エレクトロスピニングによるナノファイバー形成を応用した組織骨格基材の機能的設計

本研究では、機械的安定性・生理的機能性・生体適合性を高いレベルで実現する組織骨格基材の開発を目的とし、(a)骨格基材の構成分子種の選択(生体高分子・合成高分子)、(b)要素分子集合体の集合構造の設計・制御(ファイバー径・密度等)、(C)三次元秩序の設計・制御(配列・配向)、(d)細胞増殖因子等生理活性分子の導入(混合・埋入・固定)等の設計要因を、使用する細胞との相互作用を最適化するように決定することが可能な方法として電界紡糸法(エレクトロスピニング)を応用した。よく設計・制御されたナノファイバー構造を有し、異なる物性・機能を持つ複種類のポリマーの混合化・積層化・多層化された、新しい機能的人工組織骨格基材の創製のため、次の二項目の課題を検討した。1)種々の生体高分子および機能性合成高分子のナノファイバー構造の設計・制御:コラーゲン、ヘパリン等の、細胞外マトリックスの構成高分子や、ポリ乳酸等の生分解性高分子、感温性・光反応性基を導入したゼラチン等の機能性高分子等、のポリマーをエレクトロスピニングし、それぞれのポリマーからナノ・マイクロファイバーを生成する条件およびナノ構造体の制御条件を確立した。2)2連式エレクトロスピニングによる混合・多層化機能性マトリックスの作製と医用デバイス化の検討:新しく開発した2連式エレクトロスピニングにより、ナノ・マイクロファイバーメッシュを混合・積層化・多層化する人工組織骨格基材の形成術を確立した。医用デバイスへの応用検討として、小口径人工血管のプロトタイプモデルとなり得る、内腔面にコラーゲンナノファイバーマトリックスを、外側層にセグメント化ポリウレタンのマイクロファイバーマトリックスを有する二層型メッシュチューブの作製を行った。

本研究では、機械的安定性・生理的機能性・生体適合性を高いレベルで実現する組織骨格基材の開発を目的とし、(a)骨格基材の構成分子種の選択(生体高分子・合成高分子)、(b)要素分子集合体の集合構造の設計・制御(ファイバー径・密度等)、(C)三次元秩序の設計・制御(配列・配向)、(d)細胞増殖因子等生理活性分子の導入(混合・埋入・固定)等の設計要因を、使用する細胞との相互作用を最適化するように決定することが可能な方法として電界紡糸法(エレクトロスピニング)を応用した。よく設計・制御されたナノファイバー構造を有し、異なる物性・機能を持つ複種類のポリマーの混合化・積層化・多層化された、新しい機能的人工組織骨格基材の創製のため、次の二項目の課題を検討した。1)種々の生体高分子および機能性合成高分子のナノファイバー構造の設計・制御:コラーゲン、ヘパリン等の、細胞外マトリックスの構成高分子や、ポリ乳酸等の生分解性高分子、感温性・光反応性基を導入したゼラチン等の機能性高分子等、のポリマーをエレクトロスピニングし、それぞれのポリマーからナノ・マイクロファイバーを生成する条件およびナノ構造体の制御条件を確立した。2)2連式エレクトロスピニングによる混合・多層化機能性マトリックスの作製と医用デバイス化の検討:新しく開発した2連式エレクトロスピニングにより、ナノ・マイクロファイバーメッシュを混合・積層化・多層化する人工組織骨格基材の形成術を確立した。医用デバイスへの応用検討として、小口径人工血管のプロトタイプモデルとなり得る、内腔面にコラーゲンナノファイバーマトリックスを、外側層にセグメント化ポリウレタンのマイクロファイバーマトリックスを有する二層型メッシュチューブの作製を行った。