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2017 年度 実績報告書

異常ミトコンドリアを認識する遺伝子治療用ナノカプセルの構築

研究課題

研究課題/領域番号 17H02094
研究機関北海道大学

研究代表者

山田 勇磨  北海道大学, 薬学研究院, 准教授 (60451431)

研究分担者 田村 篤志  東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 助教 (80631150)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード薬物送達 / ミトコンドリア
研究実績の概要

本申請研究では、ミトコンドリア(Mt) 標的型ナノカプセル (MITO-Porter)を用いて標的Mt へ遺伝子発現制御装置を運搬し、Mt 機能を遺伝子レベルで治療する事を目的とする。H29年度は、下記の項目を中心に研究を遂行した。
1. 疾患細胞Mt標的型ナノカプセルの構築
疾患細胞導入能を有する新型のMITO-Porterを開発した。本研究では、mtDNAのRNAに点変異を有するMt病患者由来・皮膚細胞を自治医科大学小児科より提供頂き検討を行った。研究を遂行するにあたり、自主臨床研究 『ミトコンドリア病に対する医療用ナノカプセルの創製に向けた検討』を北海道大学薬学部・自治医科大学小児科の2施設に申請・承認を得た。ナノカプセルの細胞内動態の最適化は、 蛍光標識を施したナノカプセルをRNA変異細胞に導入して実施する。細胞導入能の評価 (フローサイトメトリーの利用)、細胞内動態観察 (共焦点レーザースキャン顕微鏡の利用)を行い、粒子径・機能素子修飾量などを調整し細胞導入能、Mt送達能を最適化した。
2. Mt遺伝子治療用核酸 (DNAおよびRNA)の設計・評価
治療用分子をコードするプラスミドDNAとして、RNA変異細胞が有する変異型RNAに対応する正常型RNAをコードした複数種のpX-RNAを設計した。さらに、治療用RNAとして正常型RNAをコードしたRNA断片も複数種調製する事に成功した。

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

自主臨床研究 『ミトコンドリア病に対する医療用ナノカプセルの創製に向けた検討』を整備し、疾患細胞導入能を有する新型のMITO-Porterの開発に成功した。また、治療用分子をコードするプラスミドDNAとして、RNA変異細胞が有する変異型RNAに対応する正常型RNAをコードした複数種のpX-RNAを設計した。さらに、当初予定になかった治療用RNAとして正常型RNAをコードしたRNA断片も複数種調製する事に成功した。ここまでに示した内容はH29年度に計画した全ての研究内容が網羅されており、研究の目的を達成する多くの成果を得ることができた。以上より、現在までの達成度は『当初の計画以上に進展している』と判断した。

今後の研究の推進方策

平成30年度は、『異常Mtを認識する環境応答性ナノ粒子の構築・遺伝子発現評価』を中心に下記に記載した計画で研究を進める予定である。
①異常Mtを認識する環境応答性ナノ粒子の構築
異常Mtと正常Mtでは、Mt内部の環境が多く異なる。本研究では、異常Mt内部でナノ粒子から核酸が放出する環境応答性を付与する。そのため、異常Mtの特徴的環境でナノ粒子が崩壊するように、人工カチオニックポリマーを用いてナノ粒子を形成する。本ナノ粒子は、正常Mt内部ではナノ粒子構造を保持するが、異常Mt環境でポリマーが分解する異常Mt内での核酸放出が期待できる。
②疾患細胞での遺伝子発現の検証
環境応答性ナノ粒子にこれらのDNA(またはRNA)を含有させた粒子を搭載したMITO-Porterを構築する。その後、疾患細胞へ投与し、正常型および異常型のRNAの比率を測定し、遺伝子治療効果を評価する予定である。

備考

「ミトコンドリア病」の新しい治療法の研究開発を目指す創薬プロジェクト『7 SEAS PROJECT』の構成メンバーとなり、研究成果を医薬品へと発展させ、医療・経済・社会への貢献を目指し、新たな研究を計画・推進中である。

  • 研究成果

    (26件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 3件、 招待講演 10件) 備考 (3件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] In Vivo Transgene Expression in the Pancreas by the Intraductal Injection of Naked Plasmid DNA2018

    • 著者名/発表者名
      Yamada Yuma、Tabata Mai、Abe Jiro、Nomura Masatoshi、Harashima Hideyoshi
    • 雑誌名

      J Pharm Sci

      巻: 107 ページ: 647~653

    • DOI

      10.1016/j.xphs.2017.09.021

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mitochondrial transgene expression via an artificial mitochondrial DNA vector in cells from a patient with a mitochondrial disease2018

    • 著者名/発表者名
      Ishikawa Takuya、Somiya Kana、Munechika Reina、Harashima Hideyoshi、Yamada Yuma
    • 雑誌名

      J Control Res

      巻: 274 ページ: 109~117

    • DOI

      10.1016/j.jconrel.2018.02.005

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mitochondrial Delivery of Doxorubicin Using MITO-Porter Kills Drug-Resistant Renal Cancer Cells via Mitochondrial Toxicity2017

    • 著者名/発表者名
      Yamada Yuma、Munechika Reina、Kawamura Eriko、Sakurai Yu、Sato Yusuke、Harashima Hideyoshi
    • 雑誌名

      J Pharm Sci

      巻: 106 ページ: 2428~2437

    • DOI

      10.1016/j.xphs.2017.04.058

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Packaging of the Coenzyme Q10 into a Liposome for Mitochondrial Delivery and the Intracellular Observation in Patient Derived Mitochondrial Disease Cells2017

    • 著者名/発表者名
      Yamada Yuma、Burger Laila、Kawamura Eriko、Harashima Hideyoshi
    • 雑誌名

      Biol Pharm Bull

      巻: 40 ページ: 2183~2190

    • DOI

      10.1248/bpb.b17-00609

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optical control of mitochondrial reductive reactions in living cells using an electron donor?acceptor linked molecule2017

    • 著者名/発表者名
      Takano Yuta、Munechika Reina、Biju Vasudevanpillai、Harashima Hideyoshi、Imahori Hiroshi、Yamada Yuma
    • 雑誌名

      Nanoscale

      巻: 9 ページ: 18690~18698

    • DOI

      10.1039/c7nr06310e

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Validation of the use of an artificial mitochondrial reporter DNA vector containing a Cytomegalovirus promoter for mitochondrial transgene expression2017

    • 著者名/発表者名
      Yamada Yuma、Ishikawa Takuya、Harashima Hideyoshi
    • 雑誌名

      Biomaterials

      巻: 136 ページ: 56~66

    • DOI

      10.1016/j.biomaterials.2017.05.016

    • 査読あり
  • [雑誌論文] ミトコンドリアを標的とする核酸医薬研究2017

    • 著者名/発表者名
      山田勇磨
    • 雑誌名

      医学のあゆみ

      巻: 262 ページ: 142-146

  • [学会発表] ミトコンドリア機能を制御するナノカプセルの開発2018

    • 著者名/発表者名
      山田勇磨
    • 学会等名
      第6回ミトコンドリア機能研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 膵島ミトコンドリアを標的とした分子送達技術の開発および糖尿病治療への展開2018

    • 著者名/発表者名
      山田勇磨
    • 学会等名
      日本薬学会 第138年会
    • 招待講演
  • [学会発表] ミトコンドリア病の遺伝子改変治療2018

    • 著者名/発表者名
      山田 勇磨
    • 学会等名
      H29 年度 村山班ミトコンドリア病診断・診療マニュアル作成委員拡大合宿
    • 招待講演
  • [学会発表] 治療用RNA搭載ミトコンドリア標的型リポソームによる遺伝子治療戦略の検証2018

    • 著者名/発表者名
      宗宮加奈、山田勇磨、河村恵理子、宮内彰彦、小坂仁、原島秀吉
    • 学会等名
      日本薬学会 第138年会
  • [学会発表] ミトコンドリアを診る・操る・治すDrug Delivery System2017

    • 著者名/発表者名
      山田勇磨
    • 学会等名
      第2回先端ケミカルバイオロジー研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] ミトコンドリアDDSの開発と医療分野への展開2017

    • 著者名/発表者名
      山田勇磨
    • 学会等名
      第11回 次世代を担う若手医療薬科学シンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] 癌細胞ミトコンドリアを標的とした光殺細胞効果の検証2017

    • 著者名/発表者名
      山田 勇磨、高野勇太、宗近玲那、福田豊、今堀博、原島秀吉
    • 学会等名
      第70回日本酸化ストレス学会学術集会
  • [学会発表] ミトコンドリアDDSを基盤とした遺伝子・細胞治療への展開2017

    • 著者名/発表者名
      山田 勇磨、原島秀吉
    • 学会等名
      第33回日本DDS学会
    • 招待講演
  • [学会発表] Validation of mitochondrial gene therapy using a MITO-Porter2017

    • 著者名/発表者名
      Yamada Y, Harashima H
    • 学会等名
      8th SFRR-Asia & 14th ASMRM
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ミトコンドリア標的型ナノカプセルMITO-Porterを基盤とした遺伝子治療への挑戦2017

    • 著者名/発表者名
      山田 勇磨、原島秀吉
    • 学会等名
      第59回日本先天代謝異常学会
    • 招待講演
  • [学会発表] Nano-drug delivery system for mitochondrial gene therapy2017

    • 著者名/発表者名
      Yamada Y, Harashima H
    • 学会等名
      The 18th International Union of Materials Research Societies, International Conference in Asia (IUMRS-ICA) 2017
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] PIポリアミドによる病因性ミトコンドリアDNA変異関連疾患の治療2017

    • 著者名/発表者名
      越川 信子、渡部 隆義、篠崎 喜脩、高取 敦志、安井 七海、リン ジェイソン、山田 勇磨、原島 秀吉、永瀬 浩喜
    • 学会等名
      2017年度 生命科学系学会合同年次大会
    • 招待講演
  • [学会発表] VALIDATION OF MITOCHONDRIAL GENE THERAPY BY MITOCHONDRIAL DELIVERY OF THERAPEUTIC NUCLEIC ACIDS2017

    • 著者名/発表者名
      Yamada Y, Kawamura E, Harashima H
    • 学会等名
      EUROMIT2017
    • 国際学会
  • [学会発表] ミトコンドリア外来遺伝子発現を可能とするDDSの開発2017

    • 著者名/発表者名
      山田勇磨、石川卓哉、原島秀吉
    • 学会等名
      日本薬剤学会第32年会
  • [学会発表] ミトコンドリアマトリクス環境応答性を有する核酸ナノ粒子の設計2017

    • 著者名/発表者名
      山田 勇磨、福田豊、原島秀吉
    • 学会等名
      日本核酸医薬学会第3回年会
  • [備考] 北海道大学 大学院薬学研究院 薬剤分子設計学研究室HP

    • URL

      https://www.pharm.hokudai.ac.jp/yakusetu/

  • [備考] 北海道大学 大学院薬学研究院 HP

    • URL

      https://www.pharm.hokudai.ac.jp/

  • [備考] 7SEAS PROJECT HP

    • URL

      https://7sp.life/

  • [産業財産権] ミトコンドリア内でタンパク質を発現させるための核酸、前記核酸を封入した脂質膜構造体及びそれらの利用2018

    • 発明者名
      原島秀吉、山田勇磨、宗宮加奈、小坂仁
    • 権利者名
      原島秀吉、山田勇磨、宗宮加奈、小坂仁
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2018-31349

URL: 

公開日: 2018-12-17  

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