2015 Fiscal Year Annual Research Report
再生医療材料開発のための新規NMR解析システムの構築と絹人工血管開発への応用
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26248050
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
朝倉 哲郎 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 名誉教授 (30139208)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 綾 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (70334480)
佐田 政隆 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(医学系), 教授 (80345214)
山下 義裕 大阪成蹊短期大学, 生活デザイン学科, 准教授 (00275166)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 再生医療 / NMR / 絹人工血管 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
タンパク質試料の安定同位体ラベル化と超高速固体NMRプローブを用いた1H固体NMR構造解析の組み合わせが、タンパク質の分子間構造を精密に決定する上で極めて有力であることを示した。特に、極微量であっても固体NMR測定が可能であるという利点は、貴重な安定同位体ラベル試料を扱う上で特筆に値する。さらに超高速固体NMRプローブを用い、新たに天然の絹のモデル化合物について、14N核の相関を固体NMR測定により検出できる技術を開発した。本手法は、分子間水素結合を介したペプチドの分子間構造の決定に使用できた。また、家蚕絹の選択的13C安定同位体ラベル化と固体13CNMRならびにスペクトルシミュレーションを組み合わせて、延伸ならびに含水に伴う絹構造の変化を各コンフォメーションの分率の変化として定量的に追跡できることを示した。さらに、家蚕絹をスポンジ、フィルム、ハイドロゲル等の様々な形状に加工し、含水状態の詳細な構造解析を行い、比較することによって、その含水構造の違いを明らかにすることができた。これらの知見を総合することによって、新たなバイオ素材としての絹を分子設計する上で重要な開発指針を得ることができた。一方、家蚕絹を用いた小口径人工血管の開発に関しては、市販のポリエステル素材を用いた小口径人工血管との性能比較をラットへの3か月間の移植によって行った。その結果、移植後の評価結果が絹人工血管の方が格段に優れることを実証することができた。また、マウスでの絹人工血管の評価実験についても、新たな吻合方法を開発するとともに、スキル向上のための多くの移植実験を繰り返した結果、人工血管の移植評価が可能となった。
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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
業績は、論文5報（すべて査読付き）を、本研究分野で有名な外国の国際雑誌に発表することができた。また、図書は、7報であり、特に、日刊工業の雑誌、工業材料の2月号に、シルクによる再生医療材料の開発というタイトルで、70ページにわたる特集を組むことができた。我々の小口径絹人工血管の開発を中心に、日本の絹の再生医療に関わる研究者、技術者、臨床医が一堂に執筆した特集となった。関連の学会での発表は、15件であった。以前、スペインで行われた国際会議を契機に、海外の研究者と絹の構造解析等を行うプロジェクトを立ち上げ、国際共同研究に発展している。一方、小口径絹人工血管の開発に関しても順調に研究が進展した。特に、絹人工血管の優位性を遺伝子レベルで解明するためのマウスでの移植実験は、血管の径が１ｍｍ以下と極めて細いため、移植実験の方法の確立に多くの時間を要したが、おおむね、移植実験によって絹人工血管を評価できるレベルに達しつつある。エレクトロスピニングによる、それに対応する小口径絹人工血管の作製と合わせて、今後の展開が大いに期待される。また、当研究室で解明してきた蚕の絹繊維化機構や絹人工血管の開発に関して、NHKの正月特番で紹介されるとともに朝日新聞等の取材を受け、その研究内容を広く知っていただくことができた。発表後、製品化の時期等に関して多くの方から問い合わせがあった。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在確立しつつある13C固体NMRの構造解析法（運動性の高い所を選択的に検出するINEPT法、運動の低い所を選択的に検出するCP/MAS法、両方の運動領域をカバーし、その割合を定量できるDD/MAS法の組み合わせ）を、家蚕繭や家蚕絹フィブロイン繊維やフィルムの含水状態での構造やダイナミクス解析に一層広く適用していく。一方、重水素２次元NMRダイナミクス解析法を、絹存在下での含水状態での水のダイナミクス解析に用いていく。さらに、グリセリンやポリエチレングリコールグリシジルエーテルのような孔源を用いて絹をスポンジ状とし、含水状態での多孔質の絹スポンジを開発する。その開発にあたって、上記の13C固体NMRの構造解析法および重水素２次元NMRダイナミクス解析法を積極的に活用する。これらの研究成果を合わせて、バイオ材料としての絹のプロセッシング技術の構築や設計を確立していく。一方、小口径絹人工血管の開発の関しては、ラットでの移植評価実験を進めるとともに、絹人工血管の優位性を遺伝子レベルで解明するためのマウスでの移植実験についても移植評価を繰り返して評価結果を蓄積する。
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[Journal Article] Biological reaction to small-diameter vascular grafts made of silk fibroin implanted in the abdominal aortae of rats.2015
Author(s)
Fukayama, Toshiharu., Takagi, Keisuke., Tanaka, Ryo., Hatakeyama, Yui., Derya Aytemiz, Suzuki, Yu., Asakura, Tetsuo.
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Journal Title
Annals of vascular surgery
Volume: 29
Pages: 341-352
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Nano-Mole Scale Side-Chain Signal Assignment by 1H-Detected Protein Solid-State NMR by Ultra-Fast Magic-Angle Spinning and Stereo-Array Isotope Labeling2015
Author(s)
Wang, Songlin., Parthasarathy, Sudhakar., Nishiyama, Yusuke., Endo, Yuki., Nemoto, Takahiro., Yamauchi, Kazuo., Asakura, Tetsuo., Takeda, Mitsuhiro., Terauchi, Tsutomu., Kainosho, Masatsune., Ishii, Yoshitaka.
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Journal Title
PLOS ONE
Volume: 1
Pages: 1-12
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Nano-Mole Scale Sequential Signal Assignment by 1H-Detected Protein Solid-State NMR2015
Author(s)
Wang, Songlin., Parthasarathy, Sudhakar., Xiao, Yiling., Nishiyama, Yusuke., Long, Fei., Matsuda, Isamu., Endo, Yuki., Nemoto, Takahiro., Yamauchi, Kazuo., Asakura, Tetsuo., Takeda, Mirsuhiro., Terauchi, Tsutomu., Kainosho, Masatune., Ishii, Yoshitaka.
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Journal Title
Chemical Communications
Volume: 51
Pages: 15055-15058
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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