北海道大学大学院 情報科学研究科 生命人間情報科学専攻|北海道大学工学部 情報エレクトロニクス学科 生体情報コース

研究室の紹介

(独)物質・材料研究機構 生体機能材料ユニット

名称

(独)物質・材料研究機構  国際ナノアーキテクトニクス研究拠点 ナノライフ分野 生体機能材料ユニット バイオセラミックスグループ

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研究室の概要

国民が安全・健康で快適に暮らせる社会の現実に向けて、再生医療、ナノ薬物送達システム(ナノDDS)等の次世代医療技術やバイオエレクトロニクスなどの安全性評価技術の進展に貢献することを目指して研究しています。

そのためにナノテクノロジーを活用して、遺伝子発現・制御の視点から材料科学と生物科学の融合領域を系統的に研究することで、各種疾患治療等に役立つような革新的な機能を有するナノバイオ材料とデバイスの開発を行っています。

 

研究内容の紹介

足場材料(生体材料)の開発

現在、損傷した組織を再生させるための“再生医療”が世界中で研究されています。再生医療を実現するためには、細胞の増殖・分化・誘導を制御する足場材料(生体材料)の開発が不可欠です。そのために、生体となじみやすいリン酸カルシウム・たんぱく質などを用いて、ナノ~ミクロ形態を制御した足場材料を開発しています。

骨類似材料及び骨のナノ構造及びリモデリングの模式図と、実際に合成した材料のTEM写真

水酸アパタイト/コラーゲン骨類似ナノ複合体線維(左)とそれから作製された柔軟性を持つシート(右上)、スポンジ状粘弾性を持つ多孔体(右下)

ナノ~ミクロ構造を持った生体材料の開発

細胞は、材料の物理化学的性質を認識して増殖・分化・誘導されると考えられます。我々は、それらの性質の中で従来の生体材料開発で欠けていたナノ形態の制御技術を元に、生体機能や薬剤徐放機能を制御することのできるナノ~ミクロ構造を持った生体材料を開発しています。ナノ~ミクロ形態を制御することにより、例えば図に示す人工骨材料のように、細胞によって骨と認識されて代謝に取込まれるような、細胞機能の発現が可能な生体材料が実現できます。

精密構造制御したリン酸カルシウム基材料の合成

再生医療において巨大な組織欠損を再生するためには、再生空間の確保とその空間で細胞が効率的に増殖・分化できる足場材料が必須です。そのような材料には、中程度の欠損を培養細胞の移植無しに再生する能力が必要と考えられます。我々は、これまで中程度の骨欠損がナノ構造を制御したセラミックス基材料のみで再生可能であることを示してきました。

本研究ではそれを更に推し進め、ナノ〜マクロレベルでの精密構造制御と生体機能性分子の複合化を組み合わせることにより、大きな組織欠損を材料のみで安全確実に再生可能なマテリアルセラピーの実現を目指します。これにより、ほとんどの症例で細胞培養の必要がなくなり治療期間とコストの低減が期待できます。

将来に役立つ知識や技術

材料関連の研究開発の基礎技術

  • リン酸カルシウム合成技術
  • リン酸カルシウム系セラミックスの製造技術
  • リン酸カルシウム/有機高分子複合体合成技術

バイオ関連の研究開発の基礎技術

  • 細胞培養技術
  • 分子生物学的解析技術(PCR、リアルタイムPCR、タンパク質分析など)
  • 光学顕微鏡・共焦点顕微鏡技術

ナノテクノロジー関連の研究開発に必要な技術と知識

  • 走査型電子顕微鏡技術
  • 原子間力顕微鏡技術

このようなキーワードに興味がある人は、ぜひ、研究室見学に来てください。

再生医療/生体材料

メンバー紹介

  • 客員教授:菊池 正紀

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お問い合わせ

住所:〒305-0044 茨城県つくば市並木1-1 
独立行政法人物質・材料研究機構 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点 ナノライフ分野 生体機能材料ユニット バイオセラミックスグループ

 

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