイム共焦点顕微鏡を用いたポリイオンコンプレックスの定量的血中動態評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 野本貴大、 松本有、 宮田完二郎、 大庭誠、 福島重人、 西山伸宏、 片岡一則
  • 学会等名: 第28回日本DDS学会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター、 北海道
  • 年月日: 2012-07-04
• [学会発表] リアルタイム生体内共焦点レーザ顕微鏡を用いたDDSの動態評価法 (2012)
  • 著者名/発表者名: 野本貴大、松本有、藤加珠子、宮田完二郎、大庭誠、カブラルオラシオ、村上真美、福島重人、西山伸宏、片岡一則
  • 学会等名: 日本薬学会第132年会
  • 発表場所: 北海道札幌
  • 年月日: 2012-03-30
• [学会発表] Quantitative evaluation of dynamic states of polyplexes and polyplex micelles in bloodstream using intravital real-time confocal laser scanning Microscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Nomoto, Yu Matsumoto, Kanjiro Miyata, Makoto Oba, Shigeto Fukushima, Nobuhiro Nishiyama, Kazunori Kataoka
  • 学会等名: The 11th US-Japan Symposium on Drug Delivery Systems
  • 発表場所: Maui, Hawaii, U.S.A
  • 年月日: 2011-12-20
• [学会発表] A Photo-activated Nanodevice Having Three Functional Compartments for Efficient Gene Delivery (2011)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Nomoto, Shigeto Fukushima, Michiaki Kumagai, Kanjiro Miyata, Yu Matsumoto, Makoto Oba, Woo-dong Jang, Nobuhiro Nishiyama, Kazunori Kataoka
  • 学会等名: Seoul Nano Health Symposium 2011
  • 発表場所: Seoul, South Korea
  • 年月日: 2011-11-18
• [学会発表] In Situ Monitoring of Drug Delivery Systems Using Intravital Real-time Confocal Laser Scanning Microscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Nomoto, Yu Matsumoto, Kanjiro Miyata, Makoto Oba, Shigeto Fukushima, Horacio Cabral, Mami Murakami, Nobuhiro Nishiyama, Kazunori Kataoka
  • 学会等名: Seoul Nano Health Symposium 2011
  • 発表場所: Seoul, South Korea
  • 年月日: 2011-11-18
• [学会発表] Quantitative Monitoring of Polyplexes and Polyplex Micelles in Bloodstream Using Intravital Real-time Confocal Laser Scanning Microscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Nomoto, Yu Matsumoto, Kanjiro Miyata, Makoto Oba, Shigeto Fukushima, Nobuhiro Nishiyama, Kazunori Kataoka
  • 学会等名: CRS 38th Annual Meeting
  • 発表場所: Maryland, U.S.A.
  • 年月日: 2011-08-03
• [図書] Cancer Targeted Drug Delivery (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsumoto, T. Nomoto, K. Toh, H. Cabral, M. Murakami, R. J. Christie, H. J. Kim, T. Ogura, K. Miyata, N. Nishiyama, T. Yamasoba, K. Kataoka
  • 総ページ数: 720
  • 出版者: Springer
• [備考]
  • URL: http://www.bmw.t.u-tokyo.ac.jp/hdex.html
• [備考]
  • URL: http://www.bmw.t.u-tokyo.ac.jp
• [備考]
  • URL: http://www.bmw.t.u-tokyo.ac.jp/index.html