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

2019 年度 実績報告書

• 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, 准教授 (80631150)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 薬物送達システム / ミトコンドリア

研究実績の概要

ミトコンドリアのゲノム変異と種々の疾患との関連が報告されており、本オルガネラを標的とした遺伝子治療が期待されている。本申請研究では、ミトコンドリア標的型ナノカプセル (MITO-Porter)を用いて標的ミトコンドリアへ遺伝子発現制御装置を運搬し、ミトコンドリア機能を遺伝子レベルで治療する事を目的とする。具体的には、疾患細胞の異常ミトコンドリアを認識するナノカプセルを構築し、その内部に治療用核酸を有する制御装置を搭載する。さらに、ナノカプセル投与後の疾患細胞のミトコンドリア機能を評価しその治療効果を検証する。2019年度は、下記の項目を中心に研究を遂行した。
①疾患細胞ミトコンドリアの変異率評価
RNA変異細胞が有する変異型RNAに対応する正常型RNAをMITO-Porterに搭載し、疾患細胞への導入を試みた。Amplification refractory mutation system (ARMS)-qPCR法を利用してミトコンドリア内部の正常型RNAおよび異常型RNAを定量しRNA変異率を算出した。その結果、RNA-MITO-Porter投与によってRNA変異率を有意に減少させることに成功した。
②疾患細胞を用いた治療効果の検証
正常RNA搭載MITO-PorterをRNA変異細胞に投与した後に、酸素消費量を指標としたミトコンドリア呼吸活性（治療効果の指標）を測定した。その結果、RNA変異率の減少に伴うミトコンドリア呼吸活性の改善が観察された。これらの検討より、MITO-Porterを用いたミトコンドリアへのRNA導入はミトコンドリア遺伝子治療戦略として有用であることが示唆された。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

備考

本研究で得られた成果を基盤技術に据えたバイオベンチャーであるルカ・サインエス社が設立され（2018年）、自身も科学顧問に就任し（2019年）、2020年4月に開設された北海道大学・産業創出講座 （北海道大学が企業と組織・組織型の大型共同研究を推進するための制度： 候補者の所属する大学院薬学研究院では初の開設）の研究代表者に就任し、『ナノ医薬品』の開発研究を精力的に推進中である。

研究成果

• [雑誌論文] The optimization of cancer photodynamic therapy by utilization of a pi-extended porphyrin-type photosensitizer in combination with MITO-Porter (2020)
  • 著者名/発表者名: Satrialdi, Munechika R, Biju V, Takano Y, Harashima H, Yamada Y.
  • 雑誌名: ChemCommun. 巻: 56 ページ: 1145-1148
  • DOI: 10.1039/c9cc08563g.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a nanoparticle that releases nucleic acids in response to a mitochondrial environment. (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamada Y, Fukuda Y, Sasaki D, Maruyama M, Harashima H
  • 雑誌名: Mitochondrion 巻: 52 ページ: 67-74
  • DOI: 10.1016/j.mito.2020.02.009.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Validation of gene therapy for mutant mitochondria by delivering mitochondrial RNA using a MITO-Porter, a liposome-based nano device (2020)
  • 著者名/発表者名: Kawamura E, Maruyama M, Abe J, Sudo A, Takeda A, Takada S, Yokota T, Kinugawa S, Harashima H, Yamada Y
  • 雑誌名: Mol. Ther. - Nucleic Acids 巻: - ページ: -
  • DOI: doi.org/10.1016/j.omtn.2020.04.004
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Validation of a mitochondrial RNA therapeutic strategy using fibroblasts from a Leigh syndrome patient with a mutation in the mitochondrial ND3 gene (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamada Y, Somiya K, Miyauchi A, Osaka H, Harashima H
  • 雑誌名: Sci. Rep 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1038/s41598-020-64322-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Therapeutic strategies for regulating mitochondrial oxidative stress. (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamada Y, Takano Y, Satrialdi, Abe J, Hibino M, Harashima H.
  • 雑誌名: Biomolecules 巻: 10 ページ: -
  • DOI: doi: 10.1039/c9cc03272j.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced autophagy induction via the mitochondrial delivery of methylated β-cyclodextrin-threaded polyrotaxanes using a MITO-Porter (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamada Yuma、Daikuhara Shinnosuke、Tamura Atsushi、Nishida Kei、Yui Nobuhiko、Harashima Hideyoshi
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 55 ページ: 7203～7206
  • DOI: 10.1039/c9cc03272j
  • 査読あり
• [雑誌論文] A mitochondrial delivery system using liposome-based nanocarriers that target myoblast cells. (2019)
  • 著者名/発表者名: Katayama T, Kinugawa S, Takada S, Furihata T, Fukushima A, Yokota T, Anzai T, Hibino M, Harashima H, Yamada Y.
  • 雑誌名: Mitochondrion 巻: 49 ページ: 66-72
  • DOI: 10.1016/j.mito.2019.07.005.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Targeted mitochondrial delivery of antisense RNA-containing nanoparticles by a MITO-Porter for safe and efficient mitochondrial gene silencing. (2019)
  • 著者名/発表者名: Kawamura E, Hibino M, Harashima H, Yamada Y.
  • 雑誌名: Mitochondrion 巻: 49 ページ: 178-188
  • DOI: 10.1016/j.mito.2019.08.004.
  • 査読あり
• [雑誌論文] ミトコンドリアを標的とする遺伝子治療用ナノカプセルの創製 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山田勇磨
  • 雑誌名: 日本核酸医薬学会会誌 巻: - ページ: 12-21
  • 査読あり
• [雑誌論文] Innovative nanotechnologies for enhancing nucleic acids/gene therapy: Controlling intracellular trafficking to targeted biodistribution. (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakamura T, Yamada Y, Sato Y, Khalil IA, Harashima H.
  • 雑誌名: Biomaterials 巻: 218 ページ: -
  • DOI: doi: 10.1016/j.biomaterials.2019.119329.
  • 査読あり
• [学会発表] MITO-Porter, liposomal mitochondrial delivery system: Toward Mitochondrial Nanomedicine. (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamada Y, Harashima H
  • 学会等名: Liposome Research Days 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] MITO-Porter therapy to open innovative therapies targeting mitochondria. (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamada Y
  • 学会等名: 16th ASMRM & 19th J-mit.
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ミトコンドリア標的型ナノＤＤＳを基盤とした遺伝子・細胞治療の実装 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山田 勇磨
  • 学会等名: 第12回 CHEMBIOハイブリッドレクチャー
  • 招待講演
• [学会発表] ミトコンドリアDDSが描くナノ医療の未来予想図～リポ化プロスタグランジン製剤の話題を含めて～ (2019)
  • 著者名/発表者名: 山田 勇磨
  • 学会等名: 第12回 北海道小児オータムセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Mitochondrial transgene expression by the mitochondrial delivery of an artificial mitochondrial DNA vector using a MITO-Porter system (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamada Y, Ishikawa T, Harashima H
  • 学会等名: 2019 Annual Meeting & Exposition of the Controlled Release Society
• [学会発表] Validation of mitochondrial RNA therapy for mitochondrial diseases using Liposome-based nano device (2019)
  • 著者名/発表者名: Somiya K, Yamada Y, Miyauchi A, Osaka H, Harashima H
  • 学会等名: Liposome Research Days 2019
• [学会発表] Development of ribosomal RNA-loaded nano device for mitochondrial delivery to achieve mitochondrial deafness related gene therapy (2019)
  • 著者名/発表者名: Maruyama M, Yamada Y, Kita T, Kitajiri S, Usami S, Harashima H
  • 学会等名: Liposome Research Days 2019
• [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] ルカ・サイエンス
  • URL: https://luca-science.com/
• [産業財産権] ミトコンドリアリボソームＲＮＡ変異検出用プライマーＤＮＡセットを含むキット、ミトコンドリアリボソームＲＮＡ発現用核酸、前記核酸を封入してなる脂質膜構造体及びそれらの利用 (2019)
  • 発明者名: 山田勇磨, 原島秀吉, 丸山美菜子
  • 権利者名: ルカ・サイエンス
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2019-089566