2015 Fiscal Year Research-status Report
バイオマテリアルの生体適合性制御を達成する高分子合成法の開発
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15K05512
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
小林 慎吾 九州大学, 先導物質化学研究所, 特任准教授 (70625110)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | バイオマテリアル / 血液適合性材料 / 開環メタセシス重合 / 精密重合 / 定序性高分子 / regio選択的重合 / Grubbs触媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高分子バイオマテリアルが発現する生体適合性の制御を達成するためには、一次構造が厳密に制御された合成高分子材料を用い、1)高分子構造とその材料表面物性、2)材料表面物性とその水和構造、3)水和構造と吸着タンパク質の変性、4)吸着タンパク質の変性と細胞挙動、について、段階的かつ総合的に解明していくことが不可欠である。
本研究では、側鎖配列が厳密に制御された高分子の合成法の確立と、その生体適合性材料への応用に関する研究を通じ、上記1)～4)について段階的かつ総合的に解明し、高分子バイオマテリアルの生体適合性制御を達成する高分子合成法を開発することを目的に研究を行っている。
平成27年度は、①ポリ(2-メトキシエチルアクリレート)（PMEA）と全く同様の側鎖構造を有する高分子について、側鎖間隔が2炭素（PMEA）、5炭素、7炭素、8炭素に厳密に制御された高分子の合成に成功し、得られた高分子が発現する物性の評価までを終了した。また、②PMEAと同等の血液適合性を発現するポリ(テトラヒドロフルフリルアクリレート)（PTHFA）の側鎖構造に着目し、側鎖の主鎖に対する結合様式をエステル、エーテル、アミドと変更した高分子について、2炭素および8炭素間隔で側鎖が導入された高分子の合成に成功し、その高分子物性評価と血液適合性評価を行った。その結果、①PMEAと同程度の親水性を発現させるために必要な側鎖導入率の下限値を見出した。また、②側鎖の主鎖に対する結合様式として、親水性、血液適合性の向上に関して最も好ましい構造を特定した。
上記の研究過程で得られた成果については、投稿論文、学会発表によって報告を行っており、今年度は論文6報（筆頭1報）、特許1報（特願2015-214795）、国際学会発表6件（口頭1件）、国内学会15件（依頼2件、本人6件、関連7件）の報告を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当該研究課題の進捗状況に関しては、おおむね順調に進展しているといえる。2015年4月より九州大学先導物質科学研究所に異動したため、研究環境の整備に若干の時間を必要としたものの、目標としていた高分子合成の大部分を2015年度中に達成することができた。
研究実績に記載した高分子合成のうち、①側鎖間隔が制御されたPMEA類似体の合成に関しては、いくつかの高分子について当初予定していた合成経路からの経路変更を余儀なくされたものの、目標としていた4種の高分子のうち、3種の合成に成功した。また、②側鎖の結合様式を変更したPTHFA類似体の合成に関しては、8炭素ごとに側鎖が導入された高分子の合成をすべて完了し、同様の側鎖構造を導入したビニル型高分子との物性比較を通じて、親水性の向上に最適な側鎖の結合様式を見出すことができた。また、研究が予想以上の進展を見せたため、側鎖の結合様式を変更すると同時にその間隔をも制御する手法の開発についても検討を開始し、合成経路をほぼ確立することができた。
得られた高分子の生体適合性評価については、血小板粘着試験による血液適合性の確認を通じて行っており、②で合成した高分子に関して年度内にすべての評価を終了した。得られた結果から、血液適合性の向上に有効な側鎖の結合様式について有用な知見を得ることができた。
全体を通じて、年初に予定していた合成とその物性評価、ならびに生体適合性の評価をほぼ終了させることができており、この点において2015年度の本研究の進捗状況は、おおむね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
2015年度に合成を達成した高分子について、血液適合性評価（血小板粘着試験など）を通じて生体適合性に関する知見の獲得を進め、今後のモノマー構造の設計や、高分子バイオマテリアルの機能制御に向けた高分子構造の設計に反映できる情報の収集を最優先に進める。
また、2015年度中に行った高分子合成の結果から、側鎖間隔の厳密な制御を達成するために必要なモノマー構造の要件に関して知見を得ることができたため、2016年度以降に行うモノマー合成、高分子合成に対してその知見を反映し、側鎖の間隔や、その配列がより高度に制御された高分子の合成を継続していく予定である。
本研究につながるこれまでの研究の過程で、合成高分子が発現する生体適合性、とりわけ血液適合性に関しては、高分子が発現する「中間水」と呼ばれる特殊な水和構造の発現が不可欠であることが明らかになっており、その発現量について閾値とも呼べる最低限の必要量が見出されている。上記の結果を踏まえて、2015年度に得られた高分子が発現する中間水量と発現する血液適合性の相関性について検討を進め、高分子バイオマテリアルが発現する生体適合性の精密制御を達成する高分子合成法の確立につなげていく予定である。
加えて、申請者が継続的に行っている新規ビニル型高分子を用いた高分子構造と生体適合性の相関性の解明に関する研究の過程で、極めて高い血液適合性を発現する側鎖構造が見出されたため、本研究で導入する側鎖構造にもその知見を反映し、さらに高い生体適合性を発現する高分子バイオマテリアルの創出を目指していくことを考えている。
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| Causes of Carryover |
当該年度に予定していた高分子合成のうち、1種について当初予定していた合成経路から経路の変更を行った結果、年度内に合成を終了することができず、使用を予定していた試薬数種（物品費として計上）について当該年度内の購入を行なわなかったため。
また、年度内に投稿を予定していた論文について、追加データの取得を要することが判明し、年内に論文校閲（その他として計上）を受けることができなかったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
上記理由に記載した高分子の合成経路については検討を継続しており、次年度中に必要物品（試薬）の購入を行い申請額を使用する予定である。
また、論文投稿にかかる校閲についても、次年度注には申請額通りに使用する予定である。
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