Biomaterials Lab., Kansai University

関西大学 生体材料学研究室

進行中のテーマResearch Topics

細胞の表面を模倣した双性イオン型ポリマーによるマテリアル表面の生体適合化

細胞の表面を模倣した双性イオン型ポリマーによるマテリアル表面の生体適合化

生体内の環境は極めて複雑かつ厳密で,異物が外界から侵入すると直ちにそれを排除するための防御機構が作動します.この異物排除機構により、我々は日々健全な生活を送ることができます.しかし,人工のマテリアルを用いた治療では生体の異物排除機構が大きな障壁となることもあります.我々は生体内で最も理想的な表面の形態は細胞膜によって作られていると考え2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン(MPC;図I)を一成分とするポリマーバイオマテリアルの設計を検討しています.MPCは細胞膜を構成するリン脂質と同じ極性基を有するメタクリル酸エステル(モノマー)であり,典型的なラジカル重合でポリマー化でき,天然のリン脂質分子では不可能な材料化を進めることができます.

細胞の表面を模倣した双性イオン型ポリマーによるマテリアル表面の生体適合化

生体が人工物と触れた際に最初におこる現象が,タンパク質吸着です.このタンパク質吸着をきっかけに細胞レベルの異物排除反応(血栓形成、免疫反応、カプセル化など)が惹起されます。MPCポリマーはこのタンパク質吸着を効果的に抑制します.細胞は一般に吸着タンパク質を足場として材料表面に粘着するため,足場となる吸着タンパク質が存在しないMPCポリマー表面では細胞レベルでの反応が誘起されません(図II).

現在,MPCは様々な医療用デバイスやライフサイエンス関連製品に応用され,国内外で生体適合性を獲得するための第一選択マテリアルとして評価されています.

核酸を模倣した生分解性ポリマー

核酸を模倣した生分解性ポリマー

ホスフェート結合は核酸やタイコ酸など生体由来ポリマーに存在し,この結合を主鎖にもつポリリン酸エステルは非酵素的な加水分解および酵素的に分解されます。ポリリン酸エステルは,主に環状リン酸エステルモノマーの開環重合より合成できます.環状リン酸エステルモノマーは図IIIの反応より得られ,アルコール由来の置換基Rがポリマーの側鎖に導入されます.すなわち側鎖の構造が異なる様々なポリリン酸エステルを簡便に合成でき,側鎖の構造によりポリリン酸エステルの溶解性や分解性を自在に制御することが可能です.

我々はリン酸ジエステル骨格からなるポリリン酸エステルが硬組織の主要無機成分(アパタイト)に高い親和性を示すことを見出し,現在,ポリリン酸エステルの骨治療医薬としての可能性を探索しています.

核酸を模倣した生分解性ポリマー

最近,スェーデンのウプサラ大学のHilborn教授らと共同でポリリン酸エステルが骨粗鬆症に関与する破骨細胞の機能を脆弱化することを明らかにしました(図IV).骨粗鬆症は加齢や骨転移などの要因により骨を作る骨芽細胞に比べ骨を溶かす破骨細胞が活発化し,骨のリモデリングのバランスが破綻して起こる疾患です.破骨細胞の働きを制御するポリリン酸エステルは,骨のリモデリングバランスを整えるポリマー医薬として期待されています.

生細胞表面修飾

生細胞表面修飾

糖鎖の最末端にはシアル酸と呼ばれる糖残基が点在しており,シアル酸はN-アセチルマンノサミン(ManNAc)を原料として生合成されます.これまでにManNAcのアセチル基を他の置換基に変換したManNAc類縁体を合成し,このManNAc類縁体を含む環境で細胞を培養することにより,細胞表面にManNAc類縁体に由来する置換基を誘導できることが明らかにされています.そこで,我々は新たなシアル酸前駆体としてメタクリロイルマンノサミン(ManM;図V)を合成し,細胞膜表面にメタクリロイル基を誘導することを成功しました.メタクリロイル基は高分子合成や有機合成反応に有用な官能基の一つであり,細胞表面の化学修飾を可能にします.

生細胞表面修飾

現在,この糖鎖改変技術を癌の免疫細胞治療に応用することを検討しています.癌の免疫細胞治療は外科療法・放射線療法・化学療法に次ぐ第4の治療法として注目されているが、免疫原性の低い自己の癌細胞を免疫細胞に効率よく認識させるための方策が求められています.そこで,ManM処理した免疫細胞(マクロファージ)表面に癌細胞に過剰発現しているProtein Tyrosine Kinase 7 (PTK-7)と結合する核酸アプタマーを修飾しました.これにより,マクロファージに捕捉される癌細胞の数が著しく増加しました(図VI).


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