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天然由来ペプチドの膜反応制御と膜透過可能な開閉制御型薬剤キャリアへの応用

研究課題

研究課題/領域番号 23K13773
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分34020:分析化学関連
研究機関金沢大学

研究代表者

坂江 広基  金沢大学, 物質化学系, 助教 (00779895)

研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2024年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2023年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
キーワード液液界面 / 生体膜模倣界面 / 分光電気化学 / 細胞膜透過ペプチド / 薬剤キャリア / 分子包接 / アポフェリチン / 細胞膜透過性ペプチド / 分子キャリア
研究開始時の研究の概要

本研究では、(1)液液界面(ITIES)にリン脂質膜を展開した生体膜模倣界面をにおける分光電気化学的手法(PMF)によって、細胞膜透過性ペプチド(CPP)としての可能性を秘めたε-ポリ-L-リジン(εPL)の動的な膜透過反応機構を詳細に解明し制御する。(2)生体関連色素やモデルタンパク質、臨床利用を見据えた薬剤キャリアのεPL修飾体を作製し、PMF解析によって膜透過に対するεPLの効果を解明する。本研究は、薬効を向上させる新たなCPPの合理的な設計法の開発や、膜透過を可能にさせた新規の開閉制御型薬剤キャリアによる高機能なドラッグデリバリーシステム(DDS)の構築につながるものである。

研究実績の概要

天然由来で生体毒性の無い細胞膜透過性ペプチド(CPP)であるε-ポリ-L-リジン(εPL)に蛍光性のカルボキシフルオレセイン(FAM)を修飾することで(εPL-FAM)分光電気化学測定を可能にし、εPL-FAMの水|1,2-ジクロロエタン(DCE)界面あるいはリン脂質膜を形成させた生体膜模倣界面における反応機構を、電位変調蛍光分光法で解析した。水|DCE界面と比較すると、生体膜模倣界面ではリン脂質膜との静電相互作用によって界面吸着し易く、そのため相間移動も促進されることが明らかとなった。従来から合成されているCPPであるオクタアルギニン(R8)を用いた比較研究では、R8の膜吸着性がεPLよりも高く、膜透過機構も両者で異なることが明らかとなった。さらに、高分子医薬品送達を志向して、通常は膜透過能を示さない蛍光性タンパク質の単量体アザミグリーン(mAG)にεPL修飾を施した(εPL-mAG)。εPL-mAGの膜透過を達成し、現在、その機構を分光電気化学的に研究している。
また、鉄貯蔵タンパク質であるアポフェリチン(AFt)の分子包接特性と界面反応機構を研究した。AFtによる難溶性薬剤の可溶化を達成し、薬剤包接AFtの界面反応機構も明らかにしつつある。一方で、AFtへのεPL修飾は難航しているため、より詳細な条件検討が必要である。

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

当初、計画していたεPLおよびεPL修飾タンパク質の膜反応の分光電気化学解析を達成し、それらとリン脂質膜との相互作用と膜透過機構を解明できた。また、AFtへのεPL修飾は難航しているが、AFtの包接特性を定量的に評価できた。得られた知見は、今後の開閉制御型薬剤キャリアの開発に応用できる。

今後の研究の推進方策

より生体膜表面に近い界面で研究を行う。これまでの両性リン脂質膜にカチオン・アニオン性脂質を添加した生体膜模倣界面におけるεPLの反応特性を分光電気化学的に研究する。また、溶液中に含まれるイオンのサイズや親水・疎水性を変化させ、εPLの膜透過に及ぼす周辺環境の影響を精査する。
AFtへの包接法の最適化を検討する。酸・塩基反応によるケージ開閉による包接だけでなく、AFtの疎水性チャネルを利用した開閉を伴わない内部への輸送を試みる。薬剤内包AFtの薬剤放出能を定量的に評価し、AFtを薬剤キャリアとして利用する。他方、AFtへのεPL修飾も引き続き試みる。修飾が難航した場合は、生体関連色素やモデル高分子タンパク質へのεPL修飾を行い、AFtへのεPL修飾に対する知見を得る。モデル物質のεPL修飾体の界面反応機構を分光電気化学的に解明し制御することで、εPL修飾アポフェリチンの膜透過反応研究に応用できる知見を得る。

報告書

(1件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Spectroelectrochemical Analysis of Ion Transfer Mechanisms of Mitoxantrone at Liquid|Liquid Interfaces: Effects of Zwitterionic Dendrimer and Phospholipid Layer2024

    • 著者名/発表者名
      Mashita Ryuto、Sakae Hiroki、Nishiyama Yoshio、Nagatani Hirohisa
    • 雑誌名

      Langmuir

      巻: 40 号: 4 ページ: 2111-2119

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.3c02980

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Phase transfer mechanisms of fluorophore-labeled cell-penetrating peptide ε-poly-l-α-lysine at liquid|liquid interfaces2023

    • 著者名/発表者名
      Sakae Hiroki、Takeuchi Yamato、Maruyama Chitose、Hamano Yoshimitsu、Nagatani Hirohisa
    • 雑誌名

      Electrochimica Acta

      巻: 462 ページ: 142769-142769

    • DOI

      10.1016/j.electacta.2023.142769

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Flow Injection Spectrophotometric Determination of Chloride Ion in Glacial Acetic and Monochloroacetic Acids Using o-Nitroaniline with Nitrite2023

    • 著者名/発表者名
      Takashi Yokoyama、Kairi Kuzume、Eri Fukuda、Tsutomu Shimizu、Shuhei Kuroda、Tsuyoshi Imagawa、Yusaku Ochi、Daisuke Kawamoto、Hiroki Sakae
    • 雑誌名

      Journal of Flow Injection Analysis

      巻: 40 ページ: 43-43

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Selective determination of formaldehyde by high-performance liquid chromatography with porous graphitic carbon column using N,N′-bis(9-anthrylmethyl)propane-1,3-diamine as derivatizing reagent2022

    • 著者名/発表者名
      Yokoyama Takashi、Andoh Yoshiyuki、Kunisawa Takanori、Mineda Kazutaka、Inoue Maika、Shimoda Kohsuke、Yoshise Masakazu、Hyohdoh Shohta、Yamamoto Masashi、Akai Toshiya、Takano Kouhei、Hashitani Hiroyuki、Hirawa Mayuko、Masuda Wakako、Yoden Nozomi、Sakae Hiroki、Zenki Michio
    • 雑誌名

      Analytical Sciences

      巻: 39 ページ: 285-295

    • DOI

      10.1007/s44211-022-00240-1

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 難溶性薬剤の可溶化と界面反応挙動に及ぼすアポフェリチンの効果2023

    • 著者名/発表者名
      鈴木 佑唯, 坂江 広基, 西山 嘉男, 永谷 広久
    • 学会等名
      「分析中部・ゆめ21」若手交流会第23回高山フォーラム
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 液液界面におけるbis-MPA-COOHデンドリマーとカチオン性ポルフィリンの相互作用2023

    • 著者名/発表者名
      山本 直央, 坂江 広基, 西山 嘉男, 永谷 広久
    • 学会等名
      「分析中部・ゆめ21」若手交流会第23回高山フォーラム
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] ε-ポリ-L-リジン修飾蛍光性タンパク質の液液界面における相間移動挙動2023

    • 著者名/発表者名
      髙田 夏帆, 坂江 広基, 武内 大和, 大塚 早葉, 丸山 千登勢, 濱野 吉十, 西山 嘉男, 永谷 広久
    • 学会等名
      2023年度日本化学会北陸地区講演会と研究発表会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 坂江 広基2023

    • 著者名/発表者名
      液液界面における薬剤キャリアの膜透過機構の分光電気化学的研究
    • 学会等名
      第10回物質化学専攻フォーラム
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 髙田 夏帆2023

    • 著者名/発表者名
      ε-ポリ-L-リジン修飾蛍光性タンパク質の液液界面における相間移動挙動
    • 学会等名
      第10回物質化学専攻フォーラム
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 液液界面における細胞膜透過性ペプチド修飾色素の吸着反応挙動2023

    • 著者名/発表者名
      坂江 広基, 武内 大和, 丸山 千登勢, 濱野 吉十, 西山 嘉男, 永谷 広久
    • 学会等名
      第69回ポーラログラフィーおよび電気分析化学討論会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] ε-ポリ-L-リジン修飾蛍光性タンパク質の液液界面における相間移動挙動2023

    • 著者名/発表者名
      髙田 夏帆, 坂江 広基, 武内 大和, 大塚 早葉, 丸山 千登勢, 濱野 吉十, 西山 嘉男, 永谷 広久
    • 学会等名
      日本分析化学会第72年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Interfacial Behavior of Fluorescence-Labeled Cell-Penetrating Peptides at Liquid/Liquid Interfaces2023

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Sakae, Yamato Takeuchi, Chitose Maruyama, Yoshimitsu Hamano, Hirohisa Nagatani
    • 学会等名
      74th Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 過渡回折格子法に基づく銀ナノ粒子粒径評価2023

    • 著者名/発表者名
      西山 嘉男, 榊原 叶将, 坂江 広基, 永谷 広久
    • 学会等名
      第83回分析化学討論会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 坂江 広基, 武内 大和, 丸山 千登勢, 濱野 吉十, 西山 嘉男, 永谷 広久2023

    • 著者名/発表者名
      生体膜模倣界面における蛍光標識化ε-ポリ-L-リジンの膜透過機構の分光電気化学解析
    • 学会等名
      第83回分析化学討論会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 分析試薬フリーな液体クロマトグラフィーによるヒスチジンの選択的分離分析2023

    • 著者名/発表者名
      横山 崇,豊田 晴菜,藤井 弘人,東 由大,岩井 亜美,上杉 俊樹,坂元 星菜,川本 大祐,坂江 広基
    • 学会等名
      第59回フローインジェクション分析講演会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書

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公開日: 2023-04-13   更新日: 2024-12-25  

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