グルコース応答性ボロン酸ポリマーの開発と分子的人工膵島への応用

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07559020
• Research Category: Grant-in-Aid for Developmental Scientific Research (B)
• Research Institution: Tokyo Women's Medical University
• Principal Investigator: 桜井 靖久 東京女子医科大学, 医学部, 教授 (20010027)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 菊地 明彦 東京女子医科大学, 医学部, 助手 (40266820) ; 青柳 隆夫 東京女子医科大学, 医学部, 講師 (40277132) ; 岡野 光夫 東京女子医科大学, 医学部, 教授 (00130237)
• Keywords: フェニルボロン酸 / ポリビニルアルコール / 高分子間コンプレックス / グルコース / センサー / 膨潤・収縮 / イオン伝導度

Research Abstract

血中のグルコース濃度に応答して適切にインスリンを投与する人工膵島システムの開発は糖尿病患者の効果的な治療方法としてその確立が急務である。本研究はフェニルボロン酸の多価水酸基との特異的・可逆的な共有結合の形成に着目し、血中の糖濃度に敏感に応答して必要量のインスリンを放出する新しい人工膵島システムの構築を目指す。本年は、グルコースの検知と物質移動制御法を明らかにする目的で、ボロン酸含有分子とポリビニルアルコール(PVA)との高分子間コンプレックスのグルコース応答型膨潤-収縮機能を利用した白金電極を設計し、グルコース濃度変化に敏感に応答し電気信号に換えるセンサーシステムの構築を追究した。生理pH7.4で多価水酸基と可逆的に結合するボロン酸ポリマーは三級アミノ基を有するモノマーの共存下でラジカル重合により合成した。このボロン酸含有ポリマーとPVAとを有機溶媒中で混合後、トリイソシアナ-トで化学架橋することによりゲルとした。pH7.4の緩衝溶液中で、グルコース濃度の増大に伴ってこのゲルの膨潤度は増加した。これは、PVA水酸基と共有結合していたボロン酸がグルコースの水酸基と置き換わり、見かけの架橋点数が減少し、高分子間コンプレックスが一部解離するために生起した。この膨潤度変化を利用して測定試料中のイオン伝導度変化を計測するセンサーシステムを新たに設計した。白金電極表面にボロン酸ポリマー/PVA高分子間コンプレックスを固定しセンサーとした。グルコース濃度を種々変化させたときの電流の出力はグルコース濃度に比例して増加した。このとき、α-メチル-D-グルコシドの添加による電流変化はほとんど無視できたことから、このセンサーのグルコースに対する特異性が見いだされた。さら、グルコース濃度を繰り返し変化に対応した電流の振幅が観察できたことから、フェニルボロン酸を血中糖濃度のセンサーデバイスとして利用することの有用性が示された。

Research Products

• [Publications] D. Shiino: "Amine containing phenylboronic acid gels for glucose-responsive insulin release under physiological pH" Journal of Controlled Release. 37. 269-276 (1995)
• [Publications] A. Kikuchi: "Glucose-sensing electrode coated with polymer complex gel containing phenylboronic acid" Analytical Chemistry. 68(in press). (1996)
• [Publications] D. Shiino: "Amine effect on phenylboronic acid complex with glucose under physiological pH in aqueous solution" Journal of Biomaterials Science, Polymer Edition. (in press). (1996)