R&D最前線

FRONTIERS OF RESEARCH & DEVELOPMENT

ナノファイバー技術を活用した
精密医療向けコラーゲンシート

生体組織細胞
ECM（線維状コラーゲン）細胞の機能を制御する
スキャフォールドとして，様々なシーンで活用

コラーゲンシート模倣
微細構造を制御したコラーゲンシートで，生体内環境を再現

ランダム

図 1．微細構造を持つコラーゲンシートの医療応用
ES 法で微細構造を制御したコラーゲンシートで，生体組織の ECM を模倣したスキャフォールドを作り，医療に応用していきます。

液体の毛管力により，ファイバー同士を引き寄せて強く密着

東芝は，エレクトロスピニング（ ES ）法を用いたナノファイバー製造技術を活用し，2 種類のコラーゲンナノファイバーシート（ 以下，コラーゲンシートと略記 ）を開発しました。一つ目は，体内に移植するために，生体組織構造を模倣した3 次元配向コラーゲンシートです。熱を用いないES 法と独自の密着プロセスで，良好なハンドリング性と移植時の高い生体適合性を両立させました。二つ目は，早期がん診断のために，生きたがん細胞を培養して観察

使用例

使用例

液体が揮発

イメージセンサー（培養エリア）（コラーゲンシート）

生きた細胞の活性を可視化するデバイス

緻密化する方向できるコラーゲンシートです。イメージセンサーの表面に，薄くて透明なコラーゲンシートを形成することで，乳がん細胞を高い生着率で観察できることを確認しました。

患者一人一人の特性に合わせて治療を行う，個別化医療のニーズが高まっています。また，失われた組織や器官を再生する，再生医療の研究も盛んに行われています。こ2 種類のコラーゲンシートを開発しました。
生体組織を模倣した 3D 配向コラーゲンシート
一つ目は，生体組織を模倣し，良好なハンドリング性と低炎症性を示す3D 配向コラーゲンシートです。

凹凸面に生きたまま接着
がん細胞コラーゲンシート（培養シート）
イメージセンサー

図 3．生きたがん細胞を観察するための培養シート

図 2．3D 配向型コラーゲンシートの密着プロセス
液体の毛管力を利用した密着プロセスにより，含水状態でも形状を保持でき，埋植も可能なコラーゲンシートが得られました。

はじめにR&D基材⒝ ES 法最前線

再生医療からがん診断まで適用可能な，生体親和性とハンドリング性に優れたコラーゲンシートを開発

0.1 µm

多様な構造体を形成可能⒜ 医療応用

原料
コラーゲン

配向

1 µm

Collagen Nanofiber Sheets for Precision Medicine Fabricated Using Nanofiber Techniques

ノズル

イメージセンサー表面に薄くて透明なコラーゲンシートを形成することで，がん細胞をシートの凹凸面に接着させ，生きたまま観察することができます。

バー同士を強く密着させることができます。このような現象

で遺伝子の活性状態を可視化するデバイスを開発していまは，半導体デバイスの製造プロセスにおいて，液体での洗す。今回，がん細胞をイメージセンサーの近傍に生きたま浄・乾燥後に，微細化した回路パターンが変形・倒壊しま接着させるため，表面に凹凸形状を持たせた薄くて透明て密着する現象としてよく知られています。これにより，ナノなコラーゲンシートを開発しました。ES 法では，ランダム／ファイバーを一方向に配列させたコラーゲンシートで，配列配向構造やファイバー径などを適正化することで，対象とすのような高度な医療において，細胞の機能発現や生体組織コラーゲン線維が 3D 配向した構造を持つECMを模倣す方向の引っ張り強度が，未処理の0.60 MPaから79 MPa

る細胞の培養に適したコラーゲンシートを形成できます。こ構造の構築には“ 足場 ” が必要になります。足場とは，細る方法として，多数のコラーゲンナノファイバーを一方向にへと，約 130 倍に向上しました。また，積層したコラーゲンのように，構造を制御したコラーゲンシートをイメージセン胞が機能を発現するために接着する材料を指し，体内で用配列させ，交互に積層させて3D 構造に立体化する方法がシートでは，その層間の密着強度が，未処理に比べて300サー表面に薄く形成して細胞の足場を提供し，ヒトの乳がいる場合は足場材料（スキャフォールド），体外で細胞培養あります。しかし，この場合，ナノファイバー同士は部分的倍以上に向上しました。これらの効果により，吸水後もゴムん細胞株を80 % 以上の生存率で生きたまま観察することがに用いる場合は細胞培養足場と呼ばれます。に絡み合ったり接したりするだけの集合体のため，機械的強に似た強い弾性を示すなど，良好なハンドリング性を持つできました。従来，体外での培養が困難であった検体細胞

図 1のように，生体組織において細胞の周囲には，細胞度が低く，水を含んだり，引っ張られたりすることで簡単に3D 配向コラーゲンシートが得られました。

を，高い生着率で培養して観察できることで，患者個人の外マトリックス（ ECM：Extracellular Matrix ）と呼ばれる，形状が崩れます。一方，機械的強度を高めるために熱や架このコラーゲンシートについて，国立大学法人 東京医科

コラーゲンを主成分とした線維状構造体が存在します。細

橋剤を用いて架橋（ 硬化 ）処理を行うと，コラーゲン材料が歯科大学との共同研究で，ラットの皮下に埋植して生体内胞を3 次元（ 3D ）に配置するためには，足場としてECMを変性して毒性を示すことが懸念されます。

反応を試験しました。その結果，市販のコラーゲン材（ゲル，特性に基づいたがん診断精度の向上に貢献します。
今後の展望模倣した構造体が用いられます⑴。求められる特性として，そこで当社は，熱や架橋剤を用いずに，“ 毛管力”を利用スポンジ）に比べ，低炎症で，早期に細胞が浸潤して速や上述の2 種類のコラーゲンシートについて，社内外の関係

細胞接着性，細胞や養分などの物質透過性，形状保持してナノファイバー同士を密着させる技術を開発しました。

かにコラーゲンシートが消失する特性を確認しました。今後部門と連携し，実用化に向けた基礎検証を進めていきます。

性，生体吸収性などがあります。

毛管力とは，狭い隙間に存在する液体によって，物体同士は，これらの特性を生かした医療デバイスへの応用を目指細胞の足場となる微小構造を形成する手段として，ESにを引き寄せる方向に作用する力のことです。図 2に，密着プし，想定される用途に合わせた機能検証を進めていきます。

よるナノファイバー形成法が検討されています⑴。図 1に，ロセスの概要を示します。ファイバーを一方向に配列させESの概要を示します。原料溶液に高電圧を印加して電界たナノファイバーシートを，アルコールなどの揮発性が高い中に形成したナノファイバーを，基材表面に堆積させてナノ液体に浸漬（しんせき）し，乾燥させます。すると，液体が二つ目は，生きたがん細胞を培養し，観察するためのコファイバーシートを得ます。東芝は，このES 法を活用し，揮発する過程でファイバー間に毛管力が作用し，ナノファイラーゲンシートです。当社は，図 3のように，生きた細胞内50

東芝レビュー Vol. 76 No. 4（ 2021 年 7 月 ）生きたがん細胞を観察するための培養シート

ナノファイバー技術を活用した精密医療向けコラーゲンシート

文献⑴岡野光夫監修．バイオマテリアル ―その基礎と先端研究への展開―．東京
化学同人，2016，354p．

徳野陽子

生産技術センター 製造プロセス・検査技術領域 材料・デバイスプロセス技術研究部
日本再生医療学会・日本臨床細胞学会会員

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