| 研究課題/領域番号 |
20K21482
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| 研究機関 | 岡山大学 |
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研究代表者 |
須藤 雄気 岡山大学, 医歯薬学域, 教授 (10452202)
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| 研究分担者 |
山田 勇磨 北海道大学, 薬学研究院, 准教授 (60451431)
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| 研究期間 (年度) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| キーワード | ロドプシン / 光 / 生物物理 / pH / リポソーム / DDS |
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| 研究実績の概要 |
【目的】物理化学（代表者）と薬剤学（分担者・協力者）の融合による光誘起崩壊リポソーム：Light-induced Disruption of Liposomes（LiDL）の開発と、それに基づく新奇薬物送達手法の確立すること。【背景】狙った時間と場所に薬物を届け・働かせることは、薬学における大きな『夢』である。【計画】光受容タンパク質・ロドプシンとpH感受性ポリマーおよび任意の化合物（薬物）を内封させたリポソームを開発することで、時空間制御性に優れた『光』により、狙った時間・場所で薬物を放出させる新奇手法を確立する。【意義】薬学における『夢』の一つを叶える手法となり、大きな波及効果をもたらす。
具体的には、光受容タンパク質「(1) ロドプシン（H+ポンプ・チャネル）」と「(2) pH 感受性ポリマー」を含む「(3) リポソーム」を作成する。その際、「(4)化合物 (薬物)」を内封させる。このリポソームに「(5) 光」を照射すると、ロドプシンが活性化され、リポソーム内外のpH が大きく（> 5 ユニット）変化する。これにより、pH 感受性ポリマーの物理的形状が変化し、リポソームが崩壊し、化合物が「(6) 放出」される。LiDL と命名するこの手法は、時空間分解能に優れた「光」により薬物を放出させるという、新奇かつ独創性・汎用性の高い薬物送達（DDS）手法になる。昨年度までは、ロドプシンを組み込んだリポソームの作成と、光によるpH変化を定量的に測定し、ロドプシン組み込みリポソームが狙い通りに機能することを明らかにした。さらに、このリポソームにpH感受性分子を組み込むとともに、光により崩壊することを内部に導入する蛍光分子の蛍光変化により確認した。これにより、LiDLの開発は概ね終了した。今年度は、これを生体系（in cell、ex-vivo）で実証する。
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| 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
本研究は、２つの研究課題：『1. ロドプシンの調製とリポソームへの再構成＋2. pH感受性リポソームの調製』と、それらを融合した２つの研究課題：『3. 光誘起崩壊リポソームの確立』＋『4. 生体での実証』からなる。
昨年度までに、「1」. ロドプシンの調製とリポソームへの再構成を行った。種々のロドプシンを再構成したリポソーム外（内）の光誘起pH変化を検証したところ、RmXeRを組み込んだリポソームで大きな（リポソーム崩壊に充分な）pH変化が見られた。また、種々の物性解析（粒子径、安定性など）から、今後の研究に耐えうることを確認した。その後、「2」. pH感受性リポソームの調製を行い、内部に封入した蛍光分子の変化から、光で内容物が放出されることを確認した。さらに、予備的ではあるが実際に細胞内に取り込まれ、光で細胞内に放出されることも確認し、「3」光誘起崩壊リポソームの確立にも概ね成功した。残すは「4」生体での実証、のみであり、研究は極めて順調に進展していると総括している。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度は、「3」. 光誘起崩壊リポソームの確立を行う。ここでは、「1 , 2」を融合し、ロドプシン内包pH感受性リポソームを調製する。化合物（薬物）は、溶液中で消光するカルセインをモデルとする。得られたリポソームがpH変化で崩壊するかを、暗所下で様々なpHにおける蛍光測定により調べた後、光依存的なリポソーム崩壊を調べる。予備的に、ヒト培養細胞に開発したLiDLが取り込まれ、光で内容物の放出（カルセインの蛍光増加）がおこることを確認している。プラス電荷（アルギニンペプチド）で修飾した脂質の利用や、カルセイン以外の化合物（毒物や薬効物質）で同様の実験を行い、汎用性や再現性、更なる効率化などにも取り組む。並行して、「4」生体での実証に取り組む。具体的には、メッセンジャーRNA内封LiDLを作成し、光依存的なタンパク質発現の誘導を試みる。以上により、LiDLの開発と新奇DDSの確立を完了させる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
初年度・二年度ともに、コロナ禍により、当初予定していた研究分担者（北海道大学・山田勇磨博士）との研究室間技術・情報交換を意図した交流旅費をほとんど使用できなかった。
そのため、オンライン（Zoom）を利用することで代替することとした。今後予定している生体への適用には多くの費用が想定されるため、これらに充当することで研究をさらに加速させたい。
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