生体吸収性ポリマーと機能性ペプチドの複合化による再生型癒着防止人工心膜の開発

• 研究課題/領域番号: 21K08820
• 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55030:心臓血管外科学関連
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 緒方 藍歌 名古屋大学, 医学系研究科, 特任講師 (70718311)
• 研究分担者: 原 光生 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (10631971) ; 宇都 甲一郎 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 独立研究者 (30597034) ; 加藤 竜司 名古屋大学, 創薬科学研究科, 准教授 (50377884) ; 成田 裕司 名古屋大学, 医学系研究科, 准教授 (60378221) ; 蟹江 慧 近畿大学, 工学部, 准教授 (80636407)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: 癒着 / 心膜 / 生体吸収性ポリマー / ペプチド / 線維芽細胞 / 人工心膜 / 癒着防止

研究開始時の研究の概要

本研究では、生体吸収性ポリマーに心膜構成細胞の機能を制御するペプチドを化学修飾した、自己心膜再生を促す「再生型癒着防止人工心膜」を開発し、その有用性を検討する。具体的に、生体吸収性ポリマーのポリカプロラクトン(PCL)を用いてシートを作成し物性評価を行ったのち、シートに機能性ペプチドを化学的に修飾する。中皮細胞および線維芽細胞をペプチド修飾シート上に播種して細胞接着性等を評価する。良好な結果が得られたら、ペプチド修飾シートを心膜癒着モデル動物で有用性を評価する。

研究実績の概要

心臓血管外科手術では、手技の複雑化やステージ手術等の増加に伴い、再手術症例が増加している。再手術時には心臓は周辺組織と癒着しており、癒着剥離操作は、手術手技の難易度を上げるだけでなく、剥離時の臓器損傷が致命的出血性合併症を招くことがある。また癒着は術後拡張障害を惹起し、HFpEFといった心不全の原因となる。現在臨床で使用されている人工心膜（ePTFE）は、開胸時に臓器損傷を回避する物理的遮蔽の役割は果たすが、癒着防止能力に乏しい。また、非吸収性材料のため体内に遺残して繊維化したり、感染の温床となりうる。正常心膜では、単層中皮細胞から分泌される滑液（心嚢液）が、臓器同士の摩擦を軽減し、癒着病態の中心であるフィブリン形成を防止する役割を持つ。従って、心膜組織を再生させることで癒着防止に寄与するであろうと考えた。本研究では、生体吸収性ポリマーに心膜構成細胞の機能を制御するペプチドを化学修飾した、自己心膜再生を促す「再生型癒着防止人工心膜」を開発し、その有用性を検討する。
本年度では新たなペプチド提示技術を開発した。具体的にはペプチドのC末端ドメインにDOPA（イガイ由来接着配列）化タグ配列を配し、マルチウェルプレートにロボット自動化装置を用いて安定かつ大量にコーティングできる実験系が構築できたことで、機能化ペプチドの探索が大きく進んだ。結果として、3残基ペプチド20種類の中から2つの配列(A, B)が線維芽細胞から筋線維芽細胞への分化を抑制することを発見した。次に生体吸収性ポリマーシート表面に配列A, Bを被覆した材料を作成し、ウェルプレート上での効果を再現できるかを検証したが、生体吸収性ポリマーシートでは線維芽細胞の培養自体がうまく進まず、同じ効果の再現までは至らなかった。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

繊維化抑制ペプチドは取得できたが、生体吸収性ポリマーシート表面上での培養条件の最適化が必要であることが判明した。このとこから、当初の計画よりやや遅れていると判断した。

今後の研究の推進方策

ペプチドを成体吸収性ポリマーシート表面上に修飾するためのペプチド被覆濃度や培養条件などの最適化を推進する。動物癒着モデルを用いて開発した材料での実験をさらに進める予定である。