研究活動の検索
研究概要(研究室ガイド)やプレスリリース・受賞・イベント情報など、マテリアルサイエンスの研究室により公開された情報の中から、興味のある情報をタグや検索機能を使って探すことができます。第2回 金沢大学・北陸先端科学技術大学院大学 共同シンポジウム
| 開催日時 | 令和5年12月12日(火)13:30~16:15 |
| 会 場 | 金沢大学宝町キャンパス(金沢市宝町13-1) 医学図書館2階 十全記念スタジオ ※Webexにて同時配信(対面・オンラインのハイフレックス) |
| 対 象 | 両大学の教職員・学生 |
| テーマ | バイオメディカル |
| プログラム | 13:30~ オープニング(共同シンポジウムの趣旨説明等) 13:35~ 開会挨拶 金沢大学 和田 隆志 学長 13:40~14:15 ≪講演1≫ *講演:30分、質疑応答:5分 講演者:松村 和明 教授 本学 超越バイオメディカルDX研究拠点長、 物質化学フロンティア研究領域長 講演タイトル:両性電解質高分子による細胞凍結保護とタンパク質安定化作用 14:15~14:50 ≪講演2≫ *講演:30分、質疑応答:5分 講演者:小林 顕 講師 金沢大学附属病院 眼科 講演タイトル:水疱性角膜症治療(角膜内皮移植)の進歩 14:50~15:00 休憩 15:00~15:35 ≪講演3≫ *講演:30分、質疑応答:5分 講演者:三枝 理博 教授 金沢大学 医薬保健研究域医学系 講演タイトル:中枢体内時計神経ネットワークの動作原理解明と操作に向けて 15:35~16:10 ≪講演4≫ *講演:30分、質疑応答:5分 講演者:筒井 秀和 准教授 本学 バイオ機能医工学研究領域 講演タイトル:細胞認識能を備えた電気生理学計測法の構築にむけて 16:10~16:15 閉会挨拶 北陸先端科学技術大学院大学 寺野 稔 学長 |
| 参加申込 | 下記申込み用フォームからお申込みください パソコン用フォームURL https://ws.formzu.net/fgen/S82865089/ スマホ用フォームURL https://ws.formzu.net/sfgen/S82865089/ |
| 備 考 | 〇会場での参加、オンライン参加ともに事前申込みが必要です。 〇会場には来客用駐車スペースがありませんので、対面参加をご希望の方は、公共交通機関ご利用にご協力ください。 〇オンライン参加の方には、アクセス用URLをご連絡いただいたメールアドレスに後日送信いたします。 |
| 問合せ先 | 研究推進課 学術研究推進係 内線:1907/1912 E-mail:suishin@ml.jaist.ac.jp |
「大学見本市2023~イノベーション・ジャパン」に出展
8月24日(木)、25日(金)の2日間、東京ビッグサイト南展示棟(東京都江東区有明)で国内最大規模の産学マッチングイベントである「大学見本市2023~イノベーション・ジャパン」が開催され、本学からは以下の2件が出展しました。
- 超越バイオメディカルDX研究拠点 物質化学フロンティア研究領域 松村和明 教授
【展示タイトル】超越バイオメディカルDX研究拠点 - サスティナブルイノベーション研究領域 高田健司 助教
【展示タイトル】新機能!バイオマス由来桂皮酸を用いたバイオプラスチックの開発
※各ブースの出展内容については、以下を参照ください。
https://www.jaist.ac.jp/whatsnew/event/2023/08/03-1.html
8月24日(木)に同会場内で開催された研究者ショートプレゼンテーションでは、松村和明教授が「超越バイオメディカルDX研究拠点」をテーマに発表を行い、多くの聴講者によって活況を呈しました。本学ブースには企業関係者をはじめ大学や公的機関の関係者等、2日間で延べ174名もの方々が来訪され、今後の連携における検討等、活発な情報交換の場となりました。

プレゼンテーションの様子


出展ブースの様子
令和5年8月31日
出典:JAIST お知らせ https://www.jaist.ac.jp/whatsnew/info/2023/08/31-1.htmlMeet up Chubu イベント「超越バイオメディカルDX研究拠点」見学会を開催
7月27日(木)、中部経済産業局および中部経済連合会主催の、連携パートナーを探索するためのオープンイノベーションプラットフォームである『Meet up Chubu』が、本学の「超越バイオメディカルDX研究拠点(eMEDX)」にて開催されました。現地参加とオンラインのハイブリッド形式で行われ、当日は約60名の多種多様な業種・業界の方々にご参加いただきました。
最初にeMEDX拠点長である物質化学フロンティア研究領域の松村 和明教授から施設概要の紹介があり、その後、eMEDX施設内のオンラインツアーをライブ配信で行いました。
続いて、松村教授、同じく物質化学フロンティア研究領域の都 英次郎准教授の研究紹介が行われました。各セッションの最後には参加者からたくさんの質問があり、活発な意見交換がなされました。
最後に、寺野稔学長からの挨拶では、eMEDXの展望について発言がありました。
eMEDXでは、本学が誇る世界トップレベルのバイオメディカル分野の研究に、スーパーコンピューターを活用したデータ駆動型のDXを組み合わせ、医療・ヘルスケア・メディカルなどに関わる広い分野でのイノベーションを目指すとともに、技術や知識をシェアして共創する「シェアードオープンイノベーション」という新しい考え方に基づき、多種多様な業種・業界の会員企業間のざっくばらんな交流を推進することで、北陸から世界のバイオメディカルを変えるイノベーションを共創していきます。

学長挨拶

松村和明 拠点長・教授

都英次郎 准教授

研究紹介の様子
| 施設に関するお問い合わせ先 北陸先端科学技術大学院大学 未来創造イノベーション推進本部 担当:山廣、竹田 〒923-1292 石川県能美市旭台1-1 E-mail:emedx@ml.jaist.ac.jp |
令和5年8月10日
出典:JAIST お知らせ https://www.jaist.ac.jp/whatsnew/info/2023/08/10-1.html大学見本市2023~イノベーション・ジャパンに本学が出展
8月24日(木)・25日(金)の2日間、東京ビッグサイト南展示棟(東京都江東区有明)で国内最大規模の産学マッチングイベントである「大学見本市2023~イノベーション・ジャパン」が開催されます。
本学からは以下の2件が出展します。
ご来場の際にはぜひお立ち寄りください。
| 日 時 | 8月24日(木) 10時00分~17時30分 8月25日(金) 10時00分~17時00分 |
| 会 場 | 東京ビッグサイト 南展示棟 南1ホール(東京都江東区有明3丁目11番1) |
| 大学等 シーズ展示 |
超越バイオメディカルDX研究拠点 物質化学フロンティア研究領域 松村和明 教授 【小間番号】H-56 高田健司 助教 【小間番号】C-68 |
詳細はこちらをご覧ください。
・イノベーション・ジャパン2023公式サイト
・イノベーション・ジャパン2023出展課題一覧
第2回 超越バイオメディカルDX研究拠点エクセレントコアセミナー
セミナーを下記のとおり開催しますので、ご案内します。
| 開催日時 | 令和5年7月21日(金) 15:00~17:00 |
| 場 所 | JAISTイノベーションプラザ 2F シェアードオープンイノベーションルーム (要予約:定員30名) |
| 講 師 | LECOMMANDOUX, Sébastien, Ph.D. Professor of University of Bordeaux, France |
| 講演題目 | 「Biomimetic protein bioconjugates for biomaterials and artificial organelles design 」 |
| 使用言語 | 英語 |
| 参加申込・ お問合せ |
下記の担当へ前日までにお申し込みください。 (参加費無料) 北陸先端科学技術大学院大学 超越バイオメディカルDX研究拠点長 松村 和明 (E-mail:mkazuaki@jaist.ac.jp) |
第1回 超越バイオメディカルDX研究拠点エクセレントコアセミナー
セミナーを下記のとおり開催しますので、ご案内します。
| 開催日時 | 令和5年4月21日(金) 16:00~17:30 |
| 場 所 | JAISTイノベーションプラザ 2F シェアードオープンイノベーションルーム (要予約:定員30名) |
| 講 師 | 1.Dr. Helmut Thissen Director of CSIRO's Biomedical Materials Translational Facility (BMTF) 2.Dr. Robin Rajan Assistant professor, Japan Advanced Institute of Science and Technology |
| 講演題目 | 1.「Translation of medical device technologies - what we have learned」 2.「Exploring the Molecular Mechanisms of Protein Aggregation Inhibition with Sulfobetaine Polymer Derivatives」 |
| 使用言語 | 英語 |
| 参加申込・ お問合せ |
下記の担当へ前日までにお申し込みください。 (参加費無料) 北陸先端科学技術大学院大学 超越バイオメディカルDX研究拠点長 松村 和明 (E-mail:mkazuaki@jaist.ac.jp) |
物質化学フロンティア研究領域の松村教授らの論文がJournal of Materials Chemistry B誌の表紙に採択
松村研究室(物質化学フロンティア研究領域)、本郷研究室(サスティナブルイノベーション研究領域)、兵庫県立大学大学院工学研究科 遊佐真一准教授らの論文が英国王立化学会(Royal Society of Chemistry)のJournal of Materials Chemistry B誌の表紙(Back cover)に採択されました。
本研究成果は、松村研究室、本郷研究室および兵庫県立大学との共同研究によるものです。また、本研究は、科研費「学術変革領域研究(A)公募研究」の支援により実施されました。
■掲載誌
Journal of Materials Chemistry B, 21 February 2023, Issue 7,Page 1381 to 1600
掲載日:2023年2月15日
■著者
Nishant Kumar (博士後期課程3年、松村研究室), Kenji Oqmhula(博士後期課程2年、本郷研究室), Kenta Hongo, Kengo Takagi(兵庫県立大学),Shin-ichi Yusa(兵庫県立大学), Robin Rajan, Kazuaki Matsumura
■論文タイトル
Mechanistic insights and importance of hydrophobicity in cationic polymers for cancer therapy
■論文概要
カチオン性高分子に疎水性部位を導入することで飛躍的にガン細胞への障害性が向上することを確認し、そのメカニズム解明の一端として、合成高分子とガン細胞の細胞膜への相互作用の向上を分子動力学シミュレーション等で明らかにしました。
この研究結果は、今後の新しい高分子抗ガン剤の分子設計の指針となることが期待されます。
表紙詳細:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/tb/d3tb90030d
論文詳細:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/tb/d2tb02059a/unauth

令和5年2月16日
出典:JAIST お知らせ https://www.jaist.ac.jp/whatsnew/info/2023/02/16-2.html抗ガン高分子の分子設計指針に新たな光 ~カチオン性と疎水性の相乗効果で高い細胞障害性が発現~
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| 国立大学法人北陸先端科学技術大学院大学 兵庫県公立大学法人兵庫県立大学 |
抗ガン高分子の分子設計指針に新たな光
~カチオン性と疎水性の相乗効果で高い細胞障害性が発現~
ポイント
- 一般的には低分子化合物であることが多い抗ガン剤において、抗ガン効果の高い高分子の分子設計指針を見出した。
- カチオン性高分子に疎水性分子を導入することで抗ガン活性が向上し、高い細胞障害性を発現することが明らかになった。
- 分子動力学シミュレーションなどの手法により、合成高分子とガン細胞の細胞膜の相互作用が抗ガン効果の重要なメカニズムであることを確認し、今後の新規高分子抗ガン剤の分子設計の指針となることが期待される。
| 北陸先端科学技術大学院大学(学長・寺野稔、石川県能美市) 物質化学フロンティア研究領域の松村和明教授、ラジャン ロビン助教、サスティナブルイノベーション研究領域の本郷研太准教授、兵庫県立大学大学院工学研究科の遊佐真一准教授らは、精密高分子設計の技術と分子動力学シミュレーションなどの手法を用いて、抗ガン活性の高い高分子化合物の分子設計の指針を見出すことに成功しました。 一般的には、抗ガン剤は、低分子化合物であることが多く、その副作用や水溶性など多くの問題が挙げられます。高分子化合物の抗ガン剤はこれまで研究例があまりなく、また、細胞毒性のあるカチオン性高分子を利用した研究が行われてきました。 本研究では、このカチオン性高分子に疎水性部位を導入することで飛躍的にガン細胞への障害性が向上することを確認し、そのメカニズム解明の一端として、合成高分子とガン細胞の細胞膜への相互作用の向上を分子動力学シミュレーション等で明らかにしました。この研究結果は、今後の新しい高分子抗ガン剤の分子設計の指針となることが期待されます。 本研究成果は、英国王立化学会発刊のJournal of Materials Chemistry Bのオンライン版に1月6日に掲載されました。 |
【研究の背景】
日本人の三大疾病の第一位を占めるガンに対し、治療薬としての抗ガン剤の研究は重要な役割を担っていますが、まだ副作用も大きく、新たな作用機序に基づく効果の高い抗ガン剤の開発が待ち望まれています。
抗ガンペプチドのように、高分子化合物による細胞膜障害を利用した抗ガン剤の研究も行われており、高分子抗ガン剤の研究は、ガンの治療に新しい選択肢を提供するために重要です。
ガン細胞は、細胞膜表面にホスファチジルセリン[用語説明]というマイナスに帯電したリン脂質が発現していることが多いため、正常の細胞に比べて表面電位がマイナスに帯電しているといわれています。そこで、プラスに帯電したカチオン性高分子による細胞膜破壊作用をその機序として抗ガン高分子や抗ガンペプチドの研究が行われてきました。
今回の研究では、合成高分子によるガン細胞への障害性の向上に向けた分子設計の指針を見出しました。
【研究の内容】
研究グループは、4級カチオンを側鎖にもつ高分子(図1)に、ブチルメタクリレートやヘキシルメタクリレート、オクチルメタクリレートなどの疎水性のアルキル鎖を持つモノマーを共重合することで合成した疎水性導入カチオン高分子化合物(図2)が、肝臓ガン細胞や結腸ガン細胞、悪性黒色腫細胞に対して、高い障害性を持つことを明らかにしました(図3)。図3(a)は、カチオン性ポリマー中のブチルメタクリレートのモノマー比が大きくなるほど細胞毒性が高くなり、(b)では、アルキル基の炭素数が大きくなるほど強い細胞毒性を持つことが示されました。つまり、カチオン性基と疎水性基による相乗効果が認められました。
次に、研究グループは、この疎水性部位を導入したカチオン性高分子とガン細胞の細胞膜の相互作用について、パルス磁場勾配核磁気共鳴法(Pulsed-filed gradient Nuclear Magnetic Resonance : PFG-NMR)[用語説明]や分子動力学(MD)シミュレーション[用語説明]など様々な手法を用いて実験と計算の両面から確認しました。
PFG-NMRの測定結果から、疎水性モノマーであるブチルメタクリレートを導入したカチオン性高分子の拡散係数が、細胞膜を模した脂質二重膜と同時に存在するときに小さくなることが確認されました。この結果は、合成高分子が脂質分子と相互作用することで分子の運動性が抑制されていることを示しており、相互作用の向上が示唆される結果となりました。
また、MDシミュレーションでは、疎水性側鎖の導入により10 nsにおけるポリマーとリン脂質膜のコンタクト原子数が、疎水部位の導入前より2倍程度大きな値を示しました(図4)。この相互作用の向上の要因について考察するため、ポリマーの吸着構造の比較を行ったところ、疎水性部位の存在下では、ポリマー主鎖配向が細胞膜の分子配向に対してより平行であることが示されており、ガン細胞の細胞膜への吸着及び膜内へ侵入しやすい主鎖配向を持つことがわかりました(図5)。これにより、ガン細胞の細胞膜構造をより破壊しやすいと考えられます。
以上のことから、「細胞膜障害性」という新たな機序を持つ高分子抗ガン剤の分子設計指針として、カチオン性と疎水性のバランスが重要であることを示しました。
今後はその抗ガン剤高分子にガン細胞選択性などの機能をさらに追求することで新しい抗ガン剤の開発につなげていきます。
本研究は、科研費「学術変革領域研究(A)公募研究(課題番号:21H05516および21H05535)」の支援により実施されました。
本研究成果は、令和5年4月に北陸先端科学技術大学院大学に新設予定の超越バイオメディカルDX研究拠点所属教員らによる先行事例です。
【論文情報】
| 雑誌名 | Journal of Materials Chemistry B |
| 題目 | Mechanistic insights and importance of hydrophobicity in cationic polymers for cancer therapy |
| 著者 | Nishant Kumar, Kenji Oqmhula, Kenta Hongo, Kengo Takagi, Shinichi Yusa, Robin Rajan, Kazuaki Matsumura |
| WEB掲載日 | 2023年1月6日(英国時間) |
| DOI | 10.1039/D2TB02059A |

図1 合成4級カチオン性高分子 (PAMPTMA)

| 図2 疎水性付与合成4級カチオン性高分子 (a)ブチルメタクリレート共重合体(PAMPTMA-r-BuMA) (b)ヘキシルメタクリレート共重合体(PAMPTMA-r-HexMA) (c)オクチルメタクリレート共重合体(PAMPTMA-r-OctMA) |

| 図3 肝ガン細胞(HepG2)に対する抗ガン高分子の細胞毒性試験。縦軸は細胞生存率。
(a)ブチルメタクリレート(BuMA)の導入量の影響。P3:カチオン性高分子(PAMPTMA),
P6:PAMPTMAに対するBuMAの導入モル比5%, P7: 10%, P8: 20%, P9: 30% (b)アルキル基の長さの影響。P7: BuMA 10%, P10: HexMa 10%, P11: OctMa 10%
|

図4 リン脂質膜とポリマーのコンタクト数。
BuMA10%導入ポリマー(赤)の方が10ns時点において2倍程度大きなコンタクト数を示す。

| 図5 MDシミュレーションにおけるスナップショット。
(a)PAMPTMA (b) PAMPTMA-r-BuMA
(b)ではポリマー主鎖配向が膜の分子配向に対してより平行であり、
細胞膜への吸着及び膜内へ侵入しやすい主鎖配向を持つ |
【用語説明】
細胞膜のアニオン性の細胞内リン脂質成分であり、通常は、細胞膜の内側に主に存在しています。しかし、ガン細胞では細胞膜表面に高頻度に発現しているといわれています。
核磁気共鳴(NMR)技術の一種で、磁場勾配を利用して、物質中の空間的な分布を可視化することができます。また、液体中の分子の拡散移動速度を測定する方法の一つです。
分子レベルで物質の構造や動きを計算するためのコンピュータシミュレーション手法です。原子や分子間の力を計算し、物質の構造や動きを時間発展させることができます。
令和5年1月30日
出典:JAIST プレスリリース https://www.jaist.ac.jp/whatsnew/press/2023/01/30-1.html物質化学フロンティア研究領域の松村教授らの論文がBiomacromolecules誌の表紙に採択
物質化学フロンティア研究領域の松村研究室による論文が、米国化学会(American Chemical Society :ACS)刊行のBiomacromolecules誌の表紙(Supplementary cover)に採択されました。本研究成果は、物質・材料研究機構および産業技術総合研究所との共同研究によるものです。
■掲載誌
ACS Biomacromolecules, 2022Volume 23, Issue 8
表紙掲載日2022年8月8日
■著者
Chiaki Yoshikawa, Keita Sakakibara, Punnida Nonsuwan(松村研究室修了生), Miwako Shobo, Xida Yuan(松村研究室修了生), Kazuaki Matsumura
■論文タイトル
Cellular Flocculation Driven by Concentrated Polymer Brush-Modified Cellulose Nanofibers with Different Surface Charges
■論文概要
今回の論文は、濃厚ポリマーブラシを表面グラフトしたセルロースナノファイバーが細胞と相互作用して凝集体を形成する際の表面電荷の影響について詳細に議論したものです。その結果、アニオン性のポリマーブラシをグラフトすることで良好な細胞凝集塊の形成がみられました。
本研究結果は、再生医療用三次元細胞足場材料への応用が期待できます。
本発表は、物質・材料研究機構、産業技術総合研究所との共同研究による成果です。
表紙詳細:https://pubs.acs.org/toc/bomaf6/23/8
論文詳細:https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.biomac.2c00294

令和4年8月9日
出典:JAIST お知らせ https://www.jaist.ac.jp/whatsnew/info/2022/08/09-1.htmlサスティナブルイノベーション研究領域の高田助教らの研究がPolymer Journal誌の表紙に採択
サスティナブルイノベーション研究領域の高田 健司助教、金子 達雄教授および物質化学フロンティア研究領域の松村 和明教授の共同研究に関する論文が、Springer Nature社刊行のPolymer Journal誌の表紙に採択されました。
■掲載誌
Polymer Journal 2022, 54 (4), 581−589.
掲載日2022年1月14日
■著者
Kenji Takada, Asuka Komuro, Mohammad Asif Ali, Maninder Singh, Maiko Okajima, Kazuaki Matsumura, Tatsuo Kaneko*
■論文タイトル
Cell-adhesive gels made of sacran/collagen complexes
■論文概要
本研究では、超高分子量多糖であるサクランとたんぱく質の一種であるコラーゲンを複合化させることで細胞接着性に優れたゲルを開発しました。
多糖サクランは化粧品分野の他にも医療用材料としての利用が期待されており、その汎用性の拡大が期待されています。中でもバイオマテリアルである細胞足場材料として利用するためには、分子配向性を有すること並びに、細胞との接着性を発揮するたんぱく質配列の存在が重要です。本研究では、サクランの配向性とコラーゲンの細胞接着性に着目してこれらコンポジット化による機能化を試みました。複合化条件を検討した結果、一様な配向性を有したサクラン/コラーゲン複合ゲルが形成される条件を見出しました。サクラン/コラーゲンゲルを用いて細胞培養を行った結果、コントロールとしての培養dishと同様の細胞接着・伸展が確認され、本複合ゲルが細胞足場材料への応用の可能性を広げるものであることが提案されました。
表紙詳細:https://www.nature.com/pj/volumes/54/issues/4
論文詳細:https://doi.org/10.1038/s41428-021-00593-w

令和4年4月27日
出典:JAIST お知らせ https://www.jaist.ac.jp/whatsnew/info/2022/04/27-1.html物質化学領域の松村研究室の論文がBiomacromolecules誌の表紙に採択
物質化学領域の松村 和明教授、ラジャン ロビン助教、知能ロボティクス領域のホ アン ヴァン准教授、学生のHarit Pitakjakpipopさん(博士後期課程3年、松村研究室)、Duy Dang Nguyenさん(博士後期課程1年、ホ研究室)らの論文が米国化学会(ACS)刊行のBiomacromolecules誌の表紙(Inner cover)に採択されました。
■掲載誌
Biomacromolecules 2022, Volume 23, Issue 1
掲載日2022年1月10日
■著者
Harit Pitakjakpipop, Robin Rajan, Kittipong Tantisantisom, Pakorn Opaprakasit, Duy Dang Nguyen, Van Anh Ho, Kazuaki Matsumura*, Paisan Khanchaitit*(*責任著者)
■論文タイトル
Facile Photolithographic Fabrication of Zwitterionic Polymer Microneedles with Protein Aggregation Inhibition for Transdermal Drug Delivery
■論文概要
マイクロニードルは、皮膚に貼るだけで薬物を投与することが可能であり、痛みを伴わない新規経皮吸収型製剤としての適用が期待されています。本論文では、タンパク質保護高分子をマイクロニードルに応用することで、タンパク質医薬品の機能を維持したまま投与が可能なマイクロニードルを提案しました。本論文はタイのタマサート大学との協働教育プログラムおよびホ研究室との共同研究の成果です。
論文詳細:https://doi.org/10.1021/acs.biomac.1c01325
表紙詳細:https://pubs.acs.org/toc/bomaf6/23/1

令和4年1月13日
出典:JAIST お知らせ https://www.jaist.ac.jp/whatsnew/info/2022/01/13-1.html多機能ナノ粒子を用いて、無傷のリソソームを迅速かつ高純度に単離する手法を開発
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国立大学法人北陸先端科学技術大学院大学 国立大学法人東北大学 |
多機能ナノ粒子を用いて、無傷のリソソームを迅速かつ高純度に単離する手法を開発
ポイント
- 磁性―プラズモンハイブリッドナノ粒子を哺乳動物細胞のリソソーム内腔へエンドサイトーシス*1経路で高効率に送達することに成功
- ハイブリッドナノ粒子の細胞内輸送過程をプラズモンイメージング*2によって精確に追跡することで、高純度にリソソームを磁気分離するための最適培養時間を容易に決定可能
- リソソーム内腔にハイブリッドナノ粒子を送達後、細胞膜を温和に破砕し、4℃で30分以内にリソソームを磁気分離することで、細胞内の状態を維持したままリソソームの高純度単離に成功
| 北陸先端科学技術大学院大学(JAIST)(学長:寺野 稔、石川県能美市) 先端科学技術研究科 前之園 信也 教授、松村 和明 教授、平塚 祐一 准教授の研究チームは、東北大学(総長:大野 英男、宮城県仙台市)大学院生命科学研究科の田口 友彦教授と共同で、磁気分離能(超常磁性)とバイオイメージング能(プラズモン散乱*3特性)を兼ね備えた多機能ナノ粒子(磁性―プラズモンハイブリッドナノ粒子)を用いて、細胞内の状態を維持したままリソソームを迅速かつ高純度に単離する技術を世界で初めて開発しました。 |
【背景と経緯】
リソソームは60を超える加水分解酵素とさまざまな膜タンパク質を含む細胞小器官(オルガネラ)で、タンパク質、炭水化物、脂質、ヌクレオチドなどの高分子の分解と再利用に主要な役割を果たします。これらの機能に加えて、最近の発見では、リソソームがアミノ酸シグナル伝達にも関与していることがわかってきています。リソソーム機能障害に由来する疾患も数多く存在します。そのため、リソソームの機能をより深く理解することは基礎生物学においても医学においても重要な課題です。
リソソームの代謝物の探索は、近年急速に関心が高まっている研究分野です。たとえば、飢餓状態と栄養が豊富な状態でリソソームの代謝物を研究することにより、アミノ酸の流出がV-ATPaseおよびmTORに依存することが示されました(M. Abu-Remaileh et al., Science, 2017, 358, 807)。このように、外部刺激に応答したリソソームの動的な性質を調べるためには、リソソームを細胞内の状態を維持したまま迅速かつ高純度に分離する必要があります。
一般的に、リソソームの単離は密度勾配超遠心分離法*4によって行われていますが、密度勾配超遠心分離法には二つの大きな問題があります。まず一つ目の問題として、細胞破砕液にはほぼ同じ大きさと密度を持ったオルガネラが多種類あるため、得られた画分にはリソソーム以外の別のオルガネラが不純物として混ざっていることがよくあります。したがって、リソソーム画分のプロテオミクス解析を行っても、完全な状態のリソソームに関する情報を得ることができません。二つ目の問題として、分離プロセスに長い時間がかかるため、リソソームに存在する不安定なタンパク質は脱離、変性、または分解される可能性があります。この問題も、リソソームに関する情報を得ることを大きく妨げます。
これらの問題を克服するために、リソソームを迅速に単離するための他の技術が開発されました。たとえば、磁気ビーズを用いた免疫沈降法*5によってリソソームを迅速に分離できることが示されました(M. Abu-Remaileh et al., Science, 2017, 358, 807)。しかし、この手法では、ウイルスベクターのトランスフェクションなどによって抗体修飾磁気ビーズが結合できるリソソーム膜貫通タンパク質を発現させる必要があります。この方法は、密度勾配超遠心分離法よりも高純度のリソソーム画分が得られますが、リソソーム膜のタンパク質組成とその後のプロテオミクス解析に悪影響を与える可能性が指摘されています(J. Singh et al., J. Proteome Res., 2020, 19, 371-381.)。
【研究の内容】
本研究では、無傷のリソソームを迅速かつ効率的に分離する新たな単離法として、アミノデキストラン(aDxt)で表面修飾したAg/FeCo/Ag コア/シェル/シェル型磁性―プラズモンハイブリッドナノ粒子(MPNPs)をエンドサイトーシス経路を介してリソソームの内腔に集積した後、細胞膜を温和に破砕し、リソソームを磁気分離するという手法を開発しました(図1)。リソソームの高純度単離のためには、エンドサイトーシス経路におけるaDxt結合MPNPs(aDxt-MPNPs)の細胞内輸送を精確に追跡することが必要となります。そこで、aDxt-MPNPsとオルガネラの共局在の時間変化を、aDxt-MPNPsのプラズモンイメージングとオルガネラ(初期エンドソーム、後期エンドソームおよびリソソーム)の免疫染色によって追跡しました(図2)。初期エンドソームおよび後期エンドソームからのaDxt-MPNPsの脱離と、リソソーム内腔へのaDxt-MPNPsの十分な蓄積に必要な最適培養時間を決定し、その時間だけ培養後、リソソームを迅速かつマイルドに磁気分離しました。細胞破砕からリソソーム単離完了までの経過時間(tdelay)と温度(T)を変化させることにより、リソソームのタンパク質組成に対するtdelayとTの影響をアミノ酸分析によって調べました。その結果、リソソームの構造は細胞破砕後すぐに損なわれることがわかり、リソソームを可能な限り無傷で高純度で分離するには、tdelay ≤ 30分およびT = 4℃という条件で磁気分離する必要があることがわかりました(図3)。これらの条件を満たすことは密度勾配超遠心分離法では原理的に困難であり、エンドサイトーシスという細胞の営みを利用して人為的にリソソームを帯磁させて迅速かつ温和に単離する本手法の優位性が明らかとなりました。
本研究成果は、2022年1月3日(米国東部標準時間)に米国化学会の学術誌「ACS Nano」のオンライン版に掲載されました。
【今後の展開】
本手法はリソソーム以外のオルガネラの単離にも応用可能な汎用性のある技術であり、オルガネラの新たな高純度単離技術としての展開が期待されます。

図1 磁性―プラズモンハイブリッドナノ粒子を用いたリソソームの迅速・高純度単離法の概念図

| 図2 COS-1細胞におけるaDxt-MPNPsの細胞内輸送。 (A)aDxt-MPNPsの細胞内輸送の概略図(tは培養時間)。 (B)aDxt-MPNPsとリソソームマーカータンパク質(LAMP1)の共局在を示す共焦点レーザー走査顕微鏡像 (核:青、aDxt-MPNPs:緑、リソソーム:赤)。 aDxt-MPNPsはプラズモンイメージングによって可視化。 スケールバーは20 µm。 |

| 図3 単離されたリソソームのウエスタンブロッティングおよびアミノ酸組成分析の結果。 (A)ネガティブセレクション(NS)およびポジティブセレクション(PS)画分。 (B)PS画分の共焦点レーザー走査顕微鏡画像(緑:aDxt-MPNPs、赤:LAMP1)。 (C)NSおよびPS画分、および細胞破砕液のウエスタンブロット結果。 (D)異なる温度でtdelayを変化した際に得られたリソソーム画分のアミノ酸含有量の変化。 水色(4℃、tdelay = 30分)、青(4℃、tdelay = 120分)、ピンク(25℃、tdelay = 30分)、 および赤(25℃、tdelay = 120分)。 |
【論文情報】
| 掲載誌 | ACS Nano |
| 論文題目 | Quick and Mild Isolation of Intact Lysosomes Using Magnetic-Plasmonic Hybrid Nanoparticles (磁性―プラズモンハイブリッドナノ粒子を用いた完全な状態のリソソームの迅速かつ温和な単離) |
| 著者 | The Son Le, Mari Takahashi, Noriyoshi Isozumi, Akio Miyazato, Yuichi Hiratsuka, Kazuaki Matsumura, Tomohiko Taguchi, Shinya Maenosono* |
| 掲載日 | 2022年1月3日(米国東部標準時間)にオンライン版に掲載 |
| DOI | 10.1021/acsnano.1c08474 |
【用語説明】
*1.エンドサイトーシス:
細胞が細胞外の物質を取り込む過程の一つ
*2.プラズモンイメージング:
プラズモン散乱を用いて、光の回折限界以下のサイズの金属ナノ粒子を光学顕微鏡(蛍光顕微鏡や共焦点顕微鏡など)で可視化すること
*3.プラズモン散乱:
金属ナノ粒子表面での自由電子の集合振動である局在表面プラズモンと可視光との相互作用により、可視光が強く散乱される現象
*4.密度勾配超遠心分離法:
密度勾配のある媒体中でサンプルに遠心力を与えることで、サンプル中の構成成分がその密度に応じて分離される方法
*5.免疫沈降法:
特定の抗原を認識する抗体を表面修飾したビーズ用い、標的抗原が発現したオルガネラを細胞破砕液中から選択的に分離する免疫化学的手法
令和4年1月5日
出典:JAIST プレスリリース https://www.jaist.ac.jp/whatsnew/press/2022/01/05-2.html物質化学領域の松村教授、都准教授、ラジャン助教らの論文がMaterials Today誌の表紙に採択
物質化学領域の松村 和明教授、都 英次郎准教授、ラジャン ロビン助教、研究員のSajid Fazalさん(松村研究室)、学生のNishant Kumarさん(博士後期課程2年、松村研究室)らの総説論文が材料科学の最高峰雑誌の一つであるエルゼビア社刊行のMaterials Today誌の表紙(Inner cover)に採択されました。
■掲載誌
Materials Today, Volume 51
掲載日2021年12月
■著者
Nishant Kumar, Sajid Fazal, Eijiro Miyako*, Kazuaki Matsumura*, Robin Rajan*(*責任著者)
■論文タイトル
Avengers against cancer: A new era of nano-biomaterial-based therapeutics
■論文概要
今回の論文は、抗がん治療に利用される様々なナノ材料、高分子材料を系統的に整理し、抗がん高分子化合物や免疫治療、バクテリア療法にいたるまで幅広い材料化学の観点から抗がん治療の最前線および将来展望をまとめた総説論文です。 表紙では各材料をイメージした戦士達がそれぞれの必殺技を用いてガンに立ち向かう様子を表しています。本発表は、科研費基盤研究(A)および本学の超越バイオ医工学研究拠点 リサーチコアの支援による成果です。
論文詳細:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702121003321
表紙詳細:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702121004028

令和3年12月16日
出典:JAIST お知らせ https://www.jaist.ac.jp/whatsnew/info/2021/12/16-2.html物質化学領域の松村教授、都准教授、ラジャン助教らの論文がMaterials Today誌に掲載
物質化学領域の松村 和明教授、都 英次郎准教授、ラジャン ロビン助教、研究員のSajid Fazalさん(松村研究室)、学生のNishant Kumarさん(博士後期課程2年、松村研究室)らの総説論文が材料科学の最高峰雑誌の一つであるMaterials Today誌に掲載されました。
Materials Today誌は材料科学コミュニティに広く関心のある最も革新的で最先端の影響力のある論文を掲載する、Materials Todayファミリー誌の旗艦誌です。
■掲載誌
Materials Today
掲載日2021年10月31日
■著者
Nishant Kumar, Sajid Fazal, Eijiro Miyako*, Kazuaki Matsumura*, Robin Rajan*(*責任著者)
■論文タイトル
Avengers against cancer: A new era of nano-biomaterial-based therapeutics
■論文概要
今回の論文は、抗がん治療に利用される様々なナノ材料、高分子材料を系統的に整理し、抗がん高分子化合物や免疫治療、バクテリア療法にいたるまで幅広い材料化学の観点から抗がん治療の最前線および将来展望をまとめた総説論文です。本発表は、科研費基盤研究(A)およびJAISTの超越バイオ医工学研究拠点 リサーチコアの支援による成果であり、この分野におけるJAISTのプレゼンスが高く評価された結果だといえます。
論文詳細:https://doi.org/10.1016/j.mattod.2021.09.020

令和3年11月5日
出典:JAIST お知らせ https://www.jaist.ac.jp/whatsnew/info/2021/11/5-1.html物質化学領域の松村教授が高分子学会三菱ケミカル賞を受賞
物質化学領域の松村 和明教授が公益社団法人高分子学会三菱ケミカル賞を受賞しました。
高分子学会は、高分子科学の基礎ならびに高性能材料などの応用分野に関する幅広い研究分野を対象とした会員数10,000を超える学術団体です。
三菱ケミカル賞は、高分子科学に基礎をおき、技術、産業に寄与する独創的かつ優れた研究業績を挙げた研究者に授与される賞です。
*参考:高分子学会三菱ケミカル賞受賞者
■受賞年月日
令和3年9月7日
■研究題目
両性電解質高分子の凍結保護効果の解明と生体材料応用
■研究内容
細胞の凍結保存技術は古くから開発されており、保護物質であるジメチルスルホキシド(DMSO)などを添加する必要がありました。松村教授らは、DMSOに比べて毒性が低く、しかも活性の高い高分子系の新規凍結保護物質を新たに見いだしました。その機序が既存の物質と異なることをNMRを用いた独自の手法で明らかとし、この機序を用いた再生医療用組織の凍結保存にも挑戦しています。さらに、和牛の受精卵や精子の凍結保護剤として産業応用もされています。また、凍結濃縮という凍結現象を用いた細胞内への物質送達手法を開発するなど、高分子化学と低温生物工学双方向の異分野融合型研究を進めています。
以上、基礎から産業応用に至るまで独創的かつ優れた研究成果であると国内外から高く評価されています。
■受賞にあたって一言
高分子学会よりこの度、三菱ケミカル賞を頂くことができ誠に光栄に思います。さらに高分子化学の発展に尽力して参ります。共同研究者や研究室の学生さんならびに研究費をご支援いただいた関係各所に厚くお礼申し上げます。


令和3年9月17日
出典:JAIST 受賞https://www.jaist.ac.jp/whatsnew/award/2021/09/17-1.html物質化学領域の松村研究室の論文が国際学術誌の表紙に採択
物質化学領域の松村 和明教授、ラジャン ロビン助教らの論文が英国王立化学会(RSC)刊行のMaterials Advances誌の表紙(Back cover)に採択されました。
本研究は科研費および科学技術振興機構(JST)「研究成果最適展開支援プログラム(A-STEP)」の支援により行われました。
■掲載誌
Materials Advances, 2021, 2, 1139-1176 掲載日2021年1月15日
■著者
Robin Rajan*, Sana Ahmed, Neha Sharma, Nishant Kumar, Alisha Debas, and Kazuaki Matsumura*
■論文タイトル
Review of the current state of protein aggregation inhibition from a materials chemistry perspective:special focus on polymeric materials
■論文概要
タンパク質の凝集抑制効果を持つ物質について、特に高分子化合物を中心にその合成方法や機能、応用などをまとめた総説論文です。神経変性疾患の治療や予防、バイオ医薬品の生産プロセスの効率化などに期待出来る最新の研究成果をまとめています。
表紙詳細:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/ma/d1ma90025k#!divAbstract
論文詳細:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/ma/d0ma00760a#!divAbstract

令和3年3月3日
出典:JAIST お知らせ https://www.jaist.ac.jp/whatsnew/info/2021/03/03-1.html



