Development of elastin-based hydrogels: viscoelastic properties and cell behavior

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H04467
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 90120:Biomaterials-related
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Sugawara-Narutaki Ayae 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (10508203)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: Elastin / Hydrogel / Nanofiber / Rheology / Cell culture

Outline of Final Research Achievements

Dynamic viscoelasticity measurements of hydrogels formed by the elastin-like polypeptide GPG were performed to characterize the mechanical properties of the gels, which showed comparable mechanical properties at equilibrium regardless of the presence or absence of cell adhesive sequences at the GPG terminus. The GPG gel was found to be a hydrogel whose mechanical and biological properties could be evaluated separately. In addition, we found that GPG gels have self-healing properties, liquefying upon shaking and regenerating upon standing. By taking advantage of this feature, cell embedding in the gel and spheroid retrieval from the gel were achieved only by mild pipetting. This study established for the first time an elastin-based hydrogel that can be used for three-dimensional cell culture.

Free Research Field

高分子材料化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

エラスチンは生体組織の伸縮性に寄与する細胞外マトリックス成分である。その力学特性は他の生体適合性材料で代替できないことから、エラスチンは医用材料としてユニークな位置づけにあり、活用が期待されている。しかし実際には、他の細胞外マトリックスであるコラーゲンやヒアルロン酸に比べ、利活用が大幅に遅れている。これは、生体エラスチンが溶媒に溶けず、取り扱いが著しく困難であるからである。研究代表者は、エラスチンの主要機能を再現でき、取り扱いが容易な人工タンパク質を開発してきた。本研究では、この人工タンパク質が形成するハイドロゲルの粘弾性を初めて明らかにし、細胞三次元培養に使用できることを実証した。