ブログ

Aug 12, 2023

生物接着剤の画期的な進歩

Ellie Dolgin è una giornalista scientifica che vive a Somerville, Massachusetts.Puoi anche

エリー・ドルギンは、マサチューセッツ州サマービル在住の科学ジャーナリストです。

PubMed Google Scholar でこの著者を検索することもできます

この記事には所属機関を通じて完全にアクセスできます。

SanaHeal のフジツボ接着剤をヒントにした治療法は、豚の肝臓の重度の出血を止めることができます。クレジット: SanaHeal

マサチューセッツ州ケンブリッジのサナヒールは、2021年にマサチューセッツ工科大学ケンブリッジから独立した。

ヒョヌ・ユクは紫色の組織の塊から粘着フィルムを剥がし、小さな切開を加えます。 「これは立派な豚レバーですね！」 彼は叫ぶ。

機械エンジニアから起業家に転身したユクさんは、標準的なフィルム包帯で切り傷を補修しようとしますが、包帯はくっつきません。臓器の表面が湿りすぎているためです。

次に、Yuk 氏は、ポリマーと化合物の独自のブレンドを使用して作られた実験用粘着テープの小片を貼り付けます。 この被覆はすぐに付着し、内側に収縮し始め、切り口を引っ張って閉じ、生体内では創傷治癒を促進する機械的補強を加えます。

スピンオフ賞について詳しく読む

ケンブリッジのマサチューセッツ工科大学 (MIT) の材料科学者 Xuanhe Zhao の研究室で最初に開発されたこの生体接着剤は、無数の臨床応用において、手縫い縫合糸や既存の出血抑制剤を改善する可能性をもたらします 1。 動物実験では、ブタ 2 の結腸損傷をふさぎ、マウス 3 の皮膚病変を修復し、ラットの鼓動する心臓にバイオエレクトロニクス デバイスを貼り付けるのに役立つことが示されています 4。 同じ粘着テープを剥がすこともでき、下にある組織に目に見える損傷を与えることはありません5。

Yuk 氏は、このテクノロジーを「手術用のダクトテープ」のようなものだと説明しています。 配管テープが日曜大工愛好家にとって万能ツールであるのと同じように、彼の生体接着材料は外科医にとって組織修復の普遍的な解決策を提供する可能性があります。

このテープは、遊び用パテに似たペーストに再配合することもでき、負傷した動物の損傷した肝臓や心臓に差し込むと、数秒で防水シールが形成されます6。 血まみれの豚の皮膚を使った実験では、この粘液で作った接着剤は、同じ目的で市販されているいくつかの接着剤で作ったものよりも強力であることが証明されました。

「これは本当に多用途のプラットフォームです」と、マサチューセッツ州ボストンのブリガム・アンド・ウィメンズ病院の医師兼科学者のクリストフ・ナブズディク氏とザオ氏が設立したスピンオフ会社サナヒール社の最高技術責任者であるユク氏は言う。 2021年はさらに技術を発展させます。 SanaHeal は、2023 年のスピンオフ賞の最終候補者です。

サナヒール素材は、その密着性と使いやすさで高い評価を得ています。 「彼らは商業化と翻訳に対する準備ができており、それがこの分野で真の傑出した存在となっています」と、カナダのモントリオールにあるマギル大学の生体材料エンジニア、Jianyu Li氏は言う。彼は同社には関与していない。

インディアナ州ウェストラファイエットにあるパデュー大学の化学者であるジョナサン・ウィルカー氏は、この技術が医療機器にすでに使用されており、安全であることが知られているポリマーに依存していることを考えると、その機能性は特に印象的だった。 同社には関与していないウィルカー氏は、サナヒールはこれらの素材を革新的な方法で配置し、水が多い状況下でも前例のないレベルの粘着性を実現していると指摘する。 「彼らが使用する化学反応は、それほど珍しいものではありません」とウィルカー氏は言います。「しかし、彼らはそれを、ほとんどの人が達成できないレベルに引き上げています。」

「これは、現在の創傷閉鎖技術と比較して大幅な改善を示しています」と、シンガポールの南洋理工大学の材料科学者であるシャオドン・チェン氏は言う。彼はサナヒールとは無関係である。

2014 年に大学院生として Zhao の研究グループに加わった Yuk にとって、組織の癒着は主な目的ではありませんでした。

彼は、ガラス、セラミック、金属など、濡れた 2 つの表面間の接着が必要な工業用材料上でヒドロゲル (架橋ポリマーと水のゼリー状の混合物) をテストした後、初めて修士号を取得しました。 研究がより生物学的な方向に進んだのは、数年後、Yuk が博士号を取得してからでした。

自然の展望の一部: スピンオフ賞 2023

それは、Yuk のヒドロゲルに感銘を受け、さまざまな手術環境でそれらを試してみたいと考えた Nabzdyk からの提案から始まりました。

ユクはそのアイデアが気に入った。 彼は、特に10年前にユクの母国である韓国で弟のヨンウが5階の窓から転落し、大量の内出血を起こし、生き残るために複数回の手術が必要になった後、常に「医療的なことをしたいと思っていた」と語る。 この事故により、Yuk さんは既存の出血制御オプションの限界を認識するようになりました。

ユク氏はナブズディク氏と一緒に、彼の言葉を借りれば「患者に直接利益をもたらす可能性のある非常に一か八かの問題の解決」に着手した。

サナヒールは最終的には、外科用途向けに止血技術を発展させる計画だ。 しかし、同社はまず、物質が体内に長期間留まらない臨床的機会、つまり市場への規制がそれほど難しくない医療分野を追求している。 取り組みは、糖尿病患者の足潰瘍用の創傷ケアパッチと、軍事戦闘中などの緊急外傷状況での失血を制御するための生体接着ペーストを中心に行っています。

「これらは重要な臨床上の問題です」とマサチューセッツ州ケンブリッジのケンダル・スクエア・バイオテクノロジーハブにあるサナヒールの社長兼最高経営責任者パトリック・リヴェリ氏は言う。 重度の出血は軍人における予防可能な死亡の主な原因であり、潰瘍は管理が不十分な糖尿病を持つ世界中の何百万人もの人々に障害や苦痛を引き起こしています。

サナヒールの素材と同様に、開発中の他の耐湿性接着剤も既存の止血製品よりも優れていますが、それらはいずれも作用が遅く、血液が染み込んだ汚い状況下では弱いシールしか提供できない傾向があります。 しかし、これらの競合テクノロジーには欠点があります。 中には長期間の申請期間が必要なものもあります。 材料を硬化させるために紫外線を照射する必要があるものもあります。

SanaHeal は、要求の少ないユーザー エクスペリエンスを目指しています。 「準備段階は必要ありません」とナブズディク氏は言います。 「それを受け取り、押してください。それで終わりです。」

「そのシンプルさは本当に魅力的です」とボストンのベス・イスラエル・ディーコネス・メディカル・センターの生物工学者、ゲオルギオス・テオカリディス氏は言う。 「それはそこに置いて数日間放置できるものです。」

Theocharidis は SanaHeal の研究者と協力して、潰瘍のような開いた潰瘍のある糖尿病のミニブタに接着パッチをテストしています。 昨年、研究者らは、SanaHeal の自己収縮する粘着性素材で傷口を包帯すると、最も一般的に使用される創傷ケア製品の 1 つで作られた包帯と比較して皮膚の回復が速くなることが示されました 3。 「非常に印象的な結果が得られました」とテオカリディス氏は言います。

ユクの作品の多くは自然界からインスピレーションを得ています。 たとえば、彼の粘着テープは、昆虫を捕まえるのに役立つ方法でクモの巣が湿気を吸収する仕組みを模倣するように設計されています。 そして、彼の生体接着ペーストはフジツボからインスピレーションを得たもので、フジツボは接着タンパク質を付着させる前に油性の分泌物を展開して表面から汚染物質を除去します。

実際、ペーストは元の粘着テープを細かく粉砕し、鉱物油と混ぜ合わせたものにすぎません。 油は血液を排出するのに役立ちます。 生体接着剤の微粒子が余分な水を吸収します。 そして、これらの交絡液体が邪魔にならないため、この材料は自由に組織に固定し、傷からの血液の流れを止める不浸透性のシールを形成します（「化学的傷結合」を参照）。

クレジット: アリスデア・マクドナルド

「仕組み的には、フジツボの接着剤と全く同じ働きをします」とユク氏は言う。 「これが真のバイオインスピレーションです。」

SanaHeal は、電子センサーの内臓への取り付けを容易にしたり、しわの発生を軽減したりするなど、他の多くの投機的な用途にも取り組んでいます。 しかし、来年の同社の主な優先事項は、サナヒールが商業化に近づくにつれて臨床グレードの製品の製造を拡大することだ。

それは簡単ではありません。 ブリガム アンド ウィメンズ病院の生物工学者ジェフリー カープ氏は次のように指摘しています。「最大の課題の 1 つは、組織接着剤の生産をどのようにスケールし、長期保存可能な製品を実現し、プロセスのパフォーマンスを損なわないようにするかです。」 そしてカープは知っているはずだ。 2014 年に、彼は独自の外科用接着剤 7 を発明しました。これは現在、パリのバイオテクノロジー企業 Tissium によって開発されています。

サナヒールはまた、「これらの生体接着剤の長期的な性能を考慮する」必要があるとチェン氏は言う。 特に体内の用途では、「適切な創傷閉鎖と分解速度の間の適切なバランスを見つけることが重要」です。

Yuk は、この先に待ち受ける無数のハードルをよく知っています。 彼以前の多くの人々は、耐湿性の組織接着剤を手術室や診療所に導入しようと試みましたが、失敗してきました。 「それは誰もが倒したいと思っている古いドラゴンです」と彼は言います。 しかし、ユクは粘着テープとペーストを使って、伝説的に重要なドラゴンスレイヤーである聖ジョージに相当する医学的存在を作り出したのかもしれない。

土井: https://doi.org/10.1038/d41586-023-01661-2

この記事は、第三者の資金援助を受けて作成された編集的に独立したサプリメントである Nature Outlook: The Spinoff award 2023 の一部です。 この内容について。

Yuk、H.ら。 ネイチャー 575、169–174 (2019)。

論文 PubMed Google Scholar

ウー、J.ら。 科学。 トランス。 医学。 14、eabh2857 (2022)。

Google スカラー

テオカリディス、G. et al. ネイチャーバイオメッド。 工学 6、1118–1133（2022）。

Google スカラー

デン、J.ら。 ネイチャー・メーター。 20、229–236 (2021)。

Google スカラー

チェン、Ｘら。 手順国立アカデミー。 知る USA 117、15497–15503 (2020)。

論文 PubMed Google Scholar

Yuk、H.ら。 ネイチャーバイオメッド。 工学 5、1131–1142 (2021)。

論文 PubMed Google Scholar

ラング、N.ら。 科学。 翻訳。 と。 6、218ra6 (2014)。

論文 PubMed Google Scholar

リファレンスをダウンロードする

スピンオフ賞 2023

スピンオフ賞: 彼らは今どこにいますか?

Alpine Quantum: 量子コンピューターを段階的に商用化

Jupiter Ionics: アンモニアへのよりクリーンなルート

パリティ量子: 量子コンピューターの設計図を書き直す

脳卒中の解決: 脳内の血管の障害を明らかにする

AquaLith: 既存のテクノロジーを使用して構築されたより優れたバッテリー

聴覚分析: 神経症状を聞く

Neuron-D: 3D ニューラル モデルで医薬品開発を加速

新しいイリジウム: 光を使って炭素レベルを下げる方法

ONA Therapeutics: 脂肪遮断薬は転移性がんとの闘いに役立つ可能性がある

セニスカ：RNAスプライシングは加齢関連疾患を標的とする

シビラ：タンパク質のフォールディングを破壊してがんと闘う

スポンサー特集: メルク科学賞、賞、助成金、および課題

金属感受性ランモジュリン二量体による希土類分離の強化

第31条 5月23日

3D ニューラル モデルで医薬品開発を加速する

展望24 5月23日

「スマート」縫合糸: 昔ながらの腸糸が生まれ変わります

研究ハイライト 16 5 月 23 日

積層造形による強靭で延性のあるチタン-酸素-鉄合金

第31条 5月23日

サブサイクル光学ダイナミクスのアト秒電子顕微鏡観察

第31条 5月23日

不定かつ双方向の近赤外ナノクリスタル光スイッチング

第31条 5月23日

腫瘍の転写変動のパターン

ニュースと見解 5 月 31 日 23

低・中所得国における現金給付の成人と子供の死亡率への影響

第31条 5月23日

改変された tRNA は細胞内および生体内でのナンセンス変異を抑制します

第31条 5月23日

動植物保健庁 (APHA) は、環境・食糧・農村省の執行機関であり、動物と植物の保健庁を代表して活動しています。

サリー州アドルストーン

動植物保健庁

最先端の科学技術が影響力のある洞察の発見を推進する学際的な研究組織

上海浦東新区

ベイジーン研究所

南京林業大学は南京市の東部に位置する総合大学です。

南京、江蘇省（CN）

南京林業大学 (NFU)

新しい化学物質の評価のための多機能専門家チームのDMPK/PD代表

中国広東省広州

株式会社ベイジーン

プロテオームの化学的および機能的可能性の拡大に焦点を当てた、素晴らしい学際的コラボレーションに貢献します。

カリフォルニア州バークレー (米国)

NSF 遺伝子コード材料センター