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 / ヒドロゲル / 高次構造 / 組織再生 / ダブルネットワーク / セルフソーティング / 構造可変性

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

高齢化が進み医療費の増大が深刻化する日本において、医療技術の進展は急務である。特に、自己再生しない脳などの組織再生を実現することは、患者の後遺症を低減しQOLの保持に繋がる。本研究では、細胞の分化や生存、増殖に関与する細胞外マトリクスの持つ多段階的な成長因子徐放機能に着目した。感染性夾雑物のリスクや動物個体差のない人工の細胞外マトリクスとして、生体親和性や生分解性に優れた低分子ペプチドに注目した。本研究は、多段階的な成長因子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する。本研究課題の初年度である2022年度は、基盤となるダブルネットワーク超分子ペプチドゲルの開発を行った。
候補となる新規自己集合性ペプチドを複数種開発し、それらがいずれも生理的条件下でゲル形成することを確認した。また、開発ペプチドのヒドロゲルについて、電子顕微鏡観察および分光分析、構造解析を行った。それらの結果に基づき、候補ペプチドの中からダブルネットワーク形成に適した2種のペプチドを選出した。さらには、選択した2種ペプチドを混合した際、分光学的手法からそれらが独立して集積しダブルネットワークを構築したことが示唆された。加えて、候補ペプチドについて生体親和性や生分解性を評価し、組織再生実現に向けた生物学的評価を進めている。
これらの成果を基に、2022年度は、学術雑誌での解説、8件の学会発表(３件受賞、1件国際学会発表、1件招待講演)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、2022年度は、本研究の基盤となるダブルネットワーク超分子ペプチドゲルの開発を計画していた。これまでに、二種の新規自己集合性ペプチドを混合し、ダブルネットワーク形成に成功したことを示唆するデータが得られている。さらに、組織再生応用に向け、実験系の立ち上げを進めている。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

当初の予定通り、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目指す計画である。

研究成果

• [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] 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