近赤外発光量子ドットの薬物動態解析および診断への応用

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15F15354
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: 花方 信孝 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 技術開発・共用部門, 副部門長 (10302796)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): CHINNATHAMBI SHANMUGAVEL 国立研究開発法人物質・材料研究機構, ナノテクノロジー融合ステーション, 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2015-11-09 – 2018-03-31
• Keywords: 量子ドット / バイオイメージング / ミセル

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、量子ドットの蛍光強度を増強することによってバイオイメージングおよび診断システムに利用することである。イメージングにおける量子ドットの蛍光強度を増強するため、脂質とポリエチレングリコール（PEG）を結合させたポリマーミセル中にCdSe量子ドットおよびSi量子ドットを内包した。ミセルに内包された量子ドットの蛍光強度は、遊離の量子ドットの蛍光強度に比べ低下したがイメージの目的にはこの低下は特に問題とはならなかった。
これらの量子ドットミセルの平均サイズは約80 nmであり、enhanced permeability and retention (EPR)効果により腫瘍組織に集積されることが期待できる。さらに当該年度は、これらの量子ドットを内包したミセル表面をビオチンおよび葉酸で修飾し、腫瘍細胞へのターゲッティング効果を増強した。これらの量子ドット内包ミセルは、肺上皮の腫瘍細胞株であるA549細胞および子宮がん細胞株であるHela細胞に25μg/mlの添加濃度でも効率よく取り込まれ、量子ドットからの蛍光を研究することができた。さらに、取り込まれた細胞から発せられる蛍光強度は数日間、安定であり、細胞分裂後も娘細胞に分配された。
次に、これらポリマーミセルの細胞毒性および血清タンパク質に及ぼす影響を調べた。細胞毒性は100μg/mlの濃度でも極めて低く、さらに血清中の主要タンパク質であるアルブミンとの相互作用においても、アルブミンのコンホメーション変化はほとんど観察されなかった。現在、これらの量子ドット内包ミセルの生体内からの蛍光検出に関する検討を行っている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

量子ドット内包ミセルの細胞毒性および血清タンパク質への影響まではおおむね順調に進展し、当該年度に論文発表に至った。また、国際シンポジウムにおける発表も行った。現在、動物実験において生体内での量子ドットミセルからの蛍光検出に関する検討を行っている。

Strategy for Future Research Activity

今後は、作製した量子ドット内包ミセルの生体内からの蛍光検出と腫瘍細胞への集積を中心に研究を進める。特に、Si量子ドット内包ミセルからの近赤外光の組織透過性について検討する。さらに、ミセルに量子ドットとともに内包している磁性ナノ粒子によるハイパーサーミアとの組み合わせで腫瘍組織のイメージングと腫瘍細胞のハイパーサーミアによる標的治療について検討する。

Research Products

• [Journal Article] Biocompatible CdSe/ZnS quantum dot micelles for long-term cell imaging without alteration to the native structure of the blood plasma protein human serum albumin (2017)
  • Author(s): S. Chinnathambi, Norhidayah Abu, N. Hanagata
  • Journal Title: RSC ADVANCES Volume: 7 Pages: 2392-2402
  • DOI: DOI:10.1039/c6ra26592h
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Superparamagnetic CdSe/ZnS Quantum Dot Micelles for Cancer Cell Imaging (2016)
  • Author(s): S. Chinnathambi, N. Hanagata
  • Organizer: Advanced materials conference 2016
  • Place of Presentation: The Bayview Hotel Langkawi, Langkawi, Malaysia
  • Year and Date: 2016-11-28 – 2016-11-29
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Superparamagnetic CdSe/ZnS Quantum Dot Micelles (2016)
  • Author(s): S. Chinnathambi, N. Hanagata
  • Organizer: 10th Anniversary International Symposium on Nanomedicine
  • Place of Presentation: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Tsukuba, Japan
  • Year and Date: 2016-11-24 – 2016-11-26
  • Int'l Joint Research