Generation of cell-based hydrogels as supra-functional materials

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K22223
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 35:Polymers, organic materials, and related fields
• Research Institution: Konan University
• Principal Investigator: NAGAHAMA KOJI 甲南大学, フロンティアサイエンス学部, 准教授 (00551847)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2022-03-31
• Keywords: 細胞 / ハイドロゲル / 自己治癒 / 接着 / カドヘリン / クリックケミストリー

Outline of Final Research Achievements

Biological-tissues exhibit significant high-performance self-healing, and cadherin-mediated cell-cell adhesion is a key mechanism in the healing process. This is because cells are capable of a cer-tain level of motility and actively migrate to damage sites, thereby achieving cell-cell adhesion with high efficacy. Here, we report bio-logical-tissue-inspired self-healing hydrogels in which azide-modified living cells are covalently cross-linked with alkyne-modified algi-nate polymers via bioorthogonal reactions. As a proof-of-concept, we demonstrate their unique self-healing capabilities originating from cadherin-mediated adhesion between cells incorporated into the gels as mobile healing mechanism. This study provides an example of self-healing material incorporating living components into a synthetic material to promote self-healing.

Free Research Field

生命高分子科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究成果は、生きている細胞が示す高次な機能や応答を、生細胞を組込んだ材料全体の機能として発現させることが可能だと実証した世界初の例であり、本成果は材料科学全般に対して、新しい材料設計指針を提供するものである。また、本研究成果は細胞の新しい使用方法を提案するものでもあり、細胞生物学全般に対しても強いインパクトをもたらす。つまり、本研究成果は、挑戦的研究萌芽に相応しい学術的意義をもつものである。細胞ゲルを生体組織に接触させて静置すると、ゲルは組織に強く接着することを見いだしており、本研究成果の応用例として、自家細胞を用いた新規な生体接着剤を検討している。