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光に反応するヒドロゲル、ナノマテリアルを使って治療

August, 31, 2021, Texus--Texas A&M 准教授Akhilesh Gaharwarと院生Patrick Leeは、薬剤送達と再生医療処置のために光を利用できる新しい種類のヒドロゲルを開発している。

ヒドロゲルは、体内で一般に使用されており、組織再生や薬物送達に役立っている。しかし、一度体内に入ると、適切な利用のための制御が難しくなる。研究チームは、光を使ってゲルを操作する新方法を開発している。

研究チームは、多様な方法で光を利用できる新種のヒドロゲルを開発している。光は、エネルギー源として特に魅力的である。既定のエリアに閉込め、光露光の時間、強度で微調整できるからである。研究成果は、Advanced Materialsに発表された。

光に反応するヒドロゲルが新しい種類の材料としてと出現している。用途は、非侵襲的、非接触、精密かつ制御可能な医療デバイス開発。幅広い範囲のバイオメディカルアプリケーション、光熱セラピー、光線力学セラピー、薬物層たち、再生医療など。

Leeによると、光応答性生体材料は、バイオメディカルアプリケーションで使われることがよくあるが、現在の光源、UV光や可視光は、ヒドロゲルと相互作用するまで深く組織に浸透できない。代わりに、チームは、深くまで振動するNIR光を研究している。

チームは、新しい種類の2Dナノ材料、二硫化モリブデン(MoS2)を利用する。これは細胞への毒性は無視できるほどであり、優れたNIR吸収性を示した。高い光熱変換効率のこれらのナノシートは、NIR光を吸収し熱に変換する。これを熱応答性材料の制御向けに開発できる。

Advanced Materialsに発表された同グループの以前の研究では、あるポリマが、ヒドロゲルを形成するMoS2ナノシートに反応する。この発見に立脚して、チームは、さらに、MoS2ナノシートと熱反応性ポリマを利用し、光熱効果によりNIR光下でヒドロゲルを制御する。

「この研究は光を利用して動的ポリマ-ナノマテリアル相互作用を活性化するものである。NIR露光でMoS2は、欠陥起因クリック化学を介して複数のポリマチェーンと結合することで架橋エピセンタとして機能する」とGaharwarは説明している。

NIR光により体内に正確な薬物送達のために治療用ヒドロゲルが内部形成される。ガン治療では、薬剤のほとんどが腫瘍内に保持される。これは、化学治療の副作用を緩和する。さらにNIR光は、腫瘍内部に熱を生成し、ガン細胞をアブレートする、光熱治療と指定知られている。したがって、光熱治療と化学療法の相乗的組合せが、ガン細胞の破壊に高い有効性を示した。
(詳細は、https://today.tamu.edu/)