南洋理工大学(NTU)シンガポールの科学者が術後の早期回復と痛み軽減のための「バイオラバー」接着剤を開発

シンガポールの南洋理工大学(NTUシンガポール)の材料科学者たちは、血管を結合して傷口を素早く閉じることができる新しいタイプの外科用接着剤を発明し、痛みを和らげる薬のプラットフォームとしても機能する可能性があることを明らかにした。

NTUシンガポール大学の研究者らは、シンガポール総合病院(SGH)の臨床医と共同で7月に発行されたElsevier誌のBiomaterials誌に掲載された論文の中で、筋肉や血管を含む軟組織を、表面が濡れていても接着できることを示した。

カプログルー(CaproGlu)と名付けられたこの接着剤は、低用量の紫外線(UV)を照射することで活性化され、数秒で硬化し、液体の接着剤から固体でありながら柔軟性のあるバイオラバー(生体適合性に優れた材料で、数週間後には組織に再吸収される)へと変化する。 


研究チームは動物実験で、信頼性の高い障害物のない接合に必要な通常の8針の縫合に比べて、血管はわずか4針とCaproGluに浸したメッシュラッパーで再接合が可能であることを示した。著者らは、外科医が血管や組織を縫合するのに費やす時間と労力が少なくて済むため、手術時間が25%短縮されると推定している。

動物実験で実証されたように、CaproGluはまた、局所麻酔薬や痛み止めの薬を体内の組織に送達するために使用することができ、これは手術中および手術後の両方に有用であり、その後に投与される痛み止めの薬の必要性を減らすことができる。

現在の、使用前に混合されるべき 2 つの化学薬品を必要とする生物接着剤とは異なり、CaproGlu はすぐに使用できるようになるワンポットの液体ゲルソリューションだ。

論文の筆頭著者である Terry W.J. Steele 准教授と上級研究員の Ivan Djordjevic 博士は、市販されているほとんどの外科用接着剤は、人体に見られるような水や湿った環境では機能しないことを強調する。

“我々の光活性化接着剤を湿った組織に作用させるために、まず表面の水分を除去し、脱水した表面への接着を可能にするように設計しました。」とSteele助教授は語る。

「湿った環境でも高い強度で接着できるというこのユニークな利点は、生体適合性があることと同様に、CaproGlu が手術や医療用途で使用されるのに適していることです。」

CaproGluの接着強度は、市場で他の商業的な生体接着剤と比較され、3〜7倍強いことが判っており、人体で発見されたコラーゲンや筋肉組織のせん断強度と同等である。


CaproGluのメリット

NTU材料科学工学部のSteele准教授とDjordjevic博士によって発明されたCaproGluは、添加物を必要としない単一成分の処方に2つの成分を組み合わせたものです。


1つ目はポリカプロラクトンで、人体に使用される特定の用途で米国食品医薬品局から認可されている生分解性ポリマーです。- そして2つ目は、活性化すると強い結合を形成することができる光感受性分子であるジアジリンです。


科学雑誌「バイオマテリアルズ」に掲載された研究論文の中で、研究者らは、縫合糸を接着剤と組み合わせて使用する新しい手術方法の一部として、CaproGluをどのように使用できるかを実証しました。ウサギの血管の両端を結合するために必要な従来の8本の縫合糸の代わりに、4本の縫合糸を使用し、血管の両端をCaproGluに浸した生分解性メッシュで包み、組織の表面のアミノ酸を架橋する少量のUVライトで硬化させた。

その結果、処置直後の動脈からの出血は、従来の縫合から観察されるものに匹敵するものであった。7日後に抜糸したとき、動脈は完全に治癒していることが示された。

別の実験では、外科医がラットのふくらはぎの中に麻酔薬を装填したCaproGluを挿入し、従来の縫合で傷口を閉じる前に紫外線で硬化させた。

研究者らは、これらのラットの活性を、麻酔薬を単独で投与されたラットと、麻酔薬なしでCaproGluを投与されたラットの2つの対照と比較した。彼らは、麻酔薬と麻酔薬が搭載されたCaproGluを持っていたラットの動きに識別可能な障害がないことを発見。これは、CaproGluが時間をかけて局所麻酔薬を提供することに成功し、現在の限界を超えて局所麻酔を拡張するための、また、過度の血液凝固を防ぐために抗凝固剤などの薬物のための薬物送達プラットフォームとして機能する有用な方法でありえることを示唆している。


チームはまた、CaproGluを皮膚に移植した動物に目に見える副作用がないことを観察し、予想通り安全で生体適合性があることを示唆した。生体接着剤は数週間以内に溶解して元に戻る為、その除去のためのフォローアップ臨床訪問は必要ないという。


殺菌後の安定した保存性

現在市場に出回っている生体接着剤の大きな課題は、ガンマ線照射を用いて外科用グレードの器具やディスポーザブルを滅菌する標準的な方法に対応することである。

ガンマ線滅菌プロセスは、タンパク質を破壊し、アクリレートおよびエポキシ接着剤の結合を活性化する。

市場に出回っている他の外科用接着剤とは異なり、CaproGluのタンパク質フリー処方はガンマ線滅菌の影響を受けない新しい架橋化学を利用している。


光で活性化された結合機構は、数ヶ月間の保存やガンマ線滅菌後でも、ナノレベルでアミノ酸への連鎖リンクを形成するため、CaproGluの製造と商業化は、タンパク質やアクリレートをベースにしたものよりもコストが低くなる可能性がある。

このバイオラバー接着剤の技術革新は、研究チームが開発に5年を要し、大学のイノベーション・エンタープライズ・カンパニーであるNTUitive社を通じて仮特許を申請中だ。


このプロジェクトの資金提供と支援には、NTU-Surgery Academic Clinical Programme Strategic Joint Research Fund、シンガポール総合病院研究助成金、NTU-Northwestern Institute for Nanomedicine Grant、NTUitive Proof of Concept (Gap) Fund、A*Star Industry Alignment Fund (Pre-Positioning)、Ministry of Education Tier 1 & 2 research fundが含まれている。

今後、共同チームは、さらなる動物実験を実施し、骨やその他の有機物表面などの他の用途でのCaproGluの性能を評価することを目指す。

>編集者注「CaproGlu:多機能組織接着プラットフォーム」と題された論文(英題:“
CaproGlu: Multifunctional tissue adhesive platform”)は、バイオマテリアルズ誌2020年7月11日号に掲載された。

参考:原典: NTU Singapore scientists develop “biorubber” glue for faster surgical recovery and pain relief

http://news.ntu.edu.sg/pages/newsdetail.aspx?URL=http://news.ntu.edu.sg/news/Pages/Media2020_Aug20.aspx&Guid=32caa86d-ec81-4089-ae59-31e46e0d0dfb&Category=News+Releases

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