高野 勇太 (タカノ ユウタ)

電子科学研究所 物質科学研究部門准教授

研究者基本情報

■ 学位
  • 博士(理学), 筑波大学
■ URL
researchmap URLホームページURL■ ID 各種
J-Global ID■ 研究キーワード・分野
研究キーワード
  • 光誘起電子移動
  • ペロブスカイト型ナノ結晶
  • カーボンナノホーン
  • 半導体量子ドット
  • フラーレン (特に内包系)
  • カーボンナノチューブ
  • 光治療
  • 光物理化学
  • 光機能性分子
研究分野
  • ライフサイエンス, 生物有機化学
  • ナノテク・材料, 構造有機化学、物理有機化学
  • ナノテク・材料, 機能物性化学
  • ナノテク・材料, ナノ材料科学
  • ナノテク・材料, 生体化学
■ 担当教育組織

経歴

■ 経歴
経歴
  • 2017年04月 - 現在
    北海道大学, 電子科学研究所, 准教授
  • 2011年10月 - 2017年03月
    京都大学, 物質―細胞統合システム拠点, 特定拠点助教
  • 2010年04月 - 2011年09月
    筑波大学, 生命領域学際研究センター, 博士研究員
学歴
  • 2005年04月 - 2010年03月, 筑波大学大学院, 数理物質科学研究科
  • 2007年09月 - 2008年08月, (留学) マドリッド-コンプルテンセ大学, 化学部
委員歴
  • 2025年04月 - 現在
    フラーレン・ナノチューブ・グラフェン学会, ナノカーボンバイオシンポジウム運営委員 委員長, 学協会

研究活動情報

■ 受賞
  • 2022年03月, 日本化学会北海道支部, 日本化学会北海道支部奨励賞
  • 2016年10月, フラーレン・ナノチューブ・グラフェン学会, 第13回大澤賞
    髙野 勇太
  • 2011年08月, 日本化学会第4回関東支部大会, 優秀講演賞
    髙野 勇太
■ 論文
■ その他活動・業績
■ 書籍等出版物
  • Cell-inspired materials and engineering
    Wang, Dan Ohtan; Packwood, Daniel
    Springer, 2021年, 9783030559236, viii, 257 p., 英語
  • Chemical Science of pi-Electron Systems Part II. Curved pi-Electron Systems
    M. Yamada; S. Sato; Y. Takano; L. Feng; S. Nagase; T. Akasaka, Endohedral Metallofullerenes: From Chemical Reactivity to Material Performance
    Springer, Berlin, Germany, 2015年, [分担執筆]
  • Organic Nanomaterials -Synthesis, Characterization, and Device Applications-
    M. Yamada; X. Lu; L. Feng; S. Sato; Y. Takano; S. Nagase; T. Akasaka, Fundamental and Applied Aspects of Endohedral Metallofullerenes as Promising Carbon Nanomaterials
    Wiley, London, U.K., 2013年, [分担執筆]
■ 講演・口頭発表等
  • 生体酵素を利用したナノ粒子成形法:機能性メゾスコピック粒子を創製する革新的手法
    高野 勇太; アクター ルマナ; カークウッド ニコラス; ザーマン サマンサ; 高草木 達; マルヴァニ ポール; ビジュ ヴァスデヴァンピライ
    日本化学会第106春季年会, 2026年03月19日, 日本語, 口頭発表(一般)
    2026年03月17日 - 2026年03月20日, 50149774
  • Concentration-Responsive Photo-Redox Modulation in Chitosan Platinum(II)-Porphyrin/Chitosan Composite
    Kushal Mohan Gowda; Vasudevanpillai Biju; Yuta Takano
    北海道大学J-PEAKSフォトンフロンティアフォーラム2025, 2025年12月23日, 英語, ポスター発表
    2025年12月23日
  • Concentration-Dependent Photo-Redox Switching of a Chitosan Supported Platinum(II)-Porphyrin Complex
    Kushal Mohan Gowda; Vasudevanpillai Biju; Yuta Takano
    The 26th RIES-HOKUDAI International Symposium, 2025年11月26日, 英語, ポスター発表
    2025年11月26日 - 2025年11月27日, 50149774
  • ミトコンドリア標的型ナノカプセルにおける光感受性物質の含有量増加に伴う光線力学的療法の治療効果の向上
    木村 祐美; 高野 勇太; 佐藤 悠介; 山田 勇磨
    第84回日本癌学会学術総会, 2025年09月26日, 日本語, 口頭発表(一般)
    2025年09月25日 - 2025年09月27日
  • Historical overview of nanocarbon bio-research from Japan
    Yuta Takano
    The 15th Nanocarbon Bio Symposium, 2025年09月23日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    50149774, [招待講演]
  • ミノサイクリン-カーボンナノホーン複合体の生体内における光熱効果ならびに生体適合性の評価.
    前田由佳利; 平田恵理; 高野勇太; 小西大輔; 横山敦郎; 坂口究
    第45回日本口腔インプラント学会 東北・北海道支部大会, 2025年09月06日, 日本語, 口頭発表(一般)
    50149774;46932187
  • 癌光治療用ミトコンドリア標的型ナノカプセルにおける光感受性物質の含有量増加に伴う力価向上の検討
    木村祐美; 長縄莉奈; 高野勇太; 真栄城正寿; 渡慶次学; 佐藤悠介; 山田勇磨
    日本薬学会北海道支部第152回例会, 2025年05月17日, 日本語
    2025年05月17日 - 2025年05月17日
  • 近赤外光を用いた光機能性化合物開発と循環型材料への展開
    高野 勇太
    J-PEAKS Photon Frontier Kick-off meeting, 2025年04月10日, 日本語, シンポジウム・ワークショップパネル(指名)
    [招待講演]
  • Bio-catalytic Nanoparticle Shaping (BNS): A Novel Method for Synthesizing Diverse Inorganic and Organic Mesoscopic Particles
    Yuta Takano
    2024 International Conference on Advanced Nano-Micro Materials (ICNM2 2024), 2024年12月06日, 英語, シンポジウム・ワークショップパネル(指名)
    32560976;50149774, [招待講演]
  • Bio-enzymatic Nanoparticle Shaping (BNS) for Preparing Variety of Inorganic and Organic Materials
    Yuta Takano
    2024 RIES-CEFMS Symposium, 2024年11月28日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    50149774;32560976, [招待講演]
  • 近赤外光を用いた光機能性化合物開発と循環型材料への展開
    高野 勇太
    光有機化学研究会, 2024年10月26日, 日本語, 口頭発表(招待・特別)
    50149774;46932187;32560976;44545886;32560977, [招待講演]
  • スルホン-ロサミンを基とした有機分子近赤外光触媒
    吉田和矢; 川端利幸; 中川達夫; 鈴木俊明; ビジュ・ヴァスデヴァンピライ; 高野勇太
    2024年光化学討論会, 2024年09月03日, 英語, 口頭発表(一般)
  • 生体触媒ナノ粒子成形法による量子ドットおよびポルフィリン集合体の作製
    高野 勇太; アクター ルマナ; カークウッド ニコラス; ザーマン サマンサ; ワン ティアンシー; マルヴァニ ポール; ビジュ ヴァスデヴァンピライ
    2024年光化学討論会, 2024年09月03日, 日本語, 口頭発表(一般)
    46932187;32560976;44545886
  • Bio-enzymatic shaping of inorganic and organic nanoparticles
    Yuta Takano
    MULTIDIM SYMPOSIUM -Bi-dimensional carbon materials and beyond: synthesis, properties and biomedical applications-, 2024年06月15日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    46932187;32560976;44545886;32560977, [招待講演]
  • 革新的3次元細胞培養デバイスを利用した 高性能ミトコンドリア標的型光がん治療薬の開発
    高野 勇太; 山田 勇磨; 宮武 由甲子; 繁富 香織
    第6回北海道大学部局横断シンポジウム, 2020年10月19日
    [招待講演]
  • High efficiency photothermal convirsion of 9-substituted acridinium using photo-induced metastable betaine
    高野 勇太; Devika Sasikumar; V. P. Biju
    2020年web光化学討論会, 2020年09月09日
  • 光増感分子rTPAを搭載したミトコンドリア標的型ナノカプセルの構築および担癌モデルマウスを用いた癌光治療戦略の検証
    山田 勇磨; サトリアルディ; 高野 勇太; Vasudevan; Pillai Biju; 原島 秀吉
    日本薬学会 第140年会, 2020年03月25日, 口頭発表(一般)
  • 9-置換アクリジニウムの光誘起準安定ベタインを利用した光熱変換の高効率化
    高野 勇太; Sasikumar Devika; Vasudevan; Pillai Biju
    日本化学会第100春季年会, 2020年03月, 口頭発表(一般)
  • Delayed Red-Shifted Emission by Energy Transfer-Induced Photon Recycling in Pressed Lead Halide Perovskites
    S. Bhagya Lakshmi; S. Ghimire; Y. Takano; K. Yuyama; V. P. Biju
    2019年光化学討論会, 2019年09月, 英語, 口頭発表(一般)
    [国内会議]
  • The Activated Reaction of Singlet Oxygen Trapped in an Electron Donor-Acceptor Molecular Sensor
    D. Sasikumar; Y. Takano; M. Hamada; K. Yuyama; Y. Kobori; V. P. Biju
    2019年光化学討論会, 2019年09月, 英語, ポスター発表
    [国内会議]
  • Mitochondrial targeting phototherapy by near-infrared light and pi-extended porphyrin/drug delivery carrier conjugate
    髙野 勇太
    7th International conference for young chemists, 2019年08月14日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • 有機分子の特異な光励起状態を利用したミトコンドリア内酸化・還元反応の誘起
    髙野 勇太
    第72回日本酸化ストレス学会, 2019年06月26日, 日本語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国内会議]
  • Steady-state Spectroscopic Studies of the Kinetics of Singlet Oxygen Sensing by 9-Substituted Anthracene Derivatives
    D. Sasikumar; Y. Takano; K. Yuyama; V. P. Biju
    日本化学会第99春季年会, 2019年03月, 英語, 口頭発表(一般)
    [国内会議]
  • Conjugate of pi-extended porphyrin/drug delivery carrier for near-infrared cancer phototherapy
    髙野 勇太; Satrialdi; 宗近 玲那; 原島 秀吉; 山田 勇磨; Vasudevan; Pillai Biju
    日本化学会第99春季年会, 2019年03月, 英語, 口頭発表(一般)
    [国内会議]
  • Anisotropic magnetic properties of an endohedral metallofullerene for molecular location sensing
    Y. Takano; R. Tashita; M. Suzuki; H. Imahori; T. Akasaka
    56th The American Chemical Society meeting, 2018年08月, 英語, 口頭発表(一般)
    [国際会議]
  • Extended Diffusion of Charge Carriers in Perovskite Nanocrystal Assembly
    S. Ghimire; L. Chouhan; K. Yuyama; Y. Takano; V. P. Biju
    日本化学会第98春季年会, 2018年03月, 日本語, 口頭発表(一般)
    [国内会議]
  • Photoinduced reductive reaction in mitochondria by electron donor/acceptor linked molecules
    Y. Takano; R. Munechika; V. P. Biju; H. Harashima; H. Imahori; Y. Yamada
    日本化学会第98春季年会, 2018年03月, 英語, 口頭発表(一般)
    [国内会議]
  • Development of Electron Donor-Acceptor Conjugates for Utilizing Photoinduced Charge Separated State in Cell Environment
    Y. Takano; T. Numata; K. Fujishima; T. Murakami; M. Kengaku; S. Sakaki; Y. Mori; H. Imahori
    iCeMS International Symposium Hierarchical Dynamics in Soft Materials and Biological Matter, 2015年09月, 英語, ポスター発表
    [国際会議]
  • Porphyrin-Fullerene Based Donor-Acceptor Conjugates for Photocontrol of Cell Membrane Potentials
    Y. Takano; T. Numata; K. Fujishima; T. Murakami; M. Kengaku; Y. Mori; H. Imahori
    The 227th the Electrochemical Society (ECS) meeting, Chicago, U.S.A., 2015年05月26日, 英語, 口頭発表(一般)
    2015年05月24日 - 2015年05月28日, [国際会議]
  • Unprecedented Chemical Reactivities and Potential Utilities of Paramagnetic Endohedral Metallofullerenes
    Y. Takano; T. Akasaka
    The 227th the Electrochemical Society (ECS) meeting, Chicago, U.S.A., 2015年05月, 英語, 口頭発表(基調)
    [招待講演], [国際会議]
  • Development of Porphyrin-Fullerene Based Amphiphilic Donor-Acceptor Conjugates for Photocontrol on Cell Membrane Potential
    Y. Takano; T. Numata; M. Kengaku; T. Murakami; Y. Mori; H. Imahori
    第95回日本化学会春季年会, Chiba, Japan, 2015年03月28日, 日本語, 口頭発表(一般)
    2015年03月26日 - 2015年03月29日, [国内会議]
  • Development of Porphyrin-Fullerene Based Donor-Acceptor Conjugates for Utilizing Photoinduced Charge Separated State in Cell Environment
    Y. Takano; H. Imahori
    第二回 ナノカーボンバイオシンポジウム, Tokyo, Japan, 2015年02月, 日本語, 口頭発表(一般)
    [国内会議]
  • Development of Porphyrin-Fullerene Based Donor-Acceptor Conjugates for Utilizing Photoinduced Charge Separated State in Cell Environment
    髙野 勇太
    International SPIRITS Symposium “Creation of Bio-Inspired, Non-Biological Mesoscale Hybrid Materials”, Kyoto, Japan, 2014年11月, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • Regulation of cell membrane potential and ion transport by utilizing photo-induced charge separation in organic molecules
    髙野 勇太
    iCeMS International Symposium “Light Control in Cell Biology”, Kyoto, Japan, 2014年06月, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • Synthesis and Photophysical and Photoelectrochemical Properties of Diazaporphyrin-Fullerene Linked Dyad
    M. Yamamoto; Y. Takano; Y. Matano; K. Stranius; N. V. Tkachenko; H. Lemmetyinen; H. Imahori
    225th the Electrochemical Society (ECS) meeting, 2014年05月, 英語, 口頭発表(一般)
    [国際会議]
  • Unique Molecular Properties of a Paramagnetic Endohedral Metallofullerene La@C82: Its Chemical Reactivities, and Electronic and Magnetic Properties
    Y. Takano; J. Veciana; D. M. Guldi; N. Martin; T. Akasaka
    The 225th the Electrochemical Society (ECS) meeting, Orlando, U.S.A., 2014年05月, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • Photoinduced depolarization in membrane of PC12 by fullerene-porphyrin linked molecules
    Y. Takano; T. Numata; K. Miyake; T. Murakami; Y. Mori; H. Imahori
    The 36th annual meeting of the Molecular Biology Society of Japan, Kobe, Japan, 2013年12月, 日本語, ポスター発表
    [国内会議]
  • Unprecedented Chemical, Electronic and Magnetic Properties of a Paramagnetic Endohedral Metallofullerene La@C82
    Y. Takano; J. Veciana; D. S. Guldi; N. Martin; T. Akasaka
    3th Symposium on Carbon Nanoforms, Madrid, Spain, 2013年09月, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • Intra-molecular electron accepting and donating systems based on endohedral metallofullerenes
    Y. Takano; M. A. Herranz; N. Martin; D. M. Guldi; S. Nagas; T. Akasaka
    The 15th International Symposium on Novel Aromatic Compounds (ISNA), 2013年07月, 英語, ポスター発表
    [国際会議]
  • Photoregulation of Mammalian Cell Membrane Potential by Porphyrin/Fullerene based Donor/Acceptor Linked Molecules
    Y. Takano; T. Numata; T. Murakami; F. Kawashima; N. Morone; J. E. Heuser; Y. Mori; H. Imahori
    The 15th International Symposium on Novel Aromatic Compounds (ISNA), 2013年07月, 英語, ポスター発表
    [国際会議]
  • Inhibition of potassium channels and control of cell membrane potentials by photo-induced charge separated molecules
    Y. Takano; T. Numata; T. Murakami; F, Kawashima; N. Morone; J. E. Heuser; Y. Mori; H. Imahori
    第93回日本化学会春季年会, 2013年03月, 日本語, 口頭発表(一般)
    [国内会議]
  • Establishment of intra-molecular electron accepting and donating systems based on endohedral metallofullerenes
    Y. Takano; N. Mizorogi; M. A. Herranz; N. Martin; D. M. Guldi; S. Nagase; T. Akasaka
    第43回フラーレン•ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム, Miyagi, Japan, 2012年09月, 日本語, 口頭発表(一般)
    [国内会議]
  • Establishment of intra-molecular electron accepting and donating systems based on endohedral metallofullerenes
    Y. Takano; S. Obuchi; N. Mizorogi; M. A. Herranz; N. Martin; S. Wolfrum; D. M. Guldi; S. Nagase; T. Akasaka
    10th International Conference on Heteroatom Chemistry (ICHAC), Kyoto, Japan, 2012年05月, 英語, 口頭発表(一般)
    [国際会議]
  • Donor-Acceptor Conjugates of Lanthanum Endohedral Metallofullerene, La2@C80, and π-Extended Tetrathiafulvalene
    Y. Takano; M. A. Herranz; N, Martin; S. G. Radhakrishnan; D. M. Guldi; T. Tsuchiya; T. Akasaka
    PACIFICHEM 2010, Honolulu, U.S.A., 2010年12月, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
■ 主な担当授業
  • 環境物質科学基礎論Ⅱ, 2024年, 修士課程, 環境科学院
■ 所属学協会
  • フラーレン・ナノチューブ・グラフェン学会
  • 日本ケミカルバイオロジー学会
  • アメリカ化学会
  • 日本化学会
■ 共同研究・競争的資金等の研究課題
  • カーボンドットを応用した感染制御能と骨形成能を有する革新的GBR膜の開発
    科学研究費助成事業
    2024年04月01日 - 2027年03月31日
    横山 敦郎; 赤坂 司; 山本 悟; 平田 恵理; 高野 勇太
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 24K12996
  • 酵素分解を利用した循環型メゾスコピック粒子材料
    戦略的な研究開発の推進 戦略的創造研究推進事業 さきがけ
    2024年09月 - 2027年03月
    高野 勇太
    酵素分解を利用した革新的な微粒子生成法により、環境調和型メゾスコピックナノ粒子材料(ms粒子)を創製する手法の確立を目指します。特に、非可食性バイオマスや廃棄物由来の原料を用いて金属ナノ粒子集合体や分子触媒ナノ粒子などを開発し、新規なms粒子の機能発現を実現します。本手法で生成されるms粒子は酵素分解性の連結部位を有するため、使用後の分解・リサイクルが容易な環境調和型ナノ材料として期待できます。
    科学技術振興機構, 北海道大学, 研究代表者, JPMJPR24M5
  • ナノカーボンと近赤外光を用いたインプラント周囲炎に対する新たな光線力学療法の開発
    科学研究費助成事業
    2023年04月01日 - 2026年03月31日
    平田 恵理; 横山 敦郎; 高野 勇太
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 23K09266
  • 高輝度安定型量子ドットと革新的マイクロ細胞組織による光治療薬開発と1分子動態解明
    科学研究費助成事業
    2021年04月01日 - 2025年03月31日
    高野 勇太; 宮武 由甲子; 平田 恵理; 山田 勇磨; 繁富 香織
    本年度は、当初計画通り「(II):マイクロ組織内の分子動態解明を利用した高効果光がん治療薬の開発」および「(III):マイクロ組織を活用した光治療薬開発プロセスの一般化」を中心に研究遂行した。また、本研究の遂行から発明された新規ナノ粒子作成方法について「(I):3D培養系で高い浸透性・発光性・安定性をもつ機能化量子ドットの合成と培養組織内動態の解明」に関連して新規展開し、その理解の深化と基盤構築を並行して行った。
    (II)に関して、各種光増感剤の改良・新規開発を行った。我々がこれまでも用いているπ拡張型ポルフィリン分子(rTPA)を利用した系の開発に成功した【成果論文2報】。ここではrTPAについて包括的な開発を行い、その液中挙動及び光励起状態での光増感剤としての性能評価をおこない、用途に応じて至適なrTPA誘導体を選択する基盤を確立した。この知見をもとに、ナノ薬剤やナノカーボンとの複合化による光治療薬向け化合物開発が加速した。
    (III)に関して、歯科医療応用に向けた近赤外光治療向けの化合物開発を行った。カーボンナノホーンを担体としてrTPAと複合化することで、効果的な近赤外光増感作用を発現して殺菌効果を示す材料開発を達成した【成果論文1報】。
    新規展開の(I)について、量子ドット凝集体を利用することでより長時間露光や環境変化に対しても安定に発光をつづける発光ラベルが得られることを見出した(特願2023- 79183、論文準備中)。この知見は、長時間観察が必要になることの多い3次元培養細胞系において、有用な発光ラベル調製法となりため、これを利用した薬物輸送キャリアのプロトタイプ開発も行った。これらは、3次元細胞系を基軸にした展開を行っていた本研究ゆえに実現した物質開発といえる。
    以上のように、研究は申請書記載の当初計画案にそっておおむね順調に進行している。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 23K21067
  • 高輝度安定型量子ドットと革新的マイクロ細胞組織による光治療薬開発と1分子動態解明
    科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    2021年04月01日 - 2025年03月31日
    高野 勇太
    本年度は、当初計画通り「(I):3D培養系で高い浸透性・発光性・安定性をもつ機能化量子ドットの合成と培養組織内動態の解明(研究1~2年目計画)」のために細胞標的指向性分子-量子ドット複合体の開発に着手した。量子ドットに対してポリエチレングリコール鎖を介して水酸基(中性)およびカルボン酸(アニオン性)を接合した量子ドットを合成した。また、量子ドットに対して癌細胞マーカーとして良く知られているCD44抗体およびEpCAM抗体を接合した複合体も作成し、血液モデルのPBMC中から癌細胞を選択的に癌細胞認識できることを確認した。当該量子ドット-抗体複合体は現在、膵がん細胞における取り込み挙動を、2次元培養および3次元培養にて検討中である。また、量子ドット自体の光安定性についても検討を行い、光照射強度に応じて表面エッチングが起きる一方、光強度の制御や量子ドット表面組成によって細胞毒性を抑え得ることを見出した。
    また「(II):マイクロ組織内の分子動態解明を利用した高効果光がん治療薬の開発(研究2~3年目計画)」に関して、その前段階として光増感剤の開発検討を行った。我々がこれまでも研究に用いているπ拡張型ポルフィリン分子(rTPA)について、量子ドット表面への担持やナノカーボン表面への担持を行い、その光増感性能(=一重項酸素発生能)の検証を行った。その結果、量子ドット表面への直接不可は、分子凝集などが原因となり十分な一重項酸素発生能を発揮しない一方、ナノカーボンの1種であるカーボンナノホーンに担持したrTPAは十分な一重項酸素発生能と殺がん効果を発揮し得ることを見出した。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 21H01753
  • カーボンドット の光応答性を用いた薬剤放出制御機能を有する革新的人工骨の開発
    科学研究費助成事業 挑戦的研究(萌芽)
    2022年06月30日 - 2024年03月31日
    横山 敦郎; 山本 悟; 平田 恵理; 高野 勇太
    日本学術振興会, 挑戦的研究(萌芽), 北海道大学, 22K19609
  • 膵臓がん細胞集団の捕食機構を解明・利用したトロイの木馬型がん治療薬の開発
    科学研究費助成事業
    2021年07月09日 - 2023年03月31日
    高野 勇太; 宮武 由甲子; 山田 勇磨; 繁富 香織
    本年度は当初計画通り、「[段階-I] 捕食誘引物質の粗分離、観察、構造決定による同定」にとりかかり、膵がん細胞の死細胞を調製した上で捕食誘引物質の分離を開始した。まず、死細胞について大きく「アポトーシス様死細胞」と「ネクローシス様死細胞」に分けて調製し、それぞれ膵がん細胞より再構築したミクロ組織3次元と共培養しながらリアルタイム顕微鏡観察を行い、取り込まれる挙動の観察を行った。この際、コントロール条件として1μm(大体アポトーシス死細胞と同サイズ)のCOOH修飾蛍光ビーズを用いた。結果、COOH修飾蛍光ビーズでは細胞への取り込み、特に細胞集団が触手を伸ばすなどの能動的な取り込みは起きないことを確認した。そして「アポトーシス様死細胞」と「ネクローシス様死細胞」は両者とも取り込まれることを確認したが、ネクローシス様死細胞では取り込みがやや少ない傾向にあった。これはネクローシスでは死細胞構造がランダムであるとともに、細胞内容物が維持できないことが一因であると考えられた。よって、今後の検討は主にアポトーシス様死細胞で行うこととした。現在は、アポトーシス様死細胞の大量調製と、粗分離を開始したところである。
    また、「[段階-II]捕食誘引物質を複合化した高薬効性の光がん治療薬の合成開発」の準備段階として、量子ドットに近赤外光殺がん分子(rTPA)を接合した複合体や、ドラッグデリバリキャリアとrTPAの複合化も行い、その一重項酸素発生能および光殺がん効果を確認した。本研究の遂行によってドラッグデリバリキャリアとrTPAの相性により、内容分子の機能性(本研究の場合は光殺がん性能)が変化することが分かった。今後、最適化を進め最大効率で殺がん効果を示す複合体プロトタイプを作成し、本研究の目的とするトロイの木馬型殺がん化合物を完成させる。
    日本学術振興会, 挑戦的研究(萌芽), 北海道大学, 21K19036
  • インプラント周囲炎治療を可能とする光応答性ナノカーボンインプラントの開発
    科学研究費助成事業 基盤研究(C)
    2020年04月01日 - 2023年03月31日
    平田 恵理; 横山 敦郎; 高野 勇太
    本研究の目的は,カーボンナノ物質の光線力学作用を用いて,近赤外光を照射した際に抗菌作用を発揮させ,インプラント周囲炎に応用することである.本年度は,さらに高い殺菌効果を得るため,光増感剤をカーボンナノホーン(CNHs)に修飾し,その効果を検証した.
    π拡張型ポルフィリン分子(rTPA)は700nm近傍の光を高い効率で吸収し,約50%の高い量子収率で一重項酸素を発生させる.このrTPAをアミノ化したCNHsとの間でアミド結合形成し,rTPA-CNHを得た.CNH-rTPAの熱重量分析を行ったところ,CNH-rTPA中のCNHとrTPAの割合がおよそ1:1であることが示唆された.CNH-rTPAの吸収スペクトルを測定したところ,可視光領域から近赤外光領域に渡るCNHの特徴的な吸収と,仕込み量の比率に比例した712nm近傍に特徴的なrTPAの吸収帯が観測された.次に,一重項酸素発生能を評価したところ,CNHs:rTPA=1:1のものが一番大きな一重項酸素産生能を示したため,以後の実験ではこの条件で作成したCNH-rTPAを用いた.また,rTPAはPBSなどの高いイオン濃度溶液中に単独で存在すると凝集形成し一重項酸素が抑制されるところ,CNHと複合化することで十分な一重項酸素発生能を保持することも明らかとなった.
    Streptococcus mutans,Aggregatibacter actinomycetemcomitanceの分散液にrTPA-CNHを添加して10分間730nmの光を照射したところ,どちらの菌も半分以上の菌数減少がみられた.また,細胞毒性を調べるために,線維芽細胞の培養実験を行った.細胞播種4時間後にCNH-rTPAを添加し,10分間光照射した結果,CNH-rTPA添加および光照射による細胞数の減少はみられなかった.
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 20K10025
  • 革新的口腔領域用生体材料を目的としたインテリジェントカーボンナノマテリアルの創製
    科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    2019年04月01日 - 2022年03月31日
    横山 敦郎; 赤坂 司; 山本 悟; 平田 恵理; 高野 勇太; 湯田坂 雅子; 岡崎 俊也
    本研究の目的は、カーボンナノ物質(CNMs)に薬剤や成長因子を担持させ徐放を制御する方法を確立し、CNMsのインテリジェント化を図ることによりインテリジェントカーボンナノマテリアルを創製し(i-CNMs)、i-CNMsとデンタルインプラントやGBR膜からなる革新的口腔領域用生体材料を開発することである。
    本年度は、2種類のカーボンナノホーン(未酸化型:as-CNH、酸化型:CNHox550)を、ミノサイクリン(MC)を分散媒として水溶液中に分散させることに成功した。吸収スペクトル、熱重量分析および理論計算により、これらの分散液中ではMCがCNHに付着していることが示された。これらのMC/as-CNH複合体の抗菌活性をStreptcoccus mutans及びAggregatibacter actinomycetemcomitansを用いて調べたところ、MC/as-CNH複合体はMCと同等の細菌増殖抑制活性を維持していることが明らかとなった。透過型電子顕微鏡観察により、MC/as-CNH複合体は細菌と直接接触していることが示された。以上の結果から、MC/as-CNH複合体はインテリジェントカーボンナノマテリアル(i-CNMs)への応用の可能性が示唆された。さらに、ミノサイクリンのように医薬品の中には、内在性の薬効を発揮するとともに、カーボンナノ材料の分散を促進する機能を持つものがあることを明らかにした。
    CNH、単層カーボンナノチューブ(SCNT)等のCNMsに関する生体反応の相違についても現在検索を進めている。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 19H03839
  • 糖脂質GM3のネフリン・リン酸化制御機構を利用した巣状糸球体硬化症の治療法の確立
    科学研究費助成事業
    2017年04月01日 - 2022年03月31日
    川島 永子; 仲山 賢一; 内藤 正吉; 高野 勇太
    申請者らは、i) 足細胞障害初期はGM3の減少を伴う、ii) バルプロ酸を介したGM3の発現増強は、蛋白尿、糸球体硬化病変の出現に予防的・治療的効果をもつ、iii) F-アクチン線維束崩壊の阻止、ネフリン・リン酸化の機能正常化に有効である、iv) ネフリンとGM3は互いに協調して挙動していること等を見出した。
    これらの結果は、スリット膜を構成するネフリンが、ネフリンの膜貫通領域の周囲に存在する糖脂質によって制御され、結果として足細胞の健全化・正常なスリット膜の機能維持に寄与している可能性を示唆している。同時に、蛋白尿治療の標的として足細胞に発現する糖脂質GM3も候補となり得る可能性を高めた。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北里大学, 17K09709
  • カーボンナノ物質の生物学的特性を用いた革新的組織修復・骨再生のストラテジーの構築
    科学研究費助成事業 挑戦的研究(萌芽)
    2018年06月29日 - 2021年03月31日
    横山 敦郎; 山本 悟; 平田 恵理; 高野 勇太
    本研究の目的は、カーボンナノ物質(CNMs)の生体内分解性(吸収性)と生体に対する反応(刺激)の関係を明らかにするともに、我々が考案したCNMsの軽微な刺激により産生されるサイトカインがマクロファージを誘導、分化し、組織の間葉系細胞などを介して組織修復・骨再生を促進するという仮説を実証することにより、CNMsの生物学的特性を用いた新たな組織修復・骨再生のストラテジーを構築することである。本年度は、チタン(Ti)表面にカーボンナノホーン (CNHs) を修飾したCNH/Ti上でマクロファージを培養し、遺伝子発現を解析するとともに炎症性サイトカインの産生について検索した。
    培養1日後のマイクロアレイによるGene Ontology解析において、Tiと比較してCNH/Tiは、マクロファージのDNAの転写、修復ならびに複製に関する遺伝子がdown regulateされていた。培養3日後のサイトカイン発現量については、CNH/TiのTNFαとIL-6はTiと比較して有意に低く、IL-10は、両者の間に有意差を認めなかった。TNFαとIL-6は、M1型マクロファージが分泌する炎症性サイトカインであり、骨形成の阻害因子であることが報告されている。一方、IL-10はM2マクロファージによる抗炎症性サイトカインとして知られている。以上のことから、Ti表面のCNHsは、DNAの転写、修復ならびに複製を制御し、炎症反応に影響を与えることが示唆された。
    日本学術振興会, 挑戦的研究(萌芽), 北海道大学, 18K19627
  • 光電荷分離分子による細胞小器官機能の光制御法開発
    科学研究費助成事業 基盤研究(C)
    2015年04月01日 - 2018年03月31日
    高野 勇太; 今堀 博; 村上 達也; 山田 勇磨
    本研究では、光による新たな細胞機能制御法および光治療法開発に向けた基盤技術として、分子の光誘起による電荷分離状態を利用した機能性分子開発を行った。主に両親媒性フェロセン-ポルフィリン-フラーレン連結型分子やメシチル-アクリジニウム骨格を有する分子について、細胞内光機能性を検討した。
    成果として、細胞膜流動性を高めた分子の開発により高い電荷分離効率によって細胞膜の光誘起脱分極を起こすことに成功した。また、薬物輸送キャリアの利用または分子構造の最適化により生細胞のミトコンドリア選択的な分子輸送に成功し、その上での光照射により細胞内で光酸化・還元反応を引き起こす手法の開発に成功した。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 15K05563
  • 光電荷分離の基礎学理構築と新展開
    科学研究費助成事業 基盤研究(S)
    2013年05月31日 - 2018年03月31日
    今堀 博; 梅山 有和; 高野 勇太; 村上 達也
    本研究では、光電荷分離状態を高効率で利用できる学理を確立し、有機太陽電池などの太陽エネルギー変換系の高効率化、および細胞機能制御へと展開していくことを狙った。すなわち、電子ドナー・電子アクセプター界面において、相互作用の指標である電子カップリングを強い状態から弱い状態へと連続的に変化させることで、励起錯体形成と電荷分離状態生成および電荷分離寿命とその生成収率の関係を系統的に明らかにできた。それによって、今まで系ごとに違った“光電荷分離状態”に関する統一した学理を構築する端緒が得られた。
    日本学術振興会, 基盤研究(S), 京都大学, 25220801
  • 自己組織化による光機能発現
    科学研究費助成事業 基盤研究(A)
    2013年04月01日 - 2017年03月31日
    今堀 博; 梅山 有和; 高野 勇太; 村上 達也
    本研究では自己組織化と光機能性分子/ナノ材料を組み合わせ、高効率エネルギー変換や新規生体機能を発現する次世代人工光合成を創成していくことを目指した。すなわち、ナノ領域での光機能性分子/ナノ材料、メゾ-マイクロ領域の自己組織化の鍵となる相互作用を理解し、制御することを目的とした。特に次のような学際的な手法により、特異な巨視的特性-機能を発現させることを行った。(1) 種々の分子/ナノ材料を階層的に自己組織化するための構造ー機能相関の学理を解明することを目指した。特にフラーレン・カーボンナノチューブ・グラフェンを半導体電極上に同時に自己組織化し、光電変換特性を発現することに成功した。 (2) ポルフィリン、共役ポリマー、フラーレン誘導体などの光機能性分子/ナノ材料を合理的に電極上に自己組織化させることで高効率太陽光エネルギー変換を実現することを目指した。特に 浸漬溶媒を変化することで酸化チタン上の色素分子の吸着状態を変化させ、結果として色素増感太陽電池性能を制御できることを見いだした。一方、有機薄膜太陽電池では共役ポリマーの主鎖構造にハロゲン原子を導入することでフラーレン誘導体との混合膜状態を変化させ、太陽電池特性を制御することに成功した。(3) 光電荷分離分子と生きた細胞を自己組織化を通じて融合することで細胞機能を光で制御することを行った。具体的には光電荷分離分子を生きた細胞膜に導入し光照射を行うと、細胞膜電位の脱分極が起こること、また光電荷分離寿命と脱分極の大きさに相関があることを見いだした。
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 京都大学, 25248018
  • 新規ポルフィリン誘導体-水分解触媒連結分子による光駆動型物質変換系の開発
    科学研究費助成事業 挑戦的萌芽研究
    2013年04月01日 - 2015年03月31日
    今堀 博; 高野 勇太
    人工光合成を用いたエネルギー技術を確立するため、1)世界最高レベルの触媒回転数と触媒回転頻度を有する光増感型水分解触媒の開発、2)上記光増感型触媒を基にした人工光合成水分解デバイスの構築と高効率な物質変換系の実現、を目指した。高い酸化能力を有する一連のポルフィリン誘導体を合成し、光励起により電子移動が可能であること、生成した酸化状態が高い酸化力を有することを証明した。一方、Licheng Sunらが開発した世界最高レベルの水分解触媒活性を有するルテニウム錯体を合成し、両者を半導体電極に共吸着させた光電気化学セルを構築した。その結果、光駆動による水分解触媒反応が起こっていることを確認できた。
    日本学術振興会, 挑戦的萌芽研究, 京都大学, 25620148
  • 膜タンパク質機能制御のための光誘起電荷分離分子開発
    科学研究費助成事業 若手研究(B)
    2013年04月01日 - 2015年03月31日
    高野 勇太
    細胞膜電位は神経細胞等において各種細胞活動を制御する重要な要素である。そのため、膜電位の人為制御は医療分野への利用も期待できる細胞工学的アプローチである。本研究では、光により細胞膜電位を制御する新規手法の開発を行った。この目的のために、細胞環境において光誘起により高効率で電荷分離する分子の構造を模索し、凝集体構造をとりながらも41%の量子収率を示す分子開発に成功した。この分子と、各種比較対象分子をPC12細胞やラット由来ニューロンの細胞膜に導入し、光照射することにより有意に細胞膜の脱分極を引き起こせることと、その脱分極の度合いが電荷分離状態への量子収率に相関を有していることを見出した。
    日本学術振興会, 若手研究(B), 京都大学, 25810098
■ 学術・社会貢献活動/その他
学術貢献活動
  • The 15th Nanocarbon Bio Symposium
    2025年09月23日
    企画立案・運営等
    大会・シンポジウム等
    フラーレン・ナノチューブ・グラフェン(FNTG)学会