神経血管リモデリングを促進する新たな生体界面「LIFES」——持続的かつ調整可能なエクソソーム分泌を実現
中国科学院深セン先進技術研究院（SIAT）のドゥ・シュエミン博士（Xuemin Du, PhD）が率いる研究チームは、生理活性を持つエクソソームを持続的かつ調整可能に分泌する新しい生体界面を開発しました。このシステムは、神経血管リモデリングを効果的に促進し、糖尿病創傷治療やその他の医療用途に貢献する可能性があります。本研究成果は、2024年11月21日付で科学誌「Matter」に発表されました。
神経血管リモデリングの課題とエクソソームの可能性
神経血管リモデリングは、損傷した組織の再生や再生医療において不可欠なプロセスですが、その成功には多段階かつ多標的のパラクライン（傍分泌）調節が求められます。しかし、従来の治療法ではこのような複雑な調節を再現することができず、最適な神経血管リモデリングの実現が困難でした。
エクソソームは、細胞間コミュニケーションにおける重要なパラクライン因子として、神経血管リモデリングにおいて有望な役割を果たします。しかし、直接投与では24〜48時間程度で分解されてしまい、持続的な効果を得ることが難しいという課題があります。また、エクソソーム輸送システムにおいては、生理活性を維持しながら適応可能なmiRNA（マイクロRNA）を長期間保持することが困難であり、各段階の神経血管リモデリングに適応できないという制約がありました。
LIFES：持続的なエクソソーム分泌を可能にする生体界面
研究チームは、これらの課題を克服するために、「LIFES（Living Interface for Fine-Tuned Exosome Secretion）」という新たな生体界面を開発しました。このLIFESは、高度な電気特性と微細構造を持つポリ（フッ化ビニリデン-トリフルオロエチレン）層と、ラット骨髄由来間葉系幹細胞（MSC）を含む生体細胞層の二つの要素から成り立っています。ポリマー層は、細胞の制御に適した優れた電気特性を持ち、エクソソームの効率的な生成を促進します。一方、間葉系幹細胞を含む細胞層は、エクソソームを効率的に産生し、持続的な分泌を可能にします。
「LIFESは、二つの要素の相乗効果により、約192時間にわたって持続的かつ段階特異的にエクソソームを分泌し、内容物を最大8倍増加させることができます。さらに、プログラム可能なmiRNAを制御することが可能です」と、ドゥ博士が語りました。
LIFESの特性と生理的適応性
LIFESが分泌するエクソソームは、初期段階では血管新生を促進し、後期には神経再生を促すように調整されています。これにより、生体内で起こる多段階のパラクライン調節に適応しながら、神経血管リモデリングをサポートすることが可能になります。
「LIFESは、生理的な神経血管リモデリングプロセスで観察される多標的・多段階のパラクライン調節とよく一致するシステムです」と、徐博士が言いました。
さらに、LIFESは、糖尿病創傷モデルにおいても血管および神経ネットワークの再構築を促進し、再生医療の分野において新たな可能性を示しました。
未来の医療応用：バイオマテリアルの革新へ
この研究成果は、次世代のインテリジェント材料の開発につながる可能性があり、バイオ医療デバイスや再生医療、さらにはブレイン・マシン・インターフェース（BMI）など、多岐にわたる応用が期待されています。持続的なエクソソーム分泌の特性を活かすことで、新しい創傷治療デバイスの開発や、神経血管リモデリングを促進する移植用バイオマテリアルの実用化が進むと考えられています。また、神経修復を目的としたブレイン・マシン・インターフェース技術の発展にも寄与する可能性があります。
研究チームは、LIFESのさらなる最適化を進め、実際の医療現場での応用を目指しています。
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