タンパク質成型体が示す高温域での未知な軟化現象と熱融着機序の解明

• 研究課題/領域番号: 19K12835
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分90130:医用システム関連
• 研究機関: 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター
• 研究代表者: 成田 武文 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, 開発本部開発第二部表面・化学技術グループ, 副主任研究員 (20640056)
• 研究分担者: 柚木 俊二 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, 開発本部開発第二部バイオ応用技術グループ, 上席研究員 (20399398) ; 大藪 淑美 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, 開発本部開発第二部バイオ応用技術グループ, 主任研究員 (80587410) ; 村松 和明 東京電機大学, 理工学部, 教授 (90408641)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 中途終了 (2020年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 生体高分子 / 熱融着 / タンパク質

研究開始時の研究の概要

本研究は、タンパク質を材料として捉え、その高温での物理的挙動を明らかにする未踏研究領域を拓く。これまで外科縫合が選択されてきた大型の組織欠損を熱的に接着する新規手法へ開発指針を与えるのみならず、タンパク質粉末をin situにて“接着剤化”する新規かつ安全な内視鏡治療システムの創出へつなげる。具体的に①細胞-線維性組織層-筋タンパク質層から成る模擬血管を医工学的手法により創製し、高温での軟化および接着を生じる層構造および生体高分子組成を明らかにする。②内皮細胞を播種した模擬血管どうしの接着機序を、接着界面部の組織学的評価により明らかにする。

研究実績の概要

本研究は模擬血管を医工学的手法により創製し、高温での軟化および接着を生じる層構造および生体高分子組成、模擬血管どうしの接着機序を接着界面部の組織学的評価により明らにすることである。
ゼラチンを用いて高温処理における物理的・形態的変化を明かにした。サンプルはゼラチン水溶液を冷却してゲル化させ凍結乾燥した物理架橋ゼラチン、およびゲル化時にゲニピンの橋架を導入した後に凍結乾燥した化学架橋ゼラチンを用いた。レオメーターでは200℃を超える温度で貯蔵弾性率が急激に低下し、サンプルの軟化現象を確認した。DSC では 80～100℃の範囲に相転移を認められた。サンプルを熱プレス機で加熱すると、130℃以上で軟化が観察され、2枚のシート状ゼラチンを接着させることができたが、200℃以上では著しい流動化が生じた。これらの結果から、レオメーターで計測された軟化は融点、DSCで計測された相転移はガラス転移点に対応すると考えられた。また、２枚のシート状サンプルを熱プレスし、剥離試験を行ったところ、加熱温度80℃～130℃の範囲で温度依存性の剥離強度が増加した。また、剥離面を観察するとミクロレベルの荒れが見られ、接着界面においては加熱温度の増加により不明瞭になっていたことから接着現象は融着によるものと推定された。
高温領域において、可塑剤を含まなくてもゼラチンの乾燥成形体が軟化し、熱融着を生じることを実証し、この熱融着には加圧が重要な因子であることが示唆された。