JP5997902B2 - Multiple stimulus responsive polymer and method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、pH及び温度に応答して可逆的に相転移を示す多重刺激応答型高分子及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a multi-stimulus responsive polymer that reversibly exhibits a phase transition in response to pH and temperature, and a method for producing the same.
刺激応答型高分子は、外部からの刺激によって相転移を示すので、この性質を利用して、例えば、DDS(ドラッグデリバリーシステム)や細胞足場材などの生体材料としての利用が検討されている。
このような刺激応答型高分子としては、ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)(PNIPAAm)が知られており、このものは、32℃を境に可逆的に相転移を示す(例えば、非特許文献1,2参照)。すなわち、溶液温度が32℃を超えるとPNIPAAmは凝集して溶解性を失う(このように、低温で溶解していた高分子が温度の上昇により相分離を起こす温度をLCST又は下限臨界溶解温度という)。しかし、PNIPAAmのLCSTは一定であり、変えることができないという欠点があった。
そこで、pH応答型のポリアクリル酸(PAA)などにN−イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)をグラフト鎖として導入することにより、LCSTをpHで制御することも検討されている(例えば、非特許文献3参照)。この方法によれば、LCSTをpHで制御することが可能であるが、pHの変化に対するLCSTの変化は僅かであり、十分なものではなかった。
さらに、PNIPAAmは生分解性ではないので、生体材料としての応用にも限界があった。
Stimulation-responsive polymers exhibit phase transitions when stimulated from the outside. Therefore, use of these properties as biomaterials such as DDS (drug delivery system) and cell scaffolds has been studied.
Poly (N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm) is known as such a stimulus-responsive polymer, and this reversibly exhibits a phase transition at 32 ° C. (for example, Non-Patent Document 1). , 2). That is, when the solution temperature exceeds 32 ° C., PNIPAAm aggregates and loses solubility (in this way, the temperature at which a polymer dissolved at a low temperature causes phase separation due to an increase in temperature is referred to as LCST or lower critical solution temperature). ). However, the PNIPAAm LCST is constant and cannot be changed.
Therefore, it has been studied to control LCST by pH by introducing N-isopropylacrylamide (NIPAAm) as a graft chain into pH-responsive polyacrylic acid (PAA) or the like (for example, see Non-Patent Document 3). ). According to this method, it is possible to control the LCST with pH, but the change in LCST with respect to the change in pH is slight and not sufficient.
Furthermore, since PNIPAAm is not biodegradable, its application as a biomaterial has been limited.
そこで、本発明は、生体適合性に優れるとともに、高感度のpH及び温度応答性を示す多重刺激応答型高分子及びその製造方法を提供することを目的としている。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a multi-stimulation response polymer exhibiting excellent biocompatibility and exhibiting highly sensitive pH and temperature responsiveness and a method for producing the same.
本発明者は、上記課題を解決するために、鋭意検討を行った。
その過程において、まず、側鎖としてイオン性官能基(本発明において、「適当な外部pH域においてイオン化し得る官能基」と定義する)を導入することでpH応答性を発現させることを検討し、加えて、このpH応答性に対して高感度の温度応答性を導入するための更なる検討を行った。そして、生体適合性を考慮し生体由来のエラスチンタンパクに着目して、そのVPGVG(Vはバリン残基、Pはプロリン残基、Gはグリシン残基を表し、本発明においては、それぞれ、Val、Pro、Glyと記する場合もある)という特徴的なアミノ酸配列を手本にしてエラスチン類似ペプチドを系統的に合成するとともに、高分子の側鎖として、前記イオン性官能基に加えて、前記エラスチン類似ペプチドを導入することで、高感度のpH及び温度応答性が発現されること、及び、前記アミノ酸配列におけるバリン残基を他のα−アミノ酸残基に置換すると、優れた多重刺激応答性を損なうことなく、応答pH域及び応答温度域を変えることができることをも見出した。
In order to solve the above problems, the present inventor has intensively studied.
In the process, first, it was considered to develop pH responsiveness by introducing an ionic functional group (defined as “functional group capable of being ionized in an appropriate external pH range”) as a side chain. In addition, further studies were conducted to introduce a highly sensitive temperature response to this pH response. In consideration of biocompatibility, focusing on elastin protein derived from a living body, the VPGVG (V represents a valine residue, P represents a proline residue, and G represents a glycine residue. In the present invention, Val, Elastin-like peptides are systematically synthesized using the characteristic amino acid sequence of “Pro, Gly” in some cases, and in addition to the ionic functional group as a polymer side chain, the elastin By introducing a similar peptide, highly sensitive pH and temperature responsiveness is expressed, and when a valine residue in the amino acid sequence is replaced with another α-amino acid residue, excellent multi-stimulus responsiveness is obtained. It has also been found that the response pH range and the response temperature range can be changed without loss.
さらに、このような多重刺激応答型高分子が、イオン性官能基を側鎖に有する高分子の該イオン性官能基の一部に特定のペプチドをグラフトすることにより容易に製造できることも見出した。 Furthermore, it has also been found that such a multi-stimulus responsive polymer can be easily produced by grafting a specific peptide onto a part of the ionic functional group of the polymer having an ionic functional group in the side chain.
本発明は上記知見に基づき完成されるに至った。
すなわち、本発明にかかる多重刺激応答型高分子は、イオン性官能基としてカルボキシル基を含む第1の側鎖と、下式(1)で表されるアミノ酸配列を構成単位とするペプチド構造を含む第2の側鎖とを少なくとも有し、下式(2)で表される、pH及び温度に応答して可逆的に相転移を示す多重刺激応答型高分子である。
The present invention has been completed based on the above findings.
That is, the multiple stimulus responsive polymer according to the present invention includes a first side chain containing a carboxyl group as an ionic functional group and a peptide structure having the amino acid sequence represented by the following formula (1) as a structural unit. It is a multi-stimulus responsive polymer that has at least a second side chain and reversibly exhibits a phase transition in response to pH and temperature, which is represented by the following formula (2).
本発明にかかる多重刺激応答型高分子の製造方法は、ポリアクリル酸に対し、前記ポリアクリル酸のカルボキシル基の一部に、下式(3)で表されるペプチドのN末端をスペーサーを介して結合させてペプチド鎖をグラフトすることにより、上式(2)で表され、pH及び温度に応答して可逆的に相転移を示す多重刺激応答型高分子を製造するものである。 In the method for producing a multi-stimulation responsive polymer according to the present invention, the N-terminus of the peptide represented by the following formula (3) is inserted into a part of the carboxyl group of the polyacrylic acid with respect to polyacrylic acid via a spacer. In this way, a multi-stimulation responsive polymer represented by the above formula (2) and reversibly showing a phase transition in response to pH and temperature is produced by grafting the peptide chain.
(上式(3)において、mは1〜8の範囲であり、R1及びR2はそれぞれ疎水性アミノ酸残基から選ばれるα−アミノ酸残基の種類に応じたα−アミノ酸側鎖である。) (In the above formula (3), m is in the range of 1 to 8, and R 1 and R 2 are α-amino acid side chains corresponding to the types of α-amino acid residues selected from hydrophobic amino acid residues, respectively. .)
なお、本発明において、アミノ酸に関して「残基」というときは、ペプチド結合によりアミノ酸のカルボキシル基のOH、アミノ基の水素原子の少なくともいずれかが除かれた構造部分を指す。 In the present invention, the term “residue” with respect to an amino acid refers to a structural portion in which at least one of the OH of the carboxyl group of the amino acid and the hydrogen atom of the amino group is removed by a peptide bond.
本発明によれば、生体適合性を有するエラスチン類似ペプチドを用いているため、生体材料としての幅広い利用が期待できるとともに、高感度のpH及び温度応答性を示す点でも優れており、さらに、ペプチド構造を利用しているのでそのアミノ酸配列を変更するという簡易な手法により高い自由度で応答域を制御することができる利点もある。 According to the present invention, since an elastin-like peptide having biocompatibility is used, it can be expected to be widely used as a biomaterial, and is excellent in that it exhibits a highly sensitive pH and temperature responsiveness. Since the structure is used, there is an advantage that the response region can be controlled with a high degree of freedom by a simple method of changing the amino acid sequence.
以下、本発明にかかる多重刺激応答型高分子及びその製造方法の好ましい実施形態について詳しく説明するが、本発明の範囲はこれらの説明に拘束されることはなく、以下の例示以外についても、本発明の趣旨を損なわない範囲で適宜変更実施し得る。 Hereinafter, preferred embodiments of the multi-stimulus responsive polymer and the production method thereof according to the present invention will be described in detail. However, the scope of the present invention is not limited to these descriptions, and the present invention is not limited to the following examples. Modifications can be made as appropriate without departing from the spirit of the invention.
〔多重刺激応答型高分子〕
本発明にかかる多重刺激応答型高分子は、以下に詳述する第1の側鎖と第2の側鎖とを少なくとも有するものである。
[Multiple stimulus responsive polymer]
The multi-stimulation responsive polymer according to the present invention has at least a first side chain and a second side chain described in detail below.
<第1の側鎖>
第1の側鎖は、イオン性官能基を含むものである。このイオン性官能基は、外部pHが変動したときに可逆的にイオン化するが、イオン化した際には、各イオン間で電荷による反発が生じる。この外部pHに依拠したイオン間反発の有無により、高分子にpH応答性を与える。
<First side chain>
The first side chain contains an ionic functional group. This ionic functional group ionizes reversibly when the external pH fluctuates, but when ionized, repulsion due to charge occurs between the ions. The polymer is given pH responsiveness by the presence or absence of repulsion between ions depending on the external pH.
イオン性官能基としては、例えば、カルボキシル基、リン酸基、スルホン酸基などのアニオン性官能基や、アミノ基、4級アンモニウム塩基などのカチオン性官能基が挙げられる。中でも、カルボキシル基又はアミノ基が好ましく挙げられる。 Examples of the ionic functional group include an anionic functional group such as a carboxyl group, a phosphoric acid group, and a sulfonic acid group, and a cationic functional group such as an amino group and a quaternary ammonium base. Of these, a carboxyl group or an amino group is preferred.
<第2の側鎖>
第2の側鎖は、下記(1)で表されるアミノ酸配列を構成単位とするペプチド構造を含むものである。この第2の側鎖は、エラスチン類似の前記特定のペプチド構造を含むことにより、外部温度に応じて、ランダムコイルとβ−ターン構造の構造転移を示し、これにより、高分子に温度応答性を与える。
<Second side chain>
The second side chain includes a peptide structure having an amino acid sequence represented by the following (1) as a structural unit. This second side chain includes the specific peptide structure similar to elastin, thereby showing a structural transition between a random coil and a β-turn structure depending on the external temperature, thereby making the polymer temperature-responsive. give.
(上記において、X1及びX2は、それぞれ独立して、任意のα−アミノ酸残基である。) (In the above, X 1 and X 2 are each independently any α-amino acid residue.)
ここで、第2の側鎖がイオン性官能基を有していると、第1の側鎖との間で電荷による相互作用が生じて、多重刺激応答性の制御が複雑化するおそれがあるので、このような制御の複雑化を避ける場合には、X1、X2として、非イオン性アミノ酸残基を選択することが好ましく、例えば、バリン残基、アラニン残基、イソロイシン残基、ロイシン残基、フェニルアラニン残基などの疎水性アミノ酸残基が好ましく挙げられる。中でも、バリン残基、アラニン残基、イソロイシン残基が好ましく挙げられる。
なお、上記(1)では、便宜上、X1を左末端に、Glyを右末端に表示しているが、これはN末端側がX1、C末端側がGlyでなければならないという意味ではない。すなわち、前記アミノ酸配列を構成するα−アミノ酸単位のいずれがN末端側にあってもよく、例えば、GlyがN末端側にあって、C末端側に向けて、順にX2,Gly,X1,Proが結合している場合も、上記(1)は含んでいる。
Here, if the second side chain has an ionic functional group, an interaction due to electric charge occurs with the first side chain, which may complicate the control of multiple stimulus responsiveness. Therefore, in order to avoid such complicated control, it is preferable to select nonionic amino acid residues as X 1 and X 2. For example, valine residue, alanine residue, isoleucine residue, leucine Hydrophobic amino acid residues such as residues and phenylalanine residues are preferred. Of these, a valine residue, an alanine residue, and an isoleucine residue are preferable.
In the above (1), for convenience, X 1 is displayed at the left end and Gly is displayed at the right end, but this does not mean that the N-terminal side must be X 1 and the C-terminal side must be Gly. That is, any of the α-amino acid units constituting the amino acid sequence may be on the N-terminal side. For example, Gly is on the N-terminal side, and X 2 , Gly, X 1 in that order toward the C-terminal side. , Pro is also included in (1) above.
また、前記ペプチド構造は、上記(1)で表されるアミノ酸配列からなる構成単位を1つのみ含むものであっても良いし、2以上含むものであっても良い。中でも、前記構成単位を1〜8含むものが好ましく、3〜5含むものがより好ましい。なお、2以上含む場合は、各構成単位におけるX1,X2は同一でも良いし、異なっていても良い。 The peptide structure may contain only one structural unit consisting of the amino acid sequence represented by (1) above, or may contain two or more. Especially, what contains 1-8 of the said structural unit is preferable, and what contains 3-5 is more preferable. When two or more are included, X 1 and X 2 in each structural unit may be the same or different.
さらに、前記ペプチド構造は、主鎖に直接に結合していても良いが、適当なスペーサーを介して結合されていても良い。このようなスペーサーとしては、本発明の多重刺激応答性を害することなく主鎖と前記ペプチド構造を隔てて連結する働きを有するものであれば特に限定されないが、具体的には、両末端に反応性官能基を有する二官能化合物、例えば、アミノ酸、ジオール、ジアミン、ジカルボン酸などを用いて得られる有機鎖が導入し易く好ましい。アミノ酸は2以上組み合わせて(ペプチド鎖として)用いることもできる。 Further, the peptide structure may be directly bonded to the main chain, or may be bonded via an appropriate spacer. Such a spacer is not particularly limited as long as it has a function of linking the main chain and the peptide structure without harming the multi-stimulus responsiveness of the present invention, and specifically, it reacts at both ends. An organic chain obtained by using a bifunctional compound having a functional functional group, such as an amino acid, a diol, a diamine, or a dicarboxylic acid, is easy to introduce and is preferable. Two or more amino acids can be used in combination (as a peptide chain).
<多重刺激応答型高分子>
本発明にかかる多重刺激応答型高分子は第1の側鎖と第2の側鎖とを少なくとも有するものであればよく、本発明の効果を害しない範囲であれば、第1の側鎖及び第2の側鎖以外の側鎖を有していても良い。第1の側鎖と第2の側鎖の割合については特に限定するわけではないが、例えば、モル比において、両者の合計を100としたとき、第2の側鎖の割合が15以上100未満であることが好ましい。いずれかが過剰でありすぎると、多重刺激応答性が十分に得られにくくなるおそれがある。
<Multiple stimulus responsive polymer>
The multi-stimulus responsive polymer according to the present invention only needs to have at least a first side chain and a second side chain, and the first side chain and the second side chain, as long as the effects of the present invention are not impaired. You may have side chains other than a 2nd side chain. The ratio of the first side chain and the second side chain is not particularly limited. For example, in the molar ratio, when the sum of both is 100, the ratio of the second side chain is 15 or more and less than 100. It is preferable that If either of them is excessive, there is a possibility that multiple stimulus responsiveness cannot be sufficiently obtained.
なお、ここにいう側鎖とは、直鎖状の主鎖に結合したものだけでなく、例えば、デンドリマーにおけるデンドロンのごとき多分岐高分子における側鎖も含む。デンドリマーとしてはポリアミドアミン構造を有するものが広く知られており、特に限定するわけではないが、本発明においても、このポリアミドアミン構造を有するものが好適に採用できる。後述するが、ポリアミドアミンデンドリマーは、そのアミンの一部に第2の側鎖となるペプチド鎖を導入することで、本発明の多重刺激応答型高分子を比較的容易に得ることができる。 The side chain referred to here includes not only a side chain bonded to a linear main chain but also a side chain in a multi-branched polymer such as a dendron in a dendrimer. As the dendrimer, those having a polyamidoamine structure are widely known and not particularly limited, but those having this polyamidoamine structure can also be suitably employed in the present invention. As will be described later, the polyamidoamine dendrimer can relatively easily obtain the multi-stimulation responsive polymer of the present invention by introducing a peptide chain serving as the second side chain into a part of the amine.
直鎖状の主鎖に前記第1の側鎖及び第2の側鎖が結合した構造を有するものとしては、特に限定するわけではないが、例えば、下式(2)で表される多重刺激応答型高分子が好ましく挙げられる。 Although it does not necessarily limit as what has the structure which the said 1st side chain and 2nd side chain couple | bonded with the linear main chain, For example, the multiple stimulation represented by the following Formula (2) Responsive polymers are preferred.
上式(2)において、xは第1の側鎖と第2の側鎖とのモル比率に等しく、特に限定するわけではないが、上述のように、15以上100未満の範囲であることが好ましい。
nは高分子の重合度を表しており、特に限定するわけではないが、50〜15000の範囲であることが好ましい。
上式(2)において、第2の側鎖における括弧内の特定のアミノ酸配列は、上記(1)に記載の表現で言えば、X1をN末端側に有し、C末端側に向けて、順に、Pro,Gly,X2,Glyが結合しているものである。R1、R2は、前記(1)におけるα−アミノ酸残基X1、X2の種類によって自動的に定まるα−アミノ酸側鎖であって、例えば、バリン残基であればイソプロピル基であり、アラニン残基であればメチル基であり、イソロイシン残基であればsec−ブチル基である。
mは、上記特定のアミノ酸配列の繰り返し数であり、特に限定するわけではないが、上述したように、1〜8の範囲であることが好ましく、3〜5の範囲であることがより好ましい。
上記(2)で示される上記多重刺激応答型高分子では、スペーサーとしてアミノ酸が用いられている。すなわち、Yは、スペーサーとなるアミノ酸のアミノ酸残基に由来する構造部分であり、このような任意のアミノ酸残基としては特に限定されないが、例えば、β−アラニン残基(−Y−=−CH2−CH2−)などが好ましく挙げられる。
In the above formula (2), x is equal to the molar ratio of the first side chain and the second side chain, and is not particularly limited, but as described above, it may be in the range of 15 or more and less than 100. preferable.
n represents the degree of polymerization of the polymer and is not particularly limited, but is preferably in the range of 50 to 15000.
In the above formula (2), the specific amino acid sequence in parentheses in the second side chain has X 1 on the N-terminal side and is directed toward the C-terminal side in the expression described in (1) above. In this order, Pro, Gly, X 2 and Gly are combined. R 1 and R 2 are α-amino acid side chains that are automatically determined depending on the type of α-amino acid residues X 1 and X 2 in (1), and are, for example, isopropyl groups for valine residues. If it is an alanine residue, it is a methyl group, and if it is an isoleucine residue, it is a sec-butyl group.
m is the number of repetitions of the specific amino acid sequence and is not particularly limited, but is preferably in the range of 1 to 8, more preferably in the range of 3 to 5, as described above.
In the multiple stimulus responsive polymer represented by (2) above, amino acids are used as spacers. That is, Y is a structural portion derived from an amino acid residue of an amino acid serving as a spacer, and is not particularly limited as such an arbitrary amino acid residue. For example, a β-alanine residue (-Y-=-CH 2 -CH 2 -), and the like preferably.
〔多重刺激応答型高分子の製造方法〕
上述した本発明の多重刺激応答型高分子は、例えば、以下に詳述する本発明の製造方法により容易に製造することができる。
[Method for producing multi-stimulus responsive polymer]
The above-described multiple stimulus responsive polymer of the present invention can be easily produced by, for example, the production method of the present invention described in detail below.
すなわち、上述した本発明の多重刺激応答型高分子は、イオン性官能基を側鎖に有する高分子に対し、前記イオン性官能基の一部に、下式(3)で表されるペプチドのN末端もしくは下式(4)で表されるペプチドのC末端を直接に又はスペーサーを介して結合させてペプチド鎖をグラフトする、ことにより製造することができる。 That is, the above-described multi-stimulation responsive polymer of the present invention has a peptide represented by the following formula (3) as a part of the ionic functional group compared to the polymer having an ionic functional group in the side chain. The peptide chain can be produced by grafting the peptide chain by binding the N-terminus or the C-terminus of the peptide represented by the following formula (4) directly or via a spacer.
多重刺激応答型高分子について上述したように、mは1〜8の範囲であることが好ましく、3〜5の範囲であることがより好ましい。
R1及びR2はそれぞれα−アミノ酸残基の種類に応じて自動的に定まるα−アミノ酸側鎖である。
As described above for the multi-stimulus responsive polymer, m is preferably in the range of 1 to 8, and more preferably in the range of 3 to 5.
R 1 and R 2 are α-amino acid side chains that are automatically determined according to the type of α-amino acid residue.
高分子のイオン性官能基としては、多重刺激応答型高分子について上述したように、例えば、カルボキシル基、リン酸基、スルホン酸基などのアニオン性官能基や、アミノ基、4級アンモニウム塩基などのカチオン性官能基が挙げられる。中でも、カルボキシル基又はアミノ基が好ましく挙げられる。 Examples of the ionic functional group of the polymer include an anionic functional group such as a carboxyl group, a phosphoric acid group, and a sulfonic acid group, an amino group, a quaternary ammonium base, etc. And a cationic functional group. Of these, a carboxyl group or an amino group is preferred.
前記カルボキシル基を側鎖に有する高分子としては、特に限定するわけではないが、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、クロトン酸、無水マレイン酸などのカルボキシル基含有ビニル系単量体の単独重合体もしくは共重合体、グルタミン酸やアスパラギン酸などの酸性アミノ酸を主たる構成アミノ酸とするポリペプチドなどが挙げられる。 The polymer having a carboxyl group in the side chain is not particularly limited, and examples thereof include carboxyl group-containing vinyl monomers such as acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, maleic acid, crotonic acid, and maleic anhydride. And a polypeptide having an acidic amino acid such as glutamic acid or aspartic acid as a main constituent amino acid.
前記アミノ基を側鎖に有する高分子としては、特に限定するわけではないが、例えば、アリルアミンなどのアミノ基含有ビニル系単量体の単独重合体もしくは共重合体、リシンやキトサンなどの塩基性アミノ酸を主たる構成アミノ酸とするポリペプチドなどが挙げられる。また、ポリアミドアミンデンドリマーのごとき、アミノ基を側鎖に有する多分岐高分子も好ましく挙げられる。 The polymer having an amino group in the side chain is not particularly limited. For example, a homopolymer or copolymer of an amino group-containing vinyl monomer such as allylamine, or a basic polymer such as lysine or chitosan. Examples include polypeptides having amino acids as the main constituent amino acids. Further, a multi-branched polymer having an amino group in the side chain, such as a polyamide amine dendrimer, is also preferable.
上記において、高分子のイオン性官能基の一部に、式(3)で表されるペプチドのN末端もしくは式(4)で表されるペプチドのC末端を「直接」結合する場合の例としては、例えば、カルボキシル基を側鎖に有する高分子の該カルボキシル基の一部に式(3)で表されるペプチドのN末端をアミド結合する場合、あるいは、アミノ基を側鎖に有する高分子の該アミノ基の一部に式(4)で表されるペプチドのC末端をアミド結合する場合などが好適に挙げられる。 In the above, as an example in which the N-terminal of the peptide represented by the formula (3) or the C-terminal of the peptide represented by the formula (4) is “directly” bonded to a part of the ionic functional group of the polymer Is, for example, a case where an N-terminal of the peptide represented by the formula (3) is amide-bonded to a part of the carboxyl group of the polymer having a carboxyl group in the side chain, or a polymer having an amino group in the side chain. Preferred examples include a case where the C-terminal of the peptide represented by the formula (4) is amide-bonded to a part of the amino group.
また、高分子のイオン性官能基の一部に、式(3)で表されるペプチドのN末端もしくは式(4)で表されるペプチドのC末端を「スペーサーを介して」結合する場合の例としては、例えば、スペーサーが1もしくは2以上のアミノ酸であれば、これを介して、カルボキシル基を側鎖に有する高分子の該カルボキシル基とペプチドのN末端、あるいは、アミノ基を側鎖に有する高分子の該アミノ基とペプチドのC末端とを連結することができる。
また、スペーサーがジオール、ジアミンなどであれば、これを介して、カルボキシル基を側鎖に有する高分子の該カルボキシル基とペプチドのC末端とを連結することができる。
さらに、スペーサーがジカルボン酸などであれば、これを介して、アミノ基を側鎖に有する高分子の該アミノ基とペプチドのN末端とを連結することができる。
このように、高分子が有するイオン性官能基の種類や用いるスペーサーの種類により種々の態様が有り得る。
このうち、アミノ酸をスペーサーとして用い、これを介して、カルボキシル基を側鎖に有する高分子の該カルボキシル基とペプチドのN末端、あるいは、アミノ基を側鎖に有する高分子の該アミノ基とペプチドのC末端とを連結するか、または、ジエチレングリコールをスペーサーとして用い、これを介して、カルボキシル基を側鎖に有する高分子の該カルボキシル基とペプチドのC末端とを連結することが好ましい。
In the case where the N-terminus of the peptide represented by the formula (3) or the C-terminus of the peptide represented by the formula (4) is bonded to a part of the ionic functional group of the polymer “via a spacer” As an example, for example, if the spacer is one or more amino acids, the carboxyl group of the polymer having a carboxyl group in the side chain and the N-terminus of the peptide, or the amino group in the side chain via this spacer The amino group of the polymer having the peptide can be linked to the C-terminal of the peptide.
If the spacer is a diol, diamine or the like, the carboxyl group of the polymer having a carboxyl group in the side chain can be linked to the C-terminal of the peptide via this.
Furthermore, if the spacer is a dicarboxylic acid or the like, the amino group of the polymer having an amino group in the side chain and the N-terminal of the peptide can be linked via this spacer.
Thus, there can be various modes depending on the type of ionic functional group possessed by the polymer and the type of spacer used.
Of these, amino acids are used as spacers, through which the carboxyl group of the polymer having a carboxyl group in the side chain and the N-terminus of the peptide, or the amino group of the polymer having an amino group in the side chain and the peptide It is preferable to link the C-terminal of the polymer, or to link the carboxyl group of the polymer having a carboxyl group in the side chain with the C-terminal of the peptide via diethylene glycol as a spacer.
上記した種々の実施形態のうち、前記イオン性官能基を側鎖に有する高分子としてポリアクリル酸を用い、該ポリアクリル酸のカルボキシル基の一部に、上式(3)で表されるペプチドのN末端を直接に又は1もしくは2以上の任意のアミノ酸(例えば、β−アラニン酸)を介して結合させてペプチド鎖をグラフトする方法が特に好ましい。 Of the various embodiments described above, polyacrylic acid is used as the polymer having the ionic functional group in the side chain, and the peptide represented by the above formula (3) is part of the carboxyl group of the polyacrylic acid. Particularly preferred is a method of grafting a peptide chain by binding the N-terminus of each of them directly or via one or more arbitrary amino acids (for example, β-alanine acid).
上式(3)や上式(4)で表されるペプチドは、Fmoc基(9−フルオレニルメチルオキシカルボニル基)やBoc基(tert−ブトキシカルボニル基)などの保護基を用いた固相ペプチド合成法などの従来公知の方法で合成することができる。
但し、第2の側鎖がイオン性官能基を有していると第1の側鎖との電荷による相互作用が生じて、多重刺激応答性の制御が複雑化するおそれがあるので、上式(3)で表されるペプチドはC末端がアミド化され、上式(4)で表されるペプチドはN末端がアセチル化されている。
上式(3)で表されるペプチドにおけるC末端のアミド化は、例えば、ペプチドアミン用レジンを担体として用いることで得ることができる。このようなペプチドアミン用レジンとしては、例えば、Fmoc−NH−SAL−MBHA樹脂、CLEAR−Amide樹脂などが知られている。
また、上式(4)で表されるペプチドにおけるN末端のアセチル化は、例えば、N末端に無水酢酸を作用させることで容易に行うことができ、具体的には、アセチル化を行う対象となるペプチドの溶液に対し、無水酢酸溶液、DIPC(ジイソプロピルカルボジイミド)溶液、HOAt( 1−ヒドロキシベンゾトリアゾール)溶液を加え、撹拌混合する方法などが挙げられる。この場合、溶媒としては、例えば、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)などが好適である。
The peptide represented by the above formula (3) or the above formula (4) is a solid phase using a protective group such as an Fmoc group (9-fluorenylmethyloxycarbonyl group) or a Boc group (tert-butoxycarbonyl group). It can be synthesized by a conventionally known method such as a peptide synthesis method.
However, if the second side chain has an ionic functional group, interaction with the first side chain due to charge may occur, and control of multiple stimulus responsiveness may be complicated. The peptide represented by (3) is amidated at the C-terminus, and the peptide represented by the above formula (4) is acetylated at the N-terminus.
The C-terminal amidation in the peptide represented by the above formula (3) can be obtained, for example, by using a peptide amine resin as a carrier. As such a resin for peptide amines, for example, Fmoc-NH-SAL-MBHA resin, CLEAR-Amide resin and the like are known.
The N-terminal acetylation in the peptide represented by the above formula (4) can be easily performed by, for example, acting acetic anhydride on the N-terminal. For example, a method of adding an acetic anhydride solution, a DIPC (diisopropylcarbodiimide) solution, and a HOAt (1-hydroxybenzotriazole) solution to the peptide solution, followed by stirring and mixing may be mentioned. In this case, as the solvent, for example, N, N-dimethylformamide (DMF) is suitable.
次に、前記高分子と前記ペプチドにおけるカルボキシル基とアミノ基との縮合反応も、従来公知の方法で行うことができる。通常、溶媒中で縮合剤の存在下で反応を行う。 Next, a condensation reaction between a carboxyl group and an amino group in the polymer and the peptide can also be performed by a conventionally known method. Usually, the reaction is carried out in a solvent in the presence of a condensing agent.
前記溶媒としては、たとえば、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、アセトニトリル、エタノールなどの有機溶媒、水などが挙げられる。溶媒は、1種単独であるいは2種以上を混合して用いることができる。 Examples of the solvent include N, N-dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), acetonitrile, organic solvents such as ethanol, water, and the like. A solvent can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.
縮合剤を用いる場合、例えば、4−(4,6−ジメトキシ−1,3,5−トリアジン−2−イル)−4−メチルモルホリン塩(DMT−MM)、ジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC)、1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩(EDCまたはWSC)などが挙げられる。また、N−メチルモルホリン(NMP)、NHSなどの活性化剤を前記縮合剤と併用して用いることもできる。
前記縮合反応は、特に限定するわけではないが、例えば、0〜60℃の範囲の温度で、1〜48時間程度行うことができる。
When a condensing agent is used, for example, 4- (4,6-dimethoxy-1,3,5-triazin-2-yl) -4-methylmorpholine salt (DMT-MM), dicyclohexylcarbodiimide (DCC), 1-ethyl -3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride (EDC or WSC) and the like. Further, activators such as N-methylmorpholine (NMP) and NHS can be used in combination with the condensing agent.
Although the said condensation reaction is not necessarily limited, For example, it can carry out at the temperature of the range of 0-60 degreeC for about 1 to 48 hours.
なお、本発明の多重刺激応答型高分子は、グラフト技術を用いた上記製造方法以外の共重合技術によっても得ることができる。
例えば、カルボキシル基やアミノ基などのイオン性官能基を有する単量体と、上記所定のペプチド鎖を有する単量体を別々に調製し、これらを共重合することにより得ることができる。この場合、共重合は、ランダム共重合でもブロック共重合でも良いが、ランダム共重合がより好ましい。ブロック共重合の場合、得られる多重刺激応答型高分子は、イオン性官能基を有する第1の側鎖同士が近接し、また、ペプチド構造を有する第2の側鎖同士が近接したものとなるので、両側鎖の挙動が個別に現れてしまって、これらの相乗作用に基づく所望の多重刺激応答性が得られなくなるおそれがあるからである。
In addition, the multiple stimulus responsive polymer of the present invention can be obtained by a copolymerization technique other than the above production method using a graft technique.
For example, it can be obtained by separately preparing a monomer having an ionic functional group such as a carboxyl group or an amino group and a monomer having the predetermined peptide chain and copolymerizing them. In this case, the copolymerization may be random copolymerization or block copolymerization, but random copolymerization is more preferable. In the case of block copolymerization, the resulting multi-stimulation responsive polymer is such that the first side chains having an ionic functional group are close to each other and the second side chains having a peptide structure are close to each other. As a result, the behavior of both side chains may appear individually, and the desired multiple stimulus responsiveness based on these synergistic effects may not be obtained.
〔多重刺激応答型高分子の用途〕
本発明の多重刺激応答型高分子は、pH及び温度に応じて相転移を示すことから、DDS、細胞足場材料、アクチュエーター、分離材料などとして好適に利用することができる。
[Applications of multi-stimulus responsive polymers]
The multi-stimulation response type polymer of the present invention exhibits a phase transition according to pH and temperature, and therefore can be suitably used as a DDS, a cell scaffold material, an actuator, a separation material, or the like.
以下、実施例を用いて、本発明にかかる多重刺激応答型高分子及びその製造方法について説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, although the multistimulation response type | mold polymer concerning this invention and its manufacturing method are demonstrated using an Example, this invention is not limited to these Examples.
〔エラスチン類似ペプチドの合成〕
下記合成経路1に従い、合成例1〜3にかかるエラスチン類似ペプチド(ELP)を合成した。
(Synthesis of elastin-like peptide)
According to the following synthetic pathway 1, the elastin-like peptide (ELP) concerning the synthesis examples 1-3 was synthesize | combined.
<合成例1>
以下に詳述するようにして、上記合成経路1に記載の最終生成物において、X=Valである合成例1のELPを得た。
すなわち、まず、Fmoc−NH−SAL−MBHA樹脂1.5g(0.67mmol/g)をDMF15mLにより一晩膨潤させた。このFmoc−NH−SAL−MBHA樹脂に対して、下記(1)脱保護基及び(2)アミノ酸鎖の伸長を逐次行った。
<Synthesis Example 1>
As described in detail below, the ELP of Synthesis Example 1 in which X = Val in the final product described in Synthesis Route 1 was obtained.
That is, first, 1.5 g (0.67 mmol / g) of Fmoc-NH-SAL-MBHA resin was swollen overnight with 15 mL of DMF. The Fmoc-NH-SAL-MBHA resin was sequentially subjected to the following (1) deprotection group and (2) amino acid chain extension.
(1)脱保護基(脱Fmoc基)
Fmoc基を除去するため、ピペリジン/DMF(体積比=1/4)15mLを加え撹拌した。この操作を3分×2回、20分×1回行った。その後、DMFで溶液が中性になるまで洗浄を繰り返した。
(1) Deprotecting group (De-Fmoc group)
In order to remove the Fmoc group, 15 mL of piperidine / DMF (volume ratio = 1/4) was added and stirred. This operation was performed 3 minutes × 2 times and 20 minutes × 1 time. Thereafter, washing was repeated with DMF until the solution became neutral.
(2)アミノ酸鎖の伸長(縮合反応)
伸長したいアミノ酸鎖に応じたFmoc−アミノ酸のDMF溶液(7mL)、DIPC:0.38g(3.02mmol)のDMF溶液(3mL)、HOAt:0.42g(3.02mmol)のDMF溶液(5mL)を加え、2時間撹拌することで所望のFmoc−アミノ酸鎖を縮合結合した。縮合後、DMFにより洗浄し、未反応のFmoc−アミノ酸を除去した。Fmoc−アミノ酸の使用量は、それぞれ、Fmoc−Gly−OH:0.9g(3.02mmol)、Fmoc−Val−OH:1.02g(3.02mmol)、Fmoc−Pro−OH:1.01g(3.02mmol)とした。
(2) Amino acid chain elongation (condensation reaction)
Fmoc-amino acid in DMF solution (7 mL) according to the amino acid chain to be extended, DIPC: 0.38 g (3.02 mmol) in DMF solution (3 mL), HOAt: 0.42 g (3.02 mmol) in DMF solution (5 mL) And the desired Fmoc-amino acid chain was condensed and bonded by stirring for 2 hours. After the condensation, washing with DMF was performed to remove unreacted Fmoc-amino acid. The amount of Fmoc-amino acid used was as follows: Fmoc-Gly-OH: 0.9 g (3.02 mmol), Fmoc-Val-OH: 1.02 g (3.02 mmol), Fmoc-Pro-OH: 1.01 g ( 3.02 mmol).
上記(1)、(2)の手順を繰り返すことでFmoc−(Val−Pro−Gly−Val−Gly)4−NH−SAL−MBHA樹脂を得た。 Fmoc- (Val-Pro-Gly-Val-Gly) 4 -NH-SAL-MBHA resin was obtained by repeating the above procedures (1) and (2).
その後、Fmoc−β−Ala−OH:0.936g(3.02mmol)をスペーサーとして導入し、Fmoc基を除去することでNH2−β−Ala−(Val−Pro−Gly−Val−Gly)4−NH−SAL−MBHA樹脂を合成した。 Thereafter, Fmoc-β-Ala-OH: 0.936 g (3.02 mmol) is introduced as a spacer, and the Fmoc group is removed to remove NH 2 -β-Ala- (Val-Pro-Gly-Val-Gly) 4. -NH-SAL-MBHA resin was synthesized.
次に、合成したNH2−β−Ala−(Val−Pro−Gly−Val−Gly)4−NH−SAL−MBHA樹脂をDMFおよびDCMにより洗浄したのち、デシケーター内で減圧乾燥させた。乾燥後、TFA/DCM(体積比=9/1)30mLで2時間×2回撹拌し、樹脂からのペプチドの切り出しを行った。その後、メタノールとTFAを共沸させることで減圧濃縮した。最後に、水に溶解させ凍結乾燥することで目的のエラスチン類似ペプチドNH2−β−Ala−(Val−Pro−Gly−Val−Gly)4−NH2を得た。 Next, the synthesized NH 2 -β-Ala- (Val-Pro-Gly-Val-Gly) 4 -NH-SAL-MBHA resin was washed with DMF and DCM, and then dried under reduced pressure in a desiccator. After drying, the peptide was cleaved from the resin by stirring with 30 mL of TFA / DCM (volume ratio = 9/1) for 2 hours × 2 times. Thereafter, methanol and TFA were azeotropically concentrated under reduced pressure. Finally, it was dissolved in water and freeze-dried to obtain the target elastin-like peptide NH 2 -β-Ala- (Val-Pro-Gly-Val-Gly) 4 -NH 2 .
<合成例2>
Fmoc−アミノ酸の一つとしてFmoc−Ile−OH:1.07g(3.02mmol)を用いたこと以外は合成例1と同様にして、上記合成経路1に記載の最終生成物において、X=Ileである合成例2のELPを得た。
<Synthesis Example 2>
In the final product described in Synthesis Route 1, X = Ile except that Fmoc-Ile-OH: 1.07 g (3.02 mmol) was used as one of Fmoc-amino acids in the same manner as in Synthesis Example 1. The ELP of Synthesis Example 2 was obtained.
<合成例3>
Fmoc−アミノ酸の一つとしてFmoc−Ala−OH:0.99g(3.02mmol)を用いたこと以外は合成例1と同様にして、上記合成経路1に記載の最終生成物において、X=Alaである合成例3のELPを得た。
<Synthesis Example 3>
In the final product described in Synthesis Route 1 above, X = Ala except that Fmoc-Ala-OH: 0.99 g (3.02 mmol) was used as one of the Fmoc-amino acids in the same manner as in Synthesis Example 1. The ELP of Synthesis Example 3 was obtained.
〔多重刺激応答型高分子の合成〕
下記合成経路2に従い、実施例1〜5にかかる多重刺激応答型高分子を合成した。
[Synthesis of multi-stimulus responsive polymers]
According to the following
<実施例1>
以下に詳述するようにして、上記合成経路2に記載の最終生成物において、x=36、X=Valである実施例1の多重刺激応答型高分子を得た。
すなわち、まず、ナスフラスコ内で前記合成例1のエラスチン類似ペプチド0.80g(0.46mmol)をDMFに溶解させ、さらに、トリフルオロ塩を除去するためにトリエチルアミン77μl(0.576mmol)を加えた。
ここに、重量平均分子量25万のポリアクリル酸(PAA)0.083g(0.00035mmol)を溶解させた。溶解後、縮合剤としてDMT−MM0.45g(1.44mmol)を用いて、DMF30ml中で縮合を行った。縮合は、室温で24時間行った。縮合後は、DMFを減圧除去し、超純水に溶解後、蒸留水中4℃下で分画分子量12000〜14000の透析膜を用いて透析を行い、未反応のペプチドおよび縮合剤を除去することで精製を行った。精製確認はUV−visスペクトルにより行った。具体的には、蒸留水を交換する際に透析後の外液を測定し、ペプチドのカルボニル基のπ−π*遷移に基づく198nm付近のピークが消失したことから確認した。透析後、目的物の水溶液を凍結乾燥させることで実施例1の多重刺激応答型高分子を得た。この多重刺激応答型高分子について1H−NMRスペクトルにより構造確認を行いグラフト率x=36(%)と算出した。
<Example 1>
As described in detail below, the multi-stimulus responsive polymer of Example 1 in which x = 36 and X = Val in the final product described in
That is, first, 0.80 g (0.46 mmol) of the elastin-like peptide of Synthesis Example 1 was dissolved in DMF in an eggplant flask, and 77 μl (0.576 mmol) of triethylamine was added to remove the trifluoro salt. .
Here, 0.083 g (0.00035 mmol) of polyacrylic acid (PAA) having a weight average molecular weight of 250,000 was dissolved. After dissolution, condensation was performed in 30 ml of DMF using 0.45 g (1.44 mmol) of DMT-MM as a condensing agent. The condensation was performed at room temperature for 24 hours. After condensation, DMF is removed under reduced pressure, dissolved in ultrapure water, and then dialyzed using a dialysis membrane with a molecular weight cut off of 12,000 to 14000 at 4 ° C. to remove unreacted peptide and condensing agent. Purification was performed at Purification was confirmed by UV-vis spectrum. Specifically, when exchanging distilled water, the external solution after dialysis was measured and confirmed from the disappearance of the peak near 198 nm based on the π-π * transition of the carbonyl group of the peptide. After dialysis, the multi-stimulus responsive polymer of Example 1 was obtained by freeze-drying the target aqueous solution. The structure of this multiple stimulus-responsive polymer was confirmed by 1 H-NMR spectrum, and the graft ratio x = 36 (%) was calculated.
<実施例2〜5>
実施例1において、合成例1のエラスチン類似ペプチドに代えて、合成例2,3のエラスチン類似ペプチドを用いるとともに、各仕込み量を表1に示す量としたこと以外は同様にして、ペプチド鎖の構成アミノ酸残基及びグラフト率が異なる実施例2,3にかかる多重刺激応答型高分子を得た。また、実施例1において、各仕込み量を表1に示す量としたこと以外は同様にして、グラフト率の異なる実施例4,5にかかる多重刺激応答型高分子を得た。
<Examples 2 to 5>
In Example 1, in place of the elastin-like peptide of Synthesis Example 1, the elastin-like peptide of Synthesis Examples 2 and 3 was used, and each charge was changed in the same manner except that the amounts shown in Table 1 were used. Multiple stimuli-responsive polymers according to Examples 2 and 3 having different constituent amino acid residues and graft rates were obtained. Moreover, in Example 1, the multistimulus response type polymer according to Examples 4 and 5 having different graft ratios was obtained in the same manner except that the amounts charged were as shown in Table 1.
〔物性及び性能の評価〕
<濁度測定による多重刺激応答性の評価>
(濁度の測定方法)
多重刺激応答性の評価は、濁度を測定することにより行い、この濁度測定は日本分光社製J−820型を用いて行った。光路長1cmの石英セルを用いるようにし、また、温度変化は日本分光社製PTC−423L型ペルチェ式恒温装置とLAUDA社製E200を用い、温度勾配1℃/minで行った。各温度での濁度は700nmの吸光度から求め、濁度が50%変化したときの温度をLCSTと定義した。
[Evaluation of physical properties and performance]
<Evaluation of multiple stimulus responsiveness by turbidity measurement>
(Measurement method of turbidity)
Multiple stimulus responsiveness was evaluated by measuring turbidity, and this turbidity measurement was performed using J-820 type manufactured by JASCO Corporation. A quartz cell having an optical path length of 1 cm was used, and the temperature change was performed using a PTC-423L type Peltier thermostatic device manufactured by JASCO Corporation and E200 manufactured by LAUDA at a temperature gradient of 1 ° C./min. Turbidity at each temperature was determined from absorbance at 700 nm, and the temperature at which the turbidity changed by 50% was defined as LCST.
(一定pH下での温度応答性)
実施例1の多重刺激応答型高分子を用い、これを、所定のpHの50mM、Na2HPO4/クエン酸緩衝溶液に溶解させてサンプル(高分子濃度=1wt%)を調製した。上記方法に従って、一定pH下(pH3.3)での濁度の温度依存性を測定した。同様にして、pH3.9,pH4.2,pH4.9,pH5.4,pH5.9,pH6.4のそれぞれについても測定した。
結果を図1にまとめて示す(図1下図)。
比較のため、従来の多重刺激応答型高分子の温度応答性も併せて図1に示す(図1上図。Allan S.Hoffman,Nature.373,49(1995)からの引用)。
この従来の多重刺激応答型高分子は、下式に示す構造を有するもので、ポリアクリル酸(重量平均分子量250000)にNIPAAm(重量平均分子量2200)がグラフトしたものである。
(Temperature response under constant pH)
A sample (polymer concentration = 1 wt%) was prepared by using the multiple stimulus-responsive polymer of Example 1 and dissolving it in a 50 mM Na 2 HPO 4 / citrate buffer solution having a predetermined pH. According to the above method, the temperature dependence of turbidity at a constant pH (pH 3.3) was measured. Similarly, each of pH 3.9, pH 4.2, pH 4.9, pH 5.4, pH 5.9, and pH 6.4 was measured.
The results are summarized in FIG. 1 (the lower diagram in FIG. 1).
For comparison, the temperature responsiveness of a conventional multi-stimulus responsive polymer is also shown in FIG. 1 (upper figure in FIG. 1. Quoted from Allan S. Hoffman, Nature. 373, 49 (1995)).
This conventional multi-stimulation responsive polymer has a structure represented by the following formula, and is a polyacrylic acid (weight average molecular weight 250,000) grafted with NIPAAm (weight average molecular weight 2200).
図1に見るように、本発明の多重刺激応答型高分子は、従来の多重刺激応答型高分子(ΔpH2.5に対しΔLCST=18℃程度)と比べて、pH変化に対する温度応答性の感度が非常に大きい。 As shown in FIG. 1, the multi-stimulus responsive polymer of the present invention has a temperature responsiveness sensitivity to pH change as compared with the conventional multi-stimulus responsive polymer (ΔLCST = 18 ° C. with respect to ΔpH 2.5). Is very big.
次に、第2の側鎖のペプチド構造における構成アミノ酸残基(及びグラフト率)が異なる実施例2,3の多重刺激応答型高分子、グラフト率が異なる実施例4,5の多重刺激応答型高分子のそれぞれについても同様にサンプル(高分子濃度=1wt%)を調製し、上記方法に従って、pHを様々に変えて、一定pH下での温度応答性を測定し、LCSTを導出した。これらの結果を、実施例1の結果とともに、図2にまとめた。 Next, multiple stimuli responsive polymers of Examples 2 and 3 having different constituent amino acid residues (and graft ratios) in the peptide structure of the second side chain, and multiple stimulus responsive types of Examples 4 and 5 having different graft ratios A sample (polymer concentration = 1 wt%) was similarly prepared for each of the polymers, and the temperature responsiveness under a constant pH was measured and the LCST was derived in accordance with the above-mentioned method while varying the pH. These results are summarized in FIG. 2 together with the results of Example 1.
図2に見るように、第2の側鎖のペプチド構造における構成アミノ酸残基やグラフト率を変化させることで、多重刺激応答性を損なうことなく応答域に変化を持たせることができることが分かる。 As shown in FIG. 2, it can be seen that by changing the constituent amino acid residues and the graft ratio in the peptide structure of the second side chain, the response region can be changed without impairing the multi-stimulus responsiveness.
(一定温度下でのpH応答性)
実施例1の多重刺激応答型高分子を用い、上記と同様にしてサンプル調製及び濁度の測定を行い、一定温度下(=35℃)でのpH応答性を測定した。
結果を図3に示す。
(PH responsiveness at a constant temperature)
Using the multiple stimulus-responsive polymer of Example 1, sample preparation and turbidity measurement were performed in the same manner as described above, and pH responsiveness at a constant temperature (= 35 ° C.) was measured.
The results are shown in FIG.
図3から、温度を一定としてpHを変化させた場合にも、溶解特性を変化させることができることが分かった。なお、pHを3.5から6.0に変化させた場合と、6.0から3.5に変化させた場合とでは、若干の違いが認められた。 From FIG. 3, it was found that the solubility characteristics can be changed even when the pH is changed with the temperature kept constant. A slight difference was observed when the pH was changed from 3.5 to 6.0 and when the pH was changed from 6.0 to 3.5.
(酵素添加時の刺激応答性の挙動)
本発明の多重刺激応答型高分子が有する第2の側鎖は、エラスチン類似のペプチド構造を含む。この特徴的な構成に基づく特異な挙動について観察した。
すなわち、まず、実施例1の多重刺激応答型高分子を溶解した50mM、pH4.2、クエン酸/Na2HPO4緩衝液にパパインを溶解させてサンプル(高分子濃度=1wt%、酵素濃度=1mg/mL)を得た。このサンプルの濁度を上記方法に従って測定し、その経時変化を50℃(LCSTを超える温度)下で測定した。
結果を図4に示す。
(Stimulus response behavior when enzyme is added)
The second side chain of the multi-stimulation responsive polymer of the present invention contains an elastin-like peptide structure. The unique behavior based on this characteristic configuration was observed.
That is, first, papain was dissolved in 50 mM, pH 4.2, citric acid / Na 2 HPO 4 buffer solution in which the multi-stimulation response type polymer of Example 1 was dissolved, and the sample (polymer concentration = 1 wt%, enzyme concentration = 1 mg / mL) was obtained. The turbidity of this sample was measured according to the above method, and the change with time was measured at 50 ° C. (temperature exceeding LCST).
The results are shown in FIG.
得られた結果から、LCST以上の50℃という温度条件にあって、凝集状態にあった高分子が、酵素(パパイン)を添加して5分程度で溶解したことが分かった。
また、上記と同様にして、5℃(LCST未満の温度)のサンプル(高分子濃度=1wt%、酵素濃度=1mg/mL)を調製し、これを50℃(LCSTを超える温度)まで昇温したところ、図5に示すように、もはや凝集が起こることはなかった。
以上の結果から、本発明の多重刺激応答型高分子は、生分解性という従来の多重刺激応答型高分子にない特性を有することが確認できた。このような特性を有することにより、例えば、温度やpHに関係なく、強制的かつ不可逆的に凝集性を失わせることができることが分かる。
From the obtained results, it was found that the polymer in the aggregated state was dissolved in about 5 minutes after adding the enzyme (papain) under the temperature condition of 50 ° C. or higher than LCST.
In the same manner as described above, a sample (polymer concentration = 1 wt%, enzyme concentration = 1 mg / mL) at 5 ° C. (temperature lower than LCST) was prepared, and this was heated to 50 ° C. (temperature exceeding LCST). As a result, as shown in FIG. 5, aggregation no longer occurred.
From the above results, it was confirmed that the multi-stimulus responsive polymer of the present invention has a biodegradability characteristic not found in conventional multi-stimulus responsive polymers. It can be seen that by having such characteristics, the cohesiveness can be forcibly and irreversibly lost regardless of temperature or pH, for example.
<立体配座の温度依存性>
上記のごとき本発明の多重刺激応答型高分子における特徴的な挙動が、特に第2の側鎖における特徴的なペプチド構造によってもたらされていることを、円偏光二色性(CD)スペクトル測定により立体配座の温度依存性を測定することにより確認した。
<Temperature dependence of conformation>
The circular dichroism (CD) spectrum measurement shows that the characteristic behavior in the multiple stimulus-responsive polymer of the present invention as described above is brought about by the characteristic peptide structure in the second side chain. This was confirmed by measuring the temperature dependence of the conformation.
このCDスペクトルの測定は日本分光社製J−820型を用い、光路長0.1cmの石英セルを用いて、積算回数4回、走査速度100nm/minで行った。
具体的には、測定対象となる各高分子をそれぞれ5mM、pH6.4、Na2HPO4/クエン酸緩衝溶液に溶解させ、ストック溶液とした。ストック溶液を緩衝溶液で希釈することでpH6.4のサンプル溶液の調製を行った。これらのサンプル溶液について、島津製作所製UV−2100分光光度計を用いて光路長1mmの石英セルでUV−visスペクトル測定を行い、198nm付近のペプチド結合に基づく吸収を測定することにより濃度を決定した(高分子濃度=40μM)。温度を変えてCDスペクトルの測定を行う際には、日本分光社製PTC−423L型ペルチェ式恒温装置とLAUDA社製E200を用い、温度勾配1℃/minで昇温するとともに、その温度に達してから50秒後に測定を行うようにした。
This CD spectrum was measured using a J-820 type manufactured by JASCO Corporation, using a quartz cell with an optical path length of 0.1 cm, and the number of integrations was 4, and the scanning speed was 100 nm / min.
Specifically, each polymer to be measured was dissolved in 5 mM, pH 6.4, Na 2 HPO 4 / citrate buffer solution to obtain a stock solution. A sample solution having a pH of 6.4 was prepared by diluting the stock solution with a buffer solution. About these sample solutions, UV-vis spectrum measurement was performed in a quartz cell having an optical path length of 1 mm using a UV-2100 spectrophotometer manufactured by Shimadzu Corporation, and the concentration was determined by measuring absorption based on peptide bonds near 198 nm. (Polymer concentration = 40 μM). When measuring the CD spectrum at different temperatures, using a PTC-423L type Peltier thermostatic device manufactured by JASCO Corporation and E200 manufactured by LAUDA, the temperature was increased at a temperature gradient of 1 ° C./min and reached that temperature. Measurement was performed 50 seconds after the test.
上述のようにして測定した実施例1の多重刺激応答型高分子のCDスペクトルを図6に示す。
また、実施例1〜5の多重刺激応答型高分子について、波長198nmでの温度ごとの測定値をプロットしたグラフを図7に示す。
FIG. 6 shows the CD spectrum of the multiple stimulus-responsive polymer of Example 1 measured as described above.
Moreover, the graph which plotted the measured value for every temperature in wavelength 198nm about the multi stimulus response type | mold polymer of Examples 1-5 is shown in FIG.
図6,7に示す結果から、本発明の多重刺激応答型高分子においては、外部温度に依存して、可逆的にランダムコイルとβ−ターンの2つの立体配座をとることが分かり、これが第1の側鎖に基づくpH応答性と相俟って特徴的な多重刺激応答性を発現していることが分かる。上記実施例1〜5における前記立体配座の可逆的変化は、第2の側鎖におけるペプチド構造のバリン残基とXの各アミノ酸側鎖間の相互作用によるものであるから、これらバリン残基とXの種類を様々に変更することにより、多重刺激応答性を高い自由度で制御できることが実証された。 From the results shown in FIGS. 6 and 7, it can be seen that the multi-stimulus responsive polymer of the present invention reversibly adopts two conformations of a random coil and a β-turn depending on the external temperature. It turns out that characteristic multiple stimulus responsiveness is expressed in combination with pH responsiveness based on the first side chain. Since the reversible change in the conformation in Examples 1 to 5 above is due to the interaction between the valine residue of the peptide structure in the second side chain and each amino acid side chain of X, these valine residues It was demonstrated that multiple stimulus responsiveness can be controlled with a high degree of freedom by changing the types of X and X in various ways.
本発明にかかる多重刺激応答型高分子及びその製造方法は、特にDDSや細胞足場材などの生体材料に好適に利用することができる。 The multi-stimulation responsive polymer and the method for producing the same according to the present invention can be suitably used particularly for biomaterials such as DDS and cell scaffolds.
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