230119 Literature Seminar Q&A (Takamaru)
Q. nanoparticle の毒性について、⼤きい状態と⼩さい状態でどちらで毒性が出るのか？
A. 表⾯電荷や形状にもよるので⼀概には⾔えないが、サイズという観点でいうと、
数 nm の⼩さい nanoparticle は、毒性が 10nm 以上の⼤きさの nanoparticle よりも毒性が⾼いらしい

数 nm の nanoparticle は 10nm を超える nanoparticle よりも簡単に細胞内外にあるバリアを透過するので、細胞内や細胞⼩器官内、特に核内に⼊りやすいため、毒性を出す
らしい1（Sukhanova, 2018）

Q. がん細胞への nanoparticle の DDS について、薬剤放出に追加して他の機能を持たせることはできるか？（例えば、薬剤を放出した後に残るキャリアに機能を持たせることはできるか？）
A. 調べた限りでは薬剤放出後のキャリアに他の機能を持たせる例はなかった。
ただ、薬剤を 2 種類放出する系として、薬剤を放出する nanoparticle の外側に、他の薬剤を放出できる殻をつけたという例はあった。
薬剤を切り離した後のポリマー分⼦に何らかの機能を付与した例は、調べた限りでは⾒当たらなかった。ただ、考えられる戦略として、今回紹介した系2（Li, 2016）であれば、薬剤を放出した後のポリマー分⼦がカチオン性を持っているので、LLPS を作ることができるのではないかと考えた。しかしながら、多くの場合毒性低減のために⽣分解性のポリマーを⽤いていると考えられるので、機能を付与できるかはわからない。
この話とは直接関係しないが、2 種類の薬剤放出を⾏った例3（He, 2021）がある。戦略としては、ミトコンドリアを標的とするリガンドを含む⽣分解性ポリマーを凝集させた nanoparticle の中にミトコンドリアで作⽤する薬物を封⼊しておき、nanoparticleを他の薬物を含む殻（細胞膜付近で分解されるヒアルロン酸）で覆った系である。機構としては、細胞膜付近で nanoparticle の外殻が分解して⼀つ⽬の薬物を放出する。
⼀つ⽬の薬物は細胞内へと透過して作⽤する。外殻が外れた nanoparticle（薬剤放出後の残り）は細胞内に移⾏したのち、ミトコンドリアにターゲティングしてミトコンドリアで⼆つ⽬の薬物を放出する。この系では、核内で作⽤する薬剤（ドキソルビシン）とミトコンドリアで作⽤する薬剤（ロニダミン）の 2 種類を⽤いている。

1

Sukhanova, A., Bozrova, S., et al. Nanoscale Research Letters 2018, 13, 44.
Li, H. J., Du, J. Z., et al. ACS Nano 2016, 10(7), 6753–6761.
3
He, Y., Lei, L., Science Advances 2021, 7(6), 1–14.
2

Q. 薬剤同⼠を pH 応答性リンカーなどで繋いだ nanoparticle はあるか？
A. 調べた限りでは⾒つからなかったが、薬物⾃⾝の疎⽔性相互作⽤を⽤いてミセルを形成させる例はあった。
例としては、ポリマーに対して薬物を結合させ、薬物⾃⾝が持つ疎⽔性を利⽤して、そのポリマーを⾃⼰集合させることでミセルを形成させる⽅法だった 4 （下図、Paper
Catarata, 2020）。
Table 1

Effect

PAA : GEM : EDC(mol : mol : mol)ed on 07 March 2020. Downloaded by The University of Tokyo on 1/20/2023 8:18:15 AM.

4:1:2
4:1:4
4:1:8
8:1:4
8:1:8
Scheme 1 Synthesisacid)
Catarata, R., ofAzim,nanoparticles
N., et al. Journal of from
Materialspoly(acrylicChemistry B 2020,8(14), and2887–2894.
gemcitabine.

formation ofcloudy. It is beQ. 下の図のような三級アミンの応答性について、pKa は同じくらいだと考えられる
a faster PAA/G
が、どこが応答性に効いているのか？
hydrophobic c
research ①→②
ultra-pH-sensi-ve and fast reac-vity site
distribution, ozeta potential
increased EDCzeta potential
higher PAA/GE
this study, ththe optimum
PDI below 0.3
particles that aØ 2-(Hexamethyleneimino)ethyl group was the best.
encapsulation
was determinmeasuring thA. polymer の pKa と疎⽔性の違いが応答性に効いている
centrifuged sa
mined to bewhich are higFig. 1 FT-IR spectra of GEM, PAA and PAA–GEM nanoparticles.
loading appro4
Catarata, R., Azim, N., et al. Journal of Materials Chemistry B 2020, 8(14), 2887–2894.
vehicles durin
bonds between PAA and GEM. As shown in Fig. 1, two signature
TEM was u!1absorption peaks of amide bonds were visible at 1680–1700 cm
PAA–GEM pro!1(CQO stretching) and 1550–1510 cm (N–H bending) in the PAA– ratio of 8 : 1 : 8
Zhou, K., Wang, Y., et al. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 6109−6114. 25!1

were determined by GPC using THF as the eluent; b Determined by 1H NMR.

Table S2. Characterization of PEO-b-(PR-r-TMR) nanoprobes.

Copolymer
1234567apKaa
Monomer Polymer
8.4
9.2
8.5
6.9
9.1
8.9
8.6

7.4
7.4
6.3
5.1
7.6
6.9
6.7

CMCb(mg/mL)

Dh(nm)cRF(Fmax/Fmin)dΔpH10-90%

τ½(ms)e--0.001
0.003-0.004
0.003

--41
43-39
38

1.0
1.855
20-10
23

--0.20
0.17
-0.17
0.23

--3.2 ± 0.1
3.9 ± 0.1f
-2.7 ± 0.1
3.0 ± 0.2

Determined by pH titration experiments. bDetermined by I1/I3 ratio of pyrene probe at pH 7.4; cDetermined by DLS atcopolymer concentration of 1 mg/mL and pH = 7.4; dDetermined by rhodamine fluorescence emission intensity;
eDetermined by stopped-flow measurement by mixing 20 µL 5 mg/mL polymer solution with 80 µL phosphate buffer

at pH 5.5; fpH = 4.9 buffer was used to account for the low pHt value of 4 (5.4).

Zhou, K., Wang, Y., et al. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 6109−6114.

polymer の pKa は上の図に⽰すようになっている。polymer の pKa と、蛍光が半分になる時の pH （pHt とする）を表にしたのが以下。
-NR2 の R2Bu2iPr2（七員環）（六員環）（五員環）43765pKa(polymer) 5.16.3

6.76.97.6

pHt6.36.8

7.2

-5.48

pHt と polymer の pKa は傾向がほぼ⼀致している。若⼲ pHt の⽅が pKa よりも⼤きくなっている要因としては、アミンのアルキル鎖の違いによって⽣じる疎⽔性の違いが挙げられる。論⽂内で疎⽔性が応答に効いていること、七員環と五員環の polymer を⽐較すると、七員環の⽅が五員環よりも疎⽔性が⾼かったことが⾔及されていた5（Zhou, 2011）。そのため、polymer の疎⽔性が低いほど、若⼲のプロトン化でもnanoparticle の分解応答が速くなると推測される。直接の⾔及はなかったが、pHt と pKaのズレの原因はアミンのアルキル鎖の違いによるポリマーの疎⽔性の違いと考えられる。

Q. デンドリマーは⽐較的⼤きめの分⼦だが、どのようにして細胞内に⼊っているのか？
A. 主にエンドサイトーシスによって細胞内に取り込まれる
デンドリマーのサイズや表⾯電荷、細胞種にも左右されるが、主にエンドサイトーシスによって細胞内に取り込まれるらしい6（Fox, 2018）。受動拡散の効果が効いているとする報告もある 6。
56

Zhou, K., Wang, Y., et al. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 6109−6114.
Fox, L. J., Richardson, R. M., & Briscoe, W. H. Advances in Colloid and Interface Science 2018, 257, 1–18.