オランダの研究者が3Dプリント軟骨を使った耳を作る新しい方法を評価

世界中のユーザーが 3D プリンティングを採用するにつれて、その影響はさまざまな業界、特に医療の分野で拡大し続けています。研究者はバイオプリンティングを自身の研究室で使用して、医療機器、インプラント、義肢などを作成しています。補聴器分野における3Dプリントや耳組織のバイオプリンティングはまったく新しいものではないが、オランダの研究者たちは耳介再建のための新しい方法に取り組んでいる。

オランダの研究チームは、「耳介軟骨再建のためのハイブリッドアルギン酸ハイドロゲル/ポリ(ε-カプロラクトン)鋳型の設計と製造」でその研究結果を概説しました。3Dプリント軟骨インプラントを作成するという挑戦的な目標を掲げ、研究者は、アルギン酸を細胞キャリアとして使用してポリ-ε-カプロラクトン(PCL)スキャフォールドを作成し、考えていたバイオプリンティング材料が実際に実現可能かどうかを評価しました。この技術が成功すれば、次のような課題に直面する従来のアプローチを回避することができるかもしれません。
1. ドナー部位の合併症
2. インプラントのリスク要因
3. 手術は難しい

(A) インプラントモデルのバイオファブリケーション手順の概略図。（B）研究方法の概略図。まず、アルギン酸ハイドロゲルビーズと 3D プリントされた PCL スキャフォールドを個別に分析しました。次に、アルギン酸と PCL を 1 つの構造に組み合わせて、耳介インプラントモデルを開発しました。 PCL:ポリ-ε-カプロラクトン。
「組織工学と新しいバイオファブリケーション戦略を組み合わせることは、患者の天然細胞を使って耳介インプラントを作製する有望な解決策です。これらのバイオファブリケーションされた耳介構造は、最終的には変形した耳介を再建するための患者固有のインプラントとして使用される可能性があります」と研究者らは論文で述べています。

科学者たちにとっての鍵は、細胞の成長だけでなく、組織を生成する細胞の成長にも十分耐えられるほどの強度を持つ足場を見つけることでした。このタイプの新しい足場は耐久性があるだけでなく、簡単に分解できるように多孔質で生分解性である必要があります。合成または天然のハイドロゲルで構成されるバイオインクは、細胞の 3D プリントに使用できます。また、サポート用の足場を作成してから細胞とハイドロゲルの混合物を追加するオプションもあります。ポリ-ε-カプロラクトン (PCL) は、この目的に十分な強度を持つステントを作成するために効果的に使用されているプラスチック材料です。

カスタムソフトウェアによって G コードが作成され、医療グレードの PCL が 3DDiscovery で 3D プリントされました。その後、型は洗浄され、殺菌され、密封されます。研究者らは顕微鏡、デジタルカメラ、光ファイバーライトを使用して各サンプルの構造を評価した。次に、細胞の生存率を評価し、続いて PCL スキャフォールドとアルギン酸ハイドロゲル自体を調べる生体力学的分析を実施しました。

ストランド間の距離が異なる 3D プリントされた PCL スキャフォールドの CAD ビュー、全体ビュー、および顕微鏡ビュー。 S はサンプルを表し、数字はストランド間の距離をマイクロメートル (μm) で表します。
その後、彼らはステントが実現可能であることを発見しました。

「3D プリントされた PCL スキャフォールドの構造特性は、表面の多孔性と機械的特性を調べることで決定されました。PCL スキャフォールドのマクロ分析では、良好な印刷品質が示されました」と研究者らは述べています。「ただし、個々の PCL ストランドの顕微鏡分析では、短い距離でストランドの直径に多少のばらつきがあることが明らかになりました。さらに、スキャフォールドの側面図では、孔の幅にばらつきが見られました。全体的に、孔の幅が狭いほど、3D プリントされたスキャフォールドの精度が高くなります。」研究者らは、3D プリントされた軟骨インプラントは、生体内での組織成熟の課題に耐えるために必要な種類の機械的特性を備えているだけでなく、組織の自然なコアを形成できると述べています。

A) PCL-アルギン酸塩耳介インプラントモデルの全体図。アルギン酸塩は PCL 型の溝の中にあります。 (B) 体外で培養されたPCL-アルギン酸耳介インプラントモデル。 (C) 培養21日後にPCL型から除去したアルギン酸のLIVE/DEAD染色。インプラントモデル全体にわたって高い細胞生存率が観察されました。

出典: 中国3Dプリンティングネットワーク

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