3D プリントのもう一つの医療用途!科学者は人工脊髄を使って神経の橋を作り、麻痺したネズミが再び歩けるようにした

3D プリント技術は、従来の技術では製造が困難な多くの製品の問題を低コストで解決できる「万能なビルディングブロック」のようなものです。現在、3D プリントの医療分野への応用には、医療機器、人工臓器、さらには本物そっくりの義肢の印刷も含まれます。

最近の研究では、科学者たちは最先端の3D技術を使用して、脊髄損傷を負った人々が再び歩けるようになるという希望を与えました。研究者らは初めて、高速3Dプリント技術を使用して脊髄を作成し、神経幹細胞を充填した足場をラットの重度の脊髄損傷部位に移植することに成功した。このインプラントは、損傷した脊髄の神経成長を促進し、接続と失われた機能を回復するように設計されています。ラットでは、この足場は組織の再生、幹細胞の生存、および足場から宿主の脊髄への神経幹細胞軸索の伸展をサポートすることができました。

「近年、私たちの研究と論文は、脊髄損傷における軸索の大量かつ長距離の再生という目標に向けて前進し続けており、これは身体機能の真の回復にとって極めて重要です」と、この研究の共同筆頭著者であるカリフォルニア大学サンディエゴ校のマーク・タシンスキー教授は述べた。

軸索は、他の細胞まで伸びる神経細胞の長い糸状の延長部です。

「この新しい研究は、3Dの足場が脊髄にある繊細で束になった軸索の配列を再現することで、私たちを現実世界に一歩近づけてくれます」と、トゥシンスキー博士の研究室のプロジェクト科学者補佐で共同筆頭著者のコビ・コフラー博士は語った。

「これは、組織が軸索を再生し、損傷前の脊髄の構造を再現するのに役立ちます。」共著者のShaochen Chen博士は、高速3Dプリント技術を使用して、中枢神経系の構造を模倣した足場を作成しました。「これは橋のような役割を果たし、脊髄損傷の一方の端からもう一方の端まで再生中の軸索を繋ぎます」と彼は語った。

「軸索自体はどの方向にも広がって再生することができますが、足場は軸索を整理し、脊髄の接続を完了するために正しい方向に成長するように導きます。」インプラントには、人間の髪の毛の2倍の幅である幅200ミクロンの小さなチャネルが数十個あり、脊髄損傷の長さに沿って神経幹細胞と軸索の成長を導きます。

チェン教授の研究チームが使用する印刷技術は、1.6秒で2ミリメートルサイズのインプラントを印刷することができる。従来のプリントヘッドプリンターでは、これよりもはるかに単純な構造を印刷するのに何時間もかかります。研究チームによれば、このプロセスは人間の脊髄のサイズまで拡大できる可能性があるという。

この概念を証明するために、研究者らは人間の脊髄損傷のMRIスキャンに基づいて4センチメートルサイズのインプラントを印刷した。
これらは 10 分以内に印刷されました。

「これは私たちの3Dプリント技術の柔軟性を示しています」と、チェン博士のグループのナノエンジニアリング博士研究員で共同筆頭著者のウェイ・チュー博士は語った。「大きさや形に関係なく、患者の脊髄の損傷部分に適合するインプラントを素早くプリントすることができます。」 ”

研究者らは、神経幹細胞を含む2ミリメートルサイズのインプラントをラットの重度の脊髄損傷部位に移植した。数か月後、新しい脊髄組織が損傷部位全体に完全に再生し、切断された宿主脊髄の両端をつなぎ合わせました。治療を受けたラットは、後肢機能の回復において「顕著な」改善を示した。「これは人間の脊髄損傷を修復するための臨床試験に向けた重要な一歩だ」とコフラー博士は語った。

「この足場は、神経幹細胞の安定した生着と生存をサポートする安定した物理的構造を提供します」とシンプソン博士は述べた。「移植された幹細胞を脊髄損傷の有毒で炎症性の環境から保護し、軸索が損傷部位を完全に通過できるように導くようです。」

同氏は、治療を受けたマウスの循環器系がインプラントに浸潤し、機能する血管網を形成し、それが神経幹細胞の生存を助けたと述べた。「血管新生は、長期間体内に留まる人工組織インプラントにとって大きな障害の 1 つです」と Zhu 博士は付け加えました。「3D プリントされた組織には、十分な栄養を摂取し老廃物を排出するための血管系が必要です。私たちのグループは、以前にも 3D プリントされた血管ネットワークに関する研究を行ってきましたが、今回の研究には含めませんでした。」「私たちの 3D スキャフォールドは生体適合性に優れているため、生物学が自然にこれらの問題を解決してくれるでしょう。」

現在、科学者たちはこの技術を拡大し、人間への臨床試験に備えてより大きな動物モデルでテストしている。次のステップには、脊髄の足場内にタンパク質を追加して、幹細胞の生存と軸索の成長をさらに刺激することが含まれます。

この研究結果はネイチャー・メディシン誌に掲載された。

出典: Qianzhan.com

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