絹構造の改変・構造制御・大量生産技術の確立と歯・骨再生医療材料の開発

2006 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18105007
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• Principal Investigator: 朝倉 哲郎 東京農工大学, 大学院共生科学技術研究院, 教授 (30139208)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宮浦 千里 東京農工大学, 大学院共生科学技術研究院, 教授 (20138382)
• Keywords: 高分子構造・物性 / 生体材料 / 移植・再生医療 / 蛋白質 / 絹

Research Abstract

歯・骨の再生医療用の新規材料として、カルシウム結合性、細胞接着性、生分解性等の向上を目的とした各種遺伝子組換え絹を創出するために、以下の開発研究を行った。
1.カルシウム結合部位、細胞接着部位等を導入した高機能性絹を大腸菌で生産した。TS[TGRGDSPA(GVPGV)_2GG(GAGAGS)_3]_8,[(AG)_3D(GA)_3S]_8,TS[((AGSGAG)_3AS)_2(EYDY-DDDSDDDDEWD)AS]_4,TS[(AGSGAG)_4EE-EEEEEE]_4,TS[(TGRGDSPAS)],TS[(GERGDLGPQGIAGQRGVVGERGERGAS)8GPPGPCCGG]である。試料の精製のために、AKTA explore 10Sを購入、精製条件を確立した。
2.本試料について、固体NMR構造解析を含むキャラクタリゼーションを行った。
3.絹に細胞接着性タンパク質を混合させたフィルムまたは不織布は、細胞接着特性がかなり向上することがわかった。その際、不織布を多量に生産できるようにエレクトロスピニング装置を購入した。
4.絹ならびにカルシュウム結合部位を導入した絹フィルムを培養シャーレに装着、骨芽細胞の培養を行った。骨芽細胞マーカーのアルカリフォスファターゼと石灰化の検出のためのアリザリン染色を行った。シート上で骨芽細胞が安定して培養され、また、石灰化が十分になされたことが分かった。
5.絹に細胞接着性タンパク質を混合させた試料を、フィルム、再生繊維、スポンジ状とし、マウス背部の皮下に移植した。現在、経日的に摘出して生体適合性と分解性ならびに安全性を調べる実験を行っている。
これらの成果は、関連学会で発表するとともに、国際関連誌に投稿予定である。また、平成19年5月本学繊維博物館で再生医療を担うシルクと題して、本研究内容に関する特別展を主催する予定である。

Research Products

• [Journal Article] Structure of the spinning of a wild silkworm Samia Cynthia ricini and molecular dynamics calculation on the structural change of the silk fibroin (2007)
  • Author(s): Asakura, T., Yao, J., Yang, M., Zhu, Z., Hirose,H.
  • Journal Title: POLYMER (in press)
• [Journal Article] Biosynthesis and Characterization of the Artificial Protein Consisting of Marine Mussel Adhesive Protein and Silk-Like Protein Sequences (2007)
  • Author(s): Hatae, S., Asakura, T., Fukushima,Y
  • Journal Title: Polymer J (in press)
• [Journal Article] Structure and function of the spinning apparatus in the silkworm Bombyx mori (2007)
  • Author(s): Asakura, T., Umemura, K., Nakazawa, Y., Hirose, H., Higham, J., Knight,D
  • Journal Title: Biomacromolecules 8 Pages: 175-181
• [Journal Article] カイコならびにクモの絹フィブロインの固体NMR精密構造解析と新しい絹様材料の創製 (2006)
  • Author(s): 朝倉哲郎, 中澤靖元
  • Journal Title: 高分子論文集 63 Pages: 707-719
• [Journal Article] Structural Analysis of Alanine Tripeptide with Anti-Parallel and Parallel β-Sheet Structures in relation to the Analysis of Mixedβ-Sheet Structures in Samia cynthia ricini Silk Protein Fiber Using Solid State NMR (2006)
  • Author(s): Asakura, T., Okonogi, M., Nakazawa, Y., Yamauchi,K
  • Journal Title: J.Am.Chem.Soc. 128 Pages: 6231-6238
• [Journal Article] Conformational Study of Silk-Like Peptides Modified by the Addition of the Calcium-Binding Sequence from the Shell Nacreous Matrix Protein MSI60 Using ^<13>C CP/MAS NMR Spectroscopy (2006)
  • Author(s): Asakura, T., Hamada, M., S-W.Ha., Dabid P.Knight
  • Journal Title: Biomacromolecules 7 Pages: 1996-2002
• [Journal Article] Structural Study of Silk-like Peptides Containing the Calcium-Binding Sequence from Calbindin D_<9k> Using ^<13>C CP/MAS NMR Spectroscopy (2006)
  • Author(s): Asakura, T., Hamada, M., Nakazawa, Y., Ha, S.-W., Knight,D.
  • Journal Title: Biomacromolecules 7 Pages: 627-634
• [Journal Article] Biodegradation of Multilayer Silk Fibroin and Hydroxyapatite Composite Material (2006)
  • Author(s): Kino, R., Ikoma, T., Yunoki, S., Monkawa, A., Matsuda, A., Kagata, G., Asakura, T., Munekata, M., Tanaka,J
  • Journal Title: Key Engineering Materials 309 Pages: 1169-1172
• [Journal Article] Heterogeneity in the conformation of Valine in the elastin mimetic (LGGVG)_6 as shown by solid-state ^<13>CNMR spectroscopy (2006)
  • Author(s): Ohgo, K., Niemczura, W.P., Ashida, J., Okonogi, M., Asakura, T., Kumashiro K.K.
  • Journal Title: Biomacromolecules 7 Pages: 1210-1214
• [Journal Article] Characterization by raman microspectroscopy of the strain-induced conformational transition in fibroin fibers from the silkworm samia cynthia ricini (2006)
  • Author(s): Rousseau, M-E., Beaulieu, L., Lefevre, T., Paradis, J., Asakura, T., Pezolet, M.
  • Journal Title: Biomacromolecules 7 Pages: 2512-2521
• [Journal Article] Development of MicroMAS NMR probehead for mass-limited solid state samples (2006)
  • Author(s): Yamauchi, K., Asakura, T.
  • Journal Title: Chemistry Letters 35 Pages: 426-427
• [Journal Article] Native Structure and Degradation Pattern of Silk Sericin Studied by ^<13>C NMR Spectroscopy (2006)
  • Author(s): Teramoto, H., Kakazu, A., Asakura, T.
  • Journal Title: Macromolecules 39 Pages: 6-8
• [Journal Article] Distinctive Influence of Two Hexafluoro Solvents on the Structural Stabilization of Bombyx mori Silk Fibroin Protein and Its Derived Peptides : ^<13>C NMR and CD Studies (2006)
  • Author(s): Ha, S.-W., Asakura, T., Kishore, R.
  • Journal Title: Biomacromolecules 7 Pages: 18-23
• [Journal Article] Deposition of bone-like apatite on modified silk fibroin films from simulated body fluid (2006)
  • Author(s): Kino, R., Ikoma, T., Monkawa, A., Yunoki, S., Munekata, M., Tanaka, J., Asakura,T.
  • Journal Title: J.Appl.Polym.Sci. 99 Pages: 2822-2830
• [Book] 「絹構造の改変と再生医療分野への応用」未来材料 (2007)
  • Author(s): 朝倉哲郎
  • Total Pages: 38-44
  • Publisher: NTS社
• [Book] 「非晶構造の評価」高分子 (2006)
  • Author(s): 朝倉哲郎, 関根素馨, 中澤靖元
  • Total Pages: 718-721
  • Publisher: 高分子学会
• [Book] Silk 「Modern Magnetic Resonance」 Vol.1 (2006)
  • Author(s): Asakura, T., Nakazawa, Y.
  • Publisher: Application in Chemistry (in press)
• [Book] 第8章「生体高分子」 基礎高分子科学 高分子学会編 (2006)
  • Author(s): 朝倉哲郎, 出村誠(分担)
  • Total Pages: 401-430
  • Publisher: 東京化学同人
• [Book] 絹の生成過程を直接「見る」 "ファイバー"スーパーバイオミメテックス (2006)
  • Author(s): 朝倉哲郎(分担)
  • Total Pages: 197-202
  • Publisher: NTS社