YE SANG HO

え さんほ

芮 相湖

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平成17年02月22日
氏名:YESANGHＯ
21世紀COEプ ログラム 拠点:大 学院工学系研究科
応用化学専攻、化学システム工学専攻、
化学生命工学専攻、マテ リアル工学専攻
“化学を基盤 とするヒューマンマテリアル創成”
平成16年 度後期 リサーチ ・アシスタント報告書
ふりがな
氏 名
エ　サン　ホ
YＥSANGHO
生年 月 日
所属機関名 東京大学大学院 工学系研究科 マテリアル工学専攻
所在地
〒305-0006
茨城県 つ くば市天王台2一1一 ノ矢宿舎32一502号
電話090-9370-7313
申請時点での
学年 博士課程3年
研究題目
リン脂質ポ リマーを導入たセルロースアセテー ト中空糸膜の特性評価および
新規の高機能医療デバイスへの応用
指導教官の所属 ・氏名 石原一彦
氏名:YESANGHO
Ⅰ研究の成果(1000字 程度)
(図表 も含めて分か りやす く記入の こと)
MPCポリマ ー を修飾 したセ ル ロー ス アセテ ー ト(CA)中空糸 膜 の作 製 と新 規 医療 デ
バイスへ の応 用－ 高性能人 工肝臓 用バ イオ リアクター の設 計 と評価
1.緒言
劇症肝不全(fulminant liver failure)など肝機能の急速な悪化 により肝臓の自然回復が見込
めない急性肝不全患者 に対 して、現在 のところ肝移植で しか有効な方法が ない。 しか し
、臓器移植には常 に拒絶反応 、免疫抑制剤や移植 ドナーの圧倒的不足 の問題 もあって、
急性肝不全患者 の死亡率はいまだに高 い。これ らの問題 を解決す るため、近年バイオテ
クノロジー、細胞 工学、遺伝子工学、バイオマテ リアルの基礎 のうえに、人工材料 を免
疫バ リアー として用い、分化 した細胞 の機能 をそ のまま利用す る、す なわち、細胞 をそ
のまま高分子材料に人為的に組み込 んだハイブ リッ ド型人工臓器の開発が世界的に活発
になっている。
しか し、 このようなハイブ リッ ド型人工臓器用バイオ リアクターの作製 において、培養
細胞がいかに肝細胞 の特異機能 を維持 したままで長期生存 させ るかが最 も中心的な問題
となっている。また、血液の体外循環 システムによるinviｔro治療 にお いて は、バイオ リ
アクター用人工材料は血液適合性 をもちなが ら、細胞が生体内 に近 い状態 で生存 し、長
期的にその機能 を発現 できる組織適合性 を有す る高機能性材料 の開発が強 く望 まれてい
る。本研 究では生 体膜と 類似する分子構造を有し、 憂れた生体適合性 を発 現す るリン脂
質ポ リマー(2-メタク リロイルオキ シエチルポスホ リル コリン(MPC)コポ リマー)を修
飾 したCA中空糸膜を作製 し、 これ らの中空糸膜 を用 いた高性能人工肝臓バイオ リアクタ
ー を作製す ることで、生体適合性 と組織適合性 を有す る新規な高性能性人工肝臓の創製
を目的とする。
2.中空糸膜 の設 計
今回は、内部表面 と外部表面 に存在す るMPCポ リマー の量が異なる高機能性中空糸膜
(HFM)を作 製 す る た め 、CAに 対 しMPCポ リマ ー(PMB30)を1wt%ブレ ン ドし
たCA/PMB30ブレン ド中空 糸膜 を作 製 し、そ の中空糸膜 の外 部表面 にMPCポ リマー
(pMA30)(Fig1）を 物 理 ・化 学 的 に修 飾 させ たCA/PMB-PMA30HFMを作 製 した
。CA/PMB-PMA30HFMは、 まず、作製されたCA/PMB30ブレン ドHFMを単一 中空糸膜
透過性評価モジュール にセ ッ トし、中空糸膜の外部表面にと縮合反応剤(EDC(1-ethy13-
(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide))いれ たPMA30水溶 液 を36時間循 環 させ る ことで
、CA/PMB30の表面にある水酸基(-OH)とPMA30のカルボ キシル基(-COOH)との縮合反応
によ りHFMの外部表面 にPMA30が修飾され るよ うに作製 した。作製 された 中空糸膜は24
時 間流れ る純粋水で洗浄 した後 、XPS表面分析 を行 なった。XPS表面分析結果 か ら、作
製 されたCA/PMB-PMA30HFMは内部表 面 と外部表面 に存在す るMPCポ リマーの量が異
な るHFMで あ る こ とが 明 らか に な っ た(Fig2)。ま た 、CA/PMB-PMA30IHFM
([EDC]/[CA]=10),P/C value=4.4X10-3)より、CA∠PMB-PMA30Ⅱ　HFM([EDC]/[CA]=50)
(P/Cvalue)=6.3X10-3)の外部表面のリンの ピークがよ り強いことをみせ、縮合反応剤の量
によって外部表面に修飾 されたPMA30の量が異 な り、PMA30がCA/PMB30ブレン ドHFM
の表面に物理 ・化学的に修飾されている ことを確認 した。
3.CA/PMB-PMA30HFM内部表面 で の肝 細胞 培養 お よび機能 評価
作製 されたCAおよびCA/PMB-PMA30HFMは、内部表面上 にRLC-18(マウスの正 常肝
細胞)お よびHuh-7(人の肝芽腫細胞)を 培養 し、細胞 の接着、増殖 を観察 し評価 した。
ま た 、培 養 され た肝 細胞 の細胞 代 謝 測 定 お よび 尿 素 生産 量 を評 価 した。CA/PMB-
PMA30HFMの内部表面 ではCA膜上よ り付 着 している細胞の変形が少な く、 ほとん どの
細胞が球状 を維持 していることが観察 された(Figure3)。また、CA/PMB-PMA30HFMでは
球状 に接着 した細胞がお互 いに密集 し、数 百個の肝細胞が凝集 した球状組織体(ス フェ
ロイ ド)を形成 し、3次 元的に成長す る ことが確認された。AlamarBlueによる細胞代謝
測定結果、細胞代謝の面ではCA/PMB-PMA30HFMの表面で培養 され た肝細胞 とCAHFM
の表面 に培養 された肝緬胞 との差がみえなか った(Fig.4)。しか し、それぞれの中空糸内
部表面 に肝細胞を1週 間培養 した後 、glutamate dehydrogenase(GLDH)法によ り培養 され
た肝細胞の尿素生産量 を測定 した結果 、CA/PMB-PMA30HFMの表面培養 された肝細胞 は
より高い尿素生産量をみせた(Fig.5)。
これ らの結果 によ り、CA/PMB30-80HFM内部表面 には肝細胞かゆっ くり、マイル ドに接
着す ることで、そ の球状 を維持 しなが ら、肝細胞 が密集 したス フェロイ ドを形成・ 成長
する特徴 をみせ、高い肝機能を発現 ・維持できる人工肝臓バイオ リアクターが作製で き
ると期待された。今後 は肝細胞のアル ブミン生産 量な どの機能 を分析 し、作 製されたバ
イオリアクターの性能評価をよ り詳 しく行な う予定である。
Figure 1. Chemical structure of PMA30 
(m=0.3, n=0.7).
Figure 2. XPS spectra of CA, CA/PMB-
PMA30I ([EDC]/[CA]=10) and CA/PMB-
PMA30II ([EDC]/[CA]=50) HFMs on their 
surfaces.
Figure 3. SEM pictures of the adherent and 
Hep G2 cell on the inner, surface of (A) CA 
HFM, and (B) CA/PMB-PMA30 HFM 
observed 4 hours after cell seeding.
Figure 4. Metabolic activity of the cultured 
Huh-7 cells on the surface of the polystyrene 
plate (white bar), CA (grey bar) and 
CA/PMB-PMA30 (black bar) HFMs for 3 
and 6hours measured by alamar blue assay.
Figure 5. Urea synthesis by Huh-7 cells 
cultured on the surface of the polystyrene 
plate (white bar), CA (grey bar) and 
CA/PMB-PMA30 (black bar) HFMs for 24 
hours.
Ⅱ(1)学 術雑誌等に発表 した論文(掲 載を決定 されたものを含む.)
共著 の場合,申 請者の役割 を記載す ること.
(著者,題 名,掲載誌名,年 月,巻号,頁 を記入)
1. S. H. Ye, J. Watanabe, Y. Iwasaki, K. Ishihara, In situ modification on cellulose acetate hollow fiber 
membrane modified phospholipid polymer for biomedical application. J Membr Sci 2005;249:133-41. 
2. S. H. Y.e, J. Watanabe, Y. Iwasaki, M. Takai, K. Ishihara, Design of Functional Hollow Fiber 
Membranes Modified with Phospholipid Polymers for Application 
in Total Hemopurification System. Biomaterials 2005 in press.
Ⅱ(2)学 会において申請者が口頭発表 もしくはポスター発表 した論文
　　　　　 (共同研究者(全 員 の氏名),題 名,発 表 した学会名,場 所,年 月 を記載)
*2004. 11.9 2ndCOE International Symposium on Human-Friendly Materials Based 
on Chemistry; Better Living Through Innovative Biomaterials , Tokyo, Japan. 
High functional cellulose acetate hollow fiber membrane for a bioartificial liver 
(S. H. Ye, J. Watanabe, M. Takai, Y. Iwasaki, K. Ishihara) 
*2004. 11. Fourth Asia International Symposium on Biomaterials, Tsukuba, Japan. 
High performance bioreactor with epatocytes on phospholipid polymer hollow fiber membrane 
(S. H. Ye, J. Watanabe, M. Takai, Y. Iwasaki, K.Ishihara)


リン脂質ポリマーを導入たセルロースアセテート中空糸膜の特性評価および新規の高機能医療デバイスへの応用

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リン脂質ポリマーを導入たセルロースアセテート中空糸膜の特性評価および新規の高機能医療デバイスへの応用

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