植物細胞壁を模倣したシルク-ペクチンハイドロゲルの創成とサンゴ再生基盤への利用

• 研究課題/領域番号: 25810110
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: グリーン・環境化学
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 沼田 圭司 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, チームリーダー (40584529)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2015年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2014年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2013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: シルク / ネットワーク構造 / サンゴ / ゲル / ベータシート構造 / 高分子材料 / ペクチン

研究成果の概要

サンゴ再生足場材料として、生体適合性および生分解性に優れたシルクタンパク質を用いて、高強度かつサンゴの生育に適した足場材料を構築することを目指した。シルクのナノ粒子とハイドロゲルからなる足場材料は、二段階の生理活性物質の除法を可能にした。シルクにペクチンを組み合わせることで、高強度化にも成功した。このシルクとぺクチンからなるハイドロゲルは、シルク繊維とペクチン分子の相互作用により、その層分離構造が変化することが明らかとなった。一方で、シルクのネットワーク構造を制御することで、タフネスを劇的に改善することにも成功しており、これらの素材を利用した実地試験が望まれる。

研究成果

• [雑誌論文] Crystal structure and physical properties of Antheraea yamamai silk fibers: long poly(alanine) sequences are partially in crystalline region (2015)
  • 著者名/発表者名: Keiji Numata, Ryota Sato, Kenjiro Yazawa, Takaaki Hikima, Hiroyasu Masunaga
  • 雑誌名: polymer 巻: 77 ページ: 87-94
  • DOI: 10.1016/j.polymer.2015.09.025
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Use of extension-deformation-based crystallization of silk fibres to differentiate their functions in nature (2015)
  • 著者名/発表者名: Keiji Numata, Hiroyasu Masunaga, Takaaki Hikima, Sono Sasaki, Kazuhide Sekiyama, Masaki Takata
  • 雑誌名: Soft Matter 巻: 11 号: 31 ページ: 6335-6342
  • DOI: 10.1039/c5sm00757g
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Poly(amino acid)s/polypeptides as potential functional and structural materials (2015)
  • 著者名/発表者名: Keiji Numata
  • 雑誌名: Polymer Journal 巻: 47 号: 8 ページ: 537-545
  • DOI: 10.1038/pj.2015.35
  • NAID: 40020540927
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Silk-Pectin Hydrogel with Superior Mechanical Properties, Biodegradability, and Biocompatibility (2014)
  • 著者名/発表者名: Keiji Numata, Shoya Yamazaki, Jo-Ann Chuah, Takuya Katashima, Naofumi Naga, Takamasa Sakai
  • 雑誌名: Macromolecular Bioscience 巻: 14 号: 6 ページ: 799-806
  • DOI: 10.1002/mabi.201300482
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 構造材料を志向したポリペプチドの生合成と材料設計 (2016)
  • 著者名/発表者名: 沼田圭司
  • 学会等名: 高分子学会 関東高分子若手研究会サマーキャンプ
  • 発表場所: 東京農工大学館山荘（千葉県・館山市）
  • 年月日: 2016-08-04
  • 招待講演
• [学会発表] Chemoenzymatic synthesis and material design of polypeptides (2016)
  • 著者名/発表者名: Keiji Numata
  • 学会等名: The 3rd International Symposium for Green-Innovation Polymers
  • 発表場所: 北陸先端大学（石川県・能美市）
  • 年月日: 2016-03-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] アミノ酸から構成される高分子の合成および構造材料への展開 (2016)
  • 著者名/発表者名: 沼田圭司
  • 学会等名: 高分子学会埼玉地区懇話会
  • 発表場所: リンテック（埼玉県・蕨市）
  • 年月日: 2016-01-22
  • 招待講演
• [学会発表] Potential as structural materials and chemo-enzymatic synthesis of poly(amino acid) (2015)
  • 著者名/発表者名: Keiji Numata
  • 学会等名: Pacifichem2015
  • 発表場所: Honolulu（米国）
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Antheraea yamamaiシルクの結晶構造とその機械的および熱的性質に関する研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 沼田圭司、佐藤涼太、増永啓康、引間孝明
  • 学会等名: 第64回高分子学会討論会
  • 発表場所: 東北大学（宮城県・仙台市）
  • 年月日: 2015-09-15
• [学会発表] Silk and Related Peptides as Structural Materials (2015)
  • 著者名/発表者名: Keiji Numata
  • 学会等名: 5TH MOLECULAR MATERIALS MEETING (M3)
  • 発表場所: Singapore（Singapore）
  • 年月日: 2015-08-03
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ペプチドの化学酵素合成およびバイオマス材料としての応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 沼田圭司
  • 学会等名: 第4回CSJ化学フェスタ2014
  • 発表場所: 船堀
  • 年月日: 2014-10-15
  • 招待講演
• [学会発表] Structural analysis of silk fibers and importance of the beta-sheet formation (2014)
  • 著者名/発表者名: Keiji Numata
  • 学会等名: International Silk Conference
  • 発表場所: 上海
  • 年月日: 2014-10-08
• [学会発表] クモ糸およびカイコ由来シルクの延伸過程における結晶構造解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 沼田圭司、増永啓康、引間孝明
  • 学会等名: 第63回高分子学会年次大会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2014-05-30
• [学会発表] Silk hydrogel with high strength and biocompatibility
  • 著者名/発表者名: Keiji Numata
  • 学会等名: Tissue Engineering and Regenerative Medicine International Society; Asia Pacific Chapter (TERMIS-AP)
  • 発表場所: Wuzhen, China
  • 招待講演
• [図書] Silk Biomaterials in Tissue Engineering and Regenerative Medicine (2013)
  • 著者名/発表者名: Keiji Numata
  • 総ページ数: 16
  • 出版者: Woodhead Publishing