JP2021182906A - マクロファージの細胞付着・分化調整用のナノリガンド、その製造方法、それを用いたマクロファージの付着・分化を調整する方法 - Google Patents

マクロファージの細胞付着・分化調整用のナノリガンド、その製造方法、それを用いたマクロファージの付着・分化を調整する方法 Download PDF

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Abstract

【課題】マクロファージの付着・分極化の調整に用いられるナノバーコード、そのナノバーコードを用いたマクロファージの付着・分極化を調整する方法を提供する。【解決手段】鉄（Ｆｅ）を含む第１のセグメントと、金（Ａｕ）を含む第２のセグメントとが繰り返し形成されたナノバーコードと、前記ナノバーコードの第２のセグメントに結合されたインテグリンリガンドペプチドを含む、マクロファージの付着・分極化調整用のナノバーコードを提供する。マクロファージの付着・分極化を調整する方法は、前記ナノバーコードのリガンドペプチド（ＲＧＤ）の周期性と配列の順序を制御することにより、体内外のマクロファージの付着・表現型分極化を効率的に調整する方法である。【選択図】図１

Description

本発明は、マクロファージの付着・分極化の調整に用いられるナノバーコード、そのナノバーコードを用いたマクロファージの付着・分極化を調整する方法に関するものであり、具体的には、上記のナノバーコード提示基板を用いて、マクロファージの付着・分極化を調整する方法に関するものである。
マクロファージは、先天免疫を担当する主要な細胞である。ほとんどは体中に定着性細胞として存在するが、一部、血液で単球として存在するものもある。当該単球は、樹状細胞やマクロファージに分化することができる。ほとんどのマクロファージは定着性であり、主に肺胞マクロファージ、ミクログリア、クッパー細胞、ランゲルハンス細胞などが挙げられる。これらの細胞は体中に分布しながら、抗原が侵入すると捕食するか、或いは毒素を分泌して抗原を破壊し、リンパ球に抗原を伝達して免疫反応を引き起こす。血中の単球は敵が傷に侵入すると、好中球のように血管外に出て、マクロファージに分化して細菌を除去する。また、マクロファージは体内複数の場所を移動して食作用をする遊走性（Ｆｒｅｅ ｆｏｒｍ）と指定された臓器に固定されて食作用をする定着性（Ｆｉｘｅｄ ｆｏｒｍ）に分けられる。定着性マクロファージとしては、肝臓のクーパー細胞（Ｋｕｐｆｆｅｒ ｃｅｌｌ）、肺胞のマクロファージ、結合組織の構造（Ｈｉｓｔｉｏｃｙｔｅ）、脳の小膠細胞（Ｍｉｃｒｏｇｌｉａ）などが挙げられる。
このように、マクロファージの再生と抗炎症効果を効率的に制御するための方法として、リガンドの提示による体内技術が開示されている。しかしながら、従来のマイクロスケールのインテグリンリガンドペプチド（ＲＧＤ）の脱着（ｕｎｃａｇｉｎｇ）は、宿主マクロファージの付着は調整するが、機能的表現型の分極化の調整は行わないという問題を抱えている。
韓国公開特許第２０１８−００３９７２４号公報
本発明の目的は、リガンドでコーティングされたナノバーコードと、並びに、ナノバーコードにコーティングされたリガンドの周期性と配列の順序を制御して、マクロファージの付着・分極化を調整する方法を提供することである。
本発明は、鉄（Ｆｅ）を含む第１のセグメントと、金（Ａｕ）を含む第２のセグメントとが繰り返し形成されたナノバーコードと、
ナノバーコードの第２のセグメントに結合されたインテグリンリガンドペプチドを含む、マクロファージの付着・分極化調整用のナノバーコードを提供する。
また、本発明は、鉄（Ｆｅ）を含む第１のセグメントと、金（Ａｕ）を含む第２のセグメントとが繰り返し形成されたナノバーコードを用意するステップと、
ナノバーコードと、第１の懸濁液とを混合して、第１のセグメントにカルボン酸塩置換基を置換するステップと、
ナノバーコードをインテグリンリガンドペプチド（ＲＧＤ）を含む第２の懸濁液と混合するステップと、を含む、請求項１〜５のうちいずれか１項に記載のマクロファージの付着・分極化調整用のナノバーコードの製造方法を提供する。
更に本発明は、上述のマクロファージの付着・分極化調整用のナノバーコードを含む溶液に表面が活性化された基板を担持してナノバーコード提示基板を製造するステップと、
前記ナノバーコード提示基板を培養液で処理した後、マクロファージの付着・分極化を調整するステップと、を含む、マクロファージの付着・分極化を調整する方法を提供する。
本発明によるマクロファージの付着・分極化調整用のナノバーコードは、ナノバーコードにコーティングされたリガンドペプチドの周期性と配列の順序を制御し、マクロファージの付着と表現型の分極化を容易に調整することができる。
また、本発明によるマクロファージの付着・分極化を調整する方法は、上記のナノバーコードを含む基板に磁場を印加することで可逆的な制御も可能であり、体内・体外でのマクロファージの付着・表現型の分極化を効率的に調整することができる。
本発明の一実施例によるマクロファージの付着・分極化調整用のナノバーコード基板、並びに、これを用いたマクロファージの付着・分極化を調整する方法を示した模式図 本発明の一実施例による、ナノバーコードの高角度環状暗視野走査透過型電子顕微鏡（ＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭ）の画像、エネルギー分散型分光法（ＥＤＳ）マッピング、電界放出形走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）の画像を示したもの 本発明の一実施例による、ナノバーコードの模式図（ａ）、ＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭの結果から計算された各ＦｅとＡｕ（Ｆｅ／Ａｕ）ナノバーコードの長さの合計（ｂ）、直径（ｃ）、表面積（ｄ）を示したグラフ 本発明の一実施例によるナノバーコードのＸ線回折分析グラフ 本発明の一実施例によるナノバーコードの振動試料に対する、磁力計の測定結果のグラフ 本発明の一実施例によるナノバーコードを含む基板を製造するステップを図式化した画像 本発明の一実施例によるナノバーコードに対してフーリエ変換赤外分光法（ＦＴ−ＩＲ）により分析を行った結果 本発明の一実施例によるナノバーコードを用いて培養されたマクロファージ（２４時間後）のＦ−アクチン、核、ビンキュリンの共焦点免疫蛍光画像（スケールバーは２０μｍ） 本発明の比較例によるナノバーコード（ＲＧＤリガンド結合が存在しない場合）で、ナノ周期を調整してマクロファージの付着性実験を行った結果 本発明の一実施例によるナノバーコード（ナノ周期とリガンド配列を調整）を用いて培養されたマクロファージ（２４時間後）のＦ−アクチン、核、ビンキュリンの共焦点免疫蛍光画像（スケールバーは２０μｍ） 本発明の一実施例によるナノバーコードを用いて、リガンド配列においてナノ周期の調整によりマクロファージの付着・依存的表現型の分極化が調整されるか否かの実験の結果を示したもの 本発明によるナノバーコードを用いた、分極表現型とマッチングされた刺激培地がない場合つまり、Ｍ２刺激培地におけるＭ１の発現のリガンド配列におけるナノ周期を調整した実験の結果 本発明によるナノバーコードを用いた、分極表現型とマッチングされた刺激培地がない場合つまり、Ｍ１刺激培地におけるＭ２の発現のリガンド配列におけるナノ周期を調整した実験の結果 本発明の一実施例によるナノバーコードを含む基板をＭ１分極培地で３６時間培養した後、ｉＮＯＳ、Ｆ−アクチン、核の共焦点免疫蛍光画像（ａ）、並びに、ＲＯＣＫ（Ｙ２７６３２）、ミオシンii（ブレビスタチン）又はアクチン重合（サイトカラシンＤ）の阻害剤の存在の下、又は不在の下にてＭ２分極培地で培養した後、Ａｒｇ−１、Ｆ−アクチン、核の共焦点免疫蛍光画像（スケールバーは２０μｍ） 図１４の共焦点免疫蛍光実験の結果に基づいて計算した細胞面積、細胞腎臓因子、ｉＮＯＳ蛍光強度を示したグラフ 図１４の共焦点免疫蛍光実験の結果に基づいて計算した細胞面積、細胞腎臓因子、Ａｒｇ−１蛍光強度を示したグラフ 本発明の一実施例によるナノバーコードを用いた体内の宿主マクロファージの付着・表現型分極化の調整の実験の結果 本発明の一実施例によるナノバーコードを含む基板を用いた体内実験の結果であって、（ａ）は、２４時間後に基板に付着されたＡｒｇ−１、Ｆ−アクチン、宿主マクロファージの核の共焦点免疫蛍光画像（スケールバーは２０μｍ）、（ｂ）は、Ｍ２表現型マーカー（Ａｒｇ−１及びＹｍ１）の密度、細胞面積、細胞伸長因子（主／副軸の比）（ｎ＝１０）、遺伝子発現（ｎ＝３）における体内付着性宿主細胞の定量分析結果のグラフ 本発明の一実施例によるナノバーコードを含む基板を用いて、リガンド配列において調整可能なナノ周期を示す基板に対し宿主好中球の体内付着実験を行った結果
以下、本発明をより具体的に説明するために、本発明による好ましい実施例を、添付の図面を参照しながらより詳しく説明する。ただし本発明は、本願で説明している実施例に限られず、他の形態で具体化されてもよい。
本発明は、鉄（Ｆｅ）を含む第１のセグメントと、金（Ａｕ）を含む第２のセグメントとが繰り返し形成されたナノバーコードと、
ナノバーコードの第２のセグメントに結合されたインテグリンリガンドペプチドを含む、マクロファージの付着・分極化調整用のナノバーコードを提供する。
図１は、本発明の一実施例によるマクロファージの付着・分極化調整用のナノバーコード基板、並びに、これを用いたマクロファージの付着・分極化を調整する方法を示した模式図である。
図１によると、本発明のナノバーコードは、鉄（Ｆｅ）を含む第１のセグメントと、金（Ａｕ）を含む第２のセグメントとが繰り返し形成されたナノバーコード、ナノバーコードの第２のセグメントに結合されたインテグリンリガンドペプチドを含み、当該インテグリンリガンドペプチドは、インテグリンペプチドである。
具体的には、ナノバーコードは、下記の式（１）又は式（２）を満足するバー状である。
[Ｌ（Ｍ１Ｍ２）ｑ （１）]
[Ｌ（Ｍ１Ｍ２Ｍ２Ｍ１）ｑ （２）]
ここにおいて、
Ｍ１は第１のセグメント、Ｍ２は第２セグメントであり、
ｑは第１及び第２のセグメントの繰り返し回数であり、
Ｌは第１及び第２のセグメントの長さである。
具体的には、Ｌは、１０〜５００、１０〜１００、３０〜７５、又は１５０〜５００の整数であり、Ｍ１及びＭ２は互いに独立的な数字を表し、ｑは１〜１０、２〜１０、又は１〜２の整数である。
例えば、当該ナノバーコードにおいて、式（１）及び（２）は、［３０（Ｍ１Ｍ２）１０］、［７５（Ｍ１Ｍ２）４］、［７５（Ｍ１Ｍ２Ｍ２Ｍ１）２］、［１５０（Ｍ１Ｍ２）２］、［１５０（Ｍ１Ｍ２Ｍ２Ｍ１）１］、［３００（Ｍ１Ｍ２）１］のうちいずれかで表されてもよい。この時、Ｍ１は第１のセグメント、Ｍ２は第２セグメントである。具体的には、当該ナノバーコードは、［３０（０１）１０］、［７５（０１）４］、［７５（０１１０）２］、［１５０（０１）２］、［１５０（０１１０）１］、［３００（０１）１］のうちいずれかを満足するバー状であってもよい。
式（１）を満足するナノバーコードは、第１及び第２のセグメントの長さ（Ｌ）を調整することにより、第２のセグメントに結合されたリガンドペプチドの周期性を調節することができ、式（２）を満足するナノバーコードは、式（１）を満足するナノバーコードと比較して、第２のセグメントに結合されたリガンドペプチドの周期と配列の順序のうちいずれか一つ以上を調整することができる。
第１のセグメントは、カルボン酸塩が置換された構造であってもよい。カルボン酸塩置換基は、アミノ酸誘導体、具体的にはアミノカプロン酸であってもよい。上記のように、第１のセグメントがカルボン酸塩の置換された構造を有すると、基板との結合力が向上され、優れた耐久性を示すことができる。
第２のセグメントに結合されたインテグリンリガンドペプチドは、チオール化インテグリンリガンドペプチドを含み、当該インテグリンリガンドペプチドのチオール基と第２のセグメントとが化学的に結合された構造であってもよい。 上記のように、第２のセグメントにインテグリンリガンドペプチドを結合させ、該リガンドペプチドの周期性や配列の順序を制御することにより、マクロファージの付着性、及び分極化を効率的に制御することができる。
図２（ａ）は、本発明によるマクロファージの付着・分極化調整用のナノバーコードの、高角度環状暗視野走査透過型電子顕微鏡と電界放出形走査電子顕微鏡から得た画像であり、ナノバーコードの大きさを知ることができる。具体的には、当該ナノバーコードは、断面が円形のバー状であり、直径は５０ｎｍ〜１００ｎｍであってもよい。より具体的には、当該ナノバーコードは、直径が６０ｎｍ〜９０ｎｍ、或いは５０ｎｍ〜８０ｎｍであってもよい。また、当該ナノバーコードは、バー状で、長さは２００ｎｍ〜１０００ｎｍであってもよい。当該ナノバーコードの
長さが２００ｎｍ未満の場合には、インテグリンリガンド結合の効率が低下し、１０００ｎｍを超える場合には、基板上に結合されるとき、分散度が低下する。より具体的には、当該ナノバーコードは、
長さが５００ｎｍ〜８００ｎｍ、或いは６００ｎｍ〜９００ｎｍであってもよい。上記のようなナノバーコードを含むことにより、ナノバーコードの構造に応じて、マクロファージの付着・分極化を調整することができる。
また、本発明は、鉄（Ｆｅ）を含む第１のセグメントと、金（Ａｕ）を含む第２のセグメントとが繰り返し形成されたナノバーコードを用意するステップと、
ナノバーコードと、第１の懸濁液とを混合して、第１のセグメントにカルボン酸塩置換基を置換するステップと、
ナノバーコードをインテグリンリガンドペプチド（ＲＧＤ）を含む第２の懸濁液と混合するステップと、を含む、請求項１〜５のうちいずれか１項に記載のマクロファージの付着・分極化調整用のナノバーコードの製造方法を提供する。
ナノバーコードを用意するステップは、陽極酸化ナノテンプレートを用いて、第１の電流で鉄を、第１の電流より低い第２の電流で金を、ナノテンプレートの細孔（Ｐｏｒｅ）に交互に充填させて鉄−金の多層ナノワイヤを形成する電気めっき工程と、陽極酸化ナノテンプレートをエッチングする工程とを含むことができる。
ナノテンプレートとしては、陽極酸化アルミニウム（Ａｎｏｄｉｃ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｏｘｉｄｅ、ＡＡＯ）ナノテンプレート、無機材料（Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ）ナノテンプレート、或いは高分子ナノテンプレートを使用する。ここでは、陽極酸化アルミニウムナノテンプレートを用いる。陽極酸化アルミニウムナノテンプレートの細孔（Ｐｏｒｅ）の直径によってナノワイヤの寸法が定められ、ナノワイヤの形成時間と速度によってナノワイヤの長さが定められる。
陽極酸化アルミニウムナノテンプレートは、直径が２００ナノメートルの細孔を複数有する。
電気めっきの前に電子ビーム蒸着法（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ Ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）により陽極酸化アルミニウムナノテンプレートの底面に厚さ２５０ｎｍの銀（Ａｇ）電極層を形成する。この電極層は、電気めっきの際に陰極として機能する。ここで、電極層として他の金属や導電性材料からなる層を使用してもよい。
高電圧や高電流ではＦｅ層が合成され、低電圧や低電流ではＡｕ層が合成されるように、交互に電圧や電流を印加するパルスめっき法により、陽極酸化アルミニウムナノテンプレートの細孔中にＦｅ／Ａｕバーコードナノワイヤを合成する。
１つのメッキ槽において、硫酸鉄（ＩＩ）七水和物（ＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏ、２７８．０２ｇ／ｍｏｌ）とシアン化金（Ｉ）カリウム（ＫＡｕ（ＣＮ）２、２８８．１０ ｇ／ｍｏｌ）とを一定の比となるようにモール（ｍｏｌｅ）の濃度を調整しながら、前駆体（ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）として用いる電気めっき用電解液を調製する。電流の恒常性を維持するためにホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）を緩衝液に加える。
ここで、一つのメッキ槽に二種類の前駆体を一緒に入れて二つの元素がそれぞれ一層をなすナノワイヤを合成する必要があるので、前駆体を選ぶ時、二種の前駆体が反応を起こして化合物を生成してはならない。
また、還元性の良い元素のイオン含有量と還元性の悪い元素の含有量との比率を調整し、多層構造からそれぞれの元素を分離できるようにする必要がある。使用した溶液において鉄イオンと金イオンのモル濃度の比は、４０：１〜４：１の範囲（好ましくは１６：１）がよく、貴重（Ｎｏｂｌｅ）な金属である金の濃度を相対的に低くすると、二種の元素がそれぞれ一層をなすナノワイヤを合成することができる。
電解液は、超純水（Ｄｅｉｏｎｉｚｅｄ Ｗａｔｅｒ）を用いて製造し、水素イオン化濃度（ｐＨ Ｖａｌｕｅ）をホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）を用いて一定値に維持し、電流の恒常性を維持できるようにする。
ナノテンプレートにパルス電気めっきを施し、Ｆｅ／Ａｕ多層構造バーコード型ナノワイヤを形成する。鉄イオンの電気めっきのために、１０ｍＡ／ｃｍ２の電流を印加し、金イオンの電気めっきのために１．０ｍＡ／ｃｍ２の電流を印加した。
鉄と金の標準還元電位（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）はそれぞれ異なるが、このような還元電位の差を以って、上述したように、比較的に高い電流では鉄メッキが、比較的に低い電流では金メッキを行うことができる。これにより、Ｆｅ／Ａｕ多層薄膜ナノワイヤの製造が可能となる。
次いで、個々の多層薄膜ナノワイヤを得るために、陽極酸化ナノテンプレートに、常温で１時間、１Ｍ水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）溶液で処理を施すと、ナノテンプレートと電極層の両方が溶解し、バーコード型の鉄／金（Ｆｅ／Ａｕ）の多層薄膜ナノワイヤを分離することができる。
ナノワイヤの直径は、細孔の大きさが異なる陽極酸化アルミニウムナノテンプレートを用いることにより制御でき、ナノワイヤにおける鉄層や金層の厚さは、電気めっきの時間を変更することにより制御できる。
更に、第１のセグメントにカルボン酸塩（ｃａｒｂｏｘｙｌａｔｅ）置換基を置換するステップは、当該ナノバーコードと第１の懸濁液とを混合して、８〜２０時間、或いは１０〜１５時間反応させることで成し遂げることができる。第１懸濁液はカルボン酸塩の置換基を含むアミノ酸誘導体を含んでもよく、具体的に、当該アミノ酸誘導体は、アミノカプロン酸であってもよい。上記のような第１の懸濁液と反応させると、鉄セグメントの酸化物層にカルボキシレート置換基が置換され、基板と容易に結合することができる。
更に、第２の懸濁液と混合するステップは、ナノバーコードをインテグリンリガンドペプチド（ＲＧＤ）を含む第２の懸濁液に１時間〜５時間、或いは１時間〜３時間撹拌することで成し遂げることができる。このとき、ナノバーコードの第２セグメントにチオール化ＲＧＤペプチドリガンドが結合することがある。当該溶媒は、ジメチルホルムアルデヒド（ＤＭＦ）やジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）のいずれか１つ以上を含んでもよい。上記のように、第２のセグメントにインテグリンリガンドペプチドが結合されると、ナノバーコードのリガンドの周期性や配列の順序を制御することができる。つまり、当該ナノバーコードを用いて、マクロファージの付着性や表現型を容易に調整することができる。
更に、本発明は、上述したマクロファージの付着・分極化調整用のナノバーコードを含む溶液に、表面が活性化された基板を担持して、ナノバーコード提示基板を製造するステップと、ナノバーコード提示基板を培養液で処理した後、マクロファージの付着・分極化を調整するステップと、を含む、マクロファージの付着・分極化を調整する方法を提供する。
図１ｂは、本発明の一実施例によるマクロファージの付着・分極化を調整する方法を図式化した図である。図１ｂによると、ナノバーコードの第２のセグメントに結合されたインテグリンリガンドペプチドの周期と配列の順序を調整してマイクロファージの付着を促進し、炎症性Ｍ１表現型と再生性Ｍ２表現型を調整して活性化させている。
具体的には、ナノバーコード提示基板を製造するステップは、基板の表面を酸性溶液に浸漬させるステップと、浸漬済みの基板をアミノシラン溶液に担持して基板の表面を活性化させるステップと、を含んでもよい。
当該基板の表面を酸性溶液に浸漬させるステップでは、塩酸と硫酸のうちいずれか１つ以上を含む酸性溶液に３０分〜２時間、或いは３０分〜１時間浸漬させてもよい。これにより、当該基板の表面に水酸化基を結合させ、アミノシラン溶液のアミノ基との結合が容易になるよう、基板の表面活性化を効果的に行うことができる。
当該基板の表面を活性化させるステップは、アミノシラン溶液に基板を担持し、基板の表面を活性化させてもよい。アミノシラン溶液は、（３−アミノプロピル）トリエトキシシラン（ＡＰＴＥＳ）を含んでもよい。このとき、基板の表面を活性化させるということは、基板の表面を正に帯電させるということであり、具体的には、基板上にアミン基を結合させて活性化させることができる。上記のようにアミノシラン溶液に浸漬して、基板の表面を活性化させ、基板の表面を正に帯電させると、当該基板は、ナノバーコードの鉄セグメントと化学的に結合することができる。
例えば、該ナノバーコード提示基板はポリエチレングリコール誘導体を含む溶液に担持し、ナノバーコードが結合されていない基板の表面を不活性化させたものであってもよい。
マクロファージの付着・表現型を調整するステップは、ナノバーコード提示基板のナノバーコードに結合されたリガンドの周期と配列の順序のうちいずれか一つ以上を変化させて成し遂げることができる。
具体的には、マクロファージの付着・分極化を調整するステップで、下記の式（１）を満足するバー状のナノバーコードを含む基板を使用する場合、炎症性（Ｍ１）の表現型が優位に表れてもよい。
[Ｌ（Ｍ１Ｍ２）ｑ （１）]
ここにおいて、
Ｍ１は第１のセグメント、Ｍ２は第２セグメントであり、
ｑは第１及び第２のセグメントの繰り返し回数、ｑは２〜１０の整数であり、
Ｌは第１及び第２のセグメントの長さである。
更に、マクロファージの付着や分極化を調整するステップで、下記の式（２）を満足するバー状のナノバーコードを含む基板を使用する場合、再生性及び抗炎症性（Ｍ２）の表現型が優位に現れてもよい。
[Ｌ（Ｍ１Ｍ２Ｍ２Ｍ１）ｑ （２）]
ここにおいて、
Ｍ１は第１のセグメント、Ｍ２は第２セグメントであり、
ｑは第１及び第２のセグメントの繰り返し回数、ｑは１〜５の整数であり、
Ｌは第１及び第２のセグメントの長さである。
より具体的には、式（１）において、Ｌは１０〜１００、或いは３０〜７５の整数であってもよい。また、式（２）でＬは１５０〜５００、或いは１５０〜３００の整数であってもよく、ｑは１〜２の整数であってもよい。
例えば、当該ナノバーコードにおいて、式（１）及び（２）は、［３０（Ｍ１Ｍ２）１０］、［７５（Ｍ１Ｍ２）４］、［７５（Ｍ１Ｍ２Ｍ２Ｍ１）２］、［１５０（Ｍ１Ｍ２）２］、［１５０（Ｍ１Ｍ２Ｍ２Ｍ１）１］、［３００（Ｍ１Ｍ２）１］のうちいずれかで表されてもよい。この時、Ｍ１は第１のセグメント、Ｍ２は第２セグメントである。具体的には、当該ナノバーコードは、［３０（０１）１０］、［７５（０１）４］、［７５（０１１０）２］、［１５０（０１）２］、［１５０（０１１０）１］、［３００（０１）１］のうちいずれかを満足するバー状であってもよい。
上記のような構造式を有するナノバーコードの第２のセグメントにインテグリンリガンドペプチドを結合させ、ナノバーコード上にインテグリンリガンドペプチドの周期と配列と順序を制御することで、マクロファージの付着性や表現型を効果的に調整することができる。
以下、本発明の実施例を説明する。しかしながら下記の実施例は本発明の好ましい一実施例に過ぎず、本発明の請求の範囲が下記の実施例に限られる訳ではない。
［製造例］
製造例１〜６
ナノバーコードの製造
Ｆｅ／Ａｕナノバーコードは、基板上に、様々なリガンドナノ周期とリガンド配列を現すように製造した。パルス電着工程の鋳型として細孔径が７０ｎｍの多孔性ポリカーボネート膜（ＰＣＭ）を使用した。電子ビーム蒸発器を用いて多孔質ポリカーボネート膜細孔内にＡｇ（銀）を沈着させた。ＰＣＭ細工をナノバーコードで充填するために、０．０６Ｍ硫酸第一鉄水和物（ＦｅＳＯ４７Ｈ２Ｏ）、０．０１Ｍシアン化金（Ｉ）カリウム（Ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｄｉｃｙａｎｏａｕｒａｔｅ、ＫＡｕ（ＣＮ）２）、０．６Ｍホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）で前駆体溶液を製造した。多孔性ポリカーボネート膜細孔を前駆体溶液で充填した後、白金（Ｐｔ）プレートを相対電極として使用しながら、電気化学的反応を誘発するためにパルス電流を印加した。
ＦｅとＡｕは著しく異なる還元電位を有するため、明らかに異なる電流密度を有する印加パルス電流に反応してＦｅ及びＡｕが、所定の順番で個別的に減少した。パルスの持続時間を調整することにより、ＦｅやＡｕセグメント（ｓｅｇｍｅｎｔ）の長さを制御した。
調整可能なナノ周期を有する、６つの周期的にシーケンシングされたＦｅ／Ａｕナノバーコード、並びに、ＦｅセグメントとＡｕセグメントの大きさを調整していない配列（ｓｅｑｕｅｎｃｅ）は、パルス電流密度と持続時間を最適化することにより、正確に製造した。周期的にシーケンシングされたＦｅ／Ａｕナノバーコード４つを、同じナノ 配列を有する調整可能なＦｅ及びＡｕのナノ周期を示すように製造した。
１０個の繰り返し配列を有する長さ３０ｎｍのＦｅセグメント及びＡｕのセグメントで形成されたナノバーコード［３０（０１）１０］（製造例１）は、まず、それぞれ０．７秒の間４ｍＡ／ｃｍ２、並びに９秒の間０．２５ｍＡ／ｃｍ２を交互に適用して製造した。ナノバーコードの構造には、下記のように命名している。ＡｕセグメントとＦｅセグメントを、それぞれ１と０とする。［３０（０１）１０］ナノバーコードでは、３０は各セグメントの長さ（ｎｍ）、１０は各セグメントの繰り返しシーケンスである。４つの繰り返し配列を有する長さ７５ｎｍのＦｅセグメント及びＡｕのセグメントで形成されたナノバーコード［７５（０１）４］（製造例２）は、それぞれ１．７秒の間４ｍＡ／ｃｍ２、並びに２２秒の間０．２５ｍＡ／ｃｍ２を交互に適用して製造した。２つの繰り返し配列を有する長さ１５０ｎｍのＦｅセグメント及びＡｕのセグメントに形成されたナノバーコード［１５０（０１）２］（製造例３）は、それぞれ３．６秒の間４ｍＡ／ｃｍ２、並びに４５秒の間０．２５ｍＡ／ｃｍ２をそれぞれ交互に適用して製造した。長さ３００ｎｍのＦｅセグメント及びＡｕセグメント［３００（０１）１］（製造例４）は、それぞれ７．２秒の間４ｍＡ／ｃｍ２、並びに９０秒の間０．２５ｍＡ／ｃｍ２を交互に適用して製造した。
ナノ周期や配列の順序を調整するために、２つの周期的にシーケンシングされたＦｅ／Ａｕナノバーコードを製造した。２つの繰り返し配列を有する長さ７５ｎｍのＦｅセグメント、長さ１５０ｎｍのＡｕセグメント、長さ７５ｎｍのＦｅセグメントで形成されたナノバーコード［７５（０１１０）２］（製造例５）は、それぞれ１．７秒の間４ｍＡ／ｃｍ２、４４秒の間０．２５ｍＡ／ｃｍ２、１．７秒の間４ｍＡ／ｃｍ２を、順次交互に適用して製造した。長さ１５０ｎｍのＦｅセグメント、長さ３００ｎｍのＡｕセグメント、長さ１５０ｎｍの長さのＦｅセグメントで形成されたナノバーコード［１５０（０１１０）１］（製造例６）は、それぞれ３．６秒の間４ｍＡ／ｃｍ２、９０秒間０．２５ｍＡ／ｃｍ２、３．６秒の間４ｍＡ／ｃｍ２を順次適用して製造した。調整可能なナノ周期を有する、６つの周期的にシーケンシングされたＦｅ／Ａｕナノバーコード及び配列は、多孔性ポリカーボネート膜（ＰＣＭ）からＡｇ層を物理的に分離してジクロロメタンとクロロホルムでそれぞれ１．５時間と０．５時間、多孔性ポリカーボネート膜を化学的に除去することにより、得た。続いて、ナノバーコードをアセトンとエタノールで３回洗浄し、基板結合（ｃｏｎｊｕｇａｔｉｏｎ）のために機能化する前に、保存を目的としてこれを脱イオン水（ＤＩ）１ｍＬに分散させた。
比較製造例１
負に帯電されたチオール化ＲＧＤペプチド（ＣＤＤＲＧＤ、ＧＬ Ｂｉｏｃｈｅｍ）を添加していないことを除いて、製造例１と同様の方法でナノバーコードを製造した。
［実施例］
製造例１〜６
ナノバーコード提示基板の製造
製造例１〜６で製造した周期的にシーケンシングされたナノバーコード６つを化学的に機能化して、リガンド配列の様々なナノ− 周期を現すように、基板にグラフトした。アミン基は天然酸化物層にカップリングすることができるので、アミノカプロン酸（ａｍｉｎｏｃａｐｒｏｉｃ ａｃｉｄ）のアミン基は、表面機能化の後、カルボキシレート基を現すために、ナノバーコードで鉄（Ｆｅ）セグメントの天然酸化物層にカップリングするために用いられた。ナノバーコード１ｍＬ及び６ｍＭアミノカプロン酸溶液１ｍＬの混合溶液を１２時間室温で撹拌した後、遠心分離を施して脱イオン水で洗浄した。２２ｍｍ×２２ｍｍの平面で細胞培養クラスのガラス基板をアミン化させ、６つの異なるナノバーコードの表面にてカルボキシレート基が基板上のアミン基と結合されるようにする。基板を、まず３０分間、塩酸とメタノールを１：１で混合した混合物で洗浄し、脱イオン水で濯いだ。基板に水酸化基を硫酸で１時間活性化させ、脱イオン水で洗浄した。基板を暗室で３−アミノプロピルトリエトキシシラン（ＡＰＴＥＳ）とエタノール（１：１）で１時間アミノ化し、エタノールで洗浄した後、１００℃で１時間乾燥させた。脱イオン水１ｍＬでアミノカプロン酸が結合された周期的にシーケンシングされたナノバーコード６つを２０ｍＭ Ｎ−エチル−Ｎ’−（３−（ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド）（ＥＤＣ）０．５ｍＬと２０ｍＭ Ｎ−ヒドロキシコハク酸イミド（Ｎ−ｈｙｄｒｏｘｙｓｕｃｃｉｎｉｍｉｄｅ、ＮＨＳ）０．５ｍＬでＥＤＣ／ＮＨＳ反応により３時間活性化させ、その後、脱イオン水で洗浄した。
周期的にシーケンシングされたナノバーコード６つをアミノ化された基板に結合させ、基板に結合されたナノバーコードとリガンドの密度を調整せずとも、周期的にシーケンシングされたナノバーコード６つで、ナノバーコードの濃度（１〜２ｍＬ）と反応時間（２〜３時間）とを正確に最適化することにより、調整可能なリガンドのナノ周期と配列を提示する。チオール化ＲＧＤペプチドリガンド（ｔｈｉｏｌａｔｅｄ ＲＧＤ ｐｅｐｔｉｄｅ ｌｉｇａｎｄ）は、ナノバーコード結合基板からＡｕセグメントにグラフトされた。０．２５％Ｎ、Ｎ−ジイソプロピルエチルアミン（ＤＩＰＥＡ）と１０ｍＭトリス（２−カルボキシエチル）ホスフィンヒドロクロリド（ＴＣＥＰ）を有するジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）中で、０．２ ｍＭチオール化ＲＧＤペプチドリガンド（ＧＣＧＹＣＦＣＤＳＰＧ、 ＧＬＢｉｏｃｈｅｍ）を使用し、ナノバーコード結合された基板を２時間培養し、その後、脱イオン水で洗浄した。周りを暗くし、２時間、脱イオン水中で、０．２％Ｎ、Ｎ−ジイソプロピルエチルアミン（ＤＩＰＥＡ）を有する１００ｍＭメトキシ−ポリ（エチレングリコール）−スクシンイミジルカルボキシメチルエステル（ｍｅｔｈｏｘｙ−ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ） − ｓｕｃｃｉｎｉｍｉｄｙｌ ｃａｒｂｏｘｙｍｅｔｈｙｌ ｅｓｔｅｒ）で基板のナノバーコードがコーティングされていない領域を遮断した後、脱イオン水で洗浄し、非ＲＧＤリガンド特異的マクロファージの付着性を最小限に抑える。
比較例１
上記の比較製造例１で製造したナノバーコードを使用したことを除いては、同様の方法で、ナノバーコード提示された基板を製造した。
［実験例］
実験例１
本発明によるナノバーコードの形と化学的特性を確認するために、製造されたナノバーコードに対して高角度環状暗視野走査透過型電子顕微鏡（ＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭ）、エネルギー分散型分光分析（Ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、ＥＤＳ）、Ｘ線回折分析（Ｘ−ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ、ＸＲＤ）、振動試料型磁力測定（Ｖｉｂｒａｔｉｎｇ−ｓａｍｐｌｅｍＡｇｎｅｔｏｍｅｔｒｙ、ＶＳＭ）、フーリエ変換赤外分光分析（Ｆｏｕｒｉｅｒ−ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、ＦＴ−ＩＲ）を行い、結果を図２及び図６に図示した。
具体的には、調整可能なナノ周期と配列を有する周期的にシーケンシングされたＦｅ／Ａｕナノバーコード６つのサイズと形状を特徴付けるために、高角度環状暗視野走査透過型電子顕微鏡（ＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭ）の撮像を既に実証された手順に従って行った。ＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭ撮像は０．５〜１．０μｍの球面収差（ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ、Ｃ３）で、プローブＣｓを補正したＪＥＭ ＡＲＭ２００ＣＦ（ＪＥＯＬ Ｌｔｄ．）を用いてて２００ｋＶで行われ、２７〜２８ｍｒａｄの像を得た。ＨＡＡＤＦの収集半角は９０〜３７０ｍｒａｄであるのに対し、撮影のための収束半角は２１ ｍｒａｄである。８Ｃ及び９Ｃ（ＪＥＯＬで定義）の電子プローブサイズで、それぞれ１．２８Åと１．２Åで測定し、２０４８×２０４８ピクセルの領域に対してピクセル滞留時間を１０〜１５μｓとし、で顕微鏡写真を得た。８〜１３Μａの放出電流を用いると、１０〜２０Ｐａのプローブ電流範囲が算出される。絞りを４０μｍにすると、α＝２７．５ｍｒａｄのビーム収束半角が生成される。画像ごとに導入された電子線量は倍率に応じて約１０００〜２０００ｅ／Å2の範囲である。取得した画像から、暗い色合いと明るい色合いは、それぞれＦｅセグメントとＡｕセグメントを示す。ＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭ画像を用いて、ナノバーコードで鋭い界面を持つＦｅセグメント及びＡｕセグメントのそれぞれ、或いは全てのナノスケール寸法（長さ、直径、表面積）を計算した。当該計算により、調整可能なナノ周期と配列を有する周期的にシーケンシングされたＦｅ／Ａｕナノバーコード６つにおいて、Ｆｅセグメント及びＡｕセグメントが類似の寸法を有することを確認した。周期的にシーケンシングされたＦｅ／Ａｕナノバーコード６つにおいて、鋭いインターフェイスを持つＦｅセグメント及びＡｕセグメントは、２つのＳＯＤ検出器（Ｔｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）を使用するＥＤＳマッピングで具体的に識別された。Ｆｅ及びＡｕ元素マッピングは、パルス、電流セグメント、製造時間を厳しく調整することで得られた調整可能なナノ周期と、周期的にシーケンシングされたナノバーコード６つからでＦｅセグメント及びＡｕセグメントを識別するために、個別的に使用された。
更に、Ｘ線回折分析（Ｄ／ＭＡＸ−２５００Ｖ／ＰＣ、Ｒｉｇａｋｕ）測定を行って、周期的にシーケンシングされたナノバーコード６つで繰り返されるＦｅセグメント及びＡｕセグメントの共存を確認した。Ｆｅ相（ＰＤＦ＃８７０７２２）とＡｕ相（ＰＤＦ＃０４０７８４）の粉末回折ファイル（Ｐｏｗｄｅｒ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｆｉｌｅ、ＰＤＦ）データを用いて、ピークは周期的にシーケンシングされたナノバーコード６つに存在するＦｅ相とＡｕ相の結晶面でインデックスが作成された。
振動試料型磁力測定（Ｖｉｂｒａｔｉｎｇ ｓａｍｐｌｅｍＡｇｎｅｔｏｍｅｔｒｙ、ＶＳＭ）は、周期的にシーケンシングされたナノバーコード６つでＦｅセグメントの磁気特性を適用した磁場（Ｈ）の下、室温でＶＳＭ測定（ＥＶ９、Ｍｉｃｒｏｓｅｎｓｅ）により分析を行った。該当する磁気モーメント（Ｍ）は、それぞれのナノバーコードで磁気モーメントの最大値に正規化した後、ヒステリシス曲線で表示される。
図２は、本発明による、ナノバーコードの高角度環状暗視野走査透過型電子顕微鏡（ＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭ）の画像、エネルギー分散型分光法（ＥＤＳ）マッピング、電界放出形走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）の画像を示したものである。図２によると、ＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭ画像で交互するＦｅセグメントとＡｕセグメントは、それぞれ暗い領域と明るい領とに識別され、ＦｅとＡｕ要素ごとのＥＤＳマッピング画像で、合金形成のない鋭いインターフェイスを有することを確認した。
図２の（ｂ）によると、ナノバーコードのそれぞれ、或いは全体のＦｅセグメント及びＡｕセグメントのナノサイズ（長さ、直径、表面積）を正確に定量化している。具体的には、ナノバーコードでそれぞれのＦｅ／Ａｕセグメントの長さは、［３０（０１）１０］群で３０．８±０．３ｎｍ／２８．１±１．８ｎｍ、［７５（０１）４］群で７２．３±１．４ｎｍ／７４．６±４．３ｎｍ、［１５０（０１）２］群で１３２．７±１９．２ｎｍ／１４２．５±６．１ｎｍ、［３００（０１）１］群で３１０．７±１３．０ｎｍ／２９４．７±９．５ｎｍ、［７５（０１１０）２］群で６９．３±３．０ｎｍ／１４９．７±１３．７ｎｍ、［１５０（０１１０）１］群で１５４．２±１．３ｎｍ／３０２．１±３．６ｎｍである。これにより、ナノ周期及び配列が合成されている間、パルス電流ともと持続時間を正確に調整することで、６つの異なるナノバーコードから体系的に調整されたことが分かる。
図３は本発明で製造されたナノバーコードの模式図（ａ）、ＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭの結果から計算された各ＦｅとＡｕ（Ｆｅ／Ａｕ）ナノバーコードの長さの合計（ｂ）、直径（ｃ）、表面積（ｄ）を示したグラフである。図３によると、それぞれのナノバーコードでＦｅセグメントとＡｕセグメントの長さの合計は、６つの異なるナノバーコードで、それぞれ２７０．７〜３０６．２ｎｍ、２７９．９〜２８９．１ｎｍの範囲であり、有意な差はなかった。それぞれのＦｅ／Ａｕナノバーコードの直径は６つの異なるナノバーコードで６３．２〜６６．９ｎｍの範囲であって、大きな差はなかった。それぞれのナノバーコードにおいてＦｅセグメント及びＡｕセグメントの総表面積は、６つの異なるナノバーコードでそれぞれ５７５００〜６１４２０ｎｍ２、５６２７０〜６０３３０ｎｍ２の範囲であり、有意な差はなかった。これによって、周期的にシーケンシングされたＦｅ／Ａｕナノバーコード６つが、Ｆｅセグメント及びＡｕセグメントの総寸法を調整せずとも、調整可能なリガンドナノ周期及び配列を表すように正確に製造されたことが分かる。このとき、Ａｕセグメント及びＦｅセグメントは、それぞれ括弧内の１と０の数字で表し、Ａｕセグメント及びＦｅセグメントの長さ（ｎｍ）は、それぞれ、３０、７５、１５０、３００である。
図４は、本発明によるナノバーコードのＸ線回折分析グラフである。図４によると、ナノバーコードにおいてＦｅセグメント及びＡｕセグメントの結晶相をＸ線回折によって分析し、Ｆｅ相とＡｕ相に該当する回折ピークが６つの異なるナノバーコードで同様に共存することが分かる。これにより、周期的にシーケンシングされたＦｅ／Ａｕナノバーコード６つが同様の特性を示していることがわかる。
図５は、本発明によるナノバーコードの振動試料に対する、磁力計の測定結果のグラフである。具体的には、Ｆｅセグメントの存在によるナノバーコードの磁気特性を分析し、これは６つの異なるナノバーコードとも明らかなヒステリシスを有せず、類似の自己挙動を示すことを確認した。これらの磁気特性のために、外部磁場を以って、本発明のナノバーコードは可逆的な遠隔制御に用いることができる。
実験例２
本発明によるナノバーコードを含む基板の特性を確認するために、ナノバーコードを含む基板を、電界放出形走査電子顕微鏡で撮影し、フーリエ変換赤外分光分析（Ｆｏｕｒｉｅｒ−ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、ＦＴ−ＩＲ）を行った。その結果を図２及び図７に示した。
フーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ）は、ナノバーコードの化学的結合特性を確認するため、ＧＸ１（Ｐｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ、ＵＳＡ）を用いて行われた。化学的結合特性の変化の分析を経たサンプルを分析する前に、凍結乾燥させ、ＫＢｒペレットで密度高くパッキングした。
図６は、本発明によるナノバーコードを含む基板を製造するステップを図式化した画像である。図６によると、周期的にシーケンシングされたナノバーコード６つは、基板にグラフトされる前に、化学的に機能化された。アミノカプロン酸のアミン基は、表面にカルボキシレート基を表示するために、ナノバーコードのＦｅセグメントの天然酸化物層にカップリングされた。アミノカプロン酸がコーティングされたナノバーコードでカルボキシレート基を活性化させ、アミノ化された基板に移植し、ナノバーコード濃度と反応時間を正確に最適化して、基板に結合されたナノバーコードとリガンドの密度を調整せずとも、リガンド配列の様々なナノ周期を確認した。続いて、チオール化ＲＧＤリガンドをナノバーコード結合された基板でＡｕセグメントにグラフトされた。Ｆｅセグメント及びＡｕセグメントの全体の寸法のみならず、基板−結合リガンド提示ナノバーコードの密度を同様に維持し、基板のリガンド密度の効果は分離させる。図２によると、基板に結合されたリガンド提示ナノバーコードを、電界放出形走査電子顕微鏡を使用して確認し、これは断層で均一な分布を示した。これの密度は１μｍ２当たり０．０２３５〜０．０２７７範囲であり、全ての基板結合リガンド提示ナノバーコードに大きな差がなく同様に維持されることが分かる。下記の実験により、該密度では、付着やマクロファージの表現型分極化を効率的に調整できることを確認した。
図７は、本発明によるナノバーコードに対してフーリエ変換赤外分光法（ＦＴ−ＩＲ）により分析を行った結果である図７によると、アミノカプロン酸がコーティングされたナノバーコードの化学的結合特性を把握することができる。具体的には、１５６０〜１５６５ ｃｍ−１ と１３８７〜１３８９ ｃｍ−１でＣＯＯ−結合を確認し、３４３２〜３４４８ ｃｍ−１でＮＨ結合を確認した。これにより、アミノカプロン酸が６つの異なるナノバーコードに正常に結合されたことが分かる。
実験例３
本発明によるナノバーコードのナノ周期とリガンド配列が、マクロファージの付着に及ぼす影響を確認するために、次のような実験を行い、その結果を図８〜図１０に図示した。
マクロファージの付着性・表現型分極に対して、リガンド配列においてリガンドナノ周期を調整する効果を評価した。培養前に、基板を紫外線で１時間滅菌した。ＲＡＷ２６４．７（ＡＴＣＣ）の継代５（ｐａｓｓａｇｅ ５）から、マクロファージを約９０ｋ細胞／ｃｍ２の密度で滅菌された基板にシード（ｓｅｅｄｉｎｇ）した。続いて、マクロファージを高グルコースＤＭＥＭ（ｈｉｇｈ ｇｌｕｃｏｓｅ ＤＭＥＭ）、１０％熱不活性化されたウシ胎児血清と５０Ｕ／Ｍｌペニシリン／ストレプトマイシンとを含有する基礎培地で、５％ＣＯ２ 下、３７℃で培養した。本発明による［３０（０１）１０］、［７５（０１）４］、［１５０（０１）２］、［３００（０１）１］リガンド配列のナノバーコードで、ナノ周期のみを調整しながら、マクロファージの付着性を評価した。また、［７５（０１）４］、［７５（０１１０）２］、［１５０（０１）２］、［１５０（０１１０）１］リガンド配列のナノバーコードで、ナノ周期とリガンド配列を両方とも調整した状態における、マクロファージの付着性を評価した。加えて、Ｆｅ／Ａｕ配列で調整可能なナノ周期を有するがＲＧＤリガンドの結合されていない基板を比較例として用いて、マクロファージの付着の調整にナノ周期が及ぼす影響について評価した。
マクロファージの表現型分極の評価に用いられるＭ１培地は、それぞれ１０ｎｇ／ｍＬのリポ多糖類（ｌｉｐｏｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅ、ＬＰＳ）と組換えインターフェロン − ガンマ（ｒｅｃｏｍｂｉｎａｎｔ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｎ−ｇａｍｍａ、ＩＦＮ−γ）とを有する基礎培地を用いて製造した。インターロイキン−４（ＩＬ−４）とインターロイキン−１３（ＩＬ−１３）を、それぞれ２０ｎｇ／ｍＬずつ有する基礎培地を用いてＭ２培地を製造した。マクロファージの付着−補助Ｍ２表現型分極は、ＲＯＣＫ（５０μＭＹ２７６３）、ミオシンII（１０μＭブレビスタチン）、又はアクチン重合（２μｇ／ ｍＬのサイトカラシンＤ）阻害剤で評価した。
図８は、本発明によるナノバーコードを用いて培養されたマクロファージ（２４時間後）のＦ−アクチン、核、ビンキュリンの共焦点免疫蛍光画像であって、スケールバーは２０μｍを示す。
図８によると、共焦点免疫蛍光画像から、マクロファージがリガンド配列でナノ周期が増加するほど（３０から３００）より強い付着性を有することを確認した。具体的には、マクロファージの接着密度は、［３０（０１）１０］群と比較して、［７５（０１）４］群、［１５０（０１）２］群、［３００（０１）１］群が、それぞれ６８％、１８０％、２３９％ほど増加していた。また、付着性マクロファージは、細胞質を横切ってＦ−アクチンとビンキュリンのアセンブリがより広く展開され、リガンドのナノ周期の増加に伴い、相当長い形態を示した。これにより、本発明によるナノバーコードにおいてリガンドのナノ周期が増加すればするほど、より近いリガンド提示に起因し得ることが分かる。
図９は、本発明の比較例によるナノバーコード（ＲＧＤリガンド結合が存在しない場合）で、ナノ周期を調整してマクロファージの付着性実験を行った結果である。スケールバーは２０μｍを示す。図９によると、ＡｕセグメントにＲＧＤリガンドがない状態で、Ｆｅ／Ａｕ配列でナノ周期を調整すると、有意な差がないまま、全ての群に対して最低レベルのマクロファージの付着が生成されることを確認した。これにより、マクロファージの付着性をＲＧＤリガンド配列のナノ周期を調整して効率的に変更できることが分かる。具体的には、リガンド配列で、ナノ周期が増加した場合、効果的にマクロファージの強力な付着構造を形成できることが分かる。
図１０は、本発明によるナノバーコード（ナノ周期とリガンド配列を調整）を用いて培養されたマクロファージ（２４時間後）のＦ−アクチン、核、ビンキュリンの共焦点免疫蛍光画像であり、スケールバーは２０μｍを示す。図１０をよると、［７５（０１）４］、［７５（０１１０）２］、［１５０（０１）２］、［１５０（０１１０）１］の周期的にシーケンシングされたＦｅ／Ａｕナノバーコード４つは、マクロファージ付着の調整効果を評価するために、ナノ周期とリガンド配列の両方に変更した。共焦点免疫蛍光画像は、上記の群で、マクロファージはリガンド配列でナノ周期が増加するほど、より強固に付着されることを示す。具体的には、［１５０（０１１０）１］群は、［７５（０１１０）２］群に比べ、マクロファージの付着密度、細胞の面積、細胞伸長因子がそれぞれ８２％、５８％、１０８％ほど高く、著しい差を示した。また、［１５０（０１）２］群は、［７５（０１）４］群に比べ、実質的により強力な付着構造のアセンブリを示した。
更に、リガンドナノ周期性を調整せず、ナノバーコード内のリガンド配列を単独で調整する場合でも、マクロファージの付着性が調整された。具体的には、ナノバーコードの末端配列に充填されたリガンドを有する［１５０（０１）２］群は、マクロファージの付着密度、細胞の面積、細胞伸長因子が、内部のみ配列が充填された［７５（０１１０）２］群と比較して、それぞれ４７％、３４％、７２％増加した。これにより、ナノバーコードの末端配列に充填されたリガンドと、より低いナノバーコードリガンドの間隔を有することで、細胞の付着を容易に促進できることが分かる。
従って、ナノバーコードの配列リガンドの位置とリガンドの間隔を調整して、マクロファージの付着性を調整することができる。
実験例４
本発明によるナノバーコードを用いて、リガンド配列のナノ周期の調整がマクロファージの表現型分極を介する付着を制御するか否かに関する実験を下記のように行い、その結果を図１１〜図１６に図示した。
マクロファージの付着構造は、Ｍ１やＭ２分極刺激剤の存在下で、これらの表現型分極を調整すると知られている。特に、細長い形の一般的なＦ−アクチンとビンキュリンのアセンブリを含み、強力な付着構造を現すマクロファージは、これらの表現型分極を再生性／抗炎症性Ｍ２の状態で活性化させる傾向がある。
図１１は、本発明によるナノバーコードを用いて、リガンド配列においてナノ周期の調整によりマクロファージの付着・依存的表現型の分極化が調整されるか否かの実験の結果を示したものである。図１１によると、共焦点免疫蛍光画像で、マクロファージは徐々にＭ１誘導培地で弱いｉＮＯＳ蛍光信号を示したが、リガンド配列で、ナノ周期を増加させると、Ｍ２誘導培地でより強いＡｒｇ−１蛍光信号を示した。また、遺伝子発現プロファイルは、免疫蛍光で観察された傾向を確認することができた。マクロファージは、Ｍ１誘導培地で有意に低いｉＮＯＳとＴＮＦ−α発現を示したが、リガンド配列で増加されたナノ周期と比例して高いＡｒｇ−１及びＹｍ１発現を示した。定量的に［３００（０１）１］群は、［７５（０１１０）２］群及び［７５（０１）４］群と比較してｉＮＯＳ発現がそれぞれ２０％と５１％ずつ減少し、ＴＮＦ−αの発現がそれぞれ１９％と３２％ずつ減少した。逆に、［３００（０１）１］群は、［７５（０１１０）２］群及び［７５（０１）４］群と比較してＡｒｇ−１の発現がそれぞれ３５％と１０７％ずつ増加し、Ｙｍ１の発現がそれぞれ１８５％と４８３％ずつ増加した。
図１２及び図１３は、本発明によるナノバーコードを用いた、分極表現型とマッチングされた刺激培地がない場合（つまり、Ｍ２刺激培地におけるＭ１の発現（図１２）、或いはＭ１刺激培地におけるＭ２の発現（図１３ ））のリガンド配列におけるナノ周期を調整した実験の結果である。図１２によると、分極表現型とマッチングされた刺激培地の不在の下（つまり、Ｍ２刺激培地でＭ１発現、又はＭ１刺激培地でＭ２発現）、リガンド配列でナノ周期を調整すると、免疫蛍光でｉＮＯＳ及びＡｒｇ−１発現が最小となり、ｉＮＯＳ、ＴＮＦ−α、Ａｒｇ−１、Ｙｍ１発現では有意な差がないことを見出した。
これにより、全般的に、リガンド配列で高ナノ周期がＭ１表現型分極を抑制しつつ、これらのＭ２表現型分極を活性化させるために、マクロファージの付着を促進することが分かる。
図１４は、本発明によるナノバーコードを含む基板をＭ１分極培地で３６時間培養した後、ｉＮＯＳ、Ｆ−アクチン、核の共焦点免疫蛍光画像（ａ）、並びに、ＲＯＣＫ（Ｙ２７６３２）、ミオシンii（ブレビスタチン）又はアクチン重合（サイトカラシンＤ）の阻害剤の存在の下、又は不在の下にてＭ２分極培地で培養した後、Ａｒｇ−１、Ｆ−アクチン、核の共焦点免疫蛍光画像であり、スケールバーは２０μｍを示す。
図１４によると、リガンド配列で高ナノ周期がＭ１表現型分極を抑制しつつ、これらのＭ２表現型分極を更に促進するために、強固な付着構造の成長を促進することが分かる。具体的には、ＲＯＣＫ、ミオシンII又はアクチン重合を阻害する薬理学的阻害剤（それぞれＹ２７６３２、ブレビスタチン又はサイトカラシンＤ）を用いて、マクロファージの付着構造と表現型分極を評価した。
図１５及び図１６は、図１４の共焦点免疫蛍光実験の結果に基づいて計算した細胞面積、細胞腎臓因子、Ａｒｇ−１蛍光強度を示したグラフである。
図１４及び図１５によると、共焦点免疫蛍光画像で、リガンド配列群で最も高いナノ周期のマクロファージである［３００（０１）１］群は、Ｍ１誘導培地でＹ２７６３２によるＲＯＣＫ阻害により５０％増加したｉＮＯＳ蛍光信号を示し、細胞の面積が３５％減少した。また、［３００（０１）１］群は、それぞれブレビスタチンとサイトカラシンＤによるミオシンIIとアクチン重合の抑制に対応するｉＮＯＳ蛍光強度が増加し、細胞面積が大幅に減少した。これにより、リガンド配列で高ナノ周期がＭ１表現型分極を効果的に抑制するために、マクロファージの強力な付着を刺激することが分かる。
図１４及び図１６を見ると、Ｍ２誘導培地で［３００（０１）１］群は、ＲＯＣＫ阻害によって細胞の面積が５７％、細胞伸長因子が７２％、Ａｒｇ−１蛍光が５４％ほど大きく減少した。具体的には、［３００（０１）１］群は、それぞれミオシンII、ブレイクビスタティンとサイトカラシンＤとアクチン重合を阻害することにより、細胞面積、細胞腎臓因子とＡｒｇ−１蛍光信号を大幅に減少させた。これにより、リガンド配列で高ナノ周期がマクロファージの強力な付着を刺激して、これらのＭ１表現型分極を効果的に抑制し、Ｍ２表現型分極を促進することが確認できる。
実験例５
本発明によるナノバーコードを用いて、体内宿主マクロファージの付着及び表現型を空間的に調整することを確認するために、下記のような実験を行い、その結果を図１７〜図１９に図示した。
図１７ｊは、本発明によるナノバーコードを用いた体内の宿主マクロファージの付着・表現型分極化の調整の実験の結果である。（ａ）は、体内のリガンド配列におけるナノ周期の調整のおおよその模式図であり、インターロイキン−４及びインターロイキン−１３（Ｍ２誘導剤）の両方を、体内皮下移植された基板に注射した。（ｂ）は、２４時間後に、基板に付着したｉＮＯＳ、Ｆ−アクチン、宿主マクロファージの核に対する共焦点免疫蛍光画像であり、スケールバーは２０μmを示す。（ｃ）は、Ｍ１表現型マーカー（ｉＮＯＳ及びＴＮＦ−α）の密度、細胞面積、細胞伸長因子（主／副軸の比）（ｎ＝１０）、遺伝子発現（ｎ＝３）における体内付着性宿主細胞の定量分析結果のグラフ
図１８の（ａ）は、２４時間後に基板に付着されたＡｒｇ−１、Ｆ−アクチン、宿主マクロファージの核の共焦点免疫蛍光画像であって、スケールバーは２０μｍを示す。（ｂ）は、Ｍ２表現型マーカー（Ａｒｇ−１及びＹｍ１）の密度、細胞面積、細胞伸長因子（主／副軸の比）（ｎ＝１０）、遺伝子発現（ｎ＝３）における体内付着性宿主細胞の定量分析結果のグラフである。
図１７及び図１８をよると、移植された物質の宿主反応は表現型分極化マクロファージが重要な役割を果たす、機能的に活性化された免疫細胞によって支配される。これに関連し、宿主マクロファージの付着性と再生性／抗炎症性表現型分極を制御すると、炎症を抑制しつつ免疫調整組織分極化を促進することができる。
また、動員された宿主マクロファージの付着性と表現型分極は、アクチン、及びｉＮＯＳ又はＡｒｇ−１の宿主細胞の免疫蛍光染色を確認した。共焦点免疫蛍光画像は、リガンド配列で、ナノ周期が増加するにつれ、付着性宿主マクロファージが高密度となり、細胞の面積と細胞伸長因子が徐々に増加することを示した。
例えば、［３００（０１）１］群は、［７５（０１１０）２］群及び［７５（０１）４］の群に比べ、それぞれ１２０％と２９９％と高い宿主マクロファージの密度を示した。逆に、ｉＮＯＳ及びＦ−アクチンの共同局所化は、リガンド配列でナノ周期が減少するにつれて相当高いｉＮＯＳ及びＴＮＦ−αの発現により、徐々に優位となった。それに対して、Ａｒｇ−１及びＦ−アクチンの共同局所化は、リガンド配列でナノ周期が増加するにつれてＡｒｇ−１及びＹｍ１の発現が高くなったとき、より優位となった。定量的には、［３００（０１）１］群は、［７５（０１１０）２］群及び［７５（０１）４］群に比べて、Ａｒｇ−１発現がそれぞれ１７％と６２４％ずつ増加し、Ｙｍ１発現がそれぞれ４３％と１２２％ずつ増加した。
これにより、リガンド配列で高ナノ周期の体内調整は、これらの再生性及び抗炎症性表現型分極を促進し、宿主マクロファージの付着を容易にすることが分かる。
図１９は、本発明よるナノバーコードを含む基板を用いて、リガンド配列において調整可能なナノ周期を示す基板に対し宿主好中球の体内付着実験を行った結果である。（ａ）は、２４時間後に、基板に付着したＮＩＭＰ−Ｒ１４、Ｆ−アクチン、宿主細胞の核に対する共焦点免疫蛍光画像であり、スケールバーは２０μｍである。（ｂ）は、体内付着性ＮＩＭＰ−Ｒ１４−陽性宿主好中球の定量データであり、インターロイキン−４及びインターロイキン−１３の両方とも、リガンド配列の調整可能なナノ周期を示す皮下移植された基板に注入された。
図１９によると、移植された物質の長期宿主反応は、初期急性炎症で表示されるＮＩＭＰ−Ｒ１４陽性好中球を有する表現型分極マクロファージによって支配されていることがわかる。

Claims (15)

  1. 鉄（Ｆｅ）を含む第１のセグメントと、金（Ａｕ）を含む第２のセグメントとが繰り返し形成されたナノバーコードと、
    前記ナノバーコードの第２のセグメントに結合されたインテグリンリガンドペプチドを含む、マクロファージの付着・分極化調整用のナノバーコード。
  2. 前記ナノバーコードは、下記の式（１）又は式（２）を満足するバー状であることを特徴とする、請求項１に記載のマクロファージの付着・分極化調整用のナノバーコード。
    [Ｌ（Ｍ１Ｍ２）ｑ （１）]
    [Ｌ（Ｍ１Ｍ２Ｍ２Ｍ１）ｑ （２）]
    ここにおいて、
    Ｍ１は第１のセグメント、Ｍ２は第２セグメントであり、
    ｑは第１及び第２のセグメントの繰り返し回数であり、
    Ｌは第１及び第２のセグメントの長さである。
  3. 前記の式（１）及び（２）は、［３０（Ｍ１Ｍ２）１０］、［７５（Ｍ１Ｍ２）４］、［７５（Ｍ１Ｍ２Ｍ２Ｍ１）２］、［１５０（Ｍ１Ｍ２）２］、［１５０（Ｍ１Ｍ２Ｍ２Ｍ１）１］、［３００（Ｍ１Ｍ２）１］のうちいずれかであることを特徴とする、請求項１に記載のマクロファージの付着・分極化調整用のナノバーコード。
  4. 前記第１のセグメント及び前記第２のセグメントは、それぞれバー状であり、前記第１のセグメントの長さと前記第２のセグメントの長さは同じである、請求項１に記載のマクロファージの付着・分極調節用のナノバーコード。
  5. 前記第１のセグメントは、カルボン酸塩が置換された構造であることを特徴とする、請求項１に記載のマクロファージの付着・分極化調整用のナノバーコード。
  6. 前記ナノバーコードは、直径５０ｎｍ〜１００ｎｍ、長さ２００〜１０００ｎｍ、断面が円形のバー状である、請求項１に記載のマクロファージの付着・分極化調整用のナノバーコード。
  7. 前記インテグリンリガンドペプチドは、チオール化インテグリンリガンドペプチドを含み、
    前記インテグリンリガンドペプチドのチオール基と第２のセグメントとが化学的に結合された構造である、請求項１に記載のマクロファージの付着・分極化調整用のナノバーコード。
  8. 鉄（Ｆｅ）を含む第１のセグメントと、金（Ａｕ）を含む第２のセグメントとが繰り返し形成されたナノバーコードを用意するステップと、
    前記ナノバーコードと、第１の懸濁液とを混合して、第１のセグメントにカルボン酸塩置換基を置換するステップと、
    前記ナノバーコードをインテグリンリガンドペプチド（ＲＧＤ）を含む第２の懸濁液と混合するステップと、を含む、請求項１〜７のうちいずれか１項に記載のマクロファージの付着・分極化調整用のナノバーコードの製造方法。
  9. 前記第１懸濁液はカルボン酸塩の置換基を含むアミノ酸誘導体を含み、
    前記インテグリンリガンドペプチドは、チオール化インテグリンリガンドペプチドを含む、請求項８に記載のマクロファージの付着・分極化調整用のナノバーコードの製造方法。
  10. 請求項１〜７のうちいずれか１項に記載のマクロファージの付着・分極化調整用のナノバーコードを含む溶液に、表面が活性化された基板を担持して、ナノバーコード提示基板を製造するステップと、
    前記ナノバーコード提示基板を培養液で処理した後、マクロファージの付着・分極化を調整するステップと、を含む、マクロファージの付着・分極化を調整する方法。
  11. 前記ナノバーコード提示基板を製造するステップは、
    基板の表面を酸性溶液に浸漬させるステップと、
    浸漬済みの基板をアミノシラン溶液に担持して前記基板の表面を活性化させるステップと、を含む、請求項１０に記載のマクロファージの付着・分極化を調整する方法。
  12. ナノバーコード提示基板をポリエチレングリコール誘導体を含む溶液に担持し、ナノバーコードが結合されていない基板の表面を不活性化することを特徴とする、請求項１０に記載のマクロファージの付着・分極化を調整する方法。
  13. マクロファージの付着・分極化を調整するステップは、ナノバーコード提示基板のナノバーコードに結合されたリガンドペプチドの周期と配列の順序のいずれか一つ以上を変化させ、体内又は体外のマクロファージの付着・分極化を調整することである、請求項１０に記載のマクロファージの付着・分極化を調整する方法。
  14. マクロファージの付着や分極化を調整するステップで、下記の式（１）を満足するバー状のナノバーコードを含む基板を使用する場合、炎症性（Ｍ１）の表現型を示す、請求項１０に記載のマクロファージの付着・分極化を調整する方法。
    [Ｌ（Ｍ１Ｍ２）ｑ （１）]
    ここにおいて、
    Ｍ１は第１のセグメント、Ｍ２は第２セグメントであり、
    ｑは第１及び第２のセグメントの繰り返し回数、ｑは２〜１０の整数であり、
    Ｌは第１及び第２のセグメントの長さである。
  15. マクロファージの付着や分極化を調整するステップで、下記の式（２）を満足するバー状のナノバーコードを含む基板を使用する場合、再生性及び抗炎症性（Ｍ２）の表現型を示す、請求項１０に記載のマクロファージの付着・分極化を調整する方法。
    [Ｌ（Ｍ１Ｍ２Ｍ２Ｍ１）ｑ （２）]
    ここにおいて、
    Ｍ１は第１のセグメント、Ｍ２は第２セグメントであり、
    ｑは第１及び第２のセグメントの繰り返し回数、ｑは１〜５の整数であり、
    Ｌは第１及び第２のセグメントの長さである。
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