薬物送達機能を備えた組織工学足場としての 3D プリントされたマクロ - マイクロ二重レベル多孔質メッシュ材料

出典: バイオマテリアルと組織修復主執筆者: Xu Xinyu 協力: Li Ruiyan、Li Shihuai

私たちが従事している分野は、実は組織工学と密接に関係しています。臨床業務では、骨組織工学に関わる内容が多くあります。私たちの研究分野は、応用価値が高いです。同時に、骨欠損は他の病状と併発することが多く、このような要求により、臨床現場では骨修復に対する追加要件が生じており、骨組織の再生に加えて、抗炎症、抗菌、抗腫瘍、腱骨癒合などの1つ以上の追加機能も求められています。そのため、従来の骨組織再生以外の機能を応用レベルで理解することは、後の展開ポイントとして非常に重要であり、視野を広げ、アイデアを学ぶために、骨修復と薬剤負荷の両方の機能を備えたバイオファブリケーションの記事を見つけました。さらに、3D プリントされたスキャフォールドの表面のミクロンおよびサブスケールのトポロジカル構造に関する議論も、私たちが常に注目しているものです。

背景組織工学の mm レベルのマクロ多孔性スキャフォールドは、骨腫瘍などの疾患によって引き起こされる欠損の再生にとって非常に重要です。これらの症状の治療におけるもう一つの重要な部分は、腫瘍の再発や手術部位の感染を防ぐための補助的な薬物療法です。この研究では、クイーンズランド大学のバイオファブリケーションセンターのチームが、これらの臨床シナリオで使用するために、薬剤の充填と放出の機能を備えた新しい mm スケールのマクロ多孔質スキャフォールドを開発しました。 3D プリントにより、設計者は組織工学用の複雑な構造を持つマクロ多孔質スキャフォールドを構築できますが、通常は表面積が小さいため、薬剤の充填容量が制限されます。研究チームは、マクロ多孔性スキャフォールドにミクロ多孔性を導入し、表面積を増やして、さまざまな臨床薬剤を効率的かつ簡単に浸し、制御放出できるようにしました。

研究プロセス

この研究の考え方は次のとおりです。

多孔質 3D スキャフォールドの作成 (医療用 PCL にポロゲンを添加 → FDM 型 3D スキャフォールドの作成 → ポロゲンを浸出して細孔を形成) → SEM、AFM などによる特性評価 → ドキソルビシン (DOX)、パクリタキセル (PTX)、セファゾリン (CEF) の 3 つの薬剤の薬剤負荷および放出試験 → 3 つの薬剤 (抗腫瘍および抗菌) の機能試験

1. 材料自体の特性
内容: 穴のある材料と穴のない材料の2つを観察し、その圧縮抵抗を調べる
方法：SEMとマイクロCTを使用して材料のさまざまな部分を観察する
理由：多孔質基質はミクロンレベルの細孔を持つだけでなく、元の大きな細孔グリッド構造を保持し、圧縮弾性率がわずかに低下していることが観察されました。圧縮後の材料の形態分析は、材料の柔軟性の利点を反映しています。この機械試験のアイデアは、PEIグリッドに完全に適用できます。なぜなら、それらはすべて、簡単に押しつぶされず、ゆっくりと変形する柔軟なFDM印刷材料だからです。

2. 目的: DOXの負荷容量とDOXをゆっくりと放出できるかどうかを評価する

方法: 直接明視野イメージング、DOX自己蛍光、FTIR、放出アッセイ
理由: 多孔質スキャフォールドは、肉眼で確認できるように、より高い負荷容量を持ち、色がより濃く、蛍光は DOX が微細構造に浸透していることを示しています。FTIR の特徴的なピークは、DOX が表面に固定されていることを示しており、材料に DOX を負荷できることを複数の角度から証明しており、濃度が高いほど優れています。各投与量群の放出も明らかに遅くなりましたが、その量はより多く、つまり、強化された持続放出は、薬物負荷および腫瘍の持続放出治療にさらに役立ちました。

3. 目的: PTXの負荷および放出能力を評価する

方法: SEM、XPS、FTIR、リリーステスト
理由：SEM は、多孔質基の負荷量が多いだけでなく、分布も明確であることも示しています。FTIR の特徴的なピークは表面への固定を示し、XPS は固定と完全性を証明しています。つまり、材料が PTX を負荷できることを複数の角度から証明しており、濃度が高いほど良いということです。各投与群の放出量も大きくなり、薬剤の充填と放出がより促進され、腫瘍治療に有益です。

4. CEFの内容と解釈
内容: CEFのロードおよびリリース機能を評価する
方法: SEM、EDX、リリーステスト（ログの取得）
理由: SEM では、薬剤の充填量が多いだけでなく、非多孔性薬剤充填量よりも均一で深く充填されていることが示されています。つまり、より均一で安定しているということです。EDX は、データからこの均一で安定した充填量を定量的に証明します。放出量の結果は、PLGA でコーティングされた材料の放出量が徐々に増加し、持続していることを証明し、CEF を充填する際にこの材料を修飾するために PLGA を使用する必要があることを示しています。

5. 3つの薬剤の機能の証明（最も重要）
内容: 実際の材料における薬剤負荷の機能試験
方法: 細菌阻止帯、腫瘍細胞塊、DNA数
理由: パクリタキセル (PTX) とドキソルビシン (DOX) は、対照群と比較して細胞数と DNA 量が大幅に減少し、どちらも通常の用量で最も効果がありました。PTX は 8 日で腫瘍細胞を殺しました。セファゾリン (CEF) は、用量が高いほど、定性的および定量的結果の両方で殺菌効果が高くなることが示されました。要約すると、この物質は抗菌薬や抗腫瘍薬を充填・放出し、実際に役割を果たすことができることが実証されました。

研究の意義:

1. この記事の実際的な意義と文体: この記事は依然として臨床的な観点から始まっており、「科学技術は主要な生産力である」という格言にまさに当てはまります。この記事の序文は非常によく書かれており、読者の考えをすぐに捉えていると思います。確かに、化学療法の副作用は誰もがよく知っていますが、それでも化学療法は行わなければなりません。たとえ腫瘍部位に作用する薬剤の量がわずかであっても、人々は化学療法の使用に固執します。抗生物質については、その乱用が医療現場の大きな悩みの種となっていると言えます。化学療法薬と同様、実際に必要な部位に届く抗生物質はごくわずかです。その他の腫瘍や炎症の場合、体内にあったり手術が困難なため、この全身投薬法しか使えません。骨腫瘍や骨欠損の患者の場合、手術中に化学療法薬や抗生物質を埋め込み、持続的かつ安定的に放出できれば、精密治療を実現できます。少なくとも骨修復手術の観点からは、化学療法の副作用や抗生物質の乱用を減らし、効果を高めます。この記事の内容は比較的未熟であり、臨床現場での使用にはほど遠いのは事実ですが、彼の紹介により、人々はすぐにこの内容が本当に優れており、本当に大きな効果をもたらす可能性があると感じます。序文で読者を「騙す」と、読者自身も「騙される」ことになり、外見は強くても内面は弱い人でも無視されてしまうことがわかります。

2. 方法部分の構造：方法の構造は非常に簡潔で、ロジックはスムーズです。まず、材料が作られ、次に、その材料に3つの薬剤を別々に充填できることが検証されました。次に、3つの薬剤の充填と放出を検証するために、さまざまな方法が使用されました。3つの薬剤の実際の効能を検証するために、さまざまな方法が使用されました。それは確かに理にかなった進歩的なものでした。

3. 検出方法の使用：これらはすべて薬物の負荷と放出を検出するために使用されますが、この記事の各薬物の検出方法は異なります。抗腫瘍薬の機能の検出方法も異なります。これは、1 つの意味が複数の方法で表現される論文に少し似ています。たとえば、「show」の類義語には、demo、illustrate、describe、summary、list、display、present、describe、observe、reveal、indicate、suggest、predict、provide、identify、affirm、confirm、enforceなどがあります。おそらく、これは方法レベルでも当てはまるでしょう。同じ意味を持つ単語は多く、さまざまな文脈での使用に適していますし、さまざまな方法によって記事も豊かになります。

4. 定性的および定量的: この記事は定性的および定量的分析をうまく行っています。何が優れているのでしょうか? 定性的および定量的分析を同時に実行できる限り、それは実行されています。定性的な結果は直感的であり、定量的な結果は正確で説得力があります。この 2 つを組み合わせることで、結果の直感性と正確性を最大限に高めることができます。

5. 機械的検証：これは私が個人的に学ぶ必要があるところです。つまり、柔軟なポリマーの機械的検証では、以前の圧縮弾性率+圧縮強度モデルを放棄し、柔軟なひずみ-応力曲線の利点を強調する必要があります。つまり、簡単に押しつぶされず、ひずみと応力が突然変化しません。人体の機械的環境に適しており、安定性が優れています。

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