部位選択的な遺伝子治療のための光を利用した新規ナノ医療システムの創製

• 研究課題/領域番号: 16680020
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 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: 西山 伸宏 東京大学, 医学系研究院, 講師 (10372385)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2006
• 研究課題ステータス: 完了 (2006年度)
• 配分額: 26,520千円 (直接経費: 20,400千円、間接経費: 6,120千円); 2006年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円); 2005年度: 12,480千円 (直接経費: 9,600千円、間接経費: 2,880千円); 2004年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
• キーワード: 遺伝子治療 / 遺伝子デリバリー / ナノテクノロジー / 光線力学療法 / デンドリマー / 高分子ミセル / 光応答型DDS

研究概要

前年度までにカチオン性ペプチドとDNAの表面からなるポリプレックスの表面にアニオン性のデンドリマーフタロシアニン(DPc)を配置した光応答型遺伝子キャリアを構築し、動物実験において光照射による遺伝子導入部位の制御に世界で初めて成功した。本年度は、このようなシステムを全身投与による光選択的遺伝子導入に応用するために、ABC型トリブロック共重合体とDNAを混合することにより形成される3層高分子ミセル(JACS 127:2810(2005))のカチオン性のポリマーからなる中間層にDPcを搭載し、表面がポリエチレングリコール(PEG)で覆われた光応答型高分子ミセルを調製した。光応答型高分子ミセルは、90nmの単分散な粒径分布と有しており、DPcの搭載によってアルブミン存在下でのコロイド安定性が高まることが確認された。これは、DPcを搭載することによってアニオン性の中間層が形成され、静電反発によってアルブミンとの相互作用が抑制されることに起因するものと考えられる。DPcは、pH7.4においては中間層に安定に保持されるが、pH5.5においてはDPcが疎水化することによって3層高分子ミセルからリリースされることが示唆された。従って、本システムは、標的細胞に取り込まれた後、エンドソーム内でDPcをリリースし、エンドソーム膜に選択的な光障害を惹起することによって光誘起的な遺伝子発現を示すものと考えられる。実際に、培養がん細胞に対する遺伝子導入効率を評価したところ、光応答型高分子ミセル、光照射によって、細胞毒性を示すことなく、100倍以上のレポーター遺伝子の発現活性を示すことが確認された。本システムは、固形がんへの光選択的遺伝子導入を達成することを目標として、現在、担がんマウスを用いた動物実験を行っているところである。

研究成果

• [雑誌論文] Biocompatible micellar nanovectors achieve efficient gene transfer to vascular lesions without cytotoxicity and thrombus formation (2007)
  • 著者名/発表者名: Aakagi, D., Nishiyama, N.et al.
  • 雑誌名: Gene Therapy (in press)
• [雑誌論文] Improvement of cancer-targeting therapy, using nanocarriers for intractable solid tumors by inhibition of TGF-signaling (2007)
  • 著者名/発表者名: Kano, M.R., Nishiyama, N.et al.
  • 雑誌名: Proc.Natl.Acad.Sci., USA 104(9) ページ: 3460-3465
• [雑誌論文] PEGylated gene nanocarriers based on block catiomers bearing ethylenediamine repeating units directed to remarkable enhancement of photochemical transfection (2006)
  • 著者名/発表者名: Arnida, Nishiyama, N.et al.
  • 雑誌名: Journal of Controlled Release 115(2) ページ: 208-215
• [雑誌論文] Current state, achievements, and future prospects of polymeric micelles as nanocarriers for drug and gene delivery (2006)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, N.et al.
  • 雑誌名: Pharmacology ＆ Therapeutics 112(3) ページ: 630-648
• [雑誌論文] Polyion complex micelle for photodynamic therapy : incorporation of dendritic photosensitizer excitable at long wavelength with enhanced cellular uptake (2006)
  • 著者名/発表者名: Jang, W.D., Nishiyama, N.et al.
  • 雑誌名: Journal of Controlled Release 113(1) ページ: 73-79
• [雑誌論文] Photochemical enhancement of transgene expression by polymeric micelles incorporating plasmid DNA and dendrimer-based photosensitizer (2006)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, N.et al.
  • 雑誌名: Journal of Drug Targeting 14(6) ページ: 413-424
• [雑誌論文] Nano-structured devices based on block copolymer assemblies for drug delivery: designing structures for enhanced drug function (2005)
  • 著者名/発表者名: Ideta, R., Nishiyama, N., et al.
  • 雑誌名: Nano Letters 5(12) ページ: 2426-2431
• [雑誌論文] Light-induced gene transfer from packaged DNA enveloped in a dendrimeric photosensitizer (2005)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, N., et al.
  • 雑誌名: Nature Materials 4(12) ページ: 934-941
• [雑誌論文] Freeze-dried formulations for in vivo gene delivery of PEGylated polyplex micelles with disulfide crosslinked cores to the liver (2005)
  • 著者名/発表者名: Miyata, K., Nishiyama, N., et al.
  • 雑誌名: Journal of Controlled Release 109(1-3) ページ: 15-23
• [雑誌論文] Smart polymeric micelles for gene and drug delivery (2005)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, N., et al.
  • 雑誌名: Drug Discovery Today: Technologies 2(1) ページ: 21-26
• [雑誌論文] PEGylated polyplex micelles from triblock catiomers with spatially ordered layering of condensed pDNA and buffering units for enhanced intracellular gene delivery (2005)
  • 著者名/発表者名: Fukushima, S., Nishiyama, N., et al.
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 127(9) ページ: 2810-2811
• [雑誌論文] Suparmolecular nanocarrier of anionic dendrimer porphyrins with PEGylated cationic block copolymer to enhance intracellular photodynamic efficacy (2005)
  • 著者名/発表者名: Jang, W.-D., Nishiyama, N., et al.
  • 雑誌名: Angewandte Chemie, International Edition 44(3) ページ: 419-423
• [雑誌論文] Lactosylated poly(ethylene glycol)-siRNA conjugate through acid-labile β-thiopropionate linkage to construct pH-sensitive polyion complex micelles achieving enhanced gene silencing in hepatoma cells (2005)
  • 著者名/発表者名: Oishi, M., Nishiyama, N., et al.
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 127(6) ページ: 1624-1625
• [雑誌論文] Supramolecular nanocarrier of anionic dendrimer porphyrins with cationic block copolymers modified with polyethylene glycol to enhance intracellular photodynamic efficacy (2005)
  • 著者名/発表者名: Jang, W.-D., Nishiyama, N., et al.
  • 雑誌名: Angewandte Chemie, International Edition 44(3) ページ: 419-423
• [雑誌論文] Preparation of biological characterization of polymeric micelle drug carriers with intracellular pH-triggered drug release property, tumor permeability, controlled subcellular drug distribution, and enhanced in vivo antitumor efficacy (2005)
  • 著者名/発表者名: Bae, Y., Nishiyama, N., et al.
  • 雑誌名: Bioconjugate Chemistry 16(1) ページ: 122-130
• [雑誌論文] Supramolecular nanocarrier of siRNA from PEG-based catiomer carrying diamine side chain with distinct pKa directed to enhance intracellular gene silencing (2004)
  • 著者名/発表者名: Itaka, K., Nishiyama, N., et al.
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 126(42) ページ: 13612-13613
• [雑誌論文] Polyion complex micelles of pDNA with acetal-poly(ethylene glycol)-poly(2-(dimethylamino)ethyl methacrylate) block copolymer as the gene carrier system : physicochemical properties of micelles relevant to gene transfection efficacy (2004)
  • 著者名/発表者名: Wakebayashi, D., Nishiyama, N., et al.
  • 雑誌名: Biomacromolecules 5(6) ページ: 2128-2136
• [図書] 体内における部位選択的遺伝子導入を目指した光応答性人工ベクターの開発 (2006)
  • 著者名/発表者名: 西山 伸宏 他1名
  • 出版者: バイオテクノロジージャーナル(羊土社)
• [図書] 医学のためのナノ工学 (2006)
  • 著者名/発表者名: 西山伸宏, 片岡一則
  • 総ページ数: 6
  • 出版者: 日本臨床社
• [産業財産権] pH応答性高分子ミセルの調製に用いる新規ブロック共重合体及びその製造法の提供 (2005)
  • 発明者名: 西山 伸宏, 他4名
  • 権利者名: 東京大学
  • 産業財産権番号: 2005-035233
  • 出願年月日: 2005-04-22