| 研究課題/領域番号 |
20K22533
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
森田 健太 神戸大学, 工学研究科, 助教 (60804127)
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| 研究期間 (年度) |
2020-09-11 – 2023-03-31
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| キーワード | 低分子ゲル化剤 / ペプチド / 自己組織化 / 抗真菌薬 / ドラッグデリバリーシステム / 分子動力学計算 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、低分子ゲル化剤の自己組織化現象を積極的に利用することで既存薬の薬理活性を制御することを目的としている。認可済み薬剤と低分子ゲルを組み合わせることで、その薬効・対象菌種・持続性を人工的に制御可能であることを実証しようと試みた。
以前、Ac-FFFGK (P1）は脂質鎖を持たないにもかかわらず比較的低濃度で自己組織化しヒドロゲルを形成することが知られていた。生体適合性が高く、プロテアーゼによって分解可能という性質を生かしたバイオマテリアルとして期待されている。Amphotericin B（AmB）は50年以上前から真菌感染症治療に用いられる抗真菌薬である。真菌の細胞膜にのみ存在するエルゴステロールと結合してチャネルを形成することで殺菌効果を発揮する。しかし、AmBは疎水性が高く水に溶けないこと、また、病原性真菌に対する特異性を持たないという限界があった。そこで、本研究ではP1にAmBを巻き込んで共に自己組織化することでAmBの機能を制御することを目指した。最小ゲル化濃度未満のP1をAmBと共にリン酸バッファーに投入し加熱すると、P1とAmBはナノ複合体(AmB-P1 NCs)を形成することでAmBが水中に可溶化された。また、最小ゲル化濃度以上のP1とAmBを用いるとP1とAmBが共に含まれたゲル(AmB-P1 gel)が形成された。S. cerevisiaeを用いてこれらの自己組織化体に含まれるAmBの抗菌活性を評価したところ、遊離のAmBの抗菌活性に比べると1/20程度に減少していることがわかった。一方で、A. oryzaeは自身が分泌するプロテアーゼによってP1を分解しAmBを放出することで生育できなかった。以上から、研究代表者はP1を用いて疎水性抗真菌薬にプロテアーゼ分泌菌特異性を付与することに成功した。現在、以上の結果を論文化し国際科学雑誌に投稿準備中である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
研究計画の第一段階として「低毒性低分子ペプチドゲル化剤を用いた抗菌ゲルの作製・評価」を挙げた。これについては完了している。最小ゲル化濃度未満のP1をAmBと共にリン酸バッファーに投入し加熱すると、P1とAmBはナノ複合体(AmB-P1 NCs)を形成することでAmBが水中に可溶化された。また、最小ゲル化濃度以上のP1とAmBを用いるとP1とAmBが共に含まれたゲル(AmB-P1 gel)が形成された。Saccharomyces cerevisiaeを用いてこれらの自己組織化体に含まれるAmBの抗菌活性を評価したところ、遊離のAmBの抗菌活性に比べると1/20程度に減少していることがわかった。P1はAmBと強い親和力で結合しているため、AmBが真菌の細胞膜上で正しくチャネルを形成することを阻害していると考えられる。
研究計画として第二段階に「複数分子の同時包摂（co-assembly）による抗菌ゲルの多機能化」を挙げた。これについては一部成功した。P1を用いてAmBとErgosterolという２種の疎水性分子を同時に巻き込んで自己組織化することで水中に可溶化することに成功した（AmB-Erg-P1ゲル）。その際、AmBはより高濃度で可溶化された。しかし、Ergosterolを巻き込むことで細菌に対する毒性の付与を期待したが、これについては成功しなかった。
研究計画の第三段階である「低分子ゲル化剤による抗菌薬剤分子のco-assembly構造解析」について、進捗が当初計画より遅れている。研究代表者はAmberを用いた動力学的（MD）計算を行うためのハードウェアとソフトウェアを購入した。そして、研究協力者の指導を仰ぎながら環境構築と計算のデザインを開始した。しかし、新型コロナウィルスの影響によって対面での打ち合わせが制限され、思うように計算のデザインが進展しなかった。
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度は第三段階以降を重点的に推進する。「低分子ゲル化剤による抗菌薬剤分子のco-assembly構造解析」について、低分子ゲル化剤による抗菌薬のco-assembly構造を、電子顕微鏡（SEM, TEM）、小角X線散乱測定（SAXS）、CDスペクトル測定等を用いて解析する。実験で得られた結果と相補的に、Amberを用いたMD計算を行ことで構造の妥当性の確認を行う。新型コロナウィルスについて、ワクチン接種の普及とウィルスの弱毒化によって協力研究チームとの連携への影響は徐々に消失するものと期待する。
その後には、研究計画の第四段階である「低分子ペプチドゲル化剤の最適構造設計」について、ペプチド配列を細かく制御しながら試行錯誤を繰り返す。得られた結果から、ウェブクラウド上の機械学習ソフトを用いて、低分子ペプチドゲル化剤として最も効果的な配列構造を予測するモデルを確立する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
昨今の新型コロナウィルス蔓延の影響により、学会参加等のための出張機会が去年に引き続き全く無かったことによる。また、分子動力学計算を推進する上での協力研究グループとの対面打合せが不可能であった点も挙げられる。次年度は計算化学による実験がメインになるため、ソフトウェアのライセンス更新と、必要に応じてライセンスを追加で購入する。また、論文の投稿料と英文校閲料も計上する。
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