ハーバード大学が血管を3Dプリントする新手法を開発、人間の臓器に近い応用効果を実現

この投稿は warrior bear によって 2024-9-19 17:19 に最後に編集されました

2024年9月19日、アンタークティックベアは、ハーバード大学ワイス研究所の科学者が、人間の血管に似た複雑な構造を3Dプリントできる新しい方法を開発したことを知りました。研究チームは、ジョン・A・ポールソン工学応用科学学部（SEAS）と協力し、機能的で移植可能な実験室培養臓器の作成に向けた重要な一歩を踏み出しました。

同軸SWIFT（co-SWIFT）と呼ばれるこの新技術は、人間の心臓組織に埋め込まれた血管のネットワークを生成することができる。これらのネットワークは、平滑筋と内皮細胞の「殻」に囲まれた中空の「コア」を特徴とし、血管の自然な構造を模倣しています。
さらに、このイノベーションは、科学者が生体マトリックス内に中空のチャネルを印刷することを可能にした以前のバイオプリンティング技術である SWIFT を基盤としています。 2019 年に開発された SWIFT は、研究者が生体マトリックス内に中空のチャネルを印刷し、生きた細胞で満たされた組織のような材料内にチャネルを作成できるようにする画期的な技術です。これらの中空のチャネルは、血管の基本構造を模倣し、栄養素と体液が組織を流れる経路を提供するために重要です。しかし、これらのチャネルは単なる中空の空間であり、真の血管を強くし、血圧環境に対応できるようにする層構造が欠けています。
科学者によると、co-SWIFT は中空のチャネルを作成するだけでなく、人体の実際の血管を模倣するために複数の層を追加することで、それを次のレベルに引き上げます。 co-SWIFT を使用すると、3D プリントされた血管には、流体が流れるコアと、その周囲を平滑筋と内皮細胞でできた外殻が囲む構造になります。この外殻によって血管は強くなり、より自然な血管に似たものになります。これらのレイヤーを追加することで、co-SWIFT は血圧を維持できるシステムを作成します。これは、元の SWIFT 方式に比べて大幅に改善されています。
△Co-SWIFT は 3D 血管を印刷し、生きた人間の組織を支えることができる分岐血管ネットワークを作成します。
SEASの大学院生であり、この研究の筆頭著者であるポール・スタンキー氏は、チームの画期的な進歩はコアシェルノズルの設計にあると説明した。ノズルには 2 つの流体チャネルがあり、1 つはコラーゲンベースのシェルインク用、もう 1 つはゼラチンベースのコアインク用です。これにより、血管は複雑な分岐構造を形成できるだけでなく、血流の内圧に耐えられるほど強くなります。研究チームは、生体組織を支えることができる血管のネットワークを構築した。
SWIFT でプリントした血管をテストするために、研究チームは細胞を含まない 2 つの材料を使用しました。そのうちの 1 つは、生きた筋肉組織によく似たコラーゲンでできていました。印刷後、ゼラチンの芯を溶かして、血液が流れる経路を残しました。研究者らはその後、血管が本物の血管のように機能するように、外殻に平滑筋細胞、内層に内皮細胞を追加した。 7日間の試験後、血管壁は強固なままであり、内皮細胞の存在により血管の透過性が低下しており、血管が正常に機能していることが示されました。
しかし、本当の試練は、科学者がその技術を生きた人間の組織に適用したときに訪れます。彼らは、臓器ビルディングブロック（OBB）と呼ばれる人間の心臓細胞の小さな塊を作り、それを圧縮して高密度の固体構造にした。この高密度マトリックスは、実際の人間の臓器に細胞が密集しているのと同様に、より組織に近い環境を作り出します。そうすることで、彼らは共同 SWIFT 法をこの生体組織内の血管の印刷に適用するための基盤を構築し、印刷された血管が実際の人間の組織内でどのように機能するかをより現実的にテストできるようになりました。
△従来のSWIFT方式（左）と共同SWIFT（右）。
血管網をマトリックスに印刷することに成功した後、ゼラチンコアが除去され、血管に内皮細胞が灌流されました。 5日間の血液灌流シミュレーションの後、心臓組織は「よく反応」し、同期して鼓動した。この同期した鼓動は、組織が健康で適切に機能していることを示しています。
科学者らは、血管が生体組織を支えることができることを実証しただけでなく、「実際の患者のデータに基づいて左冠動脈血管のモデルを3Dプリントすることにも成功し、患者固有の血管付きヒトオルガノイドを作成するためのco-SWIFTの潜在的な有用性を実証しました」と、SEASのハンスイェルク・ヴィース生物学インスパイアードエンジニアリング教授で共同主任著者のジェニファー・ルイスは述べています。
専門家はまた、研究チームがこれを基に毛細血管ネットワークを構築する計画だと指摘した。毛細血管は栄養交換を担う小さな血管であり、顕微鏡的スケールで人間の組織機能を完全に再現するために不可欠です。
移植可能な臓器を研究室で培養するまでにはまだ長い道のりがあるが、この成果は驚くべき進歩を表している。
ワイス研究所の創設所長であり、この研究の共同執筆者であるドナルド・イングバー氏は、チームの努力を称賛し、次のように述べた。「機能的な生きた人間の組織を研究室で作るのは難しいと言うのは控えめな表現です。生きた鼓動する人間の心臓組織で、より優れた血管を作れることを実証したこのチームの決意と創造性を誇りに思います。将来、研究室で培養した組織を患者に移植するという彼らの継続的な成功を期待しています。」
イングバー氏は、ハーバード大学医学部およびボストン小児病院の血管生物学のジュダ・フォークマン教授、およびSEASの生物学的にヒントを得たエンジニアリングのハンスイェルク・ウィス教授も務めています。
△ワイス研究所創設者ドナルド・イングバー氏。
この技術の潜在的な応用範囲は、臓器移植だけにとどまりません。人工臓器の作成に加えて、複雑な血管系を複製する能力は、医薬品開発、疾患モデル化、再生医療への扉を開く可能性があります。科学者は研究室でより正確な人体組織のモデルを作成できるようになり、これまでは不可能だった方法で病気を研究したり治療法をテストしたりできるようになります。
この研究は、学術誌「Advanced Materials」に「機能組織への同軸犠牲書き込みによる生体模倣血管ネットワークの埋め込み」と題する論文として発表され、海軍研究局と国立科学財団の支援を受けて行われた。この成功を基に、チームは現在、印刷された血管ネットワークの複雑さを高め、生体組織との統合を改善することに重点を置いて、co-SWIFT を次にどのように進化させるかを検討しています。

関連論文リンク: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202401528

ハーバード大学が血管を3Dプリントする新手法を開発、人間の臓器に近い応用効果を実現

カーボン「ブラックテクノロジー」 - カーボンファイバー3Dプリント野球グローブが野球の装備をアップグレード

中国付加製造産業連盟：わが国の3Dプリント産業規模は2016年に80億元に達した

衡水市が初の3Dプリント体験センターを設立

天津鵬慧は航空機製造のアップグレードのため、数千万元を投じてレーザー金属3Dプリンター13台を購入

米陸軍: 3D プリント技術を使用して陸上車両を製造し、陸軍の戦闘準備態勢を向上!

AMT が 3D プリント後処理の現在のトレンドと課題について語る: 3D プリントはもはや単なる「誇大宣伝」ではない

AddUpとエアバス、初の宇宙用金属3DプリンターをESAに納入

捜索救助活動に使用される3Dプリントロボット

E3D、Tuozhu X1/P1シリーズ向けに設計された新しい高流量ObXidianホットエンドデバイスを発売

コンフォーマル冷却モールド - 3Dプリントの価値提供

推薦する

ScanTechのNimbleTrackはユーザーエクスペリエンスに共鳴し、業界をインテリジェントなワイヤレススキャンの時代へと導きます。

繊維を注入したインクで3Dプリントされた心筋が鼓動する

Signify はエジプト最大のスーパーマーケットに 2,000 個以上の 3D プリントランプを設置し、持続可能なイノベーションを披露しました。

上海宇宙推進研究所等宇宙推進における積層造形技術の応用

アムノビス、ルーヴェン・カトリック大学と知的財産ライセンス契約を締結し、高い導電性と強度を備えた銅3Dプリントサービスを開始

金属印刷における冶金、機械モデリング、機械学習の応用

MRIデータを3Dプリント可能なCADモデルに変換する方法を学びましょう

ケンブリッジ大学は、さまざまな部品、材料、3Dプリントシステムのエラーを修正できるスマート学習AIアルゴリズムを開発しました。

MITのエンジニアが、より完璧な3Dプリントシューズを作るための新しい設計モデルを開発

医療大手ジョンソン・エンド・ジョンソンが3Dプリント手術機器市場に参入

旧暦1月15日は、頭を使って元宵節をお祝いしましょう！ HP 3Dプリンティング体験デーのチケットを獲得しましょう

Senvol 3D プリントデータベースの紹介

ウォルバーハンプトン大学とダイヤモンド・ハード・サーフェス社が協力し、次世代の組み込み電子機器用ヒートシンクを開発

粘土模型を作るのは難しすぎますか？金石3Dプリントは車のモデルを作るのにたった15日しかかからない

ファースーン、湖南華翔医療が3Dプリントタンタル椎間固定装置でクラスIII医療機器登録証明書を取得できるよう支援