術後合併症を予防する
ホットメルト組織接着剤の開発

物質・材料研究機構 機能性材料研究拠点
バイオポリマーグループ
主任研究員 西口昭広
2022年6月16日
1

組織接着材料による術後合併症予防•••

液剤
粉体シート

肝臓出⾎

膵液漏

癒着

⼼臓出⾎吻合部からの出⾎•••
•

創部閉鎖
⽌⾎
癒着防⽌
組織再⽣

消化管穿孔

湿潤環境で臓器・組織に接着する材料の開発が重要
2

術後癒着
開腹⼿術後の93%の患者に癒着
D. Menzies et al., Ann. R. Coll. Surg. Engl. 72, 60 (1990)

開腹⼿術後に再⼊院した患者の5.7%が癒着に関連、3.8%の患者に再⼿術が必要
H. Ellis et al., Lancet 353, 1476 (1999)

T.L. Hill et al., British J. Surg., 99, 270 (2012).

胆嚢摘出⼿術開腹︓100%が癒着
腹腔鏡︓44.5%が癒着

G. Polymeneas et al., Surg. Endosc., 15, 41 (2001)3

術後癒着による合併症
腸閉塞や不妊症、⾻盤痛を引き起こす

術後癒着の処置に年間2500億円の医療費
⼊院期間が年間100万⽇も延⻑
Sikirica, V. et al., BMC Surg. 11, 1 (2011).

再⼿術時に癒着剥離が必要であり、⼿術に時間がかかる

4

癒着の発⽣機序

J. Tang et al., Acta Biomater., 116, 84 (2020).

組織障害によって、ヒスタミン等のシグナル分⼦が放出され、⾎管の透過性が向上→⾎液凝固の活性化によりフィブリン形成、免疫細胞による炎症性サイトカイン産⽣とECM集積→fibrin formationとfibrinolysisのバランスが崩れ、組織間で癒着が発⽣

5

癒着防⽌材
フィルム型

2液混合型

• デリバリーが困難• 接着性が低い• デバイスに起因する混合
ムラや⽬詰まりのリスク• 化学反応によりゲル化

1液型癒着防⽌材を開発する

6

ホットメルト接着剤

１．接着剤が凹凸に⼊り込む
２．液体から固体への相転移によって接着

加熱

固体液体

Modulus

Gel

Sol

37 ℃

>40 ℃
Temperature

冷却

グルーガン
エチレン酢酸ビニル（EVA）などの熱可塑性プラスチック

ホットメルト接着の原理を
組織接着剤に適⽤
7

⽬的︓ホットメルト組織接着剤の開発
O

ゾル-ゲル転移温度の制御

ブタ⽪膚ゼラチン
ゾル-ゲル転移温度 （Skin gelatin, SG)

NH

NH

NH

NH

O

HN

2-ureido-4[1H]-pyrimidinones
unit (UPy unit)

ブタ腱ゼラチン（Tendon gelatin, TG)

NO

CH3

UPy修飾TG(TGUPy)

Gel
H3C

O

H NN

H NON
HTG

Modulus

SGTGUPy

N H

N

N H

OOSolHHN
N
H

37 ℃

CH3OH3C

Temperature

HN

N HON HNONNON

H

CH3>40 ℃

A. Nishiguchi et al., Acta Biomater. in press.
8⽬的︓1液型癒着防⽌材への応⽤
盲腸

腹壁>40 ℃で噴霧

創傷治癒

組織接着剤
37 ℃でゲル化
組織表⾯を被覆、保護

術後の創傷
未処置

ゾル
>40 ℃

UPyダイマー

術後癒着の予防
ゲル~37 ℃

⽔素結合組織盲腸-腹膜癒着• ⾼い組織接着性• 化学架橋剤が不要• 1液型で塗布可能

体温

組織の隙間に浸透

ゲル化

A. Nishiguchi et al., Acta Biomater. in press.
9

TGUPyの合成
ONNH

2-ureido-4[1H]-pyrimidinones
unit (UPy unit)

CH3

TGUPy-26
TGUPy-42
TGUPy-53TGUPy-79
TGUPy-88

酢酸エチル/エタノールで再沈殿、クロロホルム、エタノールで洗浄減圧乾燥

NCOONHブタ腱ゼラチン（TG、Mw=340 kDa）

NHDMSO, 25℃, 16hTGAmino groups
in gelatin[a](g)(mol/g)

11111312312
312
312312UPy修飾TG(TGUPy)UPy(mol % toamine)
30
45
60
90
120

D.S.[a]Yield

(%)

(%)

264253
79
8874
72
79
7072

Solubilityin PBS〇〇〇✕✕[a] The amino groups in as-prepared gelatin and degree of substitution (D.S.) was calculated by determining the residual
amino groups using 2,4,6,-trinitrobenzensulfonic acid (TNBS).
10TGUPyのゾル-ゲル転移挙動

50℃に加温した接着剤

TG

TGUPy-42

ブタ⼤腸
90°回転5分以内にゲル化、23Gでインジェクション可能

UPy修飾によってゾル-ゲル転移挙動が制御可能
11

TGUPyの粘弾特性評価
20 wt% (PBS), 1% strain, 10 rad/sec

10000

系列7系列8系列2系列4系列5Gʼ at 37 ℃ (Pa)Shear modulus (Pa)

10000

系列6

1000
10037 ℃

45 ℃

1042401000
381003634

1032

Sol-gel temperature (℃)

1000001202530

3540Temperature (℃)

4550

130
12345

TGUPy-42の37℃でのGʼはTGの5.8倍、ゾル-ゲル転移温度は40℃まで向上
12

TGUPyの⼒学特性
系列2系列1系列3系列4Stress (kPa)40030025 ℃
37 ℃

200

1000%00TGUPy25 ℃
X 16 speed

100200300

400

500

600500 %700

Strain (%)
破断ひずみが1.7倍、破断強度が2.9倍向上
13ブタ⼤腸組織に対する接着性評価
SG

治具

TGUPy-4250 ℃

ブタ⼤腸
接着剤
ホットプレート

Adhesion strength (kPa)

TG

37 ℃
3 min

直後に2Nで圧着
***

7**
*

6強度測定

**

**

5*

50℃で圧着接着

37℃で圧着
⾮接着

4321

Py-42

Py-53UUTG

TG

Py-2
6U

TG

TG

*P<0.05, **P<0.01,***P<0.001 (n=3)

SGContr ol0

組織接着強度が2倍向上し、ゲル化後は⾮接着性を⽰した14接着剤の温度変化
Gel 025 ℃

TissueTemperature ofadhesives (℃)

50 ℃

X4 speed

5Time (sec)102040525048464442403836340102030405060Time (sec)50℃で添加された接着剤の温度は、30秒後には38℃まで低下した
15

細胞毒性試験
Cell viability (%)

140系列1系列2系列3系列4120
100806040200L929細胞、24h0.1

110100Concentration (mg/mL)

TGUPyは⾼い細胞適合性を⽰した
16

⽣体吸収性
TG

TGUPy

Sham

500 mm

Day 7Day 3Day 1SG

UPy修飾によって組織中での安定性が向上し、7⽇後には吸収された
17

盲腸-腹膜癒着モデルを⽤いた癒着防⽌試験
塗布 at 45 ℃ラット盲腸ー腹膜癒着モデル

未処理

ゲル化 at 37 ℃
盲腸と腹膜の創部を被覆→2週間後にスコアリング

Score
0: no adhesions
1: mild adhesions
2: localized moderate adhesions
3: moderate and wide adhesions
4: severe adhesions, impossible to separate.
Hulka, J. F. et al., Fertil. Steril. 1978, 30, 661.

盲腸に擦過傷、腹膜を切除
TGUPy
Control18盲腸-腹膜癒着モデルを⽤いた癒着防⽌試験
Control*P<0.05, ****P<0.0001
N.S.: not significant (n=8)

TG
****
4

TGUPySeprafilm®

Score

3*2
1N.S.

0ControlTG

TGUPy Seprafilm®

TGUPyは⾼い癒着防⽌機能を⽰した19

従来技術とその問題点
既に実用化されているものには、血液製剤であるフィブリン糊や合成高分子であるシアノアクリレート等があるが、• 組織に対する接着力が低い• 感染症のリスクがある• 毒性が高いことや非分解性であること等の問題があり、さらなる改善が求められている。
20

新技術の特徴・従来技術との比較• 従来技術の問題点であった、組織接着性・生体適合性・操作性を改良することに成功した。
• 従来は煩雑な操作が必要であったが、1液型である開発品は術者の負担を減らすことができ、手術時間を短縮することが可能となる。
• 本技術の適用により、様々な術後合併症の予防的処置を行うことができ、医療費の削減につながると期待される。
21

想定される用途• 癒着防止材や止血剤、創傷被覆材などの医療機器• 医薬品との複合化によるドラッグデリバ
リー担体• 再生医療用スキャフォールド

22

実用化に向けた課題• 現在、ホットメルト組織接着剤がラットの実験において癒着を防止することを確認済み。しかし、大量合成技術およびアプリケーターの開発が未解決である。
• 今後、大量合成品の実験データを取得し、大型動物実験への適用を目指す。
• 実用化に向けて、アプリケーターの開発を行い、腹腔鏡で簡単に使用するための技術を確立する必要がある。
23

企業への期待• 未解決のアプリケーターについては、デバイス設計技術により克服できると考えている。
• 医療機器開発の技術を持つ、企業との共同研究を希望。
• また、医薬品送達技術を開発中の企業、再生医療分野への展開を考えている企業には、本技術の導入が有効と思われる。
24

本技術に関する知的財産権• 発明の名称 ：修飾ゼラチン、これを含む、組織接着剤、ハイドロゲル、薬物送達担体、フィルムおよび多孔体、多孔体の製造方法• 出願番号：特願2021-132602• 出願人：国立研究開発法人物質・材料研究機構
• 発明者
：西口昭広
25

お問い合わせ先
国立研究開発法人物質・材料研究機構
外部連携部門 企業連携室
企業様向け総合窓口HP（スマホ対応）https://technology-transfer.nims.go.jp/

26