Fabrication of artificial capillary particles that recognize hypoxic environments to supply oxygen and nutrients for the construction of thick 3D tissue

制造可识别缺氧环境的人造毛细管颗粒，为构建厚的 3D 组织提供氧气和营养物质

基本信息

批准号：
22KJ2191
负责人：
富岡大祐
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究は低酸素環境を認識して酸素と栄養の徐放を制御する人工毛細血管粒子の作製を目的とする。本研究では材料の酸素源として過酸化カルシウム (CaO2) に着目した。CaO2は水との反応で酸素、過酸化水素、水酸化カルシウムを生成する無機化合物であり、CaO2をハイドロゲルや高分子材料内に内包した酸素徐放材料が数多く報告されている。一方、CaO2は迅速な水との反応が原因で酸素の初期バースト放出が課題となっており、持続的な酸素徐放が困難であることが報告されている。そこで本研究では、まず初めにCaO2表面をヒドロキシアパタイト (HAp) 層で修飾することで水との反応を抑制し、持続的な酸素徐放が可能な酸素源の作製を行った。具体的には、CaO2と水との反応で生じる水酸化カルシウムがリン酸緩衝液 (PB) 中のリン酸と速やかに反応し、CaO2表面にHAp層を形成させる。走査型電子顕微鏡、エネルギー分散型X線分光法、X線回折測定等から、PBに浸漬したCaO2表面にHAp層が形成されることが確認された。また、未処理のCaO2を内包したゼラチンゲルの酸素徐放期間はわずか3日間であったのに対し、HAp-CaO2を内包したゲルでは10日間にわたる長期的な酸素徐放が確認された。以上の結果から、HAp-CaO2は持続的な酸素供給が可能な酸素源であることが示された。さらに、HAp-CaO2を内包したゼラチンゲルを用いて細胞の低酸素培養を行ったところ、ゲルからの持続的な酸素供給によって低酸素環境における細胞増殖能の向上が確認された。これらの研究成果については現在論文を投稿中である。本研究で開発したHAp-CaO2は持続的な酸素徐放が可能な酸素源として、バイオマテリアル、組織工学、再生医療などへの応用が期待される。

这项研究旨在创建人造毛细管颗粒，以识别低氧环境并控制氧气和养分的持续释放。在这项研究中，我们专注于过氧化钙（CAO2）作为材料的氧气来源。 CAO2是一种无机化合物，与水反应时会产生氧气，过氧化氢和氢氧化钙，并且许多报道是在水凝胶和聚合物材料中含有CAO2的持续氧气释放材料。另一方面，CAO2由于其与水的快速反应而受到氧气的初始爆发释放，据报道，持续的氧气释放很困难。因此，在这项研究中，我们首先用羟基磷灰石（HAP）层修改了CAO2表面，以抑制与水的反应并产生氧气来源，从而允许持续持续氧气释放氧气。具体而言，由CAO2与水的反应产生的氢氧化钙与磷酸盐缓冲液（PB）中的磷酸迅速反应，在CAO2表面形成HAP层。扫描电子显微镜，能量分散X射线光谱，X射线衍射测量值等证实，在浸入PB中的CAO2表面上形成了HAP层。此外，虽然含有未经处理的CAO2的明胶凝胶仅持续氧气释放时间为3天，但含有HAP-CAO2的凝胶证实了10天的长期持续氧气释放。以上结果表明HAP-CAO2是能够持续氧气供应的氧气来源。此外，当使用含有HAP-CAO2的明胶凝胶在低氧上培养细胞时，通过凝胶持续的氧气供应证实了低氧环境中的细胞增殖能力。目前正在提交有关这些研究结果的论文。这项研究中开发的HAP-CAO2是一种氧气来源，可允许持续的氧气释放，预计将应用于生物材料，组织工程，再生医学和其他应用。