ナノ粒子型薬輸送システムの単一細胞レベル解析

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H03003
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 雲林院 宏 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (40519352)
• 研究分担者: 猪瀬 朋子 京都大学, 高等研究院, 特定助教 (10772296)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 薬輸送システム / 単一細胞解析 / ラマン散乱 / 表面増強ラマン散乱 / エンドスコピー

研究実績の概要

本研究では、ナノ粒子型薬輸送システム（DDS粒子）の細胞への取り込みから細胞内拡散を光学顕微鏡で直接観測することで粒子の細胞内ダイナミクスを追跡し、本研究者開発のナノワイヤー増強ラマン顕微鏡(NW-SERS)により抗がん剤分子と生体分子との相互作用に関する情報を得るにより、DDSの薬剤特性を理解することを目的とした。そのため本課題では、肺がん細胞（A549）表面に異常発現するグリコプロテイン（CD44）のリガンドであるヒアルロン酸で修飾した「アクティブDDS粒子」を合成し、細胞内挙動を蛍光顕微鏡とNW-SERSを駆使して解析した。具体的には、蛍光顕微鏡によりリガンド修飾したDDS粒子がエンドサイトシスにより取り込まれ、リソソームと融合していく過程（Uji-i et al. Sci. Rep. 2019）や、抗がん剤分子を放出してく様子をリアルタイムで捉える方法（Uji-i et al. Nanoscale 2020）を確立した。また、NW-SERSの感度と位置選択性を向上させることにより、細胞内の任意の位置での分子相互作用をラマン散乱分光により解析する方法を開発した（Uji-i et al. Anal. Chem. 2021）。これらの手法を用いることで、リガンド修飾したDDS粒子で抗がん剤を細胞内にデリバリーすることにより、抗がん剤分子単体でデリバリーする場合よりも、遥かに早く生体内分子（DNAなど）と相互作用することが明らかとなった。さらに、細胞内での抗がん剤分子局在にも差異が確認されており、薬効特性に影響がある可能性が見いだされた。

現在までの達成度 (段落)

令和2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2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Gold-Etched Silver Nanowire Endoscopy: Toward a Widely Accessible Platform for Surface-Enhanced Raman Scattering-Based Analysis in Living Cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Ricci Monica、Fortuni Beatrice、Vitale Raffaele、Zhang Qiang、Fujita Yasuhiko、Toyouchi Shuichi、Lu Gang、Rocha Susana、Inose Tomoko、Uji-i Hiroshi
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 巻: 93 ページ: 5037～5045
  • DOI: 10.1021/acs.analchem.0c04120
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Two-Photon-Induced [2 + 2] Cycloaddition of Bis-thymines: A Biocompatible and Reversible Approach (2020)
  • 著者名/発表者名: Ricci Monica、Rutten Martin G.T.A.、Toyouchi Shuichi、Nanayakkara Sepa、Fortuni Beatrice、Vitale Raffaele、Rocha Susana、Wilson Daniela A.、Hofkens Johan、Saito Kei、Uji-i Hiroshi
  • 雑誌名: ACS Omega 巻: 5 ページ: 11547～11552
  • DOI: 10.1021/acsomega.0c00770
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Simple Production of Highly Luminescent Organometal Halide Perovskite Nanocrystals Using Ultrasound-Assisted Bead Milling (2020)
  • 著者名/発表者名: Umemoto Kazuki、Ebe Hinako、Sato Ryota、Enomoto Junya、Oshita Naoaki、Kimura Taisei、Inose Tomoko、Nakamura Takahiro、Chiba Takayuki、Asakura Satoshi、Uji-i Hiroshi、Masuhara Akito
  • 雑誌名: ACS Sustainable Chemistry & Engineering 巻: 8 ページ: 16469～16476
  • DOI: 10.1021/acssuschemeng.0c05171
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Pseudo‐Membrane Jackets: Two‐Dimensional Coordination Polymers Achieving Visible Phase Separation in Cell Membrane (2020)
  • 著者名/発表者名: Ohtani Ryo、Kawano Kenichi、Kinoshita Masanao、Yanaka Saeko、Watanabe Hikaru、Hirai Kenji、Futaki Shiroh、Matsumori Nobuaki、Uji‐i Hiroshi、Ohba Masaaki、Kato Koichi、Hayami Shinya
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 59 ページ: 17931～17937
  • DOI: 10.1002/anie.202006600
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Label-free visualization of heterogeneities and defects in metal organic frameworks using nonlinear optics (2020)
  • 著者名/発表者名: Wolf Mathias、Hirai Kenji、Toyouchi Shuichi、Fron Eduard、Peeters Wannes、De Feyter Steven、Uji-i Hiroshi
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 56 ページ: 13331～13334
  • DOI: 10.1039/d0cc05470d
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] FRET-based intracellular investigation of nanoprodrugs toward highly efficient anticancer drug delivery (2020)
  • 著者名/発表者名: Taemaitree Farsai、Fortuni Beatrice、Koseki Yoshitaka、Fron Eduard、Rocha Susana、Hofkens Johan、Uji-i Hiroshi、Inose Tomoko、Kasai Hitoshi
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 12 ページ: 16710～16715
  • DOI: 10.1039/D0NR04910G
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Controlled Fabrication of Optical Signal Input/Output Sites on Plasmonic Nanowires (2020)
  • 著者名/発表者名: Toyouchi Shuichi、Wolf Mathias、Nakao Yusuke、Fujita Yasuhiko、Inose Tomoko、Fortuni Beatrice、Hirai Kenji、Hofkens Johan、De Feyter Steven、Hutchison James、Uji-i Hiroshi
  • 雑誌名: Nano Letters 巻: 20 ページ: 2460～2467
  • DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b05199
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Photo-induced electrodeposition of metallic nanostructures on graphene (2020)
  • 著者名/発表者名: Xia Kangwei、Chiang Wei-Yi、Lockhart de la Rosa Cesar Javier、Fujita Yasuhiko、Toyouchi Shuichi、Yuan Haifeng、Su Jia、Masuhara Hiroshi、De Gendt Stefan、De Feyter Steven、Hofkens Johan、Uji-i Hiroshi
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 12 ページ: 11063～11069
  • DOI: 10.1039/D0NR00934B
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Low-Cytotoxic Gold-Coated Silver Nanoflowers for Intracellular pH Sensing (2020)
  • 著者名/発表者名: Zhang Qiang、Wen Han、Watanabe Kiri、Kotani Ibuki、Ricci Monica、Fortuni Beatrice、Dao Anh Thi Ngoc、Masuhara Akito、Hirai Kenji、Kasai Hitoshi、Inose Tomoko、Uji-i Hiroshi
  • 雑誌名: ACS Applied Nano Materials 巻: 3 ページ: 7643～7650
  • DOI: 10.1021/acsanm.0c01278
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Adaptive Optical Two-Photon Microscopy for Surface-Profiled Living Biological Specimens (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi Kazushi、Otomo Kohei、Kozawa Yuichi、Tsutsumi Motosuke、Inose Tomoko、Hirai Kenji、Sato Shunichi、Nemoto Tomomi、Uji-i Hiroshi
  • 雑誌名: ACS Omega 巻: 6 ページ: 438～447
  • DOI: 10.1021/acsomega.0c04888
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Multicolour photochromic fluorescence of a fluorophore encapsulated in a metal organic framework (2020)
  • 著者名/発表者名: Hirai Kenji、Kitagawa Taisei、Fujiwara Hideki、Pirillo Jenny、Hijikata Yuh、Inose Tomoko、Uji-i Hiroshi
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 56 ページ: 9651～9654
  • DOI: 10.1039/D0CC03624B
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Gold-deposited Silver Nanowires for the Cellular pH Sensing (2021)
  • 著者名/発表者名: Qiang Zhang, Monica Ricci, Jiangtao Li, Takuto Ishida, Han Wen, Haruka Kojima, Tomoko Inose, Shuichi Toyouchi, Yasuhiko Fujita, Kenji Hirai, Beatrice Fortuni, Hiroshi Uji-i
  • 学会等名: The 101st CSJ Annual Meeting
• [学会発表] Nanoscale characterisation of carbon nanomaterials using tip-enhanced Raman spectroscopy (2021)
  • 著者名/発表者名: Han Wen, Syoji Sugioka, Naoyuki Kanda, Jiangtao Li, Tomoko Inose, Yasumitsu Miyata, Yusuke Nakanishi, Kenji Hirai, Yasuhiko Fujita, Hiroshi Uji-i
  • 学会等名: 第68回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Length controlled AFM-AgNW probes for TERS (2021)
  • 著者名/発表者名: Hiroya Saito, Han Wen, Tomoko Inose, Kenji Hirai, Hiroshi Uji-i
  • 学会等名: 第68回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 低侵襲ナノワイヤー遺伝子導入の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 石田 拓都、猪瀬 朋子、平井 健二、雲林院 宏
  • 学会等名: 第81回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 銀ナノワイヤへの金ナノ粒子析出とナノ熱源としての利用 (2020)
  • 著者名/発表者名: 中尾 佑輔, 豊内 修一, 平井 健二, 猪瀬 朋子, 雲林院宏
  • 学会等名: 第81回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 探針増強ラマン分光法によるグラフェンナノリボンの評価 (2020)
  • 著者名/発表者名: 杉岡 祥治、豊内 秀一、原 慎之介、猪瀬 朋子、平井 健二、藤田 康彦、田中 啓文、雲林院 宏
  • 学会等名: 第81回応用物理学会秋季学術講演会