メルボルン大学のダイナミックインターフェース（DIP）3Dプロトタイピング技術が体積バイオプリンティングに新たな進歩をもたらす

南極クマの紹介:バイオメディカル工学の分野では、特に再生医療と組織工学の分野で、体積バイオプリンティング技術が急速に発展しています。従来の 3D バイオプリンティング技術は効果的ですが、解像度、速度、材料の互換性に制限があり、複雑なサポート構造と特定の化学環境が必要になることがよくあります。

△DIPの革新的な方法は、中空のプリントヘッドとガス液体メニスカスを使用し、空気圧と音波を調整することで高速でレイヤーフリーの3Dプリントを実現します。
2024年11月2日、Antarctic Bearは、メルボルン大学の研究チームが革新的なダイナミックインターフェース3Dプリント技術（DIP）を発表したことを知りました。この技術は、閉じ込められた空気と液体の界面と変調された光を利用して、サポートフリーで高解像度のバイオプリンティングを迅速に実現し、複雑な細胞キャリアの 3D 構造を生成する新しい方法を切り開きます。

△この研究は「ダイナミックインターフェースプリンティング」というタイトルでネイチャー誌に掲載されました（ポータル）
ダイナミックインターフェース3Dプリント技術の利点

DIP は、従来のバイオプリンティングの多くの制限に対処します。ステレオリソグラフィーは解像度が高いものの、層ごとに構築するため時間がかかり、頻繁に位置調整が必要になります。計算軸方向リソグラフィー (CAL) は、より高速な体積印刷を実現しますが、ポリマーの種類と硬化量の影響を受けます。ホログラフィーなどの他の光ベースの印刷方法は、材料の適合性を制限する複雑な光学設定に依存しています。

これらの障害は、複雑な光学機器を必要としないシステムによって克服され、材料の制限なしに高解像度の印刷が可能になります。統合された音響変調技術により、プレポリマーの流れが最適化され、追加のサポートを必要とせずに安定した環境が実現します。このシステムはセットアップが簡単で実行が速いため、プロトタイピングや複雑なバイオプリンティングなど、さまざまなアプリケーションに適しています。

ソフトハイドロゲル、合成ポリマー、細胞含有プレポリマーなど、さまざまな材料と互換性があります。ポリエチレングリコールジアクリレート (PEGDA) やゼラチンメタクリロイル (GelMA) などの一般的に使用されるバイオプリンティング材料は、DIP にシームレスに適用できます。 DIP は印刷が速く、せん断力が低いため、細胞生存率を約 93% に維持でき、組織工学や再生医療における細胞キャリア印刷に特に適しています。

△ダイナミックインターフェース3Dプリント技術の原理模式図
技術原理と効率

DIP の核となる利点は、音波を通じてメニスカスの位置を制御し、材料の流れを正確に調整し、印刷品質を向上させ、インターフェース材料の分布を最適化する音響変調システムにあります。この技術は、細胞を含んだハイドロゲルやバイオ複合材料を扱う場合に特に重要であり、均一な材料濃度を確保し、沈殿の問題を軽減することで、構造の完全性を維持します。

従来のステレオリソグラフィー技術と比較して、レイヤーフリー印刷方式は印刷速度を大幅に向上し、数秒から数分以内に3D構造全体の印刷を完了できます。これにより、収量が増加するだけでなく、生体材料が光にさらされる時間も短縮され、細胞の健康への潜在的な損傷も軽減されます。凸型スライス技術により、DIP はサポート構造の必要性を排除しながらさまざまな材料や構造に動的に適応し、高い忠実度を保証します。

△印刷プロセス中のさまざまな材料の性能を分析する
アプリケーションと事例

これは、組織工学およびバイオファブリケーションにおける柔軟性と効率性を実証し、人工臓器や血管ネットワークなどの複雑なバイオプリント構造を迅速に製造できます。高スループット製造をサポートし、複数の構造を並行して印刷することが可能で、さまざまなバイオメディカルアプリケーションに適しています。

△最近の実験では、ヒト胎児の腎臓細胞を搭載した複雑な腎臓のようなハイドロゲル構造が生成されました。実際の応用では、研究者はヒト胎児の腎臓細胞を搭載した複雑な腎臓のようなハイドロゲル構造の生成に成功し、DIP が迅速なバイオ製造ツールとして潜在的可能性を示しました。この技術は、生体安全で細胞に適合した材料を利用し、細胞の生存率を確保し、細胞毒性を低減し、機能的な組織モデルの生成に重要なサポートを提供します。技術が進歩するにつれて、独自のカスタマイズされた組織モデルが数分で作成され、バイオエンジニアリングにおける生産効率が向上することが期待されます。

研究者らは、この技術は大きな可能性を秘めているものの、いくつかの課題に直面していると述べている。印刷された構造の高さは、プリントヘッドのサイズとプレポリマー容器の容量によって制限されます。しかし、流体力学の進歩により、材料の連続補充が可能になり、印刷の高さを拡張できるようになると期待されています。

メルボルン大学のダイナミックインターフェース（DIP）3Dプロトタイピング技術が体積バイオプリンティングに新たな進歩をもたらす

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