高い生体適合性を有する新規医用高分子材料の開発
研究代表者 工 学部 北 野 博 巳
Iプロジエク トの背景 ・目的]
リン脂質 である レシチ ン と同様 の双性イオ ンを側鎖 に有す るスル ホベ タイ ン型 の高分子 は、
血小板 の接着数 が少 な く、高い抗血栓性 を有す ることを見いだ した。Ramanや 赤外等 の振動 分光法 によ り、本材料近傍 の水 の構造が擾乱 され ていない こと、また局在表面プラズモ ン法 によ り、各種 タンパ ク質が本材料表面 に非特異吸着 を起 こさない ことを見いだ し、 これが抗 血栓性発現の理 由であることを指摘 した。 また、 グラフ ト鎖 を有す る高分子材料 の温度応答 性 が、共重合 させ る単量体の選択や、環状多糖類等の添加 によ り制御 できることを示 した。
本 プ ロジェク トでは、 リン脂質である レシチ ン と同様 の 「 双性イオ ン」 を側鎖 に有す るカ ル ボキシベ タイ ン型 の高分子共重合体 を用いて、血小板 の付着数 が少 な く、高い抗血栓性 を 有す る人工臓器被覆用 の新規材料 を開発す る。 また、カル ボキシベ タイ ン と、臨界温度 の上 下で分子構造 (分子 の広 が り)が劇 的 に変化す る感温性モ ノマー を共重合 させ ることによ り、
生体親和性 と、温度応答性 を併せ持つ高分子膜 を作製 し、細胞 の吸 ・脱着 を温度 で容易 に制 御 できる新規 の細胞培養用基材 を開発す る。
[研究成果]
概要 : 水 溶性 であるカル ボキシベ タイ ン型 ポ リマー を被覆材料 として用い るために、水不 溶性 の成分 と共重合 し、水 の接触 下において も、溶解 、極端 な膨潤や、剥離 の生 じない安定 な固体薄膜 の作製 を可能 に した。 当該高分子材料 は、 日本油脂株式会社 か ら生体適合性材料 として上市 され注 目されてい る双性イオ ン型 ポ リマー (PMPC)よ りも優れた血液適合性 を有 す ることが確認 され た。一方、テルモ株式会社か ら上市 されている生体適合性 ノニオン性ポ リマー (Xコ ー ト (PM臥 ))よ りは劣 っていた。 また、細胞 の接着 は、PMPCお よび PMEA よ りも優れ た性能 を有 してお り、ほ とん ど発生 しない ことが確認 された。
具体的結果
① 不溶性 カル ボキシベ タイ ン型 ポ リマーお よび薄膜 の調製 種 々 の組 成 比 か ら成 るカル ボ キ シベ タイ
ン型 モ ノマ ー (CMB)と 水 不溶性 の ブチル メ タ ク リレー ト ( B M A ) の ラ ンダ ム共重合 体 を調 製 した。 図 1 に 各 モ ノマ ー の化 学構 造 式 、お よび反応 式 を示 した。 ( 当該 コポ リ
マ ー を P ( B M A / C M B ) X X と 表 記 し 、 X X は
C M B の モル分率 を示す。)各 組成比か ら成 る薄膜 の水へ の溶解性 の検討 によ り、BMA のモル分率が 6害J以上で良好 な水不溶性 を 付与できることがわかった。
告 ｏ に
︐ ｃ
P(BM〃 CMB) B M A : プ チ ル メ タ ク リ レー ト, C M B : カ ル ボ キ シ ベ タ イ ン型 モ ノマー A : B N : 2 , 2 ‐ア ゾ ビス ( イ ソプ チ ロ ニ ト リル )
P ( B M A I C M B ) : B M A と C M B の 共 重 合 体
図 1 。 B M A と C M B の ランダム共重合体の合成
リ ギi
0H3Cζ
BMA
LCギ :
tCH2 C H 告0
モ3
‐0つ
② カル ボキシベ タイ ン型 ポ リマー膜 のモル ホ ロジー
① で調製 した高分子の薄膜作成法 の違 いに よる表面のモル ホ ロジー変化 について検討 した。
キャス ト法 によ り作成 した膜 はマイ クロメー トルオー ダーの凹凸があ り、ス ピンコー ト法で は光学顕微鏡 レベル で平滑な膜 を与 えることが分かった。 さらに、CMB含 率が高いポ リマー について、 よ り平滑な膜 を調製す ることを 目的に、キャス ト溶媒 をクロロホル ムか らメタノ ール に変 え、顕微鏡 によ り評価 した ところ、 より平滑な膜 を与えることが分かった。
③ カル ボキシベ タイ ン型 ポ リマーの ヒ ト血小板 の付着特性
①で調製 した薄膜への血液適合性 (ヒト血小板の 付着特性)について、 他の材料 (BMAホ モポ リマー、
PMPC、 PMEA、 親水化ガラス)と 共に評価 した。
いずれの場合 も、CMB含 率の上昇 に ともない血小 板付着数 が抑制 され てい ることがわかった。しか し、
キャス ト法 においては、 C M B 含 率が 30mol%以上で、
抑制効果が低下す ることが判 明 した ( 図2 ) 。この結 果 は、膜表面の凹凸に起 因す るもの と考 え られ る。
一方、平滑な表面を与えるスピンコー ト法により作 成 した膜 の場合では、抑制効果 の低下は観測 され な かつた (図3)。さらに、溶媒 にメタノール を用いて 調製 したス ピンコー ト膜 では、血小板 の付着 を さら に減少 させ ることに成功 した (図4)。
また、上市 されてい る生体適合性材料 (pMPcぉ よび P M E A ) の 血小板付着特性 について も評価 した。
具体的なデー タは割愛す るが、PMPcと 比較 した場 合、同等 も しくはそれ以上の血小板付着 の抑制効果 を示 し、PMEAよ りは劣 っていた。
C M B 含率/ m o l %
溶媒 の違いによる血小板 の付着特性
評価 した。CMB/BMAラ ンダム共重合体は、CMB含 率の上昇 に ともない細胞 の付着が抑制 さ れ、比較材料 の中で最 も優れた抗細胞付着性 を示 した。比較 として、PMEA、 MPCポ リマー、
PBMA、 ガ ラス、メタク リロイルオ キシエチル トリメチル ア ンモニ ウムクロ リ ドとブチル メ タク リレー トの コポ リマー (P(BMA/MOETAC)、 ブチル メタク リレー トとメチル メタク リル 酸 の コポ リマー (P(BMA/MAA))、 お よびポ リメチル メタク リレー ト (PMMA)、 ポ リヒ ドロ
８ｏ一やく∞し
轟 拠 緊 ■ 日 Ｅ 収 軍
８９枷くし暴撫峰■日Ｅ夜早0 5 10 15 20 25 30 35
CMB燿 ≧コ 匡/mol%
図 2.キ ャス ト法 (溶媒 :ク ロロホル ム) によ り作成 した膜 の血小板付着特性
100
0 5 10 15 20 25 30 35
C M B 含 率/ m o l %
図 3 . ス ピン コー ト法 ( 溶媒 : ク ロ ロホル ム) に よ り作成 した膜 の血 小板 付着 特性
⑤ カルボキシベタイン型ポ リマーの細胞付着特性
①で調製 した薄膜へのチャイニーズハムスター由 図 4.
来繊維芽細胞の接着特性について、他の材料 と共に
溶 媒 :メ タノー ル
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キ シエ チル メタク リレー ト (PIIEMA)に つ い て も評価 した。 細胞付着 特性 の結果
を図 5 に ま とめた。
P M E A の 具体 的結果 は割 愛 す るが、カ ル ボ キシベ タイ ン型 ポ リマ ー の細胞 接 着 の抑 制 効 果 は、他 の材 料 よ りも極 めて優 れ てい る こ とが確 認 され た。
I プロジエク ト成果l ( 特 許, 起 業, 技 術移転等)
特願 2 0 0 5 ‑ 3 2 5 4 9 7 ( 発 明の名称 : 医療用材料) W 0 2 0 0 5 / 1 1 3 6 2 0 A l ( 発 明の名称 : 生体適合性材料)
Iプロジエク ト成果 の応用 0効 果 ・構想]
当該材料 を眼内 レンズの基材 として使用可能か、関連企業 に コンタク ト中である。 眼内 レ ンズ用基材 の上市 を視野 に、 当該材料 の タンパ ク質の接着特性お よび実装 (動物実験)に よ る評価 をお こな う。
また、貼付基材への応用 を視野 に検討 中である。
1利用施設]
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図 5 。種 々の高分子 の細胞付着特性
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