DNAとペプチドからなる新規多重成分ナノバイオ材料の創製と再生医療への応用

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生体分子を基盤とした新規の刺激応答性バイオマテリアルの開発を進めた。今年度は、(1) 還元応答性オリゴ糖ヒドロゲル、および (2) 還元応答性DNAマイクロスフェアの開発に成功した。(1)グルコサミン(GlcN)の2位アミノ基に還元反応により脱離する保護基NPmoc基 (p-nitrobenzyloxycarbonyl) を修飾した。ワンステップ合成したGlcN-NPmocの水中での分子集合能を透過型電子顕微鏡や共焦点蛍光顕微鏡(CLSM)を用いて調べたところ、ナノファイバーのネットワーク構造が形成され、巨視的にはヒドロゲルを形成することを発見した。さらに、その超分子ヒドロゲルに還元剤を加えるとNPmoc 基が還元反応により脱離し、元のグルコサミンに戻ることで超分子ヒドロゲルが完全に溶けることも見出した。開発したGlcN-NPmocは、オリゴ糖ベースのゲル化剤として世界最小クラスであるとともに、GlcNの1位アルデヒド基がフリーのため他の機能性分子の修飾、ヒドロゲルへの担持が容易である。(2)複数の短鎖DNAの自己集合によって構築されるマイクロサイズの構造体に対してダイナミックな構造変換を誘起することを目指した。核酸塩基間に導入可能な還元切断型スペーサー(RCS)を新規合成し、DNAマイクロスフェアを構成する短鎖DNAに核酸自動合成機を用いて組み込んだ。合成したDNA鎖の還元切断およびそれを用いて構築されたDNAマイクロスフェアの還元分解について電気泳動法やCLSMを用いて条件検討した。その結果、RCS導入DNAマイクロスフェアの還元応答性は、DNA分解酵素を作用させた場合に見られるダイナミックな構造体消失に類似することを見出した。1,2ともに今後は、細胞接着因子や分化誘導因子を担持して細胞培養への応用、またはがん微小環境で薬剤徐放するキャリアとしての応用を目指している。