東華大学の張耀鵬と邵慧麗：シルク/セルロース/ゼラチンハイドロゲル足場の3Dプリント

出典：東華大学

近年、組織の再生や臓器の再建を実現するために、ハイドロゲルを原料としてバイオニック組織工学スキャフォールドを構築し、生体材料の3Dプリント技術を活用することが、再生医療分野の研究ホットスポットの一つとなっている。しかし、天然組織の機械的特性と一致し、高度な構造バイオニクスを備えたハイドロゲルスキャフォールドをどのように準備するかは、緊急に解決する必要がある困難な問題です。最近、東華大学繊維材料改質国家重点実験室の張耀鵬教授と邵慧麗教授は、3Dプリント技術を使用してシルク/バクテリアセルロースナノファイバー（BCNF）/ゼラチンを複合し、大幅に強化された機械的特性と多層バイオニック細孔構造を備えたシルク/ゼラチン/BCNFゲル組織工学スキャフォールドを作製しました。 2019 年 5 月、関連する研究結果が「バクテリアセルロースナノファイバーが階層的細孔を持つ 3D プリントシルクベースのハイドロゲルスキャフォールドの応力と忠実度を促進」というタイトルで Carbohydrate Polymers に掲載されました。論文の第一著者は東華大学博士課程の黄立氏であり、上海理工大学の張耀鵬教授、樊砂助手、朱玉芳教授が共同著者である。

図1. 3Dプリントされたナノファイバー強化シルクベースの多層多孔性ハイドロゲル足場。シルクフィブロイン/ゼラチン混合スラリーを印刷できる条件下で、チームはバクテリアセルロースナノファイバーを追加して、印刷された足場の印刷精度と忠実度を向上させ、優れた機械的特性を持つ3次元複合ハイドロゲル足場を得ました。その後、ハイドロゲル足場をさらに凍結乾燥して、多層多孔性構造を持つ組織工学足場を得ました（図2）。

研究によると、シルク/ゼラチン複合ハイドロゲル印刷インクに少量の BCNF を添加すると、ハイドロゲルスキャフォールドの構造忠実度が大幅に向上し、印刷されたハイドロゲルスキャフォールドの機械的特性が約 0.1MPa から 1.0MPa に増加し、圧縮ひずみが 30% のときに圧縮回復が良好になることが示されています。さらに、3Dプリント条件を調整し、凍結乾燥技術を組み合わせることで、異なるスケールの孔サイズを持つバイオニック多層多孔質構造の足場が得られました。そのうち、ナノファイバーの直径は20〜40nm、印刷された支持体を構成するライン内の微細孔のサイズは10〜20mm、印刷されたライン間の微細孔のサイズは300〜600mmであり、マクロな3Dプリントされた支持体構造はセンチメートルスケールである。この足場は、天然の生物組織のマルチスケール構造に似ているため、細胞の成長と組織の再生に適した微小環境を提供でき (図 3)、組織工学における大きな応用可能性を秘めています。

図 2. シルク/BCNFs/ゼラチン複合スキャフォールドの調製原理の模式図。この研究は、国家重点研究開発計画 (2016YFA0201702) およびその他のプロジェクトによって資金提供を受けました。東華大学の Zhu Meifang、Yang Gesheng、Shao Huili、山東大学の Cao Chengbo、復旦大学上海浦東病院の Li Dejian、上海理工大学の Du Xiaoyu がこの記事の共著者です。

図 3. (a) RSF/ゼラチン-BC 複合スキャフォールドの分解、(b) マウスの皮下移植実験、(ce、c'-e') 皮下移植後 1、2、4 週間の RSF/ゼラチン-BC 複合スキャフォールドの H&E 染色、スケールバー (ce) 500μm、(c'-e') 50μmL。Huang, X、Du、S.Fan*、Y. Yang、H. Shao、D. Li、C. Cao、Y. Zhu*、M. Zhu、Y. Zhang*、Carbohyd.Polym.、2019、221、146-156

オリジナルリンク: https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2019.05.080

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