光電変換色素固定高分子薄膜型人工網膜の耐久性向上と神経伝達機構の解明に向けた研究

網膜は視細胞層、双極細胞層、神経節細胞層から構成される。視細胞は目に入った光を電気信号に変換する役割を有し、視覚の起点となる。視細胞が死滅することにより失明につながる疾患に網膜色素変性症がある。本研究室では、光を吸収し電位差を生じる光電変換色素をポリエチレン(PE)薄膜に化学結合させた人工網膜(色素固定薄膜)を開発した。ヒトへの治療に向けて様々な非臨床試験が実施されており、サルを用いた5ヵ月間埋植試験において視覚の回復が確認された。一方、薄膜表面に結合した色素量が減少した。また光電変換色素を用いた人工網膜は世界初であり、視覚の回復に繋がった神経生理学的メカニズムは不明慮な点が多い。本研究では、1)色素固定薄膜の長期耐久性を生体外かつ短期間で評価する方法を確立すること、2)色素固定薄膜の長期耐久性を向上させること、3)薄膜表面に結合した色素量が減少する原因(分解機構)を解明すること、4)色素固定薄膜と網膜細胞間の神経伝達機構を解明することを目的とした。結果として、1)60℃の生理食塩水に色素固定薄膜を静置することにより、サル眼内における1ヵ月間の経時劣化を1日間で評価できることを明らかにした。2)色素固定薄膜のアニオンをBr-からPF6-に交換することにより、長期耐久性を8.2倍に向上させることに成功した。3)薄膜表面から色素が脱離する主な要因は、色素自体の分解ではなく、色素とPE薄膜を繋ぐN原子およびアミド結合の隣の結合の分解に起因することを明らかにした。4)シミュレーションの観点から、色素固定薄膜から生じる電位差により網膜細胞を活性化させるためには、細胞長さ方向に対して2次的に変化する電位勾配が重要であることを解明した。以上の結果から、工学、医学、神経生理学の観点から色素固定薄膜の長期耐久性、分解機構、神経伝達機構を解明した。

網膜は視細胞層、双極細胞層、神経節細胞層から構成される。視細胞は目に入った光を電気信号に変換する役割を有し、視覚の起点となる。視細胞が死滅することにより失明につながる疾患に網膜色素変性症がある。本研究室では、光を吸収し電位差を生じる光電変換色素をポリエチレン(PE)薄膜に化学結合させた人工網膜(色素固定薄膜)を開発した。ヒトへの治療に向けて様々な非臨床試験が実施されており、サルを用いた5ヵ月間埋植試験において視覚の回復が確認された。一方、薄膜表面に結合した色素量が減少した。また光電変換色素を用いた人工網膜は世界初であり、視覚の回復に繋がった神経生理学的メカニズムは不明慮な点が多い。本研究では、1)色素固定薄膜の長期耐久性を生体外かつ短期間で評価する方法を確立すること、2)色素固定薄膜の長期耐久性を向上させること、3)薄膜表面に結合した色素量が減少する原因(分解機構)を解明すること、4)色素固定薄膜と網膜細胞間の神経伝達機構を解明することを目的とした。結果として、1)60℃の生理食塩水に色素固定薄膜を静置することにより、サル眼内における1ヵ月間の経時劣化を1日間で評価できることを明らかにした。2)色素固定薄膜のアニオンをBr-からPF6-に交換することにより、長期耐久性を8.2倍に向上させることに成功した。3)薄膜表面から色素が脱離する主な要因は、色素自体の分解ではなく、色素とPE薄膜を繋ぐN原子およびアミド結合の隣の結合の分解に起因することを明らかにした。4)シミュレーションの観点から、色素固定薄膜から生じる電位差により網膜細胞を活性化させるためには、細胞長さ方向に対して2次的に変化する電位勾配が重要であることを解明した。以上の結果から、工学、医学、神経生理学の観点から色素固定薄膜の長期耐久性、分解機構、神経伝達機構を解明した。