東北大など、ナノ粒子にナノロボットとしての性質を付与できることを発見

ウイルス由来のペプチドでナノロボットを作成


　東北大学病院の鈴木康弘講師らの研究グループは、量子ドット（＊１）と呼ばれる蛍光ナノ粒子上にウイルス由来のペプチドを８個、固層化することで、ナノ粒子にナノロボットとしての性質を付与できることを発見しました。
　ナノ粒子を用いた治療法は、２１世紀の革新的な医療技術として注目を集めています。今回、鈴木講師らは、ウイルス由来のペプチドを固層化したナノ粒子に、単一粒子ごとに細胞表面に局所的な刺激を加えることで、個々の粒子が細胞膜上を方向性を持って移動し、その後に細胞膜上から細胞内に取り込まれて侵入する性質を示すことを明らかにしました。この技術を活用することで、さまざまな性質のナノ粒子、高分子化合物、高分子薬物をナノロボット化して細胞内に侵入させることが可能となり、ナノ粒子を用いた医療技術の発展に大いに貢献できると考えられます。
　本研究は、日本学術振興会　挑戦的萌芽研究および科学技術振興機構研究成果最適展開支援プログラム　A−STEPによりサポートされ、東北大学大学院医工学研究科、産業技術総合研究所、東京大学大学院理学系研究科との共同研究として実施されました。成果は、２０１３年６月３日付（米国時間）でアメリカの専門誌「Molecular　and　cellular　biology」オンライン版に掲載され、雑誌８月号に掲載されます。


【研究内容】
　ナノ粒子を用いた医療技術が２１世紀の革新的な治療法として注目を浴びている。ナノカプセル内に蛋白質や薬物を封じ込めて、目的とする細胞へ送り届けたりする技術（ナノドラッグデリバリーシステム技術）や、様々な性質のナノ粒子を目的とする細胞（がん細胞等）へ送り込み、その後、外から物理的な変化を加えて、がん細胞を破壊したりする技術への応用が期待されている。
　しかし、細胞は脂質２重膜で包まれており、ナノ粒子を細胞内に侵入させることは容易でない。そこで、効率的にナノ粒子を細胞内に侵入させる技術の開発が求められている。
　今回、研究グループは、蛋白導入ドメイン（＊２）という分子に注目して研究を行った。蛋白導入ドメインはヒトを含む様々な生体内タンパクに認められる１０−２０アミノ酸配列で、それを様々な高分子化合物に結合させることで細胞内に導入させることが可能であることが知られてきた。
　しかし、［１］どのような分子機序で細胞内に入るかということ、［２］さらに細胞内導入効率を上げるにはどのように改良したら良いかという点について十分に明らかにされてこなかった。
　研究グループはHIV−１ウイルス由来の蛋白導入ドメインを結合させた蛍光ナノ粒子（量子ドット）を特殊な顕微鏡で観察することで、ナノ粒子の細胞上での運動を詳細に観察し、その細胞内侵入機序の詳細を明らかにした（図１）。
　その結果、蛍光ナノ粒子上にHIV−１ウイルス由来の長さ１１アミノ酸の蛋白導入ドメインペプチドを８個固層化するとナノ粒子は生細胞の表面上で局所刺激を引き起こし、方向性を持って運動する能力を獲得することを明らかにした。さらに、このナノ粒子は、局所刺激を引き起こして、細胞にエンドサイトーシス（＊３）を誘導して細胞表面から細胞内に侵入していく能力を獲得したことが明らかになった（図２）。このことから、蛋白導入ドメインペプチドを多数、固層化すると個々のナノ粒子は局所刺激を引き起こすことで、細胞上でロボットのように働き、細胞表面から細胞内に侵入する性質を獲得することが明らかになった。
　従来型のドラッグデリバリーシステムでは細胞内への取り込みは「受動的」であり、濃度依存性に引き起こされていたために、濃度を一定以上に上昇させることが、細胞内への取り込みに必要であったが、濃度の上昇に伴い様々な副作用が起きていた。今回の発見では個々の粒子がナノロボットとしての性質を獲得し、細胞内へ「能動的」に侵入するために、導入効率が良い。このために血中内濃度を上昇させなくとも、細胞内へ取り込まれ、細胞導入効率の飛躍的な改善と副作用の軽減が望まれる（図３）。今後、同様の手法を用いて、様々な性質のナノ粒子、ナノカプセル、高分子化合物、高分子薬物の細胞内導入法として活用されることが期待され、様々な癌の治療・診断や再生医療への応用が期待される。


※図１〜３・用語説明などは、添付の関連資料を参照