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2017 Fiscal Year Annual Research Report

分子運動性超分子の異方性スキャホールドによる歯根の安定保持可能な歯周組織の再生

Research Project

Project/Area Number 16H01852
Research InstitutionTokyo Medical and Dental University

Principal Investigator

由井 伸彦  東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 教授 (70182665)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 山口 聰  東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 講師 (00280628)
有坂 慶紀  東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 助教 (70590115)
井関 祥子  東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 教授 (80251544)
田村 篤志  東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 助教 (80631150)
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2021-03-31
Keywordsポリロタキサン / 分子運動性 / スキャホールド / 歯根膜細胞
Outline of Annual Research Achievements

ポリロタキサンは多数の環状分子を線状高分子が貫通した超分子構造体であり、その構造特性として環状分子が線状高分子鎖に沿って運動する分子運動性が期待される。これまでにこのポリロタキサンを被膜した動的表面の分子運動性調節によって細胞機能が操作できることを報告している。本研究課題では、分子運動性が傾斜分布したポリロタキサンゲルを細胞接着足場として作製し、硬組織と軟組織とから構成される複合組織である歯周組織の再生基盤技術を確立することに取り組む。平成29年度は、ポリロタキサン架橋剤を主成分としたヒドロゲル上における細胞機能応答について解析を行った。ポリロタキサンヒドロゲルを用いて線維芽細胞の培養を行ったところ、細胞の初期接着性が究めて低く、僅かに接着した細胞は分子運動性調節に関わらずその伸展がほとんど認められなかった。そこで細胞接着を促すウシ血清タンパク質やフィブロネクチンをゲル表面にコーティングすることを試みたが、細胞接着性の改善には至らなかった。そのため新たなポリロタキサン架橋剤としてシクロデキストリン部位に細胞接着性ポリペプチドであるアルギニン-グリシン-アスパラギン酸(RGD)モチーフを修飾したRGD-ポリロタキサン架橋剤を設計・合成した。このRGD-ポリロタキサン架橋剤を用いてヒドロゲルと作製したところ、細胞の初期接着性および伸展性が向上した。RGDモチーフを修飾していないヒドロゲルにおいてほとんどの細胞が接着しなかったことから、RGD-ポリロタキサンヒドロゲル上の細胞は分子運動するシクロデキストリンのRGDモチーフを介して接着しており、ポリロタキサンの分子運動性が直接的に細胞へ伝達されることが期待できる。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

ポリロタキサンにRGDモチーフを修飾することによって、分子運動性調節による細胞機能操作が高く期待されるポリロタキサンハイドロゲルの作製が可能となったため、おおむね順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

分子可動性の異なるRGD-ポリロタキサン架橋剤を用いて生体外(in vitro)における細胞機能操作を試みる。具体的にはシクロデキストリン貫通数およびRGD修飾数の異なるポリロタキサンハイドロゲルを用いて分子運動性の及ぼす細胞の接着、増殖、形態への影響について解析する。また細胞の機能および分化についても遺伝子発現、タンパク質産生などの観点から評価を行う。その上で歯周組織再生に適したポリロタキサンハイドロゲル組成について検討し、実際に生体内(in vitro)系での評価に取り組む予定である。

  • Research Products

    (23 results)

All 2018 2017

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 6 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results) (of which Overseas: 1 results)

  • [Journal Article] pH-Responsive Coacervate Droplets Formed from Acid-Labile Methylated Polyrotaxanes as an Injectable Protein Carrier2018

    • Author(s)
      Nishida Kei、Tamura Atsushi、Yui Nobuhiko
    • Journal Title

      Biomacromolecules

      Volume: 19 Pages: 2238~2247

    • DOI

      10.1021/acs.biomac.8b00301

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A silencing-mediated enhancement of osteogenic differentiation by supramolecular ternary siRNA polyplexes comprising biocleavable cationic polyrotaxanes and anionic fusogenic peptides2018

    • Author(s)
      Inada Takasuke、Tamura Atsushi、Terauchi Masahiko、Yamaguchi Satoshi、Yui Nobuhiko
    • Journal Title

      Biomaterials Science

      Volume: 6 Pages: 440~450

    • DOI

      10.1039/C7BM01100H

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Tethered bone morphogenetic protein-2 onto sulfonated-polyrotaxane based surfaces promotes osteogenic differentiation of MC3T3-E1 cells2017

    • Author(s)
      Arisaka Yoshinori、Yui Nobuhiko
    • Journal Title

      Journal of Biomaterials Science, Polymer Edition

      Volume: 28 Pages: 974~985

    • DOI

      10.1080/09205063.2017.1319095

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Potentiating bioactivity of BMP-2 by polyelectrolyte complexation with sulfonated polyrotaxanes to induce rapid bone regeneration in a mouse calvarial defect2017

    • Author(s)
      Terauchi Masahiko、Inada Takasuke、Kanemaru Tomoki、Ikeda Go、Tonegawa Asato、Nishida Kei、Arisaka Yoshinori、Tamura Atsushi、Yamaguchi Satoshi、Yui Nobuhiko
    • Journal Title

      Journal of Biomedical Materials Research Part A

      Volume: 105 Pages: 1355~1363

    • DOI

      10.1002/jbm.a.36016

  • [Journal Article] 超分子構造高分子によるインテリジェント機能の発現と生体材料応用2017

    • Author(s)
      田村 篤志、有坂 慶紀、由井 伸彦
    • Journal Title

      高分子論文集

      Volume: 74 Pages: 239~249

    • DOI

      10.1295/koron.2016-0072

  • [Presentation] Enhanced bone regeneration efficacy of bone morphogenetic protein-2 by the complexation with sulfonated polyrotaxanes2018

    • Author(s)
      Masahiko Terauchi, Takesuke Inada, Atsushi Tamura, Nobuhiko Yui, Satoshi Tamaguchi
    • Organizer
      The 30th Annual Congress of Taiwanese Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 超分子骨格に基づいたバイオマテリアル機能の創発2018

    • Author(s)
      由井伸彦
    • Organizer
      新化学技術推進協会 ライフサイエンス技術部・材料分科会講演会
    • Invited
  • [Presentation] 機械的連結様式の超分子によるバイオマテリアル機能の創発: 悠久なる研究と悠然たる教育を目指した四半世紀を振り返って2018

    • Author(s)
      由井伸彦
    • Organizer
      日本バイオマテリアル学会 中四国ブロック第6回講演会
    • Invited
  • [Presentation] Modulating cellular functions via supramolecular polyrotaxanes2017

    • Author(s)
      Nobuhiko Yui, Ji-Hun Seo, Atsushi Tamura, Yoshinori Arisaka
    • Organizer
      9th Asian Cyclodextrin Conference
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Emerging polyrotaxane frameworks for modulating cellular functions2017

    • Author(s)
      Nobuhiko Yui
    • Organizer
      International Symposium on Frontiers in Biomedical Polymer 2017 (FBPS’17)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Directing cell fate via supramolecular characteristics of polyrotaxanes2017

    • Author(s)
      Nobuhiko Yui
    • Organizer
      EPFL-TMDU Joint BiomaterialsI & Bioelectronics Symposium
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Bone regeneration using bone morphogenetic protein-2 with supramolecular sulfonated polyrotaxane in mouse calvarial defect model2017

    • Author(s)
      Masahiko Terauchi, Takasuke Inada, Atsushi Tamura, Satoshi Yamaguchi, Nobuhiko Yui
    • Organizer
      7th International Conference on Mechanics of Biomaterials and Tissues
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Surface-tethering of bone morphogenetic proteins onto sulfonated polyrotaxane substrates2017

    • Author(s)
      Yoshinori Arisaka, Nobuhiko Yui
    • Organizer
      6th Asian Biomaterials Congress
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Surface design of polyrotaxane-based materials with growth factors for enhancing cell2017

    • Author(s)
      Yoshinori Arisaka,Nobuhiko Yui
    • Organizer
      第39回日本バイオマテリアル学会大会
    • Invited
  • [Presentation] 硫酸化ポリロタキサン/骨形成因子複合体によるマウス頭蓋骨欠損モデル骨形成促進効果2017

    • Author(s)
      寺内正彦,稲田大佳輔,田村篤志,山口 聰,由井伸彦
    • Organizer
      第39回日本バイオマテリアル学会大会
  • [Presentation] 血管内皮細胞を活性化するための硫酸化ポリロタキサン表面の設計2017

    • Author(s)
      兵頭克弥,有坂慶紀,山口 聰,由井伸彦
    • Organizer
      第39回日本バイオマテリアル学会大会
  • [Presentation] 軸高分子末端嵩高さの調節による反応性ポリロタキサンの定量的合成2017

    • Author(s)
      田村篤志, 利根川朝人, 由井伸彦
    • Organizer
      第66回高分子討論会
  • [Presentation] 骨分化を促進するための骨形成因子固定化超分子表面の構築2017

    • Author(s)
      有坂慶紀, 由井伸彦
    • Organizer
      第66回高分子討論会
  • [Presentation] オリゴエチレングリコール修飾ポリロタキサンの温度応答特性と修飾官能基構造の影響2017

    • Author(s)
      大橋 萌, 田村篤志, 由井伸彦
    • Organizer
      第66回高分子討論会
  • [Presentation] β-シクロデキストリン含有超分子の細胞内導入におけるオリゴエチレングリコール鎖の修飾効果2017

    • Author(s)
      大橋 萌, 田村篤志, 由井伸彦
    • Organizer
      第34回シクロデキストリンシンポジウム
  • [Presentation] 細胞導入効率向上を目指したオリゴエチレングリコール修飾ポリロタキサンの設計と機能評価2017

    • Author(s)
      大橋 萌,田村篤志,由井伸彦
    • Organizer
      第46回医用高分子シンポジウム
  • [Presentation] 超分子ポリロタキサンを用いた短鎖脂肪酸の多点提示による慢性炎症治療薬の開発2017

    • Author(s)
      松井秀人, 柴口塊, 田村篤志, 松村光明, 三浦宏之, 由井伸彦
    • Organizer
      日本補綴歯科学会第126回学術大会
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 内部分解型ポリロタキサンおよびその合成方法2017

    • Inventor(s)
      由井伸彦、田村篤志、有坂慶紀、伏見麻由
    • Industrial Property Rights Holder
      由井伸彦、田村篤志、有坂慶紀、伏見麻由
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      PCT/JP2017/17133
    • Overseas

URL: 

Published: 2018-12-17  

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