成果報告書詳細
管理番号20100000002086
タイトル平成21年度成果報告書 平成20年度第1回採択産業技術研究助成事業 08C46020a 三重らせん形成を駆動力とするコラーゲン選択的な生体適合性架橋剤とエキシマーレーザー技術の融合による革新的角膜治療技術の開発 平成21年度中間
公開日2011/1/25
報告書年度2009 - 2009
委託先名国立大学法人大阪大学西田幸二
プロジェクト番号P00041
部署名研究開発推進部
和文要約昨年度得られた研究成果より、本研究で合成した架橋剤がコラーゲン分子を架橋してI型コラーゲンをゲル化すること、また、架橋剤のarm数に依存してゲルの強度が異なることを見出した。本年度は、架橋メカニズムの解明と他の生体高分子に対するゲル化能を検討した。その結果、本架橋剤がコラーゲンの三重らせんとの水素結合形成により相互作用することで架橋することが明らかとなった。また、本架橋剤は、I, II, III型の線維状コラーゲンを特異的に認識して架橋するが、他の種類のコラーゲンやタンパク質、糖鎖とは相互作用せず全く架橋しないことが見出された。線維状コラーゲンのみを認識して架橋する生体適合性架橋剤はこれまで例が無く、世界で初めての成果である。
 また、平成22年度以降に予定していた実際の角膜組織への安全性と架橋効果の検討を前倒しで開始した。本架橋剤水溶液をラットに点眼した結果、眼刺激性は確認されなかった。より詳細に検討するため、家兎角膜内部へコラーゲンとの複合体を移植して40日間経過観察をしたが、炎症や充血、膨張などの異常は確認されず、本架橋剤が高い生体安全性を有していることが明らかとなった。
 本架橋剤の角膜組織の架橋効果を検討するため、摘出角膜片を架橋剤水溶液に浸漬して厚さを評価した。コントロール水溶液では角膜が膨潤することで厚さが3-4倍に増加したが、架橋剤水溶液の場合は、元の厚さを保っており、架橋効果によると推察された。そこで、実際の力学強度を評価した結果、架橋剤に浸漬すること2倍程度の強度の増加が確認された。
 以上、本年度の研究成果より、本研究で合成した架橋剤が線維性コラーゲンへの高い選択架橋特性を有していること、また、実際の角膜組織に対して有意な架橋効果を示すことを見出した。この研究成果は、当初予定していた角膜混濁や円錐角膜症以外にも、水疱性角膜症などへの治療効果を示唆しており、新たな治療応用の可能性が明らかとなった。
英文要約From the results of last year, we found the type I collagen gelation by our gelators and the dependence of mechanical strength of the obtained collagen gels on arm number of the crosslinkers. In this year, crosslinking mechanism and application for other biomolecules were studied. The crosslinking mechanism of the gelators to collagen molecules was hydrogen-bonding formation between collagen triple-helix and gelator triple-helix. Moreover, this gelator specifically makes crosslinking networks with fibrous collagens such as type I, II, and III, although other collagens, proteins, and polysaccharides in the body did not show any interaction with the gelators. These interesting phenomena are found for the first time.
The in vivo experiments of the gelators were performed ahead of schedule. When this gelator solution was dropped into rat cornea, the acridity was not observed. To evaluate in detail, complex between type I collagen and the gelator was implanted into rabbit cornea for 40 days, but any inflammation, hyperemia, and dilatation were not observed clearly, suggesting high biocompatibility and safety of our gelators.
In order to evaluate crosslinking effect of the gelators to actual corneal tissues, frozen sections of the rabbit corneal tissues were employed. The thickness of the tissues after immersion into the gelator solution was stable very well, although control solution (PBS) showed over 3-4 fold increase of the corneal tissue thickness, suggesting crosslinking effect of the gelators. Furthermore, mechanical strength of the crosslinked corneal tissues was approximately 2-fold higher than that of uncrosslinked one.
From the results of this year research, the high specificity of the gelators to fibrous collagens and the significant crosslinking effect to corneal tissues were elucidated for the first time. Moreover, our results showed that this gelator might have an effect on bullous keratopathy in addition to corneal stromal opacity and keratoconus, and spawned the development of potential new therapies.
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