脳内に核酸医薬を送達する高分子ミセルの創製と脳神経系難病の標的治療への展開

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25000006
• 研究機関: 公益財団法人川崎市産業振興財団(ナノ医療イノベーションセンター)
• 研究代表者: 片岡 一則 公益財団法人 川崎市産業振興財団ナノ医療イノベーションセンター, センター長
• 研究期間 (年度): 2013 – 2017
• キーワード: 高分子ミセル / 薬物送達システム / 遺伝子治療 / 脳-血液関門 / アルツハイマー病 / siRNA / メッセンジャーRNA / グルコーストランスポーター

研究実績の概要

本研究の目的は、強固な生体バリア(血液脳関門 : BBB)を克服して脳神経系に核酸医薬(siRNA, mRNA, pDNAなど)を送達する高分子ミセルを構築し、アルツハイマー病(AD)などの脳神経系難治疾患の分子治療における有効性を実証することである。
本年度は、これまでに確立したBBBを効率的に通過する直径30nmのグルコース結合高分子ミセル(Gluc/m)を基盤技術として、1本鎖核酸であるアンチセンス核酸(ASO)のミセル封入について検討を実施した。ここではASOを封入した高分子ミセルコアヘジスルフィド架橋を導入する事による安定化を狙い、ポリカチオンセグメント側鎖の一部に2-iminothiolaneを導入したブロック共重合体を合成し、ASOと混合する事によって、粒子径約40nmで単分散な高分子ミセルの調製に成功した。このASO内包ミセルはグルコースリガンドを表層に結合する事によって、ADモデルマウスの脳内にも到達し、標的遺伝子のサイレンジンクにも成功している。一方、長鎖核酸であるplasmid DMA(pDNA)についても、細胞内高ATP環境やエンドソーム内低pH環境に応答して開裂するフエニルボロン酸エステル結合を用いてポリカチオンセグメント同士を架橋する事で、細胞外での安定性と細胞内動態制御の両立に基づ<効率的遺伝子発現の達成に成功した。messenger RNA(mRNA)については、全身投与に向けて、ミセルの安定化に取り組んだ。ミセル内核へのジスルフィド架橋導入法の最適化において、ポリカチオンセグメントの電荷を保つたまま架橋を導入したところ、電荷を保だない導入法と比べて、高い安定化効果が得られた。さらに、mRNAからのタンパク質翻訳活性を阻害することなく、高い安定性を得るために最適な架橋導入率も見出した。これにより、疾患原因遺伝子の発現抑制を目的としたsiRNAやASO等のオリゴ核酸分子、疾患治療遺伝子の発現増強を目的としたmRNA並びにpDNAを脳内で機能させ、疾患関連遺伝子活性の広範なon/off制御を行う事が可能となり、脳神経系疾患治療における長年の課題を解決する道筋が示された。

研究成果

• [雑誌論文] Modulation of blood-brain barrier function by a heteroduplex oligonucleotide in vivo. (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Kuwahara, J. Song, T. Shimoura, K. Yoshida-Tanaka, T. Mizuno, T. Mochizuki, S. Zeniya, F. Li, K. Nishina, T. Nagata, S. Ito, H. Kusuhara, T. Yokota
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 8 ページ: 4, 377
  • DOI: 10.1038/s41598-018-22577-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Enhanced intracellular delivery of siRNA by controlling ATP-responsivity of phenylboronic acid-functionalized polyion complex micelles. (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Naito, N. Yoshinaga, T. Ishii, A. Matsumoto, Y. Miyahara, K. Miyata, K. Kataoka
  • 雑誌名: Macromol. Biosci. 巻: 1 ページ: 1, 700, 357
  • DOI: 10.1002/mabi.201700357
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Designing immunostimulatory double stranded messenger RNA with maintained translational activity through hybridization with poly a sequences for effective vaccination. (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Uchida, N. Yoshinaga, K. Yanagihara, E. Yuba, K. Kataoka, K. Itaka
  • 雑誌名: Biomaterials 巻: 150 ページ: 162-170
  • DOI: 10.1016/j.biomaterials.2017.09.033
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polyplex micelles with phenylboronate/gluconamide crosslinking in the core exerting promoted gene transfection through spatiotemporal responsivity to intracellular pH and ATP concentration. (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Yoshinaga, T. Ishii, M. Naito, T. Endo, S. Uchida, H. Cabral, K. Osada, K. Kataoka
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 139 ページ: 18567-18575
  • DOI: 10.1021/jacs.7b08816
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Unilamellar polyion complex vesicles (PICsomes) with tunable permeabilities for macromolecular solutes with different shapes and sizes. (2017)
  • 著者名/発表者名: O. F. Mutaf, Y. Anraku, A. Kishimura, K. Kataoka
  • 雑誌名: Polymer 巻: 133 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1016/j.polymer.2017.10.062
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanoparticle delivery of Cas9 ribonucleoprotein and donor DNA in vivo induces homology-directed DNA repair. (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Lee, M. Conboy, H. -M. Park, F. Jiang, H. -J. Kim, M. A. Dewitt, V. A. Mackley, K. Chang, A. Rao, C. Skinner, T. Shobha, M. Mehdipour, H. Liu, W. -C. Huang, F. Lan, N. L. Bray, S. Li, J. E. Corn, K. Kataoka, J. A. Doudna, I. Conboy, N. Murthy
  • 雑誌名: Nat. Biomed. Eng. 巻: 1 ページ: 889-901
  • DOI: 10.1038/s41551-017-0137-2
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Virus-mimicking chimaeric polymersomes boost targeted cancer siRNA therapy in vivo. (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Zou, M. Zheng, W. Yang, F. Meng, K. Miyata, H. -J. Kim, K. Kataoka, Z. Zhong
  • 雑誌名: Adv. Mater. 巻: 29 ページ: 1703285
  • DOI: 10.1002/adma.201703285
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Therapeutic vesicular nanoreactors with tumor-specific activation and self-destruction for synergistic tumor ablation. (2017)
  • 著者名/発表者名: J. Li, A. Dirisala, Z. Ge, Y. Wang, W. Yin, W. Ke, K. Toh, J. Xie, Y. Matsumoto, Y. Anraku, K. Osada, K. Kataoka
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 56 ページ: 14025-14030
  • DOI: 10.1002/anie.201706964
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Glycaemic control boosts glucosylated nanocarrier crossing the BBB into the brain. (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Anraku, H. Kuwahara, Y. Fukusato, A. Mizoguchi, T. Ishii, K. Nitta, Y. Matsumoto, K. Toh, K. Miyata, S. Uchida, K. Nishina, K. Osada, K. Itaka, N. Nishiyama, H. Mizusawa, T. Yamasoba, T. Yokota, K. Kataoka
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 8 ページ: 1, 001
  • DOI: 10.1038/s41467-017-00952-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Systemic delivery of folate-PEG siRNA lipopolyplexes with enhanced intracellular stability for in vivo gene silencing in leukemia. (2017)
  • 著者名/発表者名: D. -J. Lee, E. Kessel, T. Lehto, X. Liu, N. Yoshinaga, K. Padari, Y. -C. Chen, S. Kempter, S. Uchida, J. O. Rädler, M. Pooga, M. -T. Sheu, K. Kataoka, E. Wagner
  • 雑誌名: Bioconjugate Chem. 巻: 28 ページ: 2393-2409
  • DOI: 10.1021/acs.bioconjchem.7b00383
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Use of SpyTag/SpyCatcher to construct bispecific antibodies that target two epitopes of a single antigen. (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Yumura, H. Akiba, S. Nagatoishi, O. Kusano-Arai, H. Iwanari, T. Hamakubo, K. Tsumoto
  • 雑誌名: J. Biochem. 巻: 162 ページ: 203-210
  • DOI: 10.1093/jb/mvx023
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermodynamic analyses of amino acid residues at the interface of an antibody B2212A and its antigen roundabout homolog 1 (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Yui, H. Akiba, S. Kudo, M. Nakakido, S. Nagatoishi, K. Tsumoto
  • 雑誌名: J. Biochem. 巻: 162 ページ: 255-258
  • DOI: 10.1093/jb/mvx050
  • 査読あり
• [学会発表] 夢を形に : ナノテクノロジーで創る体内病院～ドラッグデリバリー・システムの先鋭化とそのインパクト～ (2018)
  • 著者名/発表者名: 片岡一則
  • 学会等名: 未踏科学技術協会 平成29年度下期先端科学技術戦略早朝討論会(第5回)
  • 招待講演
• [学会発表] ナノ技術による高付加価値かつサステイナブルな医療の実現 (2018)
  • 著者名/発表者名: 片岡一則
  • 学会等名: 日本工学アカデミーバイオ・医療プロジェクトワークショップ～医療の高度化とサステイナビリティの両立に向けて～
  • 招待講演
• [学会発表] mRNAデリバリーのためのポリマー開発戦略 (2018)
  • 著者名/発表者名: 片岡一則
  • 学会等名: アキュルナシンポジウム「mRNAが生み出すパラダイムシフト」
  • 招待講演
• [学会発表] Self-assembled supramolecular nanosystems for smart diagnosis and targeted therapy of intractable diseases (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Kataoka
  • 学会等名: 4th Annual Meeting SFNano 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Self-assembled supramolecular nanosystems for smart diagnosis and targeted therapy of intractable diseases (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Kataoka
  • 学会等名: 22nd Annual John G. Wagner Memorial Lecture
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Self-assembled supramolecular nanosystems for smart diagnosis and targeted therapy of intractable diseases (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Kataoka
  • 学会等名: 2017 MRS Fall Meeting & Exhibit
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Self-assembled supramolecular nanosystems for smart diagnosis and target therapy of intractable diseases (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Kataoka
  • 学会等名: The Yonsei Chemistry Centennial & IBS International Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] DNA/RNAヘテロ2 本鎖核酸 (2017)
  • 著者名/発表者名: 横田隆徳
  • 学会等名: Bio Japan 2017
• [学会発表] pDNAを折りたたむ、巻く。その構造-機能発現相関 (2017)
  • 著者名/発表者名: 長田健介、Y. Li、片岡一則
  • 学会等名: 第66回高分子討論会
• [学会発表] ヘテロ2本鎖核酸の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 横田隆徳
  • 学会等名: 創薬薬理フォーラム第25回シンポジウム
• [学会発表] 難治性脳神経系疾患の治療を指向した高分子ミセルの構築 (2017)
  • 著者名/発表者名: 安楽泰孝、桑原宏哉、横田隆徳、片岡一則
  • 学会等名: 第66回高分子討論会
• [学会発表] Self-assembled supramolecular nanosystems for gene and mRNA delivery : Their relevance in regenerative medicine (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Kataoka
  • 学会等名: 2017 International Conference of Developmental Biology, Stem Cells and Regenerative Medicine - from Basic Research to Applications(DBSRM2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 抗原ペプチドの硫酸化がペプチドー抗体間相互作用に与える影響の熱力学的解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮鍋 一紘、秋葉 宏樹、高松 佑一郎、山下 雄史、カアベイロ ホセ、津本 浩平
  • 学会等名: 第55回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Self-assembled supramolecular nanosystems for smart diagnosis and targeted therapy of intractable diseases (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Kataoka
  • 学会等名: The 15th International Conference on Advanced Materials(IUMRS-ICAM 2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Modulation of blood-brain barrier function by heteroduplex oligonucleotide in vivo (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Kuwahara, J. Song, T. Shimoura, K. Yoshida-Tanaka, T. Mizuno, T. Mochizuki, K. Nishina, T. Nagata, H. Kusuhara, T. Yokota
  • 学会等名: The 40th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
• [学会発表] mRNA搭載ナノミセルを用いた抗アミロイドβ単鎖抗体導入によるアルツハイマー病治療 (2017)
  • 著者名/発表者名: 内田智士、F. Perche、秋葉宏樹、位髙啓史、津本浩平、片岡一則
  • 学会等名: 日本核酸医薬学会第3回年会
• [学会発表] Self-assembled supramolecular nanosystems for smart diagnosis and targeted therapy of intractable diseases (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Kataoka
  • 学会等名: 12th International Symposium on Frontiers in Biomedical Polymers (FBPS' 2017) - In Honor of Professors Allan S. Hoffman and Raphael M. Ottenbrite -
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 1分子核酸封入ポリイオンコンプレックスの調製と核酸デリバリーへの展開 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮田完二郎、渡邉秀美代、藤加珠子、林光太朗、内藤瑞、H. -J. Kim、片岡一則
  • 学会等名: 第33回DDS学会学術大会
• [学会発表] 抗アミロイドβ単鎖抗体発現mRNA搭載ナノミセルを用いたアルツハイマー病治療 (2017)
  • 著者名/発表者名: 内田智士、F. Perche、秋葉宏樹、位髙啓史、津本浩平、片岡一則
  • 学会等名: 第33回DDS学会学術大会
• [学会発表] 結晶構造と変異導入解析によるウサギ抗体のリン酸基認識機構の解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 河出 来時、秋葉 宏樹、カアベイロ ホセ、奥村 繁、丸山 俊昭、Kevin Entzminger、津本 浩平
  • 学会等名: 第17回日本蛋白質科学会年会
• [学会発表] Binding profiles of the block copolymers with pDNA to form polyplex micelles and effect of unbound polymers on toxicity (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Osada, Q. Chen, K. Kataoka
  • 学会等名: 第66回高分子学会年次大会
• [学会発表] 脳実質内でのターゲティングを可能とするデュアルリガンド搭載型高分子ミセルの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 渡邉拓也、安楽泰孝、福島重人、片岡一則
  • 学会等名: 第66回高分子学会年次大会
• [学会発表] Future medicines : Drug delivery & targeting sciences self-assembled supramolecular nanosystems for smart diagnosis and therapy of intractable diseases (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Kataoka
  • 学会等名: 6th Pharmaceutical Sciences World Congress (PSWC) : Future Medicines for One World
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Supramolecular nanosystems from block copolymers for smart diagnosis and targeted therapy (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Kataoka
  • 学会等名: Symposium “From Macromolecular Engineering to Multicompartment Colloids and Nanostructure Materials” - Celebrating 70th Birthday of Prof. Axel Mueller
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Self-assembled supramolecular nanosystems for smart diagnosis and targeted therapy of intractable diseases (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Kataoka
  • 学会等名: NIM Workshop “Young Ideas in Nanoscience” 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Selective packaging of pDNA into rod- or toroid-shape within polyplex micelles (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Osada, Y. Li, K. Kataoka
  • 学会等名: 2017 MRS spring meeting and exhibit
  • 国際学会
• [学会発表] Fantastic voyage by supramolecular nanosystems : Challenge from polymer chemistry toward smart targeted therapy of intractable diseases (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Kataoka
  • 学会等名: The 34th Herbert C. Brown Lectures in Organic Chemistry
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Self-assembled supramolecular nanosystems for smart diagnosis and targeted therapy of intractable diseases (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Kataoka
  • 学会等名: Symposium on 50th Anniversary Celebration of Macromolecules 253rd American Chemical Society National Meeting & Exposition
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] Chap. 18疾患部位で薬を『つくる』ナノマシンの構築/Development of nano-machines that produce drugs at the disease site CSJ CurrentReview 26 分子マシンの科学 分子の動きとその機能を見る/Science of Molecular Machine (2017)
  • 著者名/発表者名: 安楽泰孝、片岡一則
  • ページ: 171-177
  • 総ページ数: 200
  • 出版者: 日本化学会
• [図書] Chap. 11 DNAの折り畳みを操る : 高分子ミセル型遺伝子デリバリーシステムの創出/Control of DNA packaging : Development of polyplex micelles as gene delivery system CSJ CurrentReview 24 医療・診断・創薬の化学-医療分野に挑む革新的な化学技術/Chemistry in Medical Diagnosis and Drug Discovery (2017)
  • 著者名/発表者名: 長田健介
  • ページ: 123-131
  • 総ページ数: 194
  • 出版者: 日本化学会
• [備考] 公益財団法人 川崎市産業振興財団ナノ医療イノベーションセンター
  • URL: http://iconm.kawasaki-net.ne.jp
• [備考] 片岡・喜納ラボ
  • URL: http://iconm.kawasaki-net.ne.jp/kklab/index.html
• [産業財産権] 体内における薬物動態を制御する組成物 (2018)
  • 発明者名: ディリサラアンジャネユル、大澤重仁、藤加珠子、内田智士、片岡一則、林光太朗
  • 権利者名: 公益財団法人川崎市産業振興財団
  • 産業財産権種類: 特許、特願
  • 産業財産権番号: 特願2018-043880
• [産業財産権] 核酸登載ユニット型ポリイオンコンプレックス (2017)
  • 発明者名: キム ヒョンジン、宮田完二郎、渡邉秀美代、藤加珠子、福島重人、片岡一則、林光太朗
  • 権利者名: 公益財団法人川崎市産業振興財団、国立大学法人東京大学
  • 産業財産権種類: 特許、特願
  • 産業財産権番号: 特願2017-166735
• [産業財産権] 温度応答性ミセルおよびその用途 (2017)
  • 発明者名: ディリサラアンジャネユル、大澤重仁、片岡一則
  • 権利者名: 公益財団法人川崎市産業振興財団
  • 産業財産権種類: 特許、特願
  • 産業財産権番号: 特願2017-163339
• [産業財産権] 末端にアミノ基を有するポリマーの製造方法 (2017)
  • 発明者名: 片岡一則、大澤重仁、長田健介、石井武彦、武元宏泰
  • 権利者名: 公益財団法人川崎市産業振興財団、国立大学法人東京大学
  • 産業財産権番号: PCT/JP2017/026024
  • 外国
• [産業財産権] 血中で安定なmRNA内包ミセル (2017)
  • 発明者名: 大澤重仁、長田健介、片岡一則
  • 権利者名: 公益財団法人川崎市産業振興財団
  • 産業財産権種類: 特許、特願
  • 産業財産権番号: 特願2017-105021
• [産業財産権] 血中におけるRNAの安定性の改善剤および投与方法 (2017)
  • 発明者名: 大澤重仁、長田健介、内田智士、片岡一則、林光太朗
  • 権利者名: 公益財団法人川崎市産業振興財団
  • 産業財産権種類: 特許、特願
  • 産業財産権番号: 特願2017-104975
• [産業財産権] 脳への薬剤送達用のキャリアおよびこれを含んでなる組成物 (2017)
  • 発明者名: 安楽泰孝、中村乃理子、片岡一則
  • 権利者名: 公益財団法人川崎市産業振興財団
  • 産業財産権種類: 特許、特願
  • 産業財産権番号: 特願2017-095055
• [産業財産権] 重合体および重合体の製造方法 (2017)
  • 発明者名: 大澤重仁、内藤瑞、片岡一則
  • 権利者名: 公益財団法人川崎市産業振興財団
  • 産業財産権種類: 特許、特願
  • 産業財産権番号: 特願2017-92988