2014 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 – 2016-03-31
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| Keywords | スマートバイオマテリアル / 高分子ゲル / 動的架橋 / 応答材料 / インテリジェント材料 / 刺激応答性 / DDS / センサー材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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の創成を試み，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：標的タンパク質とその変性タンパク質を鋳型とした分子インプリント法によりタンパク質コンフォメーション変化を認識する生体分子応答性ゲルの合成を試みた。さらに，生体分子複合体をゲル架橋点とした生体分子応答性ゾル-ゲル相転移ポリマーを合成した。
ii)生体分子応答性DDSの構築：無乳化剤乳化重合法により，グルコースや抗原に応答して膨潤する生体分子応答性ナノ粒子の合成に成功した。得られたゲルは，動的架橋である生体分子複合体が粒子表面近傍に存在する不均一構造を有することが示された。さらに薬物を含有させて標的生体分子に応答した薬物放出を試みたが，ゲル粒子からの薬物放出は確認することができなかった。
iii)新規なゲル診断システムの構築：原子移動ラジカル重合(ATRP)法により，表面プラズモン共鳴(SPR)センサーのチップ上に標的タンパク質認識ゲル薄膜を形成させた。このゲル薄膜はイオン強度などの外部刺激によりネットワーク構造を変化させ，その生体分子結合能が大きく変化した。さらに，ネイティブおよび変性タンパク質に対するタンパク質インプリントゲル薄膜を調製し，そのコンフォメーションの差異に基づくSPRシグナル変化も確認した。
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:光二量化基を導入したグラフト共重合体フィルムを用いて光照射による表面パターニングを行い，その表面で様々な細胞を培養した結果，いずれの場合も光照射部分に明確な細胞接着が確認された。
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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
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を合成し，その刺激応答挙動についても明らかにすることができ，生体分子応答性ゲルの合成は順調に進んでいる。一方，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に疎水性薬物を含有させることにも成功したが，その標的生体分子に応答した薬物放出には至っていない。また，原子移動ラジカル重合によってSPRセンサーチップ表面上に分子インプリントゲル薄膜を調製し，標的分子に応答したSPR変化を確認した。この分子インプリントゲル薄膜の構造とシグナル変化との関係も解明することができ，予定よりも多くの結果が得られた。さらに，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への光照射による表面パターニングを行い，その表面上で細胞培養すると明確な細胞パターンが形成されることも確認できた。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，総合的には本研究はおおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26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，ゲル薄膜の調製および光応答性ポリマーの合成に成功した。当初は，平成26年度までの研究計画で研究を進めてきたが，生体分子応答性ゾル-ゲル相転移ポリマーやゲル薄膜の調製ではユニークな結果が得られてきたので，平成27年度も一部の研究を引き続き行う予定である。具体的には，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，標的生体分子応答性ゾル-ゲル相転移ポリマーも合成し，薬物放出や細胞培養への応用を検討する。また，薬物を内包させた生体分子応答性ナノ粒子から薬物放出制御には成功していないので，生体分子に応答した薬物放出を試みる。さらに，SPRセンサーチップとしてのゲル薄膜を用いた新規なセンサーシステムの感度向上も目指す。一方，光応答性ポリマーのパターン化表面上で細胞培養し，細胞パターン形成のメカニズムの解明を試みる。
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| Causes of Carryover |
当初，生体分子応答性ゲルの合成や生体分子インプリントゲル薄膜の作製のための生体分子やSPRセンサーチップの購入に消耗品費のほとんどを使用する予定であった。しかし，予定よりも生体分子応答性ゲルや生体分子インプリントゲル薄膜を調製する回数が少ない状態でゲルの機能を評価できたため，消耗品費の使用が少なくなった。また，生体分子応答性ゾル－ゲル相転移ポリマーや生体分子インプリントゲル薄膜の調製では予定よりも順調に研究が進み，平成27年度も引き続き研究を続けることによってさらに有用な知見が得られると考えた。そのため，消耗品費として次年度に使用し，平成27年度に当初の予定に追加して研究を進めることにした。さらに，平成27年度には世界的な化学の国際会議Pacifichemがハワイで開催されるため，そこで研究成果を発表することが重要であると考え，旅費としても次年度に残りの研究費を使用する必要が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成27年度は，生体分子応答性ゲルの合成や生体分子インプリントゲル薄膜の作製のための生体分子やSPRセンサーチップを購入に物品費を使用する予定である。また，これまでの研究成果を公表するため，世界的な化学の国際会議であるPacifichemを中心とした学会などに参加して発表するための旅費としても研究費を使用する。さらに，研究成果を論文としてまとめるための英文校正や論文投稿料としても残りの研究費を使用したいと考えている。
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