ヒトには遺伝子の数に対応して数万種類のタンパク質が存在する。タンパク質はフォールディングして特異的な立体構造を形成し、多彩な生命現象を担う。ペプチドはそのタンパク質の小分子（断片）であると考えられる。もともとはタンパク質からその生理活性部位など必要な配列部分を抜き出したり、模倣して目的とするペプチドを得る手法を用いてきたが、逆に、アミノ酸からボトムアップすれば20 n 個（n はアミノ酸の残基数）種類の配列を作り出すことができる。つまりペプチド科学（配列）は無限の可能性を有している分野なのだ。
ペプチドの研究と言えば、かつてそのほとんどは薬学系を中心とした創薬およびその周辺と合成化学が中心であった。生理活性ペプチドの体内動態や合成化学的に変異を与えたペプチドの構造活性相関、レセプター解析といった研究、言い換えれば医薬品や抗体様ペプチド、ペプチドワクチンといった研究が現在でも展開されている。
しかし、近年、タンパク質由来のペプチド配列や分子設計したペプチドを基盤にした生医学用材料・工学的指向の研究が注目を浴びてきている。そのきっかけは、1984 年、E. Ruoslahito らによってフィブロネクチンから細胞接着に必要な最小アミノ酸配列Arg-Gly-Asp-Ser（RGDS）が発見され、バイオマテリアル分野とペプチド科学の融合が始まったことであろう。この発見から長い年月をかけ、現在、盛んに研究展開されているペプチド科学の医療応用は、タンパク質のアミノ酸配列中の重要な活性部位を有効に利用する、分子設計したペプチドで材料化する、などが中心となっている。ペプチド科学を利用した材料のうち臨床の手前まで来ているものもあるということは、研究の成果が実を結び始めていることを示している。
本書では、ペプチドの基礎を理解して初めてペプチドを自由自在に扱えると考え、ペプチドの合成手法や縮合剤、製造について第Ⅰ編に、第Ⅱ編には機能性ペプチドの設計指針について、第Ⅲ編から第Ⅶ編には生体適合性・再生医療・DDS・診断など医療応用について、第一線で研究しておられる先生方に執筆して頂いた。各編ともそれぞれの分野の世界・日本の動向や執筆者の最新の研究成果、その関連事項、将来展望について述べていただいている。本書が医療・診断分野におけるペプチド科学の重要性を考えていただく機会となれば幸甚である。
最後に、本書の趣旨を理解し貴重な時間を割いて執筆頂いた先生方に心より感謝申し上げる。
また、企画から出版に至るまでご尽力頂いた株式会社シーエムシー出版 編集部 渡邊 翔氏に心より感謝の意を表したい。
目次
【第I編 ペプチド合成】
第1 章 ペプチドの固相合成
1 はじめに
2 固相担体の選択
3 手動合成における合成容器と基本操作
4 Fmoc-アミノ酸
5 最初のアミノ酸(カルボキシ末端のアミノ酸)の樹脂への導入
6 ペプチド伸長サイクル
7 Fmoc 基の定量
8 脱樹脂,脱保護
9 ペプチドの精製
10 おわりに
第2 章 ペプチドの液相合成
1 はじめに
2 古典的な液相法
3 液相法の最近の進歩─フラグメント縮合─
4 液相法の最近の進歩─長鎖脂肪族構造を有するアンカーの利用─
5 おわりに
第3 章 アミド結合形成のための縮合剤
1 はじめに
2 カルボジイミド系縮合剤
2. 1 N,N’-Dicyclohexylcarbodiimide(DCC)
2. 2 N-Ethyl-N’-[3-(dimethylamino)propyl]carbodiimide hydrochloride(EDC)またはwater soluble carbodiimide(WSCI)
3 添加剤
3. 1 1-Hydroxybenzotriazole(HOBt)および1-hydroxy-7-azabenzotriazole(HOAt)
3. 2 Oxyma
4 ホスホニウム系縮合剤
4. 1 BOP およびPyBOP,PyAOP
5 ウロニウム/グアニジウム系縮合剤
5. 1 HBTU およびHATU
6 COMU
7 向山試薬
8 4-(4,6-dimethoxy-1,3,5-triazin-2-yl)-4-methylmorpholinium chloride
(DMT-MM)
9 近年開発された脱水縮合法や脱水縮合剤
第4章 遺伝子組換え法によるタンパク質・ポリペプチドの合成とその応用
1 はじめに
2 一般的な遺伝子組換え法によるタンパク質・ポリペプチドの合成
3 多機能キメラタンパク質の合成と細胞の精密制御材料への応用
4 タンパク質の細胞への作用時機を制御できるタンパク質放出材料の開発
5 まとめ
第5 章 ペプチド合成用保護アミノ酸
1 はじめに
2 アミノ酸の保護体とその合成
3 アミノ酸側鎖の官能基の保護体
4 α,α-2 置換アミノ酸の合成
5 α,α-2 置換アミノ酸の保護体とその合成
6 α,α-2 置換アミノ酸含有ジペプチド保護体
第6 章 ペプチド医薬の化学合成─ペプチド合成における副反応の概要と抑制策─
1 はじめに
2 ペプチド医薬の化学合成
2. 1 ペプチド合成の原理
2. 2 コンバージェント法による長鎖ペプチドの合成
3 高純度ペプチドセグメントの調製
3. 1 欠損/短鎖ペプチドの混入
3. 2 ペプチド鎖伸長時に伴うアミノ酸のラセミ化
3. 3 アスパルチミド(Asi)形成
4 おわりに
【第II編 ペプチド設計】
第1 章 細胞接着モチーフ(フィブロネクチン)
1 はじめに
2 分子構造
3 血漿性,細胞性,および胎児性フィブロネクチン
4 フィブロネクチンマトリックスアセンブリー
5 細胞接着基質としてのフィブロネクチン
5. 1 細胞接着モチーフ
5. 2 反細胞接着モチーフ
第2 章 細胞接着モチーフ(ラミニン)
1 概要
2 ラミニン由来細胞接着ペプチドの網羅的スクリーニング
3 細胞接着ペプチドの受容体
4 細胞接着活性ペプチドのがん転移促進・阻害におよぼす影響
5 ラミニン由来活性ペプチドを用いた細胞接着メカニズムの解析
6 様々な生理活性を示すラミニン由来活性ペプチド
7 まとめ
第3 章 ペプチド立体構造の設計と機能
1 はじめに
2 α-ヘリックスペプチドの設計,構造安定化および機能
3 β-シートペプチドの設計,構造安定化および機能
4 ループペプチドの設計と機能
5 おわりに
第4 章 生体内安定性─ N 結合型糖鎖修飾を用いた医薬品創製─
1 はじめに
2 化学修飾による薬物動態の改善
3 ペプチド/タンパク質の糖鎖修飾
3. 1 発現法による糖鎖修飾
3. 2 化学合成による糖鎖修飾
3. 3 N 結合型糖鎖修飾によるペプチド医薬の創製
4 おわりに
第5 章 細胞膜透過性
1 はじめに
2 膜透過ペプチドを用いる方法
3 エンドソームの不安定化を誘導する方法
4 ステープルドペプチドを用いるアプローチ
5 まとめ
【第III編 細胞作製・分化】
第1 章 CPP ペプチドを用いたiPS 細胞作製・分化誘導技術
1 はじめに
2 タンパク質導入法
3 タンパク質導入法によるiPS 細胞の作製
4 タンパク質導入法によるインスリン産生細胞への分化誘導
5 おわりに
第2 章 機能性ペプチドによるゲノム安定性の高いiPS 細胞の判別・選別法
1 ゲノム不安定性,がん,免疫
2 iPS 細胞とがん細胞
3 iPS 細胞とカルレティキュリン
4 ゲノム安定性の高いiPS 細胞の判別法
5 機能性ペプチドによるゲノム安定性の高いiPS 細胞の判別法
6 ゲノム安定性の高いiPS 細胞の判別・選別法
7 おわりに
第3 章 ラミニン由来活性ペプチドと再生医療
1 はじめに
2 ラミニン由来活性ペプチド
3 ラミニン由来活性ペプチドを用いたペプチド-多糖マトリックス
4 ラミニン活性ペプチドを用いたペプチド-ポリイオンコンプレックス
マトリックス(PCM)
5 ペプチド-多糖マトリックス上での生物活性に及ぼすスペーサー効果
6 おわりに
第4 章 体外での生体組織成長を促進するペプチド材料
1 オルガノイド研究の新展開
2 唾液腺組織発生と分岐形態形成(Branching morphogenesis)
3 組織成長における周囲化学的環境の整備
4 RGD 配列を導入したアルジネート上での顎下腺組織培養
5 オルガノイド成長制御の今後の展開
第5 章 ペプチドを利用した3 次元組織の構築
1 はじめに
2 細胞接着性ペプチドを利用した細胞の3 次元組織化
3 マイクロ流路を用いた3 次元組織体の構築
4 ペプチドを用いた新規な3 次元組織体の構築
5 まとめ
【第IV編 生体適合性表面の設計】
第1 章 人工ポリペプチドを用いた生体模倣材料の開発
1 はじめに
2 軟組織再生のためのポリペプチド
2. 1 エラスチン類似ポリペプチド
2. 2 ナノファイバー形成能を持つエラスチン類似ポリペプチド
2. 3 GPG 誘導体による機能性ナノファイバーの創製
3 硬組織再生のためのポリペプチド
4 おわりに
第2 章 移植留置型の医療機器表面に再生能を付与する細胞選択的ペプチドマテリアル
1 背景～体内埋め込み型医療機器材料の現状～
2 医療機器材料としてのペプチド
2. 1 細胞接着ペプチド被覆型医療材料
2. 2 細胞を用いたペプチドアレイ探索
2. 3 細胞選択的ペプチド
3 細胞選択的ペプチドの探索と医療機器材料開発に向けて
3. 1 クラスタリング手法を用いたEC 選択的・SMC 選択的ペプチドの探索
3. 2 BMP タンパク質由来の細胞選択的骨化促進ペプチドの探索
3. 3 ペプチド-合成高分子の組み合わせ効果による細胞選択性
4 まとめ
第3 章 接着性成長因子ポリペプチドの設計と合成
1 はじめに
2 ムール貝由来接着性ペプチドを利用した成長因子タンパク質の表面固定化
3 進化分子工学を利用した成長因子タンパク質の表面固定化
4 おわりに
第4 章 機能性ペプチド修飾による脱細胞小口径血管の開存化
1 はじめに
2 脱細胞化組織
3 細胞外マトリックスの機能を担うさまざまなペプチド分子
4 リガンドペプチドを固定化した小口径脱細胞血管
5 おわりに
第5 章 リガンドペプチド固定化技術による循環器系埋入デバイスの細胞機能化
1 はじめに
2 循環器系埋入デバイス構成材料
3 リガンドペプチドの固定化による循環器系デバイス基材の細胞機能化
4 チロシンをアンカーとしたリガンドペプチド固定化技術とその応用
5 おわりに
【第V編 再生治療】
第1 章 再生医療に向けてのゼラチン,コラーゲンペプチド
1 はじめに
2 ゼラチンについて
2. 1 生体親和性および生体吸収性
2. 2 細胞接着性
2. 3 加工性および分解性
3 医療用途向け素材beMatrix
3. 1 beMatrix ゼラチン
3. 2 安全性対応
3. 3 高度精製品
3. 3. 1 エンドトキシン
3. 3. 2 ウイルス
3. 3. 3 局方対応
3. 3. 4 滅菌方法
3. 3. 5 原料の管理
3. 3. 6 その他
3. 4 beMatrix コラーゲンペプチド
4 さいごに
第2 章 環状ペプチド性人工HGF の創製と再生医療への可能性
1 はじめに
2 HGF-MET 系の生理機能と構造
3 RaPID 技術
4 特殊環状ペプチド性人工HGF
5 HGFの臨床開発と特殊環状ペプチド性人工HGF の可能性
第3章 線溶系活性化作用を持つ新規ペプチドと再生医療応用
1 はじめに
2 血液線溶と組織線溶
3 SP のプラスミノーゲン活性化促進作用
4 皮膚創傷治癒と組織線溶系
5 SP の皮膚創傷治癒促進作用
6 おわりに
第4 章 オステオポンチン由来ペプチドによる血管新生と生体材料への可能性
第5 章 ペプチドを利用した糖尿病・骨代謝疾患の機能再建と再生
1 超高齢化社会の骨代謝疾患と糖尿病の関係性とペプチド製剤による機能再建
2 CRF ペプチドファミリーのインスリン分泌促進
3 CRF ペプチドファミリーを介する血糖調節とアポトーシス抑制
4 1型糖尿病の再生医療の可能性-膵β細胞の分化・成熟
5 ペプチドホルモンによる膵β細胞の成熟促進
6 細胞間コミュニケーションによる品質管理と恒常性維持
7 ペプチドを利用したDDS と疾患の機能再建と再生
7. 1 骨指向性型ペプチドDDS
7. 2 ポリカチオン型P[Ap(DET)]ナノミセル粒子
7. 3 セルフアセンブル(自己組織化)型ペプチドDDS
8 今後の展望
【第VI編 DDS】
第1 章 バイオ医薬の経粘膜デリバリーにおける細胞膜透過ペプチド(CPPs)の有用性
1 はじめに
2 CPPs の発見と利用性
3 CPPs の種類とその特徴
4 CPPs の細胞膜透過メカニズム
5 CPPs の機能を利用した前臨床研究
5. 1 CPPs-薬物架橋型による研究
5. 2 CPPs 非架橋型薬物送達研究
5. 3 CPPs 非架橋型薬物送達法における吸収促進メカニズム
6 臨床開発の状況
7 おわりに
第2 章 タンパク質の細胞質送達を促進するヒト由来膜融合ペプチド
1 はじめに
2 細胞融合に関与するタンパク質の部分ペプチドの利用
3 ヒト由来の膜透過促進ペプチドの探索
4 ヒト由来の膜透過促進ペプチドS19 の作用機序
5 おわりに
第3 章 核酸医薬のデリバリーを指向したAib 含有ペプチドの創製
1 はじめに
2 細胞膜透過性ペプチド中のAib 残基の重要性
2. 1 Peptaibol 由来Aib 含有ペプチドの細胞膜透過性
2. 2 細胞膜透過性両親媒性ヘリックスペプチド中のAib 残基の重要性
3 Aib 含有細胞膜透過性ペプチドの核酸医薬のデリバリーツールとしての可能性
3. 1 Peptaibol 由来Aib 含有ペプチドによるアンチセンス核酸の細胞内デリバリー
3. 2 MAP(Aib)によるsiRNA の細胞内デリバリー
4 まとめ
第4 章 ペプチド修飾リポソームによるDDS
1 はじめに
2 がんを標的としたペプチド修飾リポソーム
2. 1 AG73 ペプチドを利用した遺伝子デリバリー
2. 2 AG73 ペプチドを利用したドラッグデリバリー
2. 3 AG73 バブルリポソームを利用した超音波造影剤と遺伝子デリバリー
3 脳を標的としたペプチド修飾リポソーム
4 おわりに
第5 章 機能性ペプチド修飾型エクソソームを基盤にした細胞内導入技術
1 はじめに
2 エクソソーム
3 エクソソームの細胞内移行におけるマクロピノサイトーシス経路の重要性
4 人工コイルドコイルペプチドを用いたエクソソームの受容体ターゲット
5 アルギニンペプチドのエクソソーム膜修飾によるマクロピノサイトーシス誘導促進と効率的な細胞内移行
6 おわりに
第6 章 創薬研究におけるホウ素含有アミノ酸およびペプチド
1 はじめに
2 プロテアソーム阻害剤
3 ホウ素中性子捕捉療法(BNCT)に用いるホウ素化合物
3. 1 ホウ素アミノ酸
3. 2 ホウ素ペプチド
4 結語
【第VII編 診断・イメージング】
第1 章 胆道がんホーミングペプチドによる新規腫瘍イメージング技術の開発
1 はじめに
2 がん細胞選択的透過ペプチドの単離
3 胆管がん選択的透過ペプチドの開発
4 胆管がん細胞透過ペプチドBCPP-2 のin vitro 評価と改良点
5 担がんモデルマウスによるBCPP-2R ペプチドのin vivo 評価
6 BCPP-2R ペプチドの細胞透過メカニズム
7 おわりに
第2 章 機能ペプチドを利用した生体光イメージング
1 はじめに
2 生体光イメージングの鍵となる「生体の窓」
3 第1 の生体の窓を利用した発光イメージング
4 酸素依存的分解機能ペプチド
5 細胞膜透過性ペプチド
6 ペプチドプローブを使った光イメージング
7 BRET を用いた生体光イメージングプローブ
8 おわりに
第3 章 放射性標識ペプチドを用いた分子病理診断・内用放射線治療薬剤の開発
1 諸言
2 イメージングと内用放射線療法
3 ペプチドを放射性薬剤化する利点
4 放射性元素の利用とペプチドへの標識
5 臨床応用されている放射性標識ペプチドの開発プロセス
6 放射性ペプチド薬剤を用いた内用放射線療法
7 今後の展望;Theranostics への課題
第4 章 ペプチド固定化マイクロビーズを用いたバイオ計測デバイスの開発
1 はじめに
2 ペプチド固定化担体にマイクロビーズを用いる利点
3 アミロイドペプチド固定化マイクロビーズの開発
4 皮膚感作性試験用ペプチド固定化マイクロビーズの開発
5 おわりに
第5 章 ペプチドマイクロアレイPepTenChipシステムによる検査診断
1 はじめに
2 マイクロアレイによるバイオ検出の基盤技術と新規な生体計測法
3 バイオチップのための新規基板材料と表面化学
4 アレイ化法の検討とマイクロアレイのための蛍光検出器の設計製作
5 これまでのPepTenChipの基礎的研究における応用例
6 結語
