マイクロニードル型「貼るだけ」人工膵臓のプロトタイプを開発

最終更新日:2019年3月19日

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臨床工学技士コラム

マイクロニードル型「貼るだけ」人工膵臓のプロトタイプを開発

2019.02.26

神奈川県立産業技術総合研究所(KISTEC)は1月16日、松元亮氏(東京医科歯科大学生体材料工学研究所バイオエレクトロニクス分野准教授(神奈川県立産業技術総合研究所 非常勤研究員兼務))らが、陳思淵氏(神奈川県立産業技術総合研究所研究員)、菅波孝祥氏(名古屋大学環境医学研究所教授)と共同で行った研究によって、マイクロニードル型「貼るだけ」人工膵臓のプロトタイプを開発したことを発表した。
同研究成果は、「Advanced Functional Materials」(電子版)に掲載されている。

自立型インスリンポンプとなる『人工膵臓』の創出

近年、糖尿病に対するインスリン治療においては、持続的に患者の体内に注入するための「インスリンポンプ」の普及が進んでいる。

しかし、同治療では、患者には身体的・心理的な負担をおよぼし、使用する機械に特有となる補正・メンテナンスの必要性が生じるほか、医療経済上の問題など、多くの課題が挙げられる。

このため、エレクトロニクス制御を必要とせず、自律型のインスリンポンプともいえる『人工膵臓』の創出が強く求められている。

従来、『人工膵臓』の創出では、タンパク質(グルコースオキシダーゼやレクチンなど)を基材とする試行がなされてきたが、生体由来材料の限界があり、タンパク質変性に伴う不安定性・毒性が不可避であるため 、未だ実用化には至っていなかった。

エレクトロニクス制御とタンパク質が不要な『人工膵臓』の開発に成功

同研究グループでは、現状の課題の解決策として、タンパク質を一切使用せず、完全合成型のグルコース応答性材料(ボロン酸ゲル)を用いる方法を提案。

当該グルコース応答性ゲルと再生絹フィブローイン※を融合した「マイクロニードル型」の人工膵臓のプロトタイプを開発に成功した。

※生体材料のフィブローインは、極めて優れた力学的特性、生体適合性および化学的に可変な生分解性を有し、手術糸や硬組織欠損部代替(埋め込み)材料として認可され、広く利用される。

さらに、同グループでは、グルコース応答性ゲルとの融合材料化のための化学構造の最適化、ミクロ相分離を制御したプロセスの開発(特願2018-053817)、内部ミクロ構造の評価、分解安定性、力学的特性、皮膚刺入性、血糖値変動に応答したインスリンリリース挙動、マウス皮膚への装着方法などについても検討。

水中で2か月以上安定、インスリン供給性能が週単位で持続

検討結果からは、マイクロニードル材料技術として、水中で2か月以上安定し、かつ血糖値依存的なインスリン供給性能が週単位で持続することを確認した。

同種競合技術と位置付けられるノースカロライナ大学の「(グルコースオキシダーゼ内包ナノ粒子を利用した)インスリンパッチ」での持続性は数時間オーダーであり、糖尿病患者のQOL改善の観点で求められる「週単位の持続性」ニーズに応えるうえで、今回開発した技術は大きなアドバンテージを有している。 同研究グループは、今後、動物での安全性・治療効果の実証を経て、実用化へ向けた研究を進めるとしている。

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