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ナノゲル架橋ハイドロゲルの設計とタンパク質デリバリーへの応用

研究課題

研究課題/領域番号 10J03768
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 医用生体工学・生体材料学
研究機関京都大学 (2012)
東京医科歯科大学 (2010-2011)

研究代表者

下田 麻子  京都大学, 工学研究科, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2010 – 2012
研究課題ステータス 完了 (2012年度)
配分額 *注記
2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
2012年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2011年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2010年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
キーワードナノゲル / エレクトロスピニング / ナノファイバー / タンパク質デリバリー / 架橋 / ハイドロゲル / 骨再生 / がん治療 / RGDペプチド
研究概要

我々はこれまでに、疎水性の高いコレステリル基を部分的に(1~5%)置換した多糖プルラン(コレステリル基置換プルラン、CHP)が希薄溶液中で自己組織的に会合し、ナノサイズ(20~30nm)のヒドロゲルを形成することを見出した。CHPナノゲルはタンパク質を自発的に取り込み安定化させ、その分子シャペロン効果により活性を保持したまま内包物を放出することができる。本研究では、エレクトロスピニング法を用いて新素材として注目されているナノファイバーの作製を試みた。
まず、ナノゲルのみを用いたファイバーの形成を試みた。これまでに検討した重合性基を付与したCHPナノゲルを生分解性の架橋で集積させたナノゲル架橋微粒子を調製した。この時、溶媒組成、ナノゲル濃度、架橋度、流速、シリンジと基板との距離、電圧などのパラメーターを変化させてエレクトロスピニングを行った。しかし、溶液の粘性が低く、溶媒の乾燥が不十分であるためにbeadsしか得られなかった。
次に、細胞培養基板として広く用いられているゼラチンとナノゲルの混合系について検討した。ゼラチン自体は水溶性のため、エレクトロスピニング後に架橋反応を行う必要がある。今回はゼラチンとナノゲル両方を溶解することのできるPBSとエタノールの混合溶媒を用いることで、insituで架橋反応が可能なファイバーを形成することとした。ゼラチン及びナノゲルをPBSとエタノールの混合溶媒に加え、これに縮合剤であるEDC及びNHS溶液を添加し、一定時間後にエレクトロスピニングを行った。その結果、縮合剤の濃度や架橋反応時間、ゼラチンの分子量の違いに応じて200-1200nmの様々な直径のファイバーを得ることに成功した。水中での安定性をみるために、得られたファイバーを1~2日水に浸漬させたサンプルをSEMで観察したところ、浸漬前と同様にファイバーの形状を保持することが示された。また、蛍光修飾ナノゲルを用いてファイバーにおけるナノゲルの分布状態を蛍光顕微鏡で観察したところ、ファイバー全体にナノゲル由来の蛍光が見られた。
ナノゲルの特筆すべき点として、タンパク質を安定に保持し、活性のある状態で放出できることが挙げられる。ファイバーにタンパク質を内包したナノゲルを封入することで、ファイバーからタンパク質を徐放する素材の開発が期待できる。そこで、モデルタンパク質としてウシ血清アルブミン(BSA)をナノゲルに内包し、これとゼラチンを混合し上記の方法と同様にエレクトロスピニングを行ったところ、300nm前後のファイバーを形成することが確認された。今後はナノゲルからのタンパク質の放出速度の検討や、ファイバーを何層にも重ねることで複数の種類のタンパク質を順番に放出させるシステムの構築を目指す。

報告書

(3件)
  • 2012 実績報告書
  • 2011 実績報告書
  • 2010 実績報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2012 2011 2010 その他

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件) 学会発表 (10件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Biodegradable Nanoge-integrated Hydrogels for Sustained Protein Delivery2012

    • 著者名/発表者名
      Asako Shimoda, et al.
    • 雑誌名

      Macromolecular Research

      巻: 20 号: 3 ページ: 266-270

    • DOI

      10.1007/s13233-012-0054-x

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cholesteryl group- and acryloyl group-bearing pullulan nanogel to deliver BMP2 and FGF18 fo bone tissue engineering2012

    • 著者名/発表者名
      Fujioka-Kobayashi Masako, et al.
    • 雑誌名

      Biomaterials.

      巻: 33 号: 30 ページ: 7613-7620

    • DOI

      10.1016/j.biomaterials.2012.06.075

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Biodegradable Nanogel-integrated Hydrogels for Sustained Protein Delivery2012

    • 著者名/発表者名
      Asako Shimoda, et al
    • 雑誌名

      Macromolecular Research

      巻: 20 ページ: 266-270

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dual crosslinked hydrogel nanoparticles by nanogel bottom-up method for sustained-release delivery2011

    • 著者名/発表者名
      Asako Shimoda, et al
    • 雑誌名

      Colloids Surf B Biointerfaces

      巻: (in press) ページ: 38-44

    • DOI

      10.1016/j.colsurfb.2011.09.025

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書 2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Exploitation of a novel polysaccharide nanogel cross-linking membrane for guided bone regeneration (GBR)2011

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Miyahara, et al
    • 雑誌名

      J Tissue Eng Regen Med

      巻: (in press) 号: 8 ページ: 666-672

    • DOI

      10.1002/term.475

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書 2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cell specific peptide-conjugated polysaccharide nanogels for protein delivery2011

    • 著者名/発表者名
      Asako Shimoda, et al
    • 雑誌名

      Macromol Biosci

      巻: Vol.11 号: 7 ページ: 882-888

    • DOI

      10.1002/mabi.201000491

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] The tumor necrosis factor type 2 receptor plays a protective role in tumor necrosis factor-α-induced bone resorption lacunae on mouse calvariae2011

    • 著者名/発表者名
      K.Nagano, N.Alles, A.H.Mian, A.Shimoda, N.Morimoto, Y.Tamura, H.Shimokawa, K.Akiyoshi, K.Ohya, K.Aoki
    • 雑誌名

      J Bone Miner, Metab

      巻: 29 号: 6 ページ: 671-681

    • DOI

      10.1007/s00774-011-0270-z

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Supression of NF-κB Increases Bone Formation and Ameliorates osteopenia in Overiectomized Mice2010

    • 著者名/発表者名
      Neil Alles, Niroshani S.Soysa
    • 雑誌名

      Endocrinology

      巻: 151 ページ: 4626-4634

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cell specific peptide-conjugated polysaccharide nanogels for protein delivery

    • 著者名/発表者名
      Asako Shimoda
    • 雑誌名

      Macromolecular Bioscience

      巻: accepted

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] ナノゲルボトムアップ法によるゲル材料の設計とDDS応用2012

    • 著者名/発表者名
      下田麻子
    • 学会等名
      第23回高分子ゲル研究討論会
    • 発表場所
      東京大学山上会館
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] ナノゲル集積ハイドロゲルの設計とバイオマテリアル応用2011

    • 著者名/発表者名
      下田麻子
    • 学会等名
      第57回高分子研究発表会
    • 発表場所
      兵庫県民会館
    • 年月日
      2011-07-15
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] RGD peptide-modified polysaccharide nanogel for protein delivery2011

    • 著者名/発表者名
      下田麻子
    • 学会等名
      第60回高分子学会年次大会
    • 発表場所
      大阪国際会議場
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] ラズベリー型ナノゲル微粒子の設計とタンパク質デリバリー2011

    • 著者名/発表者名
      下田麻子
    • 学会等名
      第27回DDS学会学術集会
    • 発表場所
      東京大学本郷キャンパス
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] ラズベリー型多糖ナノゲル集積ゲルの設計とバイオマテリアル応用2011

    • 著者名/発表者名
      下田麻子
    • 学会等名
      第60回高分子討論会
    • 発表場所
      岡山大学津島キャンパス
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Crosslinked Assembly of Polysaccharide Nanogels as Injectable Nanocarrier2011

    • 著者名/発表者名
      下田麻子
    • 学会等名
      3rd International Congress on BIOHYDROGELS
    • 発表場所
      C.S.D.Foresteria Valdese Firenze
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 機能性ナノゲル架橋ナノ微粒子の設計2010

    • 著者名/発表者名
      下田麻子
    • 学会等名
      第59回高分子年次大会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 細胞親和性RGD修飾ナノゲルの設計と応用2010

    • 著者名/発表者名
      下田麻子
    • 学会等名
      第26回DDS学会学術集会
    • 発表場所
      大阪国際交流センター
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 機能性ナノゲル架橋ナノ微粒子の設計2010

    • 著者名/発表者名
      下田麻子
    • 学会等名
      第59回高分子討論会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] RGD-modified polysaccharide nanogels for targeted delivery2010

    • 著者名/発表者名
      Asako Shimoda
    • 学会等名
      2010 Pacifichem
    • 発表場所
      Hawaii Convention Center
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [図書] 先端バイオマテリアルハンドブック(再生医療のためのナノゲル基盤ヒドロゲル)2012

    • 著者名/発表者名
      下田麻子
    • 出版者
      (株)エヌ・ティー・エス
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書

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公開日: 2010-12-03   更新日: 2024-03-26  

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