2017 Fiscal Year Annual Research Report
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17H03464
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
伊藤 大知 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 准教授 (50447421)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長谷川 潔 東京大学, 医学部附属病院, 教授 (20292906)
酒井 康行 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (00235128)
浦野 泰照 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 教授 (20292956)
太田 誠一 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 助教 (40723284)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 医用化学工学 / バイオマテリアル / 膵臓がん / ハイドロゲル / 膵液 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
膵臓がんの切除に伴い，術後に約３０%の患者で膵液瘻（膵液漏）が発生する．膵液瘻により漏出した膵液は，消化酵素により周辺臓器を溶解し，全膵切患者のうち約１%は死に至る．膵臓切除の術後は膵液瘻の防止にかかっている．しかし市販の膵液瘻防止材料は存在せず，臨床現場から開発が強く要請されている．本研究では，膵液が体液の中では例外的に弱アルカリ性であることに着目し，新たに膵液と接触することでゲル化するin situ架橋ハイドロゲルを開発する．
まず候補材料としてPEG-SH（チオール化ポリエチレングリコール）とPEG-AC（アクリレート化ポリエチレングリコール）のマイケル付加反応を用いたハイドロゲルを開発した。PEG-SHとしては4分岐、PEG-ACとしては2分岐、あるいは3分岐のプレカーサーポリマーを用いた。調整したハイドロゲルのヤング率や膨潤挙動の評価を行った。ラットやマウスなどの小型動物を用いた膵液瘻モデルは極めて少ない．本年度の検討により，蛍光物質インドシアニングリーン（ICG）を用いて，膵管位置を確認しながら，離断部と膵液瘻の重症度の関係を明らかにし，重度，中程度，軽度のラット膵液瘻モデルを自由自在に作製できる技術を確立しつつある．またラットCommon duct離断モデルが3日後に100%の死亡率を示す重症膵液瘻の症状を示すことが明らかになり，PEG-SH（チオール化ポリエチレングリコール）とPEG-AC（アクリレート化ポリエチレングリコール）のマイケル付加反応を用いた膵液応答ゲルを開発して適用した所，コントロール群と材料投与群で腹水量に有意の低下を認めた．
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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
PEG-SH（チオール化ポリエチレングリコール）とPEG-AC（アクリレート化ポリエチレングリコール）のマイケル付加反応を用いたハイドロゲルを開発した。PEG-SHとしては4分岐 PEG-SH（チオール化ポリエチレングリコール）とPEG-AC（アクリレート化ポリエチレングリコール）のマイケル付加反応を用いたハイドロゲルを開発した。PEG-SHとしては4分岐、PEG-ACとしては2分岐、あるいは3分岐のプレカーサーポリマーを用いた。3分岐PEG-ACを用いたハイドロゲルの方が高いヤング率を示した。このために以後の検討では全て3分岐のPEG-ACを用いた。さらにゲル化速度を数分以下にするために、あらかじめPEG-SHとPEG-ACを予混合し、ゲル化速度を高速化した。これらのゲルは予想した通り膵液近傍の弱アルカリ性のpHでも反応するが、反応速度は低下するものの、生理的ｐHである7.4付近でもゲル化が進行した。作成したゲルは1週間以上かけてゆっくりと分解することが明らかになり、生体分解性材料として利用できることが明らかになった。また設計通り膵液付近のpHの方が高いゲル化速度を示すことが明らかになった。
さらに動物モデルとしては、蛍光物質インドシアニングリーン（ICG）を用いて，膵管位置を確認しながら，離断部と膵液瘻の重症度の関係を明らかにし，重度，中程度，軽度のラット膵液瘻モデルを自由自在に作製できる技術を確立しつつある。またラットCommon duct離断モデルが3日後に100%の死亡率を示す重症膵液瘻の症状を示すことが明らかになり，開発のPEG-SH/PEG-ACゲル適用した所、一部のラットに1週間以上の生存を認めるとともに、コントロール群と材料投与群で腹水量に有意の低下を認めた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、膵液成分であるトリプシンやキモトリプシンなどの酵素のゲル中拡散を解析することで、膵液瘻の防止効果と蛋白質の輸送現象の関係を明らかにする。タンパク質の拡散遅延がかかるゲル網目サイズをin situ架橋ゲルでどこまで実現できるかが本研究の鍵となる。粘弾性測定結果からゲルの網目サイズの推定を行う。この際に可視化するツールとして、膵液瘻蛍光プローブを用いる。また新たな材料系として、当初の計画通り、ダブルin situ架橋ハイドロゲル系を開発し，拡散遅延効果をより高めることを目標とする。
また微小組織レベル、あるいは細胞レベルでの材料との相互作用を明らかにするために、プレカーサーポリマーやゲルと培養細胞に与える影響を検証する。さらに動物モデルでは、Common duct離断モデルに加えて、膵液と胆汁がすでに混合しているCommon ductを離断するモデルに加えて、Splenic ductを離断する中程度の膵液瘻を引き起こす動物モデルを導入することで、本開発の材料の評価を行う。複数の動物モデルで材料の性能を評価することで、材料設計の本質に迫る。また材料の膨潤速度や分解速度も重要なパラメーターであり、過度の膨潤を抑制することは膵液瘻防止効果を最大化する上で重要であると予想されるため、拡散物性や膨潤挙動が異なる組成の異なるPEG-SH/PEG-ACゲルを用いて、材料設計に重要なパラメーターの抽出を行うことを目標とする。
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