研究課題/領域番号 |
21K04787
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研究種目 |
基盤研究(C)
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配分区分 | 基金 |
応募区分 | 一般 |
審査区分 |
小区分27040:バイオ機能応用およびバイオプロセス工学関連
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研究機関 | 京都大学 |
研究代表者 |
堀江 正信 京都大学, 環境安全保健機構, 助教 (60727014)
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研究分担者 |
井藤 彰 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (60345915)
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研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
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キーワード | メカノバイオロジー / 局所物理刺激 / ヒトiPS細胞 / バイオプロセス / 磁性ナノ粒子 / 細胞製造 / 物理刺激 / 細胞治療 / 大量培養 / 分化誘導 / ヒト多能性幹細胞 / 生物化学工学 |
研究開始時の研究の概要 |
申請者らはこれまで工学的な新しいヒトiPS細胞培養技術として、外部物理刺激負荷のみで挙動を自在に制御する技術開発を行ってきた。しかし、細胞外部環境および物理刺激の受容が均一でなく、細胞外物理刺激のみでは挙動制御が困難であった。本研究では、生体適合性の高い酸化鉄マグネタイト (Fe3O4)の磁性ナノ粒子を用いた薬物送達システム(Drug delivery system, DDS)を駆使して細胞内DDSを構築し、細胞骨格や核といった細胞内物理刺激受容体(メカノセンサー)を標的とした物理刺激を細胞内部から直接行い、挙動評価を行うことでメカノセンサーとヒトiPS細胞挙動の関係性を探る。
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研究実績の概要 |
本年度はメカノセンサー標的型粒子の設計と開発、および物理刺激がヒトiPS細胞に与える影響評価を主として行なった。具体的には直径約10 nmのマグネタイ ト粒子の表面をアミノシランコートしPEG鎖を導入する。さらにミトコンドリア指向性化合物TPPおよび核移行シグナルペプチドを提示させることによって、それぞれミトコンドリアおよび細胞核への送達を目指した。構築したマグネタイト粒子を正電荷脂質膜で包埋することによって、負の電荷を持つ細胞表面に自身で結合し取り込まれる。リポソームの主成分であるDOPEが膜融合することによってマグネタイト粒子はエンドソーム脱出するものと考えた。 当該粒子を構築後テストとして、まずマウスKRAS変異大腸がんCT26細胞(BALB/c)に取り込ませ、集積や細胞影響を評価した。コントロールとしてミトコンドリアターゲッティング部位(TPP)有無の2種類を構築し、評価を行った。その結果、細胞への取り込み量、交流磁場照射による温度上昇はTPPの有無に関わらずに同等であった。一方で、細胞生存率に関してはTPP無しの場合、70%程度であったのに対して、TPPありの場合、40%程度まで低下しており、効果的に細胞を殺傷していることが確認できた。さらに、当該粒子を取り込ませた上記細胞を電子顕微鏡によって観察したところ、TPP提示粒子の方が優位にミトコンドリアに集積していることが確認できた。
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現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
ミトコンドリア標的型磁性粒子の構築は完了し、ガン細胞をモデルとして標的性や機能確認を終えることができている。それらの結果を論文としてまとめることができている。
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今後の研究の推進方策 |
構築したミトコンドリア標的型磁性ナノ粒子をヒトiPS細胞に取りませ、上記と同様に取り込み量及び交流磁場による発熱、さらに電子顕微鏡を用いたミトコンドリアへの集積を評価する予定である。それらの評価と同時に、ネオジム磁石を用いた細胞内の局所物理刺激などの負荷と細胞応答評価を行っていく。
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