能動的DNAフォールディング制御ポリプレックスによる高効率遺伝子導入の実現

• 研究課題/領域番号: 17H02102
• 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: 生体医工学・生体材料学
• 研究機関: 大阪府立大学
• 研究代表者: 原田 敦史 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50302774)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円); 2020年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2019年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2018年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2017年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
• キーワード: 遺伝子ベクター / DNAフォールディング / アスペクト比 / 転写過程 / 多分岐ポリマー / カチオン性ポリマー / 温度変化 / ポリカチオン / 折りたたみ制御

研究成果の概要

本研究では、電荷中和されたplasmid DNAが規則的に折れたたまれるという特性を能動的に制御するために、多分岐ポリマー構造を有するカチオン性高分子を合成し、ポリプレックス内でのDNA分子フォールディングの制御を試みた。多分岐ポリマー部分のポリプレックス内密度に着目することにより、さまざまなDNA分子フォールディング状態を誘導し、フォールディング状態と転写効率の相関を明らかとした。DNA分子フォールディング状態が最適化されたポリプレックスは、高効率な遺伝子導入を示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

がんなどの難治性の疾患の遺伝子治療やワクチンなどの免疫治療において、合成材料を用いて高効率な遺伝子発現を可能とするベクター開発は重要な課題となっています。本研究での研究成果は、遺伝子を発現させたい細胞に到達するまでは安定に遺伝子（DNA）を保持し、細胞へ到達した後にDNAを働かせやすい状態へと変化させることによって遺伝子発現効率の向上が可能であることを示しました。DNAだけでなくmRNAなどへの適応性を検討することでさまざまな疾患治療を可能とさせると期待されます。

研究成果

• [雑誌論文] Comparison of In Vitro Performances of Nanorod and Nanofiber Polyplexes Prepared from Plasmid DNA and Poly(L-lysine) Terminally Bearing Multi-Arm PEG (2020)
  • 著者名/発表者名: Ryuta Aono, Kenta Nomura, Eiji Yuba, Atsushi Harada
  • 雑誌名: Polymers in Therapeutic Delivery, ACS Symposium Series 巻: 1350 ページ: 13-21
  • DOI: 10.1021/bk-2020-1350.ch002
  • ISBN: 9780841238145, 9780841298996
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation of photothermal-chemotherapy nanohybrids by complexation of gold nanorods with polyamidoamine dendrimers having poly(ethylene glycol) and hydrophobic chains (2020)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto Takuya、Yuba Eiji、Harada Atsushi、Kono Kenji
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry B 巻: 8 号: 14 ページ: 2826-2833
  • DOI: 10.1039/c9tb02163a
  • NAID: 120006938354
• [雑誌論文] Light-Activatable Transfection System Using Hybrid Vectors Composed of Thermosensitive Dendron Lipids and Gold Nanorods (2020)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto Takuya、Hirata Tomoya、Yuba Eiji、Harada Atsushi、Kono Kenji
  • 雑誌名: Pharmaceutics 巻: 12 号: 3 ページ: 239-239
  • DOI: 10.3390/pharmaceutics12030239
• [雑誌論文] Temperature-Responsive Molecular Assemblies Using Oligo(Ethylene Glycol)-Attached Polyamidoamine Dendron Lipids and their Functions as Drug Carriers (2020)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto Takuya、Hirai Yuji、Yuba Eiji、Harada Atsushi、Kono Kenji
  • 雑誌名: Journal of Functional Biomaterials 巻: 11 号: 1 ページ: 16-16
  • DOI: 10.3390/jfb11010016
• [雑誌論文] Gene Expression of Aspect Ratio-Controlled Polyplexes Based on the Effect of Multi-Arm Poly(ethylene glycol) (2019)
  • 著者名/発表者名: Harada Atsushi、Nomura Kenta、Yuba Eiji、Kono Kenji
  • 雑誌名: ACS Biomaterials Science & Engineering 巻: in press 号: 11 ページ: 5681-5687
  • DOI: 10.1021/acsbiomaterials.8b01498
  • 査読あり
• [学会発表] Near infrared light-activated transfection system using hybrid vectors composed of thermosensitive dendron lipids and gold nanorods (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Hashimoto, E. Yuba, A. Harada, K. Kono
  • 学会等名: 19th Symposium for Gene Design and Delivery
  • 国際学会
• [学会発表] 多分岐PEG導入ポリリシンからなるナノファイバーポリプレックスへの温度応答性付与 (2019)
  • 著者名/発表者名: 原田 敦史，勝圓 由紀子，弓場 英司
  • 学会等名: 第48回医用高分子シンポジウム
• [学会発表] Gene Expression of Aspect-Ratio-Controlled Polyplexes Based on the Effect of Multi-Arm Poly(ethylene glycol) (2019)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Harada, Eiji Yuba
  • 学会等名: ACS Spring 2019 National Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] PEG鎖連結高分子電解質の自己組織化におけるPEG鎖の役割 (2018)
  • 著者名/発表者名: 原田敦史
  • 学会等名: 第36回関西界面科学セミナー：ソフトコロイドの界面構造および機能発現－基礎から応用まで
  • 招待講演
• [学会発表] 高分子電解質へのPEG鎖導入効果 (2018)
  • 著者名/発表者名: 原田敦史
  • 学会等名: 第38回キャピラリー電気泳動シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Aspect ratio-controllable polyplexes prepared from poly(L-lysine) terminally bearing multi-arm PEG (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Harada, E. Yuba, K. Kono
  • 学会等名: 255th ACS National Meeting & Expositions
  • 国際学会
• [学会発表] siRNAデリバリーのための高分子材料設計 (2017)
  • 著者名/発表者名: 原田 敦史，山本 聡，大村 啓輔，弓場 英司
  • 学会等名: 日本核酸医薬学会 第3回年会
  • 招待講演
• [学会発表] 多分岐PEG被覆ポリプレックスの形態及び表面特性制御 (2017)
  • 著者名/発表者名: 原田 敦史，勝圓 由紀子，野村 健太，弓場 英司，河野 健司
  • 学会等名: 第66回高分子討論会