電気化学的手法を用いた再生医療技術の確立

本研究は、電気化学的手法を用いた再生医療技術の確立を目指すものである。この手法は、金一チオール結合を利用して金電極表面に密なオリゴペプチド単分子膜を形成し、これを介して接着させた細胞を、金一チオール結合を電気的に切断することで、分子層と共に脱離させるものである。昨年度までに2分間の細胞脱離を実現してきたが、一方で、実はオリゴペプチド分子のみであれば数秒で脱離することが電気化学的な解析によりすでに分かっている。そこで、オリゴペプチドの設計、および使用する金表面の設計を工夫することで、より素早い細胞脱離技術の確立に取り組んだ。オリゴペプチドのみの場合に比べて、細胞を脱離する際により長い時間を要する原因として、①タンパク質の非特異吸着、②細胞自体の電気的抵抗の存在が考えられる。本研究ではまず、タンパク質の非特異吸着を抑制できるペプチド設計に取り組んだ。種々の配列の80種類の組み合わせのペプチドに関して二次構造を計算した。この結果に基づき実際にペプチドを合成し、実験的に評価を行ったところ、CPPPKEKEKEKEKは、金表面上で密な層を形成し、このペプチドを修飾した表面ではその他のペプチド修飾表面、もしくは未修飾表面と比較して、フィブリノーゲンの吸着も大幅に抑制されることが示された。更に、末端に細胞接着配列RGDを加えることで、4分間での細胞脱離が可能であった。本研究では更に、細胞自体の電気的抵抗を考慮し、表面にマイクロ凹凸構造を有する基板を用いることで、細胞直下の電極面にもイオンが流入する工夫を施した。マイクロ凹凸基板はナノインプリンティング技術により作製し、直径、高さが3μmであるピラーを三角配置により配置した。このような基板上にペプチドCPPPKEKEKEKEKGRGDSPを修飾し、細胞を播種したところ、細胞は良好に接着した。更に、電位印加による細胞脱離を評価したところ、1分間の電位印加により基板上の約70%の細胞が脱離した。同様の基板上で細胞を増殖させ、細胞シートを形成させた。形成した細胞シートは、1分間の電位印加により、ハイドロゲルへと転写可能であった。つまり、細胞を組織として回収可能であり、再生医療への応用の可能性が示された。

本研究は、電気化学的手法を用いた再生医療技術の確立を目指すものである。この手法は、金一チオール結合を利用して金電極表面に密なオリゴペプチド単分子膜を形成し、これを介して接着させた細胞を、金一チオール結合を電気的に切断することで、分子層と共に脱離させるものである。昨年度までに2分間の細胞脱離を実現してきたが、一方で、実はオリゴペプチド分子のみであれば数秒で脱離することが電気化学的な解析によりすでに分かっている。そこで、オリゴペプチドの設計、および使用する金表面の設計を工夫することで、より素早い細胞脱離技術の確立に取り組んだ。オリゴペプチドのみの場合に比べて、細胞を脱離する際により長い時間を要する原因として、①タンパク質の非特異吸着、②細胞自体の電気的抵抗の存在が考えられる。本研究ではまず、タンパク質の非特異吸着を抑制できるペプチド設計に取り組んだ。種々の配列の80種類の組み合わせのペプチドに関して二次構造を計算した。この結果に基づき実際にペプチドを合成し、実験的に評価を行ったところ、CPPPKEKEKEKEKは、金表面上で密な層を形成し、このペプチドを修飾した表面ではその他のペプチド修飾表面、もしくは未修飾表面と比較して、フィブリノーゲンの吸着も大幅に抑制されることが示された。更に、末端に細胞接着配列RGDを加えることで、4分間での細胞脱離が可能であった。本研究では更に、細胞自体の電気的抵抗を考慮し、表面にマイクロ凹凸構造を有する基板を用いることで、細胞直下の電極面にもイオンが流入する工夫を施した。マイクロ凹凸基板はナノインプリンティング技術により作製し、直径、高さが3μmであるピラーを三角配置により配置した。このような基板上にペプチドCPPPKEKEKEKEKGRGDSPを修飾し、細胞を播種したところ、細胞は良好に接着した。更に、電位印加による細胞脱離を評価したところ、1分間の電位印加により基板上の約70%の細胞が脱離した。同様の基板上で細胞を増殖させ、細胞シートを形成させた。形成した細胞シートは、1分間の電位印加により、ハイドロゲルへと転写可能であった。つまり、細胞を組織として回収可能であり、再生医療への応用の可能性が示された。