自己振動型生体内分解性ヒドロゲルの設計

自振荡可生物降解水凝胶的设计

基本信息

批准号：
10878162
负责人：
由井伸彦
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Japan Advanced Institute of Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
1998
资助国家：
日本
起止时间：
1998 至 1999
项目状态：
已结题

项目摘要

分解産物をインプットとして材料の分解が抑制されるフィードバック機構を付与することにより、生体内で振動型に分解する「自律型」材料の構築を目指して研究を推進してきた。昨年度は、酸化還元能を有するニコチンアミド(NA)で修飾したデキストラン(NA-Dex)とカルボキシメチル化デキストラン(CMD)とを合成した。さらに、デキストラン(Dex)の分解により生成するオリゴ糖を基質としたグルコースオキシダーゼ(GOD)によるNA部位の酸化により、NA-DexとCMDとのイオンコンプレックス形成を確認した。本年度は、そのイオンコンプレックス形成を制御する要因として1)水溶液中のNA-DexとCMDの濃度、2)NA部位の酸化速度、に着目して実験を行った。GODの触媒作用により発生する過酸化水素を、種々の濃度のNA-DexとCMD混合水溶液(過酸化水素、NA-DexとCMDのモル比は一定)に添加すると、イオンコンプレックス形成の指標となる500nmの透過率は一定のラグタイムの後に減少した後に再度増加した。このことは、イオンコンプレックスの形成・解離が自律的に制御されていることを示していた。このとき濃度の増大に伴っての透過率の最小値は小さくなる傾向を示した。このことは、NA部位が還元型から酸化型に置換する速度は濃度に依存しないが、その後のイオンコンプレックス形成は水溶液中の酸化型NA-DexとCMDとの衝突確率に依存していることを示唆していた。また、NA-DexとCMDの濃度を一定にして水溶液に添加する過酸化水素濃度を増大させると、ラグタイムが短くなる傾向がみられたが、透過率が減少する挙動が同じであった。このことは、過酸化水素とNA部位との衝突確率が過酸化水素濃度の増大に伴い大きくなり、結果としてNA部位の酸化速度が大きくなったことを示唆していた。このように、材料の濃度からイオンコンプレックス形成速度、過酸化水素濃度からNA部位の酸化速度を制御可能であることが明らかとなった。昨年度の研究成果から、NA-DexとCMDの水溶液中に添加するDex濃度を変化させると、Dexの濃度に伴って、Dexの酵素分解物(オリゴ糖)を基質としたGOD触媒による過酸化水素の生成量を制御できることがわかっている。このことから、Dex,NA-Dex及びCMD存在下において、これらの濃度やモル比によりDex鎖の酵素分解に伴うイオンコンプレックス形成・解離を任意に制御できるものと考えられる。以上、自らの分解産物を利用してイオンコンプレックス形成と解離による自律制御型生分解性ヒドロゲルの基本設計を確立した。

通过添加使用降解产物作为输入来抑制材料分解的反馈机制，我们一直在进行研究，目的是构建一种在体内振动的“自主”材料。去年，我们合成了具有氧化还原能力的烟酰胺（NA）修饰的右旋糖酐（NA-Dex）和羧甲基化右旋糖酐（CMD）。此外，通过葡萄糖氧化酶（GOD）氧化NA位点，证实了NA-Dex和CMD之间形成了离子复合物，葡萄糖氧化酶使用葡聚糖（Dex）分解产生的寡糖作为底物。今年，我们进行了实验，重点关注 1) 水溶液中 NA-Dex 和 CMD 的浓度，以及 2) NA 位点的氧化速率作为控制离子复合物形成的因素。当GOD催化作用产生的过氧化氢添加到不同浓度的NA-Dex和CMD的混合水溶液中（过氧化氢、NA-Dex和CMD的摩尔比恒定）时，它成为离子络合物的指示剂500 nm 处的透过率经过一定的滞后时间后下降，然后再次上升。这表明离子配合物的形成和解离是自主控制的。此时，随着浓度的增加，透过率的最小值有减小的趋势。这表明，虽然NA位点从还原型取代为氧化型的速率不取决于浓度，但随后离子复合物的形成取决于氧化型NA-Dex和CMD之间的碰撞概率。这是暗示的水溶液。此外，当NA-Dex和CMD的浓度保持恒定并且添加到水溶液中的过氧化氢的浓度增加时，滞后时间趋于变短，但透射率降低的行为保持不变。这表明随着过氧化氢浓度的增加，过氧化氢与NA位点碰撞的概率增加，从而导致NA位点的氧化速率增加。由此可知，离子络合物形成速度可以通过材料浓度来控制，NA位点的氧化速度可以通过过氧化氢浓度来控制。从去年的研究结果来看，当添加到NA-Dex和CMD的水溶液中的Dex浓度发生变化时，以Dex的酶分解产物（低聚糖）为底物的GOD催化剂产生的过氧化氢随着Dex浓度的增加而增加据了解，可以控制用量。由此认为，在Dex、NA-Dex、CMD的存在下，可以通过浓度、摩尔比任意地控制伴随Dex链的酶分解的离子络合物的形成和解离。如上所述，我们建立了自主控制的可生物降解水凝胶的基本设计，该水凝胶利用其自身的分解产物形成和解离离子复合物。