JP5944902B2 - 機能性ハイドロゲル - Google Patents
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Description
1.以下の工程を含む、機能性ハイドロゲルの製造方法:
1)ケラチン含有材料に、ジスルフィド結合をチオール基に変換するための還元剤を添加してケラチンを抽出する工程;
2)ケラチン含有材料に、チオール基がジスルフィド結合を再形成するのを防ぐためのタンパク質安定化剤を添加する工程;
3)タンパク質安定化剤を除去してケラチンを精製し、ケラチン溶液を得る工程:
4)ケラチン溶液を濃縮することにより機能性ハイドロゲルを作製する工程。
2.タンパク質安定化剤がドデシル硫酸ナトリウムである、前項1に記載の機能性ハイドロゲルの製造方法。
3.工程3)のタンパク質安定化剤の除去が、工程1)および2)により得られたケラチン抽出液150〜250 mLに対して透析外液2〜5 Lを使用した透析を、少なくとも5回行うことによる、前項1または2に記載の機能性ハイドロゲルの製造方法。
4.工程4)におけるケラチン溶液の濃縮が、40〜65℃の温度条件下で行われる、前項1〜3のいずれか1に記載の機能性ハイドロゲルの製造方法。
5.ケラチン含有材料にタンパク質変性剤をさらに添加する、前項1〜4のいずれか1に記載の機能性ハイドロゲルの製造方法。
6.前項1〜5のいずれか1に記載の製造方法により作製される、機能性ハイドロゲル。
7.機能性ハイドロゲルが水性媒体への溶解性を有する、前項6に記載の機能性ハイドロゲル。
8.機能性ハイドロゲル内のチオール基が置換基により修飾されている、前項6または7に記載の機能性ハイドロゲル。
9.前項6〜8のいずれか1に記載の機能性ハイドロゲルと、生理活性物質および/または生体適合性物質を含有する、機能性ハイドロゲル組成物。
10.前項6〜8のいずれか1に記載の機能性ハイドロゲルを疑似体液に接触させることによる、ハイドロキシアパタイトを含有する機能性ハイドロゲル組成物の製造方法。
11.前項6〜8のいずれか1に記載の機能性ハイドロゲルまたは前項9に記載の機能性ハイドロゲル組成物を少なくとも含む、薬物送達用担体。
12.薬物送達用担体が、薬物送達システムとして用いられる、前項11に記載の薬物送達用担体。
13.薬物送達用担体が、薬物徐放用担体として用いられる、前項11または12に記載の薬物送達用担体。
14.前項6〜8のいずれか1に記載の機能性ハイドロゲルまたは前項9に記載の機能性ハイドロゲル組成物を含む、再生医療材料。
本発明は以下の1)〜4)の工程を含む機能性ハイドロゲルの製造方法に関するものである。
1)ケラチン含有材料に、ジスルフィド結合をチオール基に変換するための還元剤を添加してケラチンを抽出する工程。
2)ケラチン含有材料に、チオール基がジスルフィド結合を再形成するのを防ぐためのタンパク質安定化剤を添加する工程。
3)タンパク質安定化剤を除去してケラチンを精製し、ケラチン溶液を得る工程。
4)ケラチン溶液を濃縮することにより機能性ハイドロゲルを作製する工程。
本発明の製造方法により非流動性の機能性ハイドロゲルを作製することができる。
なお、後述するような種々の置換基や生理活性物質等により修飾されたSH基を有するケラチンを含有する溶液や、精製されたケラチン溶液中に生理活性物質等を添加した場合などでは、濃縮されたケラチン溶液中のタンパク質濃度は120〜160 mg/mlに限定されるものではない。例えば、SH基がカルボキシメチル基、エチルアミノ基、アセトアミド基等で修飾されている場合は、濃縮されたケラチン溶液中のタンパク質濃度は140〜180 mg/mlである。
本発明は工程1)〜4)から得られた機能性ハイドロゲル、および、さらにSH基の修飾工程を経て得られた機能性ハイドロゲルに関する。
さらに本発明は、機能性ハイドロゲルと、生理活性物質および/または生体適合性物質(単に「生理活性物質等」とも称する)を含む機能性ハイドロゲル組成物を包含する。生理活性物質および/または生体適合性物質は、機能性ハイドロゲル内に含有されていればよく、含有の態様は問わない。例えば、生理活性物質等がSH基を修飾する態様で含有されていてもよいし、SH基以外の残基に結合している態様で含有されていてもよいし、単に機能性ハイドロゲル内に分散もしくは溶解して含有されていてもよい。SH基の生理活性物質等による修飾は、上記置換基による修飾と同様、精製されたケラチン溶液や濃縮されたケラチン溶液において行うことも可能であるが、ケラチンをゲル化して機能性ハイドロゲルを作製した後においても、可能である。
本発明において得られた機能性ハイドロゲルまたは機能性ハイドロゲル組成物は、種々の用途に用いることが可能である。例えば、機能性ハイドロゲルまたは機能性ハイドロゲル組成物は、薬物を担持して生体に投与するための担体である薬物送達用担体として使用することができる。薬物は、前述の生理活性物質の一例である。
蒸留水で洗浄後細断した羊毛27 gを、0.26 Mドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、1.66 M 2-メルカプトエタノール(2-ME)、8 M尿素を含有する水溶液300 mlと混合し、60℃で一晩振とうした。固形残渣をステンレスメッシュで除去し、ケラチン抽出溶液を得た。次に、SDS、2-ME、尿素を除去するために、抽出液を透析チューブ (Dialysis Membrane size36 ,Wako) に移し、透析外液として約3000 mlの蒸留水を用いて透析して、精製されたケラチン溶液を得た。透析外液の交換は2日間で6回行った。透析中に生じた沈殿物をろ別し、約700 mlの溶液を得た。この段階でLowry法によりタンパク質濃度測定を行った結果、タンパク質濃度20〜40 mg/mlであった。
実施例1と同様に、羊毛よりケラチンの抽出および精製を行なった。但し、透析は透析外液として0.5 M Tris-HCl (pH 8.5)を用いて行い、精製されたケラチン溶液(タンパク質の濃度20〜40 mg/ml、0.5 M Tris-HCl (pH 8.5))を得た。
またヨード酢酸の代わりに、2−ブロモエチルアミンまたはヨードアセトアミドを用いて、SH基がエチルアミノ化、アセトアミド化されたケラチンを得、これらのハイドロゲルを作製した。
実施例1にて作製したハイドロゲルを、1 M酢酸緩衝液 (pH 3.5)、1 Mリン酸緩衝液 (pH 7.5)、または1 M炭酸−重炭酸緩衝液(pH 10.4)に浸漬し、膨潤度を測定した。
ハイドロゲルにブロモフェノールブルー(BPB)を担持させて、様々な条件での徐放能を調べた。
実施例1の方法と同様にして濃縮されたケラチン溶液を得、濃縮されたケラチン溶液にBPBを添加後、冷却しハイドロゲルを作製した。37℃で1 M酢酸緩衝液 (pH 4.4)、1 Mリン酸緩衝液 (pH 7.5)、1 M炭酸-重炭酸緩衝液 (pH 10.2)の各水溶液中でのBPBの徐放を、590 nmの吸光度より求めた。
pH 7.5とpH 10.2で徐放能を確認した結果を以下の表2に示す。
なお、ハイドロゲル作製後BPB溶液に浸漬し担持させる方法も試みたところ、より高い初期バーストの後、ほぼ同様な放出パターンを示した。
実施例2にて作製したSH基がカルボキシルメチル基により修飾されたケラチン(S-カルボキシメチル化ケラチン)のハイドロゲルを37℃、疑似体液(Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Cl-, HCO3-, HPO4 2-, SO4 2-をヒト血漿にほぼ等しくしたもの)に1〜7日間浸漬した。ハイドロゲルが白色結晶で覆われた後、エタノールで洗浄した。析出した結晶について、走査電顕、粉末X線結晶解析を行い、析出した結晶がハイドロキシアパタイト(HAP)であることを確認した。
実施例5にて作製したHAPを含有するS-カルボキシメチル化ケラチンのハイドロゲル組成物を、BPB水溶液(5 mg/ml)に減圧下で1時間浸漬し、BPBを担持させた。37℃、PBS中でBPBの徐放を、実施例5と同様の方法により観察した。
実施例3と同様にして、実施例1および実施例2により作製した各種ハイドロゲルを、1 M酢酸緩衝液 (pH 3.5)、1 Mリン酸緩衝液 (pH 7.5)、または1 M炭酸−重炭酸緩衝液(pH 10.4)に浸漬し、膨潤度を測定した。
(1)サリチル酸内包ハイドロゲル
実施例1の方法と同様にして得られた濃縮ケラチン(100〜120 mg/ml)に、10 mLの10 mM サリチル酸 in Tris-HCl (pH 7.4)を添加した後、60℃で140-160 mg/mlまで濃縮した。これを冷却静置し、サリチル酸を内包した無修飾のハイドロゲルを得た。直径1 cm、高さ0.5 cmの円柱状にくり抜いた後、50 ml PBS中に浸漬し、放出されたサリチル酸を296 nmの吸光度により検出した。
なおカルボキシメチル化、エチルアミノ化、アセトアミド化は、実施例2と同様に、精製ケラチン溶液(タンパク質の濃度20〜40 mg/ml)に、ヨード酢酸、2−ブロモエチルアミン、ヨードアセトアミドをそれぞれ添加することにより行った。その後、無修飾のハイドロゲルと同様に濃縮し、サリチル酸を添加、さらに濃縮を行うことにより、サリチル酸を内包した各種修飾ハイドロゲルを得た。
実施例1の方法と同様にして得られたケラチンハイドロゲルを、直径1 cm、高さ0.5 cmの円柱状にくり抜き、これを10 mLの10 mM サリチル酸 in Tris-HCl (pH 7.4)に浸漬しサリチル酸を含浸させた。その後50 ml PBS中に浸漬し、放出されたサリチル酸を296 nmの吸光度により検出した。
サリチル酸を内包させたハイドロゲルでは、より溶解しやすくなる傾向が見られた。
サリチル酸は酸性物質であることから、等電点がpH5〜6のケラチンに静電的な結合はせず反発すると考えられ、サリチル酸はゲル内で分散していると考えられる。無修飾ケラチンハイドロゲル及びアセトアミド化ケラチンハイドロゲルでは、酸性物質の徐放性を確認することができた。またカルボキシメチル化ケラチンゲルは中性で溶解することから、急速な酸性物質の放出が確認された。アミノエチル化ケラチンは酸性物質を担持させることにより中性においても溶解を起こすことができ、カルボキシメチル化ケラチンに近い放出パターンを示すことがわかった。
1 M酢酸緩衝液 (pH 4.4)、1 Mリン酸緩衝液 (pH 7.5)、1 M炭酸-重炭酸緩衝液 (pH 10.2)の代わりに、0.2M 塩酸−塩化カリウム緩衝液(pH 1.2)、0.2M リン酸緩衝液(pH 5.8)を用いた以外は、実施例4の方法と同様にして、無修飾ハイドロゲルからのブロモフェノールブルー(BPB)の徐放能の確認を行った。
Claims (13)
- 以下の工程を含む、機能性ハイドロゲルの製造方法:
1)ケラチン含有材料に、ジスルフィド結合をチオール基に変換するための還元剤を添加してケラチンを抽出する工程;
2)ケラチン含有材料に、チオール基がジスルフィド結合を再形成するのを防ぐための陰イオン性界面活性剤を添加する工程;
3)陰イオン性界面活性剤を除去してケラチンを精製し、ケラチン溶液を得る工程:
4)ケラチン溶液を、タンパク質濃度110〜180 mg/mlまで濃縮し、その後冷却することにより、機能性ハイドロゲルを作製する工程。 - 陰イオン性界面活性剤がドデシル硫酸ナトリウムである、請求項1に記載の機能性ハイドロゲルの製造方法。
- 工程3)の陰イオン性界面活性剤の除去が、工程1)および2)により得られたケラチン抽出液150〜250 mLに対して透析外液2〜5 Lを使用した透析を、少なくとも5回行うことによる、請求項1または2に記載の機能性ハイドロゲルの製造方法。
- 工程4)におけるケラチン溶液の濃縮が、40〜65℃の温度条件下で、溶液のまま濃縮するものである、請求項1〜3のいずれか1に記載の機能性ハイドロゲルの製造方法。
- ケラチン含有材料にタンパク質変性剤をさらに添加する、請求項1〜4のいずれか1に記載の機能性ハイドロゲルの製造方法。
- タンパク質濃度110〜180 mg/mlのケラチン及び水性媒体を含んでなる機能性ハイドロゲルであり、当該機能性ハイドロゲルが水性媒体への溶解性を有しており、ケラチンのチオール基が置換基、生理活性物質および/または生体適合性物質により修飾されている、機能性ハイドロゲル。
- 請求項6に記載の機能性ハイドロゲルと、生理活性物質および/または生体適合性物質を含有する、機能性ハイドロゲル組成物。
- 請求項6に記載の機能性ハイドロゲルを疑似体液に接触させることによる、ハイドロキシアパタイトを含有する機能性ハイドロゲル組成物の製造方法。
- 請求項6に記載の機能性ハイドロゲルまたは請求項7に記載の機能性ハイドロゲル組成物を少なくとも含む、薬物送達用担体。
- 薬物送達用担体が、薬物送達システムとして用いられる、請求項9に記載の薬物送達用担体。
- 薬物送達用担体が、薬物徐放用担体として用いられる、請求項10に記載の薬物送達用担体。
- 請求項6に記載の機能性ハイドロゲルまたは請求項7に記載の機能性ハイドロゲル組成物を含む、再生医療材料。
- 請求項1の工程4)が、濃縮前のケラチン溶液を、SH基化学修飾剤、生理活性物質、生体適合性物質のいずれかにより処理してケラチンのチオール基を修飾し、修飾処理されたケラチン溶液を濃縮することにより機能性ハイドロゲルを作製する工程である、請求項1〜5のいずれか1に記載の機能性ハイドロゲルの製造方法。
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