細胞と成分の勾配を変化させるハイドロゲルを構築するための 3D プリントとその応用

寄稿者: 江南、何建康

関節内の骨軟骨単位は、関節軟骨と軟骨下骨で構成されています。骨軟骨ユニットが損傷した場合、すぐに治療しないと変形性関節症を発症する可能性があります。米国では、60歳以上の人の約37％が変形性関節症に悩まされており、年間の治療費は900億ドルにも上ります。変形性関節症の予防と治療の鍵は、軟骨の欠損を修復することです。組織工学技術は変形性関節症の患者に新たな希望をもたらします。細胞の有無にかかわらず、足場構造を使用して損傷した軟骨を修復します。天然の骨軟骨ユニットは、勾配によって変化する構造、組成、機械的強度を持っているため、3D 印刷技術は、そのような勾配ユニットを構築するための実現可能なソリューションになります。

最近、ポーランドのワルシャワ工科大学の材料科学工学部の研究者らは、3Dプリンティングを使用して、細胞と成分の勾配変化を伴うハイドロゲルを構築し、軟骨の欠損を修復しました。この研究では、研究者らはさまざまな印刷インクを混ぜることができるディスペンシングニードルを作成した。ディスペンシングニードルの２つの入口は、それぞれ透明軟骨および石灰化軟骨を印刷するための印刷インクに接続されています。プログラム制御により、一方の入口の流量は時間の経過とともに増加し、もう一方の入口の流量は時間の経過とともに減少します。層ごとに積み重ねることで、厚さの勾配に沿って組成が変化するハイドロゲル構造を構築しました。（図1）

図1 3D印刷ハイドロゲル装置、原理および予備結果（acディスペンシングニードル概略図、d溶液混合指数図、e 3D印刷原理図、f勾配組成変化によるハイドロゲル構造）
さまざまな組成のハイドロゲルを構築するこの方法で細胞印刷を実現できますか?研究者らはまず、骨髄幹細胞と関節軟骨細胞を透明な軟骨印刷インクと混合し、次に骨髄幹細胞を石灰化した軟骨印刷インクと混合した。次に、上記の方法を使用して、さまざまな細胞を含むハイドロゲルを構築しました。その結果、印刷後の細胞生存率は90％以上であることが確認されました。そして、3週間の培養後も細胞は高い生存率を維持していました（図2）。

図 2 さまざまな細胞を含む 3D プリントハイドロゲル構造 (細胞印刷設計の概略図、bd さまざまな細胞の死んだ細胞と生きている細胞の混合染色、e 細胞活動の定量化)
このハイドロゲルスキャフォールドの骨軟骨単位に対する修復効果を検証するために、研究者らはハイドロゲルスキャフォールドをラットの膝関節に移植しました。研究では、ステントを移植した後、膝関節の欠損部で軟骨の再生が明確に観察されたことが判明した。組織学的染色により、欠損部位に高度に分化した軟骨細胞の存在が確認され、ハイドロゲル構造が損傷後の軟骨の修復を促進できることが実証されました（図3）。

図 3 生体内移植後の 3D プリントハイドロゲルの組織学的染色 (ad: 低倍率および高倍率顕微鏡下で観察された軟骨細胞の分化、ef: ハイドロゲル移植後のコラーゲン沈着および軟骨形成)

細胞と組成が勾配変化するこの 3D プリントハイドロゲルの出現は、骨軟骨単位の修復を促進する組織工学の研究に新たなアイデアをもたらします。今後さらに研究が進めば、この材料が臨床現場で使用され、より多くの変形性関節症患者が一日も早く回復できるようになると信じています。

参考文献:
Idaszek, J.、M. Costantini、TA Karlsen、J. Jaroszewicz、C. Colosi、S. Testa、E. Fornetti、S. Bernardini、M. Seta、K. Kasarello、R. Wrzesien、S. Cannata、A. Barbetta、C. Gargioli、JE Brinchman、および W. Swieszkowski、マイクロ流体プリンティングヘッドを使用した全層軟骨欠損の再生のための細胞および材料勾配を備えたハイドロゲル構造の 3D バイオプリンティング。Biofabrication、2019 年。11(4): p. 044101。

寄稿者: 江南、何建康寄稿部署: 機械製造システム工学国家重点研究室

細胞と成分の勾配を変化させるハイドロゲルを構築するための 3D プリントとその応用

バルセロナの公園は、泥の3Dプリントを使用してアースフォレストキャンパスを建設し、持続可能な建築技術を実証しています。

[ポリマックスタフフィラメント] PLAとABSの完璧な組み合わせ

クラウドファンディングに成功したリサイクル3Dプリント素材「ProtoCycler」の出荷が始まった

生産には3Dプリント技術が統合されています！上海人形劇が新たな傑作「新聞少年の声」を発表

LLNLの研究者は3Dプリント技術を使って材料の強度をテストしている

あらゆるものがインターネットになる時代において、3Dプリントはエネルギー消費の削減に貢献します

2024年度大学入試が始まります！ 18の大学が3Dプリンティング専攻を提供

工業情報化部と他の3つの省庁は、鋳造（砂型3Dプリントを含む）と鍛造の高品質開発の促進に関する指導意見を発行しました。

高速道路沿いで3Dプリントされたスパイラルリアクターを使用して水素を製造する新しい水素製造技術が開発されました。

レーザー大手コヒレント社が新しいセラミック3Dプリント技術を発表、半導体熱管理システム分野に参入

推薦する

指先に3Dプリントされたセンサー、将来ロボットはより賢くなる

金属3Dプリントに欠かせない：新しい粉末スクリーニング管理システム「AMPro」

光華偉業は広東・香港・マカオ大湾区戦略的新興産業イノベーション年次会議に参加した。

ファルスーンハイテックとCOMACは、民間航空機分野での3Dプリントの応用を共同で推進するための協力協定を締結しました。

3Dバイオプリントされたin vitroモデルは癌治療薬を改善する可能性がある

連続繊維複合材3DプリントメーカーCollaborative High-Techは、2024年のSAMPE展示会でさまざまな機器を展示します。

デザイナーNdiayeの最新傑作！完全に3Dプリントされたスニーカーとハイヒール

総投資額1億元で南県華樹ハイテク3Dプリント材料生産基地が建設を開始

国産のメートル級9レーザー金属3Dプリンターが登場、Yijia 3Dは3台を納入

プレビュー: 第2回AMTS ▪ 積層造形技術の応用と製品構造の最適化設計に関するハイエンドフォーラム

高出力レーザーダイオードは金属 3D プリントの残留応力を 90% 削減できます。

複合材料3Dプリント技術の開発と応用

3D プリントにより、電動アシスト自転車「E-bike」を迅速に市場に投入するにはどうすればよいでしょうか?

3Dプリントが金属アクチュエータに新たな未来をもたらす

在庫：国内金属3Dプリンターメーカー永年レーザーの製品ラインナップ