2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a novel dual stimulus-responsive hydrogel using polyglutamic acid
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20K15343
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
徐 于懿 大阪大学, 工学研究科, 助教 (10757678)
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2020-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ポリ-γ-グルタミン酸 / 注射可能なハイドロゲル / 酵素架橋 / ディールスアルダー反応 / デュアル刺激応答性 / 自己修復性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
刺激応答性ゲルを医療分野や環境関連分野に利用するためには、シグナルとなる分子を認識して体積変化する分子刺激応答性ゲルの開発が重要である。特に、生体内の各組織に対して機械的強度が異なるため、各組織に適用できる機械的強度を持つハイドロゲルの開発が必要となる。本研究では、納豆菌によって生産されたポリ-γ-グルタミン酸（PGA）を基盤とした刺激応答性ハイドロゲルを創製し、インジェクタブル細胞スキャホールドへの応用を目指す。PGA主鎖に様々な機能団を搭載することでゲル化時間とゲル強度を制御することで注射可能なハイドロゲルを創製する。
①PGA側鎖にフルフリルアミン（Fa）およびチラミン（Tyr）と反応させ、フルフリル基とフェノール基機能団を導入してPGA-Fa-Tyrを合成した。さらに、架橋剤ジマレイミドポリ（エチレングリコール）（MAL-PEG-MAL）を使用して、温度応答性や酵素応答性を搭載したPGAハイドロゲルを作製した。Tyrと西洋わさびペルオキシダーゼと過酸化水素を用いて酵素架橋（Eny）が形成し、FAとMAL-PEG-MALのディールスアルダー反応（DA）により温度応答でき、デュアル刺激応答性ハイドロゲルは迅速にゲル化できた。作製したハイドロゲルのゲル化時間、機械的強度、膨潤比、および細孔サイズは、過酸化水素/ Tyrまたはフラン/マレイミドのモル比を変えることによって容易に制御することができた。
②ヒドラジド修飾PGAおよび酸化コンドロイチン硫酸を使用して、アシルヒドラゾン結合およびカルボン酸基または硫酸基とカルシウムイオンとのイオン結合により自己修復可能で注射可能なハイドロゲルを作製した。作製したドロゲルはカルシウムイオン濃度により人工体液に浸漬後のアパタイトの形成と結晶化を制御できる。あらに、アルデヒド基を含むハイドロゲルは、骨および軟骨組織への良好な生体接着性を示し、骨再生組織工学に応用できることを示した。
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