弾性様ポリペプチドと酸化デキストランからなる注入型チクソトロピックハイドロゲルによる吻合部サポート

外科医が求めるより良い漏れ防止材の必要性

腸の一部を切開して縫合すると、縫合部の小さな漏れでも腸内容物が腹腔内に漏れて危険な感染を引き起こすことがあります。外科医は縫合部を補強するために接着剤やパッチを使うことがありますが、現在の製品は扱いにくかったり、患者が動いたり腸が収縮したりすると十分に持たないことがあります。本研究は、手術室で扱いやすく、内部から治癒を支える強く穏やかなシールを形成することを目的とした新しい注入型の柔らかいゲルを紹介します。

流動性を示し、設置後に固まる柔らかいゲル

研究者らは、注入時には液体のように振る舞い、設置後は迅速に固体様の状態に戻る材料を作ることを目指しました。彼らは弾性を模したタンパク質に基づく材料を採用しました。温かい水中でこれらのタンパク質鎖は自発的に長く髪の毛のように細い繊維を形成し、それが絡み合って柔らかなネットワークを作り、振とうで一時的に液化し静置すると構造を回復するゲルができます。これを実用的な手術用シーラントにするために、研究チームは細胞にやさしいことで既に知られている糖由来の高分子である酸化デキストランとタンパク質繊維を組み合わせました。このパートナー分子は繊維間および周囲組織との間に化学的な結びつきを形成でき、注入可能性を保ちながらゲルに追加の強度と粘着性を与えます。

強度と回復性のための配合調整

チームは、糖成分がどれだけ酸化されているかを調整して複合ゲルのいくつかのバージョンを調製しました。酸化の度合いは反応性部位の数を制御します。彼らは標準的な実験手法を用いて、糖とタンパク質鎖が実際に結合していることを、分子量や色、化学的シグナルの変化から確認しました。次に、精密なレオロジー試験で異なる配合が機械的応力下でどのように振る舞うかを調べました。すべてのバージョンは、ひずみをオン・オフするとより液体状とより固体状の間を行き来でき、いわゆるチクソトロピック材料の特徴を示しました。しかし、最も強く酸化された糖で作ったゲルは際立っていました：強く揺らした後でも元の剛性のほぼ半分を回復し、腸の動きで生じるような大きな変形下でもネットワークの多くを保持しました。

湿った腸をつかみ、内圧に耐える

この最適化されたゲルが実際に縫合された腸を支えられるかを確かめるため、研究者らは豚の腸片に対する付着性と、封鎖された切開が耐えられる圧力を測定しました。ゲルで接着した二つの組織片を引き離すせん断試験では、最も反応性の高いゲルはタンパク質のみのバージョンより有意に強く掴み、一般的に用いられるフィブリン系接着剤の性能に近づきました。縫合した腸の切開を模した別の装置では、縫合糸の上にゲルを塗布して空気を注入し破裂するまで加圧しました。ここでも、最良のゲルは縫合のみの場合と比べて破裂圧をほぼ倍増させ、商用のフィブリン製品と同等の性能を示し、現実的な条件下で縫合部を有意に補強できる可能性を示しました。

腹腔内での挙動

研究者らは次に、液化したゲルをマウスの腹腔内に注入して、生体内でどのように振る舞うかを観察しました。タンパク質のみのゲルは一日以内に消失し、おそらく洗い流されたか分解されたと考えられます。対照的に複合ゲルは設置した場所に留まり、動物が自由に動いた後でも固体の形を保っていました。1週間にわたり、材料は局在化したままでより永続的な弾性を帯び、周囲のタンパク質と追加の結合を形成し続けたことを示唆しました。組織切片を顕微鏡で検査したところ、腸外表面にごく薄い線維性肥厚が認められたものの、深い損傷や強い炎症の兆候は見られず、ゲルの存在は組織に対して許容されていることが示されました。

将来の手術にとっての意義

総合すると、この注入型の自己修復ハイドロゲルは手術中に容易に送達でき、腸表面に馴染み、その後静かに設置場所で硬化しながら組織に付着することが示唆されます。漏れ耐性をフィブリン接着剤と同等のレベルまで高める能力と、二液性システムではなく単一の即使用可能な構成要素として存在する点は、手術の流れを簡素化し、腸手術後の危険な漏れのリスクを低減する新たな手段を外科医に提供し得ます。より進んだ動物モデルでのさらなる検討が必要ですが、このタンパク質と糖からなるゲルは、将来的にスマートな軟らかい材料が腸の修復をより安全で信頼できるものにする可能性を示しています。

引用: Aoyama, Y., Nakano, Y., Shinozuka, T. et al. Injectable thixotropic hydrogel composed of elastin-like polypeptide and oxidized dextran for anastomotic support. NPG Asia Mater 18, 19 (2026). https://doi.org/10.1038/s41427-026-00646-7

キーワード: 吻合不全, 注入型ハイドロゲル, 腸手術, 組織シーラント, 酸化デキストラン