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九州大学先導物質化学研究所 ソフトマテリアル学際化学 山形大学有機材料システム研究推進本部 ソフトバイオマテリアル研究センター

田中 賢 研究室紹介

精密合成G 高分子化学構造の精密

制御に基づく中間水量制御 および高機能材料の創製

カテーテル（医療用チューブ

世界シェアＮｏ．1

人工心肺

・優れた生体適合性を有する

Temperature /℃ 20 0 -20 -40 -60 -80

Endo

dry

9.0 wt%

Exo

中間水の凍結・融解

ガラス転移

O O

O不凍水 自由水

中間水

OO

O

S. Morita, et al., Langmuir, 2007, 23, 3750. M. Tanaka et al., Polym. J, 2013, 45, 701.

PMEA類似化合物の合成

M. Tanaka et al., 特許第4746984号 (2011) K. Sato et al., Macromol. Biosci.,2015 15, 1296

∗ring-opening metathesis polymerization

L

R

RuP

H

G2： second generation Grubbs catalyst

PCy 3

Ph

Mes Mes

Ru

Cl

Cl

N N

L= 2Cl, N-heterocyclic carbene, R= substituent, P= Ph, polymer chain

L

RuP

H

R

L

Ru

R

P H

Distal-E orientation

Regio-/stereoregular polymer

Steric repulsion

3RCOE

8 carbons

n

R

8 R

高分子鎖との 相互作用

赤外吸収波長 /cm-1

緩和時間 /s （固体NMR測定）

自由水 弱 3200 10-12~10-11 中間水 中 3400 10-10~10-9 不凍水 強 3600 10-8~10-6

示差走査熱量測定(DSC) 赤外分光測定(IR)

M.Tanaka et al., Biomaterials,2000, 21, 1471. Biomacromolecules, 2002, 3, 36.

・非水溶性 ・合成が簡便で低コスト

細胞 吸着タンパク質

高分子薄膜 水和層

PMEA Poly(2-methoxyethyl acrylate)

OOO

n

血小板粘着試験

中間水量/ wt%

血小板粘着数

0 0.2 0.4 0.6 0.8

1 1.2 1.4

0 5 10 15 20 25 30 35

開環メタセシス重合(ROMP*)による側鎖間隔制御

PMEA PHEMA

PMEA PMC3A

PBuA PMEMA

原子間力顕微鏡観察 タンパク質・細胞の接着力測定

局所赤外分光測定 軟X線発光分光測定 大気圧型電子顕微鏡観察

etc.

表面解析G バイオ界面構造・物性の

精密評価および 中間水の機能解明

細胞G 中間水を有する

高分子材料を用いた 細胞の機能制御

カンチレバー

高分子薄膜 water・PBS

高分子／水界面に自発形成する 微細凹凸構造の存在、さらに フィブリノーゲンの凸部への 選択的吸着を発見。

fibrinogen

タンパク質

その他測定法

界面構造の領域選択的にミクロスケールでの 接着力測定

高分子化学構造の制御によって 中間水量を制御し、中間水量と 生体親和性との関係を解明。

従来技術① 細胞表面マーカーの利用

抗体

CTCs捕捉

白血球 CTCs

フィルター

細胞の選択的接着の制御

例）血中循環癌細胞(CTCs) の回収

赤血球 癌細胞

従来技術② 細胞サイズの利用

中間水を有する高分子基板表面に癌細胞のみが選択的に接着

Y. Miwa, et al., Polymer, 2009, 50, 6091.

M.Tanaka et al., Biomaterials,2000, 21, 1471. S. Kobayashi et al., Macromolecules, 2016, 49, 2493.

中間水コンセプト

タンパク質吸着、細胞接着の初期で起こる 材料界面における水和層の形成に着目。

自由水・不凍水に加えて特定の材料中にのみ 観測される「中間水」が生体親和性を決定する 重要な要因である。

担当教員：小林慎吾 特任准教授

担当教員：村上大樹 助教

担当教員：荒津史裕 特任助教 10 μm

0 1.3 3.8 20

HT-

1080

cel

ls PBuA PTHFA PMEA PMe3A

中間水を有する高分子材料による癌細胞・幹細胞の機能制御

中間水量 （ｗｔ％） 細胞形態 扁平 扁平 球形 球形

高分子の中間水量に よ り 細 胞 の 接着・形態が変化。

青色：細胞核 赤色：ビンキュリン 緑色：アクチン 矢頭：接着班

細胞はインテグリンを介して足場に接着し、ビンキュリンなど多くのタンパク質が集積する接着班からのシグナル伝達により細胞機能（増殖・分化・運動）を制御する。

癌患者の血液中からCTCsのみを選択的に単離・回収することが可能。

中間水を有する高分子材料基板により癌細胞・幹細胞・正常細胞の機能（接着・増殖・分化・運動）を制御することが可能。

http://www.soft-material.jp/ http://www.bio-material.jp/

有機合成化学

表面物理化学

細胞工学 健康医療製品

田中 賢 ＪＳＴさきがけ、最先端・次世代研究開発プログラムの成果

D. Murakami et al., ACS Biomaterials Science & Engineering, in press

ACS Appl. Mater. Interfaces, 7, 18096-18103 (2015). Adv. Healthcare Mater., 3, 775-784 (2014).

中間水は、含水した生体高分子と 生体親和性合成高分に共通して 観測される。 人工臓器学会オリジナル賞、高分子学会旭化成賞

バイオマテリアル学会科学奨励賞など