3Dプリント角膜が登場！この技術は世界に何をもたらすのでしょうか?

2015年、有名歌手の姚北娜さんは死後、自身の角膜を寄付した。翌年、この角膜のおかげで深セン、成都、武漢の3人の眼病患者が視力を取り戻すことができた。角膜は人間の目の最も外側にある構造で、カメラのレンズと同様に視覚の焦点を合わせる上で重要な役割を果たします。世界中で何千万人もの人々が角膜疾患による視力障害や失明に苦しんでいます。角膜移植は関連疾患を治療する最も効果的な方法ですが、世界中で角膜不足が問題となっています。

画像出典: New Third Board Think Tank しかし、最近イギリスの科学者らによって開発された、世界の眼科界でセンセーションを巻き起こすほどの技術により、角膜疾患に苦しむ何千万人もの患者が視力を取り戻すことができるかもしれない。

最初の3Dプリント人工角膜は利用可能だが、移植にはまだ使用できない

ブリティッシュ・エクスプレス紙などの報道によると、英国ニューカッスル大学の研究者らは3Dプリント技術を使い、幹細胞から抽出した「バイオインク」を使った世界初の人工角膜を印刷した。ニューカッスル大学の公式プレスリリースによれば、この新技術により将来的に角膜の無制限の供給が保証される可能性があるという。研究者らによると、この3Dプリント角膜は現在は移植には使用できないが、将来的には世界的な角膜提供不足の問題を解決することが期待されている。

ニューカッスル大学の公式ウェブサイトのスクリーンショット

現在、世界中で1,000万人がトラコーマなどの感染症による角膜失明を防ぐための手術を必要としていますが、移植用の角膜は世界中で深刻に不足しています。この 1,000 万人に加えて、火傷、切り傷、擦り傷、病気などによる角膜の瘢痕化により、さらに 500 万人が完全に失明しています。

5月30日にExperimental Eye Research誌に発表された研究で、ニューカッスル大学の研究者らは、角膜幹細胞をアルギン酸塩とコラーゲンと混合して、印刷可能な溶液、つまり「バイオインク」を作成したと述べている。

シンプルで低コストの 3D バイオプリンターを使用して、「バイオインク」を同心円状に押し出し、人間の角膜の形状を形成することに成功しました。さらに驚くべきことは、角膜印刷プロセス全体にかかる時間は 10 分未満だということです。

この研究を率いたニューカッスル大学の細胞工学教授チェ・コノン氏は、「3Dプリント角膜を実現するために、世界中の多くの研究グループが長年にわたり理想的な『バイオインク』を探し求めてきました。アルギン酸とコラーゲンを混ぜた私たちの独自のゲルは、幹細胞を生かしながら、形を保てるほど硬く、3Dプリンターのノズルから絞り出せるほど柔らかい素材を作り出します」と語った。

チェ・コノン教授（右、画像出典：ニューカッスル大学公式ウェブサイト）

「これは、同様のハイドロゲルを使用して通常の室温で細胞を数週間生存させた以前の研究に基づいています。現在、幹細胞を含む「バイオインク」を使用する準備が整っており、これによりユーザーは細胞を個別に成長させる心配をせずに細胞を直接印刷できます」とチェ・コノン教授は述べています。

ニューカッスル大学の公式プレスリリースによると、ニューカッスル大学遺伝子医学研究所の筆頭著者アビゲイル・サクソン氏を含む科学者らは、異なる患者に合わせた角膜も作成できることを実証した。これは、チームが印刷した細胞の寸法が、もともと実際の角膜から取得されたものであるためです。患者の目をスキャンすることで、そのデータを使用して、患者の目の大きさと形状に一致する角膜を迅速に印刷できます。

「私たちの3Dプリント角膜はまださらなるテストが必要であり、これらのプリント角膜を移植に使用できるようになるまでには数年かかるだろう」とチェ・コノン教授は付け加えた。「しかし、私たちは患者の目をスキャンすることで角膜を印刷することが可能であることを実証しました。このアプローチは世界的な角膜不足に対処できる可能性があります。」

角膜の深刻な不足は世界中で1500万人の患者が治療を待っている状況だ

ブリティッシュ・エクスプレス紙は、世界中で1500万人の患者が角膜失明を防ぐために手術を必要としているが、移植用の角膜が深刻に不足していると報じた。英国王立盲人協会（RNIBP）は、英国だけでもさまざまな程度の視覚障害を持つ患者が200万人以上、つまり30人に1人いると推定している。

英国の科学者は「バイオインク」を使って低コストの人工角膜を印刷した（画像提供：ニューカッスル大学公式ウェブサイト）

角膜疾患も、炎症、感染症、その他の眼疾患によって引き起こされる最も一般的な疾患の 1 つです。「角膜の表面は非常に敏感で、非常に小さなほこりや髪の毛さえも感知できる神経終末が多数ある」とRNIBPは述べた。

2016年2月に国立生物工学情報センター（NCBI）で発表された学術研究報告書によると、2012年に研究者らが166カ国で184,576件の角膜移植を発見したという。移植された角膜は、742のアイバンクに保管されている283,530個の角膜から購入された。

報告書はまた、米国とスリランカが移植用の角膜を最も多く輸出していることも指摘した。新三板シンクタンクの調査報告書は次のように指摘している。

アメリカは完璧な法律と綿密な管理により、自国の角膜移植の供給を確保するだけでなく、余剰角膜を外国に輸出しています。アメリカのアイバンクが海外に角膜を輸出する余裕があるのは、交通事故や公立病院で亡くなった人の角膜は、家族が明確に反対しない限り提供しなければならないと法律で定められているからだ。法律によって角膜提供が習慣化されているのだ。また、スリランカは発展途上国であるにもかかわらず、国民の約20分の1が角膜移植同意書に署名しており、国民1人あたりの角膜提供数では世界をリードしています。

NCBIの報告書は、世界中の角膜疾患患者70人のうち角膜移植を受けられるのは1人だけであると結論付けており、これは世界中で移植に利用できる角膜が深刻に不足していることを十分に示している。したがって、学者たちは、すべての国で角膜提供の奨励を継続する必要があると主張していますが、角膜の代替品やサプリメントを開発するプログラムも不可欠です。

上記のデータは、今後数年のうちに3Dプリント角膜が実用化され、移植可能な角膜が無制限に世界中に提供されるようになれば、視力回復を切望する世界中の1500万人の患者にとって間違いなく大きな恩恵となることを示しています。

我が国には400万人以上の角膜失明患者がおり、市場潜在力は100億を超える可能性がある。

分析の結果、角膜病変は主に4つの発達段階に分けられることが判明しました。

ステージ 1: 角膜疾患の初期段階、軽度の感染症、適切なタイミングで適切な投薬を行えば治癒できます。

ステージ II: 角膜潰瘍の段階で、主に薬物療法で維持され、修復材料はまだ使用されていません。

ステージ 3: 角膜感染は時間内に制御され、角膜を貫通することはありませんが、角膜構造に不可逆的な損傷を引き起こし、視力の低下または喪失を引き起こします。層状角膜移植術により視力を回復できます。

ステージ 4: 感染が角膜を貫通して眼球全体に影響を及ぼし、全層同種角膜移植が必要になります。第 3 段階と第 4 段階は重度の角膜疾患であり、角膜失明とも呼ばれます。

新三板シンクタンク研究所のハオ・ファンラン氏は昨年末の業界調査レポートで次のように指摘した。

「（わが国では）角膜失明患者は400万人以上おり、毎年10万人が新たに追加されています。そのうち、第3段階の患者は約207万人、第4段階の患者は約203万人です。理論上、同種角膜全層移植は角膜失明の問題を効果的に解決できますが、中国では毎年約5,000件の角膜提供しかないため、供給が非常に限られており、現在の角膜移植の需要を満たすことができません。市場のギャップは非常に大きいのです。」

市場規模の観点から見ると、毎年第3期角膜疾患の新規患者は約7万人で、既存患者は約200万人です。既存患者に対する市場教育と普及の効率が比較的低いことを考慮すると、普及率を推定することは困難です。新規患者数を7万人、角膜修復材料の価格を1.5万元と計算するだけで、硬直需要市場規模は少なくとも10億元になります。一部の既存患者の浸透を加えると、全体の硬直需要市場規模は約数百億元、さらには100億元を超えることになります。

3D プリント技術は当初、金型製造や工業デザインなどの分野で使用され、その後、徐々に一部製品の直接製造に使用されるようになったことは注目に値します。昨年8月、世界初の3Dヒューマンプリンターが登場した。人体組織や臓器をシミュレートし、生物学的インクを使用することで、3Dプリントされた臓器が人体とより一体化することを可能にする。鼻や口など、さまざまな移植可能な臓器をプリントできる。

3Dプリンティングはかつて最もホットなトレンドであり、多額の資金が流入していましたが、過去2年間でその熱は徐々に薄れてきました。その理由は、3Dプリントが普及した後、適切な応用シナリオが見つからなかったためです。角膜の3Dプリントにおけるこの大きな進歩は、業界に前向きなシグナルをもたらしました。

出典：和順明佳美景記者：蔡丁

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