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創傷治癒のための高分子ケラチンベースナノファイバー膜の作製と特性評価
Fabrication and characterization of high molecular keratin based nanofibrous membranes for wound healing.
PMID: 32540765 DOI: 10.1016/j.colsurfb.2020.111158.
抄録
ケラチンは生体材料として広く利用されているが、物理的・化学的なアプローチで調製されたケラチンは、分子量が低く、機械的性質が弱いため、創傷治癒への応用は困難である。本研究では、分子量120kDaの高分子ケラチン(HMK)をマルチ酵素カスケード経路を用いて調製し、創傷治癒への応用を試みた。簡単に説明すると、ケラチナーゼを用いて羊毛から可溶性ケラチンを調製し、トランスグルタミナーゼ(TGase)を用いて分子量を向上させた。HMKをポリ(3-ヒドロキシ酪酸-コ-3-ヒドロキシ吉草酸) (PHBV)と共電解紡糸したところ、調製したナノファイバーマットは機械的特性が改善された。また、上記ケラチナーゼを還元剤として用いたin situバイオレダクションにより、Agナノ粒子（AgNP）をナノファイバー上に合成した。その結果、PHBV/HMK/AgNPsナノファイバーマットは、良好な抗菌性と生体適合性を有していることが明らかになった。さらに、生体内での創傷治癒評価では、PHBV/HMK/AgNPs膜は対照群よりも優れた創傷治癒能力を示した。これらの結果は、PHBV/HMK/AgNPs膜が組織工学に大きな可能性を示すことを示している。
Keratin is widely used in the biomaterial application, but the keratin prepared by the physical or chemical approach has relatively low molecular weight and mechanical properties. Here we report the preparation of high molecular keratin (HMK) with molecular weight of 120 kDa via multi-enzyme cascade pathway and its application in wound healing. Briefly, we prepared the soluble keratin from wool by keratinase and improved the molecular weight of keratin by transglutaminase (TGase). The HMK was coelectrospun with poly(3-hydroxybutyric acid-co-3-hydroxyvaleric acid) (PHBV) and the prepared nanofibrous mats demonstrated improved mechanical properties. Ag nanoparticles (AgNPs) were synthesized on the nanofibers via in situ bioreduction, using the above-mentioned keratinase as the reducing agent. It is demonstrated that the PHBV/HMK/AgNPs nanofibrous mats possess favorable antibacterial properties and good biocompatibility. Moreover, in vivo wound healing assessment, the PHBV/HMK/AgNPs membrane displayed better wound healing ability than the control group. These results indicate that PHBV/HMK/AgNPs mats exhibit significant potential in tissue engineering.
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