2021 Fiscal Year Annual Research Report
交流電解ゾル－ゲル反応を基にした生体成分の三次元集積とその医療応用
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19K05031
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
吉岡 朋彦 岡山大学, ヘルスシステム統合科学学域, 准教授 (50452016)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
城崎 由紀 九州工業大学, 大学院工学研究院, 准教授 (40533956)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ゾル-ゲル / 電気分解 / 交流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、細胞やタンパク質といった生体成分を外部電場によって集積させつつ、それらを外部電場をトリガーとして形成する足場材料に包括し安定化する技術開発を目的として行った。足場材料として無機ゲルに着目した。無機ゲルは、水の電解反応で生成する水酸化物イオンを触媒としてシリコンアルコキシドのゾル-ゲル反応を進めることで得られる。無機ゲルの形成および生体成分の集積挙動に着目して検討を行った。
1．生体成分（細胞）のモデルとして大きさ・電荷が類似するポリスチレンビーズを用い、無機ゲルとの集積構造体の形成条件を探索した。交流波形として矩形波、sin波、三角波を用い電圧を非対称に設定することで、ポリスチレンビーズと無機ゲルとしてシリカゲルを共堆積できることを明らかにした。
2．交流電解ゾル-ゲル反応によって形成したシリカゲル上でのMG63細胞を用いた培養試験を行った。形成したシリカゲルには明らかな細胞毒性がないことを確認した。
3．生体成分（タンパク質）のモデルとしてアルブミン（BSA）もしくはリゾチームを用いて、交流電場下でもシリカゲルとの集積構造体が作製できることを新たに見出した。BSAとリゾチームではシリカゲルに対するタンパク質量が異なることを見出した。
4．シリカゲルの形成メカニズムを調べるため、新たにダブルパルス電場を用いたゾル-ゲル反応を行った。その結果、シリカゲルには核を形成する電位と核を成長させる電位があることを見出した。電場の調整は形成するシリカゲルの構造制御に重要であることが示唆された。
5．CaやPを添加することで無機ゲルに生体活性を付与できることを明らかにした。擬似体液（SBF）中でアパタイトを析出することから生体活性を確認した。矩形波パルスや交流を用いることで形成を制御できた。さらに、AgやMgといった成分を含有した生体活性無機ゲルが作製できることも明らかにした。
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