2018 Fiscal Year Research-status Report
生体高分子の3次元印刷を可能とする新規バイオインキの開発と生体材料構築への応用
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17K05932
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
水野 稔久 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90345950)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 細胞足場基材 / ３Dプリンター / 蛋白質 / 細胞培養 / 不織布 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、(1)蛋白質や機能性核酸などの生体高分子を変性させることなく3次元に印刷形可能な「生体高分子に対するバイオインキ」の開発を行い、こちらを用いた(2)幾つかの代表的形状に3次元印刷造形した生理活性材料構築の検討と、(3)細胞培養基材としての機能評価を通して生体材料構築技術としての有効性の評価を目指している。本年度、次年度にかけては（２）、（３）を中心に取り組むこととされているが、（２）、（３）での機能評価においてで不十分な場合には（１）に立ち返ることは想定されている。前年度の検討から、アセチレン基を側鎖に持つγグルタミン酸系ポリマーが、本研究でのバイオインキとして有望な見込みが得られたため、こちらを用いた（２）、（３）の検討を進めていった。しかし、特に（３）の細胞培養系での検討において、血清入りの培地に浸漬したときに、非常に早い期間で分解されてしまう問題点が明らかとなった。そこで（１）に立ち返り、研究提案にある一分子内にジアセトンアミン基部分と、アセチレン基部分を含むアクリルアミド系ポリマーの検討を再度進めた。３Dプリントするインキ開発においては、架橋剤添加後の硬化速度が十分早いことが重要である。ジアセトンアミン基部分に対する架橋剤であるアジピン酸ジヒドラジド（ADH）を添加した場合、アセチレン基部分に対する架橋剤であるトリエチレングリコールビスアジド（TGBA）を添加した場合で硬化速度を比較したところ、後者については混合後、非常に高速な硬化挙動が見られた（数秒以内）。そこで、（２）の検討となる、こちらを用いた格子状の立体構造物の作製を、３Dプリンターで検討を行った。緑色蛍光蛋白質を内包した構造体も作製を行ったが、各々の架橋反応により蛍光発光挙動が影響を受けることはなかったため、蛋白質を変性させずに内包固定化するという要件は満たされていた。
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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
前年度の検討から、アセチレン基を側鎖に持つγグルタミン酸系ポリマーが、本研究でのバイオインキとして有望な見込みが得られたため、こちらを用いた細胞培養系への検討を進めていった。しかし、血清入り培地に浸漬したときに、非常に早い期間で分解されてしまう問題点が明らかとなったため、再度インキ材料開発に立ち戻り、研究提案にある一分子内にジアセトンアミン基部分と、アセチレン基部分を含むアクリルアミド系ポリマーの検討を再度進めた。その結果、培地中での不安定性という問題は解決されたため、次年度以降細胞培養系での機能評価を進めていきたい。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では、(1)蛋白質や機能性核酸などの生体高分子を変性させることなく3次元に印刷形可能な「生体高分子に対するバイオインキ」の開発を行い、こちらを用いた(2)幾つかの代表的形状に3次元印刷造形した生理活性材料構築の検討と、(3)細胞培養基材としての機能評価を通して生体材料構築技術としての有効性の評価を目指している。前年度の検討から、アセチレン基を側鎖に持つγグルタミン酸系ポリマーが、本研究でのバイオインキとして有望な見込みが得られたため、こちらを用いた細胞培養系への検討を進めていった。しかし、血清入り培地に浸漬したときに、非常に早い期間で分解されてしまう問題点が明らかとなったため、再度インキ材料開発に立ち戻り、研究提案にある一分子内にジアセトンアミン基部分と、アセチレン基部分を含むアクリルアミド系ポリマーの検討を再度進め、その結果培地中での不安定性という問題は解決された。架橋剤添加後の高速な硬化挙動も見られ、こちらを用いた格子状の立体構造物の作製も３Dプリンターで検討を行った。また緑色蛍光蛋白質を内包した構造体作製を行ったが、蛋白質を変性させずに内包固定化するという要件は満たされていた。以上のことから、蛋白質を内包した構造体の作製は可能な段階まで来ていると思われる。しかし一方で、アクリルアミド系ポリマーはそのままでは一般に細胞接着性はないため、今後は細胞接着性を持った他の高分子と複合化することで、細胞接着性を付与する検討を進めていく。
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| Causes of Carryover |
本研究提案において最も研究経費がかかるのは、細胞実験での消耗品費用である。今年度は、細胞実験系での検討があまり進まなかったため、研究費が少しセーブされた。しかし、次年度具体的な細胞系の実験を進めるのに費用がかかるため、この予算を有効に使用していきたい。
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