3Dプリントされた関節軟骨が関節損傷を修復

3Dプリントされた関節軟骨が関節損傷を修復
著者: 焦天、連秦

世界中で何百万人もの人々が変形性関節症の痛みに苦しんでいますが、この病気に対する効果的な治療法は存在しません。変形性関節症治療の末期段階では、主に人工関節の移植によって治療されます。この方法は失敗率が比較的高く、手術が成功したとしても、感染や出血などの多くの合併症を伴います。現在、関節損傷の治療における軟骨移植の成功率とその後の修復効果を向上させるために、ヒトの軟骨に近い生物学的特性と機械的特性を備えた移植用軟骨を製造することが急務となっています。

アイルランドのダブリン大学トリニティ・カレッジのアンドリュー氏らは、関節軟骨の製造にマルチモーダル複合 3D プリント法の使用を提案し、変形性関節症の治療に新たなアイデアを提供しました。研究チームが採用した印刷方法を図1に示します。研究チームは、最初に患者の関節軟骨損傷に応じて除去されると判断し、次に、融合堆積物の融合を使用して、PCL(ポリカプロラクトン)を製造しました皮肉と骨の足場は、それぞれ0.8mm×0.8mm×1.2mmのサイズで、軟骨の足場は、その後、細胞が閉じ込められた後、骨材の材料を印刷します。印刷後、gelma材料は紫外線材料で硬化します。


軟骨のマルチモード複合印刷

研究チームは、印刷した軟骨を体外で10週間培養した。印刷した軟骨の細胞核、硫酸化ムコ多糖類、コラーゲンなどを染色し、顕微鏡で分析したところ、印刷後に骨髄間葉系幹細胞がよく成長し、微細溝内の細胞が微細溝を越えて成長し、周囲の微細溝内の細胞と融合していることがわかった。細胞内の硫酸化ムコ多糖類、コラーゲンなどの含有量はヒトの関節軟骨に近く、印刷した軟骨の歪平衡係数はヒトの関節軟骨と同等であることが測定された。研究チームが設計したPCL軟骨スキャフォールドは、軟骨の機械的特性を改善して移植要件を満たすだけでなく、スキャフォールド内の微細溝構造により、内部の細胞の成長に適した成長環境も提供します。研究チームは、複数の印刷方法と複数の材料による印刷を実現するために、マルチモード複合3D印刷方式を採用しました。研究チームがマルチモーダル複合3Dプリント法で製造した関節軟骨は、人体の解剖学的精度と軟骨移植に必要なサイズを備えているだけでなく、生物学的特性や機械的特性も人間の軟骨に近いという。今後、十分な動物実験研究を経て、この技術は関節炎などの疾患による関節損傷の修復に利用されることが期待されます。

参考文献
アンドリュー C. デイリー、ダニエル J. ケリー。3D プリントされたポリマーマイクロチャンバー内で細胞球の成長を誘導することによる空間的に組織化された組織のバイオファブリケーション [J]。バイオマテリアル、2019、197: 194-206

出典:機械製造システム工学国家重点実験室



外科、生物学、FDM、ステレオリソグラフィー

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