新しい弾性生分解性ハイドロゲルは将来、人間の軟部組織の3Dプリントに役立つ可能性がある

昨年、テキサス大学アーリントン校（UTA）のバイオエンジニアリング教授であるイー・ホン博士は、血管疾患に悩む子どもたちのために3Dプリントの血管を作成するため、国立衛生研究所（NIH）からR21助成金を授与されました。ホン博士はキャリアの初めから研究助成金を受けており、その総額は 85 万ドルを超えます。現在、彼はチームを率いて、人間の軟部組織を模倣した 3D プリント材料用の高弾性生分解性ハイドロゲルを作成し、医療分野での 3D プリントの研究を続けています。この伸縮性のある新物質は将来、血管、心筋、骨格筋、皮膚など、さまざまな種類の組織の生成に役立つ可能性がある。

UTA のバイオエンジニアリング教授でありプロジェクトリーダーでもある Yi Hong 博士が、新しいハイドロゲルを披露します。ホン博士は次のように説明した。「軟組織のバイオプリンティングは、ハイドロゲルが脆くて伸縮性がなく、人間の軟組織の機械的挙動を模倣できないため、大きな課題に直面しています。

「これらの課題を克服するために、私たちは可視光によって活性化される単一の架橋メカニズムを使用して、細胞印刷用の非常に弾性があり、堅牢な生分解性と生体適合性を備えたハイドロゲルを実現するシンプルなシステムを開発しました。」

生きた細胞を使用した人工組織足場を含む 3D バイオプリンティング技術は、最終的に私たちが知っているヘルスケアを変革するでしょう。しかし、ハイドロゲルは 3D バイオプリンティングの用途で頻繁に使用されていますが、完全な材料ではなく、壊れやすい傾向があります。「強くもなく、柔らかくもなく、弾力性もありません」とホン博士は語った。

研究者らは最近、アメリカ化学会の学術誌「ACS Applied Materials & Interfaces」に「細胞印刷用の高弾性生分解性シングルグリッドハイドロゲル」と題する論文を発表した。協力者には、ボストンのノースイースタン大学のCancan Xu氏、Wenhan Li氏、Guohao Dai氏、Hong博士などが含まれます。

The abstract reads: "Cell printing is becoming a common technique for fabricating printed cellulose scaffolds for biomedical applications. Significant challenges remain in soft tissue bioprinting using hydrogels, which require living cells within the hydrogels. In addition, the elastic mechanical properties of the hydrogels also need to mechanically mimic natural soft tissues. Here, we developed visible light cross-linked, single-grid, biodegradable hydrogels with high elasticity and flexibility suitable for cell printing, unlike previous highly elastic hydrogels with dual networks and dual components. The single-network hydrogels use only one stimulus (visible light) to trigger gelation, which can greatly simplify the cell printing process. The obtained hydrogels are highly elastic, and their mechanical properties can be tuned to match various natural soft tissues. The hydrogels have good cell compatibility to support fibroblast growth in vitro. Various human cells were bioprinted with the hydrogels to form cell gel constructs, in which the cells showed high viability after 7 days of culture. Composite shapes were printed by the hydrogels, indicating the feasibility of hydrogels for cell printing. We believe that this highly elastic single-grid hydrogel can be simply printed with different cell types and can provide a new material platform and new ideas for hydrogel-based bioprinting research.

アメリカ化学会編集者賞に選ばれたこの論文で、研究者らは、3Dプリント可能なハイドロゲルが、ポリカプロラクトンのトリブロック生分解性ポリマー、すなわちポリ(エチレングリコール)-ポリカプロラクトン(PCL-PEG-PCL)と2つの末端アクリレート、および可視光水溶性開始剤からどのように作られるかを説明しています。

「ポリカプロラクトンとポリエチレングリコールは、すでに食品医薬品局が認可した機器やインプラントに広く使用されており、これらの材料を将来の前臨床および臨床試験に迅速に移行するのに役立ちます」とホン博士は述べています。「さまざまな軟部組織に合わせてハイドロゲルの機械的特性を調整できることは、大きな利点です。」

患者の自然組織の治癒と再生を助ける組織パッチの作成に使用できる新しい弾性材料の暫定特許が申請されたと報じられている。この研究の目的は、新しいハイドロゲルを使用して心臓に欠陥のある子供たちのために新しい血管を作ることです。しかし、ホン博士は、この目標を達成するにはまだ長い道のりがあると述べた。

出典: 3Dプリンティングオンライン

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