科学者は超音波を使用して3Dバイオプリント組織の特徴を改善します

出典: 3Dプリンティングネットワーク

現在、バイオエンジニアリング組織を作成するための最も効果的な方法は、生きた細胞を 3D プリントされた構造に埋め込むことです。しかし、課題の 1 つは、3D バイオプリントゲル内で細胞を組織化する作業と、人工組織をどのようにして自然組織に近づけるかということです。ノースカロライナ州立大学の研究者らは、バイオファブリケーションの過程で超音波を使って生きた細胞を整列させることで、人工組織の特性を改善する方法を開発した。

バイオ3Dプリントされた人間の膝半月板。画像提供: ローハン・シャーワイカー、ノースカロライナ州立大学
「生きた細胞を印刷することで、膝インプラントなどの医療製品を作成できる段階に到達しました」と、この研究の論文の責任著者であり、ノースカロライナ州立大学産業システム工学部の准教授であるロハン・シャーワイカー氏は述べた。「私たちは超音波支援バイオファブリケーション（UAB）と呼ばれる技術を開発しました。この技術により、バイオプリンティングのプロセス中に3次元マトリックス内で細胞を整列させることができます。これにより、たとえば、患者の元の半月板にもっと似た膝の半月板を作成できます。これまでに、さまざまな人工筋骨格組織の細胞を整列させることができました。」

研究者らは、BioAssemblyBot ダイレクトインクライティング (DIW) 3D バイオプリンターを使用して UAB 方式を開発しました。細胞をターゲットにするために、研究者らはバイオプリンターが生きた細胞を印刷している領域に超音波を通過させることができる超音波チャンバーを構築した。これらの超音波は、一方の壁からもう一方の壁へと流れ、跳ね返って「定在超音波」を作り出します。音波は細胞を効果的に列に並べ、構造が印刷され、その中に細胞が配置されると、特定のパターンと方向が達成されるように細胞を配置することができます。

「周波数や振幅などの超音波のパラメータを制御することで、細胞の配列特性を制御できる」とシャーワイカー氏は語った。 UAB 技術の実現可能性を実証するために、研究者らは、人間の半月板と同じように、半月弧内に細胞が配置された膝半月板を作成することに成功しました。「組織全体に細胞を層ごとに印刷することで、細胞の配置を制御できる」とシャーワイカー氏は語った。「私たちはまた、靭帯や腱など他の整形外科の軟部組織にとって特に重要と思われる方法で細胞を配置する能力も実証しました。」

UAB 技術の利点の 1 つは、比較的安価であることです。「超音波装置の設置には一度限りの費用がかかりますが、あとは既成の技術を利用できます」とシャーワイカー氏は言う。「その後は、超音波コンポーネントのランニングコストはごくわずかです。UAB 技術は、ほとんどの既存のバイオプリンティング技術と組み合わせることができます。」

中国3Dプリンティングネットワークによると、チームは現在UAB技術の特許を申請しており、それを商業目的で利用する業界パートナーを探しているという。「優先配列による三次元細胞構造の超音波支援バイオファブリケーションおよびバイオプリンティング」という論文が、Biofabrication 誌に掲載されました。

出典: 3Dプリンティングネットワーク

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