新材料：シルクタンパク質に基づく研究に新たな進展

中国科学院上海マイクロシステム・情報技術研究所の陶虎研究員チームはこのほど、高適応性シルクタンパク質神経インタフェースの研究で進展を遂げた。チームは上海交通大学医学院付属第六人民病院と協力し、シルクタンパク質材料に基づいて高度な組織/器官適合性を有する植え込み式バイオエレクトロニクス装置を開発した。シルクタンパク質材料の良好な生体適合性を保持した上で、シルクタンパク質材料の超収縮特性と結合技術を利用してデバイスの水トリガ制御可能な幾何学再構成を実現し、さらにデバイスと目標組織または器官の幾何構造と機能上のマッチングを実現した。研究成果はTissue/OrganAdaptable Bioelectronic Silk-based Implants」と題し、7月22日に「先進材料」（AdvancedMaterials)誌に掲載されている。

生体適合性は、生体適合性、力学的整合性、幾何学的整合性と機能的整合などの特徴を含むがこれらに限定されない、インプラント型生体電子デバイスの最も重要な属性の1つである。シルクタンパク質材料は生物医学用インプラントを製造するための良好な材料であり、臨床応用されている。それは生物毒性がなく、排他反応を起こさない、体内分解可能、柔軟性、力学的性質の調整可能及び機能化可能などの優れた性質を有する。しかし、シルクタンパク質を例にしたバイオポリマーは、バイオエレクトロニクスデバイスを製造する際に依然として一定のリスクと課題に直面している：現在のフレキシブルエレクトロニクスデバイスは受動的な変形の方式で目標組織や臓器に適合し、付着効果は制限されている、このような材料の溶解特性により、その表面に作製された機能構造は、その表面積が膨張するにつれて引き裂かれる可能性があるため、体で長期的に働くことができない。

以上の挑戦に対して、研究者は蚕糸タンパク質膜の超収縮特性に基づいてタンパク質膜表面の機能構造が水に遭遇して断裂しないことを確保し、多層蚕糸タンパク質膜結合技術と構造設計を結合して変形制御可能な水トリガ幾何学再構成タンパク質膜を開発し、そしてマイクロ電気機械システム（MEMS）技術と機能化タンパク質膜を通じて特定の機能を実現した。

つる植物に触発され、研究チームは二重巻き可能なシルクタンパク質膜及びMEMSプロセスに基づいて外周神経用の螺旋電極をさらに開発し、ラットに電気生理刺激、記録機能及び中長期在体生物適合性を検証した。実験により、この電極は水トリガによって幾何学的再構成を実現することができ、それによってラットの外周神経に密着し、良好な生物−電子界面を構成することが明らかになった。中長期的に体移植後、電極による顕著な排他反応は見られなかった。以上の結果は、多層幾何学的再構成可能タンパク質膜が高度な適合性を有するバイオエレクトロニクスデバイスを製造する上で比較的に良い応用の見通しがあることを表明した。

同研究は科学技術部の国家重点研究開発計画、国家自然科学基金、中国科学院基礎最前線科学研究計画「0から1」原始革新プロジェクト、上海市級重大特別プロジェクト、中国科学院上海分院基礎研究特区計画などの支持を得た。

シルクタンパク質の超収縮特性と結合プロセスに基づいて、水トリガの幾何学的再構成可能タンパク質膜を開発し、MEMSプロセスと結合して水に遭遇して自己捲縮する外周神経電極を製造し、関連実験を行った。