2014 Fiscal Year Research-status Report
成長因子の安定的担持機能をもつバイオシールマテリアルの創製
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26820304
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
小幡 亜希子 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (40402656)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | バイオマテリアル / 有機無機ハイブリッド / 不織布 / 生分解性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、ポリグルタミン酸を活用したバイオシールマテリアルの作製および成長因子担持機能の構築を目指す。安全性の高い合成方法、成長因子の変性を抑えた担持システム、そして制御された生分解性と操作性を兼ね揃えた材料を実現する。本年度においては、ポリグルタミン酸(PGA)とシランカップリング剤を用いてPGA/シリカハイブリッド体不織布を作製し、化学構造の解析と生理環境下での安定性制御を目的として研究を進めた。
PGAは側鎖にあるカルボキシル基にカチオンを配位させることで水に可溶となる。今回は水酸化カルシウムを用いてCaPGA水溶液を作製し、シランカップリング剤であるGPTMSを加えることでハイブリッド溶液を作製し、エレクトロスピニング法により不織布を作製することに成功した。繊維径はスピニングの諸条件（印加電圧、押し出し速度等）や溶液濃度を調整することで制御が可能である。
FTIR-ATRおよびNMR解析より、PGAのカルボキシル基とGPTMSのエポキシ基間での結合およびGPTMS同士の脱水縮合によって、PGAのポリマーチェーンがクロスリンクしており、分子レベルでハイブリッド化していることを確認した。pH7.4緩衝溶液に浸漬し37℃にて保持した時の分解性を評価したところ、カルシウムとシリコンイオンを徐放しつつも、1か月以上は不織布が崩壊しないことがわかった。クロスリンクの状態および分解性については、水酸化カルシウムおよびGPTMS量を各々調整することで制御可能であることも見出した。引張強度試験の結果より、CaPGA不織布は脆性を示したのに対しハイブリッド不織布は塑性変形し、さらに最大強度は有意に高かった。よって、ハイブリッド化することで操作性の向上に成功した。
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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
本年度は、基盤となるハイブリッド材料について、合成方法の確立、化学構造の解析、そして物性評価について主に進めてきた。とくに本研究課題が目指す材料設計として重要なポイントである、水のみを用いた合成方法を確立できたことで、バイオマテリアルとしての高い安全性の確保と同時に、導入するタンパク質等の成長因子の失活を抑制するのに有効と期待される。材料組成を変化させることで、ハイブリッド構造を分子レベルで制御することが可能であり、同時に分解性等の物性についても制御可能であることを見出した。つまり、生理環境下における安定性制御を確保できると考える。以上のように、本研究課題が目指す基盤材料として有効なハイブリッド材料の開発に成功した。
さらに、次年度に予定していたモデルタンパク質の導入試験についてもすでに一部進行しており、本ハイブリッド材料の有用性を示す結果を徐々に得ている。詳細な解析については次年度に進める予定であるが、タンパク質の失活を抑制する機能をもつ材料として大いに期待できる状況である。以上のことから、当初の計画以上に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の予定通り、今後は本年度にて確立されたハイブリッド不織布を基盤材料として用い、これにモデルタンパク質を含む種々のタンパク質・生体分子を導入してゆく。得られた材料について、導入されたタンパク質等の機能発現を主に解析する。また、細胞培養試験により、基盤材料およびタンパク質等を担持させた材料の細胞親和性、および細胞に対する活性化効果を評価する。
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| Causes of Carryover |
本年度の研究課題として、基盤となるハイブリッド材料の合成方法の確立、化学構造の解析、そして物性評価をあげており、それに関わる物品購入費を主な支出として計上していた。しかし、合成方法の確立のための研究が想定以上に順調に進み、それに伴い試薬・物品類の消費が抑えられた。次年度からハイブリッド不織布へタンパク質等の生体分子を導入して試験を進める予定であるが、当初予定していた生体分子以外についても検討を進めることで、ハイブリッド不織布の有用性をより拡大できる可能性が最近見出された。よって、より多くの試薬を購入する必要があり、次年度の使用額の増大が予想されることから、当該助成金にて調整することとした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
引き続きハイブリッド不織布を作製するための試薬を購入するのはもちろんのこと、不織布に導入するためタンパク質等の生体分子（モデルタンパク質を含む）、および導入した生体分子の機能発現について評価するための検査試薬やキットを購入する。
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