生物学的3Dプリンティングの技術的難しさと市場開発動向

バイオ 3D 印刷技術は、プラットフォームベースの重要な共通技術です。その最終目標は、医学、工学、電子工学、生物学を統合して、組織の修復や臓器移植に使用するために、人間の臓器や組織とまったく同じ代替品を「印刷」することです。例えば、皮膚移植は火傷の治療に使用され、肝臓移植と腎臓移植は肝臓がんや腎不全などの治療に使用されます。この技術は、製薬会社による新薬の創出、医療機器会社によるパーソナライズされた医療機器の開発と生産、病院における新しい医療技術の研究開発と変革にとって重要な応用価値を持っています。

しかし、バイオメディカル分野における生物学的 3D 印刷技術の応用が拡大するにつれ、印刷スループットの低さ、準備の標準化と専門化などの問題がこの技術の応用に対する重要な制約となっています。従来の 3D プリントのコア技術を活用することに加えて、生物学的 3D プリントのすべての製造プロセスは、生物学的基準に準拠し、細胞の活動と組織の機能を確保し、医療基準を満たす必要があります。各臓器に最適な生体材料、細胞、成長因子の組み合わせを得るには、多くの実験が必要です。さらに、3Dプリントで製作された臓器の機能試験も必要です。

したがって、生物学的 3D プリントの技術レベルは、単に 3D プリントを使用してモデルを作成するというレベルをはるかに超えています。要約すると、生物学的 3D プリンティングを成功させるには、次のような特定の技術的課題を克服する必要があります。

1. セルテクノロジー 関連する生物学的組織や臓器の 3D バイオプリンティングでは、適切な種類の細胞を選択することが重要です。人体のさまざまな組織は、独自の細胞の組み合わせで構成されています。肝臓は主に肝細胞で構成され、心臓は主に心筋細胞で構成され、皮膚は主にさまざまな上皮細胞で構成されています。しかし、すべての組織特異的細胞を体外で分離して培養できるわけではなく、すべての細胞が生物学的 3D 印刷環境を経験した後も生物学的活動を維持できるわけではありません。したがって、細胞の分離、培養、増殖技術を最適化する方法は、生物学的 3D プリンティングの成功を確実にするための前提条件です。

2. 生体材料 人体のさまざまな組織や臓器は、皮膚の柔らかさや骨組織の硬さなど、それぞれ独自の物理的および機械的特性を持っています。そのため、さまざまな組織の生物学的3Dプリントのプロセスでは、組織の特性に対応する生体材料を選択する必要があり、これらの材料は、選択した細胞の生物学的活動と機能を最大限に維持する必要があります。さらに重要なのは、選択した材料が 3D 印刷システムで操作可能である必要があることです。このため、生体材料の選択は非常に困難になり、印刷プロセス中に継続的な最適化と改善が必要になります。

3. 製造プラットフォーム 現在、生物学的 3D プリンティングには、レーザーベース、インクジェットベース、押し出しベースの 3 つの主要なプラットフォームが使用されています。これら 3 つのプラットフォームにはそれぞれ長所と短所があり、特殊な機能も異なり、ハードウェアテクノロジに対する要件も異なります。製造が必要なさまざまな組織や臓器に応じてプラットフォームを合理的に選択する方法も、生物学的 3D プリンティングの成功の鍵となります。これら 3 つのプラットフォームは、従来の 3D プリンティングや 3D 製造システムで広く使用されているため、最も重要な点は、細胞の生物学的活性と生体材料の物理的特性を維持しながら、バイオ製造システムと統合してその有効性を最大限に高め、製品を医療用途の基準に適合させることです。

現在、国内外のバイオ3Dプリント医療機器は、主に金属製股関節、PEEK頭蓋内骨修復材、ハイドロキシアパタイトなどの整形外科用修復材料などの非分解性3Dプリント機器に集中しており、中国と海外との差は大きくありません。分解性組織修復デバイスは、生物学的 3D 印刷技術の次の段階の開発のホットスポットであり、より大きな市場をもたらすでしょう。

3Dプリント技術は、我が国が第13次5カ年計画で支援・発展させている新興戦略産業の一つであり、第13次5カ年国家重点研究開発計画で支援されている主要プロジェクトの1つとして挙げられています。国家衛生・計画出産委員会、工業情報化部、国家食品医薬品局などの部門は、一連の産業支援政策を導入し、「3Dプリント技術は医療分野で大きな将来性と幅広い市場を持っている。工業情報化部は支援と調整の取り組みを強化する」と「3Dプリント医療機器は、医療産業の発展を促進し、国家の発展を促進する上で大きな意義がある。国家食品医薬品局は、3Dプリント技術が合理的かつ効率的に発展できるように、関連するシステムと承認手順の変革を開始した」と明確に指摘した。

12月13日、工業情報化部と他の12の省庁は「付加製造産業発展行動計画（2017-2020）」の公布に関する通知を発表しました。この行動計画は、政策支援などの面で業界に一定の支援を提供することが期待されています。生物学的3Dプリント業界は現在、最も有望な市場分野となっています。医療用途の生物学的3Dプリント技術の産業方向性は今後長期にわたって明確であり、政府は3Dプリント技術の発展を強力に支援するだろう。

2016年、わが国の付加製造産業の規模は80億元に達し、産業規模は急速な成長を遂げました。世界の3Dバイオプリンティング市場の売上高は、2015年から2020年にかけて年間平均約22%の成長率を維持し、2020年までに世界の市場規模は23億米ドルを超えると予測されています。

出典: Flint Creation さらに読む:
中国科学院深圳先端技術研究所は、3Dプリントされた生物学的多孔質足場材料の研究開発で進歩を遂げた。

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