生体内分解可能なナノカーボンを用いた標的癌治療薬剤の創製

2013 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 25390024
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 研究機関: 独立行政法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 張 民芳 独立行政法人産業技術総合研究所, ナノチューブ応用研究センター, 研究員 (60518330)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: カーボンナノチューブ / ナノホーン / 生分解 / 酵素 / ＤＤＳ

研究概要

近年、カーボンナノチューブ(CNT)やナノホーン(CNH)などのナノカーボンを使用した医療応用研究が盛んになっている。しかし、ナノカーボンは毒性が低いものの、肝臓や脾臓などの組織に集積され易いことが分かっている。長期にわたって人体の健康を守ることが大前提になるため、実用化するには、ナノカーボンは組織内で分解、あるいは、体外へ排出が確認できなければならない。本年度は本研究テーマが計画通り進展し、酵素を用いたＣＮＨの分解可能性を明らかにし、最適な分解酵素を見出した。また、分解におけるＣＮＨの構造や化学修飾との関係について調べた。具体的に以下の研究成果を得られた。
1) 最適な生分解促進酵素の選択
ヒト好中球酵素（MPO）や、植物由来の酵素（HRP）及びヘモグロビンなどを用いて、CNHの生分解可能性を調べ、最適な生分解促進酵素を探索した。光吸収測定法により、分解されてないＣＮＨの量が測定でき、分解されたＣＮＨの量がわかった。２４時間でＭＰＯにより分解されたＣＮＨの量は全体のＣＮＨの６０％で、ＨＲＰとヘモグロビンなどによりＣＮＨがあまり分解しないことを明らかにした。
2)カーボンナノホーンの酸化状態とサイズによる分解効率への影響
Kaganらの研究により、酸化処理した単層CNTはas-grown CNTより分解しやすいとの報告があったため、本研究では、HNO3又はH2O2を用いて、CNHを酸化処理し、異なった酸化状態及び様々のサイズのCNHを得られた。そして、酵素ＭＰＯを用いて、様々な異なった構造のCNHが分解された量を調べた。その結果、CNHの分解速度或いは分解効率はあまり酸化状態や、サイズと関係がないことを解明した。

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

理由：　本年度は本研究テーマが計画通り進展している。酵素を用いたＣＮＨの分解可能性を明らかにし、最適な分解酵素を見出した。また、分解におけるＣＮＨの構造や化学修飾との関係について調べた。現在、結果を纏め、論文投稿準備中である。

今後の研究の推進方策

CNHは酵素MPOにより酸化される可能性が明らかになったが、分解効率がＣＮＴよりあまり高くない。今後は予定通り培養細胞、特に免疫細胞を用いて細胞内のCNH分解状態を調べ、細胞内の分解可能性を解明すると共に、細胞内分解性が高いCNHの構築を探索する。

研究成果

• [雑誌論文] Quantification of whole body and excreted carbon nanohorns intravenously injected into mice (2014)
  • 著者名/発表者名: Minfang Zhang, Yoshio Tahara , Mei Yang , Xin Zhou , Sumio Iijima , Masako Yudasaka
  • 雑誌名: Adv. Healthcare Mater. 2014, 3, 239–244 巻: 3 ページ: 239-244
  • DOI: 10.1002/adhm.201300192
  • 査読あり
• [雑誌論文] Size-dependent biodistribution of carbon nanohorns in vivo (2013)
  • 著者名/発表者名: Minfang Zhang, Takeshi Yamaguchi, Sumio Iijima , Masako Yudasaka
  • 雑誌名: Nanomedicine, NBM 巻: 9 ページ: 657-664
  • DOI: 10.1016/j.nano.2012.11.011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Long-term biopersistence of tangled oxidized carbon nanotubes inside and outside macrophages in rat subcutaneous tissue (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshinori Sato, Atsuro Yokoyama, Yoshinobu Nodasaka, Takao Kohgo, Kenichi Motomiya, Hiroaki Matsumoto, Eiko Nakazawa, Tomoko Numata, Minfang Zhang, Masako Yudasaka, Hideyuki Hara, Rikita Araki, Osamu Tsukamoto, Hiroaki Saito, Takeo Kamino, Fumio Watari, Kazuyuki Tohji
  • 雑誌名: SCIENTIFIC REPORTS 巻: 3 ページ: 1-10
  • DOI: DOI: 10.1038/srep02516
  • 査読あり
• [雑誌論文] ナノカーボンを用いたドラッグデリバリーシステムの検討 (2013)
  • 著者名/発表者名: 張民芳、湯田坂雅子
  • 雑誌名: 炭素 巻: 260 ページ: 306-312
  • 査読あり
• [学会発表] Dynamic whole-body imaging of radiolabelled carbon nanohorns in mice (2013)
  • 著者名/発表者名: 張民芳、Dhifaf Jasim、Antonio Nunes、Cecilia Menard-Moyon、Alberto Bianco、飯島澄男、湯田坂雅子、Kostas Kostarelos
  • 学会等名: 第45回フラーレン・ナノチューブ･グラフェン総合シンポジウム
  • 発表場所: 大阪大学 豊中キャンパス
  • 年月日: 20130805-20130807
• [学会発表] Lysosomal membrane permeabilization induced by carbon nanohorns caused reactive oxygen species generation and apoptosis in RAW264.7 cell (2013)
  • 著者名/発表者名: 楊梅、張民芳、田原善夫、飯島澄男、湯田坂雅子
  • 学会等名: 第45回フラーレン・ナノチューブ･グラフェン総合シンポジウム
  • 発表場所: 大阪大学 豊中キャンパス
  • 年月日: 20130805-20130807
• [産業財産権] ナノカーボン高分子複合体の製造方法及び該方法で製造されたナノカーボ ン高分子複合体 (2014)
  • 発明者名: 張民芳、楊梅、湯田坂雅子、都英次郎、国岡正雄
  • 権利者名: 張民芳、楊梅、湯田坂雅子、都英次郎、国岡正雄
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2014-003358
  • 出願年月日: 2014-01-10