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2018 年度 実績報告書

高分子ナノ複合体による革新的生体分子機能操作

研究課題

研究課題/領域番号 15H01807
研究機関東京工業大学

研究代表者

丸山 厚  東京工業大学, 生命理工学院, 教授 (40190566)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2020-03-31
キーワード脂質膜 / ベシクルーシート転移 / 自立応答性 / くし型共重合体 / 高分子電解質複合体 / 時限応答
研究実績の概要

1.脂質シート形成に不可欠である親水性のデキストラン側鎖に注目し、グラフト率の異なるPAA-g-Dex (PDx : xはデキストランのグラフト率(mol%)) を合成した。PD8、PD10、PD13はE5存在下においてリポソームを脂質シートへと展開した。一方でPD6とPD26ではシートへの展開効果は示されなかった。効果的なベシクル・シート転移には、適切なグラフト率が必要であることがわかった。脂質シートの経時的な安定性を評価したところ、いずれのPAA-g-Dexとも脂質シートを100 %保持したのちに、PD8では約2時間、PD10では約3時間、PD13では約24時間でそれぞれ小胞に復帰した。すなわち、グラフト率を制御することによって脂質シートから小胞への時限応答を制御できた。
2.E5との複合体形成をpH応答的に制御するために様々な酸解離定数 (pKa) をもつ共重合体を合成した。酸塩基滴定によりPAA-g-PEG (PP) のpKaが9.2、Gly-PAA-g-PEG (GPP) のpKaが7.8、Ser-PAA-g-PEG (SPP) の pKaが7.0であることを確認した。これらの共重合体を用いてpH依存的な脂質膜形態を調査したところ、塩基性pHから中性pHへの変化において、各共重合体のpKaを境にしてリポソームから脂質シートへの転移が観察された。これは、共重合体がpKaを境にしてプロトン化し、E5と複合化することで脂質シートを形成したと考えられる。さらに共重合体の構造によらず、中性pHから酸性pHへの変化において、脂質シートからリポソームへの転移が観察された。これはE5がpKaを境にしてプロトン化し、共重合体との相互作用が弱くなったことで小胞へ復帰したと推測される。したがって、共重合体とペプチドのpKaに応じた脂質膜構造のpH応答制御が可能であることが見出された。

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

合成高分子により生体高分子の高次構造形成を制御し、機能を高める手法を、系統的に展開してきた。昨年まで、核酸酵素、核酸コンピューティングなどの核酸機能を顕著に高める合成高分子の構築に成功した。本年度は、ペプチドや生体膜の構造機能制御に概念の展開を図れることを確認した。さらに、生体高分子の構造・機能を自律的に制御する分子システムの基本概念の実証し、pH応答や時限応答する脂質膜デバイスの創成を実現した。本研究の概念を核酸、ペプチドそして脂質膜に展開しており、計画通りに進展していると判断できる。

今後の研究の推進方策

生体高分子構造の制御に必要な高分子構造・特性を抽出し、より機能が先鋭化した合成高分子の設計法を確立する。また、広範な刺激や環境因子に対して自立応答性する分子システムの構築を進める。また、核酸、ペプチドおよび脂質膜の構造安定化と機能強化に関わる機構をさらに明確にする必要があり、そのための検討を推進する。一方で、これらのシステムの生体環境における機能性を検証し、医療デバイスとしての可能性追求する。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件、 招待講演 5件)

  • [雑誌論文] Efficient PD-L1 gene silence promoted by hyaluronidase for cancer immunotherapy2019

    • 著者名/発表者名
      Guan Xiuwen、Lin Lin、Chen Jie、Hu Yingying、Sun Pingjie、Tian Huayu、Maruyama Atsushi、Chen Xuesi
    • 雑誌名

      Journal of Controlled Release

      巻: 293 ページ: 104~112

    • DOI

      10.1016/j.jconrel.2018.11.022

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Photo-regulatable DNA isothermal amplification by template-mediated ligation2019

    • 著者名/発表者名
      Cheng Bohao、Kashida Hiromu、Shimada Naohiko、Maruyama Atsushi、Asanuma Hiroyuki
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 55 ページ: 1080~1083

    • DOI

      10.1039/c8cc09218d

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fluorescence Redox Blinking Adaptable to Structural Analysis of Nucleic Acids2018

    • 著者名/発表者名
      Miyata Takafumi、Shimada Naohiko、Maruyama Atsushi、Kawai Kiyohiko
    • 雑誌名

      Chemistry - A European Journal

      巻: 24 ページ: 6755~6761

    • DOI

      10.1002/chem.201705668

    • 査読あり
  • [雑誌論文] DNA Computing Boosted by a Cationic Copolymer2018

    • 著者名/発表者名
      Shimada Naohiko、Saito Ken、Miyata Takafumi、Sato Hiroki、Kobayashi Satoshi、Maruyama Atsushi
    • 雑誌名

      Advanced Functional Materials

      巻: 28 ページ: 1707406~1707406

    • DOI

      10.1002/adfm.201707406

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Thermoresponsive Cationic Comb-Type Copolymer Enhances Membrane Disruption Activity of an Amphiphilic Peptide2018

    • 著者名/発表者名
      Masuda Tsukuru、Shimada Naohiko、Maruyama Atsushi
    • 雑誌名

      Biomacromolecules

      巻: 19 ページ: 1333~1339

    • DOI

      10.1021/acs.biomac.8b00197

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Allosteric Control of Peroxidase-Mimicking DNAzyme Activity with Cationic Copolymers2018

    • 著者名/発表者名
      Sato Hiroki、Shimada Naohiko、Masuda Tsukuru、Maruyama Atsushi
    • 雑誌名

      Biomacromolecules

      巻: 19 ページ: 2082~2088

    • DOI

      10.1021/acs.biomac.8b00201

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ionic-crosslinked polysaccharide/PEI/DNA nanoparticles for stabilized gene delivery2018

    • 著者名/発表者名
      Zhang Ying、Lin Lin、Liu Liang、Liu Feng、Maruyama Atsushi、Tian Huayu、Chen Xuesi
    • 雑誌名

      Carbohydrate Polymers

      巻: 201 ページ: 246~256

    • DOI

      10.1016/j.carbpol.2018.08.063

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Rational Design of UCST-type Ureido Copolymers Based on a Hydrophobic Parameter2018

    • 著者名/発表者名
      Shimada Naohiko、Sasaki Taira、Kawano Takakuni、Maruyama Atsushi
    • 雑誌名

      Biomacromolecules

      巻: 19 ページ: 4133~4138

    • DOI

      10.1021/acs.biomac.8b01152

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Highly Ordered Polypeptide with UCST Phase Separation Behavior2018

    • 著者名/発表者名
      Kuroyanagi Sotaro、Shimada Naohiko、Fujii Shota、Furuta Tadaomi、Harada Atsushi、Sakurai Kazuo、Maruyama Atsushi
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 141 ページ: 1261~1268

    • DOI

      10.1021/jacs.8b10168

    • 査読あり
  • [学会発表] 人工シャペロン高分子の創製と生体分子機能制御2019

    • 著者名/発表者名
      丸山厚
    • 学会等名
      クラスター・概算合同シンポ
    • 招待講演
  • [学会発表] Reversible vesicle-to-sheet transformation of lipid bilayer by polycation-chaperoned peptide systems2018

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Maruyama
    • 学会等名
      12th International Symposium on Nanomedicine
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Functional Polymers for Biomolecular Engineering2018

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Maruyama
    • 学会等名
      International Conference on Advances in Polymer Science & Technology
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Rationale design of UCST-type ureido copolymers based on a hydrophobic parameter2018

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Maruyama
    • 学会等名
      6th International Biomaterials Symposium
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 人工シャペロンの創製と生体分子機能制御2018

    • 著者名/発表者名
      丸山厚
    • 学会等名
      第67回高分子学会年次大会
    • 招待講演

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公開日: 2019-12-27  

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