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2011 年度 実績報告書

細胞内応答駆動型超分子によるバイオ分子間反応解析

計画研究

研究領域ナノメディシン分子科学
研究課題/領域番号 23107004
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

研究機関東京医科歯科大学

研究代表者

由井 伸彦  東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 教授 (70182665)

研究分担者 金野 智浩  東京大学, 大学院・工学系研究科, 特任准教授 (80371706)
徐 知勲  東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 助教 (20611544)
キーワード動的超分子 / ポリロタキサン / 細胞内分解 / 細胞内取り込み
研究概要

本年度は、細胞内での分子間反応を解析する動的超分子の基盤として、環状分子としてα-シクロデキストリン(α-CD)、線状高分子としてポリエチレングリコール(PEG)を用いて種々の細胞内分解性基をPEG末端に有するポリロタキサンを合成し、その細胞内分子反応の基礎となる解析を行った。具体的には、細胞内還元環境下で分解するジスルフィド結合、細胞小胞内など低pH下で分解するアセタール基をそれぞれPEG両末端に導入したポリロタキサンを合成した。その上で、タンパク質や核酸など有用物質の細胞内送達、細胞膜タンパク質との相互作用、および細胞内取り込みを制御するために、CD側鎖に疎水性基(メトキシ基)あるいはカチオン性基(ジメチルアミノエチル基)を導入した。これらポリロタキサンを用いて、核酸(pDNAおよびsiRNA)との複合体形成および核酸放出特性を解析した。また、細胞毒性を培養HeLa細胞を用いたMTTアッセイにより評価した。更に、来年度以降にポリロタキサンの細胞内挙動を共焦点レーザー顕微鏡およびFACSにより定量的に解析する目的で、CD側鎖に蛍光物質を導入した。カチオン性基を導入した細胞内分解性ポリロタキサンと核酸との複合体形成については、pDNAではカチオン/アニオン比に依存した傾向が、siRNAではモル比依存性がそれぞれ認められた。またこれら核酸の放出特性解析から、siRNAとの複合体がpDNAよりも粗であることが示された。こうした結果から、pDNAとsiRNAとではポリロタキサンとの複合体形成の機構が異なっていることが明らかとなった。また、種々のカチオン性基を有する細胞内分解性ポリロタキサンの細胞毒性をMTTアッセイにより評価した。対照として用いたポリエチレンイミンではカチオン濃度依存的な強い細胞毒性が認められたが、ポリロタキサンの毒性ははるかに軽微であり、カチオン濃度依存性の低いことがわかった。これより、カチオン性基を導入した細胞内分解性ポリロタキサンでは、カチオン性基が導入されているCDの運動性やポリロタキサン骨格による分子剛直性などによって細胞膜構造を破壊するような強い相互作用を回避しているものと推測された。

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

9月からの半年間に、今後の研究期間で検討する研究を展開するために必要な基盤としての超分子の合成の基礎を確立した。また次年度にむけて細胞内解析のための手法の予備検討を開始しており、研究が概ね良好に進展していると考えている。

今後の研究の推進方策

来年度は、本年度に確立した方法によって細胞内で機能する超分子を種々に合成し、それを細胞外からのエンドサイトーシスによって、あるいは細胞内へのマイクロインジェクションによって細胞内部へ導入し、その細胞内動態を定量的かつ視覚的に解析していく。特に超分子の構造パラメーターと細胞内取り込みあるいは細胞内機能との関係を広範囲に検討し、次年度以降の細胞内バイオ分子反応解析の方法論を確立していく。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2012 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 図書 (1件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Different Mechanisms for nanoparticle formation between pDNA and siRNA using polyrotaxane as the polycation2012

    • 著者名/発表者名
      Y.Yamada, M.Hashida, T.Nomura, H.Harashima, Y.Yamasaki, K.Kataoka, A.Yamashita, R.Katoono, N.Yui
    • 雑誌名

      ChemPysChem

      巻: 13(印刷中)

    • DOI

      Doi:10.1002/cphc.201100800

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantitative and mechisim-based investigation of post-nuclear gene delivery events for transgene expression by biocleavable polyrotaxanes with well controlled cationic density2012

    • 著者名/発表者名
      Y.Yamada, T.Nomura, H.Harashima, A.Yamashita, N.Yui
    • 雑誌名

      Biomaterials

      巻: 33(印刷中)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 硫酸化糖鎖高分子によるグリコサミノグリカンモデルポリマーの合成とアミロイド阻止機能2012

    • 著者名/発表者名
      三浦佳子、坂本祥吾、福田知博、由井伸彦
    • 雑誌名

      高分子論文集

      巻: 69 ページ: 47-53

    • DOI

      Doi:10.1295/koron.69.47

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Continuous preparation of a spherical phospholipid polymer hydrogel for cell encapsulation using a flow-focusing microfluidic channel device2012

    • 著者名/発表者名
      T.Aikawa, T.Konno, M.Takai, K.Ishihara
    • 雑誌名

      Langmuir

      巻: 28 ページ: 2145-2150

    • DOI

      doi:10.1021/la2037586

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Regulation of cell proliferation by multilayered phospholipid polymer hydrogel coatings through controlled release of paclitaxel2012

    • 著者名/発表者名
      J.Choi, T.Konno, M.Takai, K.Ishihara
    • 雑誌名

      Biomaterials

      巻: 33 ページ: 954-961

    • DOI

      doi:10.1016/j.biomaterials.2011.10.006

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fabrication of polymeric electron-transfer mediator/enzyme hydrogel multilayer on an Au electrode in a layer-by-layer process2012

    • 著者名/発表者名
      Z.Li, I.Konno, M.Takai, K.Ishihara
    • 雑誌名

      Biosensors and Bioelectronics

      巻: 34 ページ: 191-196

    • DOI

      doi:10.1016/j.bios.2012.01.042

    • 査読あり
  • [図書] 未来医療を支える先端バイオマテリアル2012

    • 著者名/発表者名
      由井伸彦
    • 出版者
      エヌティーエス(印刷中)
  • [備考]

    • URL

      http://www.tmd.ac.jp/i-mde/www/material/index3.html

  • [備考]

    • URL

      http://www.labonet.info/yui/

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公開日: 2013-06-26  

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