2013 Fiscal Year Annual Research Report
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22220009
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
伊藤 嘉浩 独立行政法人理化学研究所, 伊藤ナノ医工学研究室, 主任研究員 (40192497)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鵜澤 尊規 独立行政法人理化学研究所, 伊藤ナノ医工学研究室, 研究員 (60554376)
多田 誠一 独立行政法人理化学研究所, 伊藤ナノ医工学研究室, 基礎科学特別研究員 (30598165)
松川 昭博 岡山大学, 医歯(薬)学総合研究科, 教授(Professor) (90264283)
吉田 靖弘 岡山大学, 医歯(薬)学総合研究科, 准教授 (90281162)
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| Project Period (FY) |
2010-05-31 – 2015-03-31
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| Keywords | 進化分子工学 / 試験管内進化法 / 成長因子 / 固定化 / 融合タンパク質 / バイオマテリアル |
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| Research Abstract |
成長因子を固定化することで、細胞の成長や分化のような高次の細胞機能を制御できる新しいバイオマテリアルを生み出せることを明らかにしてきた。本研究では、進化分子工学の手法を用いて新しい結合性成長因子を調製し、医用材料としての展開を図る。第一には、無細胞翻訳系を用いるディスプレイ法を用いたペプチド進化分子工学法の確立。第二には、非天然アミノ酸を導入して結合性を付与した成長因子の調製。第三には、これらで調製した結合性成長因子の医療応用である。
第一については、チタン結合性の上皮細胞成長因子（EGF）の進化分子工学による選別に成功した。EGFをコードするDNA配列に直接ランダム配列を導入して選別を行うことで得られ、単にチタン結合性ペプチドをEGFに連結させた場合より高い結合性が得られた。分子シミュレーションによる詳細なチタンと調製した結合性EGFの相互作用を検討することができた。コラーゲン結合性血管内皮細胞成長因子（VEGF）についても同様な選別を行った。
第二については、水中接着タンパク質の活性部位に含まれる翻訳後修飾アミノ酸を導入した新しい結合性成長因子の合成を行った。リン酸基導入EGFはチタンやアパタイト表面に結合し、高い活性を持っていた。カテコール基導入ゼラチンや、VEGFの合成も行った。
第三については、調製したコラーゲン結合性成長因子（骨形成タンパク質BMP）の骨軟骨欠損モデル動物実験による評価を可視光硬化ゼラチンと複合化して用いて行い、高い損傷部位治癒効果が得られることが明らかになった。チタン表面修飾物の評価系の開発を行った。
また、非天然アミノ酸を用いるミスアシル化tRNA法の方法とリボソーム・ディスプレイ法の融合による化学拡張進化分子工学法の開発については、環境応答性蛍光分子を導入した系を作り、カルシウム存在下でのみカルモデュリンと結合するペプチドアプタマーの選別に成功し、その相互作用解析を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の研究目的である進化分子工学による新しい結合性成長因子の開発に成功し、現在動物実験による応用展開を行っている。水中接着タンパク質の活性部位を成長因子に移植して結合性を付与するとともに、進化分子工学を用いて結合性成長因子を選別する手法で、複数の成長因子に結合性を付与することに成功してきた。
これら当初に研究目に加えて、研究機関中に確立してきた技術を用いて幅広い機能性高分子合成への応用が可能になってきており、当初の計画以上に進展している。特に非天然アミノ酸を導入して進化分子工学で選別したペプチドは、蛍光発生や阻害剤増強により診断や、治療への応用の可能性が見出されてきた。
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| Strategy for Future Research Activity |
新規の生体組織、合成材料（有機・無機材料）への結合性成長因子タンパク質の合成法をバイオ直交化学や進化分子工学などの手法によって確立できてきたので、最終年度は、特にこれまで合成してきた結合性成長因子の医学応用のための動物実験に注力し、その成果をまとめる。
さらに、新規な合成法は、新しい機能性高分子の開発につながるため、医療における治療用、診断用としての可能性を追求するとともに、今後の幅広い応用展開の礎になるようにする。
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[Journal Article] A novel, visible light-induced, rapidly cross-linkable gelatin scaffold for osteochondral tissue engineering2014
Author(s)
Tetsuro Mazaki, Yasuyuki Shiozaki, Kentaro Yamane, Aki Yoshida, Mariko Nakamura, Yasuhiro Yoshida, Di Zhou, Takashi Kitajima, Masato Tanaka, Yoshihiro ito, Toshifumi Ozaki, and Akihiro Matsukawa
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Journal Title
Sci. Rep.
Volume: 4
Pages: 4457
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] A fluorogenic peptide probe developed by in vitro selection using tRNA carrying a fluorogenic amino acid2014
Author(s)
Wei Wang, Takanori Uzawa, Naoya Tochio, Jumpei Hamatsu, Yoshinori Hirano, Seiichi Tada, Hisao Saneyoshi, Takanori Kigawa, Nobuhiro Hayashi, Yutaka Ito, Makoto Taiji, Toshiro Aigaki, and Yoshihiro Ito
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Journal Title
Chem Commun.
Volume: 50
Pages: 2962-2964
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] In vitro and in vivo enhanced osteogenesis by kaempferol found by a high-throughput assay using human mesenchymal stromal cells2014
Author(s)
Tetsuro Mazaki, Takashi Kitajima, Yasuyuki Shiozaki, Miwa Sato, Megumi Mino, Aki Yoshida, Mariko Nakamura, Yasuhiro Yoshida, Masato Tanaka, Toshifumi Ozaki, Akihiro Matsukawa and Yoshihiro Ito
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Journal Title
J. Func. Foods
Volume: 6
Pages: 241-247
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] An epidermal growth factor derivative with binding affinity for hydroxyapatite and titanium surfaces2013
Author(s)
Jeonghwa Kang, Seiichi Tada, Makoto Sakuragi, Hiroshi Abe, Reiko Ito, Junko Ishikawa, Shino Kurata, Takashi Kitajima, Tae Il Son, Toshiro Aigaki, and Yoshihiro Ito
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Journal Title
Biomaterials
Volume: 34
Pages: 9747-9753
DOI
Peer Reviewed
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