配向性エラスチンマイクロファイバーの製造と応用に関する研究
三重大学大学院 工学研究科
生体材料化学研究室 准教授 宮本 啓一 はじめに生体組織は、細胞と細胞の足場としての細胞外マトリックスから構築される。この細胞外マトリックスは、組織の剛性を担う膠原線維(主成分がコラ-ゲン)と、伸縮性を担う弾性線維(主成分がエラスチン)の複合材料とみなせる。疾患や事故等により失った組織・臓器を、再生誘導による治癒を目的とする組織工学材料の開発においては、こうした生体由来の構造タンパク質を利用する方法が非常に効果的である。 図1に生体組織中におけるコラーゲンおよびエラスチンの存在比率を示す。骨、皮膚、腱といった硬い部位ではコラーゲンの比率が高く、動脈や肺および靭帯など大きな可動性を要する部位にはエラスチンが多い。しかし近年コラーゲンの材料化研究は数多く行われ、臨床応用も進んでいるが、エラスチンに関しての材料化研究は少ない。生体組織の動的刺激に対する再生効果は、その伸縮性を担っているエラスチンの寄与と考えられるが、エラスチンはそうした細胞の動きを支持するのみならず、細胞の分化・脱分化へのコントロールに関与することも近年明らかになり、コラ-ゲン同様、生体組織化を促す効果を持つ医療用素材としての期待は高まっている。
1.水溶性アイソタイプ型エラスチン素材我々は、エラスチン原料をブタ大動脈中膜部位より加水分解法で可溶化し抽出した後、物理化学的な特性(分子量、強度、凝集性等)の違いから5種類の水溶性アイソタイプ型エラスチンとして分画した(エラスチンA、B、C、D、E)。水溶性アイソタイプ型エラスチンは、コアセルベーションと呼ばれる熱可逆性の凝集性が特徴で、専用架橋剤により再不溶化することで力学特性の異なる弾性と伸縮性を可能にする素材である1)。 2.エレクトロスピニング法による配向性マイクロファイバーシート作製エレクトロスピニング法を用いると、エラスチンやコラーゲンなどの高分子溶液を金属針ノズルからポンプにより流出させる際に高電圧をかけ、数十cm程度離れた電極板まで放電させる途中で溶液が蒸発し、容易に線維を析出させることができる。近年では再生医療用材料作成法として多用されている。特徴は溶液の条件によりナノサイズからマイクロサイズの粒子構造やファイバー構造などの3次元構造体の作製が可能である1)。
3.細胞培養基材としての応用配向性マイクロファイバーを細胞培養基材として応用した例を示す。使用した細胞は歯周靭帯細胞で靭帯組織構造の組織工学材料研究として行っている。マイクロファイバー上に細胞を播種して7日間細胞培養後、共焦点レーザー顕微鏡を用いて形態観察した(図6)。
おわりに本稿では配向性エラスチンマイクロファイバーを細胞培養基材として応用すると、生体組織に類似した環境が作製できることを紹介した。こうした材料で細胞培養した細胞の活動性に関して詳しく触れていないが、エラスチンマイクロファイバー特有の機能発現を促すことに成功している2,3)。すなわち生体組成と同様の素材で、細胞の配向性や空間的構造および運動性を再現させることで、今後は再生誘導型の人工血管や人工靭帯などの組織工学用材料としての応用が期待できる。 文献1 K. Miyamoto et al. Int. J. Biol. Macromol., 45, 33(2009) 2 N. Mizutani, K. Miyamoto et al., J. Artif. Organs., 16, 49(2013) 3 N. Mizutani, K. Miyamoto et al., J. Artif. Organs., 17, 50(2014) 略歴宮本 啓一(ミヤモト ケイイチ) サナテックメールマガジンへのご意見・ご感想を〈e-magazine@mac.or.jp〉までお寄せください。 |
Copyright (C) Food Analysis Technology Center SUNATEC. All Rights Reserved. |