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2013 年度 実施状況報告書

ガン温熱化学療法に有効なナノキャリアの開発

研究課題

研究課題/領域番号 25350549
研究種目

基盤研究(C)

研究機関東北大学

研究代表者

森本 展行  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00313263)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード自己組織化 / ナノ粒子 / ベタイン / 温熱化学療法
研究概要

ポリエチレングリコールとポリ(3-ジメチル(メタクリロイルオキシエチル)アンモニウムプロパンスルホン酸)によるブロックポリマー(PEG-b-SB)を、PEG分子量が1,000-5,000、またSB分子量が10,000-50,000の範囲で調製した。これらのポリマーは、純水中においてマイクロメートルサイズの中空粒子を形成し得るが、構造安定化あるいはサイズ制御を試みると、多層膜型のミクロスフィアとなることが明らかとなった。これらのミクロスフィア溶液の塩化ナトリウム濃度を増加させていくと、SBポリマーに由来する上限臨界共溶温度(UCST)が低下した。どの組成のPEG-b-SBでも100 mM以上の条件では、室温でミクロスフィアは溶解した。
そこで、より塩溶液中で安定なベタイン含有ナノ粒子の調製を目指し、側鎖間のスタッキングによる構造安定化を期待して、ピリジニウム型スルホベタイン(PySB)の利用を考え、PEG-b-PySBを調製した。得られたPEG-b-PySBは、いずれも純水中には溶解しなかったため、10倍濃度のリン酸緩衝液(PBS)中にて溶解し、生理塩濃度まで希釈することでサイズの揃った粒子が得られることが確認された。またPEGの分子量が増加するにつれてその粒径は減少し、PEG分子量が5,000のポリマーでは100 nm程度の流体力学径が得られた。このときPBS中では4日後もほとんど粒径に変化が認められず、安定なナノ粒子の調製に成功した。一方でリン酸緩衝液中の塩化ナトリウム濃度を増加させても、室温においてはいずれも約500 mMまで溶解せずに粒子状態を保持しえた。これらの結果は、双極子-双極子相互作用を会合因子として生理条件下で有効に利用し得ることを示す重要なものである。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

PEG-b-SBが中空よりも中実構造の方が安定であることは想定外であったものの、ここまでは概ね順調に研究実施計画にのっとり展開できている。申請時に危惧していたPEG-b-SBの塩存在下での溶液安定性の問題を具体的な数値で明らかとした上で、その安定性を向上させうると期待されるピリジニウム基を有したPySBとPEGから含有新たなポリマーを設計・調製した。その結果、PEG-b-PySBは、PEG-b-SBと同様スルホベタイン側鎖により生じる双極子-双極子相互作用からナノ粒子が自己組織的に形成できた。このポリマーは、PEGブロック長を制御することで粒子サイズが調整でき、分子量5,000のPEGでは約100 nmとなること、また生理塩濃度条件下においても安定であることを明らかとした。しかしこの条件下では、粒子が安定すぎるため、温度応答性は発現しない。この点においてPySBの分子量や構造などの詳細条件の検討が必要である。
これに加えて、平成26年度以降の推進を円滑に行うため、細胞培養とアッセイの技術導入を行い、PEG-b-SB、PEG-SBランダムコポリマーに対して検討した。この結果、非常に低毒性であることを確認した。さらに、ポリマー末端基を蛍光修飾し、PEG-SBランダムコポリマーがある特定の分子量・組成条件の時にのみ非常に高い細胞内導入能を示すとの知見を得ている。

今後の研究の推進方策

まずは当初の実施計画通り、キャリアの細胞毒性評価を行うとともに、薬物の内包と放出特性の解析を試みる。薬物としてドキソルビシンに加えてオリゴ核酸についても検討したい。一方、ここでのキャリアとして、PEG-b-PySBは細胞毒性の発現も懸念されることから、細胞毒性の低減と温度応答性の発現を目指したポリマーの設計も並行して行っていく。またこれらに加え、ほとんど低毒性であることが確認されているPEG-SBランダムコポリマーミセル、および高塩濃度条件でミセル転移する高分子量SBブロック(20,000以上)を有したPEG-b-SBミセルの利用も視野に入れていく。
一方でキャリアにガン細胞標的指向性を示す葉酸の修飾を行う。こちらも手法としては当初計画通りに葉酸のカルボキシル基末端をポリマー末端に修飾する。この末端修飾の効果を見極めていきたい。また組成を制御したPEGとSBのランダムコポリマーミセルは、それ自体でガン細胞への高い取り込み能を示している。この細胞内取り込みは、エンドサイトーシスではなく従来にない機構を有していると示唆されていることから、より詳細な細胞内取り込み機構の解明を目指したい。
順調に結果が得られるようであれば、誘電加温システム評価系の構築を積極的に行っていきたい。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (4件)

  • [雑誌論文] Self-assembled microspheres driven by dipole-dipole interactions: UCST-type transition in water.2014

    • 著者名/発表者名
      N. Morimoto, K. Muramatsu, T. Wazawa, Y. Inoue, M. Suzuki.
    • 雑誌名

      Macromol. Rapid. Commun.

      巻: 35 ページ: 103-108

    • DOI

      10.1002/marc.201300798

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Polysaccharide-Hair Cationic Polypeptide Nanogels: Self-Assembly and Enzymatic Polymerization of Amylose Primer-Modified Cholesteryl Poly(l-lysine)2013

    • 著者名/発表者名
      N. Morimoto, M. Yamazaki, J. Tamada, K. Akiyoshi.
    • 雑誌名

      Langmuir

      巻: 29 ページ: 7509-7514

    • DOI

      10.1021/la3047774

    • 査読あり
  • [学会発表] ポリ(スルホベタイン)-PEGブロックコポリマー粒子の刺激応答特性2013

    • 著者名/発表者名
      森本展行、村松かんな、和沢鉄一、鈴木誠
    • 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
    • 年月日
      20131125-20131126
  • [学会発表] 誘電緩和分光測定によるオリゴリン酸 Na、アルキルカルボン酸 Na、アルキルスルホン酸 Na の水和特性2013

    • 著者名/発表者名
      石杜和希、王楊天、丹野則彦、最上譲二、和沢 鉄一、森本展行、鈴木 誠
    • 学会等名
      第51回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      20131028-20131030
  • [学会発表] スルホベタインブロックコポリマーによる多層膜ポリマーベシクルの調製と動的構造変化2013

    • 著者名/発表者名
      森本展行、村松かんな、和沢鉄一、鈴木誠
    • 学会等名
      第62回高分子討論会
    • 発表場所
      石川
    • 年月日
      20130911-20130913
  • [学会発表] スルホベタインを有する温度応答性ブロックコポリマーの水溶液特性2013

    • 著者名/発表者名
      村松かんな、森本展行、鈴木誠
    • 学会等名
      第62回高分子討論会
    • 発表場所
      石川
    • 年月日
      20130911-20130913

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公開日: 2015-05-28  

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