城﨑　由紀（Yuki SHIROSAKI）は、生体無機材料を専門とする日本の化学者である。2025年現在、九州工業大学工学研究院准教授。ケイ素に注目した生体と無機材料などを研究している。第52回ケムステVシンポ講師。

経歴

2000年3月          岡山大学 工学部 生物機能工学科 卒業
2002年3月          岡山大学大学院 自然科学研究科 博士前期課程 物質生命工学専攻 修了
2005年3月          岡山大学大学院 自然科学研究科 博士後期課程 生体機能科学専攻 修了
2005年9月~2008年9月    University of Portugal, Institute of Biomedical Engineering
博士研究員（Fundação para a Ciência e a Technologia from the Portuguese Ministry for Science and Technology）
2008年10月~2012年8月    岡山大学大学院 自然科学研究科 助教
2012年9月~2017年3月    九州工業大学 若手研究者フロンティア研究アカデミー テニュアトラック准教授
2017年4月~現在    九州工業大学大学院 工学研究院 准教授

受賞歴

1999年12月          Bestows the award of Honorable Mention Upon 2000, Undergraduate Materials Research Initiative, Material Research Society
2010年7月          岡山工学振興会科学技術賞
2008年12月         IUMRS-ICA2008 Best Presentation, The IUMRS International Conference in Asia 2008
2011年1月          The Engineering Ceramics Division Best Paper Awards, 35th International Conference and Exposition on Advanced Ceramics and Composites（共著）
2011年6月          国際交流奨励賞21世紀記念個人冠賞倉田元治賞，公益社団法人日本セラミックス協会
2012年6月          第66回日本セラミックス協会賞進歩賞，公益社団法人日本セラミックス協会
2013年3月          第6回資生堂女性研究者サイエンスグラント，資生堂株式会社
2014年4月          平成25年日本歯科理工学論文賞，一般社団法人日本歯科理工学会（共著）
2014年8月          Young Scientist Awards, Bronze Award, The IUMRS International Conference in Asia 2014
2019年8月          KFC研究奨励賞，九州ファインセラミックス・テクノフォーラム
2022年7月          Silver Medal, INNOVERSE Innovation & Invention Expo 2022（共著）

研究業績

１．溶液中のケイ素化合物の構造と細胞応答性
ケイ素（Si）は，Carlisleらによって，生体内で通常は可溶性のケイ酸の形で含まれていることが報告されている。特に骨や腱といった結合性組織に多く存在していることも報告されており，オルトケイ酸イオンによる骨形成機構が提唱されている。このような背景から様々なグループによって，有機ケイ素化合物を出発原料としたシリケート，シロキサンを含む生分解性高分子複合体が新しい組織再生足場材料として提案されてきた。しかし，全般的に複合体から溶出したケイ素濃度と骨芽細胞応答性を関連づけるにとどまり，その構造との関係は議論されてこなかった。我々のグループは，ケイ素周囲に炭素を1つ，酸素を3つ有する3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（GPTMS），ケイ素周囲に炭素を2つ，酸素を2つ有する3-グリシドキシプロピルジメトメトキシシラン（GPDMS）とケイ素周囲すべてが酸素のテトラエトキシシラン（TEOS）を出発原料としたキトサン－シロキサン複合体の構造や複合体の溶出物/分解物が，骨芽細胞の働きや各組織の応答性に，異なる影響を与えることを明らかにしてきた（関連文献1,2,4-6）。一方で，神経細胞の一つであるシュワン細胞に対して，同様の検討を行うと骨芽細胞の場合とは異なる結果を示した（関連文献13,14）。飛行時間型質量分析法を用いて，溶出物/分解物の構造をある程度予想でき（図1），それらの構造が各種細胞に何らかの影響を与えていることは間違いないが，未知な点が多い。現在は，分子量を可能な限り制御したケイ酸塩溶液を作製する方法を探索している。

図1 多孔質複合体からの溶出物の構造予想と神経細胞・組織への影響

2. キトサン–シロキサン複合体の創製
キチン・キトサンは免疫力の増強や創傷治癒を促進するため，創傷被覆材や薬物輸送担体などの生体材料として広く研究されている。本研究では，キトサンとシランカップリング剤を用いたキトサン－シロキサン複合体を作製した。エポキシ基を有するシランカップリング剤によって，キトサン分子内のアミノ基を架橋し，キトサンの生分解性，含水量，機械的強度を制御した。この複合体緻密膜上で培養した骨髄細胞は良好な細胞増殖や石灰化能も示した(関連文献1, 4)。またこの複合体を多孔質化し，組織工学の足場材料への可能性を探索した。多孔質体の作製には各種の手法が知られているが，一般的によく使用されている凍結乾燥法を用いて作製した。凍結温度やキトサン濃度により，複合体の孔径を制御した。作製した多孔質複合体は約90%の高気孔率を示し，体積膨潤なく多孔内に容易に水を吸収・保持できた。この高吸水率により，培養液や細胞も多孔内に容易に保持でき，細胞の良好な接着・遊走・増殖が観察された(関連文献2)。さらに合成時に薬物を混合することによって，多孔質体内に薬物を担持することができ，かつそれら薬物は担体内の分解と同時に徐放されることを示した。さらに異なるシランカップリング剤を用いて作製した複合体膜から溶出するケイ酸化学種に着目し，それらと骨芽細胞挙動との関係について詳細に調べた(関連文献5)。出発原料のシランカップリング剤が異なると，その溶出物に対する骨芽細胞応答性も異なり，前述した溶出物中のケイ素化合物の構造と細胞応答性との関係性を考えるきっかけとなった。

図2 キトサン－シロキサン複合体

3.キトサン－シロキサン複合体を用いた神経組織の再生
キトサン－シロキサン複合体を損傷したラットの末梢神経に足場材料として埋入すると，ポリ乳酸のような他の生分解性材料よりも神経組織の再生が良好であった(関連文献3, 8)。神経細胞の軸索周囲を取り囲むミエリン鞘（絶縁体のような働きをする。）の厚みが増すほど，神経伝達がより迅速に行われる。このミエリン鞘の厚みが，キトサン－シロキサン多孔質複合体を用いたラットでは，自然治癒やポリ乳酸を用いた場合よりも，より厚く再生しているのが観察された。また良好な神経組織再生に伴い，運動・感覚機能も早期に回復された。しかし，完全に断裂した10 mm以上の損傷では，組織再生は改善されたが，完全な機能回復には至らなかった。現在は，この多孔質体に導電性を付与し，早期組織修復と機能回復を目指している。

4. キトサン–シロキサン複合体ハイドロゲル
上記のキトサン–シロキサン複合体ゾル溶液のpHを調整し，中性かつ体温以上でゲル化するハイドロゲルを作製した（関連文献9）。本ハイドロゲルはシロキサン鎖を形成するシランカップリング剤の配合比によって，ゲル化時間を短縮できる。ゲル表面で培養した骨芽細胞は良好な接着・増殖を示した。生分解性高分子ナノファイバーと組み合わせて，ハイドロゲルの強度改善も検討している。

コメント＆その他

【趣味】ハンドメイド，旅行，ラテン語習得，合気道，筋トレ，低山登山，観劇，料理，バイオリン　神社参拝→低山登山→温泉が最近の国内プチ旅行定番です。
【特技】ハンドメイドに必要な技術全般
【好きな言葉】The most courageous act is still to think for yourself. Aloud. By Gabrielle Coco Chanel. 最も勇敢な行為は、自分で考え続けること。そして声に出すこと。（ガブリエル・ココ・シャネル）
【好きな作家】東野圭吾
【もし研究者になっていなかったら】縫製技術者かコスチューム（ジュエリー）製作者

関連文献

1. Yuki Shirosaki, Kanji Tsuru, Satoshi Hayakawa, Akiyoshi Osaka, Maria Ascensão Lopes, José Domingos Santos, Maria Helena Fernandes, “In vitro cytocompatibility of MG63 cells on chitosan-organosiloxane hybrid membranes”, Biomaterials, 26[5], 485-493 (2005).
2. Yuki Shirosaki, Tomoyuki Okayama, Kanji Tsuru, Satoshi Hayakawa, Akiyoshi Osaka, “Synthesis and cytocompatibility of porous chitosan-silicate hybrids for tissue engineering scaffold application”, Chemical Engineering Journal, 137[1], 122-128 (2008).
3. Sandra Amado, Maria João Simões, Paulo A. Silva, Ana L. Luís, Yuki Shirosaki, Maria Ascensão Lopes, José Domingos Santos, Federica Fregnan, Givanna Gambarotta, Stefania Raimondo, M. Fornaro, António P. Veloso, S.P. Varejão, Ana Colette Maurício, Stefano Geuna, “Use of hybrid chitosan membranes and N1E-115 cells for promoting nerve regeneration in an axonotmesis rat model”, Biomaterials, 29[33], 4409-4419 (2008).
4. Yuki Shirosaki, Kanji Tsuru, Satoshi Hayakawa, Akiyoshi Osaka, Maria Ascensão Lopes, José Domingos Santos, Maria A. Costa, Maria Helena Fernandes, “Physical, chemical and in vitro biological profile of chitosan hybrids membrane as a function of organosiloxane concentration”, Acta Biomaterialia, 5[1], 346-355 (2009).
5. Yuki Shirosaki, Kanji Tsuru, Hirofumi Moribayashi, Satoshi Hayakawa, Yuri Nakamura, Iain R. Gibson, Akiyoshi Osaka, “Preparation of osteocompatible Si(IV)-enriched chitosan-silicate hybrids”, Journal of the Ceramic Society of Japan, 118[11], 989-992 (2010).
6. Yuki Shirosaki, “Preparation of organic-inorganic hybrids with silicate network for the medical applications”, Journal of the Ceramic Society of Japan, 120[12], 555-559 (2012).
7. Yuki Shirosaki, Tomoyuki Okayama, Kanji Tsuru, Satoshi Hayakawa, Akiyoshi Osaka, “In vitro bioactivity and MG63 cytocompatibility of chitosan-silicate hybrids”, International Journal of Materials and Chemistry, 3(3A), 1-7 (2013).
8. Yuki Shirosaki, Satoshi Hayakawa, Akiyoshi Osaka, Maria A. Lopes, José D. Santos, Stefano Geuna, Ana C. Maurício, “Challenges for nerve repair using chitosan-siloxane hybrid porous scaffolds”, BioMed Research International, 2014, Article ID 153808, 7 pages (2014).
9. Yuki Shirosaki, Masashi Hirai, Satoshi Hayakawa, Eiji Fujii, Maria A. Lopes, José D. Santos, Akiyoshi Osaka, “Preparation and in vitro cytocompatibility of chitosan-siloxane hybrid hydrogels”, Journal of Biomedical Materials Research PartA, 103[1], 289-299 (2015).
10. Takuma Okada, Yuta Nobunaga, Toshiisa Konishi, Tomohiko Yoshioka, Satoshi Hayakawa, Maria A. Lopes, Toshiki Miyazaki, Yuki Shirosaki, “Preparation of chitosan-hydroxyapatite composite mono-fiber using coagulation method and their mechanical properties”, Carbohydrate Polymers, 175, 355-360 (2017).
11. Susana Neves, Yuki Shirosaki, Toshiki Miyazaki, Satoshi Hayakawa, “Characterization and degradation study of chitosan-siloxane hybrid microspheres synthesized using a microfluidic approach”, Materials Science and Engineering C, 81, 571-579 (2017).
12. Kazutaka Kumamoto, Toshinari Maeda, Satoshi Hayakawa, Nurul Asyifah Binti Mustapha, Meng-Jiy Wang, Yuki Shirosaki, “Antibacterial chitosan nanofiber thin films with bacitracin zinc salt”, Polymers, 13[7], 1104-1119 (2021).
13. Kosei Hattori, Satoshi Hayakawa, Yuki Shirosaki, “Effects of the silicon-containing chemical species dissolved from chitosan-siloxane hybrids on nerve cells”, Journal of Sol-Gel Science and Technology, 104[3], 606-616 (2022).
14. Yuki Shirosaki, Federica Fregnan, Luisa Muratori, Saki Yasutomi, Stefano Geuna, Stefania Raimondo, “The impact of the molecular weight of degradation products with silicon from porous chitosan-siloxane hybrids on neuronal cell behavior”, Polymers, 15[15], 3272-3285 (2023).

関連リンク

九州工業大学工学研究院医用複合材料化学研究室
Kyutech LAB