生命と多糖は密接にかかわっています。構造多糖（生物の器）・機能糖鎖（生命情報の伝達）・貯蔵多糖（食料・エネルギー源）の三者が生命活動を支えています。近年、ナノ・バイオテクノロジーの発展により、糖鎖・多糖の生命科学研究や、貯蔵多糖を基盤とした食・環境・エネルギー課題への応用が進んでいます。
　一方で、構造多糖（セルロースなど）は長らく建材・紙・繊維などのバルク利用が中心でした。しかし近年、構造多糖がもつ精緻な高次構造・自己組織化能・規則的な糖鎖界面が、ヒトの細胞外マトリックス（ECM）に見られる線維状構造や規則的な生命糖鎖構造と共通性をもつことが明らかになりつつあり、世界的に研究が加速しています。すなわち、木の細胞壁を形作る構造多糖は、ヒト組織のECMにおけるコラーゲン線維や生体多糖類と“構造の論理”を共有しており、生命に働きかける新しい材料基盤として注目されています。
　B班では、構造多糖のナノ構造や界面情報そのものを「生命に働きかける機能」として利用できると考え、ナノファイバー形状・糖鎖界面の規則性・自己組織化による高次構造形成に着目した新規バイオメディカルマテリアルの創出に取り組んでいます。具体的には、以下の6つの研究テーマに取り組んでいます。

ヒト細胞と構造多糖ナノファイバーとの“対話”の秘密に迫る

バイオ界面科学が切り拓く新しい生命情報認識の体系化

　生体内の細胞は、細胞外マトリックス（ECM）を介して周囲の物理化学的な情報を読み取り、その接着・増殖・分化を巧みに制御しています。私たちは、セルロースナノファイバーやキチンナノファイバーなどの構造多糖に着目し、表面官能基やナノ構造が形成する「バイオ界面」が細胞応答にどのような影響を与えるのかを探究しています。

　構造多糖ナノファイバーは、界面化学・結晶性・ナノ形態といった特徴を精密に調節できるため、細胞が界面から受け取る情報を自在に設計できます。タンパク質吸着挙動や細胞接着機構の解析を通じて、細胞が構造多糖界面のどの情報を認識し、どのように応答するのか、その“対話”の本質に迫りつつあります。

　これらの知見を基盤として、再生医療や細胞培養に利用できる動物成分フリー（Xeno-free）の次世代バイオマテリアルの創出を目指しています。自然由来のナノ構造と設計可能な界面情報を併せ持つ構造多糖ナノファイバーを活かし、細胞に適応するバイオアダプティブな材料設計に挑戦しています。

構造多糖ゲルのソフトな硬さが細胞生育環境を制御する

細くて硬い結晶性多糖ナノファイバーからなるソフトゲル基材の開発

　ヒト幹細胞を安定かつ大規模に培養するためには、生体ECMを模倣した三次元環境の構築が重要です。本研究では、規則的なウロン酸構造を持つ“細くて硬い”TEMPO酸化セルロースナノファイバー（TOCNF）を用い、そのネットワーク構造化により、ソフトなECM様ナノ構造を備えた三次元培養基材の開発に取り組んでいます。TOCNFは金属イオン架橋により、細胞包埋に適した半流動性のゲルコアを形成し、細胞の物理的支持を可能にします。さらにアルギン酸シェルによってビーズ構造を安定化することで、再生医療に向けたスケーラブルで扱いやすい培養系を実現します。

グリコサミノグリカンを模倣したゲル基材によるヒト細胞の分化制御

　代表的な生体多糖であるグリコサミノグリカン（GAG）を模倣した硫酸化セルロースナノファイバー（S-CNF）を調製し、2Dフィルム・2.5Dハイドロゲル・3Dクライオゲルを構築することで、ECMが持つ水和性や多孔構造の精密再現に取り組んでいます。特に3Dクライオゲルは、細胞の伸展や三次元形態の形成を促進し、栄養輸送にも適した多孔質ネットワーク構造を示します。これらの知見を基盤として、鼓膜再生に向けたECM模倣型の新規足場材料の開発を目指しています。

構造多糖ナノ界面への生体官能基の制御導入で細胞分化を操る

硫酸基量の精密調節による歯髄幹細胞の接着・神経分化の制御

　神経組織は再生能が極めて低く、細胞接着と分化を精密に制御できる培養環境が特に重要です。本研究では、生体内の硫酸化多糖環境を模倣し、木質および甲殻類由来ナノファイバーに硫酸基を導入した新規培養基材を開発しています。ヒト歯髄幹細胞（hDPSC）を対象に硫酸基量が細胞接着と神経分化に与える影響を解析し、簡便で効率的な分化誘導系を構築することで、天然構造多糖を基盤とした新規神経再生足場材料への応用を目指します。

生体構成要素の構造模倣戦略に基づく細胞分化制御基材の開発

　再生医療で用いる細胞を生体外で培養するには、生体ECMのナノ構造や化学特性を模倣した培養環境の精密設計が重要です。本研究では、硫酸化GAGとナノファイバー構造を同時に再現できる硫酸化キチンナノファイバー（S‑CtNF）を基盤とし、構造模倣戦略に基づく細胞分化制御基材の開発に取り組みます。軟骨再生では、S‑CtNFの官能基量と硬さを調節し、ヒト間葉系幹細胞（hMSC）の接着・軟骨分化との関係を解析することで、再生が困難であった硝子軟骨に適した足場材料の創製を目指しています。乳房再建では、脂肪組織ECMの硫酸化環境と低剛性を模倣したS‑CtNF基材上でhMSCの接着・増殖・脂肪分化を評価し、自然な乳房形態の再建に資する、生分解速度を制御した脂肪組織再生足場の開発を進めます。

構造多糖ナノファイバーがヒトの免疫応答を調節する

多糖ナノ構造が生み出す免疫調節・アジュバント機能の新領域

　森林・海洋由来の天然多糖ナノファイバーは、ナノスケール構造と規則的な表面官能基に由来する独自の免疫活性を示します。私たちは、表面改質セルロースナノファイバーおよびキチン・キトサンナノファイバーの免疫調節機能に着目し、自然免疫経路の活性化や炎症応答の制御を研究しています。特に、表面化学を精密に設計したキチンナノファイバーは、TLR2を介したサイトカイン分泌の調節を可能にし、バイオアダプティブ免疫材料としての潜在性を示します。さらに、形態や電荷密度を制御した多糖ナノファイバーは構造アジュバントとして抗原提示を高め、望ましい免疫極性化を誘導します。これらの成果は、材料のナノ構造が免疫応答を直接制御する“Materials‑driven Immunomodulation”という新概念を支え、ワクチンアジュバントや炎症制御への応用を拓きます。