Development of Janus-shaped gold nanoparticles for cancer treatment using highly biopermeable near-infrared light

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本研究では研究代表者がこれまで開発してきた２つの技術、即ち（1）温度応答性リガンドで修飾した金ナノ粒子の集合化手法と、（2）金ナノ粒子表面の上半分と下半分をそれぞれ親水性／疎水性リガンドで被覆するヤヌス型粒子の作製手法を組合わせ、近赤外光照射により細胞膜を破壊する金ナノ粒子の創製に取り組んでいる。具体的には、細胞膜表面に吸着し留まりやすい形状の円盤状金ナノ粒子（金ナノディスク＝AuND）の片面を親水性リガンドで、残りの面を温度応答性リガンドで被覆したヤヌス型AuNDを用いる。生体温度ではAuNDのどちらの面も親水性を示すが、AuNDのプラズモニック波長である近赤外光を照射すると、光熱変換により局所的に温度が上昇し、温度応答リガンドが疎水性へと変化する。この作用により両親媒性が発揮され、界面活性効果によって標的細胞の細胞膜が破壊される。本手法の達成により、生体透過性が高い近赤外光を用いて、標的細胞の破壊効率が高く、毒性を低減した新たな光免疫療法が可能となる。令和４年度はAuNDを調製し、近赤外光を吸収することを確認した。続いてAuNDの表面に、末端にカルボン酸を有する親水性リガンドとメチル基を有する弱疎水性リガンドを混合して修飾し、温度応答性を付与した。その結果、加熱/冷却に応じて集合/脱集合を示し、カルボン酸リガンドの比率を変えることで集合温度を微調整できることが分かった。また、カルボン酸の負電荷のためにAuNDは良好な分散安定性を示し、培地や血中での応用の際に有利であると期待できる。さらに、AuNDの温度応答性は、昇温と降温で集合化温度が異なることがわかった。これはカルボキシル基が形成する水素結合の強さが、疎水的/親水的な環境で変化することに起因していると考えられる。これを利用して、医療応用も含めた機能性材料としての展開が期待できる。