2014年5月5日
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。
研究者からのコメント
左から浜地教授、池田岐阜大学准教授
今回开発したヒドロゲルは、水とゲル化剤と各种酵素を混ぜるだけで简単に作製でき、酵素の种类を选ぶことで、いろいろなバイオマーカーに応答するゲルを作り分けられます。さらに抗体のようなバイオ医薬品をヒドロゲルの中に闭じ込めておき、特定のバイオマーカーの存在を识别して放出させることも可能です。
このように、化学反応性を组み込んだ小分子化合物からボトムアッププロセスで自己组织的にできるナノファイバーからなるヒドロゲルと酵素を组み合わせるデザイン戦略は、広く一般化できる可能性があり、诊断材料、薬物放出材料、再生医疗用基盘材料などさまざまなバイオ材料に「自律的に考えて応答する」というこれまでにないインテリジェントな机能を付与できると期待されます。
ポイント
- バイオマーカーである复雑な生体分子に応答して溶けるヒドロゲルの开発に成功
- 水とゲル化剤と酵素を混ぜるだけで简単に作製できる
- 简便で手軽な诊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质）は生体适合性が高く、さまざまな医疗?诊断応用が期待され、その高机能化が进められています。しかし、ヒドロゲルが识别できるバイオマーカーはその分子构造が単纯なものに限られていました。また、标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）を开発する必要もありました。
そこで本研究グループは、新たなゲル化剤を开発し、ヒドロゲルが特定の化学反応によって溶けるように设计しました。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种类のゲル化剤から作製できますが、埋め込む酵素を选ぶだけで标的とするバイオマーカー分子も変えることができます。その结果、多様な生体分子（糖尿病や前立腺がん、痛风のバイオマーカー）を识别して溶けるゲルを作製することに成功しました。また、异なる化学反応性を示す2种类のゲル化剤と数种类の酵素を混ぜることによって、复数のバイオマーカーが同时に存在しても、しっかり见分けられるヒドロゲルも开発しました。今后、新しいスマートマテリアルとして、诊断材料や薬物放出材料の开発などの医疗応用に幅広い贡献が期待できます。
酸化反応応答型ヒドロゲル（叠笔尘辞肠-贵3）
（补）バイアル瓶中に作成した过酸化水素に选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、过酸化水素を添加后のサンプル（贬2翱2とラベル：左から2番目）は溶けて（ゾル化し）流れている）。（产）スライドガラス上にスポットしたヒドロゲル（直径约4尘尘）にグルコースオキシダーゼ（骋翱虫）を内包させ、异なる浓度のグルコースを含むヒト血浆を添加し、水で洗った后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、高浓度のグルコースを含むヒト血浆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）。（肠）スライドガラス上にスポットしたヒドロゲル（直径约4尘尘）にオキシダーゼを内包させ、标的分子を添加し、水で洗った后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）。骋翱虫：グルコースオキシダーゼ、厂翱虫：サルコシンオキシダーゼ、颁翱虫：コリンオキシダーゼ、鲍翱虫：尿酸オキシダーゼ。（诲）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质を添加した时に応答することを模式的に示したスキーム
详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－
书誌情报
[DOI]
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
掲载情报
- 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。
