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2023 Fiscal Year Research-status Report

ペプチド-アミノ酸ビニルポリマー・ハイブリッド分子戦略によるスマートゲルの創成

Research Project

Project/Area Number 22K05232
Research InstitutionDoshisha University

Principal Investigator

古賀 智之  同志社大学, 理工学部, 教授 (10388043)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Keywordsハイドロゲル / ペプチド / 自己組織化 / 形状記憶 / 足場材料
Outline of Annual Research Achievements

本研究は、高次構造・生体機能設計が容易な人工ペプチドと材料特性に優れる合成高分子(アミノ酸ビニルポリマー)を組み合わせるハイブリッド分子戦略により、温度/pHなどの外部刺激に応答して機能発現する革新的なハイドロゲル材料の調製とその物性評価を行う。さらに、それらの三次元細胞足場材料などへのバイオ応用を目指している。 本年度得られた主な成果を以下にまとめる。
(1) 前年度に合成した細胞接着性ペプチド(RGDS)をグラフト鎖に有する温度応答性アミノ酸ビニルポリマー・ハイブリッドゲルの特性を総合的に評価した。特にハイドロゲルの粘弾性(レオロジー分析)、温度応答挙動(膨潤率測定)、形状固定/記憶性に及ぼすグラフト率の影響を明らかにした。いずれも熱可逆的な水素結合形成に基づくUCST型の温度応答性を示し、様々な温度域で形状固定/記憶が可能なことを見出した。
(2) ハイブリッドゲルの生体親和性を評価した。いずれのゲルも細胞毒性・刺激性は低く、高い生体親和性を有することがわかった。またゲル表面への細胞接着性は、RGDSグラフト鎖の導入により著しく向上し、本ハイドロゲルが良好な細胞足場材料として機能することを明らかにした。また、ゲルの形状固定機能を利用して一つのゲル中に弾性率の異なる領域をつくり出せること、またそれに基づき細胞接着挙動を制御できることも見いだした。
(3)アミノ酸由来ビニルポリマーを基盤とするハイドロゲル材料の拡張を進めた。アミノ酸構造に基づいて発現されるLCST型やUCST型温度応答性を活用して、インジェクタブル性、形状固定/記憶性、自己修復性を有するゲルの開発に成功した。また、アミノ酸ポリマーの特性とゲル機能との相関に関する知見を集積した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の計画の通り、水素結合性アミノ酸由来ビニルポリマーのグラフト鎖にpH応答性の自己組織性ペプチドや細胞接着性ペプチドを導入した種々のハイブリッドポリマーの合成に成功し、それらの構造特性およびゲル特性を明らかにすることができた。また、これらハイドロゲルの新しい細胞足場材料としての応用に関する評価も進んでおり、順調に研究が進捗していると言える。次年度に予定している計画を順調に進めていくことが出来ると考えている。

Strategy for Future Research Activity

前年度から引き続き各種グラフト型ハイブリッドポリマーからなるハイドロゲルの特性・機能評価を進めていく。ハイブリッドポリマーのカクテル化によるゲル構造・物性・機能のチューニング(最適化)を行う。また、ハイブリッドゲルの多重刺激応答タイプへの拡張に加えて、三次元足場材料や分子徐放材料などバイオマテリアルとしての有用性を検討していく。本ペプチドーポリマー・ハイブリッド戦略によるスマートゲル材料の設計指針の確立を目指す。

Causes of Carryover

研究は予定通り進んでおり、次年度の助成金と合わせて、研究試薬等の消耗品の費用として使用するため。

  • Research Products

    (18 results)

All 2024 2023 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 2 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 2 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Regulation of Cell Adhesion on Physically Crosslinked Hydrogels Composed of Amino Acid‐Based Polymers by Changing Elastic Modulus Using Shape Fix/Memory Properties2024

    • Author(s)
      S. Nishimura, T. Yoshida, N. Higashi, T. Koga
    • Journal Title

      Advanced Materials Technologies

      Volume: 9 Pages: 2301598

    • DOI

      10.1002/admt.202301598

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Thermo-responsive injectable hydrogels from linear and star-shaped block copolymers composed of amino acid-derived vinyl polymer and poly(ethylene glycol) for biomedical applications2024

    • Author(s)
      M. Nakamura, S. Nishimura, N. Higashi, T. Koga
    • Journal Title

      Materials Advances

      Volume: 5 Pages: 665~674

    • DOI

      10.1039/D3MA00954H

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Mechanically Tunable Hydrogels with Self-Healing and Shape Memory Capabilities from Thermo-Responsive Amino Acid-Derived Vinyl Polymers2023

    • Author(s)
      S. Nishimura, D. Sato, T. Koga
    • Journal Title

      Gels

      Volume: 9 Pages: 829

    • DOI

      10.3390/gels9100829

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Synthesis of amino acid-derived vinyl polymers with precisely controlled hydropathy and their thermoresponsive behavior in water2023

    • Author(s)
      A. Sawamoto, S. Nishimura, N. Higashi, T. Koga
    • Journal Title

      Polymer Chemistry

      Volume: 14 Pages: 2857~2864

    • DOI

      10.1039/D3PY00353A

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] リシンおよびイソロイシン由来ビニル共重合体の合成と細胞接着性評価2024

    • Author(s)
      月山 聖麻、西村 慎之介、古賀 智之
    • Organizer
      日本化学会 第104春季年会
  • [Presentation] 自己組織化ペプチドをグラフト鎖に有するポリエステルの合成2024

    • Author(s)
      長谷川 海希、西村 慎之介、古賀 智之
    • Organizer
      日本化学会 第104春季年会
  • [Presentation] 高分子形状がアミノ酸由来ビニルポリマーの温度応答性に及ぼす影響2023

    • Author(s)
      西村 慎之介、神谷 桃加、古賀 智之
    • Organizer
      第72回高分子学会年次大会
  • [Presentation] 直鎖および分岐型 PEG-block-アミノ酸由来ビニルポリマーからなるインジェクタブルゲル2023

    • Author(s)
      中村 光希、西村 慎之介、古賀 智之
    • Organizer
      第72回高分子学会年次大会
  • [Presentation] バリン及びグリシン誘導体からなるビニルコポリマーの合成と特性評価2023

    • Author(s)
      奥山 大介、西村 慎之介、古賀 智之
    • Organizer
      第69回高分子研究発表会(神戸)
  • [Presentation] 直鎖型および四分岐型PEG-block-アミノ酸由来ビニルポリマーからなるインジェクタブルゲルの創製2023

    • Author(s)
      西村 慎之介、中村 光希、古賀 智之
    • Organizer
      第52回医用高分子シンポジウム
  • [Presentation] アミノ酸を基盤とするスマートゲル材料の創製2023

    • Author(s)
      古賀 智之
    • Organizer
      2023年度 高分子講演会 (東海)
    • Invited
  • [Presentation] 形状固定および記憶機能を有するハイドロゲルの設計と細胞足場材料への応用2023

    • Author(s)
      西村 慎之介、吉田 智哉、古賀 智之
    • Organizer
      第72回高分子討論会
  • [Presentation] 温度応答性アミノ酸由来ビニルポリマーからなるインジェクタブルゲルの設計2023

    • Author(s)
      古賀 智之、中村 光希、西村 慎之介
    • Organizer
      第72回高分子討論会
  • [Presentation] Mechanical Tuning of Glycine-based Hydrogels by Post-crosslinking Reaction2023

    • Author(s)
      D. Sato, S. Nishimura, T. Koga
    • Organizer
      MRM2023/IUMRS-ICA2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Spontaneous Polymer-to-Polymer Conversion from Linear to Graft Structure Based on Peptidyl Transfer Reaction2023

    • Author(s)
      T. Miyatake, S. Nishimura, T. Koga
    • Organizer
      MRM2023/IUMRS-ICA2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] アミノ酸系高分子が織りなす多様な温度応答性材料2023

    • Author(s)
      古賀 智之
    • Organizer
      2023年度 中国四国支部高分子講演会
    • Invited
  • [Remarks] 同志社大学高分子化学研究室

    • URL

      https://polymerchem-lab.doshisha.ac.jp

  • [Patent(Industrial Property Rights)] 形状記憶ハイドロゲル2023

    • Inventor(s)
      古賀智之、西村慎之介、佐藤暖
    • Industrial Property Rights Holder
      古賀智之、西村慎之介、佐藤暖
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2023-164275

URL: 

Published: 2024-12-25  

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