深セン先端技術研究所は、骨と軟骨を一体化した修復用足場を構築するための3Dプリント分野で新たな進歩を遂げた。

深セン先端技術研究所は、骨と軟骨を一体化した修復用足場を構築するための3Dプリント分野で新たな進歩を遂げた。
最近、中国科学院深圳先進技術研究所医学研究所人体組織・臓器退化研究センターの阮長順准研究員率いる研究チームと、天津大学材料科学工学学院の劉文光教授率いる研究チームが、3Dプリントの分野で新たな進歩を遂げ、骨と軟骨を一体化した修復用スキャフォールドを構築しました。研究チームは初めて、直接ワンステップ 3D 印刷技術を使用して、生体活性勾配を備えた高強度ハイドロゲルを構築し、統合されたバイオニック骨軟骨二相構造を実現し、生体内および生体外で同時に骨軟骨修復を促進する能力を確認しました。この研究結果は、「骨軟骨欠損の効率的な修復のための高強度バイオハイブリッド勾配ハイドロゲルスキャフォールドの直接3D印刷」というタイトルで、権威ある学術誌「Advanced Functional Materials」(2018 DOI: 10.1002/adfm.201706644、インパクトファクター12.124)に掲載されました。


関節軟骨自体には神経や血管がなく、細胞も非常に少ないため、損傷すると修復が困難になります。さらに、軟骨が損傷すると、軟骨下骨が影響を受け、骨軟骨の欠損につながります。軟骨と軟骨下骨の生物学的特性が異なるため、骨軟骨の統合修復は非常に困難です。通常、骨と軟骨組織のバイオニックス スキャフォールドは別々に作成され、その後、骨軟骨統合再生スキャフォールドに組み立てられます。しかし、実際には、骨と軟骨の界面結合力が弱いことが多く、アプリケーションの要件を満たすことが困難です。したがって、バイオニック骨軟骨再生および修復のための統合再生足場を迅速に構築することは大きな課題です。


この研究で、研究チームは、直接 3D プリントできる、水素結合を強化した高強度のハイドロゲル インクを発明しました。このインクは、アクリロイルグリシンアミド(PNAGA)共重合体をベースにした超分子ポリマーハイドロゲルです。PNAGA共重合体ハイドロゲルは、ホモポリマーハイドロゲルよりも融点が低く、流動性に優れています。光架橋なしで直接3Dプリントできます。プリント後は、マクロ構造とミクロ構造をそのまま維持しながら、素早く硬化して成形できます。同時に、研究チームは軟骨と骨の統合構造をシミュレートし、マルチノズル交互印刷を使用して、下層にβ-TCP、上層に成長因子TGF-β1の複数の層を含む勾配スキャフォールドを準備しました。バイオハイブリッド勾配ハイドロゲルスキャフォールドは、PBS に長期間浸漬した後も、安定した細孔構造と良好な機械的強度を維持しています。多孔度が高い場合でも、圧縮強度は 1 MPa を超えています。100 回の圧縮サイクル後も、強度の低下や剥離は見られませんでした。生体内実験では、ハイブリッド勾配ハイドロゲル足場が軟骨と軟骨下骨の再生を同時に促進できることが示されました。

この研究は、国家自然科学基金、深セン孔雀チーム、広東省青年人材、深セン市科学技術イノベーション委員会によって資金提供された。

出典:中国科学院深圳先端技術研究所・医学研究所退行性疾患センター

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