ボロン酸（boronic acids）は、糖との結合性から、糖結合性タンパク質の総称であるレクチンに準えて、「ボロノレクチン」と形容される。低分子でありながら多様な生体分子と相互作用し、合成化学的にその選択性をデザインできる分子群である。ボロン酸の関わる分子認識では、それ自体の解離挙動と同期した顕著な親・疎水性変化が誘起され、これらを分子的にプログラムすることで高分子材料への複合的・階層的な環境応答性の付与、それを通じた機能化が可能となる。本講演では、講演者らが展開する「ボロノレクチン」の機能をふんだんに生かした疾病診断やドラッグデリバリーシステム関連の研究の中から、特に、糖尿病治療を目的としたグルコース応答型インスリン供給システム（人工膵臓）の開発、ならびに、シアル酸認識によるがん標的治療の手法等について概説する。

生体組織接着材料は、ヒトの血液から調製したフィブリン接着剤が60%以上で使用されているが、接着強度およびウイルスの完全除去が難しい点に課題がある。そこで本講演では、低温流動性を有するスケソウダラゼラチンに組織浸透性を有する疎水基を導入した疎水化タラゼラチンと、生体親和性架橋剤から構成される組織接着材料の設計と機能について紹介する。

Native tissue varies compositionally in its chemical, mechanical, and cellular makeup in both 3D space and time (i.e., 4D). Despite its importance in driving all living processes, such 4D complexity is not captured in traditional cell culture platforms (e.g., petri dishes, static/homogenous biomaterials). In this talk, I will discuss some of our group’s recent successes in reversibly modifying both the chemical and physical aspects of synthetic cell culture platforms with user-defined spatiotemporal control, regulating cell-biomaterial interactions through user-programmable Boolean logic, and engineering large-scale microvascular networks. Results will highlight our ability to modulate intricate cellular behavior including stem cell differentiation, protein secretion, and cell-cell interactions in 4D.

スマートポリマー（あるいは刺激応答性ポリマー）は外部刺激に応答して機能を変化させるユニークな性質を持っているため、様々な分野で注目が集まっている。本発表では、特に温度に応答して親水・疎水性変化をするスマートポリマーを用いたCOVID-19検査について発表する。

核酸・mRNA創薬を実現するために開発している環境応答性脂質様材料（SS-cleavable and pH-activated lipid-like material）について紹介する。本材料は、第三級アミン構造に加えて、細胞質の還元環境下で切断をうけることで積極的にナノ粒子の崩壊されるよう、デザインされている。本発表では、これら一連の開発プロセスや、RNAや核酸の導入技術への応用性について紹介する。

多くの生命活動が物理的な「力」による調節を受けていることが明らかとなり，その知見がバイオマテリアルの開発にも活かされている。当初は材料の弾性率が議論の中心であったが，実際の生体組織が粘弾性体であるため，近年は力を緩和させる材料の動的性質に注目が集まっている。本発表では我々が開発している液体系の動的材料を用いた細胞メカノバイオロジー応答の解析結果とその可能性について紹介する。

Tissue form and function within native extracellular matrices arises from dynamic feedback between cells and materials. Building similar dynamics into synthetic biomaterials remains a considerable challenge. Here I discuss ways in which cellular activity and materials properties can be varied together to better mimic this dynamic interplay. I will introduce designer microgel suspensions where the materials properties spatially direct stem cell fate. Integration of enzymes within these microgels can be used to locally attenuate gas activity, thereby providing temporal control over second messengers. The interconnected pore space can be tuned through incorporating “filler” materials to further guide cell activity over prolonged culture. Overall, cell-laden granular materials provide a unique scaffolding where materials parameters and cell activity can be directed with spatiotemporal control.

生体組織工学は、従来の治療方法では治せないような組織・臓器疾患の治療や外科手術で生じた組織欠損の再生によって、機能回復をはかる方法として注目されている。ここで用いられる細胞足場材料は、細胞機能を制御し、組織再生を誘導する役割を果たす。われわれは、生体吸収性合成高分子や生体模倣マトリックスを原料とする細胞足場材料、及びナノ粒子を複合化した機能性足場材料を開発し、再生医療やがん治療への可能性を評価した。