ペプチドベースのハイドロゲル、組織や臓器の修復に有望

オタワ大学が率いる科学者チームは、生物医学的精密さと自然にヒントを得た工学を組み合わせることで、人体のさまざまな損傷した臓器や組織を迅速に修復する大きな可能性を秘めたゲル状素材を開発した。

オタワ大学医学部のエミリオ・I・アラルコン准教授が主導する最先端の研究は、皮膚の傷を塞ぎ、損傷した心筋に治療薬を届け、損傷した角膜を修復できるペプチドハイドロゲルによって、将来何百万人もの人々の生活に影響を与える可能性があります。

「私たちはペプチドを用いて治療薬を開発しています。チームは自然界からインスピレーションを得て、創傷閉鎖と組織修復のためのシンプルなソリューションを開発しています」と、オタワ大学心臓研究所のバイオエンジニアリング・治療ソリューション（BEaTS）グループの科学者兼ディレクターであるアラルコン博士は述べています。同グループの先駆的な研究は、組織再生能力を持つ新素材の開発に重点を置いています。

ペプチドは生体内に存在する分子であり、ハイドロゲルはゲル状の質感を持つ水性材料であり、治療目的に有効であることが証明されています。

Advanced Functional Materials誌に掲載され、エリック・スーロネン博士とマーク・ルーエル博士が共同で率いたこの研究で用いられたアプローチは独特です。組織工学分野で研究されているハイドロゲルのほとんどは動物由来またはタンパク質ベースですが、共同チームが作製したバイオマテリアルは、人工ペプチドによって強化されています。これにより、臨床応用の可能性が高まります。

オタワ大学医学部細胞分子医学科教授であり、オタワ大学心臓研究所心臓外科部門研究主任であるルーエル博士は、この研究結果は革命的なものになる可能性があると信じている。

「数千年にわたる進化にもかかわらず、人間の創傷治癒への反応は未だ不完全です」とルーエル博士は述べています。「皮膚切開から眼の損傷、心臓発作後の心臓修復に至るまで、異常な瘢痕が見られます。アラルコン博士、スウロネン博士、そして私たちのチームのメンバーは、この問題に20年近く取り組んできました。Advanced Functional Materials誌に掲載されたアラルコン博士の論文は、創傷治癒、臓器治癒、そして手術後の単純な瘢痕でさえ、より治療的に管理しやすく、ひいては人間の健康にとって最適化された新たな方法を示しています。」

即時軟部組織修復のための合成ペプチド。Advanced Functional Materials (2024). DOI: 10.1002/adfm.202402564

実際、鍵となるのはペプチド生体材料を調節する能力です。オタワ大学チームのハイドロゲルはカスタマイズ可能に設計されており、この強靭な材料は幅広い組織に適応できます。つまり、修復が必要な体の部位に応じて、2つの成分からなる配合を調整することで、接着力を高めたり、他の成分を減らしたりすることができるのです。

「私たちの材料が実現できる応用範囲の広さに、私たちは大変驚きました」とアラルコン博士は語る。「私たちの技術は、標的組織に応じてカスタマイズできる統合ソリューションを提供します。」

アラルコン博士はまた、これらの研究は生体模倣ハイドロゲルの治療効果が非常に効果的であり、その使用は他の再生方法よりも大幅に簡単で費用対効果が高いことを示唆していると指摘しています。

これらの材料は低コストかつスケーラブルな形式で開発されており、これは多くの大規模な生物医学的応用において極めて重要な特性です。研究チームはまた、開発コストと試験時間を大幅に削減する迅速なスクリーニングシステムも開発しました。

「コストと時間を大幅に削減することで、私たちの材料の経済的実現可能性が高まるだけでなく、臨床使用の可能性も高まります」とアラルコン博士は述べています。

研究チームの今後のステップは何でしょうか？ヒトへの試験に向けて、大型動物実験を行う予定です。これまでに、心臓と皮膚の試験はげっ歯類で行われ、角膜の試験は体外実験で行われています。