エラスティックシルク創製のための基礎研究

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26660265
• Research Institution: Shinshu University
• Principal Investigator: 玉田 靖 信州大学, 学術研究院繊維学系, 教授 (70370666)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: シルク繊維 / ペプチド / QCM / エレクトロスピニング

Outline of Annual Research Achievements

フィブロインH鎖タンパク質の結晶領域モチーフの繰り返し配列を基本とする11種類のペプチドの設計と合成を行った。それらは、結晶緩和分子として結晶領域の繰り返し配列のグリシンをプロリンに変換したもの(SGAPAGS)や繰り返し配列間にプロリンを挿入したもの(SGAGAGPPPGAGAGS)、あるいは弾性架橋分子として結晶領域の繰り返し配列間に弾性分子としてのエラスチン(VPGVG)やスパイダー(GPGGY)を挿入したものや17残基の安定化αヘリックス配列（AKAAAEKAAAEKAAAEA)を挿入したものである。また、これらのペプチドと結晶領域との結合についてQCMで検討するための基盤固定化用ペプチドも設計・合成した。
シルクフィブロインと作製したペプチドとの結合性を評価するためにQCMによる測定を実施したが、安定した結合評価が難しかった。これは、基盤に固定化したフィブロインの安定性が原因であると推察し、結合物質モデルとしてアルブミンを用いてフィブロインのQCM基盤への安定固定化についてコーティング手法（ディップ法やスピン法）検討を実施し、1wt%フィブロイン水溶液からスピンコーティング法により固定化し、メタノールによる不溶化処理を行うことで、測定中に溶解が少ない安定したフィブロイン固定が出来ることが分かった。フィブロインへのアルブミンの結合は、解離定数は5.67x10-7 Mであった。
次年度計画で、今回作出したペプチドをフィブロイン水溶液に混合し、エレクトロスピニングによる紡糸で微細繊維を作出し、その弾性率を測定することとなるため、フィブロイン水溶液によるエレクトロスピニング条件を検討し、フィブロイン分子量を高く保つことで、5wt％の低濃度水溶液から印加電圧20kVでサブミクロン径の微細繊維が作出できることが分かった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

エラスティックシルクを設計するための結晶緩和分子や弾性架橋分子の設計については、文献検索等により計画通りに行い合成も終了した。QCM測定における安定性の課題が顕在化したため結合検討についてはこれからとなるが、課題も解決したことから順調に進むと考えられる。エレクトロスピニングによる微細繊維作製条件もほぼ決定され、設計した分子によるマクロな弾性率測定も準備が整い、計画通りに進展すると考えている。

Strategy for Future Research Activity

本年度設計・合成した結晶緩和分子や弾性架橋分子を混合したシルク微細繊維をエレクトロスピニングで紡糸し、得られた繊維の弾性率変化を観察する。設計した分子の作用について検討を行い、フィブロインの結晶領域との結合性との比較をしながら機能発現を解析し、新たな結晶緩和分子や弾性架橋分子の設計・合成を行うことで、エラスティックシルク創出のための基礎知見を蓄積する。また、（独）農業生物資源研究所で作出された結晶モチーフの長さを変化させた組換えシルクフィブロインの活用も平行して考察し、エラスティックシルク実現へ加速する。

Causes of Carryover

使用予定のAFMが不調であったためカンチレバーを購入しなかったことと、ペプチド合成において、設計・合成したペプチドの効果を微細繊維での弾性率測定により評価した後に、そのフィードバックから合成に着手するべきと判断したために、新たなペプチド合成を次年度に行うこととしたため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

他機関のAFM装置の借用を考慮し、そのための実験旅費とカンチレバー購入に使用する計画であることと、効果の確認できたペプチドの多量合成とフィードバックから設計した新たなペプチドの合成に使用する計画である。また、継続してQCM測定による確認も必要なことから、QCM用のセンサーチップの購入に使用する計画である