バイオマーカーを見分けて溶けるゲル状物質を開発 －診断材料や薬物放出材料として期待－

浜地格 工学研究科教授と池田将 岐阜大学工学部准教授（元京都大学工学研究科助教）らの研究グループは、バイオマーカー（疾病の指標）となる複雑な生体分子の存在量を識別して、それに選択的に応答して溶けるヒドロゲル（水を寒天のように固める物質）の開発に成功しました。

本研究成果は、英国科学誌「Nature Chemistry」誌のオンライン速報版に掲載されることになりました。

ポイント

• バイオマーカーである複雑な生体分子に応答して溶けるヒドロゲルの開発に成功
• 水とゲル化剤と酵素を混ぜるだけで簡単に作製できる
• 簡便で手軽な診断材料や抗体を症状に応じて投与できる薬物放出材料として期待

概要

ヒドロゲル（寒天のように水を固める物質）は生体適合性が高く、さまざまな医療・診断応用が期待され、その高機能化が進められています。しかし、ヒドロゲルが識別できるバイオマーカーはその分子構造が単純なものに限られていました。また、標的とするマーカーごとに応答する新しいゲル化剤（ゲルを形成する化合物）を開発する必要もありました。

そこで本研究グループは、新たなゲル化剤を開発し、ヒドロゲルが特定の化学反応によって溶けるように設計しました。さらに、ゲルの中にその化学反応に必要な酵素の活性を保ったまま埋め込みました。このゲルはたった1種類のゲル化剤から作製できますが、埋め込む酵素を選ぶだけで標的とするバイオマーカー分子も変えることができます。その結果、多様な生体分子（糖尿病や前立腺がん、痛風のバイオマーカー）を識別して溶けるゲルを作製することに成功しました。また、異なる化学反応性を示す2種類のゲル化剤と数種類の酵素を混ぜることによって、複数のバイオマーカーが同時に存在しても、しっかり見分けられるヒドロゲルも開発しました。今後、新しいスマートマテリアルとして、診断材料や薬物放出材料の開発などの医療応用に幅広い貢献が期待できます。

酸化反応応答型ヒドロゲル（BPmoc-F3）

（a）バイアル瓶中に作成した過酸化水素に選択的に応答するヒドロゲルの写真（ヒドロゲルはバイアル瓶を逆さにしても流れ落ちないが、過酸化水素を添加後のサンプル（H2O2とラベル：左から2番目）は溶けて（ゾル化し）流れている）。（b）スライドガラス上にスポットしたヒドロゲル（直径約4mm）にグルコースオキシダーゼ（GOx）を内包させ、異なる濃度のグルコースを含むヒト血漿を添加し、水で洗った後のスライドガラスを上から撮影した写真（ヒドロゲルは水で洗ってもスポットとして残っているが、高濃度のグルコースを含むヒト血漿を添加したヒドロゲルは溶けてゾルとなり、洗い流され残っていない）。（c）スライドガラス上にスポットしたヒドロゲル（直径約4mm）にオキシダーゼを内包させ、標的分子を添加し、水で洗った後のスライドガラスを上から撮影した写真（ヒドロゲルは水で洗ってもスポットとして残っているが、溶けたゾルは洗い流され残っていない）。GOx：グルコースオキシダーゼ、SOx：サルコシンオキシダーゼ、COx：コリンオキシダーゼ、UOx：尿酸オキシダーゼ。（d）オキシダーゼを内包したヒドロゲルがそれぞれのオキシダーゼの基質を添加した時に応答することを模式的に示したスキーム

詳しい研究内容について

バイオマーカーを見分けて溶けるゲル状物質を開発 －診断材料や薬物放出材料として期待－

書誌情報

[DOI] http://dx.doi.org/10.1038/nchem.1937

Masato Ikeda, Tatsuya Tanida, Tatsuyuki Yoshii, Kazuya Kurotani, Shoji Onogi, Kenji Urayama & Itaru Hamachi
"Installing logic-gate responses to a variety of biological substances in supramolecular hydrogel–enzyme hybrids"
Nature Chemistry Published online 4 May 2014

掲載情報

• 京都新聞（5月5日 20面）、日刊工業新聞（5月6日 9面）、中日新聞（5月8日 21面）および日本経済新聞（5月6日 11面）に掲載されました。