ナノ粒子を活用した医療への応用

研究の目的

2本鎖ＤＮＡ固定化金ナノ粒子の作成方法

（東理大・基礎工教養）〇筒井豪久・大槻優夏・清家大智・谷長優里

ＤＮＡ密生ナノマテリアルを活用した地域医療への貢献

マテリアル設計

金ナノ粒子とは金ナノ粒子（GNP)≠金色 金ナノ粒子を用いた色による判別

金ナノ粒子に分子修飾した複合ナノ材料(DNA-GNP) は、生体内で利用できる。

Sato, K. et al., J. Am. Chem. Soc., 125, 8102 (2003) D. Huang et al., J. Electro. Soc., 2003, 150, G412

チオール化DNA

NaClを加える

・金ナノ粒子は塩を加えると凝縮する→１塩基の違いが色変化により判別できる

相補鎖は凝集→青色 1塩基突出型は分散→赤色

ナノ診断目視薬物スクリーニング法

通常→凝集して青色塩基が１つ多い→分散したまま凝集せず赤色つまり、遺伝子多型診断に使える。（色だから見分けるの簡単）

薬物代謝酵素（シトクロムP450）の変異

・がんになると、特定のマイクロRNAが血中に流れる→臓器の特定が可能に

⇒目視薬物スクリーニング法によって判別した、DNA損傷剤として効果が大きいものを増幅する。

サンプル（血液，毛根）を収集

DNAを抽出・増幅する→１塩基伸長反応

⇒DNA金ナノ粒子・塩追加で目視で塩基が特定できる

DNAと金ナノ粒子でつくったナノ線形化の有無による色変化で、環境汚染物質の高感度検出技術を開発する。

ナノ医療への展開

→色の変化あり

→色の変化なし

低分子医薬オリゴマー（疎水部）

GNP

粒径5nm

今後の展望

このように、金ナノ粒子は元々は扱いづらいもの

だが、DNAを結合させることで、遺伝子診断や

ガン治療にまで応用できるようになった。

①BSPPーGNPの調製

②ゲル電気泳動による二本鎖DNA固定化GNPの

単離

③ターゲットDNA添加に伴った、

糸ビーズ状ナノ構造体の色変化観察 など

今後、さらなる研究を進める予定。

ジチオール20塩基DNA(二重鎖形成１６塩基)

有機リンリガンド(BSPP)の構造式

ターゲット40塩基(二重鎖形成32塩基)

H₂O

K⁺

H₂O

混合させ一日置く

K⁺

チミン基が金ナノ粒子と結合

DNA鎖を長くして、金ナノ粒子が電気泳動の影響を受けるようにする

電気泳動により、結合したDNA鎖の本数ごとに金ナノ粒子を分離できる

加えたDNAと二重鎖を形成し、金ナノ粒子から外れる

BSPPのリン原子をGNPにくっつけることで、BSPPのSO3

-で大きくマイナスにすることができる。これによって、金粒子の分散性を向上する。

C. Bracken et al., Nat. Rev. Genetics, 2016, 17, 719

これを回収

１塩基突出

金粒子は集まると色変化を起こす。

ＤNAの高度認識能金ナノの鮮やかな発色特色

ナノレベルだと…

金ナノ粒子は赤色に！

これらの性質をあわせ持つハイブリット型ナノ材料

DNA密生層

高分子の薬自己組織化

刺激

標的細胞内

核酸医薬（親水部）

（光、pH変化）

→自己崩壊性機能による異種薬物の同時リリースこの仕組みにより、

・低毒性 ・異種薬物の同時リリース ・内包薬物100%なものを特定の臓器に送ることができる。

秋山好嗣、菊池明彦、川出茉実、福本汐音、木村和徳、特願2019-164912

１塩基ミスマッチDNA

ターゲットDNA

二重鎖を形成する

二重鎖を形成しない

Akiyama, Y. et al, Chem. Eur. J. 20, 17420 (2014)

Akiyama, Y. et al, ChemistryOpen 5, 508 (2016)

秋山好嗣、菊池明彦、木村和徳、特願2018-159028

抗がん剤の効果絶大