2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a novel in-silico screening method for biomaterials based on hydration water dynamics at bio-interfaces
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18H03542
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| Research Institution | National Institute of Health Sciences |
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Principal Investigator |
植松 美幸 国立医薬品食品衛生研究所, 医療機器部, 主任研究官 (10424813)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森本 展行 東北大学, 工学研究科, 准教授 (00313263)
田中 賢 九州大学, 先導物質化学研究所, 教授 (00322850)
山本 雅哉 東北大学, 工学研究科, 教授 (10332735)
森田 成昭 大阪電気通信大学, 工学部, 教授 (20388739)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | バイオマテリアル / 水和状態 / インシリコ / スクリーニング / 血液適合性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，分子動力学的シミュレーション（Molecular Dynamics: MD）による材料の血液適合性に関するin silicoスクリーニングを実現するため，材料中の水分子の挙動に関する理解を促す新たな解析モデルを開発することである．ここでは，温度変化に伴う材料の密度変化に着目することでガラス転移点（Tg）を算出し，乾燥状態及び飽和含水状態の材料について実測値との整合性を確認することで，モデルの妥当性を検討する．また，この飽和含水状態の材料に対する降温，昇温過程のモデルに対し，中間水及び不凍水の同定を試みる．
中間水含有モデル化合物としてはPoly(2-methoxy-ethyl acrylate) (PMEA)及びPoly(3-methoxypropyl acrylate) (PMC3A)，中間水不含モデル化合物にはPoly(n-butyl acrylate)（PBA）を選択した．MD計算は材料用シミュレーションソフトウェア（Material Science Suite, Schrodinger Inc.,）を用いて行った．
PMEAを対象とした解析では，乾燥及び飽和含水状態におけるTgが，それぞれ238K， 226Kであり，実験値（乾燥状態：238K，飽和含水状態：222K）と相関することが確認された．PMC3A及びPBAを対象とした解析において得られたTgも実験値と類似した．Tgは低温領域，高温領域に対する2つの異なる傾きの直線の交点から求めているため，選択温度範囲によってTgの値に変動が生じるが，いずれも含水に伴う温度下降が確認され，シミュレーションに付与した各モデル化合物の立体構造は妥当であると考えた．現在，当該解析モデルを用いて材料中の水和特性の検討を進めているが，各温度における材料と水分子との相互作用についても実測に近い挙動を示していると示唆される．
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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
アクリレート系ポリマーに関するMDのモデルについては方法論が確立してきた．一方で，サブグループ内では生体適合性のよさが見込まれるスルホベタイン系高分子材料の開発も進んでおり，ノニオン型及び双生イオン型高分子の比較を実験及びシミュレーションにより行う道筋が得られた．
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| Strategy for Future Research Activity |
スルホベタイン系高分子材料の水分子挙動について，DSC及び赤外分光法等による実測値を取得することで，材料中の水和状態に関する理解を深めるとともに，in silicoスクリーニングとして適切なモデル開発を進めていく．
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