ペプチドを使用した炭酸カルシウム石化のナノ形態に対する直線偏波マイクロ波の影響

Jul 07, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12027 (2023) この記事を引用

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マイクロ波は、携帯電話、オーブン、治療装置などのさまざまな用途に使用されています。 しかし、がん以外の病気や生理学的プロセスに対するマイクロ波の影響についてはほとんど報告がありません。 今回我々は、生体ミネラリゼーションのモデルとしてCaCO3ミネラリゼーションに焦点を当て、CaCO3ミネラリゼーションに対するマイクロ波の影響をペプチドを用いて解明することを試みた。 AFM、ζ電位、HPLC、ICP-AES、比誘電率測定を実施しました。 私たちの発見は、マイクロ波が CaCO3 沈殿物のナノ形態を、球状の粒子から糸状の構造に変化させることを示しています。 また、マイクロ波は、ペプチドのミネラリゼーション能力が高い場合にはミネラリゼーションにあまり影響を与えないが、沈殿能力が低い場合にはミネラリゼーションに大きな影響を与える。 私たちの発見は、歯や骨の治療だけでなく、有機・無機ナノ生体材料の開発にも応用できる可能性があります。 この方法論は、反応活性パラメーターを変更するために、さまざまなマイクロ波条件下での他の分子/原子反応に拡張できます。

マイクロ波 (MW) は、携帯電話、MW オーブン、MW 治療装置などのさまざまな用途に使用されます。 しかし、これらの機器から発生するMWは人体への影響が懸念され、国際規制の対象となっています。 たとえば、MW に長期間さらされた人はがんの罹患率が高く 1、携帯電話を頻繁に使用する人は脳腫瘍の罹患率が高いという報告がいくつかあります 2。 一方、若者における脳腫瘍の影響に関する219件の疫学研究論文をまとめた報告書では、携帯電話の使用によるMW曝露による罹患率の増加は示されていない3。 MW は高い生体透過性と加熱能力を備えているため、整形外科用の加温製品や肝臓がんの治療に使用されています4。 MW は、有機材料 5、6、7、8、無機材料 9、10、11、12、およびペプチド 13、14 の合成にも使用されます。 しかし、生命科学分野においては、がん以外の疾患や生理機能に対するMWの影響についての研究報告はほとんどありません。 病気や生理機能は、タンパク質やペプチドなどの生体分子の複雑な相互作用により細胞の反応に影響を与えます。 したがって、疾患や生物学的機能に対する分子量の影響を解明するには、分子量線照射下でのさまざまな分子の挙動を詳細に解析する必要があります。 この研究では、モデル生物学的反応 15,16,17,18,19,20,21,22,23 として、甲殻類の外骨格、歯、骨が形成される過程である炭酸カルシウム (CaCO3) の石灰化に焦点を当てました。 。 バイオミネラリゼーションは、タンパク質やペプチドなどの生体分子による無機物の沈殿です24。 我々は以前、ペプチドを用いたCaCO3沈殿に焦点を当て、炭酸カルシウム（CaCO3）沈殿ペプチドのコア配列（ザリガニの外骨格の一部であるCAP-1配列）のN末端を修飾することで、生体石灰化の根底にある機構の側面を解明しようと試みた15。 。 ペプチドを使用して CaCO3 バイオミネラリゼーションに対する分子量の影響を調査することは、有機分子と無機分子の両方の挙動を解明するのに役立ち、生物学的プロセスに対する分子量の影響に関する手がかりを提供します。 直線偏波（指向性）MWを生成する半導体送信機（ミナト医科学株式会社）を作製し、ペプチドを用いた石化反応におけるMW出力ワットと形態、ゼータ電位、沈殿、ペプチド消費量等との相関を解析しました。 。 これらの実験により、分子量パラメータと生体石灰化パラメータの関係がより詳細に理解できるようになり、歯や骨の治療だけでなく、無機ナノ材料の開発にも応用できるようになります。 さらに、この研究は他の分子に対する分子量の影響についての洞察を提供し、これらの影響は照射偏光や出力ワットなどの分子量パラメータを変更することによって制御できる可能性があります。