ブロック共重合体の精密設計に基づく全身投与型ｓｉＲＮＡデリバリーシステムの創製

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 23390009
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 西山 伸宏 東京工業大学, 資源化学研究所, 教授 (10372385)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宮田 完二郎 東京大学, 医学(系)研究科(研究院), 准教授 (50436523)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: siRNA / DDS / ブロック共重合体 / ポリエチレングリコール(PEG) / ポリ(L-リジン) (PLL)

Research Abstract

本研究では、poly(ethylene glycol)-poly(L-lysine) (PEG-PLL)ブロック共重合体とsiRNAによって形成される一分子siRNAキャリア(PICナノキャリア)を構築し、がんなどの疾患治療に応用することを目指している。3年目となる本年度は、2種類の蛍光色素で標識されたsiRNAを用いて、マウスの血中での蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)の効率を生体リアルタイム共焦点顕微鏡により評価したところ、前年度に長期血中滞留性が確認された(PEG)2-PLLから形成される一分子siRNAキャリアによって血中におけるsiRNAのRNaseによる分解が有意に抑制されることが確認された。また、一分子siRNAキャリアの血中滞留性に関して、ブロック共重合体の組成と混合比の最適比(N/P比)の検討を行ったところ、PEGの分子量が37,000、PLL重合度が20の(PEG)2-PLLでN/P比が10の場合に最も高い血中滞留性が得られることが確認された。この一分子siRNAキャリアを用いてヒト膵臓がんモデルに対するPolo-like kinase 1(Plk1)を標的とするsiRNAの治療効果を検討したところ、有意な治療効果が確認された。さらに、一分子siRNAキャリアの全身投与後の生理学的パラメーター（BUN、クレアチニン、GOT、GPT、ALP等）を評価したところ、すべてのパラメーターに異常値は認められず、一分子siRNAキャリアの高い安全性が示唆された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

「研究目的」に従って、一分子siRNAキャリアのin vivo応用のための構造最適化を行い、疾患モデルに対する優れた治療効果と安全性を確認することができた。また、一分子siRNAキャリアのin vivo挙動を生体リアルタイム共焦点顕微鏡によって明らかにすることができた。

Strategy for Future Research Activity

最終年度となる4年目においては、一分子siRNAキャリアの固形がんへの集積を含む体内分布を評価し、さらに治療抵抗性がん等の難治がんモデルの分子治療へと展開することによって、一分子siRNAキャリアのがん治療における有用性を明らかにする。また、一分子siRNAキャリアの腎疾患治療への展開に関しては、腎障害合併高血圧モデルに対して、一分子siRNAキャリアを用いてチロシン水素化酵素標的siRNAを腎糸球体選択的に作用させた時の治療効果を検討する。さらに、リガンド分子を搭載した一分子siRNAキャリアに関しても機能評価を加速する。

Research Products

• [Journal Article] siRNA delivery from triblock copolymer micelles with spatially-ordered compartments of PEG shell, siRNA-loaded intermediate layer, and hydrophobic core (2014)
  • Author(s): H. -J. Kim, K. Miyata, T. Nomoto, M. Zheng, A. Kim, X. Liu, H. Cabral, R. J. Christie, N. Nishiyama, K. Kataoka
  • Journal Title: Biomaterials Volume: 35 Pages: 4548-4556
  • DOI: 10.1016/j.biomaterials.2014.02.016
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Three-layered polyplex micelle as a multifunctional nanocarrier platform for light-induced systemic gene transfer (2014)
  • Author(s): T. Nomoto, S. Fukushima, M. Kumagai, K. Machitani, Arnida, Y. Matsumoto, M. Oba, K. Miyata, K. Osada, N. Nishiyama, K. Kataoka
  • Journal Title: Nature Commun. Volume: 5 Pages: 3545
  • DOI: 10.1038/ncomms4545
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Systemic siRNA delivery to a spontaneous pancreatic tumor model in transgenic mice by PEGylated calcium phosphate hybrid micelles (2014)
  • Author(s): F. Pittella, H. Cabral, Y. Maeda, P. Mi, S. Watanabe, H. Takemoto, H. -J. Kim, N. Nishiyama, K. Miyata, K. Kataoka
  • Journal Title: J. Control. Release Volume: 178 Pages: 18-24
  • DOI: 10.1016/j.jconrel.2014.01.008
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multifunctional polyion complex micelle featuring enhanced stability, targetability, and endosome escapability for systemic siRNA delivery to subcutaneous model of lung cancer (2014)
  • Author(s): H. -J. Kim, T. Ishii, M. Zheng, S. Watanabe, K. Toh, Y. Matsumoto, N. Nishiyama, K. Miyata, K. Kataoka
  • Journal Title: Drug Deliv. Transl. Res. Volume: 4 Pages: 50-60
  • DOI: 10.1007/s13346-013-0175-6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multicompartment micelles with adjustable poly(ethylene glycol) shell for efficient in vivo photodynamic therapy (2014)
  • Author(s): C. V. Synatschke, T. Nomoto, H. Cabral, M. Fortsch, K. Toh, Y. Matsumoto, K. Miyazaki, A. Hanisch, F. H. Schacher, A. Kishimura, N. Nishiyama, A. H. E. Mueller, K. Kataoka
  • Journal Title: ACS Nano Volume: 8 Pages: 1161-1172
  • DOI: 10.1021/nn4028294
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Elucidating the molecular mechanism for the intracellular trafficking and fate of block copolymer micelles and their components (2014)
  • Author(s): K. S. Kato, K. Un, K. Nanjo, N. Nishiyama, H. Kusuhara, K. Kataoka, T. Kawanishi, Y. Goda, H. Okuda
  • Journal Title: Biomaterials Volume: 35 Pages: 1347-1358
  • DOI: 10.1016/j.biomaterials.2013.11.027
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hydrothermally synthesized PEGylated calcium phosphate nanoparticles incorporating Gd-DTPA for contrast enhanced MRI diagnosis of solid tumors (2014)
  • Author(s): P. Mi, D. Kokuryo, H. Cabral, M. Kumagai, T. Nomoto, I. Aoki, Y. Terada, A. Kishimura, N. Nishiyama, K. Kataoka
  • Journal Title: J. Control. Release Volume: 174 Pages: 63-71
  • DOI: 10.1016/j.jconrel.2013.10.038
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Polyion complex vesicles for photo-induced intracellular delivery of amphiphilic photosensitizer (2014)
  • Author(s): H. Chen, L. Xiao, Y. Anraku, P. Mi, X. Liu, H. Cabral, A. Inoue, T. Nomoto, A. Kishimura, N. Nishiyama, K. Kataoka
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 136 Pages: 157-163
  • DOI: 10.1021/ja406992
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cyclic RGD-linked polymeric micelles for targeted delivery of platinum anticancer drugs to glioblastoma through the blood-brain tumor barrier (2013)
  • Author(s): Y. Miura, T. Takenaka, K. Toh, S. Wu, H. Nishihara, M. R. Kano, Y. Ino, T. Nomoto, Y. Matsumoto, H. Koyama, H. Cabral, N. Nishiyama, K. Kataoka
  • Journal Title: ACS Nano Volume: 7 Pages: 8583-8592
  • DOI: 10.1021/nn402662d
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Phenylboronic acid-installed polymeric micelles for targeting sialylated epitopes in solid tumors (2013)
  • Author(s): S. Deshayes, H. Cabral, T. Ishii, Y. Miura, S. Kobayashi, T. Yamashita, A. Matsumoto, Y. Miyahara, N. Nishiyama, K. Kataoka
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 135 Pages: 15501-15507
  • DOI: 10.1021/ja406406h
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Targeted therapy of spontaneous murine pancreatic tumors by polymeric micelles prolongs survival and prevents peritoneal metastasis (2013)
  • Author(s): H. Cabral, M. Murakami, H. Hojo, Y. Terada, M. R. Kano, U. -I. Chung, N. Nishiyama, K. Kataoka
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. USA. Volume: 110 Pages: 11397-11402
  • DOI: 10.1073/pnas.1301348110
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] SPIO-PICsome: Development of a highly sensitive and stealth-capable MRI nano-agent for tumor detection using SPIO-loaded unilamellar polyion complex vesicles (PICsomes) (2013)
  • Author(s): D. Kokuryo, Y. Anraku, A. Kishimura, S. Tanaka, M. R. Kano, J. Kershaw, N. Nishiyama, T. Saga, I. Aoki, K. Kataoka
  • Journal Title: J. Control. Release Volume: 169 Pages: 220-227
  • DOI: 10.1016/j.jconrel.2013.03.016
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Acidic pH-responsive siRNA conjugate for reversible carrier stability and accelerated endosomal escape with reduced IFNα-associated immune response (2013)
  • Author(s): H. Takemoto, K. Miyata, S. Hattori, T. Ishii, T. Suma, S. Uchida, N. Nishiyama, K. Kataoka
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: 52 Pages: 6218-6221
  • DOI: 10.1002/anie.201300178
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Transcription factor YY1 contributes to tumor growth by stabilizing hypoxia factor HIF-1α in a p53-independent manner (2013)
  • Author(s): S. Wu, V. Kasim, M. R Kano, S. Tanaka, S. Ohba, Y. Miura, K. Miyata, X. Liu, A. Matsuhashi, U.-l Chung, K. Kataoka, N. Nishiyama, M. Miyagishi
  • Journal Title: Cancer Res. Volume: 73 Pages: 1787-1799
  • DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-12-0366
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Gd-DTPA-loaded polymer-metal complex micelles with high relaxivity for MR cancer imaging (2013)
  • Author(s): P. Mi, H. Cabrala, D. Kokuryo, M. Rafi, Y. Terada, I. Aoki, T. Saga, T. Ishii, N. Nishiyama, K. Kataoka
  • Journal Title: Biomaterials Volume: 34 Pages: 492-500
  • DOI: 10.1016/j.biomaterials.2012.09.030
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Silica nanogelling of environment-responsive PEGylated polyplexes for enhanced stability and intracellular delivery of siRNA (2013)
  • Author(s): N. Gouda, K. Miyata, R.J. Christie, T. Suma, A. Kishimura, S. Fukushima, T. Nomoto, X. Liu, N. Nishiyama, K. Kataoka
  • Journal Title: Biomaterials Volume: 34 Pages: 562-570
  • DOI: 10.1016/j.biomaterials.2012.09.077
  • Peer Reviewed
• [Presentation] がんの診断・治療のための高分子ミセル型DDSの開発 (2013)
  • Author(s): 西山 伸宏
  • Organizer: 製剤機械技術学会 第23回大会
  • Place of Presentation: ニッショーホール （東京都、港区）
  • Year and Date: 20131010-20131010
  • Invited
• [Presentation] がんの革新的診断・治療のためのスマート機能型高分子ミセルの開発 (2013)
  • Author(s): 西山 伸宏
  • Organizer: BioJapan 2013
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜 （神奈川県、横浜市）
  • Year and Date: 20131009-20131009
  • Invited
• [Presentation] 高分子ナノテクノロジーによるがんの診断・治療システムの創製 (2013)
  • Author(s): 西山 伸宏
  • Organizer: 東京工業大学 バイオマテリアルシンポジウム
  • Place of Presentation: 東京工業大学すずかけホール （神奈川県、横浜市）
  • Year and Date: 20130919-20130919
  • Invited
• [Presentation] 核酸医薬のデリバリーのための高分子ナノキャリアの設計 (2013)
  • Author(s): 西山 伸宏
  • Organizer: 第29回日本DDS学会学術集会
  • Place of Presentation: 京都テルサ （京都府、京都市）
  • Year and Date: 20130705-20130705
  • Invited
• [Presentation] Development of polymeric micellar nanocarriers for cancer diagnosis and therapy (2013)
  • Author(s): N. Nishiyama
  • Organizer: The 4th Asian Biomaterials Congress
  • Place of Presentation: The Hong Kong University of Science and Technology (Hong Kong, China)
  • Year and Date: 20130629-20130629
  • Invited
• [Presentation] Development of supramolecular nanocarriers for cancer diagnosis and therapy (2013)
  • Author(s): N. Nishiyama
  • Organizer: 2013 International Advanced Drug Delivery Symposium
  • Place of Presentation: ITRI （Taiwan）
  • Year and Date: 20130502-20130502
  • Invited
• [Book] 標的指向性DDS開発の新展開 メディカルサイエンスダイジェスト(Vol.40 No.2)「DDS技術の進歩と医療応用」 (2014)
  • Author(s): 西山 伸宏
  • Total Pages: 106(7-10)
  • Publisher: ニューサイエンス社
• [Remarks] 東京工業大学 資源化学研究所 西山研究室ホームページ
  • URL: http://www.bmw.res.titech.ac.jp