ラボオンチップのコストを削減するために3Dプリントされたプロトタイプが使用される

出典: 広西付加製造協会

ウィーン工科大学の研究者らは、新しい研究「細胞ベースの研究室での迅速なプロトタイプ作成のための 4 つの機能的生体適合性感圧接着剤の特性評価」の中で、現在では迅速なプロトタイプや新しいシステムを作成するために利用できるさまざまな新しい微細加工方法があると説明しています。

この研究の目標は、ラボオンチップ技術の開発にかかる時間とコストを削減することです。著者らは、感圧接着剤の微細構造を研究する中で、設計の柔軟性、迅速なプロトタイピング、組み立ての容易さなどの利点がある一方で、欠点もあることを知りました。現在生産されている接着剤のほとんどは有毒であり、バイオプリンティングにおける細胞の持続可能性を考慮していないのです。

研究者たちは、2D と 3D の両方で作成できる細胞および臓器チップのコンセプト、および生体適合性材料を提供するコンセプトを探しました。結局のところ、バイオプリンティングに関しては、細胞を生かし続けることに重点が置かれているからです。研究者らは、バイオプリンティングやマイクロチャネルネットワークの作成の利点があるにもかかわらず、ラボオンチップ技術は依然として製造コストが高く、生きた細胞を扱う複雑さを作り出すために多数の反復作業が必要となるため、試作と最終設計の製造には何年もかかる可能性があると述べている。

「標準的な細胞培養技術は、コーティングされたポリスチレン製フラスコと培養プレートを使用して、細胞数が多く培地量が多い静的条件に最適化されている点に留意することが重要です。つまり、生きた細胞培養をマイクロ流体デバイスに統合し、細胞ベースのアッセイを小型化することは簡単ではなく、単純なスケーリング法則に従わず、多くの場合、酸素需要と栄養供給を調節するための経験的方法が必要になります」と研究者らは述べています。

「したがって、迅速なプロトタイピング手法は、細胞培養の最適化と実現可能性の調査を改善する迅速な設計変更を提供するため、コストと時間を削減する鍵となります。」

(A) 感圧性バイオメディカル接着剤 (PSA) のラピッドプロトタイピングのプロセスフローと (B) 時間投資。研究者たちは、感圧テープを使用することで、チップ間の時間が短縮されることに気づきました。バイオプリンティングに使用できる接着剤はそれほど多くありませんが、研究チームは最終的に、アクリル系接着剤 3 種類とシリコン系接着剤 1 種類の計 4 種類から選択しました。

「マイクロ流体細胞培養アプリケーションでは材料特性が重要な役割を果たすため、次の一連の実験では、酸素と蒸気の透過性、および自己蛍光を含む光学的透明性についてさらに詳しく調査しました。酸素透過性は統合酸素マイクロセンサーを使用して監視され、ガス透過性は時間の経過に伴う気泡体積の増加によって間接的に測定されました」と研究者らは説明しています。

彼らは、次のようにして、安定した「バイオチップの動作」が数週間にわたって持続できることを発見しました。
高流量
生理的体温
湿度100%

バイオメディカルグレードの感圧接着剤の生体適合性。(A) 代謝活性 (データバーは n = 3 の平均 ± SD)、(B) 生存率、および (C) BeWo b30 上皮細胞の接着が含まれます。生存率は、播種後 24 時間および 48 時間で対照ガラス基板に対して標準化された生細胞の割合として表されました。

「全体的に、感圧テープを使用したラピッドプロトタイピングは、コンセプトからチップまでの時間を短縮したワンステップ製造を可能にし、その応用は、複数の積層と統合された多孔質膜を必要とする細胞ベースのマイクロ流体デバイスにも非常に実現可能である」と著者らは結論付けている。「医療グレードの感圧テープは、硬質空気圧層や流体層、柔軟な膜など、異なるポリマータイプの複数の機能層を迅速かつ繰り返し可能な方法で統合するという課題を克服するための実行可能な代替手段であると考えています。」

ラボオンチップのコンセプトは、これまでほとんどの人が知らなかったアイデアから、3D プリントされたミニラボ、さまざまなバイオプリンティングプラットフォーム、および新しいプロセスの効率性を高めることを目的とした新興技術分野へと進化しました。

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