ナノ薄膜を用いる細胞・薬剤の同時送達システムと局所体内環境モニタリング

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26560233
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 梶 弘和 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70431525)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 細胞・組織工学材料

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、自己支持性高分子ナノ薄膜の調製、ナノ薄膜上での細胞培養、ナノ薄膜への展開性向上を主に検討した。高分子材料として、ポリ乳酸グリコール酸共重合体（PLGA）、ポリ乳酸（PLA）、光硬化性ポリエチレングリコール（PEG）を用いて数百マイクロからミリメートル径のナノ薄膜を作製した。ナノ薄膜直径の半分の径の注射針等の細管でナノ薄膜の吸引・射出が可能であり、射出後もナノ薄膜が元の形状に戻ることを確認した。PLGAナノ薄膜上にヒト由来網膜色素上皮（RPE）細胞を播種して培養したところ、RPE細胞は網膜色素上皮に特徴的なヘキサゴナルな細胞形態を示し、モノレイヤー組織を形成した。また、ナノ薄膜の表面粗さを増加させたところ、タイトジャンクションの形成が促進されることがわかった。ナノ薄膜のサイズが数ミリメートルスケールになると、液中での分散安定性が低下するため、ナノ薄膜への自己展開構造の付与を検討した。まず、引張ひずみを付与した伸縮層と支持層でナノ薄膜を挟み込んだ3層構造を用いることで、自動的な円筒形状形成を実現した。さらに、水溶性高分子であるポリビニルアルコール（PVA）を支持層と伸縮層に用い、これを水中で溶解して伸縮層に付与しておいた初期応力を解放することで、ナノ薄膜が平面形状展開することを確認した。今後、ナノ薄膜を細胞移植担体として用いる検討を行うとともに、ナノ薄膜への薬剤徐放機能、センサ機能等の搭載を行うことで、幹細胞治療実現を支援する医療デバイスとしての展開が期待できる。

Current Status of Research Progress

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

Reason

当初の計画通り研究が進行しているため。

Strategy for Future Research Activity

大幅な研究計画の変更は考えておらず、当初の計画に沿って研究を遂行する。

Causes of Carryover

物品費の見積もりに若干の誤差があったため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

少額であり、使用計画に大きな変更はない。

Research Products

• [Journal Article] A polymeric device for controlled transscleral multi-drug delivery to the posterior segment of the eye (2014)
  • Author(s): Nobuhiro Nagai, Hirokazu Kaji, Hideyuki Onami, Yumi Ishikawa, Matsuhiko Nishizawa, Noriko Osumi, Toru Nakazawa, Toshiaki Abe
  • Journal Title: Acta Biomater. Volume: 10 Pages: 680-687
  • DOI: 10.1016/j.actbio.2013.11.004
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Micropatterned polymeric nanosheets for local delivery of an engineered epithelial monolayer (2014)
  • Author(s): Toshinori Fujie, Yoshihiro Mori, Shuntaro Ito, Matsuhiko Nishizawa, Hojae Bae, Nobuhiro Nagai, Hideyuki Onami, Toshiaki Abe, Ali Khademhosseini, Hirokazu Kaji
  • Journal Title: Adv. Mater. Volume: 26 Pages: 1699-1705
  • DOI: 10.1002/adma.201301300
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A platform for controlled dual-drug delivery to the retina: protective effects against light-induced retinal damage in rats (2014)
  • Author(s): Nobuhiro Nagai, Hirokazu Kaji, Hideyuki Onami, Yuki Katsukura, Yumi Ishikawa, Zhaleh Kashkouli Nezhad, Kaori Sampei, Satoru Iwata, Shuntaro Ito, Matsuhiko Nishizawa, Toru Nakazawa, Noriko Osumi, Yukihiko Mashima, Toshiaki Abe
  • Journal Title: Adv. Healthcare Mater. Volume: 3 Pages: 1555-1560
  • DOI: 10.1002/adhm.201400114
  • Peer Reviewed
• [Presentation] マイクロ・ナノ技術を用いた細胞操作と医工領域への展開 (2015)
  • Author(s): 梶 弘和
  • Organizer: 電気化学会第82回大会
  • Place of Presentation: 横浜、横浜国立大学
  • Year and Date: 2015-03-15 – 2015-03-17
  • Invited
• [Presentation] ラット眼球網膜下への細胞担持ナノシートデリバリー (2014)
  • Author(s): 森 好弘, 藤枝俊宣, 永井展裕, 西澤松彦, 阿部俊明, 梶 弘和
  • Organizer: 第36回日本バイオマテリアル学会大会
  • Place of Presentation: 東京、タワーホール船堀
  • Year and Date: 2014-11-17 – 2014-11-18
• [Presentation] ナノシートを用いる眼内細胞送達システムの開発 (2014)
  • Author(s): 森 好弘, 藤枝俊宣, 永井展裕, 西澤松彦, 阿部俊明
  • Organizer: 第30回日本DDS学会学術集会
  • Place of Presentation: 東京、慶應義塾大学
  • Year and Date: 2014-07-30 – 2014-07-31
• [Presentation] Local delivery of an engineered epithelial monolayer by micropatterned polymeric Nanosheets (2014)
  • Author(s): Hirokazu Kaji, Toshinori Fujie, Nobuhiro Nagai, Toshiaki Abe
  • Organizer: ARVO 2014 Annual Meeting
  • Place of Presentation: Orland, Florida, USA
  • Year and Date: 2014-05-04 – 2014-05-08
• [Presentation] Cell delivery system using micropatterned polymeric nanosheets (2014)
  • Author(s): Hirokazu Kaji, Toshinori Fujie, Yoshinori Mori, Nobuhiro Nagai, Ali Khademhosseini, Toshiaki Abe
  • Organizer: 2014 Annual Meeting of the Society For Biomaterials
  • Place of Presentation: Denver, CO, USA
  • Year and Date: 2014-04-16 – 2014-04-19
• [Patent(Industrial Property Rights)] 形状制御されたナノシート及びその製造方法 (2015)
  • Inventor(s): 岩瀬英治,新保創太,武岡真司,藤枝俊宣,梶弘和,阿部俊明
  • Industrial Property Rights Holder: 岩瀬英治,新保創太,武岡真司,藤枝俊宣,梶弘和,阿部俊明
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 特願2015-043990
  • Filing Date: 2015-03-05
• [Patent(Industrial Property Rights)] 細胞担持パターン化ナノ薄膜 (2014)
  • Inventor(s): 梶弘和,藤枝俊宣,森好弘,西澤松彦,阿部俊明,永井展裕
  • Industrial Property Rights Holder: 梶弘和,藤枝俊宣,森好弘,西澤松彦,阿部俊明,永井展裕
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: PCT/JP2014/67852
  • Filing Date: 2014-06-27
  • Overseas