JP6281991B2 - ホウ素化合物を内包および外壁に担持するカーボンナノホーン及びその製造方法 - Google Patents
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Description
また、カーボンナノチューブでは、直径が細いために内包量を上げることが困難である。また、カーボンナノチューブは、チューブ同士がファンデルワールス力で凝集し、分散させることが困難であるという欠点を有する。
本発明は、こうした現状を鑑みてなされたものであって、ホウ素の腫瘍蓄積量が多いホウ素製剤を提供することを目的とするものである。
[1]ホウ素化合物が内包及びおよび外壁に担持されていることを特徴とするカーボンナノホーン。
[2]前記ホウ素化合物が、窒化ホウ素であることを特徴とする[1]に記載のカーボンナノホーン。
[3]ホウ素化合物の原料にアンモニアボランを用い、カーボンナノホーンとともに加熱することを特徴とする、ホウ素化合物が内包および外壁に担持されているカーボンナノホーンの製造方法。
[4]750℃以上に加熱することを特徴とする[3]に記載の、ホウ素化合物が内包および外壁に担持されているカーボンナノホーンの製造方法。
[5][1]又は[2]に記載のカーボンナノホーンの表面に、抗体または葉酸を付加させたリン脂質PEGが物理的に付着して表面修飾されていることを特徴とするカーボンナノホーン複合体。
[6][1]又は[2]に記載のカーボンナノホーンに導入された官能基に、抗体付加ポリエチレングリコールが化学結合されていることを特徴とするカーボンナノホーン複合体。
[7][1]又は[2]に記載のカーボンナノホーン或いは[5]又は[6]に記載のカーボンナノホーン複合体を有効成分として含有することを特徴とするホウ素中性子捕捉療法用製剤。
また、CNHは化学的に安定であって、その外壁を修飾することが容易であるので、本発明のBN−CNHを化学的にあるいは物理的に修飾することにより、血中投与した際の腫瘍での蓄積量を上げることが可能となる。
さらに、本発明に用いるCNHは、100nm程度の球状構造をとっていて、しかも表面は凹凸に富んだ構造をしているため、強く凝集することはなく、溶液中にて孤立分散する。したがって、適切に表面修飾したBN−CNHは、生体内投与した際に、腫瘍への蓄積を実現させ、ホウ素中性子捕捉療法の効果を高めることができる。
ちなみに、化学反応式は、以下のとおりである。
NH3BH3 → BN+3H2
具体的には、本発明のBN−CNHを酸化処理してカルボキシル基を導入した後、得られたBN−CNHのカルボキシル基にアミド結合によりPEG−COOHを付加して、BN−CNH-PEG−COOHを得、得られたBN−CNH−PEG−COOHに、N−ヒドロキシコハク酸イミド(NHS)とEDCを少量加えて、BN−CNH−PEG−NHSを得た後、トリエチルアミンとEGFを加えて、BN−CNH−PEG−EGFを得ることができる。
すなわち、がん細胞には葉酸受容体が多数形成されているため、リン脂質PEG(PLPEG)と葉酸(FA)を反応さて、得られたPLPEG−FAをカーボンナノチューブにファンデルワールス力により物理的に付着させるとカーボンナノチューブががん細胞に集積しやすくなることが示されており(飯泉陽子、博士学理論文、筑波大学、2012年参照)、同様な手法により、PLPEG−FAを、本発明のBN−CNHの表面に物理的に結合させると、BN−CNHをがん細胞に特異的に集積させることが可能となる。
CNHは乾燥空気中で室温から500℃まで1℃/minで昇温し、その後放冷して開孔させた。アンモニアボラン1mgと開孔CNH1mgをガラス容器にいれて、4×10-4Paにて2時間真空排気後、ガラス容器の一端を封じ切ってアンプルを得た。
得られた試料入りアンプルを電気炉に入れ、24時間かけて所定の温度(550℃から850℃までの、50℃毎に異なる温度)まで昇温し、24時間保った後、放冷させた。この処理により、BN−CNHを得た。
アンプルを開封して、BN−CNHを取り出し、エタノールで遊離している余剰なホウ素化合物をフィルターろ過することで洗い流した後、構造評価に用いた。
各温度で合成したBN−CNHを、それぞれ、1%ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム水溶液中に0.05mg/mLになるように加え、チップ型ソニケーションで5分間処理し、BN−CNH分散溶液を得た。これをICP発光測定することにより、BN−CNH中のホウ素含有量を定量した。その結果を図1aに示す。
また、BN−CNH(1mg)を、リン酸緩衝生理食塩水(PBS)(2mL)及び細胞培養液(Cell Culture Meddium)(2mL)にそれぞれ加え、超音波洗浄機を用いて5分間分散させた後、3日間静置させた。3日間静置後、濾過によりBN−CNHを回収し、BN−CNHに残っていたホウ素量を上述の方法でICPにて測定して見積もった。BN−CNH中のホウ素量は、浸漬前のホウ素量に対する%で示すと、それぞれ図1b、cのようになった。
図1b、cに示すとおり、750℃以上で加熱処理したBN−CNHが安定した構造をとると考えられたため、以後は、800℃で加熱処理したBN−CNHを構造評価に用いた。
800℃で作製したBN−CNH(1mg)を細胞培養液(2mL)に加え、超音波洗浄機にて5分間分散させた後、0〜10日間静置させた。静置後、濾過によりBN−CNHを回収し、BN−CNHに残っていたホウ素量を上述の方法でICPにて測定して見積もった。BN−CNH中のホウ素量は、浸漬前のホウ素量に対する%で示すと図1dのようになった。BN−CNH中のホウ素量は、10日間浸漬でも浸漬前のホウ素量の75−80%に保たれることが分かった。
得られた前記BN−CNHをエタノールに分散させ、TEM観察とEELS測定を行った。
TEM測定の結果を、図2a−dに示す。図2a−dに示すとおり、BN−CNHはCNH個々の擬円筒状構造とその球状集合体形状を維持していた。さらに高倍率で観察してみると、CNHの壁に沿って、壁の内側と外側に層状にBNが合成されていることがわかった。また、CNH内部空間にもBNが存在していることを確認した。BNは六方晶BNとして存在していると推知される。図2eに示すEELSスペクトルには、B、N、及びCによるピークが観察され、B及びNのピーク形状は六方晶BNのものと一致した。
前記のBN−CNH(1mg)とエタノール(5mL)を混合し、5分間バスソニケーションして得た分散液をSiウエハー上に滴下し、乾燥させた後に、XPS測定を行った。結果を図3に示す。
図3に示すとおり、BN−CNHは、B、C、及びNに帰属されるピークが観察され、それぞれの強度から、B(22%)、C(55%)、N(22%)であることが分かった(%は原子数%)。酸素のピークも見られたが、これは、基盤に用いたSiウエハーの表面のSi酸化物による。
前記のBN−CNH(1mg)をPLPEGのリン酸緩衝生理食塩水(PBS)(5mL)に加え、バスソニケーションで、5分間ソニケーションしてBN−CNHを分散させた後に、粒子径をDLSにて測定した。比較のため、同様にして前記の開孔したCNH(1mg)を分散させた後に、粒子径をDLSにて測定した。それぞれの結果を、図4のb、aに示す。
bに示すBN−CNHの平均粒子径は約130nmであり、aに示すもとのCNHの平均粒子径約120nmとほぼ一致し、ホウ素化合物を内包および外壁に担持する操作により構造が大きく変わらなかったことを示唆している。電子顕微鏡観察によりCNHの平均直径が約100nmであることが知られているので、PLPEGでPBS中に分散したBN−CNHはほぼ孤立に分散していることが分かる。また、この分散状態は少なくとも数日間は安定であった。
腫瘍へBN−CNHを高濃度蓄積させるために、BN−CNH表面をポリエチレングリコール(PEG)によりコーティングしてマクロファージによる貪食を避け、さらに、葉酸(FA)をBN−CNHに付加して、BN−CNHをがん細胞選択的に取り込ませるようにする。
そのためにまず、FA(1mg)をDMSO(4mL)に溶解させ、この溶液に、PLPEG(200mg)、ピリジン(2mL)、EDC(38mg)を加え、4時間室温にて撹拌した。ロータリーエバポレーターでピリジンを蒸発させた後に水50mLを加えた。得られた液を透析膜(MWCO3500)に入れ、水2L中に浸したのちに室温にて放置した。約1日後に、水2Lを入れ替えるという操作を5回行い、未反応PLPEG分子を除去した。得られた液を凍結乾燥させ、PLPEG−FAの粉末を得た。PLPEG−FAの構造は1H NMRにて確認した。
dに示すBN−CNH/PLPEG−FAの平均粒子サイズは約130nmであり、上記[0026]と同様、cに示すもとのCNHのサイズとほぼ一致し、FA付加後においても、表面修飾したCNHは単一分散していることがわかる。
ヒト口腔類上皮がん由来の細胞株(KB細胞)を培養し、そこに、PBSに分散させたBN−CNH/PLPEG−FA溶液を、最終濃度10μg/mLになるように添加した。24時間培養後、細胞に取り込まれなかったBN−CNH/PLPEG−FAをPBSで洗い流したあと、共焦点レーザー顕微鏡にて、細胞を観察した。結果を図5a−dに示す。
図5a−dに示すとおり、BN−CNH/PLPEG(a)とCNH/PLPEG(c)は、KB細胞に取り込まれる量が少なかったが、BN−CNH/PLPEG―FA(b)とCNH/PLPEG―FA(d)は、KB細胞に大量に取り込まれていた。
その結果、BN−CNHは、CNHと同様に、PLPEG−FAを修飾することによって、がん細胞に取り込まれやすくなることがわかった。
図6a−eに示すとおり、FAを付加したことによる細胞取り込み量に差は見られず、FAがない場合と同様取り込み量は少なかった。BN−CNH/PLPEG(a)、BN−CNH/PLPEG−FA(b)、CNH/PLPEG(c)、CNH/PLPEG―FA(d)のいずれの場合も、顕微鏡でみた細胞内取り込み量は少なく、また、これら試料の細胞内取り込み量測定結果にも優位な差は認められなかった(e)。
上記[0030]、[0031]に記載の結果と合わせて考察することにより、BN−CNH/PLPEG−FAは、がん細胞選択的に取り込まれるといえる。
Claims (6)
- 窒化ホウ素が、カーボンナノホーンの壁に沿って内壁および外壁に層状に担持されているとともに内部空間にも内包されていることを特徴とするカーボンナノホーン。
- 原料にアンモニアボランを用い、カーボンナノホーンとともに加熱してアンモニアボランを窒化ホウ素に変化させることにより、窒化ホウ素が内包および外壁に担持されているカーボンナノホーンを製造する方法。
- 750℃以上に加熱することを特徴とする請求項2に記載の、窒化ホウ素が内包および外壁に担持されているカーボンナノホーンを製造する方法。
- 請求項1に記載のカーボンナノホーンの表面に、抗体または葉酸を付加させたリン脂質PEGが物理的に付着して表面修飾されていることを特徴とするカーボンナノホーン複合体。
- 請求項1に記載のカーボンナノホーンに導入された官能基に、抗体付加ポリエチレングリコールが化学結合されていることを特徴とするカーボンナノホーン複合体。
- 請求項1に記載のカーボンナノホーン或いは請求項4又は5に記載のカーボンナノホーン複合体を有効成分として含有することを特徴とするホウ素中性子捕捉療法用製剤。
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