発表資料

磁場応答性メタルフリー有機磁性
ナノエマルションの調製と生体医療利用
京都大学大学院人間・環境学研究科
相関環境学専攻分子・生命環境論講座
教授
田村類
1
本日の内容
メタルフリー有機磁性ナノエマルションの調製と利用
核磁気共鳴画像法＋ドラッグデリバリーシステム
(MRI造影剤)
(DDS磁性キャリヤ)
（１）MRI造影剤について
・実用化されているMRI造影剤の問題点
・ MRI造影能を示す有機ニトロキシドラジカル化合物の例
（２）本研究
・メタルフリー有機磁性ナノエマルション
設計と自己集合構造
調製法
安定性評価・・・電子スピン共鳴(EPR)法・動的光散乱(DLS)法
生体還元耐性評価
擬似ドラッグの内包
（３）結論
核磁気共鳴画像法 (MRI) 法
マウス頭部のT1強調MRI画像マウス頭部のT1強調MRI画像
（MRI造影剤投与後）
（MRI造影剤投与前）
H. Fujii et al.,
Neuroscience Letters 2013, 546, 11.
差分画像
（造影剤投与後の画像からコントロール実験の画像を差し引いた）
実用化されているMRI造影剤の問題点
ガドリニウム :プロトンのT1緩和時間を短縮
(Gd3+)
ガドリニウムは腎不全を引き起こす可能性
マグネタイト :プロトンのT2緩和時間を短縮
(Fe3O4)
磁性ナノ粒子
マグネタイトの代謝経路は不明
マグネタイト
粒子
リポソーム
（中部大学小林研究室）
by 対馬義人、映像情報メディカル (産業開発機構、2013年8月）
本研究の目的：メタルフリーな磁性ナノエマルションの調製
ニトロキシドラジカルは低毒性！
MRI造影能を示す有機ニトロキシドラジカル
化合物の例
✔ Branched-bottlebrush
polymeric
MRI contrast agents
A. Johnson et al.,
Nature Communications 2014, 5, 5460.
✔ Core-shell-Type
MRI contrast agents
carrying stable radicals in the Core
親水性
疎水性
Y. Nagasaki et al.,
Biomacromolecules 2009, 10, 596.
✔
Dendrimeric MRI contrast agents
A. Rajca et al.,
J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 15724.
5
有機磁性ナノエマルションの設計
当研究室で合成した
ニトロキシドラジカル
非イオン性界面活性剤
（生体適合性）

疎水性ドラッグ
Water
ニトロキシドラジカルを磁性源とするナノエマルション
有機磁性ナノエマルションの自己集合構造
Water
長鎖アルキル鎖
入れ子構造
アルキル鎖が長いほど、分子
間に働く相互作用も大きくなる
と期待
7
有機磁性ナノエマルションの調製
＋
加熱
超音波照射
分散溶液
磁性ナノエマルション
(17～70 nm )
有機磁性ナノエマルションの安定性評価
EPRスペクトル法
ラジカル分子が内包されて会合
Intensity
Intensity
水中でラジカル分子遊離
Magnetic field / mT
３本線
Magnetic field / mT
幅広の１本線
9
EPR分光法と動的光散乱(DLS)法による
有機磁性ナノエマルションの安定性評価
調製条件：H2O
ニトロキシドラジカル / 5
= 1.0×10-2 M / 1.0×10-2 M
1
:
1日目
平均
37 nm
Diameter / nm
1
＋
Magnetic fields / mT
平均
71 nm
2日目
~
6日目
7日目
Diameter / nm
平均
69 nm
Diameter / nm
10
Magnetic fields / mT
Magnetic fields / mT
EPR分光法とDLS法による
有機磁性ナノエマルションの安定性評価
ニトロキシドラジカル/ 5
= 1.0×10-2 M / 1.0×10-2
1
:
＋
1
平均
37 nm
平均
37 nm
Diameter / nm
Diameter / nm
×10
diluted
11
Magnetic fields / mT
Magnetic fields / mT
1.010-2 M
1.010-3 M
安定な磁性ナノエマルション
有機磁性ナノエマルションの生体還元耐性評価
調製条件：(-)-PBS 緩衝液
+
＋
Normalized EPR spectrum area %
1.010-2 M
1
1.010-2 M
(-)-PBS
1.010-2 M
1
:
1
:
100
80
Slow reduction !
60
ニトロキシドラジカルを内包した磁性ナ
ノエマルションのEPRスペクトル面積の
時間変化
40
20
0
0
40
80
120
Time / min
160
12
有機ラジカル液晶液滴の磁石応答性
(S,S,S,S)
N* at 75°C
(S,S)
N*
K. Suzuki et al., Chem. Commun. 2016, 52, 3935.
N* at 75°C
Y. Uchida et al., J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 9746.
有機磁性ナノエマルションの磁場応答性
14
有機磁性ナノエマルションの擬似ドラッグ内包
擬似ドラッグとしてピレンを内包した磁性ナノエマルションの調製
Water
擬似ドラッグ
磁石応答性DDSキャリヤとしての利用
磁性ナノエマルション
内皮細胞
血管
16
ピレン内包磁性ナノエマルションの調製
調製条件：(-)-PBS緩衝液
＋
＋
1.010-2 M
1
1.010-2 M
:
超音波照射
1
1.010-3 M
:
0.1
加熱
MRI追跡型DDS磁性キャリア
17
ピレン内包磁性ナノエマルションの吸収スペクトル
Pyrene / (-)-PBS
4
ニトロキシドラジカル / pyrene / 5 in (-)-PBS
= 1.0×10-2 M / 1.0×10-3 M / 1.0×10-2
3.5
Absorbance
3
＋
＋
Pyrene
2.5
2
1.5
1
0.5
0
1 :
0.1
:
1
350
400
450
500
Wavelength / nm
Pyrene / C14 Nitroxide / Brij58 / (-)-PBS
ニトロキシドラジカル/
Pyrene / 5
4
Pyrene / Brij58 / (-)-PBS
kn2-36-1
30
4
25
20
3.5
Pyrene / 5
Intensity
3.5
300
kn2-35-1
35
3
3
30
Mean
15.4 nm
15
10
5
15
10
5
1.5
0
-5
1
10
100
Diameter
/ nm
Particle
size / nm
1
-5
1
2
0.4
1.5
1
0.3
400
Wavelength / nm
450
500
0
1000
n-p*
transition
0.2
0.1
0
350
350
100
Diameter / nm
0.5
0.5
300
10
Particle size / nm
1000
0.5
0
0
2.5
Absorbance
Mean
9.4 nm
20
2
Absorbance
2.5
Intensity
Absorbance
25
400
450
500
Wavelength/ nm
300
350
400
Wavelength / nm
450
18
500
ピレン内包磁性ナノエマルションの蛍光スペクトル
＋
＋
1
:
2.5 10
4
0.1
:
4
2 10
4
1.5 10
4
1 10
4
Fluorescence intensity
ニトロキシドラジカル / pyrene / 5 in (-)-PBS
= 1.0×10-2 M / 1.0×10-3 M / 1.0×10-2
2.5 10
1
Pyrene / (-)-PBS
Pyrene
5000
0
400
Pyrene
/ 5/ Brij58 / (-)-PBS
Pyrene
450
500
550
600
650
Wavelength / nm
Pyrene / C14 Nitroxide / Brij58 / D-PBS
2.5 10
ニトロキシドラジカル/
Pyrene / 5
4
kn2-35-1
35
kn2-36-1
30
30
4
15
10
5
0
-5
1
1 10
10
100
1000
Particle size / nm
Diameter
/ nm
4
5000
2 10
1.5 10
20
λex = 320 ± 10 nm
Intensity
20
4
500
4
10
0
-5
400
1 10
Mean
15.4 nm
15
5
4
Fluorescence intensity
Mean
9.38 nm
Fluorescence intensity
1.5 10
25
4
Intensity
Fluorescence intensity
25
2 10
1
10
100
200
100
5000
0
430
440
450
460
470
480
490
500
Wavelength / nm
0
400
450
500
550
Wavelength / nm
600
650
0
400
450
1000
Particle size / nm
Diameter
/ nm
300
500
550
Wavelength / nm
600
650
19
結論
1. 水溶液中で、安定なメタルフリー有機磁性ナノエマルション
（粒径15～70 nm）の調製に成功した
2. メタルフリー有機磁性ナノエマルションは、次の特徴を示した
a) アスコルビン酸還元耐性
b) プロトンのT1緩和時間を短縮
c) ピレン（擬似ドラッグ）を内包
MRI造影剤とDDS磁性キャリアとしての特徴を併せもつ
本技術に関する知的財産権
• 発明の名称：有機ニトロキシドラジカル
化合物、その製造方法、ナノエマルショ
ン粒子及びその用途
• 出願番号
：特願2016-044450
• 出願人
：京都大学
• 発明者
：田村類、名倉康太
お問い合わせ先
関西TLO（株）ライセンスアソシエイト
清水基宏（しみずもとひろ）
ＴＥＬ 075-753-9150
ＦＡＸ 075-761-7681
e-mail [email protected]

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