移植材料の生分解性の決定因子は何か？

植入材料的生物降解性的决定因素是什么？

• 批准号: 22K19905
• 负责人: 神戸 裕介
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: National Agriculture and Food Research Organization
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K19905/
• 关键词: シルク; ゲル; 生分解性; in vivo; マクロファージ; MMP; 蛍光イメージング

本研究では、移植されたハイドロゲルの生分解挙動を決定する生体・材料側の主要因子を解明し、その結果として、移植材料のin vivo（生体内）での生分解性に関する知識の獲得や、生分解性の自在制御が可能な移植材料の創出に貢献することである。カイコが産生するシルクフィブロインタンパク質から成るハイドロゲル（以下、シルクゲル）をモデル材料とし、実験動物に移植されたシルクゲルの生分解挙動を決定する生体側因子の解明に取り組んだ。フォルスター／蛍光共鳴エネルギー移動（FRET）の原理に基づき、タンパク質分解酵素の一種であるマトリクスメタロプロテアーゼ（MMP）の基質切断作用を可視化するセンサー（以下、FRET-MMPS）で修飾したシルクゲルを用意した。このFRET-MMPS修飾シルクゲルを野生型マウスの皮下に移植して蛍光観察を行った結果、経時的にFRETシグナルが減少すること、特に、移植後1日以内に急減することが分かった。しかし、回収したゲルの組織学的評価では、移植後1日でのゲルの分断や崩壊は認められなかった、一方、移植後7日以降では、マクロファージや異物巨細胞が浸潤している部分でのゲルの分断や崩壊が認められた。以上より、シルクゲルは移植直後からタンパク質分解酵素などによる分子レベルの生分解を受けるも、これはゲルの分断や崩壊を伴うバルクレベルの生分解の直接の原因ではないことが分かった。シルクゲルのバルクレベルの生分解は、マクロファージなどの炎症細胞が引き起こすと考えられる。さらに、FRET-MMPS修飾シルクゲルをヌードマウスに移植し、FRETシグナル評価や組織学的評価を行った結果、野生型マウスに移植した場合と大差ないことが分かった。これより、T細胞の関与する獲得免疫系よりも、自然免疫系の方が、シルクゲルのin vivoでの生分解に深く関与することが示唆する結果を得た。

这项研究将阐明植入水凝胶的生物降解性的主要因素，因此有助于获取有关体内植入水凝胶（体内）生物降解性的知识，并创建可以自由控制生物降解性的植入材料。我们使用由丝绸莫里（Silk Mori）产生的丝纤维蛋白蛋白组成的水凝胶（以下称为丝质凝胶）作为模型材料，我们致力于阐明确定植入实验动物的丝质凝胶生物降解行为的生物学因子。基于Forster/荧光共振能量转移（FRET）的原理，用传感器（以下称为FRET-MMP）修饰的丝凝胶可视化基质金属蛋白酶（MMP）的底物裂解效应（MMP），一种蛋白质解释性酶。将这种FRET-MMPS的修饰丝凝胶皮下植入野生型小鼠，荧光观察结果表明，FRET信号随时间降低，尤其是在植入后一天内突然突然。然而，对回收凝胶的组织学评估没有显示植入后一天的凝胶的分裂或分解，而在植入后的7天，在渗透巨噬细胞和外国巨细胞的区域观察到凝胶。从上面可以发现，丝质凝胶会通过蛋白水解酶等在植入后立即通过分子生物降解，但这并不是散装生物降解并伴有凝胶分裂或破坏的直接原因。据认为，丝凝胶的大量生物降解是由诸如巨噬细胞等炎症细胞引起的。此外，将FRET-MMP修饰的丝质凝胶植入裸鼠中，进行了FRET信号评估和组织学评估，发现将移植到野生型小鼠中时没有太大的差异。该结果表明，与与T细胞相关的获得的免疫系统相比，先天免疫系统更多地参与了丝胶的体内生物降解。