研究成果

特定の刺激でタンパク質放出速度を制御、スマート超分子ヒドロゲルの開発


2018年01月10日


     浜地格 工学研究科教授、重光孟 大阪大学助教、浦山健治 京都工芸繊維大学教授らの研究グループは、特定の刺激に応じて強度やタンパク質放出速度を自在に制御できる新しいスマートヒドロゲルの開発に成功しました。

     本研究成果は、2018年1月8日午前1時に英国の科学誌「Nature Nanotechnology」オンライン速報版で公開されました。

    研究者からのコメント

    浜地教授

     本研究では、分子が互いに互いを見分けて自己組織化する「supramolecular self-sort現象」が多様な刺激応答性を持つ超分子マテリアルの設計戦略に重要であることを示しました。
     合成化合物を緻密に組み合わせていくことで、ゲルの編み目を緩めたり締めたりする新しい材料が開発できました。生体内の環境やバイオマーカーとなる酵素に応答し、がん腫瘍のような病巣でのみ薬物を放出できる医療材料などへの応用が考えられます。本研究で提案した刺激応答性超分子の複合化は広く一般化ができることから、次世代スマートソフトマテリアルの新たな開発指針になると期待されます。

    概要

     水をゼリーのように固めたヒドロゲルは、ほぼ水で構成されるために生体適合性が高く、化粧品や食品だけでなく医療や診断への応用が期待されています。特に、特定の刺激に応答して物性を変える「刺激応答性ヒドロゲル」は、薬物の効率的保持や放出を担う素材として応用が期待されています。しかしながら、これまでの刺激応答性ヒドロゲルは「1つの刺激に対して1種類の応答」を示す単純なもので、応用も限定されていました。様々な分子が混在する複雑な環境である生体での応用を考慮した場合、複数の特定刺激に適応して、自らその性質を柔軟に変化させる自律応答性ヒドロゲルの開発が必須であると考えられます。しかし、その開発指針は、明確には示されていませんでした。

     本研究グループは、生体を構成する天然のソフトマテリアルである「細胞」をヒントに、異なる刺激応答性を有する2種類のナノ繊維からなるネットワーク構造を基盤とする、刺激応答性の超分子ヒドロゲルを開発しました。このヒドロゲルはそれぞれのナノ繊維の特徴を反映し、特定の2種類の刺激に応じてゲルの強度を自律的に変え、タンパク質放出速度の制御が可能であることを明らかにしました。さらに、このヒドロゲルは刺激を受ける順序を認識して物質の取り込み挙動を自ら制御できることも明らかにしました。

     今後、本研究で示した刺激応答性超分子の複合化が、刺激応答性や自律応答性を有する新奇スマートマテリアルの創出における重要な戦略であることが認知され、新たな診断材料や薬物徐放担体などの開発が加速することが期待されます。

    詳しい研究内容について

    書誌情報

    【DOI】https://doi.org/10.1038/s41565-017-0026-6

    【KURENAIアクセスURL】https://hdl.handle.net/2433/231032

    Hajime Shigemitsu, Takahiro Fujisaku, Wataru Tanaka, Ryou Kubota, Saori Minami, Kenji Urayama & Itaru Hamachi (2018). An adaptive supramolecular hydrogel comprising self-sorting double nanofibre networks. Nature Nature Nanotechnology, 13, 165–172.

    • 日刊工業新聞(1月8日 14面)に掲載されました。

    特定の刺激でタンパク質放出速度を制御、スマート超分子ヒドロゲルの開発
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