2013 Fiscal Year Annual Research Report
動的架橋構造を導入したスマートバイオマテリアルの創成と医療応用
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24300175
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| Research Institution | Kansai University |
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Principal Investigator |
宮田 隆志 関西大学, 化学生命工学部, 教授 (50239414)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岩崎 泰彦 関西大学, 化学生命工学部, 教授 (90280990)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | ｽﾏｰﾄﾊﾞｲｵﾏﾃﾘｱﾙ / 高分子ゲル / 動的架橋 / 応答材料 / ｲﾝﾃﾘｼﾞｪﾝﾄ材料 / 刺激応答性 / DDS / センサー材料 |
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| Research Abstract |
本研究では，革新的な医療システムを構築するためのスマートバイオマテリアルとして動的架橋構造を導入したソフトマテリアルを創成し，本年度は以下のような研究成果が得られた。
i) 動的架橋構造を導入したソフトマテリアルの創成：生体分子架橋ゲルと生体分子インプリントゲルの合成条件を検討した。pH応答性を示すポリアクリル酸を利用することによりpHによって分子応答性が変化することがわかった。さらに，末端にビオチンを導入した4分岐ポリエチレングリコール（PEG）を合成し，アビジンに応答してゲル化することを明らかにした。
ii) 生体分子応答性DDSの構築：生体分子応答性ナノ粒子を合成する際の無乳化剤乳化重合の条件を検討した。得られた生体分子応答性ナノ粒子はコア－シェル構造をもつことが明らかとなり，この粒子内へ疎水性薬物を含有させた。
iii) 新規なゲル診断システムの構築：表面プラズモン共鳴（SPR）センサーチップ上に標的タンパク質認識ゲル薄膜を調製し，標的生体分子に応答したSPRシグナル変化を調べた。その結果，ゲル薄膜の膜厚がSPRシグナルに大きく影響することを明らかにした。さらに，タンパク質のコンフォメーションを記憶させたタンパク質インプリントゲル薄膜を調製した。
iv) 光応答性ポリマーによる表面パターニングシステムの構築：光二量化基を有するグラフト共重合体からなる光応答性フィルムに，フォトマスクを通した光照射によって表面パターンを形成させた。そのパターン化された表面をマイクロコンタクトプリント用のスタンプとして利用することにより，タンパク質のパターニングできることがわかった。また，研究分担者の協力によってパターン化された表面上で細胞培養を行い，基板表面のパターンに応じた細胞パターンが観察された。
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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
生体分子に応答してゾル－ゲル相転移するスマートポリマーの合成など様々な生体分子応答性ゲルの合成は順調に進んでいる。また，無乳化剤乳化重合によってグルコース応答性ナノ粒子などの生体分子応答性ナノ粒子を合成し，その内部に疎水性薬物を含有させることにも成功している。しかし，その薬物放出制御には至っておらず，ナノ粒子構造の設計制御が必要である。さらに，SPRセンサーチップ表面上に原子移動ラジカル重合によって分子インプリントゲル薄膜の調製を行い，予定通りにその膜厚との関係を明確にすることができた。一方，動的架橋点として光二量化基を有する光応答性フィルムの光照射による表面パターニングも行い，これがマイクロコンタクトプリンティングのスタンプとして利用できることも明らかにした。以上のように，今後の検討が必要な項目も若干存在するが，計画以上に進展している成果も多く得られている。したがって，今のところ研究は当初の計画以上に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成25年度の研究によって様々な生体分子応答性ゲルやゲル微粒子，ゲル薄膜の調製，光応答性ポリマーの合成に成功した。そこで平成26年度は，引き続き生体分子に応答して膨潤収縮する生体分子応答性ゲルの構造設計を行うと共に，標的生体分子に応答してゾル－ゲル相転移するポリマーの合成も行い，薬物放出や細胞培養への応用の可能性も検討する。また，薬物を内包させた生体分子応答性ナノ粒子からの薬物放出制御を試みる。さらに，新規な診断システムを構築するために，表面プラズモン共鳴(SPR)センサーチップ上での生体分子インプリントゲル層の形成において，ゲル構造を精密設計することにより感度向上を目指す。一方，光応答性ポリマーへの光照射によって形成されたパターニング表面上で細胞培養すると明確なパターンが確認されたので，そのパターン化表面と細胞挙動との関係を明らかにする。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
様々な生体分子応答性ゲルを合成するためにタンパク質や糖類などの高価な生体分子を購入する必要がある。当初，生体分子応答性ゲルの合成条件を明らかにするため，数多くの合成実験を行う必要があると予想され，多量の生体分子を購入しなければならないと考えられた。しかし，比較的順調に生体分子応答性ゲルを合成することができたので，生体分子応答ゲルを購入する量が予定より少なかった。SPRチップ表面上でのゲル博膜形成では，当初の予定よりもチップ表面の修飾に時間を要し，予定よりもゲル修飾チップを調製する回数が減ってしまったため，高価なSPRセンサーチップの購入量が減った。一方，動的架橋構造を有するフィルム表面での細胞培養が可能になり，平成26年度には精力的に細胞培養実験を行うため，一部の消耗品費を積極的に次年度使用できるようにした。これらの結果として次年度使用額が予想よりも多くなってしまった。
平成26年度は，動的架橋構造を有するフィルム表面での細胞培養を精力的に実施するために物品費を使用する予定である。また，これまでに合成に成功したゲルや粒子，薄膜などを効率的に調製し，それらの調製条件を詳細に検討するための生体分子の購入に研究費を重点的に使用する。さらに，ようやくSPRセンサーチップ表面にゲル形成できるようになったため，ゲルセンサーを調製するためのSPRセンサーチップを購入して，ゲルセンサー構築するための物品費として主に使用する予定である。
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