| 研究領域 | 革新的ナノテクノロジーによる脳分子探査 |
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| 研究課題/領域番号 |
21H05090
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
安楽 泰孝 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任准教授 (60581585)
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| 研究分担者 |
中木戸 誠 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (80784511)
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| 研究期間 (年度) |
2021-08-23 – 2024-03-31
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| キーワード | 高分子 / 脳 / ナノマシン / 抗体工学 |
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| 研究実績の概要 |
我々は高分子集合体を薬物送達システム(DDS)とし、脳への薬剤輸送を著しく制限する血液脳関門(BBB)を既法と比べ約100倍効率良く通過させ、これまでに類のない多量の薬剤を脳へ送達することに成功している。本研究課題では、この高分子集合体(ナノマシン)を基盤技術とし、高分子化学、材料科学、蛋白質工学的観点からさらに洗練し、従来の薬剤を疾患部位に送り届けるDDSではなく、既存技術では着想もしない「①BBBを効率的に通過」し、「②脳分子を回収(サンプリング)」、さらには「血液中に帰還する(リエントリー)」ことで、脳分子情報を知らせる『はやぶさ型ナノマシン』を構築し、中枢神経系(CNS)疾患の革新的診断法へと展開し、脳内外の物質移動研究に新たな学術的視点をもたらすことを目的とする。また脳分子と脳機能・疾患との関連を精査するA02分子脳病態班と、独自の高感度分析技術を駆使したマルチオミックス解析により微量の脳内成分の同定を行うA03極限検出班と連携し、「脳分子探査」の研究基盤構築に貢献する。
そこで既に確立している①BBBを効率的に通過させる方法論に加えて、上記の②サンプリング、③リエントリーといった異なる機能を、ナノマシン/ナノマシンを形成する高分子に空間的に制御された形で配置した多機能型高分子を構築することで、本研究で目的とするナノマシンを開発する。当該年度は、主に脳内から血液中にリエントリーする機能を有するナノマシンの開発、物性評価、動物を用いた評価を実施した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
サンプリング型ナノマシンを形成する高分子合成が順調に遂行したことから、計画を前倒しして、サンプリング型ナノマシンの構築とその機能評価までを検討した。
1) サンプリング型ナノマシンを構成する機能性ブロック共重合体の合成(全10STEP)を完了した。それぞれのSTEPで1H-NMR, HPLCでそれぞれの重合度, 構造や分散性について確認した。
2) 前年度までに抗体工学の技術を用いて調製したFcを直径100 nmのナノマシンに搭載しその物性評価を実施した。まず1粒子あたりの搭載本数は、添加するFc濃度によって0~12本まで制御できることを蛍光相関分光法で確認した。また得られたFc-ナノマシンは、マウスに尾静脈投与し血中循環性を評価したところ、いずれも高い血中滞留性を示すことが明らかになった。またFc-ナノマシンを脳内に直接投与し、血液中へのリエントリー能を評価した。Fcを搭載したナノマシンのみ、投与10分後に血液中にナノマシン由来の蛍光が確認されたことから、ナノマシンにFcを搭載することで脳内から血液中へリエントリーすることを実証した。
3) 1)で合成した高分子を用いて、サンプリング型ナノマシンの構築を検討した。まず血液中を模倣した環境では直径35 nmで単分散な粒子を形成することを確認した。その後、脳内を模倣した環境に上記の粒子を添加したところ、時間変化に伴って粒径が大きくなり、最大で150 nmまで成長した。それぞれのサンプルを透過型電子顕微鏡で観察したところ、当初の目的通り、血液中では高分子ミセル、脳内環境では高分子ベシクルを形成していることを確認した。
4) A02分子脳病態班にナノマシンを供給し、うつ病モデル動物を用いた体内動体評価を実施した。またA03班極限検出班にナノマシンを形成する高分子を供給し、脳内に局在する高分子の検出の有無に関して検討した。
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| 今後の研究の推進方策 |
「現在までの進捗状況」に記述した様に、本研究は当初の計画通りに進展していると自己評価される。今後の研究についても、当初の計画通りに以下の内容で推進して行く。
1)サンプリング型ナノマシンに関しては、まずはex vivoにおける構造変化を評価する。ここでは、ヒト由来の脳脊髄液にサンプリング型ナノマシンを添加し、構造変化を動的光散乱測定(DLS)で評価する。さらに精製したサンプルをA03班極限検出班に供給し、サンプリングした成分の解析を実施する。
2)リエントリー型ナノマシンについては、今年度までに表層に導入するFcの本数を制御することに成功し、いずれも高い血中循環性を示すことを明らかにした。構築した種々のFc導入本数を有するナノマシン(蛍光標識)を、脳脊髄液(CSF)中に局所投与し、脳実質から血流中への移行を蛍光検出器、in vivo 共焦点顕微鏡等で評価し、Fcの導入本数によるリエントリーの相違を明らかにする。
3)1), 2)で得られた結果を基に、「BBB通過機能」「サンプリング機能」「リエントリー機能」を併せ持つ「はやぶさ型ナノマシン」の開発を開始する。まずはすべての機能を組み込んだのちに、血液中での安定性を評価することで最適化を行う。
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