MRIスペクトロスコピーによる高分子生体材料の非破壊評価法の確立

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21550112
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 高分子化学
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 黒木 重樹 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 特任准教授 (30293046)
• 研究分担者: 朝倉 哲郎 東京農工大学, 大学院・共生科学技術研究員, 教授 (30139208)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• キーワード: 高分子構造 / 物性 / 生体材料 / 解析 / 評価 / 移植 / 再生医療

研究概要

人体を含めた生体物質を対象としたin Vitro MRIにおいては,医療診断として用いられることが多いため,形態的情報の取得を特に重視し,分解能の向上とともに,画像のコントラストのつけ方として, T_1強調画像, T_2強調画像という言葉が示すような定性的な測定法が主流となっている.一方,高分子生体材料などへのMRI法の応用を考えると単なる形態的情報だけでなく,物性との関連づけの面から,分子レベルの構造および分子運動性の材料全体における空間分布を定性的な議論だけに終わらせず,定量的に評価する手法の確立の必要がある.そこで,本研究では高分子生体材料を対象にMRI法により得られる形態的空間情報にNMR分光から得られる高分子生体材料中の分子レベルの構造や運動性の違いを付加することにより定量的に評価する方法を開発する.本研究で確立したMRI法をシルク基盤の小口径人工血管中の水分子の運動性解析に応用した.具体的には,シルク基盤にシルクおよびポリウレタンをコーティングし,コーティング材の異なる人工血管を作製した.これらの人工血管のMRI画像から,コーティング剤の違いが人工血管中の水分子の緩和時間T2や拡散係数Dの空間分布が大きく影響することがわかった.本研究で開発した定量的MRI解析技術により,生体用材料中の局所的な水分子の緩和時間や拡散係数Dを求めることができ,それらの情報から局所的な運動モード(回転,並進)の違いを議論することができた.

研究成果

• [雑誌論文] NMR顕微鏡の高分子材料への応用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 黒木重樹
  • 雑誌名: ネットワークポリマー 巻: 33(3) ページ: 160-168
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oxygen reduction activity of paralyzed polypyrroles studied by^15N solid-state NMR and XPSwith Principal Component Analysis (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Kuroki, Y. Nabae, M. Chokai, M. Kakimoto, S. Miyata
  • 雑誌名: Carbon 巻: 50 ページ: 153-162
  • 査読あり
• [雑誌論文] Double conformational transition of alkali metal poly(g-glutamate) s in aqueous ethanol (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Hasuike, S. Kuroki, M. Satoh
  • 雑誌名: Biophysical Chemistry 巻: 165-166 ページ: 48-55
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of Small-Diameter Vascular Grafts Based on Silk Fibroin Fibers from Bombyx mori for Vascular Regeneration (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakazawa, M. Sato, R. Takahashi, D. Aytemiz, C. Takabayashi, T. Tamura, S. Enomoto, M. Sata, T. Asakura
  • 雑誌名: J. Biomaterials Sci. Polym. Ed 巻: 22(1-3) ページ: 195-206
  • 査読あり
• [雑誌論文] Very fast magic angle spinning H-1-N-14 2D solid-state NMR : Sub-micro-liter sample data collection in a few minutes (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Nishiyama, Y. Endo, T. Nemoto, H. Utsumi, K. Yamauchi, K. Hioka, T. Asakura
  • 雑誌名: JOURNALOF MAGNETIC RESONANCE 巻: 208(1) ページ: 44-48
  • 査読あり
• [雑誌論文] Regeneration of the femoral epicondyle on calcium-binding silk scaffolds developed using transgenic silk fibroin produced by transgenic silkworm (2011)
  • 著者名/発表者名: A. Nagano, Y. Tanioka, N. Sakurai, H. Sezutsu, N. Kuboyama, H. Kiba, Y. Tanimoto, N. Nishiyama, T. Asakura
  • 雑誌名: ACTA BIOMATERIALIA 巻: 7(3) ページ: 1192-1201
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation of double-raschel knitted silk vascular grafts and evaluation of short-term function in a rat abdominal aorta (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Yagi, M. Sato, Y. Nakazawa, K. Tanaka, M. Sata, K. Itoh, Y. Takagi, T. Asakura
  • 雑誌名: JOURNAL OF ARTIFICIAL ORGANS 巻: 14(2) ページ: 89-99
  • 査読あり
• [雑誌論文] Porous Silk Fibroin Film as a Transparent Carrier for Cultivated Corneal Epithelial Sheets (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Higa, S. Shimmura, N. Takeshima, F. Moro, T. Kawakita, M. Kasashima, M. Demura, J. Shimazaki, T. Asakura, K. Tsubota
  • 雑誌名: J. Biomater. Sci. Polym. Ed 巻: 22(17) ページ: 2261-2276
  • 査読あり
• [雑誌論文] Boneregeneration on the epicondyle of the femur supported by silk fibroin-based scaffold : a model system for dental surgery (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Asakura, R. Koyanagi, N. Nishiyama, N. Kuboyama, H. Kiba, Y. Abiko
  • 雑誌名: Journal of INSECTBIOTECHNOLOGY and SERICOLOGY 巻: 80 ページ: 25-30
  • 査読あり
• [雑誌論文] The New Silk Road (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Asakura
  • 雑誌名: Highlighting JAPAN 巻: 5(2) ページ: 26-27
  • 査読あり
• [雑誌論文] NMR analysis of the fibronection cell-adhesive sequence, Arg-Gly-Asp, in a redombinant silk-like protein and a model peptide (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Asakura, H. Nishi, A. Nagano, A. Yoshida, Y. Nakazawa, M. Kamiya, M. Demura
  • 雑誌名: Biomacromolecules 巻: 12(11) ページ: 3910-3916
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stereoregularity of Poly(lactic acid) and their Model Compounds as studied by NMR and Quantum Chemical Calculations (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Suganuma, K. Horiuchi, H. Matsuda, H. N. Cheng, A. Aoki, T. Asakura
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 44(23) ページ: 9247-9253
  • 査読あり
• [雑誌論文] A study of diffusional behavior of polymer having semiflexible main-chain with long n-alkyl side-chanins as associated with structural behavior of the side-chains (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Inoue, M. Matsui, S. Kuroki, I. Ando
  • 雑誌名: J. Mol. Struct 巻: 976 ページ: 141-149
  • 査読あり
• [雑誌論文] Factors affecting cyclicdurability of all-solid-state lithiumpolymer batteries using poly(ethyleneoxide)-based solid polymerelectrolytes (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Nakayama, S. Wada, S. Kuroki, M. Nogami
  • 雑誌名: Energy & EnvironmentalScience 巻: 3 ページ: 1995-2002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular Dynamicsand Orientation of Stretched Rubber bySolid-State 13C NMR (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Kimura, H. Dohi, M. Kotani, T. Matsunaga, K. Yamauchi, H. Kaji, H. Kurosu, T. Asakura
  • 雑誌名: Polymer Journal 巻: 42(1) ページ: 25-30
  • 査読あり
• [雑誌論文] Long-term Patency of Small-diameter Vascular Graft Made from Fibroin, a Silk-based Biodegradable Material (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Enomoto, M. Sumi, K. Kajimoto, Y. Nakazawa, R. Takahashi, C. Takabayashi, T. Asakura, M. Sata
  • 雑誌名: J Vasc Surg 巻: 51(1) ページ: 155-164
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanical Properties of Regenerated Bombyx mori Silk Fibers and Recombinant Silk Fibers produced by Transgenic Silkworms (2010)
  • 著者名/発表者名: Z. Zhu, Y. Kikuchi, K. Kojima, T. Tamura, N. Kuwabara, T. Nakamura, T. Asakura
  • 雑誌名: Journal of Biomaterials Science, Polymer Edition 巻: 21 ページ: 395-411
  • 査読あり
• [雑誌論文] 水溶液からのポリ(L-アラニン)の凝集構造生成に関する分子動力学計算 (2010)
  • 著者名/発表者名: 青木昭宏, 山崎静夫, 堀口紅実子, 亀谷俊輔, 朝倉哲郎
  • 雑誌名: 高分子論文集 巻: 67 ページ: 45-50
• [雑誌論文] ポリグリコール酸の延伸に伴う構造変化に関する分子動力学計算, 13CCP/MASNMRおよびX線回折による研究 (2010)
  • 著者名/発表者名: 関根素馨, 青木昭宏, 朝倉哲郎
  • 雑誌名: 高分子論文集 巻: 67 ページ: 57-60
  • 査読あり
• [雑誌論文] NMRStudy of Interactions between Silk Model Peptide and Fluorinated Alcohols for Preparation of Regenerated Silk Fiber (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Suzuki, J. T. Gerig, T. Asakura
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 43 ページ: 2364-2370
• [雑誌論文] Local Conformation of Serine Residues in aSilk Model Peptide,(Ala-Gly-Ser-Gly-Ala-Gly)_5 Studied with Solid-State NMR : REDOR (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Suzuki, T. Asakura
  • 雑誌名: PolymerJournal 巻: 42 ページ: 354-356
  • 査読あり
• [雑誌論文] Regenerated Bombyx mori silkfiber with enhanced biodegradability (2010)
  • 著者名/発表者名: R. Koyanagi, Z. Zhenghua, T. Asakura
  • 雑誌名: Journal of INSECT BIOTECHNOLOGY and SERICOLOGY 巻: 79 ページ: 27-30
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microscopic Structural Analysis of Fractured Silk Fibers from Bombyx mori and Samia cynthia riciniusing 13C CP/MAS NMR with 1mm micro-coil MAS NMR probe head (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Yamauchi, S. Yamasaki, R. Takahashi, T. Asakura
  • 雑誌名: SolidState Nuclear Magnetic Resonance 巻: 38 ページ: 27-30
  • 査読あり
• [雑誌論文] Small-diameter vasculargrafts of Bombyx mori silk fibroinprepared by a combination ofelectrospinning and sponge coating (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Sato, Y. Nakazawa, R. Takahashi, K. Tanaka, M. Sata, D. Aytemiz, T. Asakura
  • 雑誌名: Materials Letters 巻: 64 ページ: 1786-1788
  • 査読あり
• [雑誌論文] StructuralAnalysis of the Synthetic Peptide(Ala-Gly-Ser-Gly-Ala-Gly)_5, a Model for the Crystalline Domain of Bombyxmori Silk Fibroin, Studied with 13CCP/MAS NMR, REDOR, and Statistical Mechanical Calculations (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Suzuki, A. Aoki, Y. Nakazawa, D. P. Knight, T. Asakura
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 43 ページ: 9434-9440
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cell Shape and Matrix Production of Fibroblasts Cultured on Fibroin-organized Silk Scaffold with Type-IIβ-turn Structured(Ala-Gly-Ala-Gly-Ser-Gly)_n Sequences (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Hirata, M. Kobayashi, C. Matsumoto, C. Miyaura, T. Asakura, M. Inada
  • 雑誌名: J. Health Sci. 巻: 56(6) ページ: 738-744
  • 査読あり
• [雑誌論文] ^1H MRI study of small-diameter silk vascular grafts in water
  • 著者名/発表者名: S. Kuroki, M. Kanekiyo, K. Yazawa, K. Isobe, T. Asakura
  • 雑誌名: Polymer Journal 巻: (in press)
  • 査読あり
• [学会発表] MRI Study of vascular grafts base on silk fibroinfibers (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Kuroki, M. Kanekiyo, K. Yazawa, K. Isobe, T. Asakura
  • 学会等名: ISNMR 2011
  • 発表場所: Yokohama
  • 年月日: 20111115-18
• [学会発表] 絹-ポリウレタン混合材料を基盤とした小口径人工血管の開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 鈴木悠,八木剛仁,岩井若菜,アルテミズデルヤ,朝倉哲郎,中澤靖元,田中綾
  • 学会等名: 成形加工シンポジア' 11
  • 発表場所: 秋田大学工学資源学部
  • 年月日: 2011-10-15
• [学会発表] Preparation of silk fibroin based small-diameter vascular graft and in vivo evaluation (2011)
  • 著者名/発表者名: Derya Aytemiz, YuSuzuki, Haruki Hayashi, Naoki Nakazumi, Keisuke Takagi, Ryou Tanaka, Satoshi Yamamoto, Hiroyuki Okamato, Tetsuo Asakura
  • 学会等名: 第60回高分子討論会
  • 発表場所: 岡山大学津島キャンパス
  • 年月日: 2011-09-30
• [学会発表] 絹基盤に各種コーティングを施した小口径人工血管の開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 鈴木悠,アイテミズデリア,羽鳥有希,阿部康之,八木剛仁,高城圭祐,田中綾,岡本宏之,朝倉哲郎
  • 学会等名: 第60回高分子討論会
  • 発表場所: 岡山大学津島キャンパス
  • 年月日: 2011-09-30
• [学会発表] 絹ダブルラッセル編み管状構造物へのポリウレタンコーティングによる小口径絹人工血管の作製とinvivo評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 岩井若菜,八木剛仁,アルテミズデルヤ,朝倉哲郎,中澤靖元,伊藤健治
  • 学会等名: 平成23年度繊維学会年次大会
  • 発表場所: タワーホール船堀
  • 年月日: 2011-06-08
• [学会発表] 絹-ポリウレタン混合系をコーティング材とするダブルラッセル編み小口径絹人工血管の作製とin vivo評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 八木剛仁,アイテミズデリア,田中綾,岩井若菜,山崎静夫,小松珠実,鈴木育絵,中澤靖元,伊藤健治,塚谷才英,朝倉哲郎
  • 学会等名: 第60回高分子学会年次大会
  • 発表場所: 大阪国際会議場
  • 年月日: 2011-05-25
• [学会発表] 固体15NNMR法を用いた酸素,還元活性を有するカーボンアロイ触媒の構造解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 黒木重樹
  • 学会等名: 第48回固体NMR・材料フォーラム及びNIMS計測センターシンポジウム合同研究会
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 20101014-15
• [図書] Nuclear Magnetic Resonance (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Kuroki, T. Kameda, H. Yasunaga
  • 総ページ数: 56-118
  • 出版者: Applications of nuclear shielding
• [図書] Nuclear Magnetic Resonance (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Kuroki, S. Matsukawa, H. Yasunaga
  • 総ページ数: 55-133
  • 出版者: Applications of nuclear shielding
• [図書] Nuclear Magnetic Resonance (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Kuroki, S. Matsukawa, H. Yasunaga
  • 総ページ数: 70-150
  • 出版者: Applications of nuclear shielding