2020 Fiscal Year Research-status Report
Improving the cell affinity of ­poly (lactic acid) molding modified by photoactivated chlorine dioxide
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20K05606
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
淺原 時泰 大阪大学, 薬学研究科, 准教授 (20632318)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ポリ乳酸 / 表面改質 / 二酸化塩素 / 光反応 / 細胞親和性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
PLA樹脂の酸化度制御：PLAのフィルムに対し光活性化二酸化塩素改質処理を行い、改質PLAを作製した。ここで、X線光電子分光法（XPS）及び化学修飾XPS法により、改質により導入された官能基種・量の詳細な同定を行った。その結果、本光酸化法では一般的なプラズマ処理と比較してカルボキシ基が有意に導入されることが明らかとなった。そこでより簡便な酸化度の評価法として、導入されたカルボキシ基に対するトルイジンブルー染色による定量評価法を採用した。種々条件を検討し、改質処理PLAを染色液（トルイジンブルー溶液）に浸漬し、純水洗浄後、界面活性剤を用いて脱離させたトルイジンブルーの濃度を測定することでPLA表面のカルボキシ基量を見積もることが可能となった。本評価法から、反応温度を上げることで酸化度が大きく向上することが明らかとなり、処理時間は10分程度が最適であった。また任意の酸化度（官能基量）のPLAフィルムを作製することが可能となった。一方、表面親水性の評価として水の接触角試験を行った所、接触角は最も低下した場合でも50°程度であり、20°程度まで低下するプラズマ処理と比較すると、親水性は低いことが示唆された。細胞との親和性と親水性は相関が見られることが一般に知られているが、細胞親和性に優れるのは60-70°程度であることが知られているため、光酸化処理においても十分な親水化効果が得られるものと考えられる。また、PLAフィルムサンプルに対して引張試験を行った所、未処理品と同程度の強度を維持していることが明らかとなった。PLAの改質処理として用いられる加水分解処理により作製したサンプルでは強度が6割程度に低下したことから、本処理法の優位性が示された。
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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
当初の計画通り研究は進んでおり、初年度でPLAに対する二酸化塩素光酸化処理による表面改質（酸化）の酸化度の制御が可能となった。酸化度の評価法も確立できたことから、種々の条件が本光酸化に与える影響を定量評価することができる。また、他の改質法との比較も行うことで、光酸化処理の差別化も行った。導入官能基の差異やバルク物性への影響が小さいという利点などが明らかとなり、本改質法に特徴的な新たな用途の開発も見込める。また、導入官能基量の制御と関連付ける形で親水性の制御も可能であることが明らかとなった。水の接触角の変化量は既存法であるプラズマ処理と比較して小さいものの、細胞親和性が向上する領域を超えていることから、細胞接着製の向上が十分に期待できる結果と言える。3Dプリンタを用いたPLA立体構造の造形も行い、中空状のサンプルにおいて内部まで官能基導入が可能であることもわかっており、最終目標とする三次元構造体への細胞接着にも期待が持たれる。一方で、実際の用途が定まっていないということもあり、どのような構造を作製するか、どのような細胞を用いるかについて本年度内では決定できなかった。そのため、構造体に対して実際に細胞を接着する試験は行わなかった。これについて、今後学会発表などを通じて情報収集を行い、ターゲットを定める方針である。
以上のことから、本研究は全体として当初予定通りに進展しており、次年度以降にさらに加速すると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
酸化PLA樹脂に対する細胞親和性の評価：表面改質PLAの細胞親和性を評価する目的で、フィルム状の二酸化塩素光酸化改質PLA材料を用いた細胞培養を検討する。マウス線維芽細胞を用いて、細胞播種から一定時間後の細胞を化学固定化し位相差顕微鏡を用いた観察により細胞数や面積、アスペクト比などを評価することで改質処理が細胞親和性に与える影響を明らかにする。また画像解析からでは、画像領域内の一部の評価しか行えないことから、細胞増殖性のさらなる評価として生細胞数測定試薬WST-8を用いて細胞数をカウントすることも検討する。
酸化PLAの分解性試験：生体材料への利用においてはPLA材料の分解性（もしくは耐久性）も重要な要素となる。そのため、本光酸化処理PLAに対して加水分解耐性試験や生分解性試験を行い、未処理品との比較から表面改質の影響を考察する。
三次元PLA樹脂の酸化と細胞接着試験：PLAの形状が細胞の分化、安定性に与える影響について検討することを目的として、複雑形状モデルで市販の入手容易な微細繊維からなる不織布や、多孔性モノリスを用いて、それぞれ本光活性化二酸化塩素改質処理を行い、前年度の検討結果を踏まえて細胞親和性を評価する。さらに望みの組織構造を3Dプリンターで構築したマクロな構造体に対し、本改質処理と細胞培養を行う。培養後に構造体断面を分析することで、内部における細胞親和性の評価も行う。これらの構造体においては、幹細胞を用いた細胞分化についても検討を行う。直接的な細胞接着において有意な効果が見られなかった場合、細胞外マトリックスであるコラーゲンやフィブロネクチンを積極的に改質PLA表面に導入する。これらの成分の導入は細胞親和性の改善に有効であることが知られているが、その導入法としても本法は適用可能であると考えられる。
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| Causes of Carryover |
納期遅延などによる物品購入の想定額からの減額のため。また、三次元構造体作製などに必要な材料の購入を次年度に繰り越したため。これらは次年度に購入するとともに、当初計画通りに研究を行う。
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Research Products
(1 results)
