Fabrication of artificial capillary particles that recognize hypoxic environments to supply oxygen and nutrients for the construction of thick 3D tissue

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本研究は低酸素環境を認識して酸素と栄養の徐放を制御する人工毛細血管粒子の作製を目的とする。本研究では材料の酸素源として過酸化カルシウム (CaO2) に着目した。CaO2は水との反応で酸素、過酸化水素、水酸化カルシウムを生成する無機化合物であり、CaO2をハイドロゲルや高分子材料内に内包した酸素徐放材料が数多く報告されている。一方、CaO2は迅速な水との反応が原因で酸素の初期バースト放出が課題となっており、持続的な酸素徐放が困難であることが報告されている。そこで本研究では、まず初めにCaO2表面をヒドロキシアパタイト (HAp) 層で修飾することで水との反応を抑制し、持続的な酸素徐放が可能な酸素源の作製を行った。具体的には、CaO2と水との反応で生じる水酸化カルシウムがリン酸緩衝液 (PB) 中のリン酸と速やかに反応し、CaO2表面にHAp層を形成させる。走査型電子顕微鏡、エネルギー分散型X線分光法、X線回折測定等から、PBに浸漬したCaO2表面にHAp層が形成されることが確認された。また、未処理のCaO2を内包したゼラチンゲルの酸素徐放期間はわずか3日間であったのに対し、HAp-CaO2を内包したゲルでは10日間にわたる長期的な酸素徐放が確認された。以上の結果から、HAp-CaO2は持続的な酸素供給が可能な酸素源であることが示された。さらに、HAp-CaO2を内包したゼラチンゲルを用いて細胞の低酸素培養を行ったところ、ゲルからの持続的な酸素供給によって低酸素環境における細胞増殖能の向上が確認された。これらの研究成果については現在論文を投稿中である。本研究で開発したHAp-CaO2は持続的な酸素徐放が可能な酸素源として、バイオマテリアル、組織工学、再生医療などへの応用が期待される。