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2013 年度 実績報告書

進化分子工学による結合性成長因子の創成と医学応用

研究課題

研究課題/領域番号 22220009
研究機関独立行政法人理化学研究所

研究代表者

伊藤 嘉浩  独立行政法人理化学研究所, 伊藤ナノ医工学研究室, 主任研究員 (40192497)

研究分担者 鵜澤 尊規  独立行政法人理化学研究所, 伊藤ナノ医工学研究室, 研究員 (60554376)
多田 誠一  独立行政法人理化学研究所, 伊藤ナノ医工学研究室, 基礎科学特別研究員 (30598165)
松川 昭博  岡山大学, 医歯(薬)学総合研究科, 教授(Professor) (90264283)
吉田 靖弘  岡山大学, 医歯(薬)学総合研究科, 准教授 (90281162)
研究期間 (年度) 2010-05-31 – 2015-03-31
キーワード進化分子工学 / 試験管内進化法 / 成長因子 / 固定化 / 融合タンパク質 / バイオマテリアル
研究概要

成長因子を固定化することで、細胞の成長や分化のような高次の細胞機能を制御できる新しいバイオマテリアルを生み出せることを明らかにしてきた。本研究では、進化分子工学の手法を用いて新しい結合性成長因子を調製し、医用材料としての展開を図る。第一には、無細胞翻訳系を用いるディスプレイ法を用いたペプチド進化分子工学法の確立。第二には、非天然アミノ酸を導入して結合性を付与した成長因子の調製。第三には、これらで調製した結合性成長因子の医療応用である。
第一については、チタン結合性の上皮細胞成長因子(EGF)の進化分子工学による選別に成功した。EGFをコードするDNA配列に直接ランダム配列を導入して選別を行うことで得られ、単にチタン結合性ペプチドをEGFに連結させた場合より高い結合性が得られた。分子シミュレーションによる詳細なチタンと調製した結合性EGFの相互作用を検討することができた。コラーゲン結合性血管内皮細胞成長因子(VEGF)についても同様な選別を行った。
第二については、水中接着タンパク質の活性部位に含まれる翻訳後修飾アミノ酸を導入した新しい結合性成長因子の合成を行った。リン酸基導入EGFはチタンやアパタイト表面に結合し、高い活性を持っていた。カテコール基導入ゼラチンや、VEGFの合成も行った。
第三については、調製したコラーゲン結合性成長因子(骨形成タンパク質BMP)の骨軟骨欠損モデル動物実験による評価を可視光硬化ゼラチンと複合化して用いて行い、高い損傷部位治癒効果が得られることが明らかになった。チタン表面修飾物の評価系の開発を行った。
また、非天然アミノ酸を用いるミスアシル化tRNA法の方法とリボソーム・ディスプレイ法の融合による化学拡張進化分子工学法の開発については、環境応答性蛍光分子を導入した系を作り、カルシウム存在下でのみカルモデュリンと結合するペプチドアプタマーの選別に成功し、その相互作用解析を行った。

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

当初の研究目的である進化分子工学による新しい結合性成長因子の開発に成功し、現在動物実験による応用展開を行っている。水中接着タンパク質の活性部位を成長因子に移植して結合性を付与するとともに、進化分子工学を用いて結合性成長因子を選別する手法で、複数の成長因子に結合性を付与することに成功してきた。
これら当初に研究目に加えて、研究機関中に確立してきた技術を用いて幅広い機能性高分子合成への応用が可能になってきており、当初の計画以上に進展している。特に非天然アミノ酸を導入して進化分子工学で選別したペプチドは、蛍光発生や阻害剤増強により診断や、治療への応用の可能性が見出されてきた。

今後の研究の推進方策

新規の生体組織、合成材料(有機・無機材料)への結合性成長因子タンパク質の合成法をバイオ直交化学や進化分子工学などの手法によって確立できてきたので、最終年度は、特にこれまで合成してきた結合性成長因子の医学応用のための動物実験に注力し、その成果をまとめる。
さらに、新規な合成法は、新しい機能性高分子の開発につながるため、医療における治療用、診断用としての可能性を追求するとともに、今後の幅広い応用展開の礎になるようにする。

  • 研究成果

    (54件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (18件) (うち査読あり 17件) 学会発表 (30件) (うち招待講演 16件) 図書 (6件)

  • [雑誌論文] A novel, visible light-induced, rapidly cross-linkable gelatin scaffold for osteochondral tissue engineering2014

    • 著者名/発表者名
      Tetsuro Mazaki, Yasuyuki Shiozaki, Kentaro Yamane, Aki Yoshida, Mariko Nakamura, Yasuhiro Yoshida, Di Zhou, Takashi Kitajima, Masato Tanaka, Yoshihiro ito, Toshifumi Ozaki, and Akihiro Matsukawa
    • 雑誌名

      Sci. Rep.

      巻: 4 ページ: 4457

    • DOI

      DOI:10.1038/srep04457

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mussel-inspired human gelatin nano-coating for creating biologically adhesive surface2014

    • 著者名/発表者名
      Xi Yang, Liping Zhu, Seiichi Tada, Di Zhou, Takashi Kitajima, Takashi Isoshima, Yasuhiro Yoshida, Mari Nakamura, Weiqun Yan, and Yoshihiro Ito
    • 雑誌名

      Int. J. Nanomed.

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      in press

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cell fusion through a microslit between adhered cells and observation of their nuclear behavior2014

    • 著者名/発表者名
      Ken-Ichi Wada, Eitaro Kondo, Kazuo Hosokawa, Yoshihiro Ito, and Mizuo Maeda
    • 雑誌名

      Biotechnol. Bioeng.

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      in press

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Direct in vitro selection of titanium-binding epidermal growth factor2014

    • 著者名/発表者名
      Seiichi Tada, Emel Timucin, Takashi Kitajima, Osman Ugur Sezerman, and Yoshihiro Ito
    • 雑誌名

      Biomaterials

      巻: 35 ページ: 3497-3503

    • DOI

      10.1016/j.biomaterials.2014.01.010.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A fluorogenic peptide probe developed by in vitro selection using tRNA carrying a fluorogenic amino acid2014

    • 著者名/発表者名
      Wei Wang, Takanori Uzawa, Naoya Tochio, Jumpei Hamatsu, Yoshinori Hirano, Seiichi Tada, Hisao Saneyoshi, Takanori Kigawa, Nobuhiro Hayashi, Yutaka Ito, Makoto Taiji, Toshiro Aigaki, and Yoshihiro Ito
    • 雑誌名

      Chem Commun.

      巻: 50 ページ: 2962-2964

    • DOI

      10.1039/C3CC47624C

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Phosphorylated gelatin to enhance cell adhesion to titanium2014

    • 著者名/発表者名
      Shin-Hye Park, Liping Zhu, Seiichi Tada, Sei Obuse, Yasuhiro Yoshida, Mariko Nakamura, Tae Il Son, Satoshi Tsuneda, and Yoshihiro Ito
    • 雑誌名

      Polym. Int.

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      in press

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Regeneration effect of visible-light curing furfuryl alginate compound by release of epidermal growth factor for wound healing application2014

    • 著者名/発表者名
      Yun Heo, Hyung-Jae Lee, Eun-Hye Kim, Mi-Kyung Kim, Yoshihiro Ito, and Tae-Il Son
    • 雑誌名

      J. Appl. Polym. Chem.

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      in press

    • 査読あり
  • [雑誌論文] In vitro and in vivo enhanced osteogenesis by kaempferol found by a high-throughput assay using human mesenchymal stromal cells2014

    • 著者名/発表者名
      Tetsuro Mazaki, Takashi Kitajima, Yasuyuki Shiozaki, Miwa Sato, Megumi Mino, Aki Yoshida, Mariko Nakamura, Yasuhiro Yoshida, Masato Tanaka, Toshifumi Ozaki, Akihiro Matsukawa and Yoshihiro Ito
    • 雑誌名

      J. Func. Foods

      巻: 6 ページ: 241-247

    • DOI

      10.1016/j.jff.2013.10.013

    • 査読あり
  • [雑誌論文] In vitro selection of peptide aptamers using a ribosome display for a conducting polymer2014

    • 著者名/発表者名
      Zha Li, Takanori Uzawa, Haichao Zhao, Shyh-Chyang Luo, Hsiao-hua Yu, Eiry Kobatake, and Yoshihiro Ito
    • 雑誌名

      J. Biosci. Bioeng.

      巻: 117 ページ: 501-503

    • DOI

      10.1016/j.jbiosc.2013.10.005

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Preparation and in vivo evaluation of photo-cured O-carboxymethyl chitosan micro-particle for controlled drug delivery2014

    • 著者名/発表者名
      Yun Heo, Shin-Hye Park, Si-Yoong Seo, Ju-Young Yun, Yoshihiro Ito, and Tae-Il Son
    • 雑誌名

      Macro. Res.

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      in press

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The immobilization of bone morphogenetic protein-2 via photo curable azidophenyl hyaluronic acid on a titanium surface and providing effect for cell differentiation2014

    • 著者名/発表者名
      Hyung-Jae Lee, Yun Heo, Kyung-Tai Park, Eun-Hye Kim, Yoshihiro Ito, Kwang-Sup Song, Dong-Keun Han, and Tae-Il Son
    • 雑誌名

      Macro. Res.

      巻: 22(2) ページ: 173-178

    • DOI

      10.1007/s13233-014-2032-y

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Visible light-curable polymers for biomedical applications2014

    • 著者名/発表者名
      Di Zhou and Yoshihiro Ito
    • 雑誌名

      Sci. China Chem.

      巻: 57 ページ: 510-521

    • DOI

      10.1007/s11426-014-5069-z

    • 査読あり
  • [雑誌論文] いよいよ化学の出番がきた進化分子工学―機能性を付与した分子認識を自由自在にデザイン2014

    • 著者名/発表者名
      多田誠一、鵜澤尊規、伊藤嘉浩
    • 雑誌名

      化学

      巻: 69 ページ: 70-71

  • [雑誌論文] Immobilization of bone morphogenetic protein on DOPA- or dopamine-treated titanium surfaces to enhance osseointegration2013

    • 著者名/発表者名
      Jeonghwa Kang, Seiichi Tada, Takashi Kitajima, Tae Il Son, Toshiro Aigaki and Yoshihiro Ito
    • 雑誌名

      BioMed Res. Intern.

      巻: 265980 ページ: 265980

    • DOI

      10.1155/2013/265980

    • 査読あり
  • [雑誌論文] An epidermal growth factor derivative with binding affinity for hydroxyapatite and titanium surfaces2013

    • 著者名/発表者名
      Jeonghwa Kang, Seiichi Tada, Makoto Sakuragi, Hiroshi Abe, Reiko Ito, Junko Ishikawa, Shino Kurata, Takashi Kitajima, Tae Il Son, Toshiro Aigaki, and Yoshihiro Ito
    • 雑誌名

      Biomaterials

      巻: 34 ページ: 9747-9753

    • DOI

      10.1016/j.biomaterials.2013.09.004. Epub 2013 Sep 20.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spatial gradients of chemotropic factors from immobilized patterns to guide axonal growth and regeneration2013

    • 著者名/発表者名
      Binata Joddar, Adam T. Guy, Hiroyuki Kamiguchi, and Yoshihiro Ito
    • 雑誌名

      Biomaterials

      巻: 34 ページ: 9593-9601

    • DOI

      10.1016/j.biomaterials.2013.08.019. Epub 2013 Sep 7.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Bio-orthogonal and combinatorial approaches for design of binding growth factors2013

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Ito and Seiichi Tada
    • 雑誌名

      Biomaterials

      巻: 34 ページ: 7565-7574

    • DOI

      10.1016/j.biomaterials.2013.06.037

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Artificial niche substrates for embryonic and induced pluripotent stem cell cultures2013

    • 著者名/発表者名
      Binata Joddar and Yoshihiro Ito
    • 雑誌名

      Biotechnol. J.

      巻: 166 ページ: 218-228

    • DOI

      10.1016/j.jbiotec.2013.04.021

    • 査読あり
  • [学会発表] Culture of mouse miPS on chemically fixed feeder cells: importance of membrane proteins diffusion2013

    • 著者名/発表者名
      Yue.Zhou
    • 学会等名
      CEMS International Symposium on Supramolecular Chemistry and Functional Materials
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 年月日
      20131215-20131217
  • [学会発表] Phosphorylated gelatin to enhance cell adhesion to titanium2013

    • 著者名/発表者名
      Park Shinhye
    • 学会等名
      Annual meeting of japanese society of biomaterials
    • 発表場所
      Funabori, Tokyo, Japan
    • 年月日
      20131127-20131128
  • [学会発表] Culture of mouse miPS on chemically fixed feeder cells2013

    • 著者名/発表者名
      Yue. Zhou
    • 学会等名
      35th Japanese Conference on Biomaterials
    • 発表場所
      Funabori, Tokyo
    • 年月日
      20131125-20131126
  • [学会発表] Dopamine-gelatin conjugate used to modify the surface of titanium2013

    • 著者名/発表者名
      Xi Yang
    • 学会等名
      The 35th Annual Meeting of the Japanese Society for Biomaterials
    • 発表場所
      Funabori, Tokyo
    • 年月日
      20131125-20131126
  • [学会発表] Phosphorylated gelatin to enhance cell adhesion to titanium2013

    • 著者名/発表者名
      Park Shinhye
    • 学会等名
      The screening asia
    • 発表場所
      Biopolis street, Singapore
    • 年月日
      20131110-20131115
  • [学会発表] Culture of mouse miPS on chemically fixed feeder cells2013

    • 著者名/発表者名
      Yue. Zhou
    • 学会等名
      Noyori Summer School
    • 発表場所
      神戸
    • 年月日
      20130906-20130907
  • [学会発表] Dopamine-gelatin conjugate used to modify the surface of titanium2013

    • 著者名/発表者名
      Xi Yang
    • 学会等名
      Noyori summer school
    • 発表場所
      神戸
    • 年月日
      20130906-20130907
  • [学会発表] Photo -crosslinkable polymers for cell cultures and microarrys

    • 著者名/発表者名
      伊藤 嘉浩
    • 学会等名
      ICMAT2013
    • 発表場所
      シンガポール
    • 招待講演
  • [学会発表] Cell manipulation by micro-fabricated device and stem cell culture

    • 著者名/発表者名
      伊藤 嘉浩
    • 学会等名
      International Institute of Avian Conservation Science
    • 発表場所
      UAE Dubai
    • 招待講演
  • [学会発表] Bioorthogonal and combinatorial approaches to design functional proteins and peptides

    • 著者名/発表者名
      伊藤 嘉浩
    • 学会等名
      ChinaNANO2013
    • 発表場所
      中国 北京
    • 招待講演
  • [学会発表] Bioorthogonal and combinatorial approaches to design functional proteins and peptides

    • 著者名/発表者名
      伊藤 嘉浩
    • 学会等名
      北京大学
    • 発表場所
      中国 北京
    • 招待講演
  • [学会発表] Bio-Orthogonal And Combinatorial Designs Of Binding Growth Factors

    • 著者名/発表者名
      伊藤 嘉浩
    • 学会等名
      IABS2013
    • 発表場所
      中国 長春
    • 招待講演
  • [学会発表] 進化分子工学の新展開

    • 著者名/発表者名
      伊藤 嘉浩
    • 学会等名
      第86回日本生化学会フォーラム
    • 発表場所
      横浜パシフィコ
    • 招待講演
  • [学会発表] Cell manipulation by micro-fabricated device and stem cell culture

    • 著者名/発表者名
      伊藤 嘉浩
    • 学会等名
      Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences
    • 発表場所
      中国 上海
    • 招待講演
  • [学会発表] Design of binding growth factors for tissue engineering

    • 著者名/発表者名
      伊藤 嘉浩
    • 学会等名
      TERMIS-AP 2013
    • 発表場所
      中国 Wuzhen
    • 招待講演
  • [学会発表] Photo-Reactive Polymers for Medical Applications

    • 著者名/発表者名
      伊藤 嘉浩
    • 学会等名
      Changshu Institute of Technology
    • 発表場所
      中国 Suzhou
    • 招待講演
  • [学会発表] バイオ直交化学と進化分子工学を駆使したタンパク質工学の新潮流

    • 著者名/発表者名
      伊藤 嘉浩
    • 学会等名
      第30回医用高分子研究会講座
    • 発表場所
      東大・生産研
    • 招待講演
  • [学会発表] Engineered bone morphogenetic protein for hard tissue engineering

    • 著者名/発表者名
      伊藤 嘉浩
    • 学会等名
      China Medical University
    • 発表場所
      台湾 台中
    • 招待講演
  • [学会発表] Engineered bone morphogenetic protein for hard tissue engineering

    • 著者名/発表者名
      伊藤 嘉浩
    • 学会等名
      台湾高分子学会
    • 発表場所
      台湾 台中
    • 招待講演
  • [学会発表] Bio-orthogonal and combinatorial designs of functional proteins

    • 著者名/発表者名
      伊藤 嘉浩
    • 学会等名
      ISAJ 4th Symposium India-Japan Symposium on Emerging Materials for Health, Environment and Safety
    • 発表場所
      東京、インド大使館
    • 招待講演
  • [学会発表] Protein engineering for nano-surface modification towards bioactive materials

    • 著者名/発表者名
      伊藤 嘉浩
    • 学会等名
      ICNS5
    • 発表場所
      イラン Kish island
    • 招待講演
  • [学会発表] Protein Engineering for Biomaterials Science

    • 著者名/発表者名
      伊藤 嘉浩
    • 学会等名
      韓国 慶北大学
    • 発表場所
      韓国 慶北大学(Daegu)
    • 招待講演
  • [学会発表] Ribosome display selection of epidermal growth factor binding to titanium surface

    • 著者名/発表者名
      Seiichi TADA, Takashi Kitajima, Yoshihiro Ito
    • 学会等名
      第62回高分子学会年次大会
    • 発表場所
      京都
  • [学会発表] バイオ直交化学と進化分子工学による固定化型増殖因子の創製

    • 著者名/発表者名
      多田誠一、北嶋隆、伊藤嘉浩
    • 学会等名
      第62回高分子討論会
    • 発表場所
      金沢
  • [学会発表] チタン表面結合性上皮増殖因子のリボソームディスプレイ法を用いた選別

    • 著者名/発表者名
      多田誠一、北嶋隆、伊藤嘉浩
    • 学会等名
      第35回日本バイオマテリアル学会大会
    • 発表場所
      東京
  • [学会発表] Design of a photo-responsive peptide aptamer containing an azobenzene residue by in vitro selection

    • 著者名/発表者名
      Seiichi Tada, Qingmin Zang, Wei Wang, Mingzhe Liu, Yoshihiro Ito
    • 学会等名
      CEMS International Symposium on Supramolecular Chemistry and Functional Materials 2013
    • 発表場所
      東京
  • [学会発表] Phosphorylated gelatin to enhance cell adhesion to titanium

    • 著者名/発表者名
      Park Shinhye
    • 学会等名
      Biophysical society conference or the Biomaterial conference
    • 発表場所
      和光、埼玉
  • [学会発表] Design and production of DOPA-containing VEGF.

    • 著者名/発表者名
      Takashi Kitajima, Yang-Xi, Kenichi Wada, Yan Weigun, Yoshihiro Ito
    • 学会等名
      35th Conference of Japanese Society for Biomaterials.
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
  • [学会発表] Dopamine-gelatin conjugate used to modify the surface of titanium

    • 著者名/発表者名
      Xi Yang
    • 学会等名
      Biophysical society conference or the Biomaterial conference
    • 発表場所
      Wako, Japan
  • [学会発表] Bioorthogonal and combinatorial approaches to design functional proteins and peptides

    • 著者名/発表者名
      伊藤 嘉浩
    • 学会等名
      NAMIC2013
    • 発表場所
      IRAN Esfahan
    • 招待講演
  • [図書] “Photoreactive polymers for microarray chips”, in “Photo Cured Materials”2014

    • 著者名/発表者名
      Di Zhou, Ponnurengam Sivakumar Malliappan, Tae Il Son, and Yoshihiro Ito
    • 総ページ数
      印刷中
    • 出版者
      RSC Publishing, UK
  • [図書] “RNA as a nanomaterial” in “Encyclopedia of Polymeric Nanomaterials”2014

    • 著者名/発表者名
      Baiju Nair Govindan and Yoshihiro Ito
    • 総ページ数
      印刷中
    • 出版者
      Springer
  • [図書] “Cross-linking of biological components for stem cell culture” in “Functional Hydrogels as Biomaterials”2014

    • 著者名/発表者名
      Binata Joddar and Yoshihiro Ito
    • 総ページ数
      印刷中
    • 出版者
      Springer
  • [図書] 「第26章再生医療製品及び再生医療用基材における留意点」『医薬品・医療機器 承認取得のためのデータ・情報の取得とまとめ方(仮題)』2014

    • 著者名/発表者名
      伊藤嘉浩、吉田靖弘
    • 総ページ数
      印刷中
    • 出版者
      技術情報協会
  • [図書] 「進化分子工学のライブラリーの拡張―天然ソースから非天然ソースへ」、「進化分子工学の最前線」2013

    • 著者名/発表者名
      鵜澤尊規、多田誠一、伊藤嘉浩
    • 総ページ数
      424
    • 出版者
      エヌ・ティー・エス
  • [図書] 「骨の再生を促進する複合多孔質足場材料を開発」、「体内埋め込み医療とその理想的な性能・デザインの要件」2013

    • 著者名/発表者名
      川添直輝、陳国平、伊藤嘉浩
    • 総ページ数
      440
    • 出版者
      技術情報協会

URL: 

公開日: 2015-05-28  

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