虫歯の心配無用、人工細胞膜が矯正器具の汚れ防ぐ

参考:JBpress 2018.4.20(金)

医師と医療機器メーカーの困りごとを同時に解決したベンチャー

 とある技術が確立して40年。その技術に学生時代から20年近くの情熱を注いできた研究者が一念発起して、医療機器での実用化を目的に、2016年に起業しました。東大柏ベンチャープラザ(千葉県)に入居するインテリジェント・サーフェスというバイオベンチャーで、切通義弘(きりとおし・よしひろ、50歳)さんが社長を務めています。

歯列矯正中の口腔内での細菌増殖を抑制

 現在、インテリジェント・サーフェスが開発しているのは、歯列矯正用器材のコーティング材です。

 歯列矯正用器材の矯正ワイヤーは、歯を目的の方向に動かすよう“滑り”を維持することが重要なのだが、表面に食べかすなどが付着して歯石ができると、固着してしまいます。

 さらに表面に細菌が繁殖して虫歯や歯槽膿漏の原因を誘発すると言われています。患者だけではなく、歯科矯正医や医療機器メーカーも解決策を探しており、同社に共同開発が持ちかけられました。

 こうした医療機器の表面をコーティングする材料として、人の体内に存在し、細胞などを包む生体膜を構成する主成分であるリン脂質の働きを模倣したMPCポリマーには長年熱い視線が注がれています。

 MPCポリマーで医療機器表面を覆えば、体内に埋め込まれる医療機器を生体が自己として認識するため、異物として捉えず生体反応を起こしにくいという特性があります。

 この場合の生体反応とは、異物と生体が接触することによって起きる不具合の総称です。

 例えば、人工血管の内壁に血液が触れると、そこにタンパク質が吸着し、血液成分がこびりついて血栓が生じる。血栓を形成しにくい健康な血管の内側のように、人工血管をMPCポリマーでコーティングすることで、生体反応を防ぐというわけです。

 切通さんらは独自の技術でMPCポリマーを開発しており、医療機器メーカーと大学との連携で実施した6か月間の臨床試験では、期待通りの結果が得られました。

MPCポリマーをコーティングした矯正ワイヤーの表面に発生した細菌の数は4分の1に減り、通常の口腔内の細菌の数と同じレベルに抑えることを実証したのです。

 

 また、MPCポリマーは、水に濡れていると滑りがよくなるため、口の中で機能的に動く必要のある矯正ワイヤーの表面のコーティング剤としても適しています。

 現在、人工血管やステントなどの医療機器の表面に使われるコーティング剤には、ヒアルロン酸、ダイヤモンドライクカーボン、酸化チタン、パリレンなどが使われているが、同社が調べる限りでは、歯列矯正素材のコーティング剤に類似品は存在しないといいます。

 物理的な吸着ではコーティングが剥がれてしまうこともあるが、化学結合であれば強固に固定することができます。

 血栓のもととなる生体反応を起こさない血液適合性、タンパク質非吸着性、防曇性の高いMPCポリマーを化学結合で強固に固定する技術をもっているのは国内では同社のみ。器材1個あたりに必要なコーティング剤としては50円と業界での最安値の水準に揃えました。

日本生まれの人工細胞膜

 
難改質素材であるテフロンにMPCポリマーをコーティングし、親水性を付与。左がMPCポリマーコーティング表面で、右が未処理表面。(同社提供)

 同社が手がけるMPCポリマーと呼ばれる人工細胞膜は、1970年代に発明された長い歴史を持つ化合物で構成されています。

 先に海外で実用化が進んだため、海外で開発されたと認識されがちだが、実は日本で生まれた生体模倣技術です。

 体内に留置する医療機器が本来の機能を果たせるようにと、中林宣男さん(現・東京医科歯科大学名誉教授)のグループにより生み出されたものの、当時は合成が難しく研究が進みにくかった事情があります。

 のちに加わる石原一彦さん(現・東京大学大学院工学系研究科マテリアル工学専攻・バイオエンジニアリング専攻教授)により大量合成技術が開発され、メーカーも巻き込み研究開発が一気に加速しました。

 MPCポリマー開発当時の治療で使われていた人工血管は、体内に留置した後に血液成分がこびりついて血栓ができるなどの課題があり、治療を受けた患者は抗凝固剤や抗血栓製剤を飲み続けなければならなりませんでした。

 中林さんのグループは、血流にさらされても血液成分が吸着しない健康な血管内の表面の成分に着目しました。

 ここから長きにわたる研究の末に生まれたのが、細胞膜を構成する主成分であるリン脂質の機能を模倣した高分子化合物MPCポリマーでした。

 リン脂質と類似した構造を持つ物質を合成し、重合という化学反応を経て、人工細胞膜となる生体親和性の高い化合物を作り出すことに成功しました。

医療機器開発への興味から見えた課題解決

 切通さんが、石原研究室のドアを叩いて弟子入りしたのは、1999年、東京大学大学院工学系研究科修士1回生の時。

 医療機器開発をしたいと中林さんに相談したところ、当時東京大学に移っていた石原さんを紹介されたといいます。

 以降、石原さんのもとでコンタクトレンズの材料開発をはじめ、MPCポリマーの研究に没頭しました。

 「石原先生は今もMPCポリマーを学術的な視点で5年後、10年後を見据えた新しい技術を開発している。その5年後、10年後にその技術を受け継いで世に出していきたい」と、切通さんは話す。

 同社の強みは、セラミックや金属、プラスチックなど、様々な素材の表面構造を基にMPCポリマーを合成し、固定化する技術にあります。

MPCポリマーは様々な産業での応用が可能だが、目下、切通さんは医療機器の中でも防汚性、防曇性などを求める製品へ展開し、事業の足場を固める。

 切通さんは、 人の体内に留置して損なわれた臓器の役割を補う医療機器と生体を機能的につなぐ「人工細胞膜」に新たな技術を見出し、大学や企業との共同開発や受託研究に力を入れる。

 人工股関節や人工心臓、人工血管などの体内に留置する医療機器は、けがや病気により損なわれた身体機能を補うために活用される。

 「今や、生体とデバイスが機能的につながる時代です。医療機器そのものの機能は非常に優れているものの、生体との接続部位で生体反応が生じることにより、その機能を生かし切れていない」

 「生体と機器の間の界面に課題が残されているため、患者は我慢して医療機器を受け入れているのが現状と捉えています」と切通さん。

 「機械と人との機能的な融合を実現することで、医療機器の課題を解決したいと考えています」と意欲的です。

 「生体との親和性が高いので様々な医療機器に応用できるのですが、まずは事業の足固めをするため、開発しやすい分野から展開していきます」と、事業分野の選択には慎重な切通さんだ。