Development of reducing sugar-mediated hydrogelation via HRP enzymatic reaction for biomedical applications

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本研究では, 生体に穏和な条件下で進行可能な西洋わさび由来ペルオキシダーゼ(HRP)酵素反応によるヒドロゲル形成法に着目し, 反応の基質となる過酸化水素を酵素自体が有するシステインチオール残基とグルコースの酸化還元反応によって間接的に供給する手法の確立とその応用の展開を目的としている. 前年度までは, 主に反応メカニズムの解明に関する検討を行ってきた. 平成31年度~令和元年度は応用先に焦点を当て, 本手法を3Dバイオプリンティング技術と組み合わせることで 細胞包括三次元構造体の構築を試みた. プリンティングには押し出し式3Dプリンターを採用し, そのインクとして生細胞・ フェノール性水酸基導入アルギン酸・HRP・グルコース・サポート材料の混合溶液を用いた. 調製したインクを設計通りにプリンティングした後, 系内でHRPとグルコースの反応により過酸化水素が徐々に生成され, ヒドロゲル化が進行し, 得られた三次元構造体が安定化した. インク中のサポート材料の存在によって, 吐出際とヒドロゲル化するまでの構造体の崩壊が防止され, プリンティングの造形性が向上した. 作製した三次元構造体が長時間にわたり培養しても, 細胞を包括したままでその形状を維持できていた. また, 作製した構造体の表面を同様なヒドロゲル形成法によりPh基導入高分子で修飾が可能であることが確認され, 様々な応用に向けた構造体の機能化に繋がると期待できる.以上, 最終年度は, 本研究で開発したヒドロゲル形成法の押し出し式3Dプリンティングへの応用可能性を実証した. 得られた研究成果を雑誌論文及び国際学会にて発表した。