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）

キャンパスイノベーションセンター東京 新技術説明会

縫合

×抜糸の必要あり ×技術的に難易度が高い

生体接着剤

○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

生体接着剤・シーリング材

キチン、キトサンの構造と機能

・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

OOHO

OH

NHAc nChitin

OOHO

OH

NH2 nChitosan

キチン、キトサンの創傷治癒促進効果

交通事故の猫

綿状キトサンを傷口に

旺盛な肉芽形成

70日後には完治

キトサン誘導体を用いた生体接着剤

O

OH

NHOHO

O

OH

NH2

OHO

x y

O

OH

NHAcOHO

z

O

OHOO

OCH3

反応部位： メタクリレート

リンカー：バニリン グリセロール

K. Ono, M. Ishihara et.al., J. Biomed. Mater. Res., 2000, 49, 289-295.

N N NUV 300nm

N Nitrene 反応性大

E. Renbutsu et al, Biomacromolecules, 2005,6,2385-2388.

•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

新規キチン誘導体

O

O

NHOHO

O

OH

NHOHO

OKO

x y

O

O

NHOHO

z

OHOO

CH3

OCH3 CH3

O O

2-hydroxy-3-methacryloyloxypropylated carboxymethyl chitin (HMA-CM-chitin)

•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.H2O2）の利用

•皮膚に炎症 •中性領域で難溶 •光硬化反応時に発熱

HMA-CM-chitin誘導体の合成

a) as –NH2 unit b) DSAc: Determined by elemental analysis. c) as –CH2OH unit

d) DSPs: Degree of substitution of polymerizrable side chain; determined by elemental analysis.

Mw /kDa GMA /equiv. Temp /℃ Time /h DSPs

270 2.1 60 25 0.25

570 1.0 40 24 0.14 2.0 r.t. 24 0.22 3.0 40 96 0.39

730 2.0 r.t. 24 0.22

OO

O

OOHO

O

NHAc

OOHO

OH

NHAcx y

OOHO

O

NHAc z

OOHO

OOK

O

NHAc

OOHO

OH

NHAcx y

Glycidyl methacrylate(GMA)OK

O

O OHO

N-Acetylated CM-Chitin DSAc: 0.93-0.97 DSCM: 0.61-0.68

CM-chitin

O

O

NHAcOHO

O

OH

NHAc

OHO

OKO

n m-l

O

O

NHAc

OHO

l

OHOO

H3C

H

H

HMA-CM-chitin

OOHO

OR

NH2

OOHO

OR

NHAcn mR = H, CH2COONa

2 5 3 6 4 Solvent: D2O

1H NMR スペクトル

HMA-CM-chitin（30 mg）

10 wt% HMA-CM-chitin viscous solution

10 wt% L(+)-Ascorbic acid solution

Stirred at r.t. for 30 min

Water（260 mg）

接着性能 ～サンプル溶液の調製

（8~17 mg） (1/4 eq. as methacryl unit)

Adhesive, 40 mg (wet)

0.01wt% H2O2, 1 drop

コラーゲンフィルム

20 g 1hr 圧着

12hr 乾燥

40 ℃ 温水 1 min 浸漬 水気拭取り

接着性能 ～接着強度測定

引張強度 by 精密万能試験機）

Mw: 570,000

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

Adhe

sive

stre

ngth

(N/m

g)

接着強度 ～置換度依存性

**=(P<0.01)

**

0.14 0.22 0.39

DSPs

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

Adhe

sive

stre

ngth

(N/m

g)

270,000 570,000 730,000 Mw

DSPs: 0.22

接着強度 ～分子量依存性

16,000 cP

130,000 cP

150,000 cP↑

キチンナノファイバーとの複合

S. Ifuku et al, Biomacromolecules 2009,10,1584-1588. WO/2010/073758, 2009/6/30

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

OOHO

OH

NHAc n

OOHO

OH

NH2 n

表面のみ脱N-Acetyl化

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

キチンナノファイバーとの複合

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

生物活性

・強度の向上 ・熱膨張率の抑制

補強材料としての応用

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

複合化材料として有用

O

O

NHOHO

O

OH

NHOHO

R R

OKO

x y

O

O

NHOHO

Rz

OHOO

R=H, Ac HMA-CM-chitin

キチンナノファイバー (CNF)

表面キトサン化 キチンナノファイバー

(s-DACNF) [ HMA-CM-chitin / CNF型 ] [ HMA-CM-chitin / s-DACNF型 ]

ブレンド型接着剤

接着強度の向上 生物活性の付与 が期待できる

キチン誘導体/CNFブレンド型接着剤

+

HMA-CM-chitin（30 mg）

10 wt% HMA-CM-chitin/CNF viscous suspension

10 wt% L(+)-Ascorbic acid solution （8~17 mg） ( 1/4 eq. as methacryl unit)

Stirred at r.t. for 30 min

0.60 wt% CNF suspension （260 mg） or 0.60 wt% s-DACNF 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

ブレンド型接着剤の調製法

Mw: 570,000 DSPs: 0.22 H2O2 Press Dry

0.01wt% 1h 12h

HMA-CM-chitin /water

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

Adhe

sive

stre

ngth

(N/m

g)

**

接着強度 ～ブレンド効果

**=(P<0.01)

HMA-CM-chitin /water

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

Adhe

sive

stre

ngth

( N

/mg)

**

接着強度 ～ブレンド効果

**=(P<0.01)

Mw: 570,000 DSPs: 0.22 H2O2 Press Dry

3 wt% 5 min 5 min

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% H2O2滴下

After one week

ラットの肝臓への応用

HMA-CM-Chitin/s-DACNF ; 3wt% H2O2 Mw:570,000, DS: 0.25;

傷口が接着し、閉鎖 目立った炎症は見られない

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、DSPs 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