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Sequential Formation of Self-Repairing Peptide Type Double Networks and Their Deployment as Cell Scaffolds

Research Project

Project/Area Number 21K18063
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 90120:Biomaterials-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

Ishikawa Shohei  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特別研究員 (50897981)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Keywordsハイドロゲル / ダブルネットワーク / 自己組織化ペプチド / ポリエチレングリコール / 組織再生足場 / 細胞足場 / 自己修復性 / 逐次形成
Outline of Research at the Start

動的な分子間架橋に基づきナノオーダーのファイバーネットワークを形成する自己組織化ペプチドは、傷が元に戻る自己修復性と細胞を活性化し組織再生を促す組織再生性を併せ持つことから、細胞包埋型の足場として利用価値が高い。しかし、ペプチドのゲル化原理は、水素結合や疎水性相互作用などの物理的な架橋が形成されることだが、この架橋様式を介し設計するゲルの力学強度は非常に低いため、組織代替材料として応用し難い。そこで本研究では、複合ネットワークの逐次形成手法と、高力学特性を達成するダブルネットワーク(DN)戦略を取り入れることで、ペプチドを用いた自己修復性インジェクタブルDN ゲルの設計指針を提供する。

Outline of Final Research Achievements

In this study, a novel polymer gel composed of a biocompatible material with high mechanical properties and cell adhesion was developed using a sequential polymer network formation technique. Previous studies have encountered difficulty in achieving this combination of properties. The material is a fully synthetic composition of self-assembling peptides and polyethylene glycol, which minimizes concerns regarding toxicity. The polymer gel developed in this study holds potential for contributing to the advancement of tissue engineering and regenerative medical applications.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

現行のダブルネットワークゲルは、① 細胞毒性を伴う光架橋や重合法を用いたゲル化手法、② ゲル物性の制御が困難な高粘性材料、③ 生体適合性に乏しい高分子などの、バイオメディカル応用に不向きな材料戦略だった。しかしながら本研究では、これらの課題を全て克服したダブルネットワークゲルを、完全合成材料を用い、高分子網目の逐次形成手法を組み合わせることで作成した。本研究成果は、新規なダブルネットワークゲルの作成手法を提案するとともに、臨床的な観点からも基盤となる技術となり得る。

Report

(3 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2023 2022 2021

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 4 results) Presentation (4 results)

  • [Journal Article] Molecular Weight-dependent Diffusion, Biodistribution, and Clearance Behavior of Tetra-armed Poly(ethylene glycol) Subcutaneously Injected into the Back of Mice.2023

    • Author(s)
      Ishikawa S, Kato M, Si J, Yu L, Kimura K, Katashima T, Naito M, Kurita M, Sakai T.
    • Journal Title

      ACS Macro Letter

      Volume: 12 Issue: 4 Pages: 510-517

    • DOI

      10.1021/acsmacrolett.3c00044

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Simple Preparation of Injectable Hydrogels with Phase-Separated Structures That Can Encapsulate Live Cells2022

    • Author(s)
      Ishikawa Shohei、Yoshikawa Yuki、Kamata Hiroyuki、Chung Ung-il、Sakai Takamasa
    • Journal Title

      ACS Applied Materials & Interfaces

      Volume: 14 Issue: 31 Pages: 35444-35453

    • DOI

      10.1021/acsami.2c09906

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Injectable hydrogels with phase-separated structures that can encapsulate live cells2022

    • Author(s)
      S. Ishikawa, Y. Yoshikawa, H. Kamata, U. Chung, and T. Sakai.
    • Journal Title

      bioRxiv

      Volume: -

    • DOI

      10.1101/2022.01.31.478579

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Percolation induced gel-gel phase separation in a dilute polymer network2022

    • Author(s)
      S. Ishikawa, Y. Iwanaga, T. Uneyama, X. Li, H. Hojo, I. Fujinaga, T. Katashima, T. Saito, U. Chung, N. Sakumichi, and T. Sakai
    • Journal Title

      arXiv:2202.09754

      Volume: -

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Open Access
  • [Journal Article] 逐次網目形成に基づくインジェクタブルゲルの設計と軟骨組織再生に関する研究2022

    • Author(s)
      石川 昇平
    • Journal Title

      科学フォーラム

      Volume: 427 Pages: 62-63

    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Journal Article] On-demand retrieval of cells three-dimensionally seeded in injectable thioester-based hydrogels2021

    • Author(s)
      S. Ishikawa, H. Kamata, U. Chung, and T. Sakai.
    • Journal Title

      RSC Advances

      Volume: 11 Issue: 6 Pages: 23637-23643

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.1c02396

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ポリエチレングリコールからなるインジェクタブル相分離ゲルの作成と細胞培養足場材への展開2022

    • Author(s)
      石川 昇平、吉川 祐紀、鎌田 宏幸、鄭 雄一、酒井 崇匡
    • Organizer
      第51 回医用高分子シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ゲル化臨界濃度付近で作成した高分子ゲルの疎水化を伴う相分離現象2022

    • Author(s)
      石川 昇平, 岩永 康秀, 畝山 多加志、Li Xiang, 北條 宏徳, 藤長 郁夫, 片島 拓弥, 齋藤 琢, 岡田 康志, 鄭 雄一,作道 直幸, 酒井 崇匡
    • Organizer
      第44回日本バイオマテリアル学会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ゲル化臨界濃度で作成した高分子ゲルの相分離挙動とラット皮下における埋植評価2022

    • Author(s)
      石川 昇平, 岩永 康秀, 畝山 多加志, Li Xiang, 北條 宏徳, 片島 拓弥, 岡田 康志, 鄭 雄一, 作道 直幸, 酒井 崇匡
    • Organizer
      第34 回高分子ゲル研究討論会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 相分離構造を有するハイドロゲルの作成と細胞足場としての応用2022

    • Author(s)
      石川昇平、吉川祐紀、鎌田宏之、鄭雄一、酒井崇匡
    • Organizer
      ムーンショット技術交流会
    • Related Report
      2021 Research-status Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2024-01-30  

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