コペンハーゲン大学、複雑な組織構造をモニタリングするための新しい3Dバイオプリンティング法を開発

コペンハーゲン大学生物学部のマイケル・キュール教授が率いる国際研究チームは、複雑な組織構造をモニタリングするための新しい3D生物学的印刷法を開発した。キュール教授は、ドレスデン工科大学（骨転移、関節および軟部組織研究センター）のドイツの同僚とともに、複雑な生体膜や組織のような構造の 3D プリントに使用できるゲル材料に酸素に敏感なナノ粒子を使用しました。化学センサーを内蔵した生きた細胞。この研究は、最新の材料科学ジャーナル「Advanced Functional Materials」に掲載されました。

キュール氏は次のように説明しています。「3D 印刷は、プラスチック、金属、その他の非生物材料で物体を製造するために広く使用されている技術です。同様に、生体細胞は生体適合性ゲル材料 (バイオインク) で 3D 印刷できます。このタイプの 3D バイオ印刷は、急速に発展している分野です。たとえば、生物医学研究では、幹細胞は組織や骨の複雑な構造を模倣した 3D 印刷構造で培養されます。このような試みでは、バイオ印刷構造で成長した細胞の代謝活動をオンラインで監視することができません。現在、このような測定は主に破壊的なサンプリングに依存しています。現在開発中のソリューションは特許出願中です。」

同研究グループは、発光性の酸素感受性ナノ粒子を印刷マトリックスに組み込むことで、機能化されたバイオリンクを開発しました。青色光がナノ粒子を励起すると、局所的な酸素濃度に比例した赤色の発光を発します。つまり、酸素が多いほど赤色の発光は少なくなります。バイオプリントされた生体構造上の赤色発光、つまり酸素の分布は、カメラシステムで画像化できます。これにより、酸素の分布と動態をオンラインで非侵襲的に監視することができ、破壊的なサンプリングを必要とせずに、3D バイオプリント構造内の細胞の成長と分布にマッピングすることができます。

印刷プロセス中の細胞ストレスや細胞死を回避するために、ナノ粒子の添加によってバイオポリマーの機械的特性が変化しないことが重要です。さらに、ナノ粒子は細胞を阻害したり妨害したりしてはいけません。私たちのアプローチは優れた生体適合性を示し、微細藻類だけでなく敏感なヒト細胞株にも使用できるため、これらの課題に対処してきました。

最近発表された研究では、センサーナノ粒子で機能化されたバイオインクを調整して使用する方法が示されており、たとえば、1 つまたは少数の細胞タイプを含むバイオプリント構造で藻類の光合成と呼吸、および幹細胞の呼吸をモニタリングできます。

「これは3Dバイオプリンティングにおける画期的な進歩です。3Dプリントされた生体構造をそのままの状態で、オンラインで非侵襲的に細胞の酸素代謝と微小環境をモニタリングすることが可能になりました」とキュール教授は述べています。「より大きな組織や骨のような構造内で幹細胞を培養する際の主な課題は、細胞に十分な酸素が供給されるようにすることです。たとえば、3D バイオプリント構造内の酸素状態を視覚化できるようになったため、さまざまな設計の構造内で幹細胞の成長を迅速にテストし、最適化することが可能になります。」

キュール氏は次のように語った。「機能化されたバイオリンクを使用した 3D バイオプリンティングは、バイオメディカル以外の多くの研究分野にも応用できる新しい強力な技術です。」たとえば、これらの先進的な材料科学とセンサー技術を、微生物学やバイオフォトニクスの研究と組み合わせることは、非常に刺激的です。 3D バイオプリンティングは現在、微生物の相互作用と光生物学の研究に使用されています。

出典: 中国3Dプリンティングネットワーク

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