流動的な生体膜レセプターと多価相互作用する超分子リガンドの設計

• 研究課題/領域番号: 14380397
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 医用生体工学・生体材料学
• 研究機関: 北陸先端科学技術大学院大学
• 研究代表者: 由井 伸彦 北陸先端科学技術大学院大学, 材料科学研究科, 教授 (70182665)
• 研究分担者: 大谷 亨 北陸先端科学技術大学院大学, 材料科学研究科, 助手 (10301201)
• 研究期間 (年度): 2002 – 2005
• 研究課題ステータス: 完了 (2005年度)
• 配分額: 14,300千円 (直接経費: 14,300千円); 2005年度: 1,400千円 (直接経費: 1,400千円); 2004年度: 1,400千円 (直接経費: 1,400千円); 2003年度: 4,200千円 (直接経費: 4,200千円); 2002年度: 7,300千円 (直接経費: 7,300千円)
• キーワード: ポリロタキサン / α-シクロデキストリン / ポリエチレングリコール / 超分子 / 糖鎖 / 遺伝子 / 遺伝子発現 / 生体材料 / シクロデキストリン / 多価相互作用 / 軟骨細胞 / 骨芽細胞 / マルトース / 分子運動性 / 分解制御 / コンカナバリンA / トランスポーター / 赤血球凝集阻害

研究概要

本研究では、多数のα-シクロデキストリン(α-CD)の空洞部を貫通したポリエチレングリコール(PEG)の両末端に嵩高い生分解性基を導入した串刺し状高分子(生分解性ポリロタキサン)を基本骨格として、多数のα-CD水酸基に種々のリガンドを導入し、α-CDのPEG鎖上での位置が自由に変化する超分子の特徴から、細胞表面レセプター発現・分布の時間変動に同調してレセプターとの結合を持続する新しい生体材料を設計することを目的とした。平成14年度では、モデルリガンドとして糖を選択し,α-CD貫通数の異なる種々のポリロタキサンへの導入とその結合体の溶液特性を検討した。その上で,赤血球凝集阻害活性からコンカナバリンA(ConA)との相互作用におけるα-CD貫通数の影響を考察した。CD貫通数を増大すると、CD貫通率が38%であるときに最大の凝集阻害効果を示した。平成15年度は、ConAとの結合定数を算出し、ポリロタキサンの機械的結合に基づく分子運動性が熱力学的にも有利に機能することを見出した。平成16年度は、組織再生用スキャフォールドとしての生分解性ポリロタキサン架橋体を調製し、ゲルの完全分解・消失と軟骨、骨芽細胞の接着・増殖を実現した。平成17年度には、ConAを固定化した金センサー表面における糖鎖導入ポリロタキサンとの相互作用を解析し、その迅速性について速度論的に評価し、最も分子運動性の高かったポリロタキサンでは、ConAとの結合速度定数が最も大きいことを明らかにした。さらに、第三級アミンを多数導入したポリロタキサンの両末端にジスルフィド(SS)結合を導入した生分解性ポリロタキサンを合成し、末端SS結合の還元に伴うポリロタキサン超分子構造の解離に同調したDNA放出を実現した。さらに、この特徴が遺伝し発現へ及ぼす影響を培養細胞から検討したところ、遺伝子発現も向上する傾向が見られた。

研究成果

• [雑誌論文] Improved cell viability of linear polyethyleneimine through γ-cyclodextrin inclusion for effective gene delivery (2006)
  • 著者名/発表者名: A.Yamashita, H.S.Choi, T.Ooya, N.Yui, H.Akita, K.Kogure, R.Ito, H.Harashima
  • 雑誌名: ChemPhysChem 7 ページ: 297-302
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Biocleavable Polyrotaxane - Plasmid DNA Polyplex for Enhanced Gene Delivery (2006)
  • 著者名/発表者名: Ooya, T, Choi, H.S, Yamashita, A, Yui, N, Sugaya, Y, Kano, A, Akita, H, Kogure, K, Ito, R, Harashima,H.
  • 雑誌名: J.Am.Chem.Soc. 128 ページ: 3582-3583
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Improved cell viability of linear polyethyleneimine through γ-cyclodextrin inclusion for effective gene delivery (2006)
  • 著者名/発表者名: A.Yamashita, H.S.Choi, T.Ooya, N.Yui, H.Akita, K.Kogure, R.Ito, H.Harashima
  • 雑誌名: ChemPhysChem. 7 ページ: 297-302
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Biocleavable Polyrotaxane - Plasmid DNA Polyplex for Enhanced Gene Delivery (2006)
  • 著者名/発表者名: Ooya, T, Choi, H.S, Yamashita, A, Yui, N, Sugaya, Y, Kano, A, Akita, H, Kogure, K, Ito, R, Harashima, H.
  • 雑誌名: J.Am.Chem.Soc. 128 ページ: 3582-3583
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Biocleavable Polyrotaxane-Plasmid DNA Polyplex for Enhanced Gene Delivery (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Ooya, H.S.Choi, A.Yamashita, N.Yui, Y.Sugaya, A.Kano, H.Akita, K.Kogure, R.Ito, H.Harashima
  • 雑誌名: Journal of American Chemical Society 128 ページ: 3852-3853
• [雑誌論文] pH-Triggered Changing in assembling properties of β-cyclodextrin-conjugated poly(ε-lysine) (2005)
  • 著者名/発表者名: H.S.Choi, T.Ooya, N.Yui
  • 雑誌名: Biomacromolecules 6 ページ: 1200-1204
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Synthesis of poly(ε-lysine)-grafted dextrans and their pH- and thermosensitive hydrogelation with cyclodextrins (2005)
  • 著者名/発表者名: H.S.Choi, K.Yamamoto, T.Ooya, N.Yui
  • 雑誌名: ChemPhysChem 6 ページ: 1081-1086
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Sunflower-Shaped Cyclodextrin-Conjugated Poly(ε-Lysine) Polyplex as a Controlled Intracellular Trafficking Device (2005)
  • 著者名/発表者名: H.S.Choi, A.Yamashita, T.Ooya, N.Yui, H.Akita, K.Kogure, R.Ito, H.Harashima
  • 雑誌名: ChemPhysChem 6 ページ: 1986-1990
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Temperature-controlled erosion of poly(N-isopropylacrylamide)-based hydrogels crosslinked by methacrylate-introduced hydrolyzable polyrotaxane (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Ooya, M.Akutsu, Y.Kumashiro, N.Yui
  • 雑誌名: Science and Technology of Advanced Materials 6 ページ: 452-456
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Anticoagulant supramolecular-structured polymers : Synthesis and anticoagulant activity of taurine-conjugated carboxyethylester-polyrotaxanes (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.K.Joung, Y.Sengoku, T.Ooya, K.D.Park, N.Yui
  • 雑誌名: Science and Technology of Advanced Materials 6 ページ: 484-490
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Preparation of α-Cyclodextrin-terminated Polyrotaxane Consisting of β-Cyclodextrins and Pluronic as a Building Block of Biodegradable Network (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Ooya, A.Ito, N.Yui
  • 雑誌名: Macromolecular Bioscience 5 ページ: 379-383
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Poly(ethylene glycol) hydrogels cross-linked by hydrolyzable polyrotaxane containing hydroxyapatite particles as scaffolds for bone regeneration (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Fujimoto, M.Isobe, S.Yamaguchi, T.Amagasa, A.Watanabe, T.Ooya, N.Yui
  • 雑誌名: Journal of Biomaterials Science Polymer Edition 16 ページ: 1611-1621
• [雑誌論文] Temperature-controlled erosion of poly(N-isopropylacrylamide)-based hydrogels crosslinked by methacrylate-introduced hydrolyzable polyrotaxane (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Ooya, M.Akutsu, Y.Kumashiro, N.Yui
  • 雑誌名: Sci.Tech.Adv.Mater. 6(印刷中)
• [雑誌論文] Poly(ethylene glycol) hydrogels cross-linked by hydrolyzable polyrotaxane containing hydroxyapatite as scaffolds for bone regeneration (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Fujimoto, M.Isobe, S.Yamaguchi, T.Amagasa, A.Watanabe, T.Ooya, N.Yui
  • 雑誌名: J.Biomater.Sci.Polym.Ed. 15(印刷中)
• [雑誌論文] Rapid binding of concanavalin A and maltose-polyrotaxane conjugates due to mobile motion of α-cyclodextrins threaded onto a poly(ethylene glycol) (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Ooya, H.Utsunomiya, M.Eguchi, N.Yui
  • 雑誌名: Bioconjugate Chem. 16・1 ページ: 62-69
• [雑誌論文] Novel biodegradable cholesterol-introduced polyrotaxane hydrogels for cartilage regeneration (2004)
  • 著者名/発表者名: W.Tachaboonyakiat, T.Furubayashi, M.Katoh, T.Ooya, N.Yui
  • 雑誌名: J.Biomater.Sci.Polym.Ed. 15 ページ: 1389-1404
• [雑誌論文] Effects of polyrotaxane structure on polyion complexation with DNA (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Ooya, A.Yamashita, M.Kurisawa, Y.Sugaya, A.Maruyama, N.Yui
  • 雑誌名: Sci.Tech.Adv.Mater. 5 ページ: 363-369
• [図書] In : The MML Series volume 7,Smart Nanoparticles in Nanomedicine (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Ooya, N.Yui(K.Kono, R.Arshady, eds)
  • 総ページ数: 424
  • 出版者: Kentus Books,UK
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] The MML Series volume 7, Smart Nanoparticles in Nanomedicine (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Ooya, N.Yui (K.Kono, R.Arshady, eds)
  • 総ページ数: 424
  • 出版者: Kentus Books, UK
• [図書] Reflexive Polymers and Hydrogels : Understanding and Designing Fast-Responsive Polymeric Systems (2004)
  • 著者名/発表者名: N.Yui, K.Park, R.J.Mrsny
  • 総ページ数: 452
  • 出版者: CRC
• [文献書誌] N.Yui, T.Ooya: "Design of polyrotaxanes as supramolecular conjugates for cells and tissues"J.Artificial Org.. (印刷中). (2004)
• [文献書誌] T.Ooya, A.Yamashita, M.Kurisawa, Y.Sugaya, A.Maruyama, N.Yui: "Effects of polyrotaxane structure on polyion complexation with DNA"Sci.Tech.Adv.Mater.. (印刷中). (2004)
• [文献書誌] M.Eguchi, T.Ooya, N.Yui: "Controlling the mechanism of trypsin inhibition by the numbers of α-cyclodextrins and carboxyl groups in carboxyethylester-polyrotaxanes"J.Controlled Release. (印刷中). (2004)
• [文献書誌] H.Hirose, H.Sano, G.Mizutani, M.Eguchi, T.Ooya, N.Yui: "The effect of the mobility of ligands in polyrotaxanes on order structure of water clusters"Langmuir. (印刷中). (2004)
• [文献書誌] N.Yui, T.Ooya: "Polyrotaxanes : challenge to multivalent binding with biological receptors on cell surfaces"Mater.Sci.Forum. 426-432. 3243-3248 (2003)
• [文献書誌] T.Ichi, T.Ooya, N.Yui: "Supramolecular control of ester hydrolysis in poly(ethylene glycol) interlocked hydrogels"Macomol.Biosci.. 3(7). 373-380 (2003)
• [文献書誌] N.Yui, K.Park, R.J.Mrsny: "Reflexive Polymers and Hydrogels : Understanding and Designing Fast-Responsive Polymeric Systems"CRC. 350 (2004)
• [文献書誌] H.D.Park, W.K.Lee, T.Ooya, K.D.Park, Y.H.Kim, N.Yui: "In vitro biocompatibility assessment of sulfonated polyrotaxanes-immobilized polyurethane surfaces"J. Biomed. Mater. Res.. (印刷中). (2003)
• [文献書誌] H.S.Choi, K.M.Huh, T.Ooya, N.Yui: "pH-and thermo-sensitive supramolecular assembling system : rapidly responsive properties of β-cyclodextrin-conjugated poly(ε-lysine)"J. Am. Chem. Soc. (印刷中). (2003)
• [文献書誌] W.K.Lee, J.Kobayashi, T.Ooya, N.Yui: "Synthesis and characterization of nitric oxide generative polyrotaxane"J. Biomater. Sci. Polym. Edn.. 13(10). 1152-1161 (2002)
• [文献書誌] T.Ooya, N.Yui: "Multivalent interactions between biotin-polyrotaxane conjugates and streptavidin as a model of new targeting for transporters"J. Controlled Release. 80(1-3). 219-228 (2002)
• [文献書誌] 大谷 亨, 江口 優, 由井伸彦: "生体との多価相互作用を目指した生体内分解性ポリロタキサンの設計"高分子論文集. 59(10). 734-741 (2002)
• [文献書誌] H.Sano, T.Ichi, Y.Kumashiro, K.Kontani, T.Ooya, N.Yui: "Raman scattering study of water clusters around polyrotaxane and pseudopolyrotaxane supramolecular assembly"Spectrochimica Acta A. 59(2). 285-289 (2002)