著者の所属・活動拠点の国は、タイ、ニュージーランドです。

掲載誌：Innovative Food Science & Emerging Technologies

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

ブラックチン・ティラピアはタイに広がった外来魚です。適応力が高く繁殖が速いため、在来種との競合や水域の生態系の攪乱を起こしており、エビを餌とすることから養殖業者にも被害を与えています。そのため駆除が環境上の優先課題とされています。

研究チームは、この魚の皮から取り出したコラーゲンを使い、細胞を育てる土台となる材料（足場材、スキャフォールド）を作ることを目指しました。その際、コラーゲンの性質を調整する手段として「コールドプラズマ」を用いました。コールドプラズマは低温で作り出すプラズマで、反応性の高い酸素や窒素の化学種（活性酸素・窒素種、RONS）を生み出します。著者らによれば、コールドプラズマでコラーゲンやゼラチンのような生体材料の構造や機能を変える研究は、まだ少ない状況です。そこで研究チームは、RONSの濃度の違いがコラーゲンのゲルと足場材の性質にどう影響するかを調べました。

何を、どのように調べたか

材料には、タイ南部ソンクラー県ハートヤイの養殖場で集めたブラックチン・ティラピアの皮を使いました。皮を小さく切り、水酸化ナトリウム溶液に浸してコラーゲン以外のたんぱく質を除きました。その後、酢酸溶液で48時間かけてコラーゲンを溶かし出し、食塩を加えて沈殿させて回収しました。

このコラーゲンを、コールドプラズマで生成したRONSを含む処理液（論文ではPAAAと呼んでいます）で処理しました。RONS濃度は低・中・高の3段階とし、処理をしない対照と比べました。

コラーゲンゲルについては、ゲルの強さ、分子どうしを結びつける力の種類（イオン結合、水素結合、疎水性相互作用）、微細な構造を調べました。足場材については、表面の水のはじきやすさを示す表面疎水性、熱に対する性質、分子の大きさの分布、赤外線吸収による分子構造の変化を測定しました。さらに、マウス由来の3種類の培養細胞（筋芽細胞、線維芽細胞、マクロファージ）を使い、足場材が細胞に害を与えるかどうか（細胞毒性）を評価しました。

主な報告結果

RONSの濃度によって、ゲルの強さ、たんぱく質の立体構造、たんぱく質の網目のでき方が有意に変わりました。高濃度で処理したゲルが最も強く、ゲル強度は376.05±2.79 gでした。

分子どうしを結ぶ力にも違いが見られました。対照のゲルでは、主な結合力はイオン結合でした。低濃度では、たんぱく質のほどけが起こり、水素結合と疎水性相互作用が増える一方、イオン結合は減りました。著者らは、この状態の網目は主に疎水性相互作用でできた弱いものだと述べています。濃度を上げると、逆に水素結合と疎水性相互作用が減ってイオン結合が増えました。研究チームは、コラーゲンの繊維が自ら集まり合う現象が進み、より強いゲルになったと解釈しています。

表面疎水性は、処理したすべての試料で対照（76.66±1.11）より高くなりました。濃度が高いほど上がる傾向でしたが、中濃度は処理試料の中で最も低い値でした。高濃度の試料では125.84±5.34でした。

熱に対する性質では、コラーゲンが変性する温度に試料間の差はありませんでした。一方、変性に要する熱量（エンタルピー）は、中・高濃度の試料で8.03〜8.779 J/gとなり、低濃度の試料や対照より有意に低い値でした。

分子の大きさの分布はすべての試料で同じでした。原料のコラーゲンはI型コラーゲンと確認されました。処理によって分子どうしが共有結合でつながったり、分子が切れて小さな断片ができたりした様子は見られませんでした。赤外線吸収でも、すべての試料にコラーゲン特有の吸収帯が残っていました。著者らはこれを、処理後もコラーゲンの骨格が保たれていた証拠としています。顕微鏡観察では、低濃度の試料は対照より細かい多孔質の網目を持ち、仕切りが薄く、孔どうしのつながりが多い構造でした。

細胞毒性の試験では、細胞の種類によって足場材の影響が異なりました。ただし、適切なRONS濃度では、試験したすべての細胞に毒性は見られませんでした。最も高いコラーゲン濃度（200 µg/mL）でも、線維芽細胞とマクロファージの生存率は50%を上回り、筋芽細胞は約50%でした。研究チームは、試験した濃度では強い毒性は見られなかったと報告しています。なお論文では、細胞毒性試験の国際規格ISO 10993-5:2009に基づき生存率70%超を毒性のない濃度とし、別の先行文献に基づき生存率40%未満を強い毒性の目安としています。

この報告が示すこと

研究チームは、コールドプラズマ由来のRONSが、コラーゲンの三重らせん構造を壊さずに、分子をほどいたり、繊維どうしを集合させたりして足場材を改質すると結論づけています。その主な仕組みは電気的な相互作用だと考えています。RONSの濃度を適切に選べば、食感を調整する目的で足場材のでき方を制御できるとしています。また、外来魚の皮を培養肉生産用の生体材料として活用する一つの道筋を示したと述べています。

一方で、限界も示されています。今回の結果では、RONSそのものの影響と、pHの低下による影響を区別できていません。また、培養肉への応用を評価するには、RONS濃度の最適化や、細胞が足場に付着するか、分化するかといった試験がさらに必要だとしています。

原著論文の著者・所属：Supatra Karnjanapratum（Faculty of Agro-Industry, Chiang Mai University, 50100, Thailand）、Pornsiri Pitchakarn（Department of Biochemistry, Faculty of Medicine, Chiang Mai University, Chiang Mai 50200, Thailand）、Norrapon Vichiansan（Multidisciplinary Center, Faculty of Engineering, Chiang Mai University, 50200, Thailand）、Sylvia Indrianic（School of Physical and Chemical Sciences, University of Canterbury, Christchurch, New Zealand）、Thunnop Laokuldilok（Faculty of Agro-Industry, Chiang Mai University, 50100, Thailand）、Sukan Braspaiboon（Faculty of Agro-Industry, Chiang Mai University, 50100, Thailand）

※本記事は原著論文をもとに、日本語で要約・説明を加えた研究紹介です。 出典（原著論文）：Supatra Karnjanapratum, Pornsiri Pitchakarn, Norrapon Vichiansan, et al. The development of collagen scaffolds extracted from invasive blackchin tilapia (Sarotherodon melanotheron) skin modified by cold plasma. Innovative Food Science & Emerging Technologies（出版社：Elsevier BV） 2026-11-01. DOI: 10.1016/j.ifset.2026.104892. 原著ライセンス：CC BY.