生命理工学系 News

丸山研究室 ―研究室紹介 #33―

生体高分子や細胞、組織を操る材料を設計し、医療に活かす

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2017.03.06

生命理工学系にはライフサイエンスとテクノロジーに関連した様々な研究室があり、基礎科学と工学分野の研究のみならず、医学や薬学、農学等、幅広い分野で最先端の研究が活発に展開されています。

研究室紹介シリーズでは、ひとつの研究室にスポットを当てて研究テーマや研究成果を紹介。今回は、優れた機能を持つ生体機能性材料の開発を行い薬物キャリア、組織工学へ展開する、丸山研究室です。

教授 丸山厚

生命理工学コース
教授 丸山厚別窓

キーワード 生医学材料、バイオコンジュゲート材料、ナノバイオテクノロジー、ドラッグデリバリーシステム
Webサイト 丸山研究室別窓

研究紹介

核酸、タンパク質、糖鎖などの生体高分子の機能・特性を利用しつつ、合成高分子などと複合・融合化(バイオコンジュゲーション)することで、優れた機能を持つ生体機能性材料の開発を行い、遺伝子・薬物キャリア、遺伝子解析システム、免疫制御システム、再生医工学への展開を計っています。

生体高分子や細胞の機能を制御しうる高分子材料を設計し、医療やバイオテクノロジーに活かします。また、材料を活用して生体高分子や細胞に関する新たな知見を取得します。

研究内容図

高分子バイオマテリアル

核酸やタンパク質(ペプチド)の機能発現には、その高次構造制御が必須。高分子材料で高次構造を制御し、機能を強化します。
高分子材料を使うことで、遺伝子診断が迅速化。また、酵素活性をもつDNA(DNAザイム)を約200倍高機能化することで、高速遺伝子検出を実現しました。

高分子バイオマテリアル

高分子材料とペプチドを組み合わせることで脂質二重膜の構造制御が可能となりました。ドラッグデリバリーシステムや細胞工学への応用が期待されます。

高分子バイオマテリアル

UCST型温度応答性高分子

従来の高分子とは逆の温度応答性(冷却により相分離)を示す珍しい高分子材料を開発しました。UCST型高分子を懸濁状態で培養細胞に添加すると細胞凝集塊(スフェロイド)を形成します。加熱することで、単層培養状態に戻ります。再生医療への展開が期待されます。

UCST型温度応答性高分子

研究成果

代表論文

  • [1] N. Shimada, M. Saito, S. Shukuri, S. Kuroyanagi, T. Kuboki, S. Kidoaki, T. Nagai, and A. Maruyama, Reversible Monolayer/Spheroid Cell Culture Switching by UCST-Type Thermoresponsive Ureido Polymers, ACS Appl. Mater. Inter. 8, 31524-31529. (2016)
  • [2] K. Saito, N. Shimada, A. Maruyama, Cooperative enhancement of deoxyribozyme activity by chemical modification and added cationic copolymer, Sci. Tech. Adv. Mater. 17,437-442.(2016)
  • [3] N. Shimada, H. Kinoshita, S. Tokunaga, T. Umegae, N. Kume, W. Sakamoto, A. Maruyama, Inter-polyelectrolyte nano-assembly induces folding and activation of functional peptides, J. Control. Release, 218, 45-52 (2015)
  • [4] J. Gao, N. Shimada, A. Maruyama, Enhancement of deoxyribozyme activity by cationic copolymers, Biomater. Sci., 3, 308-316 (2015)
  • [5] N. Shimada, S. Kidoaki, A. Maruyama, Smart hydrogels exhibiting UCST-type volume changes under physiologically relevant conditions, RSC Advances, 4, 52346-52348 (2014)
  • [6] A. Maruyama, N. Sonda, K. Yamasaki, M. Hirano, S. Kidoaki, N. Shimada, M. Maeshiro, M. Miyazaki, Cationic Comb-Type Copolymer Excludes Intercalating Dye from DNA Without Inducing DNA Condensation. Curr. Nanosci., 10, 185-188 (2014)
  • [7] N. Shimada, M. Nakayama, A. Kano, A. Maruyama,Design of UCST Polymers for Chilling Capture of Proteins, Biomacromolecules, 14 , 1452-1457 (2013)
  • [8] J. Du, L. Wu, N. Shimada, A. Kano, A. Maruyama, Polyelectrolyte-Assisted Transconformation of Stem-loop DNA, Chem. Commun., 49, 475-477 (2013)
  • [9] H. Asanuma, T. Osawa, H. Kashida, T. Fujii, X. Liang, K. Niwa, Y.Yoshida, N. Shimada, A. Maruyama, A polycation-chaperoned in-stem molecular beacon system, Chem. Commun., 48, 1760 -1762, (2012)
  • [10] R. Moriyama, N. Shimada, A. Kano, A. Maruyama, The Role of Cationic Comb-type Copolymers in Chaperoning DNA Annealing. Biomaterials, 32, 7671-7676 (2011)
  • [11] N. Shimada, H. Ino, K. Maie, M. Nakayama, A. Kano, A. Maruyama, Ureido-Derivatized Polymers Based on Both Poly(allylurea) and Poly(L-citrulline) Exhibit UCST-Type Phase Transition Behavior under Physiologically Relevant Conditions. Biomacromolecules, 10, 3418-3422 (2011)
  • [12] N. Shimada , M. Yamamoto, A.Kano , and A. Maruyama, Cationic Graft Copolymer as a DNA B-Z Transition Inducer: Effect of Copolymer Structure. Biomacromolecules, 11, 11, 3043-3048 (2010)
  • [13] S. Mochizuki, A. Kano, N. Shimada, A. Maruyama, Uptake of enzymatically-digested hyaluronan by endothelial liver cells in vivo and in vitro. J. Biomater. Sci. Polymer Edn., 20, 83-97 (2009)
  • [14] N. Shimada, A. Kano and A. Maruyama, B-Z DNA Transition Triggered by a Cationic Comb-Type Copolymer. Adv. Funct. Mater., 19, 3590-3595 (2009)
  • [15] S. W. Choi, A. Kano and A. Maruyama, Activation of DNA strand exchange by cationic comb-type copolymers: effect of cationic moieties of the copolymers. Nucleic Acids Res., 36, 342-351 (2008)
  • [16] A. Maruyama, L. Wu, N. Shimada and A. Kano, Kinetic Effect of Cationic Comb-type Copolymers on DNA Hybridization, Adv. Mater. Res., 47-50, 1355-1358 (2008)
  • [17] N. Makita, S. W. Choi, A. Kano, A. Yamayoshi, T. Akaike, A. Maruyama, Effect of cationic copolymer on quadruplex folding of human telomeric DNA, Nucleosides, Nucleotides Nucleic Acids, 26, 1115-1119 (2007)
  • [18] Y. Sato, R. Moriyama, S. W. Choi, A. Kano, A. Maruyama, Spectroscopic investigation of cationic comb-type copolymers/DNA interaction: interpolyelectrolyte complex enhancement synchronized with DNA hybridization. Langmuir, 23, 65-69 (2007).
  • [19] T. Ooya, H. S. Choi, A. Yamashita, N. Yui, Y. Sugaya, A. Kano, A. Maruyama, H. Akita, K. Kogure, H. Harashima, Biocleavable polyrotaxane-plasmid DNA polyplex for enhanced gene delivery, J. Am. Chem. Soc., 128, 3852-3853 (2006).
  • [20] Y. Sato, Y. Kobayashi, T. Kamiya, H. Watanabe, T. Akaike, K. Yoshikawa, A. Maruyama, The effect of backbone structure on polycation comb-type copolymer/DNA interactions and the molecular assembly, Biomaterials, 26, 703-11 (2005).
  • [21] W. J. Kim, Yuichi Sato, Toshihiro Akaike, Atsushi Maruyama, Cationic comb-type copolymers for DNA analysis, Nature Mater., 2, 815-820 (2003)
  • [22] W. J. Kim, T. Akaike, A. Maruyama, DNA strand exchange stimulated by spontaneous complex formation with cationic comb-type copolymer, J. Am. Chem. Soc., 124, 12676-12677 (2002).
  • [23] S. Asayama, T. Akaike, A. Maruyama, Bi-phaseic polycation for the DNA carrier responding to endosomal pH, Colloids Surf. B., 22, 183-191 (2001).
  • [24] A. Ferdous, T. Akaike, A. Maruyama, Mechanism of intermolecular purine-purine-pyrimidine triple helix stabilization by comb-type polylysine graft copolymer at physiologic potassium concentration, Bioconjugate Chem., 11, 520-526 (2000).
  • [25] A. Maruyama, H. Watanabe, A. Ferdous, M. Katoh, T. Ishihara, T. Akaike, Characterization of interpolyelectrolyte complexs between double-stranded DNA and polylysine comb-type copolymers having hydrophilic side chains, Bioconjugate Chem., 9, 292-299 (1998)

教員紹介

丸山厚 教授 工学博士

1986年3月 東京理科大学 工学研究科 工業化学専攻 博士課程 中途退学
1986 - 1990年 上智大学 理工学部化学科 助手
1990 - 2000年 東京工業大学 生命理工学部 生体分子機能工学科 助手
2000 - 2004年 東京工業大学 生命理工学部 生体分子機能工学科 助教授
2004 - 2013年 九州大学 先導物質化学研究所 教授
2013年より 現職
1990年 高分子学会高分子奨励金(現奨励賞)
1997年 Jorge Heller Journal of Controlled Release/CRS Outstanding Paper Award
1998年 Intelligent Materials Forum, Takagi Award '98
2005年 日本バイオマテリアル学会 学会賞(学術)
教育活動

学部:生物化学I(生命工学科)、医用材料学

大学院:生体材料工学

所属学会
高分子学会、日本バイオマテリアル学会(評議委員)、日本DDS学会(評議委員)、日本化学会、米国化学会

教員からのメッセージ

丸山教授より

生体と高分子の相互作用を基礎的に解明し、診断、治療を含めQOLを高める材料の開発に挑戦しています。

材料の開発は、ニーズ指向の研究と思われがちですが、思いがけない現象を見逃さず新たなシーズへと繋げる基礎的な観点から研究を行ってます。

人工材料と生体とのインターフェースでは何が起こるかわかりません。

実験研究者としてSerendipityな体験をシェアーしましょう。

お問い合わせ先

教授 丸山厚
すずかけ台キャンパス B2棟 1220号室
E-mail : amaruyama@bio.titech.ac.jp

※この内容は掲載日時点の情報です。最新の研究内容については研究室サイト別窓をご覧ください。

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