多段階成長因子徐放により組織再生を促すダブルネットワーク超分子ペプチドゲルの開発

• 研究課題/領域番号: 22KJ1251
• 補助金の研究課題番号: 22J22214 (2022)
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 基金 (2023); 補助金 (2022)
• 応募区分: 国内
• 審査区分: 小区分37010:生体関連化学
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 矢口 敦也 東京農工大学, 大学院工学府, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2023-03-08 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 2,500千円 (直接経費: 2,500千円); 2024年度: 800千円 (直接経費: 800千円); 2023年度: 800千円 (直接経費: 800千円); 2022年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
• キーワード: ペプチド / 自己集合性 / ナノファイバー / 高次構造 / 組織培養 / セルフソーティング / ヒドロゲル / 構造可変性 / 組織再生 / ダブルネットワーク

研究開始時の研究の概要

胚から組織形成に至る発生過程では、成長因子が細胞外マトリクス(ECM)から段階的に放出される。成長因子と細胞表面受容体との結合が引き 金となり、胚の各組織への分化が誘導される。その際ECMは、細胞を支える足場として、また特定の時空間で成長因子を局所徐放する媒体として働く。本研究では、生体親和性や生分解性に優れる低分子ペプチドからなる超分子型ダブルネットワークゲルを開発し、ECM同様の足場かつ多段階徐放機能を有する材料の実現を目指す。開発した材料を用いて、生体内での組織再生を可能にする革新的再生医療技術の構築を目指す。

研究実績の概要

細胞外マトリクスは、細胞の三次元的な足場として、また適切な時空間にシグナル分子や栄養などの物質を生体組織へと供給する媒体として働くゲル状組織である。このような細胞外マトリクスの多角的な機能は、生体内における組織の異方的な発達や生体機能の維持に寄与している。したがって、細胞外マトリクスの機能を人工的に模倣した新規材料の創出は、組織の再生・再構築を促す薬や組織培養の外環境として有用である。ここで、細胞の足場として機能する人工材料は数多く開発されてきたが、複数の成長因子蛋白質の拡散を直交的に制御する機能を持ち合わせた材料の例はほぼない。本研究では、細胞接着性や生分解性を持つこと、分子集合を精密に制御できることから自己集合性のペプチドに注目し、多段階的な成長因子の徐放機能を再現するダブルネットワーク超分子ペプチドゲルの開発を目的としている。
2023年度は、昨年度に開発した2種の自己集合性ペプチドを混合し形成させたヒドロゲルが、ダブルネットワークへとセルフソーティングしたことを電子顕微鏡や共焦点顕微鏡を用いた観察で明らかにした。また、低分子ペプチドゲル化剤の応用可能性を広げるため、外部刺激応答性の付与を検討した。刺激応答性ユニットをペプチド分子へと位置を変え導入したところ、集積形状が変化し、そのマクロ物性にも差を生むことが示された。さらには、開発した低分子ペプチドゲル化剤を用いた組織培養応用を行い、生体組織の三次元培養に成功した。
これらの成果を基に、2023年度は、10件の学会発表(1件国際学会、4件受賞)を行った。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

当初の予定では、2023年度は、開発したダブルネットワーク超分子ペプチドゲルの機能応用を計画していた。これまでに、ダブルネットワーク超分子ペプチドゲルの化学的な性能を調べ、その機能を用いた細胞外マトリクス代替応用を進めている。その一つが組織培養であり、現時点で生体組織の立体培養に成功している。加えて、ペプチド分子内の官能基の位置調整による集積挙動の制御など、予期していなかった研究の広がりを見せている。
したがって、当初の計画以上に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

2024年度は、開発したダブルネットワーク超分子ペプチドゲルの細胞外マトリクス代替応用を目指すとともに、その過程で見つかった自己集合性ペプチドについても研究成果をまとめ、さらなる成果創出に繋げる。

研究成果

• [国際共同研究] 国立陽明交通大学(中国)
• [国際共同研究] National Yang Ming Chiao Tung University(中国)
• [雑誌論文] Amphiphilic peptide-tagged N-cadherin forms radial glial-like fibers that enhance neuronal migration in injured brain and promote sensorimotor recovery (2023)
  • 著者名/発表者名: Yuya Ohno, Chikako Nakajima, Itsuki Ajioka, Takahiro Muraoka, Atsuya Yaguchi, Teppei Fujioka, Saori Akimoto, Misaki Matsuo, Ahmed Lotfy, Sayuri Nakamura, Vicente Herranz-Perez, Jose Manuel Garcia-Verdugo, Noriyuki Matsukawa, Naoko Kaneko, Kazunobu Sawamoto.
  • 雑誌名: Biomaterials 巻: 294 ページ: 122003-122003
  • DOI: 10.1016/j.biomaterials.2023.122003
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] ROS‐Triggered Gel‐Sol Transition and Kinetics‐Controlled Cargo Release by Methionine‐Containing Peptides (2023)
  • 著者名/発表者名: Hara Yoshika、Yaguchi Atsuya、Hiramatsu Hirotsugu、Muraoka Takahiro
  • 雑誌名: ChemBioChem 巻: - 号: 9
  • DOI: 10.1002/cbic.202200798
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 生体組織の立体培養と回収を可能にする高強度と選択的分解性を兼ね備えた超分子ペプチドゲルの開発 (2024)
  • 著者名/発表者名: 矢口敦也、味岡逸樹、村岡貴博
  • 学会等名: 日本化学会第104春季年会
• [学会発表] 選択的分解能を持つ高強度超分子ペプチドゲルの開発と三次元組織培養への応用 (2024)
  • 著者名/発表者名: 矢口敦也、味岡逸樹、村岡貴博
  • 学会等名: 日本薬学会第144年会
• [学会発表] メチオニン含有ペプチドでのゲルゾル転移と物質放出速度制御 (2024)
  • 著者名/発表者名: 原 良佳、矢口 敦也、平松 弘嗣、村岡 貴博
  • 学会等名: 日本化学会第104春季年会
• [学会発表] ROS応答性ペプチドでのゲルゾル転移速度制御 (2024)
  • 著者名/発表者名: 原 良佳、矢口 敦也、平松 弘嗣、村岡 貴博
  • 学会等名: 日本薬学会第144年会
• [学会発表] 生体接着性を光制御する螺旋状ファイバー形成ペプチドの開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 矢口 敦也、内田 紀之、味岡 逸樹、村岡 貴博
  • 学会等名: 第72回高分子学会年次大会
• [学会発表] らせん状繊維へと自己組織化する生体接着性ゲル化ペプチドの開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 矢口敦也、内田紀之、平松弘嗣、味岡逸樹、村岡貴博
  • 学会等名: 2023年繊維学会年次大会
• [学会発表] Development of a Helix-Forming Photoresponsive Peptide for Controlling Bioadhesion Property (2023)
  • 著者名/発表者名: Atsuya Yaguchi, Noriyuki Uchida, Hirotsugu Hiramatsu, Itsuki Ajioka, Takahiro Muraoka
  • 学会等名: The 13th SPSJ International Polymer Conference
  • 国際学会
• [学会発表] 亜急性期脳梗塞治療を目指した新規自己集合性ペプチドの開発と集積構造解析結果に基づくゲル化速度制御 (2023)
  • 著者名/発表者名: 矢口敦也、味岡逸樹、平松弘嗣、村岡貴博
  • 学会等名: 第17回バイオ関連化学シンポジウム
• [学会発表] 構造可変性により生体分子を脱着制御する低分子ペプチドゲル化剤の開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 矢口敦也、内田紀之、平松弘嗣、味岡逸樹、村岡貴博
  • 学会等名: 第72回高分子討論会
• [学会発表] 螺旋構造形成により生体接着制御する新規自己集合性ペプチドの開発と応用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 矢口敦也、内田紀之、平松 弘嗣、味岡逸樹、村岡貴博
  • 学会等名: 日本化学会秋季事業 第13回 CSJ化学フェスタ2023
• [学会発表] 成長因子徐放性を有する超分子ゲル化ペプチドの開発と亜急性期脳梗塞治療応用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 矢口敦也、内田紀之、味岡逸樹、村岡貴博
  • 学会等名: 第45回バイオマテリアル学会大会
• [学会発表] Development of a jigsaw-shaped self-assembling peptide for injured brain regeneration (2023)
  • 著者名/発表者名: Atsuya Yaguchi, Itsuki Ajioka, Hirotsugu Hiramatsu, Takahiro Muraoka
  • 学会等名: The 60th Japanese Peptide Symposium
• [学会発表] メチオニン含有ペプチドのゲルゾル転移と物質放出の速度制御 (2023)
  • 著者名/発表者名: 原良佳、矢口敦也、平松弘嗣、村岡貴博
  • 学会等名: 第45回バイオマテリアル学会大会
• [学会発表] Kinetics Control of Gel-Sol Transition and Cargo Release of Oxidation Responsive Peptides (2023)
  • 著者名/発表者名: Yoshika Hara, Atsuya Yaguchi, Hirotsugu Hiramatsu, Takahiro Muraoka
  • 学会等名: The 13th SPSJ International Polymer Conference
  • 国際学会
• [学会発表] 両親媒性ペプチドのメチオニン酸化に応答するゲルゾル転移 と物質放出制御への応用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 原良佳、矢口敦也、平松弘嗣、村岡貴博
  • 学会等名: 第72回高分子学会年次大会
• [学会発表] 蛋白質徐放する超分子ゲル化ペプチドの開発と脳梗塞治療への応用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 矢口敦也
  • 学会等名: 第1回分子生命反応創発討論会
• [学会発表] 超分子らせんファイバーを形成するペプチドの開発と生体接着性光制御 (2023)
  • 著者名/発表者名: 矢口敦也、内田紀之、味岡逸樹、村岡貴博
  • 学会等名: 日本化学会第103春季年会
• [学会発表] 高次構造転移特性を有する自己集合性ペプチドの開発と亜急性期脳梗塞治療への応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 矢口敦也、平松弘嗣、味岡逸樹、村岡貴博
  • 学会等名: 第71回高分子学会年次大会
• [学会発表] Development of a novel gel-forming peptide with helix-to-strand transition capability for injured brain regeneration (2022)
  • 著者名/発表者名: Atsuya Yaguchi, Itsuki Ajioka, Takahiro Muraoka
  • 学会等名: The 16th Asian Textile Conference
  • 国際学会
• [学会発表] 蛋白質の効率的取込と徐放を実現する超分子ファイバー形成ペプチドの開発と脳梗塞治療応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 矢口敦也、朝倉哲郎、内藤晶、平松弘嗣、味岡逸樹、村岡貴博
  • 学会等名: 2022年繊維学会年次大会
• [学会発表] 蛋白質の効率的取り込みと徐放を両立する超分子ゲル化ペプチドの開発と亜急性期脳梗塞治療応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 矢口敦也、味岡逸樹、村岡貴博
  • 学会等名: 先端モデル動物支援プラットフォーム2022年度若手支援技術講習会
• [学会発表] 組木型パッキングを構成する両親媒性ペプチドのゲル特性、精密構造解析と脳梗塞治療応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 矢口敦也、平松弘嗣、味岡逸樹、村岡貴博
  • 学会等名: 第71回高分子討論会
• [学会発表] 高次構造転移特性を有する自己集合性ペプチドの開発と亜急性期脳梗塞治療への応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 矢口敦也
  • 学会等名: 第31回ポリマー材料フォーラム
  • 招待講演
• [備考] 村岡研究室 ホームページ
  • URL: https://www.muraoka-lab.com
• [産業財産権] ゲル分解活性を有する改変型ペプチド (2023)
  • 発明者名: 味岡逸樹、村岡貴博、原央子、矢口敦也
  • 権利者名: 神奈川県立産業技術総合研究所、東京医科歯科大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2023-192489
  • 出願年月日: 2023