活躍する三洋化成グループのパフォーマンス・ケミカルス 113 機能性タンパク質シルクエラスチンを用いた新規医療材料の開発川端慎吾当社バイオ・メディカル製品研究部ユニットチーフ [ 紹介製品のお問い合わせ先 ] 当社総務本部広報部褥瘡（床ずれ）や熱傷（やけど）をはじめとする創傷の治療方法として、保存的治療（創傷被覆材や外用剤の使用など）と外科的治療（皮膚移植など）がある。通常の治療では、まず保存的治療を、治療がシルクフィブロイン（GAGAGS配列）エラスチン（GVGVP配列）困難な場合に外科的治療を施していく。生体親和性が高いタンパク質であるシルクエラスチンは、こ COOH H２N れまで外科的治療が必要であった創傷に対して、保存的治療のみに 13 図１●シルクエラスチンのアミノ酸配列よる治癒やその後の外科的治療の成績向上の可能性を秘めている。エラスチン（GVGVP配列）そこで、当社ではシルクエラスチンを利用した患者の心理的・身体シルクフィブロイン（GAGAGS配列) 的・経済的負担を軽減できる新規医療材料の開発を進めている。本稿では、シルクエラスチンの特長や創傷治療材としての開発状況、そして今後の展望を紹介する。シルクエラスチンの特長水素結合図２●シルクエラスチンの構造 2009年に当社は米国バイオベ 5 ンチャーのプロテイン・ポリマー・テクノロジー社とライセンス契約シルクエラスチンの粘度測定 ■：37℃ ●：23℃ ▲：４℃ Ａ 4 を締結し、同社から細胞親和性が粘度よく創傷の治療に高い効果が期待ラスチンの技術導入を行った。シルクエラスチンは、ヒト皮膚の構成成分であるエラスチンと絹の構成成分であるシルクフィブロインからなる、遺伝子組み換えによっ 37℃ 120分できる機能性タンパク質シルクエ 3 (Pa･s) 2 1 0 0 500 1,000 経過時間(分) 1,500 て作製された人工タンパク質であ［図１］。る Journal of controlled release 53（1998）105-117より図３●シルクエラスチンの粘度変化三洋化成ニュース ❶ 2015 新春 No.488 分類（表皮に至る創傷、真皮に至 1×107 シルクエラスチンゲル 6 1×10 貯蔵弾性率 G (Pa) る創傷、皮下組織に至る創傷、筋･骨に至る創傷）されている。 1×105 一般的な創傷治癒過程は、まず 4 1×10 1×103 血小板が凝集し血管収縮によって (参考) エラスチン配列の含有率が低いシルクエラスチンゲル 2 1×10 止血され、その後炎症細胞（マク 1×101 ロファージなど）によりえ死組織 1 の取り込みや菌の除去が起こる 1×10-1 0 1,500 3,000 経過時間(分) 4,500 維芽細胞（肉芽組織の基となるコ貯蔵弾性率G ’ (Pa) シルクエラスチンゲル軟組織（炎症期）。炎症期が収まると、線ラーゲンを産生）が創傷面に遊走・６１×10 0.2∼0.6×10６ Molecular phamaceutics 2(2005)139-150より増殖して、肉芽組織が形成される（増殖期）。肉芽組織が形成される図４●シルクエラスチンゲルの貯蔵弾性率測定と表皮となる上皮細胞が伸展して、体毛表皮層肉芽組織は瘢痕組織（傷あとの組織化）へと変化していく（成熟期）。コラーゲンエラスチン真皮層そして上皮化が完了すると完全治癒となる。表皮・真皮に至る創傷は、ばん皮下組織筋肉骨そうこうなどもしくは自然治癒力によって、欠損した真皮層に肉芽組織が再生され、上皮化（表皮再図５●皮膚構造シルクエラスチンは、構造面にン配列に起因して皮膚を含む軟組生）が完了する。一方、皮下組織おいて分子内にエラスチン配列を。ま織に近い弾性を有する［図４］や筋・骨に至る創傷は、自然治癒多く含むため細胞親和性（炎症をたゲル化に要する時間は、加温す力だけでは治癒完了は難しいため、起こさずに皮膚になじむ特性）がる温度やシルクエラスチン濃度、保存的治療と外科的治療を組み合高く、かつ弾性（皮膚に張りを与 pH、塩濃度などによってコントわせて治療していく。える特性）に富むことから創傷治ロール可能である。従来の創傷治癒に用いる医療機療に適していると考える。また、創傷治療材の開発器は、皮膚欠損用創傷被覆材とそ物性面ではシルクエラスチン水溶人の体全体を覆う皮膚は、体重の他の類似医療機器に大別するこ液は温度を上昇させるとゲル化すの16％を占めており、①水分のとができる。皮膚欠損用創傷被覆る。このゲル化現象は、温度変化保持・透過を防止、②体温調節、材は「創傷の保護」や「湿潤環境のによる構造変化で起こる。シルク ③外的刺激からの防衛、④感覚器維持」を目的とした医療機器であエラスチンは、低温ではシルクフなど、さまざまな機能を有している。素材としては、アルギン酸やィブロイン配列の水素結合によりる。その皮膚構造は筋肉や骨の上キチン、カルボキシメチルセルロ凝集しているが、温度上昇によりに皮下組織、真皮層、最表面に表ース（CMC）など多岐にわたる。一水素結合が弱まり親水性の高いエ［図５］。皮層を形成している方、その他の類似医療機器としてラスチン配列が水分を構造内部に褥瘡や熱傷に代表される創傷は、は、皮膚欠損用真皮グラフトであ抱き込んだまま膨潤することによ圧迫や熱によって皮膚組織がえ死るコラーゲンスポンジやえ死組織［図２、３］。一度ゲってゲル化するすることで生じる。また、擦り傷除去材である高分子吸収材デキスル化したシルクエラスチンは、低や切り傷に代表される創傷は、物トラノマーが挙げられる。この両温にしても水溶液に戻ることのな理的に皮膚組織が破壊され生じる。者は皮膚の再生を積極的に促すい不可逆なゲル化物で、エラスチ生じた創傷は深さによって４つに三洋化成ニュース ❷ 2015 新春 No.488 「肉芽組織形成促進効果」を目的と活躍する三洋化成グループのパフォーマンス・ケミカルス機能性タンパク質シルクエラスチンを用いた新規医療材料の開発実験方法 ①マウス線維芽細胞（L929 細胞）を培養シャーレ全面に増殖するまで培養する ②マイクロチップにて細胞を剥離する ③シルクエラスチン含有培地に培地交換後、引き続き培養する ④培養０、６、12、72 時間後に顕微鏡観察する培養 0 時間培養 6 時間培養 12 時間培養 72 時間無添加添加濃度（10 -7g/ml）図６●シルクエラスチンの線維芽細胞に対する細胞遊走能した材であり、前者の皮膚欠損用後、シルクエラスチンを加えた培与できると考える。創傷被覆材とは使用目的が異なる。地条件では、加えていない場合と［菌感染の拡大抑制］シルクエラスチンの特長比較して、線状にかき取った部分従来の医療機器（特にCMCなど創傷治療材としてのシルクエラに再度両端から細胞がより多く遊のゲル製剤）では、浸出液などをスチンの特長は、皮膚が欠損した走している様子が認められた。さ吸収することで、創傷部とゲルと患部に注入したシルクエラスチンらに72時間後には、再び線維芽の密着性がなくなり、菌増殖が抑水溶液が体温によってゲル化し、細胞が一面に増殖している様子を制できず皮膚再生に悪影響を及ぼ複雑な創傷部において高い密着性確認できた。す場合がある。一方、シルクエラと追随性を発揮できる点である。シルクエラスチンは「肉芽組織スチンゲルは創傷部と密着するこそのため、患部で形成させた含水形成促進効果」に加えて、ゲル特とで、創傷周辺からの菌の侵入をゲルは密着性が非常に高く、皮膚性に起因した「創部の収縮抑制」や防ぐこと、ならびに存在している欠損用創傷被覆材が有する「創傷「菌感染の拡大抑制、患部への皮菌を物理的に封じこめて菌増殖をの保護」や「湿潤環境の維持」機能膚弾性付与、医薬品との併用によも発揮する。さらに、シルクエラる組み合わせ治療」の効果も期待スチンは細胞親和性が高いタンパできる。ク質であり、皮膚再生を司る線維［創部の収縮抑制］抑制できる。［患部への皮膚弾性付与］シルクエラスチン中に含まれているエラスチンが有する皮膚弾性芽細胞の遊走や増殖を促進させる一般に関節などの可動部位にてため「肉芽組織形成促進効果」も持瘢痕拘縮（ひきつれ）が生じると、ち合わせている。可動域の縮小などにより運動制限図６はシルクエラスチンの線維が生じる場合がある。瘢痕拘縮は、わせ治療］芽細胞に対する細胞遊走能を示し外科的治療（瘢痕切除術など）でしシルクエラスチンが有するゲルた結果である。実験方法は、細胞か根治できず、創傷治癒が完了し特性によって、細胞成長因子など培養シャーレ上にマウス線維芽細ても患者に負担をかけてしまう。の薬理・薬効を有する医薬品がシ胞を一面に増殖させた後、マイクシルクエラスチンが有する拘縮抑ルクエラスチンゲル中に内包されロチップを使用して線状に細胞を制機能が、関節部周辺などの創閉るため、シルクエラスチンゲルのかき取り、その後シルクエラスチ鎖において、過度の瘢痕拘縮を抑分解とともに物質の徐放が可能とンを加えた培地に置き換えて、細制できるため、治癒完了後の可動なる。一般に細胞成長因子などは胞の様子を観察した。培養６時間域縮小の軽減やひきつれ防止に寄生体物質（特に酵素）によって、分三洋化成ニュース ❸ 2015 新春 No.488 付与機能が、褥瘡の再発防止や整容的な向上につながる。［医薬品との併用による組み合活躍する三洋化成グループのパフォーマンス・ケミカルス機能性タンパク質シルクエラスチンを用いた新規医療材料の開発シルクエラスチン創傷部左：シルクエラスチン右：従来品(CMCゲル品) 肉芽形成（創傷治癒部） 350 治療２週間後の HE 染色 300 菌体数従来品︵CMCゲル品︶創傷部 10６cfu/1創傷 200 150 100 細菌コロニー肉芽形成 250 ガス囊胞 50 0 シルクエラスチン従来品(CMCゲル品) 治療２週間後の HE 染色図７●シルクエラスチンの肉芽組織形成促進効果図８●シルクエラスチンの「菌感染の拡大抑制」に関する検証実験解や不活性化が生じるため、半減クエラスチン投与群では、肉眼所保存的治療法を提供し、保存的治期が短い物質である。そのため、見より創傷面の治癒が明らかに進療の幅を広げる可能性を持った新シルクエラスチンゲル中に内包さんでいることがわかる。さらに、規の医療材料になると考えている。れることで、細胞成長因子などの組織学的評価においても、肉芽組今後は生物学的安全性試験実施を分解や不活性化を回避でき有効で織形成が創傷面全体で認められ、経て、臨床治験ならびに薬事申ある。シルクエラスチンの高い肉芽組織請・承認に向けて開発を加速させ促進効果を裏付けている。ていく。先進国が高齢化社会を迎実際の動物実験において、シル「菌感染の拡大抑制」に関する検えるにあたり、高齢者の褥瘡や糖クエラスチンの「肉芽組織形成促証実験においても、シルクエラス尿病性皮膚潰瘍などの難治性皮膚進効果」が認められている。実験チンの有効性が認められている。潰瘍の増加が危惧されるなか、シ方法は、まず、遺伝的糖尿病性マ実験方法は、健常モルモットの背ルクエラスチンがこれら創傷の治ウスの大腿部に筋・骨に至る創傷部に皮下組織に至る創傷（全層欠癒促進をもたらし、高齢者のQOL を作製し、シルクエラスチン水溶損創）を作製する。その後、緑膿（quality of life）向上に貢献でき動物実験における効果 6 液を投与する。マウスの体温によ菌を10 cfu/1創傷となるようにると考える。って、シルクエラスチン水溶液が創傷面には種し、シルクエラスチなお、本開発は独立行政法人科ゲル化して創傷面を覆う。その後、ン水溶液もしくは従来品（CMCゲ学技術振興機構（JST）の平成25年ポリウレタンフィルムを貼付して、ル品）を投与して、ポリウレタン度研究成果最適展開支援プログラ治療２週間後に肉眼所見ならびにフィルムを貼付した。治療３日目「フィージビリティム（A-STEP＊）組織学的評価（HE染色）を実施しに創傷面を摘出し、細菌コロニースタディ（FS）ステージシーズて、肉芽組織形成を評価した。図法を用いて創傷面の存在する菌数顕在化タイプ」に支援いただき、７のとおり、従来品（CMCゲル品）。その結果、従を測定した［図８］京都大学大学院形成外科学・河合投与群では、組織学的評価におい来品（CMCゲル品）では菌増殖を勝也准教授と共に推進している。て、肉芽組織形成が十分に進んで抑制することはできなかったが、おらず、創傷面の一部分のみにとシルクエラスチンでは菌増殖を抑どまっている。また、肉芽組織形制することができた。成が進んでいない創傷面はガス嚢これらの結果から、創傷治療材胞や細菌コロニー（細菌による菌としてのシルクエラスチンは、従感染）が認められる。一方、シル来の医療機器とは異なり、新しい三洋化成ニュース ❹ 2015 新春 No.488 A-STEP：国民経済上重要な科学技術に関する大学・公的研究機関などで生まれた研究成果をもとにした実用化を目指すための研究開発フェーズを対象とする技術移転支援プログラムである。