3DプリントされたWHOのバイオアッセイキットの部品がマラリア対策に役立つ可能性

出典: 中国3Dプリンティングネットワーク

米国疾病管理予防センター（CDC）によると、マラリアは寄生虫によって引き起こされる蚊媒介疾患である。米国では毎年2,000件未満の症例が診断されているが、サハラ以南のアフリカなどの地域では恐ろしい病気となっている。世界保健機関によれば、世界中でマラリアの症例は2億1,700万件を超え、43万5,000人が死亡している。マラリア根絶プログラムは通常、蚊が繁殖する小さな水たまりをなくすこと、または殺虫剤を使用して蚊やその幼虫を殺すことに重点を置いています。しかし問題は、場合によっては蚊の個体群が特定の殺虫剤に対して耐性を持つようになる可能性があることだ。

WHO 殺虫剤感受性試験（生物学的検定）は、成虫の蚊の集団における殺虫剤耐性を評価するために使用される標準的な方法の 1 つです。研究者チームが「WHO殺虫剤感受性生物検定システム用のオープンソース3Dプリント交換部品」と題した論文を発表し、キットのコンポーネントの3Dプリントバージョンを作成する取り組みについて概説した。「WHOのバイオアッセイキットは、数枚のアクリル板を1つのユニットに組み立てて構成されています。キットの部品は壊れやすく、昆虫の耐性プロファイリング能力が低下します。現在、検査キットを提供しているサプライヤーは1社のみであるため、交換部品をタイムリーに調達することは困難です。ここでは、WHOのバイオアッセイキットのすべてのコンポーネントの3Dプリント可能なバージョンを紹介します」とチームは述べています。

「印刷材料として、広く入手可能なポリ乳酸 (PLA) フィラメントを使用することで、WHO バイオアッセイキットの各部品の機能的な代替品を設計し、印刷することができました。PLA で印刷したチューブと WHO アクリルチューブから得られた結果に大きな違いはありませんでした。さらに、一般的に使用されている洗浄液に長時間さらしても PLA の劣化は見られませんでした。」WHO バイオアッセイテストは、2 つのチューブのうちの 1 つに蚊を入れたもので、1 つのチューブには未処理の紙が、もう 1 つのチューブには殺虫剤を染み込ませた紙が敷かれていました。チューブは網で覆われており、蚊は1時間中に留まりました。殺虫剤チューブに曝露してから 24 時間後の虫の死亡率を使用して、殺虫剤感受性を測定しました。

図 1. WHO バイオアッセイキットと同等の 3D プリント部品。断面図には、3D プリントされたスライディングユニットの組み立てが示されています。上記のキットには、試験管 2 本、ふるい 2 個、ナット 2 個、スプリングクリップ 4 個、スライド 1 個、スライド 1 個が含まれています。これらの部品の一部は、時間の経過とともに損傷、紛失、または摩耗する可能性があり、「昆虫の生体分析能力の低下」につながる可能性があり、交換はコストが高く、輸送に時間がかかることから経済的に実現可能ではない。「私たちの設計は、ますます一般的になりつつある 3D プリンターを備えた施設であればどこでも、WHO バイオアッセイキットの交換部品を製造するために使用できます」とチームは書いています。「ここでは、ツールや接着剤を必要とせずに印刷され、既存の WHO バイオアッセイ部品とインターフェイスする、WHO バイオアッセイキットの 3D 印刷可能な交換部品を実証します。」

図 2. WHO バイオアッセイコンポーネントと対応する 3D プリントバージョンの写真。 E と H はそれぞれ露出側と保持側を示し、WHO キットでは赤と緑のドットが使用されています。
チームは SketchUp と OpenSCAD を使用してコンポーネントの 3D モデルファイルを作成しました。一部のパーツは直接複製できませんでしたが、既存の設計を少し変更して 3D プリントできるようにしました。ファイルは Ultimaker の Cura 3.3.1 でスライスされ、その後、Original Prusa i3 MK3 と MK3S を使用して、白い 1.75mm PLA でパーツを 3D プリントしました。プラスチックを節約し、印刷時間を短縮するために、チューブリムの外側の形状が正方形から三角形に変更されました。スライドユニットの内部にはドアがスライドする部分があり、チームはそれを改造して 3D プリント可能にする必要がありました。

図 3. WHO バイオアッセイキットと 3D プリントされた Mbita キット、Kilifi キットの死亡率を比較したバイオアッセイ結果と、それらの組み合わせの結果。各テストの平均は t 検定を使用して比較されました。
研究チームは、WHOの標準診断用量である4%のDDT殺虫剤を使用して、ケニア産のメスのムビタ蚊とキリフィ蚊の2つの実験系統に対して感受性試験を実施した。 24時間保管した後、死亡率を記録し、WHOのバイオアッセイキットと3Dプリントキットの間に「有意な差はない」ことがわかった。また、研究者らは、メッシュやスクリューキャップなどの特定の部品を、実際のバイオアッセイのプロトコルでよく使用される 4 種類の異なるショ糖溶液にさらし、PLA が分解するかどうかを調べました。「10% スクロース、70% エタノール、3% Rely+On Virkon (Lanxess)、5% Decon 90 (Decon Laboratories Ltd.) にさらされた後、PLA の強度、張力、表面色、サイズに低下の兆候は見られませんでした。」

コメント: 3D プリントされた部品の最適な使用例は、元の WHO 組織バイオアッセイキットの欠落または破損した部品の交換ライブラリとして使用することです。これらの交換部品は、膜フィーダー補助具、血液フィルター、診断ツールなどの他の 3D プリント用途と組み合わせて、マラリアに対する理解、診断、対策、予防に役立ちます。

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