分解制御可能なハイドロゲルを用いた欠損組織の機能的再生方法の検討

• Project/Area Number: 21K12621
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 90110:Biomedical engineering-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 藤澤 彩乃 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任助教 (10624885)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 分解性生体材料 / ハイドロゲル / 再生足場材

Outline of Research at the Start

本研究では、最適な分解速度を実現したハイドロゲルを再生足場材として活用することで、再生臓器の機能回復に寄与することを目指す。
分解時に生体との間で生じる相互作用を詳細に解明することで、材料設計における生物学的な因子を明らかにし、臓器ごとに探索した最適分解時間を埋植部位において再現させる。最終的には、生理活性物質や細胞などの再生に寄与する因子を搭載し、欠損臓器の機能的再生を実現する。

Outline of Annual Research Achievements

分解性に設計したTetra-PEG Gelを、生体内の複数部位に対して埋植した。ゲル化反応に用いる残基の一部を蛍光物質とリンクさせることで、体外からその残 存を経時的に確認した結果、同一の部位あるいは処置の実験群内で、分解速度に大きなばらつきが確認された。また、非分解性に設計したTetra-PEG Gelにおい ても、埋植後に分解する例を認めた。 分解する場合と分解しない場合について、一貫した法則性が見出せなかったため、比較的単純な再生経過を辿る骨欠損モデルについて、組織の炎症あるいは再 生因子の添加による組織再生の進行をパラメータとし、分解性の発揮の有無について検討を行った。その結果、早期に再生する個体においては、非分解性の Tetra-PEG Gelであっても速やかに分解される傾向が見られた。分解性のTetra-PEG Gelについては、設計よりはるかに速やかに分解された。皮下埋植において非 分解性Tetra-PEG Gelが分解された事例の組織像と考え合わせると、免疫系細胞の寄与によるGel分解亢進の可能性が示唆され、特に骨のリモデリングにおいては マクロファージ系の破骨細胞が重要な機能を担うことから、貪食細胞を起点とした炎症カスケードが作用していると仮説を立てた。 複数の免疫系細胞株を用いてのTetra-PEG Gel分解実験を行った。
末梢由来マクロファージと循環血単球の細胞株を比較し、その働きから分解に寄与する作用点を推測した。また、Tetra-PEG Gelの組成によって分解挙動が異なることを見出した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

机上での設計と生体内での分解挙動が一致しなかったため、本研究では、計画した順序と逆に、まず分解に寄与する因子を明らかにすることを目指し、生物学的なデータを積み上げることで正確な分解性を発揮するようアプローチを変更している。
実験を滅菌プラスチック資材や生化学材料の空輸において遅延があるが、最終年度に効率化して実験を行うことで目的を達成できる見込みである。

Strategy for Future Research Activity

免疫系細胞株の実験によって分解速度調整の糸口を見出したため、遺伝子発現解析等を用いて関与因子を明らかにする。
材料の分解性を物理的だけでなく生物学的に制御し、不都合な線維増成を物理的に抑制するだけでなく、適切な炎症抑制や再生促進が可能となるような徐放手段として併用できるよう計算・設計を行う予定である。