AI設計の次世代ステルス材料と極細硬性内視鏡を開発 ―光熱がん治療の新たな可能性を切り拓く―

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2026-07-21 東北大学

東北大学とエア・ウォーター株式会社などの研究グループは、AIを活用して設計した人工タンパク質「IDP1」と極細硬性内視鏡を組み合わせ、新しい光熱がん治療技術を開発した。AlphaFoldを用いて設計したIDP1は、生分解性を持つステルス材料としてナノ粒子表面を被覆し、従来のPEGより4倍以上長く血中に滞留しながら、免疫細胞による排除を回避して腫瘍へ高効率に集積した。さらに、標準的な注射針に挿入可能な直径0.5mmの極細硬性内視鏡を開発し、腫瘍内部から直接近赤外レーザを照射する接触型光熱療法を実現した。マウス大腸がんモデルでは、薬剤1回投与とレーザ1回照射のみで14日以内に腫瘍が消失し、40日以上再発せず、顕著な全身毒性も認められなかった。本成果は、AI設計材料と低侵襲デバイスを融合した次世代がん治療技術として、深部腫瘍治療やナノ医療への応用が期待される。

AI設計の次世代ステルス材料と極細硬性内視鏡を開発 ―光熱がん治療の新たな可能性を切り拓く―
図1. 本研究の概要。ヒト血清アルブミンからコンピュータで設計した人工タンパク質IDP1でコーティングした光熱変換ナノ粒子(IDP1-CNH/ICG)を静脈投与し、注射針サイズの極細硬性内視鏡を腫瘍内に挿入して直接レーザを照射することで、効率的な光熱がん治療を実現した。

<関連情報>

本質的に無秩序なポリペプチドをベースとしたステルス材料により、in situファイバーベースの透過型レーザーシステムを用いた光熱がん治療の強化が可能になる Intrinsically Disordered Polypeptides-Based Stealth Materials Enable Enhanced Photothermal Cancer Therapy Using an In Situ Fiber-Based Penetrating Laser System

Kei Nishida, Hiromasa Yamashita, Akira Takahashi, Eijiro Miyako
Small Science  Published: 14 July 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/smsc.70342

Abstract

Photothermal therapy has emerged as a minimally invasive cancer treatment strategy, yet poor nanoparticle (NP) stability, nonspecific accumulation, and inefficient laser delivery to deep tumor tissues markedly limit conventional approaches. Here, we report the rational design of intrinsically disordered polypeptides (IDPs) as next-generation stealth materials for photothermal cancer therapy applications using a novel contact-mode laser irradiation system. IDP1 was computationally designed as a hydrophilic IDP inspired by albumin’s primary sequence. IDP1 exhibited an exceptional fourfold prolonged blood circulation half-life (t1/2 = 150.5 min) relative to PEG (t1/2 = 17.8 min). IDP1-conjugated lipid NPs encapsulating carbon nanohorns and indocyanine green (IDP1-CNH/ICG) demonstrated efficient tumor accumulation via the enhanced permeability and retention effects. We developed a graded-index plastic optical fiber endoscope system with integrated real-time fluorescence imaging capability, enabling image-guided contact-mode near-infrared laser irradiation and achieving superior photothermal conversion compared to conventional noncontact irradiation, representing 27% higher heating efficiency. In Colon26-bearing mice, complete tumor regression occurred within 14 days after single-dose IDP1-CNH/ICG administration combined with contact-mode laser irradiation, without recurrence or systemic toxicity. Overall, this study establishes IDP1 as versatile stealth biomaterials and demonstrates the synergistic potential of advanced NP design with innovative laser delivery systems for effective cancer therapy.

医療・健康
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