インドの研究者が軟骨から作られた3Dバイオプリントの耐荷重骨

インドの研究者が軟骨から作られた3Dバイオプリントの耐荷重骨


2018年12月21日、アンタークティックベアは海外メディアから、インド工科大学(IIT)のインド研究チームが最近、甲状腺ホルモンを加えることで骨になる3Dプリント軟骨に関する画期的な成果を上げたことを知りました。この発見は、バイオプリンティングの技術とテクノロジーの開発を加速させるに違いありません。
骨は2つの方法で形成されます。頭蓋骨のような非荷重支持骨の場合、間葉系幹細胞は直接骨細胞に分化します。大腿骨などの荷重を支える骨の場合、幹細胞はまず軟骨テンプレートに分化し、その後、時間の経過とともに骨細胞へとさらに分化します。これまで、足場を使用して耐荷重骨を作成する試みでは、体内で自然に発生する軟骨段階をスキップして、幹細胞を直接骨細胞に分化させてきました。 「このような骨構造の有効性は、負荷がかかった状態では実証されていません。体外で開発された骨構造と体内で開発された骨構造の相関性は非常に低いです。さらに、これらの組織工学骨の遺伝子発現パターンは、人間の成人の骨のそれとはまったく異なります」と、IITのSourabh Ghosh教授はコメントしました。
研究チームは、軟骨の足場を3Dバイオプリントし、それを甲状腺ホルモン(トリヨードチロニンまたはT3)で処理して軟骨が骨のような細胞に分化するように促すことで、軟骨の段階を模倣することにしました。 3Dプリントされた骨は、天然の骨と同様の遺伝子とタンパク質の発現を示し、骨形成分化に必須の細胞シグナル伝達経路も上方制御されていました。 「骨格を発達させるために異なる戦略を使用したところ、生体内での四肢骨の発達においてより高い類似性が見られました」とゴーシュ教授は語った。
軟骨足場は細胞外マトリックス物質に適した基質を提供します。 IIT カンプールの生物科学およびバイオエンジニアリング学部の Amitabha Bandyopadhyay 教授は、「骨の耐荷重能力は、主に細胞外マトリックスの質によって決まります。耐荷重骨では、細胞外マトリックスが 95% を占め、骨細胞は 5% しか占めていません。したがって、耐荷重骨を作ろうとする場合は、細胞外マトリックスを増やすのが得策です。中間軟骨を介して形成された骨構造は、幹細胞から直接形成された骨と比較して、細胞外マトリックスが 10 倍多くなっています」と説明しています。
間葉系幹細胞から軟骨への段階は約 3 週間かかり、軟骨から骨への段階にはさらに 2 週間かかります。 3Dプリントされた骨の機械的特性はまだ研究されていないが、ゴーシュ教授は、初期テストでは幹細胞から直接培養された骨よりも強度が高かったことが示されたと述べた。このような進歩のおかげで、3D プリントされた骨の地図や修復用パッチが、わずか 5 年以内に利用可能になるかもしれません。これはプロのアスリートにとっても、不器用な人にとっても素晴らしいニュースです。
出典: 3ders

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