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2023 年度 実施状況報告書

抗酸化能を持つ酸化セリウムナノ粒子の近赤外蛍光標識による体内動態追跡

研究課題

研究課題/領域番号 22K06565
研究機関東京理科大学

研究代表者

梅澤 雅和  東京理科大学, 先進工学部機能デザイン工学科, 准教授 (60615277)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
キーワードアルブミン / ミリング / 酸化物セラミックス / ナノ粒子 / ランタノイド / 第二の生体の窓 / 近赤外蛍光 / 超微小粒子
研究実績の概要

本研究では、抗酸化作用を持ち生物学的応用が期待される酸化セリウムナノ粒子について、その体内動態をマウス全身レベルで追跡可能にするために、第2の生体の窓にあたる近赤外(NIR-II)蛍光性付与のために適したランタノイド導入(Yb, Er共ドープ)条件およびナノ粒子合成条件を見出すことを目標としている。初年度(2022年度)に近赤外蛍光を発する酸化セリウム材料が得られていたが、生体応用のためにはこの材料の超微小化(動的粒径として10 nm以下)が必要であり、そのための合成法検討を2年目の当年(2023年)度に進めてきた。分散性保持のために、体液の最も主要なタンパク質であり材料表面を親水化できるアルブミンで材料表面を用いることとした。その結果、酵素分解法で合成した材料がアルブミン中で直径10 nm前後の大きさで存在することが明らかになった。さらに、この酸化セリウムナノ粒子と反応したアルブミンの二次構造変化についても赤外分光法 (FT-IR) により明らかにし、結果を論文として公表したほか、紫外円二色性 (UV-CD) スペクトルによってナノ粒子表面上のタンパク質二次構造変化をより詳細に検討するためのプロトコールも得た。そこで、最終年度の課題はアルブミンで形成されている凝集構造を、物理的解砕の方法であるミリング処理によって得ること、加えて、この材料は結晶中に他のランタノイドであるGd3+イオンも導入することにより、近赤外蛍光だけでなくMRI(核磁気共鳴画像法)のコントラスト造影剤としての機能も持ち得ることが明らかになった。最終年度にはこのGd3+を導入した、生体応用可能な高機能酸化セリウムナノ粒子の開発にも取り組む。

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

初年度(2022年度)に (1) 近赤外蛍光強度の高いランタノイド導入条件の探索、(2) カテコール化合物を用いた表面修飾・評価のための方法を確立した上で、2年度目(2023年度)に予定していた (3) 軟化セリウムナノ粒子の超微小化(吸収・排泄の促進)のための合成法検討、(4) 分散性および近赤外蛍光保持のための分散媒検討を行い、これらがアルブミン水溶液およびミリング処理により実現できることを見出すことができた。また、体内動態ライブイメージングと、本研究のマイルストーンを成す研究成果の論文発表も行うことができた。加えて、本研究で見出した手法ががセリウム化合物(ナノ粒子結晶)だけでなくMRI造影能を持つガドリニウム含有結晶にも有効であり、当初の目的を超え高機能な無機ナノ材料の合成に応用できることが明らかになりつつある、以上が「当初の計画以上に進展している」と自己評価する理由である。

今後の研究の推進方策

Gd3+, Yb3+, Er3+共ドープ高機能酸化セリウムナノ粒子を、アルブミン水溶液およびミリング処理を活用して新奇に合成する。その近赤外蛍光強度を確認しながらマウスに経口投与し、消化管吸収から肝臓など標的器官への到達及び排泄を、近赤外蛍光イメージング装置により検討する。マウスに経口投与した後の体内動態可視性と、消化管吸収効率の粒子径ならびに分散媒(水、食用油)依存を追究する。ナノ粒子の消化管吸収は胆汁分泌にも依存し得ることから、マウスに高脂肪食を与え胆汁分泌を促進した場合の酸化セリウムの体内動態ならびに薬理(抗酸化)活性についても網羅的な検証を行う。最終年度に行う以上の検討を通して、本研究課題の核を成す問いである「経口投与した酸化セリウムナノ粒子のバイオアベイラビリティと薬理効果は、どうすれば高められるだろうか?」「酸化セリウムナノ粒子の吸収効率や薬理効果を向上するには、ナノ粒子の物性や生体側の環境のどう制御すればよいだろうか?」に応える知見を見出すことを目標とする。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] SRM Institute of Science and Technology(インド)

    • 国名
      インド
    • 外国機関名
      SRM Institute of Science and Technology
  • [雑誌論文] Infrared spectroscopy analysis determining secondary structure change in albumin by cerium oxide nanoparticles2023

    • 著者名/発表者名
      Umezawa Masakazu、Itano Ryodai、Sakaguchi Naoya、Kawasaki Takayasu
    • 雑誌名

      Frontiers in Toxicology

      巻: 5 ページ: 1237819

    • DOI

      10.3389/ftox.2023.1237819

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effect of carbonaceous ultrafine particles on the structure and oligomerization of Aβ42 peptide2023

    • 著者名/発表者名
      Kaumbekova Samal、Amouei Torkmahalleh Mehdi、Umezawa Masakazu、Wang Yanwei、Shah Dhawal
    • 雑誌名

      Environmental Pollution

      巻: 323 ページ: 121273

    • DOI

      10.1016/j.envpol.2023.121273

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Enhancing near‐infrared fluorescence intensity and stability of PLGA‐b‐PEG micelles by introducing Gd‐DOTA at the core boundary2023

    • 著者名/発表者名
      Doan Thi Kim Dung、Umezawa Masakazu、Okubo Kyohei、Kamimura Masao、Soga Kohei
    • 雑誌名

      Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials

      巻: 112 ページ: e35327

    • DOI

      10.1002/jbm.b.35327

    • 査読あり
  • [雑誌論文] “第2の生体の窓” 近赤外蛍光生体イメージングのためのナノ材料設計2023

    • 著者名/発表者名
      梅澤雅和
    • 雑誌名

      バイオマテリアル

      巻: 41 ページ: 290~295

  • [雑誌論文] Influence of Carboxyl Group Ratios on the Design of Breast Cancer Targeting Bimodal MR/NIR-II Imaging Probe from PLGA@Gd-DOTA@PEG Micelles Conjugating Herceptin2023

    • 著者名/発表者名
      Doan Thi Kim Dung、Umezawa Masakazu、Ikeda Kazuno、Ohnuki Kazunobu、Akatsuka Mizuki、Okubo Kyohei、Kamimura Masao、Yamaguchi Masayuki、Fujii Hirofumi、Soga Kohei
    • 雑誌名

      ACS Applied Bio Materials

      巻: 6 ページ: 2644~2650

    • DOI

      10.1021/acsabm.3c00260

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Controlling Molecular Dye Encapsulation in the Hydrophobic Core of Core-Shell Nanoparticles for In Vivo Imaging2023

    • 著者名/発表者名
      Umezawa Masakazu、Ueya Yuichi、Ichihashi Kotoe、Dung Doan Thi Kim、Soga Kohei
    • 雑誌名

      Biomedical Materials & Devices

      巻: 1 ページ: 605~617

    • DOI

      10.1007/s44174-023-00073-0

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] マイクロプラスチックの体内挙動可視化のための近赤外蛍光モデル粒子2024

    • 著者名/発表者名
      永沢諒、井上創太、五十部拓海、曽我公平、梅澤雅和
    • 学会等名
      2023年度スマートヘルスケアシステム研究部門研究成果報告会
  • [学会発表] Design of polymeric micelles for combining magnetic resonance and SWIR imaging for breast cancer detection2024

    • 著者名/発表者名
      Doan TKD, Umezawa M, Okubo K, Kamimura M, Yamaguchi M, Fujii H, Soga K
    • 学会等名
      12th International Conference on Nano and Materials Science (ICNMS 2024)
    • 国際学会
  • [学会発表] 近赤外蛍光ナノ粒子「を」見る、そんなナノ粒子「で」見る2023

    • 著者名/発表者名
      梅澤雅和
    • 学会等名
      第32回日本バイオイメージング学会学術集会
    • 招待講演
  • [学会発表] マイクロプラスチックの生体内挙動を見せるモデル近赤外蛍光粒子を作る2023

    • 著者名/発表者名
      井上創太、五十部拓海、曽我公平、梅澤雅和
    • 学会等名
      第32回日本バイオイメージング学会学術集会
  • [学会発表] Infrared spectroscopy-based method for evaluating changes in the secondary structure of proteins interacting with cerium oxide nanoparticles2023

    • 著者名/発表者名
      Umezawa M, Itano R
    • 学会等名
      Nanosafe '23 (NanoSAFE 2023 and NanoSafety Cluster Joint Conference)
    • 国際学会
  • [学会発表] Hybrid nanostructures using polymers to reduce the toxicity of inorganic luminescent nanomaterials and organic dyes2023

    • 著者名/発表者名
      Umezawa M, Soga K
    • 学会等名
      British Occupational Hygiene Society (BOHS) Inhaled Particles / NanOEH Conference 2023
    • 国際学会
  • [備考] 東京理科大学 ナノメディカル工学(梅澤)研究室ウェブサイト

    • URL

      https://sites.google.com/view/umelabsince2021/umelab-home

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公開日: 2024-12-25  

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