【研究分野】生体医工学・生体材料学

【研究領域課題番号】23390009 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

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) / がん / 腎疾患 / ポリ(L-リジン) (PLL) / ドラッグデリバリー

【研究成果の概要】

siRNAは、標的mRNAを特異的かつ効率的にノックダウンできることから、疾患治療への応用が期待されている。しかしながら、siRNAのキャリアシステムの開発が大きな課題であった。そこで本研究では、ポリエチレングリコールとカチオン性ポリアミノ酸より構成されるブロック共重合体が1分子のsiRNAと十数ナノメートルの小会合を形成することに着目し、siRNAキャリアとしての開発を進めてきた。ブロック共重合体の化学構造と組成の最適化によって、siRNAの高い血中滞留性と固形がん集積性を達成した。さらに、固形がんや腎疾患の動物モデルに対する優れた治療効果を確認した

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2011-04-01 - 2015-03-31

【配分額】18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円)

【研究分野】医用生体工学・生体材料学

【研究領域課題番号】17200031 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ドラッグデリバリー / 高分子ミセル / がん化学療法 / 制ガン剤 / 環境応答性 / がん標的治療 / ナノテクノロジー / がん / 化学療法 / 制がん剤 / ブロック共重合体 / DDS / pH応答性 / ポリエチレングリコール / 抗がん剤 / 細胞内環境応答性 / アドリアマイシン / 放出制御

【研究成果の概要】

ガン化学療法において、安定に保持した薬物を固形ガンへ効率よく送達せしめ、有用な形で放出する薬物送達システム(DDS)の開発が待望されている。これまでに研究代表者らは、ブロック共重合体の自己会合によって形成される高分子ミセル型DDSに関する研究開発を行ってきた。そこで本研究では、血中における安定な薬物保持と標的細胞における効率的な薬物放出を実現するために高分子ミセルを構成するブロック共重合体の内核構成鎖にpH感受性結合(シッフ塩基)を介してアドリアマイシン(ADR)を導入することによって、細胞内低pH環境に応答してADRを放出する環境応答性高分子ミセルを構築した。本研究では、pH応答型ADR内包高分子ミセルが血中で長期滞留し、固形ガンにおいて集積した後に、選択的にADRを放出することでフリーのADRよりも優れた制ガン活性を示すことを明らかにした。また本研究では、このpH応答型ADR内包高分子ミセルを難治ガンとして知られる膵臓ガンの治療へと展開し、腫瘍血管の透過性を一過的に高めるTGF-β阻害剤との併用によって、 ADR内包ミセルの腫瘍集積性が顕著に高まり、優れた治療効果が得られることを明らかにした。さらに、本研究では、高分子ミセルの表層に標的指向性分子(リガンド)を装着することによって、より低濃度で優れた薬効を得ることに成功した。以上のように、本研究で創製した高分子ミセル型薬剤キャリアは、難治ガンに対して有効であり、薬剤の投与量を低下させることによって副作用の低減とQOLの改善をもたらすことが期待できる。このように、本システムは、ガン標的治療に新しい局面を切り拓くものであり、ガン治療分野に多大な貢献をなすことが確信される。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2005 - 2007

【配分額】47,190千円 (直接経費: 36,300千円、間接経費: 10,890千円)

【研究分野】医用生体工学・生体材料学

【研究領域課題番号】16680019 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

高分子ミセル / 遺伝子デリバリー / ブロック共重合体 / ナノカプセル / DNA / 生体適合性 / ポリエチレングリコール

【研究成果の概要】

本研究は、遺伝子ベクターとして設計されたブロック共重合体であるポリエチレングリコールーポリリシン(PEG-PLL)とプラスミドDNA(pDNA)の複合体形成に関する特性解析を目的とする。初年度に、AFMによる高次構造解析、滴定型等温熱分析装置(ITC)によるPEG-PLLのpDNAへの結合挙動解析の予備検討を行った。本年度はITCによる予備検討結果を詳細に解析するために、single set of identical sites modelを組み合わせた新規フィッティング法の開発を継続した。
低分子凝縮剤によるDNA凝縮と、PEG-PLLによるDNA凝縮では類似の滴定曲線が得られ、いずれも2成分に分離可能である。各々の熱力学的パラメータを導出する際に、既知のtwo-site bindingモデルによるフィッティングを行うと、第1結合過程と第2結合過程のカチオン種の結合では必ず前者が強いという条件下で解析が行われるが、本研究で開発したフィッティング法ではこの条件に制約されることなく結合挙動を解析できる点が優れている。カチオン性高分子によるDNA凝縮では、重合度の減少と塩濃度の増加に伴いカチオンのDNAへの結合力が減少し、結合に伴うエンタルピー変化は小さく、自由エネルギーとエントロピーの変化は同程度で大きいことから、自由エネルギー減少に伴って本来系の外に発熱するはずの熱が系の内部でのエントロピー増加に用いられることが明らかとなった。DNAの構造変化のみに対応する熱力学変数を、DNA凝縮を伴う結合過程における熱力学変数から凝縮を伴わない初期の結合過程における変数の差によって表されることを示し、この結果からもエントロピー効果に関して同様の結論を得た。PEG-PLLとPLLホモポリマーの比較の結果、後者で顕著な二次凝集による熱量変化に関する知見を得ることも出来た。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2004 - 2005

【配分額】11,440千円 (直接経費: 8,800千円、間接経費: 2,640千円)

【研究分野】医用生体工学・生体材料学

【研究領域課題番号】14380391 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

高分子ミセル / 遺伝子デリバリー / ブロック共重合体 / ナノカプセル / DNA / 生体適合性 / ポリエチレングリコール

【研究成果の概要】

本研究では、内核に遺伝子DNAを保持し、表層部に標的細胞による認識と取込みを促進させるパイロット分子を結合させた生体適合型高分子ミセルを創製し、新規遺伝子ベクターとしての有用性を検証した。高分子ミセルの構築には、ポリアニオンである遺伝子(プラスミドDNA)の性質に着目し、ポリカチオン連鎖を持つマルチ機能化ブロック共重合体との静電相互作用による会合体形成を活用した。すなわち親水性で生体適合性に優れ、α-末端に各種パイロット分子を結合可能なポリエチレングリコール連鎖とDNAとの静電相互作用が可能なポリアミン連鎖が連結したマルチ機能化ブロック共重合体とプラスミドDNA間の自己会合プロセスに基づき高分子ミセルを調製し、その表層にパイロット分子を連結する方法論を確立した。
本研究で創製した高分子ミセルは、ウイルスと同等のサイズで、遺伝子を保持する内核が親水性外殻で覆われる明確な二層構造をとる為、(1)溶解性や安定性等の製剤学的特性の向上、(2)体内での非特異的異物認識を免れ半減期が延長、(3)血管壁透過性を含めた組織浸透性の向上、(4)パイロット分子を介する標的細胞への取込み増大など、in vivo遺伝子ベクターが具備すべき基本的用件を充分に満足する。また内包遺伝子の大きさを任意に選択でき、細胞内環境応答機能団の組込みにより遺伝子の細胞内移行も制御できるなど、ウイルスを凌駕する特色を備えている。この高分子ミセルは培養細胞における優れた遺伝子発現効率を有すると共に、細胞内還元環境に応答して内包遺伝子を放出する高いインテリジェント機能を発現する。またマウス血中投与により、肝臓に一様に遺伝子発現を導く事にも成功した。本研究で創製した高分子ミセル型遺伝子ベクターは従来型ベクターの欠点を克服しており、普遍的な人工ウイルス型ベクターとして遺伝子治療分野の進展に多大な貢献をもたらすと確信される。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2002 - 2004

【配分額】16,600千円 (直接経費: 16,600千円)

【研究分野】高分子合成

【研究領域課題番号】12450377 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

連鎖重縮合 / 重縮合 / ブロック共重合体 / スターポリマー / ポリアミド / ポリエーテル / 自己組織化 / リビング重合 / ポリエステル / グラフトポリマー / ポリチオフェン / ポリエーテルスルホン / 分子量制御 / ポリエチレングリコール / 分子量分布

【研究成果の概要】

本研究はこれまで不可能であった重縮合における高分子の分子量及び分子量分布の制御を連鎖重合で進行する重縮合(連鎖重縮合)によって達成し、かつ得られた新規精密高分子のこれまでにない自己組織化現象を探索することを目的とした。この研究によってこれまで単に構成材料として主に使われてきた縮合系高分子が、ブロック共重合体のような緻密な分子アーキテクチャーの1つの構成要素として使えるようになるだけではなく、剛直な縮合系高分子を含む高分子の新しい自己組織化現象の発見が期待される。得られた研究成果は以下のとおりである。
(1)芳香族ポリエーテル、芳香族ポリエステル、芳香族ポリエーテルスルホン、ポリチオフェンの分子量と分子量分布の制御に成功した。また芳香族ポリエーテルがシリコン基盤上でシリコン結晶格子を反映して球状または円盤状の自己組織体を形成することを見いだした(エピタキシー現象)。
(2)分子量分布の狭い芳香族ポリアミドとポリエチレングリコール、ポリスチレン、ポリTHFとのブロック共重合体を合成した。またN-アルキル芳香族ポリアミドとN-H芳香族ポリアミドとのブロック共重合体を合成し、この共重合休がTHF中、自己組織化してマイクロメーター単位の巨大糸状組織体になることを見出した。
(3)ポリスチレンに芳香族ポリアミドがグラフトした新規グラフトポリマーを合成した。
(4)芳香族ポリアミドを含むスターポリマーおよびスターブロック共重合体を合成した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2000 - 2002

【配分額】15,000千円 (直接経費: 15,000千円)