生命理工学系 News

藤枝研究室 ―研究室紹介 #61―

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2019.05.30

藤枝研究室

生命理工学コース
講師 藤枝 俊宣別窓

キーワード 高分子化学、生体材料学、バイオエレクトロニクス、再生医工学
WEBサイト 藤枝研究室別窓

研究紹介

ナノバイオマテリアル

  藤枝研究室では、高分子化学や分子集合科学に基づいて世界一薄い医療材料「ナノ絆創膏」の開発に取り組んでいます。ナノシートは厚さが数十~数百ナノメートルと薄い一方で、表面積は数平方マイクロメートルから平方メートルあるため、接着剤を用いることなく皮膚や臓器などの生体組織を超柔軟に被覆できるユニークな性質を示します。

  現在、私達のグループでは、ナノシートの構成高分子を多角的に検討することで、その材料物性を自在に制御することを目指しています。また、医療機関や医療機器メーカーと連携して、ナノシートの技術を実験室から健康医療の現場に橋渡しする研究も進めています。

キーワード 高分子ナノシート、ナノ絆創膏、プリンテッドナノ薄膜

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組織工学と細胞治療

  組織工学は、再生医療、薬剤試験、生体融合型ロボットの創製を実現する未来の医療技術として注目されています。細胞の組織化(例:配向する筋繊維)を制御するためには、天然の生体構造に着想を得て「スマート」なバイオマテリアル表面を設計する必要があります。

  私達のグループでは、機能的な培養生体組織の作製を目指して、細胞外マトリックスの微細構造や力学特性を微細加工技術によって人工的に模倣した足場材料を開発しています。また、このような培養生体組織を細胞移植やバイオアクチュエータに応用する研究も進めています。

キーワード 細胞移植、生体融合型システム、ソフトロボティクス

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装着型・埋め込み型デバイス

  ナノバイオマテリアルとフレキシブルエレクトロニクスの統合は、診断や治療技術に飛躍をもたらすと期待されています。このようなデバイスを身体に装着して生体信号を直接計測・制御するためには、生体組織を取り巻く物理的・力学的な環境に調和するデバイスを開発する必要があります。

  このため、私達はプリンテッドエレクトロニクスを利用して、導電材料、化学センサ、電子素子をナノシートに搭載したデバイス「プリンテッドナノ薄膜」の開発を進めています。プリンテッドナノ薄膜を用いることで、無線信号や発光による生体情報(例:表面筋電位、体温、pH)の計測技術や、光がん治療やオプトジェネティクスに向けた生体内への局所的な光・熱の送達技術の創製を目指しています。

キーワード 筋電位、神経活動、バイオイメージング、無線給電、光線力学療法、オプトジェネティクス

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研究成果

(代表論文)

  1. [1]Hasebe, A., Suematsu, Y., Takeoka, S., Mazzocchi, T., Vannozzi, L., Ricotti, L., Fujie, T. Biohybrid Actuators Based on Skeletal Muscle-Powered Microgrooved Ultra-Thin Films Consisting of Poly(styreneblock-butadiene-block-styrene). ACS Biomater. Sci. Eng., in press (DOI: 10.1021/acsbiomaterials.8b01550).
  2. [2]Takahashi, K., Fujie, T., Teramoto, R., Takahashi, I., Sato, N., Takeoka, S., Sawada, K. Elastomer-based MEMS optical interferometric transducer for highly sensitive surface stress sensing for biomolecular detection. MRS Commun., 9, 381-389 (2019).
  3. [3]Kokubo, N., Arake, M., Yamagishi, K., Morimoto, Y., Takeoka, S., Ohta, H., Fujie, T. Inkjet-Printed Neural Electrodes with Mechanically Gradient Structure. ACS Appl. Bio Mater., 2, 20-26 (2019).
  4. [4]Someya, D., Arai, S., Takeoka, S., Fujie, T., Takeoka, S. Extracellular pH imaging of a plant leaf with a polyelectrolyte multilayered nanosheet. RSC Adv., 8, 35651-35657 (2018).
  5. [5]Nishiwaki, K., Aoki, S., Kinoshita, M., Kiyosawa, T., Suematsu, Y., Takeoka, S., Fujie, T. In situ Transplantation of Adipose Tissue-Derived Stem Cells Organized on Porous Polymer Nanosheets for Murine Skin Defects. J. Biomed. Mater. Res. B, in press (DOI: 10.1002/jbm.b.34228).
  6. [6]Yamagishi, K., Kirino, I., Takahashi, I., Amano, H., Takeoka, S., Morimoto, Y., Fujie, T. Tissue-adhesive wirelessly powered optoelectronic device for metronomic photodynamic cancer therapy. Nat. Biomed. Eng., 3, 27-36 (2019).
  7. [7]Tetsu, Y., Yamagishi, K., Kato, A., Matsumoto, Y., Tsukune, M., Kobayashi, Y., Fujie, M. G., Takeoka, S., Fujie, T. Ultrathin epidermal strain sensor based on an elastomer nanosheet with an inkjet-printed conductive polymer. Appl. Phys. Express., 10, 087201 (2017).
  8. [8]Okamoto, M., Kurotobi, M., Takeoka, S., Sugano, J., Iwase, E., Iwata, H., Fujie, T. Sandwich fixation of electronic elements using free-standing elastomeric nanosheets for low-temperature device processes. J. Mater. Chem. C, 5, 1321-1327 (2017).
  9. [9]Sato, N., Murata, A., Fujie, T., Takeoka, S. Stretchable, adhesive and ultra-conformable elastomer thin films. Soft Matter, 12, 9202-9209 (2016).
  10. [10]Miyagawa, T., Fujie, T., Ferdinandus, Vo Doan, T. T., Sato, H., Takeoka, S. Glue-free stacked luminescent nanosheets enable high resolution ratiometric temperature mapping in living small animals. ACS Appl. Mater. Interfaces, 8, 33377-33385 (2016). (Highlighted by ACS Editors' Choice).
  11. [11]Suzuki, S., Nishiwaki, K., Takeoka, S., Fujie, T. Large-scale fabrication of porous polymer nanosheets for engineering hierarchical cellular organization. Adv. Mater. Technol., 1(6), 1600064 (2016).
  12. [12]Zucca, A., Yamagishi, K., Fujie, T., Takeoka, S., Mattoli, V., Greco, F. Roll to roll processing of ultraconformable conducting polymer nanosheets. J. Mater. Chem. C, 3, 6539-6548 (2015).
  13. [13]Fujie, T., Shi, X., Ostrovidov, S., Liang, X., Nakajima, K., Chen, Y., Wu, H., Khademhosseini, A. Spatial coordination of cell orientation directed by unique nanoribbon sheets. Biomaterials, 53, 86-94 (2015).
  14. [14]Shi, X., Fujie, T., Saito, A., Takeoka, S., Hou, Y., Shu, Y., Chen, M., Wu, H., Khademhosseini, A. Periosteum-mimetic structures made from freestanding microgrooved nanosheets. Adv. Mater., 26, 3290-3296 (2014).
  15. [15]Fujie, T., Mori, Y., Ito, S., Nishizawa, M., Bae, H., Nagai, N., Onami, H., Abe, T., Khademhosseini, A., Kaji, H. Micropatterned polymeric nanosheets for local delivery of an engineered epithelial monolayer. Adv. Mater., 26, 1699-1705 (2014).
  16. [16]Fujie, T., Ahadian, S., Liu, H., Chang, H., Ostrovidov, S., Wu, H., Bae, H., Nakajima, K., Kaji, H., Khademhosseini, A. Engineered nanomembranes for directing cellular organization towards flexible biodevices. Nano Lett., 13, 3185-3192 (2013).
  17. [17]Fujie, T., Kawamoto, Y., Haniuda, H., Saito, A., Kabata, K., Honda, Y., Ohmori, E., Asahi, T., Takeoka, S. Selective molecular permeability induced by glass transition dynamics of semi-crystalline polymer ultra-thin films. Macromolecules, 46, 395-402 (2013).
  18. [18]Greco, F., Fujie, T., Ricotti, L., Taccola, S., Mazzolai, B., Mattoli, V. Micro-wrinkled conducting polymer interface for anisotropic multi-cellular alignment. ACS Appl. Mater. Interfaces, 5, 573-584 (2013).
  19. [19]Fujie, T., Desii, A., Ventrelli, L., Mazzolai, B., Mattoli, V. Inkjet printing of protein microarrays on freestanding polymeric nanofilms for spatio-selective cell culture environment. Biomed. Microdevices, 14, 1069-1076 (2012).
  20. [20]Fujie, T., Ricotti, L., Desii, A., Menciassi, A., Dario, P., Mattoli, V. Evaluation of substrata effect on cell adhesion properties using freestanding poly(L-lactic acid) nanosheets. Langmuir, 27, 13173-13182 (2011).
  21. [21]Fujie, T., Haniuda, H., Takeoka, S. Convenient method for surface modification by patching a freestanding anti-biofouling nanosheet. J. Mater. Chem., 21, 9112-9120 (2011).
  22. [22]Fujie, T., Furutate, S., Niwa, D., Takeoka, S. A nano-fibrous assembly of collagen / hyaluronic acid for controlling cell-adhesive properties. Soft Matter, 6, 4672-4676 (2010).
  23. [23]Fujie, T., Saito, A., Kinoshita, M., Miyazaki, H., Ohtsubo, S., Saitoh, D., Takeoka, S. Dual therapeutic action of antibiotic-loaded nanosheets for the treatment of gastrointestinal tissue defects. Biomaterials, 31, 6269-6278 (2010).
  24. [24]Fujie, T., Kinoshita, M., Shono, S., Saito, A., Okamura, Y., Saitoh, D., Takeoka, S. Sealing effect of a polysaccharide nanosheet for murine cecal puncture. Surgery, 148, 48-58 (2010).
  25. [25]Fujie, T., Park, J-Y., Murata, A., Estillore, N. C., Tria, M. C. R., Takeoka, S., Advincula, R. C. Hydrodynamic transformation of a free-standing polymer nanosheet induced by a thermoresponsive surface, ACS Appl. Mater. Interfaces, 1, 1404-1413 (2009).
  26. [26]Fujie, T., Matsutani, N., Kinoshita, M., Okamura, Y., Saito, A., Takeoka, S. Adhesive, flexible and robust polysaccharide nanosheet integrated for tissue-defect repair. Adv. Funct. Mater., 19, 2560-2568 (2009).; "Fit to repair", Nature Nanotech. (Research Highlights), 4, 472 (2009).
  27. [27]Fujie, T., Okamura, Y., Takeoka, S. Selective surface modification of free-standing polysaccharide nanosheet with micro/nano-particles utilizing structural color. Colloid Surface A, 334, 28-33 (2009).
  28. [28]Fujie, T., Okamura, Y., Takeoka, S. Ubiquitous transference of free-standing polysaccharide nanosheet in the development of a nano-adhesive plaster. Adv. Mater., 19, 3549-3553 (2007).

(主な総説)

  1. [1]Yamagishi, K., Takeoka, S., Fujie, T. Printed Nanofilms Mechanically Conforming to Living Bodies. Biomater. Sci., 7, 520-531 (2019).
  2. [2]藤枝 俊宣. 「生体計測・制御システムに向けたプリンテッドナノ薄膜の創製」, バイオマテリアル-生体材料-, 36(1), 35-38 (2018).
  3. [3]藤枝 俊宣, 武岡 真司. 「高分子ナノ薄膜とバイオ・エレクトロニクスの融合」, 化学と工業, 70(6), 494-496 (2017).
  4. [4]Fujie, T. Development of free-standing polymer nanosheets for advanced medical and health-care applications. Polym. J., 48, 773-780 (2016).
  5. [5]藤枝 俊宣. 「再生医療を指向したバイオニックナノ薄膜の創製」, 化学と工業, 67(11), 996-997 (2014).
  6. [6]藤枝 俊宣. 「細胞外マトリックスを規範とする高分子ナノシートの創製と生体組織工学への応用」, 高分子論文集, 71(9), 408-417 (2014).
  7. [7]藤枝 俊宣. 「低侵襲な細胞移植療法に向けた微細パターン化高分子ナノシートの開発」, バイオマテリアル-生体材料-, 32(1), 35-38 (2014).

(著書)

  1. [1]Yamagishi, K., Taccola, S., Takeoka, S., Fujie, T., Mattoli, V., Greco, F. (2018) Conductive Nanosheets for Ultra-Conformable Smart Electronics (ch. 11), in Flexible and Stretchable Medical Devices (eds Takei, K.), Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, Germany. pp.253-285.
  2. [2]藤枝 俊宣,武岡 真司.「医療応用に向けた高分子ナノシートの開発(第26章)」進化する医療用バイオベースマテリアル(大矢裕一,相羽誠一監修), CMC出版 pp. 251-263 (2015).
  3. [3]藤枝 俊宣, 木下 学.「高分子ナノシートの柔軟性と密着性を利用した「ナノ絆創膏」の開発と医療応用(第3章18節)」生体模倣技術と新材料・新製品開発への応用, 技術情報協会 pp. 540-547 (2014).
  4. [4]Fujie, T., Takeoka, S. (2014) Development of Nanosheet Technology Towards Advanced Nanomedical Engineering (ch. 6), in Nanobiotechnology (Eds. Phoenix, D.A. and Waqar, A.), One Central Press, United Kingdom. pp.68-94.
  5. [5]Fujie, T., Ostrovidov, S., Ahadian, S., S. Prakash Parthiban, Khademhosseini, A., Kaji, H. (2014) Bioinspired Muscle Tissue Devices (ch. 35), in Handbook of Biomimetics and Bioinspiration: 3 Volume Set (eds Jabbari, E., Khademhosseini, A., Lee, L. P., Kim, D.-H., Ghaemmaghami, A.), World Scientific Publishing, Singapore. pp.969-984.
  6. [6]藤枝 俊宣, 武岡 真司.「高分子超薄膜(ナノシート)の外科手術用創傷被覆材(第2章第1節)」 先端バイオマテリアルハンドブック(編:秋吉 一成, 石原 一彦, 山岡 哲二), NTS pp. 267-272 (2012).
  7. [7]Fujie, T., Okamura, Y., Takeoka, S. (2011) Fabrication, Properties, and Biomedical Applications of Nanosheets (ch. 29), in Functional Polymer Films: 2 Volume Set (eds W. Knoll and R. C. Advincula), Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, Germany. pp. 907-931.

教員紹介

藤枝 俊宣 講師

  • 学歴
2005年 早稲田大学理工学部 卒業
2009年 早稲田大学大学院先進理工学研究科後期博士課程 修了 博士(工学)を取得
  • 職歴
2009-2010年 早稲田大学理工学術院 客員研究助手
2010-2012年 イタリア技術研究所 博士研究員
2012-2013年 東北大学原子分子材料科学高等研究機構 助手
2013-2016年 早稲田大学理工学術院 助教
2015-2019年 科学技術振興機構 さきがけ研究者
2016-2018年 早稲田大学高等研究所 講師・准教授(任期付)
2018年- 現職
  • 主な受賞
2019年 Biomaterials Science Emerging Investigators 2019
2018年 平成30年度科学技術分野の文部科学大臣表彰 若手科学者賞
2017年 日本バイオマテリアル学会 バイオマテリアル科学奨励賞
2015年 高分子学会 平成26年度高分子研究奨励賞
所属学会
American Chemical Society, Materials Research Society, 日本化学会, 高分子学会, 日本バイオマテリアル学会, 応用物理学会, 日本生体医工学会
キーワード 高分子化学、生体材料学、バイオエレクトロニクス、再生医工学

学生へのメッセージ

藤枝講師より
藤枝研究室では、高分子ナノ材料やバイオ・エレクトロニクスの先端技術を駆使して、未来型医療に向けた新しい医療材料・機器の開発に取り組んでいます。近年の社会的な課題や要請に対して、必ずしも一つの学問体系では突破できないことが増えています。そこで、私達の研究室では、国内外の研究機関や専門家と連携しながら、高分子・生体材料学を中心に、化学・物理学・生物学・工学・情報学・医学といった様々な知識を総動員してこれらの諸問題に立ち向かいます。このような融合分野の開拓に興味のある人たちは、私達と一緒に新しいバイオマテリアルサイエンスを創りましょう!

お問い合わせ先

藤枝 俊宣 講師

すずかけ台キャンパスB2棟10階1022室

E-mail : t_fujie @ bio.titech.ac.jp
Tel / Fax : 045-924-5712

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