【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.08】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24UT0005

利用課題名 / Title

機能性ナノ-マイクロサイズ材料の構造分析

利用した実施機関 / Support Institute

東京大学 / Tokyo Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）次世代バイオマテリアル/Next-generation biomaterials（副 / Sub）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials

キーワード / Keywords

バイオイメージング/ Bioimaging, リキッドバイオプシー/ Liquid biopsy, ナノ粒子/ Nanoparticles,ナノ粒子/ Nanoparticles,電子顕微鏡/ Electronic microscope

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

中村 乃理子

所属名 / Affiliation

東京大学大学院工学系研究科総合研究機構

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

森田 槙平,土屋 裕輝,西山 航平,忠鉢 幸也,前田 悠希,山岸 達希,山崎 優希,小野 遥香,ZHAO ZIYU,大塚 彩加,永田 渉,矢内 大雅,佐野 友南,zhang huanyu

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

寺西 亮佑,福川 昌宏 ,木村 鮎美

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術補助/Technical Assistance

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

UT-011：有機材料ハイコントラスト透過型電子顕微鏡
UT-102：高分解能走査型分析電子顕微鏡
UT-010：クライオ透過型/透過走査型電子顕微鏡

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

金属、半導体など多くの材料はナノ粒子化することにより、局在表面プラズモン共鳴や蛍光などバルク体とは異なる特異的な光特性を示す。一方、生体内では無数の分子が相互作用することで生命現象を司るが、DNAなどの生体分子を材料として巧みに用いることでナノサイズの精密な構造制御や反応系の構築が可能となる。本研究では、合成ナノ粒子のサイズなどの特性を精密に制御し生体分子と組み合わせることで、生体分子の高感度、網羅的かつ簡便なイメージング、センシングを目指す。

実験 / Experimental

金ナノ粒子、量子ドット、共役ポリマーナノ粒子の形態は透過型電子顕微鏡(JEM-1400)を用いて観察し、ImageJ FIJIを用いた画像解析により平均粒子サイズを算出した。シリカナノ粒子の形態は走査型電子顕微鏡（JSM-7500FA）を用いて観察し、ImageJ FIJIを用いた画像解析により平均粒子サイズを算出した。細胞膜で被覆したPLGAナノ粒子を透過型電子顕微鏡を用いて観察し、ImageJ FIJIを用いた画像解析により平均膜厚を算出した。夾雑物存在下におけるナノ粒子の分散状態をクライオ透過型電子顕微鏡(JEM-2100F)で評価した。

結果と考察 / Results and Discussion

透過型電子顕微鏡を用いて、InP量子ドットの形態、サイズを評価した。InP量子ドットは生体適合性に優れ、強い蛍光を示す。加えて、放射性同位体を粒子表面に修飾したキレーター分子へキレートすることにより、PET/蛍光デュアルモーダルイメージングのプローブとしての利用が期待される[1]。一方で、合成条件を精密に制御することにより、金ナノ粒子を直径数~数十nm、共役ポリマーナノ粒子、シリカナノ粒子を直径数十~数百nmの範囲で任意にサイズを制御して合成できたことを確認した。ナノ粒子のサイズを広範囲で制御することはサイズをラベルとして生体内の分子を認識、検出するうえで重要であり、今後これらのナノ粒子を基盤とした新規の疾患診断、治療技術の創製が期待される。また、PLGAナノ粒子が均一な厚さの細胞膜で被覆されていることを確認した。細胞膜上の分子をナノ粒子表面に搭載することで、細胞そのものでは実現不可能であった新規治療法の開発が期待される[2]。さらに、夾雑物の組成によって液中におけるナノ粒子の分散状態が変化することをクライオ透過型電子顕微鏡観察によって明らかにした。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

[1]Zhao, Z.; Otsuka, A.; Nakamura, N.; Tatsumi, T.; Nakatsui, K.; Tsuzukiishi, T.; Sakanoue, T.; Shimazoe, K.; Ohta, S. 64Cu-chelated InP/ZnSe/ZnS QDs as PET/fluorescence dual-modal probe for tumor imaging. Science and Technology of Advanced Materials 2025, 26 (1), 2463317. DOI: 10.1080/14686996.2025.2463317.[2]  Ito, Y.; Kasuya, H.; Kataoka, M.; Nakamura, N.; Yoshikawa, T.; Nakashima, T.; Zhang, H.; Li, Y.; Matsukawa, T.; Inoue, S.; et al. Plasma membrane-coated nanoparticles and membrane vesicles to orchestrate multimodal antitumor immunity. Journal for ImmunoTherapy of Cancer 2025, 13 (1), e010005. DOI: 10.1136/jitc-2024-010005.

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

1. Ziyu Zhao, ⁶⁴ Cu-chelated InP/ZnSe/ZnS QDs as PET/fluorescence dual-modal probe for tumor imaging, Science and Technology of Advanced Materials, 26, (2025).
   DOI: doi.org/10.1080/14686996.2025.2463317
   
2. Yusuke Ito, Plasma membrane-coated nanoparticles and membrane vesicles to orchestrate multimodal antitumor immunity, Journal for ImmunoTherapy of Cancer, 13, e010005(2025).
   DOI: 10.1136/jitc-2024-010005
   

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

1. Seiichi Ohta “Development of fluorescent biosensing and bioimaging platform based on size- and surface-controlled semiconducting polymer nanoparticles”化学工学会 第90年会 2025.3.12
2. Seiichi Ohta “Detection of Disease-related Biomarkers based on DNA-mediated Nanoparticle Assembly Technology” The 4th International Conference on Biomaterials, Bio-Design and Manufacturing (BDMC2024) 2024.8
3. Seiichi Ohta “Detection Platform of Disease-related Biomarkers based on DNA-mediated Nanoparticle Assembly” UTokyo-HKUST Joint Bioengineering Workshop 2024.8.1
4. 太田誠一　「ナノ粒子と生体膜との相互作用の理解に基づく医用ナノ粒子の開発」日本膜学会 第46年会 2024.6.11
5. Seiichi Ohta “DNA-mediated Nanoparticle Assembly Technology for Biomarker Detection” iCANX Youth Talks vol.49 2024.4.2
6. ○Huanyu Zhang, Noriko Nakamura, Wataru Matsumoto, Motofumi Fushimi, Masaki Sekino, Seiichi Ohta "Exploration of size-tunable fluorescent conjugated polymer /superparamagnetic iron oxide composite nanoparticle for sentinel lymph node detection" 第76回生物日本生物工学会大会 2024年9月
7. ○土屋 裕輝, 中村 乃理子, 太田 誠一 「遠心FFFを用いた抗体修飾ナノ粒子の僅かな凝集の検出とバイオアッセイへの影響評価」 第76回生物日本生物工学会大会 2024年9月
8. 〇前田悠希, 中村乃理子, 太田誠一 「DNA を介した蛍光ナノ粒子の集積化による細胞表面マーカーの高感度検出」 第76回生物日本生物工学会大会 2024年9月
9. ○大塚 彩加, 中村 乃理子, 島添 健次, 太田 誠一 「がんの核医学治療に向けた新規Ac-255 担持金ナノ粒子の開発」 第76回生物日本生物工学会大会 2024年9月
10. ○佐野 友南, 中村 乃理子, 中對 一博, 續石 大気, 坂上 知, 太田 誠一 「生体分子の一分子イメージングに向けたInP 量子ドット表面の精密制御」 第76回生物日本生物工学会大会 2024年9月
11. ○中村乃理子、徳丸幹人、太田誠一 「ナノ粒子の血中滞留時間の粒径依存性を用いた機械学習モデルによるがん診断」 化学工学会第55回秋季大会 2024年9月13日
12. ○小野 遥香・ 中村 乃理子・太田 誠一 「ナノ粒子のリンパ内輸送のサイズ依存性を利用した乳がんのリンパ節転移の蛍光画像診断」 化学工学会第55回秋季大会 2024年9月
13. ○大塚 彩加・ 中村 乃理子・ 島添 健次・ 太田 誠一 「放射性同位元素内用療法によるがん治療のための新規Ac-225担持金ナノ粒子の開発」 化学工学会第55回秋季大会 2024年9月
14. ○森田 槙平・ 太田 誠一・ 中村 乃理子 「金ナノ粒子で標識することによる細菌由来細胞外小胞の体内動態の高感度定量解析」 化学工学会第55回秋季大会 2024年9月
15. ○山崎 優希・ 中村 乃理子・ 井ノ上 大嗣・ 橋爪 大輔・太田 誠一 「核酸検出に向けた金ナノ粒子集積体解裂反応における速度過程の検討」 化学工学会第55回秋季大会 2024年9月
16. ○中村乃理子、森田槙平、太田誠一 「金ナノ粒子を用いた腸内細菌由来細胞外小胞の体内動態解析」 膜シンポジウム2024 2024年11月28日
17. ◯前田悠希、中村乃理子、太田誠一 「共役ポリマーナノ粒子のDNAを介したon-membrane集積化による細胞表面マーカーの高感度検出」 膜学会第46年会 2024年6月11日
18. Hiroki Tsuchiya, Noriko Nakamura, Seiichi Ohta "Detection of slight aggregation of surface-modified nanoparticles using centrifugal field-flow fractionation and its impact on bioassays" 18th International Conference on Biomedical Engineering (ICBME 2024) 2024年12月
19. Yuki Maeda, Noriko Nakamura, Seiichi Ohta "Sensitive Detection of Cell Surface Markers via DNA-Mediated, On-Membrane Sequential Assembly of Conjugated Polymer Nanoparticles" 18th International Conference on Biomedical Engineering (ICBME 2024) 2024年12月
20. Noriko Nakamura, Seiichi Ohta "Size-tunable conjugated polymer nanoparticles as a platform to visualize size-dependent in vivo nanoparticle transport for diagnostics" 18th International Conference on Biomedical Engineering (ICBME 2024) 2024年12月

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件