キチン誘導体を用いた生体接着剤・ シーリング材の … O NH HO O O OH NH HO O OK...
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キチン誘導体を用いた生体接着剤・シーリング材の開発
森本 稔、伊福伸介、斎本博之 (鳥取大生命機能セ、鳥取大院工)
大崎智弘、南 三郎 (鳥取大農・獣医)
キャンパスイノベーションセンター東京 新技術説明会
縫合
×抜糸の必要あり ×技術的に難易度が高い
生体接着剤
○抜糸の必要なし ○技術的に容易
×化学合成品では、 分解成分に細胞毒性や組織刺激性 ×血液由来の製品では、 ウイルス感染の危険性
天然素材を用いた生体接着剤の開発が望まれる
生体接着剤・シーリング材
キチン、キトサンの構造と機能
・生分解性 ・生体適合性 ・創傷治癒促進効果
生物活性を生かした生体材料の開発
OOHO
OH
NHAc nChitin
OOHO
OH
NH2 nChitosan
キチン、キトサンの創傷治癒促進効果
交通事故の猫
綿状キトサンを傷口に
旺盛な肉芽形成
70日後には完治
キトサン誘導体を用いた生体接着剤
O
OH
NHOHO
O
OH
NH2
OHO
x y
O
OH
NHAcOHO
z
O
OHOO
OCH3
反応部位: メタクリレート
リンカー:バニリン グリセロール
K. Ono, M. Ishihara et.al., J. Biomed. Mater. Res., 2000, 49, 289-295.
N N NUV 300nm
N Nitrene 反応性大
E. Renbutsu et al, Biomacromolecules, 2005,6,2385-2388.
•UV(315-400nm)照射で硬化 •ラット皮膚創傷へ適応
•皮膚に炎症 •中性領域で難溶 •光硬化反応時に発熱
新規キチン誘導体
O
O
NHOHO
O
OH
NHOHO
OKO
x y
O
O
NHOHO
z
OHOO
CH3
OCH3 CH3
O O
2-hydroxy-3-methacryloyloxypropylated carboxymethyl chitin (HMA-CM-chitin)
•低炎症性のキチン •中性領域で可溶なカルボキシメチルキチン •リンカーを省略 •水性開始剤(aq.H2O2)の利用
•皮膚に炎症 •中性領域で難溶 •光硬化反応時に発熱
HMA-CM-chitin誘導体の合成
a) as –NH2 unit b) DSAc: Determined by elemental analysis. c) as –CH2OH unit
d) DSPs: Degree of substitution of polymerizrable side chain; determined by elemental analysis.
Mw /kDa GMA /equiv. Temp /℃ Time /h DSPs
270 2.1 60 25 0.25
570 1.0 40 24 0.14 2.0 r.t. 24 0.22 3.0 40 96 0.39
730 2.0 r.t. 24 0.22
OO
O
OOHO
O
NHAc
OOHO
OH
NHAcx y
OOHO
O
NHAc z
OOHO
OOK
O
NHAc
OOHO
OH
NHAcx y
Glycidyl methacrylate(GMA)OK
O
O OHO
N-Acetylated CM-Chitin DSAc: 0.93-0.97 DSCM: 0.61-0.68
CM-chitin
O
O
NHAcOHO
O
OH
NHAc
OHO
OKO
n m-l
O
O
NHAc
OHO
l
OHOO
H3C
H
H
HMA-CM-chitin
OOHO
OR
NH2
OOHO
OR
NHAcn mR = H, CH2COONa
2 5 3 6 4 Solvent: D2O
1H NMR スペクトル
HMA-CM-chitin(30 mg)
10 wt% HMA-CM-chitin viscous solution
10 wt% L(+)-Ascorbic acid solution
Stirred at r.t. for 30 min
Water(260 mg)
接着性能 ~サンプル溶液の調製
(8~17 mg) (1/4 eq. as methacryl unit)
Adhesive, 40 mg (wet)
0.01wt% H2O2, 1 drop
コラーゲンフィルム
20 g 1hr 圧着
12hr 乾燥
40 ℃ 温水 1 min 浸漬 水気拭取り
接着性能 ~接着強度測定
引張強度 by 精密万能試験機)
Mw: 570,000
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
Adhe
sive
stre
ngth
(N/m
g)
接着強度 ~置換度依存性
**=(P<0.01)
**
0.14 0.22 0.39
DSPs
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
Adhe
sive
stre
ngth
(N/m
g)
270,000 570,000 730,000 Mw
DSPs: 0.22
接着強度 ~分子量依存性
16,000 cP
130,000 cP
150,000 cP↑
キチンナノファイバーとの複合
S. Ifuku et al, Biomacromolecules 2009,10,1584-1588. WO/2010/073758, 2009/6/30
キチンNF
繊維幅: 10~20nm 高アスペクト比 表面キトサン化キチンNF
OOHO
OH
NHAc n
OOHO
OH
NH2 n
表面のみ脱N-Acetyl化
キチンをグラインダー処理することでナノファイバーを調製
キチンナノファイバーとの複合
皮膚組織の再生効果 ・皮膚厚、コラーゲン密度の増加 潰瘍性大腸炎 ・臨床症状の進行および組織の損傷を抑制 ・抗炎症性効果を有する
生物活性
・強度の向上 ・熱膨張率の抑制
補強材料としての応用
S. Ifuku et al, Biomacromolecules 2009,10,1584-1588. S. Ifuku et al., Green Chemistry 2011,13,1708-1711 K. Azuma et al., Chitin and Chitosan Research 2013,1,5-11
複合化材料として有用
O
O
NHOHO
O
OH
NHOHO
R R
OKO
x y
O
O
NHOHO
Rz
OHOO
R=H, Ac HMA-CM-chitin
キチンナノファイバー (CNF)
表面キトサン化 キチンナノファイバー
(s-DACNF) [ HMA-CM-chitin / CNF型 ] [ HMA-CM-chitin / s-DACNF型 ]
ブレンド型接着剤
接着強度の向上 生物活性の付与 が期待できる
キチン誘導体/CNFブレンド型接着剤
+
HMA-CM-chitin(30 mg)
10 wt% HMA-CM-chitin/CNF viscous suspension
10 wt% L(+)-Ascorbic acid solution (8~17 mg) ( 1/4 eq. as methacryl unit)
Stirred at r.t. for 30 min
0.60 wt% CNF suspension (260 mg) or 0.60 wt% s-DACNF suspension
ブレンド比( 乾重量 )
HMA-CM-chitin / g : CNF or S-DACNF / g : 10 wt% L(+)-Ascorbic acid solution / g 1 : 0.05 : 0.02~0.06
ブレンド型接着剤の調製法
Mw: 570,000 DSPs: 0.22 H2O2 Press Dry
0.01wt% 1h 12h
HMA-CM-chitin /water
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
Adhe
sive
stre
ngth
(N/m
g)
**
接着強度 ~ブレンド効果
**=(P<0.01)
HMA-CM-chitin /water
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
Adhe
sive
stre
ngth
( N
/mg)
**
接着強度 ~ブレンド効果
**=(P<0.01)
Mw: 570,000 DSPs: 0.22 H2O2 Press Dry
3 wt% 5 min 5 min
ラットの肝臓に傷口を開ける
傷口にブレンド型接着剤サンプルを塗布 3wt% H2O2滴下
After one week
ラットの肝臓への応用
HMA-CM-Chitin/s-DACNF ; 3wt% H2O2 Mw:570,000, DS: 0.25;
傷口が接着し、閉鎖 目立った炎症は見られない
まとめ
・新規なキチン由来の生体接着剤を開発した。 ・Mw 57万、DSPs 0.22の誘導体が、接着性能および操
作性に優れた。 ・キチンナノファイバーをブレンドすることで、接着強
度が160%増大した。 ・ラットの肝臓の創傷に対して有効な接着性を有した。
本技術の用途
・獣医医療 ・・・・生体接着剤 創傷治癒促進効果 ・化粧品・美容品? ・・・・ キチンNFのコラーゲン密度増加 ・環境配慮型材料 ・・・・生分解性接着剤、シーリング材
本技術に関する知的財産権
・発明の名称 : キチン系ナノファイバーを含む生体接着剤 ・出願番号 : 特願2013-025423 ・出 願 人 : 国立大学法人鳥取大学 ・発 明 者 : 森本 稔、斎本 博之、伊福 伸介、 南 三郎、大崎 智弘
お問い合わせ先
産学・地域連携推進機構 知的財産管理運用部門 部門長 三須 幸一郎 TEL:0857-31-6000 FAX:0857-31-5474 Email: [email protected] 生命機能研究支援センター 准教授 森本 稔 TEL:0857-31-5990 FAX:0857-31-5464 Email: [email protected]