肝臓の標的細胞治療を目指したスーパーバイオミメティック高分子超構造体の設計

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09308035
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 赤池 敏宏 東京工業大学, 生命理工学部, 教授 (30101207)
• 研究分担者: 竹井 謙之 大阪大学, 医学部, 医員 ; 丸山 厚 東京工業大学, 生命理工学部, 助手 (40190566) ; 渡辺 恵史 東京工業大学, 生命理工学部, 助手 (40231013)
• キーワード: 肝細胞 / アシアロ糖タンパク質モデル高分子(PVLA) / 肝細胞の形態や増殖 / 分化 / 増殖因子 / 水晶発振子マイクロバランス(QCM)法 / 原子間力顕微鏡

研究概要

当研究室では、これまでに生体外で肝細胞の諸機能を制御する目的で、肝細胞の特異的認識を模倣する材料としてアシア口糖タンパク質モデル高分子(PVLA)を開発した。また、高分子ミセルとしてのPVLA水溶液を濃度を変えて吸着させることによって、肝細胞の形態や増殖/分化の制御、さらに肝組織様の多層集合体を形成させることができることを報告してきた。本研究では、肝細胞の形態および機能を制御するメカニズムを解明するために、まず材料サイドからのアプローチとして、吸着したPVLAの定量的解析と分布状態の解析を行った。さらに、PVLAの吸着制御を介して肝細胞の形態を制御することによって、第二のシグナルとなる増殖因子(EGFなど)の作用、(細胞増殖活性と細胞移動活性)を明確にスイッチさせうることを見出した。
PVLAによる肝細胞の形態および機能の制御メカニズムを解明する目的で、高分子ミセル(超構造)の構造に着目しつつ、吸着特性を解析した。PVLAの吸着量および分布状態をそれぞれ水晶発振子マイクロバランス(QCM)法および原子間力顕微鏡(AFM)を用いて解析した。高濃度(0.01wt.%)のPVLA水溶液からPSt表面へPVLAを吸着させた場合、PVLAが吸着平衡に達する時間はおよそ10分であった。PVLAの水溶液濃度とPSt表面への吸着量の関係は、Langmuirの吸着等温線に乗ることが分かった。還流型QCM測定システムを開発して測定した結果、PSt表面へ吸着したPVLAは、水に対して強固に安定であるが、界面活性化剤およびアセトニトリルの添加によって容易に脱着することが分かった。また、PVLAは水中で会合しており、その平均粒径はおよそ30-40nmであるが、尿素の添加によって粒径が約半分に減少する。以上の結果から、PVLAは分子間で主に水素結合によって会合体を形成し、PSt表面には疎水結合によって安定に吸着していることが示唆された。一方、吸着したPVLA会合体の分布状態を観察すると、PVLAはドメイン状態で吸着し、低吸着では不連続相、高濃度では連続相として観察できる。さらに、PVLA水溶液に尿素を添加して、PVLAの会合状態を解除してPSt表面にPVLAを吸着させた場合、この連続相・不連続相の違いに基づく細胞応答のスイッチングがPVLAのより小さな吸着量差で起こることが見出された。

研究成果

• [文献書誌] A.Maruyama, T.Ishihara, J.S.Kim, S.W.Kim, T.Akaike: "Design of multi-functional nanoparticles as a DNA carrier" Colloids and Surfaces. (in press).
• [文献書誌] A.Ferdous, A.Maruyama, H.Watanabe, T.Akaike.: "Poly (L-lysine)-graft-dextran copolymer is a novel stabilizer of triplex DNA (II): Stabilization of poly (dA)・2poly (dT) triplex" Nucleic Acid Sym. Ser.37. 301-302 (1997)
• [文献書誌] Shoichiro Asayama, Atsushi Maruyama, Chong-Su Cho, and Toshihiro Akaike.: "Design of Comb-Type Polyamine Copolymers for a Novel pH-Sensitive DNA Carrier." Bioconjugate Chemistry. 8. 833-838 (1997)
• [文献書誌] Yoshifumi.Watanabe, Itsuki.Ajioka, Toshihiro.Akaike.: "Gene transfection of multicellular spheroid of hepatocytes on an artificial substrate." Cytotechnology. (in press).
• [文献書誌] Kazukiyo Kobayashi, Emiko Tawada, Toshihiro Akaike, Taichi Usui.: "Artificial glycopolypeptide conjugates : simple synthesis of lactose-and N, N′-diacetylchitobiose-substituted poly (L-glutamic acid)s through N-β-glycoside linkages and their interaction with lectins." Biochimica et Biophysica Acta. 1336. 117-122 (1997)
• [文献書誌] Kazukiyo Kobayashi, Akiko Tuchida, Taichi Usui, Toshihiro Akakike.: "A New Type of Artificial Glycoconjugate Polymers : A Convenient Synthesis and Their Interaction with Lectins." Macromolecules. 30(7). 2016-2020 (1997)
• [文献書誌] A.Maruyama, T.Ishihara, T.Akaike, J.S.Kim, S.W.Kim.: "A nanoparticle DNA carrier with poly (L-lysine) grafted polysaccharidecopolymer and poly (D, L-lactic acid)" Bioconjugate Chem. 8. 735-742 (1997)
• [文献書誌] C.S.Cho, Y.I.Jeong, T.Ishihara, R.Takei, J.U.Park, K.H.Park, A.Maruyama, T.Akaike.: "Simple preparation of nanoporticles coated with carbohydrate-carrying polymers" Biomaterials.18. 323-326 (1997)
• [文献書誌] K.H.Park, R.Takei, M.Goto, A.Maruyama, A.Kobayashi, K.Kobayashi, T.Akaike.: "Specific interaction between erythrocyte and glucose carrying polymer mediated by type-1 glucose transporter (GLUT-1) on cell membrane" J. Biochem.121. 997-1001 (1997)
• [文献書誌] Atsushi Maruyama, Tsutomu Ishihara, Jin-Seok Kim, Sung Wan Kim, and Toshihiro Akaike.: "Nanoparticle DNA Carrier with Poly (L-lysine) Grafted Polysaccharide Copolymer and Poly (D, L-lactice acid)" Bioconjugate Chemistry. 8(5). 735-742 (1997)
• [文献書誌] Ryotaro Takei, Keun-Hong Park, Hirohiko Ise, Atsushi Maruyama,Ph.D., Yasuhito Ebara,Ph.D., Yoshio Okahata,Ph.D., and Toshihiro Akaike,Ph.D.: "Coated Antireceptor Antibody as an Extracellular Matrix for Liver Tissue Engineering." Tissue Engineering. 3(3). 281-288 (1997)
• [文献書誌] Chong-Su Cho, Jae-Bok Cheon, Young-Il Jeong, In-Sook Kim, Sung-Ho Kim. Toshihiro Akaike: "Novel core-shell type thermo-sensitive nanoparticles composed of poly (γ-benzyl L-glutamate) as the core and poly (N-isopropylacrylamide) as the shell." Macromal. Rapid Commun.18. 361-369 (1997)