カタツムリの粘液には良いレシピが含まれていますか?カタツムリ：私も「裸足のお医者さん」になれるかな…

制作：中国科学普及協会

著者: リン・リーシャ、デン・トゥオ (中国科学院昆明植物研究所)

プロデューサー: 中国科学博覧会

人生の中で、さまざまな挫折や挫折により、大小さまざまな傷を負ったことがあるかもしれません。カタツムリが岩や枝の上を這っている姿や、その這った跡を見たことがあるかもしれません。しかし、あなたが考えていなかったかもしれないのは、一見無関係に見えるこれら 2 つの事柄が、科学者の目には密接に関連しているということです。カタツムリが残した痕跡は、カタツムリが分泌した粘液であり、この粘液には、実は傷の修復に良い薬効成分が含まれています。

糖尿病性足潰瘍、治りにくい傷

怪我に対するほとんどの人の印象は、果物ナイフで引っかかれたようなもので、数日後には新品同様に治るというものでしょう。実際、毎年何億人もの人々が事故による怪我や手術による怪我などを患っており、傷の治癒サイクルは長く、患者の生活に多くの不便をもたらしています。

皮膚は人体最大の器官であり、侵入する病原体に対する最初の防御線であるため、皮膚の健全性を維持することは生命維持に不可欠です。通常、健康な人の創傷修復は、止血、炎症、再生、リモデリングの 4 つの段階を含む高度に組織化された生物学的プロセスです。しかし、上記の治癒過程が阻害されると、傷は治癒が困難な慢性の傷に発展する可能性があります。

図1. 正常な皮膚損傷修復プロセスの模式図

（画像出典：参考文献1より改変）

糖尿病は現代社会によく見られる慢性代謝疾患であり、世界中に約 5 億人の患者がいます。糖尿病性足潰瘍は糖尿病の最も一般的な重篤な合併症の 1 つであり、発生率は約 25% です。

これらの患者は、末梢血管疾患、末梢神経障害、免疫機能障害、慢性炎症反応を患っているため、皮膚外傷の治癒が困難であり、創傷が治癒しないまま放置されると切断に至る可能性があり、患者の生活の質に重大な影響を及ぼします。残念ながら、糖尿病性足病の病因は複雑であり、現在のところ効果的な治療法が不足しています。

縫い合わせるんですか？いや、立ててください。

より重篤な外傷や慢性創傷の場合、臨床介入が必要となります。医師は、傷の両側の組織を再結合するために外科用縫合糸とホッチキスを使用することが多いですが、縫合によって痛みや手術部位の感染が生じたり、皮膚に傷跡が残ったりする可能性があり、また、縫合糸を除去することで二次的な損傷を引き起こす可能性もあります。

組織接着剤の使用は、縫合糸を抜かずに傷を素早く閉じることができるもう一つの治療オプションです。しかし、湿った組織での接着を達成することは困難です。

現在、臨床で使用されている一般的な組織接着剤には、化学的に合成されたシアノアクリレート（医療用 508 接着剤）と天然由来のフィブリン接着剤があります。前者は生体適合性が低く、分解が遅く、毒性の副作用があります。後者は湿った組織への接着性が低い。

日常生活でよく見られる502接着剤（化学成分は主にエチルシアノアクリレート）は、その強力な接着力から産業界で広く使用されています。それに比べて、医療用接着剤では、滲出液吸収能力、湿潤接着性、組織再生促進活性、生分解性など、より多くの要素を考慮する必要があります。

これらすべての特性を備えた生体接着剤を見つけるにはどうすればよいでしょうか?

自然界の接着現象は私たちに何らかのインスピレーションを与えてくれるかもしれません。たとえば、ツタは登る能力があるため、ほぼすべての地形を自由に移動できます。小さなムール貝は巨大な波の衝撃から身を守るために岩に張り付いています。カタツムリの分泌物は自らの体重を支えることができ、木の枝の上を逆さまに這うことを可能にします...この目立たない小さな生き物には驚くべき能力があります。これらの接着ツールの化学組成を理解できれば、同様の接着剤の製造方法を見つけることができます。

図2. つる植物のツタ

（画像出典：参考文献5）

実際、研究では、ツタは負に帯電した糖タンパク質を含む球状のナノ粒子を分泌し、それが接触面に付着して壁に永久的に付着する透過性の膜を形成することがわかっています。ムール貝の足糸にはミクロンサイズのチャネルが含まれており、チャネルに分泌されたL-ドーパとリジンを豊富に含むタンパク質が金属イオンと混ざり合って配位結合を形成します。体外に分泌された後、液体タンパク質は接着剤として凝固し、岩石やその他の付着物の表面で強力な接着力を形成します。

これらの研究に触発されて、科学者たちは、髄膜修復や創傷止血などの医療ニーズに非常に優れた応用の見込みがある、さまざまな生体接着性バイオニック材料を開発しました。

図3. ムール貝と足糸の構造

(画像出典: 図 A は参考文献 6 より、図 B と C は参考文献 7 より改変)

カタツムリ：私も「裸足のお医者さん」になるとは思っていませんでした

最近、科学者がカタツムリの粘液から糖尿病性足病の慢性的な傷の修復に使用できる天然の接着剤を発見したと報告されました。

古代ギリシャの「医学の父」ヒポクラテスは、カタツムリには保湿、赤みや腫れの軽減、炎症や痛みの緩和などの働きがあると記録しました。これにヒントを得て、科学者たちはカタツムリの接着現象と現代医学の創傷治癒に関する理解を組み合わせて、シロヒスイカタツムリの粘液に関する一連の分析研究を実施しました。

研究者たちはカタツムリの粘液を採取し、殺菌して凍結乾燥させ、多孔質で接着力の高い天然接着剤を得た。多糖類とタンパク質という 2 つの主成分からなる独自の二重ネットワーク ゲル システムにより、優れたハイドロゲル特性と湿った組織表面への強力な接着性が実現します。この生体材料は止血特性、優れた生体適合性、生分解性も備えており、急性および慢性の創傷の治癒を早めることができます。

図4. カタツムリ粘液由来の接着剤とその作用メカニズムの模式図

（画像出典：参考文献8より改変）

カタツムリの粘液にはヘパリン様グリコサミノグリカンが豊富に含まれており、ヘパリンと同様の炎症因子結合活性を持ちますが、ヘパリンと同様の抗凝固活性（出血や血腫を引き起こす可能性があり、創傷治癒を促進しない）は持っていないことは特筆に値します。さらに、この天然接着剤は、マクロファージの抗炎症表現型への分極化を効果的に促進します。

前述のように、糖尿病性足病の病理学的メカニズムは複雑であるため、その治療は大きな医学的困難を伴います。近年の研究では、慢性創傷では過剰で持続的な炎症反応が見られ、それが創傷治癒の重要な段階である炎症段階から増殖段階への移行を妨げていることが明らかになっています。したがって、炎症調節作用も持つこの生体接着剤は、より大きな治療上の利点があります。

実験により、糖尿病ラットの皮膚創傷モデルにおいて、接着剤は組織の炎症を大幅に軽減し、肉芽組織の生成、血管新生、コラーゲン沈着、表皮再生を促進し、創傷再生と治癒を促進できることが示されています。この最新の発見は、新世代の医療用接着剤の研究開発に参考とインスピレーションを提供します。

結論

人類の長い歴史を振り返ると、私たちが常に未知の世界を探求する旅を続けてきたことが分かります。小さなカタツムリ、目立たない葉っぱ…自然界のあらゆるものが私たちにインスピレーションと啓発を与え、前進し続けるよう促してくれます。

編集者：孫晨宇

注：本論文は、中国科学院昆明植物研究所の研究員である呉明益氏のチームの研究成果であり、「カタツムリ粘液由来の傷の修復のための天然生物学的接着剤」というタイトルでネイチャーコミュニケーションズにオンライン公開されました。さらに、皮膚の傷を治すためのこの天然医療用接着剤の発明保護のために特許が申請されています。

参考文献:

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