イカと高分子を複合し、強度の高いハイドロゲルを開発　―北大生命科学院などの研究グループ

本学大学院生命科学院博士課程1年の大村将さん、本学大学院先端生命科学研究院・同創成研究機構化学反応創成研究拠点（WPI-ICReDD）の中島祐准教授・龔剣萍（グン・チェンピン）教授らの研究グループは、天然物のイカを合成高分子（注1）と複合化した、強度の高い複合ゲルを開発した。今回の技術を応用し、人工臓器などに用いられる生体代替材料を創製することが期待される。

丈夫なゲルの開発を目指して

高分子ハイドロゲル（以下、ゲル）は、高分子の網目構造の内部に水を多く含んだ柔軟な材料。人間の皮膚などの生体軟組織（注2）とよく似た特徴を持つため、人工臓器やカテーテルなどの生体代替材料・医療材料として期待されている。しかし、一般的にゲルは柔らかく強度が低いため、実用化には丈夫なゲルの合成が不可欠だ。

材料を壊れにくくする一般的な手法として、異なる性質を持つ複数の素材を組み合わせてできる「複合構造」や、材料の方向によって性質が異なる「異方性」の導入がある。ゲルは一般的に異方性を持たない材料であるため、他の異方的で柔軟な材料との複合化による複合構造や異方性の導入が求められていた。

今回の研究では、生体軟組織と合成高分子の複合化に着目。ゲルと同様に柔らかく多くの水を含んでいる生体軟組織は、同時に異方性を持つものも多い。そのため、異方的で柔軟な材料として生体軟組織の利用を考えたという。

イカの内部に、高分子を組み込む

研究では、条件に合う生体軟組織の発見に時間がかかったという。1年ほどの試行錯誤を重ね、安定的な品質と材料の大きさなどからイカの外套膜（注3）を選んだ。

実験ではまず、ムラサキイカ（以下、イカ）の外套膜の切り身を高分子の原料である親水性モノマーの水溶液に浸し、モノマーをイカ内部にしみこませた。そのイカに65℃の熱を12時間加えることで、イカの内部でモノマーが高分子網目と呼ばれる構造を合成し、複合ゲルが得られた（図１）。得られたゲルは、イカの外套膜の筋繊維の方向性が保たれたまま、イカの内部に合成高分子が組み込まれている（図2）。

得られた複合ゲルをイカ外套膜の筋繊維と垂直な方向に伸ばした場合は、もとの長さの3倍伸ばすと材料が切れた。一方、平行な方向に伸ばした場合は、6倍まで伸ばすことができ、複合ゲルが異方性を持つことが明らかになった。（図3）

また、伸ばした方向に関わらず複合ゲルの強度はイカ単体やゲル単体を大きく上回っており、複合化による強度の上昇も確認できたという。

より良い材料の開発のため、データ集める

今後の展望として、中島准教授は「色々な素材の組合せで複合ゲルを作り、たくさんのデータを集めたい」と話す。様々な材料での合成を試すことで、複合ゲルの強度が上がった要因を解明していきたいという。

今回生体軟組織として利用したイカは、漁獲量の減少や燃料費の増加などによる材料供給の不安定さが課題。供給がより安定的で低コストな材料を開発するため、農作物を材料とした複合ゲルの研究を進めているという。また、高分子にゼラチンやヒアルロン酸などの天然の物質を利用することで、優れた生体適合性を持つ、完全に天然由来の複合ゲルの開発を目指す。

注1　合成高分子　人工的に得られた長いひも状の分子で、ポリマーとも呼ばれる。ゴム・プラスチック類の主成分。

注2　生体軟組織　生物を作っている組織のうち、骨・殻・歯などの硬い部位以外のこと。

注3　外套膜　イカの表面を覆う円錐状の組織

（記事執筆：松山）