成果報告書詳細
管理番号20120000000707
タイトル平成20年度~平成23年度成果報告書 ナノテク・先端部材実用化研究開発/虚血下肢の切断回避を実現する細胞移植用ナノスキャフォールドの開発
公開日2012/7/12
報告書年度2008 - 2011
委託先名学校法人常翔学園大阪工業大学 公立大学法人大阪市立大学 グンゼ株式会社 株式会社ソフセラ 学校法人近畿大学
プロジェクト番号P05023
部署名電子・材料・ナノテクノロジー部
和文要約本研究課題では、細胞接着性と安全性に着目したナノスキャフォールドおよび当該材料と細胞を組み合わせた新しい血管新生療法を開発した。(1)ナノスキャフォールドの開発:規定値(600 ppm)以下の残存有機溶媒濃度において粒子径を10、50、100 umに制御したナノスキャフォールドの製造工程を確立した。また、10 g/batch 以上のスケールアップも達成した。さらに、蛍光物質をナノスキャフォールド内部に担持させることにも成功した。(2)ナノスキャフォールドの材料特性および分解性評価:リン酸緩衝液中1週間において、重量変化に統計学的な優位差が認められない(p>0.05)生体吸収性基材、およびナノスキャフォールドを選定した。また、48週間以内に、分子量が40,000以下まで低下するナノスキャフォールドの選定に成功した。さらに、ナノスキャフォールドが注射針(22G)を90%通過する流動条件を見出した。(3)血管新生療法の確立:動物実験の観点から臨床用ナノスキャフォールドの開発と至適な移植条件を検討し、a) 実用化ナノスキャフォールドのポリマー素材の選定、b) 粒子径、c) pre-incubation time、d) incubation medium、e) 細胞と粒子の混合比の移植条件の最適化を達成した。更に、今回開発された実用化ナノスキャフォールドは従来の実験用ナノスキャフォールド以上の下肢壊疽救済効果を示した。(4)生体吸収性素材の設計・試作:分解性やナノスキャフォールドの合成作業性が異なる生体吸収性素材を各種設計・試作し、各機関に提供した。各機関の評価により選定された最適な吸収性素材について、製造工程の確立を行い、最終的にSOPを作成した。(5)HApナノ単結晶製造法の確立と基準化:高分散性HApナノ単結晶の製造法確立に向けた検討を行い、融着防止剤を用い、焼成後、融着防止剤由来の塩を洗浄により取り除くことで1kg/batchの収量でHApナノ単結晶を得た。また、平均粒径約50nm、変動係数(CV)30%以内のHApナノ単結晶を製造するための標準操作手順書(SOP)を作成した。
英文要約In this NEDO project, we focused on the development of nanoscaffolds with biosafety and cell affinity, and aimed at establishing therapeutic angiogenesis treatment with cell transplantation to avoid extremity amputation. (1) Development of nanoscaffolds: The nanoscaffolds having controlled sized (10, 50, and 100 um) were developed via Pickering emulsion method using nano-sized hydroxyapatite (HAp) as an emulsifier and dichloromethane as a solvent with a residual dichloromethane concentration below 600 ppm. We succeeded in scale-up production of the nanoscaffolds above 10 g/batch. We also succeeded in fabricating the nanoscaffolds encapsulating fluorescent dyes. (2) Evaluation of nanoscaffold properties and degradation behaviors: Degradation behaviors of biodegradable polymer powders and nanoscaffolds in phosphate buffer solution were studied in terms of weight, molecular weight and surface morphology. We successfully chose suitable biodegradable polymer powders and nanoscaffolds, which retained their weights for 1 week (p>0.05) and confirmed that the molecular weight of the nanoscaffolds decreased to < 40,000 within 48 weeks. Furthermore, we succeeded in finding conditions where >90% nanoscaffolds can pass through needle (22G). (3) Establishment of therapeutic angiogenesis treatment: The nanoscaffolds for practical use and the optimal therapeutic conditions were estimated from the perspective of the animal experiments. We successfully picked out a) the suitable bioabsorbable polymers for practical use, b) appropriate particle size, c) optimum pre-incubation time prior to a transplantation, d) suitable incubation medium for cells and nanoscaffolds, and e) optimum ratio of the scaffold particles to cell numbers. Thus, we finally estimated the suitable treatment conditions for therapeutic angiogenesis using the nanoscaffolds for practical use. Additionally, Kaplan-Meier analysis demonstrated that the nanoscaffolds for practical use more markedly prevented hind limb necrosis than the prototype scaffolds. (4) Designing and trial manufacturing of bioabsorbable polymers: Bioabsorbable polymers which have various absorbability and nanoscaffolds productivity were manufactured. Finally, we created the Standard Operating Procedures for polymer manufacturing. (5) Establishment and standardization of manufacturing process for HAp nanocrystals: The establishment of manufacturing process of high-dispersibility HAp nanocrystals was conducted. HAp nanocrystals were successfully fabricated in 1kg yield by calcinations using anti-sintering agent surrounding the particles, followed by removal of the agent. The crystal size (c.a. 50 nm) and the coefficient of variance (CV) (below 30%) controlled HAp nanocrystals were manufactured by established standard operating procedure(SOP).
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