[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

磁力で生体触媒反応を制御する

[スポンサーリンク]

今回は、先月創刊されたことで話題のNature Catalysisから論文を紹介します。テーマは、酵素の反応を磁場で遠隔コントロールするという内容で、磁性ナノ粒子をうまく化学修飾することで、生体触媒の反応性を制御しています。磁力や光、超音波など、物理的な力を使ったガン治療が近年注目されていますが、本手法は、物理的な力と酵素の反応をうまく組み合わせたおもしろい研究です。

“Magnetic field remotely controlled selective biocatalysis”

Zakharchenko, A.; Guz, N.; Laradji, A. M.; Katz, E.; Minko, S. Nature Catalysis 2017, 1, 73. DOI: 10.1038/s41929-017-0003-3

1. 磁性ナノ粒子によるドラッグデリバリー

図1. 磁気ナノ粒子を用いたドラッグデリバリーの例。

ガン治療においては、正常な細胞を傷つけず、ガン細胞だけをうまく攻撃する技術が重要です。最近特に注目されているのは、磁性ナノ粒子を用いた手法です。磁性粒子を用いれば、外部磁場によって粒子を特定の位置に集めたり、交流磁場によって標的の組織を加熱することができます。例えば、温度応答性分子でコーティングした磁性ナノ粒子を用いれば、外部から磁場をかけて標的の位置を加熱することで、生体内のpHや塩濃度変化に頼らず薬剤分子を放出することができます(図1)。しかしながら、このような方法では、高温で不安定なタンパクを用いることはできません

そこで、ジョージア大学のMinko教授らは、磁力で粒子同士がくっつくことを巧みに利用して生体触媒反応をコントロールし、薬剤を放出する手法を開発しました。

2. 磁場による酵素反応のコントロール

図2. ポリマーでコーティングされた磁性ナノ粒子。

彼らはまず、SiO2で被覆された磁性ナノ粒子をブロックポリマーでコーティングしました(図2)。内側のブロックはポリアクリル酸(PAA)で、酵素による加水分解反応に適した酸性環境を生み出します。外側は、側鎖にポリエチレングリコールメチルエーテルを持つポリマー(PPEGMA)で、酵素と基質が反応しないためのバリアとして働きます。さらに、彼らは酵素と基質をそれぞれ磁性ナノ粒子に担持しました(図2;酵素NP, 基質NP)。磁場のない状態では、これらの磁性ナノ粒子は分散しており、ポリマーに覆われた酵素と基質は反応しません。これらの粒子に磁場をかけると、粒子同士が磁力よって配列し、酵素と基質が近づくため、触媒反応が起こります。触媒反応によって薬剤分子が生み出されるように反応をデザインしておけば、磁場に応じた薬剤放出が可能になります。

3. 磁場による抗ガン剤の放出

彼らは、パパインというタンパク分解酵素とドキソルビシン(DOXという抗ガン剤を用いて薬剤放出を行いました。彼らの手法では、DOXはウシ血清アルブミン(BSA)と結合した状態で粒子に担持され、パパインによって切り出される仕組みになっています。

まず彼らは、粒子溶液を蛍光測定用セルに入れ、磁場をかけながらDOXの蛍光強度変化を調べました。すると、図3のように、磁場をかけてから0, 1, 24時間と時間が経つにつれ、蛍光強度が大きくなることが観察されました。これは、ポリマー構造内に遮蔽されていたDOXが粒子外に放出されたことを示唆しています。

図3. DOXの蛍光強度変化。1, 2, 3はそれぞれ磁場をかけてから0, 1, 24時間後。(論文より)

さらに彼らは、磁性ナノ粒子から放出されるDOXがガン細胞に与える効果を検証しました。図4aは、それぞれ「磁性粒子なし」「磁場なし」「磁性粒子・磁場あり」の条件で培養したマウス乳癌細胞(4T1細胞)の様子を示しています。「磁性粒子・磁場あり」の条件では、「磁性粒子なし」や「磁場なし」の条件と比べ、ガン細胞の増幅が抑えられています。また、「磁性粒子なし」の条件における細胞数を基準とし、細胞の生存率を算出すると、図4bのようになります。いずれの粒子濃度においても、「磁性粒子・磁場あり」の条件で、細胞数が格段と少なくなっていることが分かります。

図4. ガン細胞の増幅阻害(論文より)。(a) 培養後24時間の4T1細胞の様子。(b) 各DOX濃度での4T1細胞の生存率。水色:磁性粒子なし、灰色:磁場なし、赤:磁性粒子・磁場あり。

4. おわりに

今回の研究では、酵素と基質の相互作用を磁場とポリマーでうまく制御し、(i) 刺激に応じて酵素反応を起こせること、(ii) 酵素反応を遠隔操作できること、 (iii) 必要ないときに酵素反応が起こるのを抑えることが達成されています。今後、様々な薬剤分子の輸送に応用されることが期待できます。

参考文献

  • Torchilin, V. P. Nat. Rev. Drug Discov. 2014, 13, 813. DOI: 10.1038/nrd4333
  • Hayashi, K.; Nakamura, M.; Miki, H.; Ozaki, S.; Abe, M.; Matsumoto, T.; Sakamoto, W.; Yogo, T.; Ishimura, K. Theranostics 2014, 4, 834.
 DOI: 10.7150/thno.9199

関連書籍

関連リンク

kanako

kanako

投稿者の記事一覧

大学院生。化学科、ケミカルバイオロジー専攻。趣味はスポーツで、アルティメットフリスビーにはまり中。

関連記事

  1. 科学史上最悪のスキャンダル?! “Climatega…
  2. 嵩高い非天然α,α-二置換アミノ酸をさらに嵩高くしてみた
  3. howeverの使い方
  4. アメリカ大学院留学:研究室選びの流れ
  5. ペロブスカイト太陽電池が直面する現実
  6. 反応化学と生命科学の融合で新たなチャレンジへ【ケムステ×Hey!…
  7. ベンゼン環をつないで 8 員環をつくる! 【夢の三次元ナノカーボ…
  8. 死刑囚によるVXガスに関する論文が掲載される

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. シュライバー・アトキンス 無機化学 (上)・(下) 第 6 版
  2. テトラサイクリン類の全合成
  3. タンパク質の非特異吸着を抑制する高分子微粒子の合成と応用
  4. 2016年ケムステ人気記事ランキング
  5. 飲むノミ・マダニ除虫薬のはなし
  6. 顕微鏡で有機分子の形が見えた!
  7. 2007年度ノーベル化学賞を予想!(5)
  8. ChemDrawの開発秘話〜SciFinder連携機能レビュー
  9. リンダウ会議に行ってきた①
  10. 芳香環シラノール

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2018年2月
« 1月   3月 »
 1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728  

注目情報

注目情報

最新記事

【速報】HGS 分子構造模型「 立体化学 学生用セット」販売再開!

いまから約7年前の2015年10月。分子を愛する学生・研究者に悲報が届けられた。…

次世代型合金触媒の電解水素化メカニズムを解明!アルキンからアルケンへの選択的水素化法

第383回のスポットライトリサーチは、横浜国立大学大学院 理工学府 修士2年(研究当時)の野上 周嗣…

LG化学より発表されたプラスチックに関する研究成果

LG Chem develops advanced plastic materials …

経験の浅い医療系技術者でも希望にかなう転職を実現。 専門性の高い職種にこそ求められる「ビジョンマッチング」

「人財躍動化」をビジョンに掲げるAdecco Group Japanの人財紹介事業ブランドSprin…

創薬における中分子

ここ10年の間で、低分子・高分子の間の化合物の分類として 中分子 という言葉が台頭し…

ポンコツ博士の海外奮闘録⑦〜博士,鍵反応を仕込む〜

ポンコツシリーズ一覧国内編:1話・2話・3話国内外伝:1話・2話・留学TiPs海外編:1…

強酸を用いた従来法を塗り替える!アルケンのヒドロアルコキシ化反応の開発

第 382回のスポットライトリサーチは、金沢大学大学院 医薬保健総合研究科 創薬科学…

ドラえもん探究ワールド 身近にいっぱい!おどろきの化学

概要「化学」への興味の芽を育むマンガ+解説書 子ども(大人も)の毎日は、「化学」とのお付き合…

データ駆動型R&D組織の実現に向けた、MIを組織的に定着させる3ステップ

開催日:2022/05/25 申込みはこちら■開催概要近年、少子高齢化、働き手の不足の影…

薬剤師国家試験にチャレンジ!【有機化学編その1】

2022.5.21 追記: 問3の構造式を再度訂正しました。2022.5.2…

Chem-Station Twitter

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP