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2012 年度 実績報告書

細胞ナノ領域と生体微小環境における核酸送達システムの動態と機能発現解析

公募研究

研究領域ナノメディシン分子科学
研究課題/領域番号 24107502
研究機関北海道大学

研究代表者

畠山 浩人  北海道大学, 薬学研究科(研究院), 特任助教 (70504786)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2014-03-31
キーワードドラッグデリバリーシステム / 核酸医薬 / siRNA / リポソーム / がん
研究実績の概要

機能性核酸を癌疾患治療に応用するには、核酸を機能する場所である癌組織の癌細胞の中にまで届ける必要がある。本研究では癌組織へ効率的に核酸を送達可能なDDSの開発について、以下の研究を行った。
1)新規pH応答性カチオン性脂質の合成とin vitro機能評価
新規pH応答性カチオン性脂質YSK05を合成した。YSK05を含むpH応答性リポソーム(YSK-MEND)は粒子径80nm、siRNAの封入率90%以上、pKaはおよそ6.5であり、初期エンドソームなど弱酸性領域で正に荷電することが示された。in vitroノックダウン活性は従来のシステムと比較し100倍向上し、エンドソーム内の酸性化と正帯電によるエンドソーム膜との膜融合がエンドソーム脱出のメカニズムであることが示唆された(Sato, Hatakeyama, et al. J. Control. Release, 2012)
2)YSK-MENDのin vivo機能評価
YSK-MENDをマウスへ静脈内投与後、肝臓における標的遺伝子のノックダウンにより評価した。その結果、従来のMENDと比較して1/10以下の投与量で肝臓標的遺伝子をノックダウンすることに成功した(論文投稿準備中, 特願2012-11952)。次に、YSK-MENDによるがん組織へのsiRNA送達と標的遺伝子のノックダウンについて評価した。4mg/kgのsiRNA投与量でPEG-MENDを静脈内投与し50-60%程度のノックダウンが確認された。以上より、in vivoがん組織において標的遺伝子をノックダウン可能な全身投与型MENDの構築に成功した(Sakurai, Hatakeyama, et al. Mol Ther, in press)。

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

新規pH応答性脂質YSK05の合成とYSK05を含むリポソーム、YSK-MENDの開発を行った。YSK-MENDはin vitro培養細胞で高いノックダウン活性を示し、さらにYSK-MENDを静脈内投与するとin vivo肝臓でも高いノックダウン活性を引き起こすことに成功した。これらの成果により現在ヒトC型肝炎ウイスル治療への応用が進んでいる。またがん組織へ送達可能な効率的なYSK-MENDの最適化に成功し、実際に腎細胞癌モデルにおいて、0.75mg/kgという従来よりも低い投与量で標的遺伝子を60%ノックダウンに成功している。このようなシステムを用いることで、様々な癌種でのノックダウン活性を評価でき、in vivo癌組織においてどのようなパラメータが活性に大きく影響するか解析が可能になったため、研究は概ね順調に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

本年度は以下の課題に関して研究を進める。
1)サイズ制御を目的としたマイクロ流路によるMEND調製法の確立:予備検討で、がん組織における分布にMENDのサイズが大きく影響することを明らかとした。そこで、MENDの粒子径を従来の100nmから40nm程度にするために、マイクロ流路を用いる。流速や混合比など様々なパラメータの検討を行い、40nm程度のMENDを調製する。
2)がん組織におけるMENDの分布、内封核酸の活性に及ぼすサイズの影響の評価:サイズの異なる蛍光標識MENDを担癌モデルマウスへ静脈内投与後、腫瘍組織内のMENDの分布について、共焦点レーザー顕微鏡を用いて組織切片の観察やリアルタイムイメージングにより定性的に評価する。またフローサイトメーターによりどのような細胞へ分布しているか定量的な評価を行う。内封核酸としてsiRNAやmiRNA等を用いて、がん細胞の標的遺伝子の発現変化を定量的RT-PCRや、5'RACE法などにより評価し、MENDサイズの小型化ががん組織分布と核酸の機能性に及ぼす影響を評価する。
3)がん組織の生物学的特性の解明:上記実験を、腎細胞癌、大腸癌、肺癌、乳癌等で行うとともに、各癌種におけるがん細胞や間質、マクロファージ、血管等の生物学的特性を各マーカー遺伝子やタンパク質の発現を指標に検討し、どのような特性を備える癌種ではナノメディシンは効果が得やすいのか、またどのような特性が見られる癌種では送達が困難となるかの解明を行う。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2013 2012

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 1件) 図書 (1件) 産業財産権 (2件) (うち外国 1件)

  • [雑誌論文] A neutral envelope-type nanoparticle containing pH-responsive and SS-cleavable lipid-like materials as a carrier for plasmid DNA.2013

    • 著者名/発表者名
      Akita H, Ishiba R, Hatakeyama H, Tanaka H, Sato Y, Tange K, Arai M, Kubo K, Harashima H.
    • 雑誌名

      Advanced Healthcare Materials

      巻: in press ページ: in press

    • DOI

      10.1002/adhm.201200431

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Gene silencing via RNAi and siRNA quantification in tumor tissue using MEND, a liposomal siRNA delivery system.2013

    • 著者名/発表者名
      Sakurai Y, Hatakeyama H, Sato Y, Hyodo M, Akita H, Harashima H.
    • 雑誌名

      Molecular Therapy

      巻: in press ページ: in press

    • DOI

      10.1038/mt.2013.57

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A pH-sensitive cationic lipid facilitates the delivery of liposomal siRNA and gene silencing activity in vitro and in vivo.2012

    • 著者名/発表者名
      Sato Y, Hatakeyama H, Sakurai Y, Hyodo M, Akita H, Harashima H.
    • 雑誌名

      Journal of Controlled Release

      巻: 163 ページ: 267-276

    • DOI

      10.1016/j.jconrel.2012.09.009

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of an Efficient Short Interference RNA (siRNA) Delivery System with a New pH-Sensitive Cationic Lipid.2012

    • 著者名/発表者名
      Sato Y, Hatakeyama H, Hyodo M, Akita H, Harashima H.
    • 雑誌名

      YAKUGAKU ZASSHI

      巻: 132 ページ: 1355-1363

    • DOI

      10.1248/yakushi.12-00234-2

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A multifunctional envelope-type nano device for use in nanomedicine: concept and Applications.2012

    • 著者名/発表者名
      Nakamura T, Akita H, Yamada Y, Hatakeyama H, Harashima H.
    • 雑誌名

      Accounts of Chemical Research

      巻: 45 ページ: 1113-1121

    • DOI

      10.1021/ar200254s

    • 査読あり
  • [学会発表] 肝臓を標的とした全身投与型AMOデリバリーシステムの構築2013

    • 著者名/発表者名
      村田真那美、畠山浩人、佐藤悠介、高橋真由美、南川典昭、松田彰、原島秀吉
    • 学会等名
      日本薬学会第133年会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県)
    • 年月日
      2013-03-28 – 2013-03-30
  • [学会発表] An integrated strategy with DNA microarray and non-viral in vivo siRNA delivery to discover novel therapeutic targets for type 2 diabetes.2012

    • 著者名/発表者名
      Hayashi Y, Kajimoto K, Sato Y, Suemitsu E, Akhter A, Sakurai Y, Hatakeyama H, Hyodo M, Kaji N, Baba Y, Harashima H
    • 学会等名
      10 th Annual Discovery on Target
    • 発表場所
      Copley Marriott Hotel (USA)
    • 年月日
      2012-10-01 – 2012-10-03
  • [学会発表] Confirming RNAi-mediated Gene Silencing in tumor by PEGylated siRNA-loaded liposome.2012

    • 著者名/発表者名
      Sakurai Y, Sato Y, Hatakeyama H, Akita H, Hyodo M, Harashima H.
    • 学会等名
      39th Annual Meeting Exposition of the Controlled Release Society
    • 発表場所
      Quebec City Convention Centre (Canada)
    • 年月日
      2012-07-15 – 2012-07-18
  • [学会発表] 薬物をがん細胞・血管内皮細胞へ送り分けるDDSの開発2012

    • 著者名/発表者名
      畠山浩人、原島秀吉
    • 学会等名
      第28回日本DDS学会学術集会
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター(北海道)
    • 年月日
      2012-07-04 – 2012-07-05
    • 招待講演
  • [学会発表] pH応答性カチオン性脂質を用いた腫瘍組織へのsiRNAでリバリーシステムの構築2012

    • 著者名/発表者名
      櫻井遊、畠山浩人、佐藤悠介、兵藤守、秋田英万、原島秀吉
    • 学会等名
      日本薬剤学会第27年会
    • 発表場所
      神戸国際会議場(兵庫県)
    • 年月日
      2012-06-24 – 2012-06-26
  • [学会発表] siRNA搭載pH応答性MENDのin vivoにおける機能評価2012

    • 著者名/発表者名
      藤悠介、畠山浩人、兵藤守、秋田英万、原島秀吉
    • 学会等名
      日本薬剤学会第27年会
    • 発表場所
      神戸国際会議場(兵庫県)
    • 年月日
      2012-06-24 – 2012-06-26
  • [図書] ドラッグデリバリーシステムの新展開II -核酸医薬・抗体医薬・ワクチン医療を支えるDDS技術-2012

    • 著者名/発表者名
      畠山浩人、秋田英万、原島秀吉
    • 総ページ数
      278
    • 出版者
      シーエムシー出版
  • [産業財産権] 脂質膜構造体にpH依存性カチオン性を付与する剤、それによりpH依存性カチオン性が付与された脂質膜構造体および脂質膜構造体の製造方法2012

    • 発明者名
      原島秀吉、畠山浩人、佐藤悠介、兵藤守、櫻井遊、秋田英万
    • 権利者名
      バイメッドコア
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2012-11952
    • 出願年月日
      2012-05-25
  • [産業財産権] 細胞内動態を改善したカチオン性脂質2012

    • 発明者名
      丹下耕太、新井将也、久保和弘、秋田英万、原島秀吉、畠山浩人、他
    • 権利者名
      日油株式会社、北海道大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      PCT/JP2012/079160
    • 出願年月日
      2012-11-09
    • 外国

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公開日: 2018-02-02  

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