Starburst hemoglobin polymer with controlled physical properties as a red blood cell substitute

本研究では、輸血用赤血球の代替となり得る人工酸素運搬体として、超分子重合-固定法(Supramolecular Polymerization and subsequent Fixing, SPF法)により、ヘモグロビン（Hb）が放射状に三次元配置された、星形構造を持つHbポリマーを構築することを目的としている。令和4年度は、Hbに分子量10～40 kDaの四分岐PEGを結合させ、星形構造の核(コア)となる二環式Hbダイマーの合成を行った。得られた二環式Hbダイマーを濃縮したところ、超分子開環重合に伴いハイドロゲル化が確認された。続いて、得られたゲルを溶解・希釈すると、解重合により再び二環式Hbダイマーが生成した。この結果は、二環式Hbダイマーが濃度に応じて可逆的に、網目構造を持つHb集合体（超分子ポリマーゲル）へと自己組織化されていることを示唆しており、Hbのサブユニット間相互作用を用いた超分子ポリマーゲルの初めての例となった。また、四分岐PEGの分子量の増大に伴いゾルーゲル転移が起こる臨界濃度は低下し、二環式Hbダイマーの環サイズが大きいほど超分子開環重合してゲル化しやすいことが明らかになった。SPF法を応用することで、前述の超分子ポリマーゲルの構造が共有結合により固定された化学ゲルを合成することができた。超分子ポリマーゲルは化学ゲルとは大きく異なるレオロジー特性を示し、刺激応答性や自己修復作用といった特異的な性質が確認された。これらの結果は、第45回日本バイオレオロジー学会年会、第71回高分子討論会、第29回血液代替物学会年次大会にて発表し、現在、論文投稿の準備中である。

本研究では、輸血用赤血球の代替となり得る人工酸素運搬体として、超分子重合-固定法(Supramolecular Polymerization and subsequent Fixing, SPF法)により、ヘモグロビン（Hb）が放射状に三次元配置された、星形構造を持つHbポリマーを構築することを目的としている。令和4年度は、Hbに分子量10～40 kDaの四分岐PEGを結合させ、星形構造の核(コア)となる二環式Hbダイマーの合成を行った。得られた二環式Hbダイマーを濃縮したところ、超分子開環重合に伴いハイドロゲル化が確認された。続いて、得られたゲルを溶解・希釈すると、解重合により再び二環式Hbダイマーが生成した。この結果は、二環式Hbダイマーが濃度に応じて可逆的に、網目構造を持つHb集合体（超分子ポリマーゲル）へと自己組織化されていることを示唆しており、Hbのサブユニット間相互作用を用いた超分子ポリマーゲルの初めての例となった。また、四分岐PEGの分子量の増大に伴いゾルーゲル転移が起こる臨界濃度は低下し、二環式Hbダイマーの環サイズが大きいほど超分子開環重合してゲル化しやすいことが明らかになった。SPF法を応用することで、前述の超分子ポリマーゲルの構造が共有結合により固定された化学ゲルを合成することができた。超分子ポリマーゲルは化学ゲルとは大きく異なるレオロジー特性を示し、刺激応答性や自己修復作用といった特異的な性質が確認された。これらの結果は、第45回日本バイオレオロジー学会年会、第71回高分子討論会、第29回血液代替物学会年次大会にて発表し、現在、論文投稿の準備中である。