キャンパスイノベーションセンター東京新技術説明会 キチン誘導体を用いた生体接着剤 シーリング材の開発 森本稔 伊福伸介 斎本博之 ( 鳥取大生命機能セ 鳥取大院工 ) 大崎智弘 南三郎 ( 鳥取大農 獣医 )
生体接着剤 シーリング材 生体接着剤 縫合 抜糸の必要あり 技術的に難易度が高い 抜糸の必要なし 技術的に容易 化学合成品では 分解成分に細胞毒性や組織刺激性 血液由来の製品では ウイルス感染の危険性 天然素材を用いた生体接着剤の開発が望まれる
キチン キトサンの構造と機能 Chitin NHAc n NH 2 Chitosan n 生分解性 生体適合性 創傷治癒促進効果 生物活性を生かした生体材料の開発
キチン キトサンの創傷治癒促進効果 交通事故の猫 70 日後には完治 綿状キトサンを傷口に 旺盛な肉芽形成
キトサン誘導体を用いた生体接着剤 N N N UV 300nm N Nitrene 反応性大 K. no, M. Ishihara et.al., J. Biomed. Mater. Res., 2000, 49, 289-295. NH x NH 2 y NHAc z リンカー : バニリングリセロール 反応部位 : メタクリレート CH 3 UV(315-400nm) 照射で硬化 ラット皮膚創傷へ適応 皮膚に炎症 中性領域で難溶 光硬化反応時に発熱 E. Renbutsu et al, Biomacromolecules, 2005,6,2385-2388.
新規キチン誘導体 K NH CH 3 x NH y NH CH 3 CH 3 z 2-hydroxy-3-methacryloyloxypropylated carboxymethyl chitin (HMA-CM-chitin) 皮膚に炎症 中性領域で難溶 光硬化反応時に発熱 低炎症性のキチン 中性領域で可溶なカルボキシメチルキチン リンカーを省略 水性開始剤 (aq.h 2 2 ) の利用
HMA-CM-chitin 誘導体の合成 NHAc K x NHAc y Glycidyl methacrylate (GMA) NHAc K x NHAc y NHAc z N-Acetylated CM-Chitin DS Ac : 0.93-0.97 DS CM : 0.61-0.68 Mw /kda GMA /equiv. Temp / Time /h DS Ps 270 2.1 60 25 0.25 1.0 40 24 0.14 570 2.0 r.t. 24 0.22 3.0 40 96 0.39 730 2.0 r.t. 24 0.22 a) as NH 2 unit b) DS Ac : Determined by elemental analysis. c) as CH 2 unit d) DS Ps : Degree of substitution of polymerizrable side chain; determined by elemental analysis.
1 H NMR スペクトル R R CM-chitin NH 2 n R = H, CH 2 CNa NHAc m K H 3 C H H HMA-CM-chitin NHAc n NHAc m-l NHAc l 6 5 4 3 2 Solvent: D 2
接着性能 ~ サンプル溶液の調製 HMA-CM-chitin(30 mg) Water(260 mg) Stirred at r.t. for 30 min 10 wt% L(+)-Ascorbic acid solution (8~17 mg) (1/4 eq. as methacryl unit) 10 wt% HMA-CM-chitin viscous solution
接着性能 ~ 接着強度測定 0.01wt% H 2 2, 1 drop Adhesive, 40 mg (wet) 20 g 1hr 圧着 コラーゲンフィルム 12hr 乾燥 水気拭取り 40 温水 1 min 浸漬 引張強度 by 精密万能試験機 )
接着強度 ~ 置換度依存性 8.0 Adhesive strength (N/mg) 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 ** 0.0 0.14 0.22 0.39 **=(P<0.01) DS Ps Mw: 570,000
接着強度 ~ 分子量依存性 8.0 7.0 Adhesive strength (N/mg) 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 16,000 cp 130,000 cp 150,000 cp 1.0 0.0 270,000 570,000 730,000 Mw DS Ps : 0.22
キチンナノファイバーとの複合 キチンをグラインダー処理することでナノファイバーを調製 NHAc n キチン NF 繊維幅 : 10~20nm 高アスペクト比 表面キトサン化キチン NF NH 2 表面のみ脱 N-Acetyl 化 n S. Ifuku et al, Biomacromolecules 2009,10,1584-1588. W/2010/073758, 2009/6/30
キチンナノファイバーとの複合 補強材料としての応用 生物活性 強度の向上 熱膨張率の抑制 複合化材料として有用 皮膚組織の再生効果 皮膚厚 コラーゲン密度の増加 潰瘍性大腸炎 臨床症状の進行および組織の損傷を抑制 抗炎症性効果を有する S. Ifuku et al, Biomacromolecules 2009,10,1584-1588. S. Ifuku et al., Green Chemistry 2011,13,1708-1711 K. Azuma et al., Chitin and Chitosan Research 2013,1,5-11
キチン誘導体 /CNF ブレンド型接着剤 NH R K x NH R y NH R z + キチンナノファイバー (CNF) R=H, Ac HMA-CM-chitin ブレンド型接着剤 [ HMA-CM-chitin / CNF 型 ] [ HMA-CM-chitin / s-dacnf 型 ] 表面キトサン化キチンナノファイバー (s-dacnf) 接着強度の向上生物活性の付与 が期待できる
ブレンド型接着剤の調製法 HMA-CM-chitin(30 mg) 0.60 wt% CNF suspension or 0.60 wt% s-dacnf suspension (260 mg) Stirred at r.t. for 30 min 10 wt% L(+)-Ascorbic acid solution (8~17 mg) ( 1/4 eq. as methacryl unit) 10 wt% HMA-CM-chitin/CNF viscous suspension ブレンド比 ( 乾重量 ) HMA-CM-chitin / g : CNF or S-DACNF / g : 10 wt% L(+)-Ascorbic acid solution / g 1 : 0.05 : 0.02~0.06
接着強度 ~ ブレンド効果 Mw: 570,000 DS Ps : 0.22 8.0 7.0 ** H 2 2 Press Dry 0.01wt% 1h 12h Adhesive strength (N/mg) 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 HMA-CM-chitin /water **=(P<0.01)
接着強度 ~ ブレンド効果 Mw: 570,000 DS Ps : 0.22 H 2 2 Press Dry 3 wt% 5 min 5 min 4.0 3.5 ** Adhesive strength ( N/mg) 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 HMA-CM-chitin /water **=(P<0.01)
ラットの肝臓への応用 After one week ラットの肝臓に傷口を開ける 傷口にブレンド型接着剤サンプルを塗布 3wt% H 2 2 滴下 傷口が接着し 閉鎖目立った炎症は見られない HMA-CM-Chitin/s-DACNF ; 3wt% H 2 2 Mw:570,000, DS: 0.25;
まとめ 新規なキチン由来の生体接着剤を開発した Mw 57 万 DS Ps 0.22 の誘導体が 接着性能および操作性に優れた キチンナノファイバーをブレンドすることで 接着強度が 160% 増大した ラットの肝臓の創傷に対して有効な接着性を有した
本技術の用途 獣医医療 生体接着剤創傷治癒促進効果 化粧品 美容品? キチン NF のコラーゲン密度増加 環境配慮型材料 生分解性接着剤 シーリング材
本技術に関する知的財産権 発明の名称 : キチン系ナノファイバーを含む生体接着剤 出願番号 : 特願 2013-025423 出願人 : 国立大学法人鳥取大学 発明者 : 森本稔 斎本博之 伊福伸介 南三郎 大崎智弘
お問い合わせ先 産学 地域連携推進機構知的財産管理運用部門部門長三須幸一郎 TEL:0857-31-6000 FAX:0857-31-5474 Email: chizai@adm.tottori-u.ac.jp 生命機能研究支援センター准教授森本稔 TEL:0857-31-5990 FAX:0857-31-5464 Email: morimoto@chem.tottori-u.ac.jp