ナノゲルハイブリッド材料の創製と医療応用

• 研究課題/領域番号: 16H06313
• 研究種目: 基盤研究(S)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 生体医工学・生体材料学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 秋吉 一成 京都大学, 工学研究科, 教授 (90201285)
• 研究分担者: 珠玖 洋 三重大学, 医学系研究科, 産学官連携講座大学教員 (80154194)
• 研究期間 (年度): 2016-05-31 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 173,030千円 (直接経費: 133,100千円、間接経費: 39,930千円); 2020年度: 30,680千円 (直接経費: 23,600千円、間接経費: 7,080千円); 2019年度: 45,500千円 (直接経費: 35,000千円、間接経費: 10,500千円); 2018年度: 41,340千円 (直接経費: 31,800千円、間接経費: 9,540千円); 2017年度: 38,480千円 (直接経費: 29,600千円、間接経費: 8,880千円); 2016年度: 17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円)
• キーワード: ナノゲル / ドラッグデリバリーシステム / がん治療 / 再生医療 / バイオマテリアル / DDS / がん免疫療法 / 糖鎖ポリマー / がんワクチン / 核酸デリバリー / タンパク質デリバリー / バオマテリアル / 生体材料

研究成果の概要

両親媒性多糖の自己組織化を利用した機能性多糖ナノゲルが、タンパク質、核酸そしてエクソソームのDDSとして有用であることを明らかにした。新規物質透過性高分子ベシクルが、優れた抗腫瘍効果を示すDDSナノファクトリーとして機能しえた。また、ナノゲル／磁気微粒子ハイブリッドを設計し、磁気誘導タンパク質DDSを開発した。がん治療応用では、ナノゲルを用いて腫瘍関連マクロファージの機能を制御し、免疫療法抵抗性のがんの治療の向上を見出した。再生医療応用では、ナノゲルを構成単位とするナノゲルテクトニクスの手法を確立し、骨再生細胞医療用人工細胞外マトリクスとしてナノゲルー架橋ポーラスゲルを開発した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

両親媒性多糖の自己組織化による物理架橋ナノゲル形成、さらにナノゲルをビルディングブロックとして金属ナノ微粒子やバイオ材料との複合化によりハイブリッドゲル材料を構築する新規な概念は学術的にも意義があり、また、がん治療や骨再生医療において有用であることから社会的意義も大きい。

評価記号

検証結果 (区分)

A

研究成果

• [雑誌論文] Substrate-sorting Nanoreactors based on Permeable Peptide Polymer Vesicles and Hybrid Liposomes with Synthetic Macromolecular C (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Nishimura; S. Hirose; Y. Sasaki; K. Akiyoshi
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 142 号: 1 ページ: 154-161
  • DOI: 10.1021/jacs.9b08598
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanogel hybrid assembly for exosome intracellular delivery: effects on endocytosis and fusion by exosome surface polymer engineering (2020)
  • 著者名/発表者名: Sawada Shin-ichi、Sato Yuko T.、Kawasaki Riku、Yasuoka Jun-ichi、Mizuta Ryosuke、Sasaki Yoshihiro、Akiyoshi Kazunari
  • 雑誌名: Biomaterials Science 巻: 8 号: 2 ページ: 619-630
  • DOI: 10.1039/c9bm01232j
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synergistic anti-tumor efficacy by combination therapy of a self-assembled nanogel vaccine with an immune checkpoint anti-PD-1 ant (2020)
  • 著者名/発表者名: R. Miura; S. Sawada; S. Mukai; Y. Sasaki; K. Akiyoshi
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 10 号: 14 ページ: 8074-8079
  • DOI: 10.1039/c9ra10066k
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crosslinked nanogel-based porous hydrogel as a functional scaffold for tongue muscle regeneration (2020)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita Naoya、Sasaki Yoshihiro、Marukawa Eriko、Hirose Ryo、Sawada Shin-ichi、Harada Hiroyuki、Akiyoshi Kazunari
  • 雑誌名: Journal of Biomaterials Science, Polymer Edition 巻: 31 号: 10 ページ: 1254-1271
  • DOI: 10.1080/09205063.2020.1744246
• [雑誌論文] Artificial Molecular Chaperone Systems for Proteins, Nucleic Acids, and Synthetic Molecules (2020)
  • 著者名/発表者名: Nishimura Tomoki、Akiyoshi Kazunari
  • 雑誌名: Bioconjugate Chemistry 巻: In press 号: 5 ページ: 1259-1267
  • DOI: 10.1021/acs.bioconjchem.0c00133
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermoresponsive Polysaccharide Graft Polymer Vesicles with Tunable Size and Structural Memory (2020)
  • 著者名/発表者名: Nishimura Tomoki、Shishi Shen、Sasaki Yoshihiro、Akiyoshi Kazunari
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 142 号: 27 ページ: 11784-11790
  • DOI: 10.1021/jacs.0c02290
  • 査読あり
• [雑誌論文] Determining the Hydration in the Hydrophobic Layer of Permeable Polymer Vesicles by Neutron Scattering (2020)
  • 著者名/発表者名: Nishimura Tomoki、de Campo Liliana、Iwase Hiroki、Akiyoshi Kazunari
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 53 号: 17 ページ: 7546-7551
  • DOI: 10.1021/acs.macromol.0c01261
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] In Vivo Regeneration of Large Bone Defects by Cross-Linked Porous Hydrogel: A Pilot Study in Mice Combining Micro Tomography, Histological Analyses, Raman Spectroscopy and Synchrotron Infrared Imaging (2020)
  • 著者名/発表者名: Adachi Tetsuya、Boschetto Francesco、Miyamoto Nao、Yamamoto Toshiro、Marin Elia、Zhu Wenliang、Kanamura Narisato、Tahara Yoshiro、Akiyoshi Kazunari、Mazda Osam、Nishimura Ichiro、Pezzotti Giuseppe
  • 雑誌名: Materials 巻: 13 号: 19 ページ: 4275-4275
  • DOI: 10.3390/ma13194275
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Biocatalytic Hybrid Films Self-Assembled from Carbohydrate Block Copolymers and Polysaccharides for Enzyme Prodrug Therapy (2020)
  • 著者名/発表者名: Nishimura Tomoki、Nakamura Yusuke、Kinoshita Naoya、Yamamoto Katsuhiro、Sasaki Yoshihiro、Akiyoshi Kazunari
  • 雑誌名: ACS Applied Bio Materials 巻: 3 号: 12 ページ: 8865-8871
  • DOI: 10.1021/acsabm.0c01174
  • 査読あり
• [雑誌論文] Antigen Delivery to Antigen-Presenting Cells for Adaptive Immune Response by Self-Assembled Anionic Polysaccharide Nanogel Vaccines (2019)
  • 著者名/発表者名: Miura Risako、Sawada Shin-ichi、Mukai Sada-atsu、Sasaki Yoshihiro、Akiyoshi Kazunari
  • 雑誌名: Biomacromolecules 巻: 21 号: 2 ページ: 621-629
  • DOI: 10.1021/acs.biomac.9b01351
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intrinsically permeable polymer vesicles based on carbohydrate-conjugated poly(2-oxazoline)s synthesized using a carbohydrate-based initiator system (2019)
  • 著者名/発表者名: Nishimura Tomoki、Sumi Naoki、Koda Yuta、Sasaki Yoshihiro、Akiyoshi Kazunari
  • 雑誌名: Polymer Chemistry 巻: 10 号: 6 ページ: 691-697
  • DOI: 10.1039/c8py01502c
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and function of amphiphilic glucan dendrimers as nanocarriers for protein delivery (2019)
  • 著者名/発表者名: Takeda Shigeo、Nishimura Tomoki、Umezaki Kaori、Kubo Akiko、Yanase Michiyo、Sawada Shin-ichi、Sasaki Yoshihiro、Akiyoshi Kazunari
  • 雑誌名: Biomaterials Science 巻: 7 号: 4 ページ: 1617-1622
  • DOI: 10.1039/c8bm01627e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanogelation and Thermal Stabilization of Enzyme by Vitamin B6-Bearing Polysaccharide as Biocrosslinker (2019)
  • 著者名/発表者名: Sasaki Yoshihiro、Tsuchido Yuji、Yoshimura Takahiro、Akiyoshi Kazunari
  • 雑誌名: ACS Biomaterials Science & Engineering 巻: 5 号: 11 ページ: 5752-5758
  • DOI: 10.1021/acsbiomaterials.9b00026
  • 査読あり
• [雑誌論文] Osteogenic response of mesenchymal progenitor cells to natural polysaccharide nanogel and atelocollagen scaffolds: A spectroscopic study (2019)
  • 著者名/発表者名: Horiguchi Satoshi、Adachi Tetsuya、Rondinella Alfredo、Boschetto Francesco、Marin Elia、Zhu Wenliang、Tahara Yoshiro、Yamamoto Toshiro、Kanamura Narisato、Akiyoshi Kazunari、Pezzotti Giuseppe、Mazda Osam
  • 雑誌名: Materials Science and Engineering: C 巻: 99 ページ: 1325-1340
  • DOI: 10.1016/j.msec.2019.02.043
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetically Navigated Intracellular Delivery of Extracellular Vesicles Using Amphiphilic Nanogels (2019)
  • 著者名/発表者名: Mizuta Ryosuke、Sasaki Yoshihiro、Kawasaki Riku、Katagiri Kiyofumi、Sawada Shin-ichi、Mukai Sada-atsu、Akiyoshi Kazunari
  • 雑誌名: Bioconjugate Chemistry 巻: 30 号: 8 ページ: 2150-2155
  • DOI: 10.1021/acs.bioconjchem.9b00369
  • 査読あり
• [雑誌論文] Staphylococcus aureus-specific IgA antibody in milk suppresses the multiplication of S. aureus in infected bovine udder (2019)
  • 著者名/発表者名: Nagasawa Yuya、Kiku Yoshio、Sugawara Kazue、Hirose Aya、Kai Chiaki、Kitano Nana、Takahashi Toshihiko、Nochi Tomonori、Aso Hisashi、Sawada Shin-ichi、Akiyoshi Kazunari、Hayashi Tomohito
  • 雑誌名: BMC Veterinary Research 巻: 15 号: 1 ページ: 286-286
  • DOI: 10.1186/s12917-019-2025-3
  • NAID: 120006901036
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Supramacromolecular injectable hydrogels by crystallization-driven self-assembly of carbohydrate-conjugated poly(2-isopropyloxazoline)s for biomedical applications (2019)
  • 著者名/発表者名: Nishimura Tomoki、Sumi Naoki、Mukai Sada-atsu、Sasaki Yoshihiro、Akiyoshi Kazunari
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry B 巻: 7 号: 41 ページ: 6362-6369
  • DOI: 10.1039/c9tb00918c
  • 査読あり
• [雑誌論文] Amphiphilic Poly[poly(ethylene glycol) methacrylate]s with OH Groups in the PEG Side Chains for Controlling Solution/Rheological Properties and toward Bioapplication (2019)
  • 著者名/発表者名: Koda Yuta、Takahashi Daiki、Sasaki Yoshihiro、Akiyoshi Kazunari
  • 雑誌名: ACS Applied Bio Materials 巻: 2 号: 5 ページ: 1920-1930
  • DOI: 10.1021/acsabm.8b00836
  • 査読あり
• [雑誌論文] Antigen Delivery Targeting Tumor-Associated Macrophages Overcomes Tumor Immune Resistance (2019)
  • 著者名/発表者名: D. Muraoka, N. Seo, T. Hayashi, Y. Tahara, K. Fujii, I. Tawara, Y. Miyahara, K. Okamori, H. Yagita, S. Imoto, R. Yamaguchi, M. Komura, S. Miyano, M. Goto, S. Sawada, A. Asai, H. Ikeda, K. Akiyoshi, N. Harada, H. Shiku,
  • 雑誌名: J. Clin. Invest. 巻: 129 ページ: 1278-1294
  • NAID: 120006987781
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural effects and lymphocyte activation properties of self-assembled polysaccharide nanogels for effective antigen delivery (2018)
  • 著者名/発表者名: R. Miura, Y. Tahara, S. Sawada, Y. Sasaki, ＊K. Akiyoshi
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 8 ページ: 16464-16464
  • NAID: 120006818680
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Nanogel Tectonics for Tissue Engineering: Protein Delivery Systems with Nanogel Chaperones (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Hashimoto, S. Mukai, Y. Sasaki, K. Akiyoshi
  • 雑誌名: Adv. Healthc. Mater. 巻: 23
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanogel tectonic porous 3D scaffold for direct reprogramming fibroblasts into osteoblasts and bone regeneration (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Sato, K. Yamamoto, S. Horiguchi, Y. Tahara, K. Nakai, S. Kotani, F. Oseko, G. Pezzotti, T. Yamamoto, T. Kishida, N. Kanamura, K. Akiyoshi, O. Mazda
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 8 ページ: 15284-15284
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sequential Coating of Insulin Secreting Beta Cells within Multilayers of Polysaccharide Nanogels (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Bal, D. C. Oran, Y. Sasaki, K. Akiyoshi, S. Kizilel
  • 雑誌名: Macromolecular Bioscience 巻: 印刷中
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Amylose engineering: phosphorylase-catalyzed polymerization of functional saccharide primers for glycobiomaterials (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Nishimura, K. Akiyoshi
  • 雑誌名: WIREs Nanomed Nanobiotechnol, 巻: 9 号: 2
  • DOI: 10.1002/wnan.1423
  • 査読あり
• [雑誌論文] Self-assembled nanogel of cholesterol-bearing xyloglucan as a drug delivery nanocarrier (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Sawada, H. Yukawa, S. Takeda, Y. Sasaki, K. Akiyoshi
  • 雑誌名: Journal of Biomaterials Science, Polymer Edition 巻: 28 号: 10-12 ページ: 1183-1198
  • DOI: 10.1080/09205063.2017.1320827
  • 査読あり
• [雑誌論文] Self-assembled Polypeptide Nanogels with Enzymatically Transformable Surface as an siRNA Delivery Platform (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Nishimura, A. Yamada, K. Umezaki, S. Sawada, S. Mukai, Y. Sasaki, K. Akiyoshi
  • 雑誌名: Biomacromolecules 巻: 18 号: 12 ページ: 3913-3923
  • DOI: 10.1021/acs.biomac.7b00937
  • 査読あり
• [雑誌論文] ナノゲルを用いたワクチンのDDS (2017)
  • 著者名/発表者名: 三浦理紗子、秋吉一成
  • 雑誌名: 細胞 巻: 49 ページ: 9-12
• [雑誌論文] Intracellular delivery and passive tumor targeting of a self-assembled nanogel containing carborane clusters for boron neutron capture therapy, (2017)
  • 著者名/発表者名: R. Kawasaki, Y. Sasaki, K. Akiyoshi
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun 巻: 483 号: 1 ページ: 147-152
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2016.12.176
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Self-assembled Nanogels of Carborane-bearing Polysaccharides for Boron Neutron Capture Therapy (2017)
  • 著者名/発表者名: R. Kawasaki, Y. Sasaki, K. Akiyoshi,
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 46 号: 4 ページ: 513-515
  • DOI: 10.1246/cl.161137
  • NAID: 130005549123
  • ISSN: 0366-7022, 1348-0715
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Self-assembled nanogels of cholesterol-bearing hydroxypropyl cellulose: A thermoresponsive building block for nanogel tectonic materials (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Tahara, M. Sakiyama, S. Takeda, T. Nishimura, S. Mukai, S. Sawada, Y. Sasaki, K. Akiyoshi
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 32 号: 47 ページ: 12283-12289
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.6b02406
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetically guided protein transduction by hybrid of nanogel chaperone with iron oxide nanoparticles (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Kawasaki, Y. Sasaki, K. Katagiri, S. Mukai, S. Sawada, K. Akiyoshi
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 55 号: 38 ページ: 11377-11381
  • DOI: 10.1002/anie.201602577
  • 査読あり
• [学会発表] エクソソームの多様性解析とDDS応用 (2021)
  • 著者名/発表者名: 秋吉一成
  • 学会等名: 日本薬学会第１４１年会
• [学会発表] 糖鎖を基軸とするエクソソームの多様性解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 秋吉一成
  • 学会等名: 日本分析化学会第69 年会
  • 招待講演
• [学会発表] ナノゲル工学と分子シャペロン機能工学:バイオ材料の設計と医療応用 (2020)
  • 著者名/発表者名: 秋吉一成
  • 学会等名: 関東高分子若手研究会2020 秋の講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 糖鎖基盤自己組織化ナノマテリアルの設計と医療応用 (2020)
  • 著者名/発表者名: 秋吉一成
  • 学会等名: 2020年度北陸地区講演会と研究発表会
  • 招待講演
• [学会発表] 新規バイオナノトランスポーターの創製と医療応用 (2020)
  • 著者名/発表者名: 秋吉一成
  • 学会等名: 関大メディカルポリマーシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 糖鎖を基軸とするエクソソームの多様性解析と生体応答・制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 秋吉一成
  • 学会等名: 第１７回糖鎖科学コンソーシアムシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Self-assembly of Glyco-based Polymers (Nanogels and Vesicles) for Biomedical Applications (2019)
  • 著者名/発表者名: Kazunari Akiyoshi
  • 学会等名: Okinawa Colloids 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Exosome engineering and Glyco engineering (2019)
  • 著者名/発表者名: Kazunari Akiyoshi
  • 学会等名: International Symposium on Bio-CHAINs from Single Molecules to Highly Organized Systems
  • 国際学会
• [学会発表] Self-assembly of glyco-based polymers (Nanogels and Vesicles) for Protein Delivery and Immunotherapy (2019)
  • 著者名/発表者名: Kazunari Akiyoshi
  • 学会等名: 13th International Symposium on Frontiers in Biomedical Polymers FBPS2019
  • 国際学会
• [学会発表] Self-assembly systems of Glyco-polymers for biomedical application, 12th SPSJ International Polymer Conference (IPC2018) (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Akiyoshi
  • 学会等名: Self-assembly systems of Glyco-polymers for biomedical application, 12th SPSJ International Polymer Conference (IPC2018), Hiroshima, Japan
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Carbohydrate-conjugated polymer vesicles for biomedical applications: Enzyme nanoreactor for therapeutic nanofactory (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Akiyoshi
  • 学会等名: KIFEE Symposium (KIFEE-10), Trondheim, Norway
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Self-assembly of glyco-based polymers for protein delivery systems (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Akiyoshi
  • 学会等名: Biointerfaces International Conference 2018, Zurich, Switzerland
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ナノゲルハイブリッド工学による新規バイオ材料の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 秋吉一成
  • 学会等名: 「文科省新学術領域研究平成24-28年度領域代表中條善樹 元素ブロック高分子材料の創出」第9回公開シンポジウム
  • 発表場所: 京都リサーチパーク(京都府・京都市）
  • 年月日: 2017-03-02
  • 招待講演
• [学会発表] ナノゲルを用いたワクチンDDS (2017)
  • 著者名/発表者名: 秋吉一成
  • 学会等名: 第33回日本DDS学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] Self-Assembled Nanogels as Vaccine Delivery Systems (2017)
  • 著者名/発表者名: Kazunari Akiyoshi
  • 学会等名: 2017 MRS SPRING MEETING & EXHIBIT
  • 国際学会
• [学会発表] Functional Self-assembled Glyco-based Materials for Biomedical Applications (2017)
  • 著者名/発表者名: Kazunari Akiyoshi
  • 学会等名: 19th European Carbohydrate Symposium EUROCARB
  • 国際学会
• [学会発表] Nanogel Techtonics for Biomedical Application (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazunari Akiyoshi
  • 学会等名: Inernational Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science (MHS2016)
  • 発表場所: 名古屋大学(愛知県・名古屋市）
  • 年月日: 2016-11-28
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of new bio-nanotransporters for biologics DDS (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazunari Akiyoshi
  • 学会等名: 12th France-Japan Drug Delivery Systems Symposium
  • 発表場所: パリ（フランス）
  • 年月日: 2016-10-09
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 新規バイオナノトランスポーターの設計と医療応用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 秋吉 一成
  • 学会等名: 第53回薬剤学懇談会研究討論会
  • 発表場所: ルネッサンスリゾートナルト（徳島県・鳴門市）
  • 年月日: 2016-06-10
  • 招待講演
• [産業財産権] 多孔質三次元細胞培養足場材料及びその製造方法 (2018)
  • 発明者名: 佐藤,山本,堀口,田原,山本,岸田,秋吉,松田
  • 権利者名: 佐藤,山本,堀口,田原,山本,岸田,秋吉,松田
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2018-043297
  • 出願年月日: 2018