DNAとペプチドからなる新規多重成分ナノバイオ材料の創製と再生医療への応用

由DNA和肽组成的新型多组分纳米生物材料的创建及其在再生医学中的应用

• 批准号: 20J11206
• 负责人: 東 小百合
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Gifu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J11206/
• 关键词: 生体分子; 自己集合; 刺激応答性; DNAナノ構造体; ヒドロゲル; 糖; self-sorting; 生体材料

生体分子を基盤とした新規の刺激応答性バイオマテリアルの開発を進めた。今年度は、(1) 還元応答性オリゴ糖ヒドロゲル、および (2) 還元応答性DNAマイクロスフェアの開発に成功した。(1)グルコサミン(GlcN)の2位アミノ基に還元反応により脱離する保護基NPmoc基 (p-nitrobenzyloxycarbonyl) を修飾した。ワンステップ合成したGlcN-NPmocの水中での分子集合能を透過型電子顕微鏡や共焦点蛍光顕微鏡(CLSM)を用いて調べたところ、ナノファイバーのネットワーク構造が形成され、巨視的にはヒドロゲルを形成することを発見した。さらに、その超分子ヒドロゲルに還元剤を加えるとNPmoc 基が還元反応により脱離し、元のグルコサミンに戻ることで超分子ヒドロゲルが完全に溶けることも見出した。開発したGlcN-NPmocは、オリゴ糖ベースのゲル化剤として世界最小クラスであるとともに、GlcNの1位アルデヒド基がフリーのため他の機能性分子の修飾、ヒドロゲルへの担持が容易である。(2)複数の短鎖DNAの自己集合によって構築されるマイクロサイズの構造体に対してダイナミックな構造変換を誘起することを目指した。核酸塩基間に導入可能な還元切断型スペーサー(RCS)を新規合成し、DNAマイクロスフェアを構成する短鎖DNAに核酸自動合成機を用いて組み込んだ。合成したDNA鎖の還元切断およびそれを用いて構築されたDNAマイクロスフェアの還元分解について電気泳動法やCLSMを用いて条件検討した。その結果、RCS導入DNAマイクロスフェアの還元応答性は、DNA分解酵素を作用させた場合に見られるダイナミックな構造体消失に類似することを見出した。1,2ともに今後は、細胞接着因子や分化誘導因子を担持して細胞培養への応用、またはがん微小環境で薬剤徐放するキャリアとしての応用を目指している。

我们继续开发基于生物分子的新型刺激响应生物材料。今年，我们成功开发了（1）还原响应性寡糖水凝胶和（2）还原响应性DNA微球。 (1)用保护基NPmoc(对硝基苄氧基羰基)修饰葡糖胺(GlcN)的2位氨基，通过还原反应将其除去。当使用透射电子显微镜和共焦荧光显微镜（CLSM）研究一步合成的 GlcN-NPmoc 在水中的分子组装能力时，我发现形成了纳米纤维的网络结构，并且在宏观上形成了水凝胶。此外，他们发现，当向超分子水凝胶中添加还原剂时，NPmoc基团通过还原反应被去除并返回到原始的葡萄糖胺，从而完全溶解超分子水凝胶。所开发的GlcN-NPmoc是世界上最小的一类寡糖基胶凝剂，由于GlcN 1位的醛基是游离的，因此很容易修饰其他功能分子并将其支撑在水凝胶中。 (2)我们的目的是诱导由多个短DNA链自组装构建的微型结构的动态结构转变。我们新合成了一种可以引入核碱基之间的还原可切割间隔区（RCS），并使用自动核酸合成仪将其整合到构成DNA微球的短DNA链中。使用电泳和 CLSM 研究了合成 DNA 链的还原切割条件和使用其构建的 DNA 微球的还原降解条件。结果，我们发现引入 RCS 的 DNA 微球的还原反应与应用 DNA 降解酶时观察到的动态结构消失相似。未来，我们的目标是将1和2通过携带细胞粘附因子和分化诱导因子应用于细胞培养，或作为癌症微环境中持续药物释放的载体。

项目成果

Construction of a Reduction‐responsive DNA Microsphere using a Reduction‐cleavable Spacer based on a Nitrobenzene Scaffold

使用基于硝基苯支架的还原可裂解间隔基构建还原响应 DNA 微球

• DOI: 10.1002/asia.202200142
• 发表时间: 2022
• 期刊: Chemistry An Asian Journal
• 作者: Higashi Sayuri L.;Isogami Ayaka;Takahashi Junko;Shibata Aya;Hirosawa Koichiro M.;Suzuki Kenichi G.N.;Sawada Shunsuke;Tsukiji Shinya;Matsuura Kazunori;Ikeda Masato
• 通讯作者: Ikeda Masato

核酸とグリコペプチド誘導体からなる超分子ハイブリッド超構造体の階層構造解明

阐明由核酸和糖肽衍生物组成的超分子杂化超结构的层次结构

• 发表时间: 2020
• 作者: 東小百合;柴田綾;喜多村徳昭;廣澤幸一朗;鈴木健一;松浦和則;池田将
• 通讯作者: 池田将

One-Pot Molecular Assembly of DNA and Semi-Artificial Glycopeptides to Give Multicomponent Supramolecular Materials

DNA 和半人工糖肽的一锅分子组装得到多组分超分子材料

• 发表时间: 2021
• 作者: S. Higashi;K. M. Hirosawa;K. G. N. Suzuki;K. Matsuura and M. Ikeda
• 通讯作者: K. Matsuura and M. Ikeda

One-pot construction of microcomponent supramolecular materials comprising self-sorted supramolecular architechtures of DNA and semi-artificial g;ycopeptides.

由 DNA 和半人工糖肽自排序超分子结构组成的微组分超分子材料的一锅法构建。

• DOI: 10.1021/acsabm.0c01316
• 发表时间: 2020
• 期刊: ACS Applied Biomaterials
• 作者: S. L. Higashi;K. M. Hirosawa;K. G. N. Suzuki;K. Matsuura;M. Ikeda.
• 通讯作者: M. Ikeda.

Construction of hybrid soft nanomaterials composed of supramolecular nanostructures of DNA and peptide derivatives

由DNA和肽衍生物的超分子纳米结构组成的杂化软纳米材料的构建

• 发表时间: 2020
• 作者: S. Higashi;A. Shibata;Y. Kitamura;K. M. Hirosawa;K. G. N. Suzuki;K. Matsuura and M. Ikeda
• 通讯作者: K. Matsuura and M. Ikeda