伊藤ナノ医工学研究室

研究概要

当研究室では、化学的手法と生物工学的手法を融合させた「バイオものづくり」の方法論の確立と、それによる機能性材料の開発を目指している。方法論として、コンビナトリアル・ケミストリー、進化分子工学、高分子工学、有機合成化学、核酸化学、ハイブリッド材料工学、遺伝子・タンパク質工学、微細加工学、ナノテクノロジーなどの手法を駆使して、新しい材料、方法論を生み出し、その性能を評価するとともに、応用展開を図っている。診断用ナノ医工学の分野では（1）マイクロアレイ・バイオチップを用いた迅速、微量、網羅的疾患診断システムの開発（2）生きた細胞内での遺伝子や酵素の検出法を行っている。治療用ナノ医工学の分野では（1）細胞融合法を用いた再生医療用幹細胞の調製（2）生体組織、人工基材への結合性をもつ成長因子の創成（3）新しい機能性核酸の合成（4）バイオ接着材料の創成を行っている。合成生物学、進化分子工学手法による機能性分子の創製研究では（1）光応答性分子認識核酸アプタマーの合成（2）有機合成用触媒の開発（3）ディスプレイ法を用いた新しい機能性ペプチドアプタマーの開発を行っている。ソフトナノテクノロジーの基盤研究では（1）生体不活性表面を創出する両性イオン型高分子の合成（2）刺激応答性高分子の創成と応用を行っている。

最近の研究成果

ナノテクノロジーで拓く医工学

図1 光リソグラフィによるタンパク質のマイクロパターン化と細胞培養

上：光マスク、中：タンパク質マイクロパターン（CBB染色）、下：細胞培養。

当研究室では、ナノテクノロジーや化学を医療に応用するナノメディシン研究に取り組んでいる。その一つとして人工臓器材料へ新しい生体適合性の付与することや再生医療用の材料開発を検討している。現在、非常に多くの人工臓器が使われるようになっているものの、人工臓器材料と生体との親和性はまだ十分とはいえない。そこで我々は、これら人工材料へ生理活性を付与するために、成長因子タンパク質を化学的に結合させること、結合性の成長因子タンパク質を遺伝子組み換え法で調製することを行っている。様々な生体高分子を使ったマイクロパターニングも可能となっている（図1）。また、タンパク質や多糖のような生体高分子を主成分とする新しい誘導体を合成し、その生体接着剤としての性能評価を行った。核酸医薬として、生体内安定性の高いダンベル型RNA分子の合成に成功し、RNA干渉効果の増大を目指して分子構造の最適化を行い、その医療応用を検討している。さらに、ナノサイズの構造化したＲＮＡの合成に成功し(図2)、新たな機能を観測することができた。また、遺伝子情報や細胞内タンパク質量に基づいて活性化が制御されるプロドラッグ型ドラッグ・デリバリー・システムについても検討を行っている。

ナノメディシンの診断分野への展開として基材表面ナノ領域を機能化することによる新しいマイクロアレイ・バイオチップの開発を行った。様々な生体高分子をマイクロアレイ固定化できる技術を開発し、その技術を用いてバイオチップの作成を行い、疾患診断用として役立てることを目標に研究を進めている。具体的には、自己免疫疾患やアレルギー診断用としての性能の評価を従来の測定法との比較として行い、高い相関性を明らかにした。マイクロチップの小型化や量産化を図るとともに、新規に多サンプル並行処理のための自動化学発光測定器を設計・製作した装置を用いて臨床応用を目標に研究開発を行っている。がんマーカーのグルタチオン転移酵素（GST）の細胞内蛍光検出法の開発をスウェーデン・カロリンスカ研究所と共同で行い、GSTの存在や量を多色で可視化することができるイメージングプローブの開発に成功した（図3）。

図2 RNA干渉のためのナノ構造化RNA

図3 合成したプローブと細胞内のグルタチオン転移酵素（GST）検出

上：合成した蛍光発生プローブ、下左：蛍光スペクトル、下右：ヒト乳がん細胞イメージング。

図3

Reproduced, with permission, from T. Kitajima, S. Obuse, T. Adachi, M. Tomita, Y. Ito, Recombinant human gelatin substitute with photoreactive properties for cell culture and tissue engineering, Biotechnol. Bioeng. 2011, 108, 2468 © (2012) Wiley