成果報告書詳細
管理番号20100000002409
タイトル平成19年度~平成21年度成果報告書 深部治療に対応した次世代DDS型治療システムの研究開発事業 相変化ナノ液滴を用いる超音波診断・治療統合システムの研究開発
公開日2011/4/20
報告書年度2007 - 2009
委託先名国立大学法人京都大学
プロジェクト番号P06042
部署名バイオテクノロジー・医療技術開発部
和文要約(3)-1ゼラチン誘導体を用いるナノ液滴の体内動態制御用キャリア (京都大学・再生研)
種々の疎水性残基をゼラチンへ化学導入したゼラチン誘導体を作製した。得られたゼラチン誘導体へ、生理的条件で液体から気体へと相変化するパーフルオロカーボン(PFC)を添加、高圧乳化することで、ナノ液滴(表面修飾ナノ液滴)を得た。表面修飾ナノ液滴のPFC封入率は、ゼラチン誘導体の分子量および種類により異なっていた。分子量1,000の乳酸オリゴマーを導入したゼラチン誘導体による表面修飾ナノ液滴が最も高いPFC封入率を示した。得られた表面修飾ナノ液滴は、リン脂質からなるナノ液滴とほぼ同等の超音波照射による相変化能を保持していた。表面修飾ナノ液滴をPBS中、37℃の条件で開放系にて静置、一定時間後の残存PFC量を測定、表面修飾ナノ液滴の保存安定性を評価した。ゼラチン誘導体による表面修飾ナノ液滴の保存安定性の半減期は4時間以上であった。しかしながら、アルブミンを含むPBS中での表面修飾ナノ液滴の保存安定性は低下した。表面修飾ナノ液滴の不安定化を抑制するため、ナノ液滴表面のゼラチン鎖を化学架橋したが、保存安定性の向上は認められなかった。乳酸オリゴマー導入ゼラチン誘導体へポリエチレングリコール(PEG)を化学導入、PEG化ゼラチン誘導体を得た。担がんマウスの尾静脈より蛍光標識PEG化ゼラチン誘導体による表面修飾ナノ液滴を投与したところ、がん組織への集積が見られた。しかしながら、正常マウスに対する表面修飾ナノ液滴の血中半減期を算出したところ、0.8分となった。表面修飾ナノ液滴のPEG修飾を試みたが、血中安定性は変化しなかった。表面修飾ナノ液滴の血中安定性を向上させるには、ナノ液滴への密度の高いPEG修飾が必要であると考えられる。
(3)-2液晶性高分子を用いるナノ液滴の体内動態制御用キャリア (神奈川技術アカデミー・京都大学・理学部)
A)ドラッグデリバリーシステム(DDS)で使われるような両親媒性高分子の疎水部に、液晶メソゲンを導入することで、コアに液晶状態をもつ液晶ナノミセルを作り、ミセルコア内の状態変化を用いて、ナノ液滴にアクティブな機能性・制御性を付与することできると考えた。このような制御性は、DDSにおいて効率のよい薬物内包過程や薬物のリリース機能をスイッチングするのに役立つはずである。そこで本グループでは神奈川技術アカデミーで合成された、側鎖型液晶の両親媒性高分子を用いて、ミセルコアに液晶秩序を持つミセルを試作し、その内部構造とダイナミクスを研究した。その結果、液晶ナノミセルの作成に成功し、偏光解消動的光散乱測定により、ナノスケールのミセル内核における液体~液晶相転移の存在を、動的光散乱実験により実証した。
B) 一方、超音波による治療・診断システムに適合した、第2世代のパーフルオロアルカンナノ液滴を得るため、神奈川技術アカデミーおよび京大再生研で合成された新規なフッ素高分子共重合体を用いて、パーフルオロアルカン内包ナノ液滴作成プロセスを研究した。その結果、沸点より高い温度(擬超臨界状態)において、効率よく超音波を照射することにより、これまでの方法では得られなかった、50nm~200nm程度の微少なナノ液滴が、安定に水溶液に分散した透明な造影剤を作成するプロセスを発見した。擬臨界での超音波照射法は、室温における加圧微細化に比べて、溶液の透明度は格段に高く、ナノスケールの液滴・DDSミセルを作成する新しいプロセス過程として広範な利用が期待される。
英文要約(3)-1:Carrier systems of gelatin derivatives to control the body distribution of perfluorocarbon nano-emulsion
Various hydrophobic residues were chemically introduced to gelatin to obtain hydrophobic residue-introduced gelatin derivatives. Perfluorocarbon (PFC) was mixed with the gelatin derivatives and emulsified with a high-pressure homogenizer to obtain gelatin modified-nano-emulsion. The amount of PFC encapsulated in the nano-emulsion strongly depended on the type of gelatins used, while the highest amount was observed for the gelatin introduced by the lactic acid oligomer with a molecular weight of 1,000. The PFC nano-emulsion could be phase-transited after the ultrasound irradiation. When incubated in phosphate-buffered saline solution (PBS) at 37℃, the gelatin modified-nano-emulsion remained un-evaporated while the half-life of emulsion was longer than 4 hr. However, the half-life was not prolonged when the nano-emulsion was incubated in PBS containing albumin. Such half-life elongation was not observed by the chemical crosslinking of gelatin on the nano-emulsion surface. Additionally, polyethylene glycol (PEG) was chemically introduced to the lactic acid-introduced gelatin. When intravenously injected to tumor-bearing mice, the nano-emulsion modified with Cy5.5-labled PEG-introduced gelatin was delivered to the tumor tissue. However, the half-life of gelatin-modified-nano-emulsion in the blood circulation was not positively improved and about 0.8 min.
(3)-2-A:Characterization of structure and dynamics of the liquid crystal nano micelle solution
We have designed liquid crystalline nano-micelles made by amphiphilic liquid crystalline di-block co-polymer. By using nanoscale liquid crystalline state confined in the inner core of micelles, we expect active drug delivery systems (DDS) to control of the holding and release of the medicine. We derived the hydrodynamic radii of the micelle about few tens of nm from the translational diffusion motion detected by the polarized scattering. Additional fast fluctuation mode appears in depolarized scattering which is attributed to the director fluctuation in the micelle core. The fast fluctuation mode abruptly disappears above the liquid crystal-isotropic transition temperature. We have evidently confirmed that existence of the liquid crystalline order in the tiny nano micelle.
(3)-2-B:Perfluroinated alkane nano-droplets dispersed in the water by ultrasonic irradiation in the pseudo super critical fluid state.
By using the di-block copolymers which have per-fluorinated carbon side chains, we have found the novel process for making the nano-droplets or micelles distributed in the water by the usltrasonic irradiation under pseudo super critical fluids state. Nano-droplets solution is quite transparent and homogeneous in comparison with the high pressure homogenization process. Size of the nano-droplets is distributed ranging from 50nm~300nm estimated by the dynamic light scattering measurement.
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