| 研究課題/領域番号 |
23K26385
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| 補助金の研究課題番号 |
23H01692 (2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26020:無機材料および物性関連
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| 研究機関 | 九州工業大学 |
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研究代表者 |
城崎 由紀 九州工業大学, 大学院工学研究院, 准教授 (40533956)
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| 研究分担者 |
稲田 幹 九州大学, 工学研究院, 准教授 (40624979)
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| 研究期間 (年度) |
2024-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円)
2025年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2024年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
2023年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
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| キーワード | ケイ素 / ケイ素周囲の構造 / 神経細胞 / タンパク質 / ハイドロゲル / 増殖促進 / 分化活性 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ケイ素（Si）は，我々の体内では，可溶性のケイ酸の形で，特に骨や腱といった結合性組織に多く存在している。そのため，骨置換を目的とした生体活性シリケートガラスを用いた研究によって，その骨組織再生に関係する作用が明らかにされてきた。一方で，有機ケイ素化合物を出発原料とした，シリケート，シロキサン－生分解性高分子複合体が新しい組織再生足場材料として提案されてきた。この場合，重合度や有機高分子と結合する有機官能基によって，ケイ素を含む化合物の構造は異なる。これらの異なる構造を細胞が認識しているのか，さらに細胞種によってどの程度その効果が異なるのかを知ることは，新しい材料設計指針の足掛かりとなる。
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は，生体必須微量元素であるケイ素を含む化合物の構造に着目し，ケイ素化合物が神経組織再生に及ぼす影響を体系化し，最終的に新規神経再生足場材料の設計に有効利用することである。前年度ケイ酸塩が培地中で1から3量体と異なる重合度の状態で存在することが分かったため，それらを分離する手法を探索した。しかし，分子量が小さくそれ以上に分離することは困難であった。一方，異なるケイ素種から生分解性の多孔質複合体を作製した。出発源のケイ素種の違いは，複合体の吸水性や機械的特性へ影響したが，体積膨潤度や分解性には影響しなかった。特に，3-グリシドキシプロピルトリメトキシシランおよび3-グリシドキシプロピルジメトキシメチルシランを用いた場合，吸水率は高いが体積膨潤・収縮せず，ヤング率も比較的高い値を示した。
キトサンと組み合わせたヒドロゲルも作製した。ヒドロゲルのゲル化時間は，ケイ素種の有機官能基に依存し，アルデヒド基を有するトリメトキシシランアルデヒドを用いた場合より早くゲル化した。ヒドロゲル強度および分解性はケイ素周囲の炭素鎖の存在とケイ素種の添加量に依存した。ヒドロゲル表面での神経細胞増殖は，ケイ素種ではなくヒドロゲルに含まれているリン酸種の濃度に影響し，ケイ素種の構造との関係性を明らかにできなかった。リン酸種の濃度が高いと，ヒドロゲル表面で神経細胞は球形となり，樹状突起を有さず増殖しにくくなった。しかし，ヒドロゲル溶出物存在下での培養では神経細胞は正常に増殖した。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
3: やや遅れている
理由
オルトケイ酸ナトリウムおよびメタケイ酸ナトリウムを用い，ケイ素濃度0.1mMの溶液を作製し，遠心分離後，TOF-MSにて構造を調べた。遠心分離では，3量体以下の状態を分離することはできなかった。
異なるケイ素種から作製した生分解性多孔質複合体に関しては，多孔質構造，機械的特性，吸水性，体積膨潤度，分解性を調べた。炭素鎖を含むシランカップリング剤を用いた場合に孔径が大きく，連通構造も比較的均一であった。またその構造は，吸水率や機械的特性と相関があった。キトサンとの複合体ヒドロゲルでは，ゲル化挙動，ゲル強度，分解性に関して評価した。有機官能基がアルデヒド基およびケイ素周囲に有機鎖が存在する場合に，ゲル化速度が速くなり，強度も増した。複合体（多孔質・ヒドロゲル）表面および溶出物に対する細胞適合性評価は現在進行中である。
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| 今後の研究の推進方策 |
複合体からの溶出物に関して進めている，構造評価と神経細胞応答性評価を完了させ，構造と細胞応答性との関係を明らかにする。また，タンパクの構造変化や酵素活性に対する影響に関しても実験を進める。ケイ酸塩の系に関しては，濃度を上げ，3量体よりも大きい重合体を含む系と比較し，分子量の影響を明らかにする。最終的にケイ素周囲の構造と神経細胞応答性の関係を取りまとめ，最も良い条件での神経ガイドチューブの作製を目指す。
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