[3D Tribe 実践的知識共有] 生物学的 3D プリントスキャフォールドと細胞プリントの詳細な説明

1986年にアメリカの科学者が世界初の3Dプリンターを発明しましたが、その技術が広く知られるようになったのは近年のことです。時代の発展とともに、3Dプリントは人々の日常生活でより広く使用されるようになりました。 3D プリントの役割は、プラスチック、金属、その他の物体のモデルを作ることだけではなく、薬剤を印刷したり、生物組織と組み合わせて人類の伝統的な医療モデルを変革したりすることもできます。生物学的 3D プリンティングの主な研究分野は、皮膚、骨組織、血管、臓器 (心臓、腎臓、胎盤、卵巣など)、薬物や栄養素の制御放出です。今日は、骨組織と血管のプリンティングの基礎である生物学的スキャフォールドプリンティングと細胞プリンティングについてお話ししましょう。

バイオスキャフォールド印刷細胞の成長、繁殖、代謝などの生命活動には、一定の内部環境が必要です。バイオマテリアルスキャフォールドは、細胞に生体内環境に似た場所を提供します。スキャフォールドは分解性および吸収性の生体材料から印刷され、対応する細胞と混合されてin vitro組織または臓器モデルを形成し、インキュベーター内または実験動物の体内に配置されて培養され、最終的に理想的な印刷製品が得られます。

スキャフォールドのマクロ構造は組織や臓器の全体的な形状（患者や臓器の個体差、解剖学的特徴など）に反映され、ミクロ構造はスキャフォールドの内部構造（細孔サイズ、形状、空間分布、細孔の相互接続など）に反映され、ナノスケール構造はスキャフォールドの表面改質（細胞接着、増殖、分化のための生体分子接着剤など）に現れます。理想的な軟骨組織工学スキャフォールド材料には、次の特性が必要です。
* 組織適合性が良好
* 生分解性が良好
*効果的な界面活性剤。
* ある程度の可塑性
※立体的な多孔質構造をしています。

血管プリンティングはバイオプリンティングの基礎です。血管に栄養が供給されて初めて、プリントされた組織や臓器は生き残ることができます。現在、血管の3Dプリントでは、一般的に足場材料＋シード細胞のプリント方式が採用されています。種子細胞は、分化を誘導できる血管内皮細胞または幹細胞です。主な足場材料はポリ乳酸に代表される人工合成ポリマーです。

一部の学者は、セルロース、コラーゲン、ポリ乳酸グリコール酸共重合体などの原料を使用して足場を印刷し、脂肪幹細胞を足場に「移植」しました。その後、脂肪幹細胞を血管内皮細胞と平和細胞に分化させ、人工血管の印刷に成功しました。

細胞印刷スキャフォールド技術の空間解像度により、細胞がスキャフォールド材料に浸透する速度が制限され、スキャフォールド全体にわたって高効率で均一な浸透を実現できません。人体の組織や臓器の構造に応じてさまざまな種類の細胞を正確に配置し、天然の組織や臓器に似た3次元構造を形成することは不可能です。固体スキャフォールドはポリ乳酸（PLA）で作られており、比較的硬いです。心臓血管などの収縮組織の作成には効果的ではありません。固体の足場に細胞を播種すると、血管新生が不足し、酸素供給が不十分になり、組織や臓器の壊死が起こりやすくなります。

細胞印刷技術は、細胞、成長因子、足場を組み合わせて完全な全体構造を形成し、さまざまな種類の細胞を正常な解剖学的構造に従って正確に配置することができ、細胞、成長因子、足場間の相互作用を通じて正常な生物学的機能を発揮することができます。そのため、細胞印刷は組織工学において最も有望な技術であると考えられています。」

現在、セル印刷には主に以下の種類があります。
*レーザー誘導直接書き込み
*ステレオリソグラフィー
* 直接3次元制御セルアセンブリ技術
*音声起動印刷
* 細胞注入、生物学的3Dプリント技術に基づく生物学的描画
*インクジェットセル印刷
*バッチセル印刷

展望<br /> 現在、バイオメディカル分野における 3D プリントの応用は、臓器、組織、システム間の相互接続を無視しており、比較的単純です。血管プリンティングは組織や臓器をプリントするための基礎です。血管に血液が供給されなければ、細胞は生き残ることができません。生体材料スキャフォールドは、ヒトバイオプリンティングの主流です。人体に移植可能なバイオプリンティングを真に実現するには、生物学的スキャフォールドと人工血管の混合印刷、ヒト細胞の接着、成長、分化のメカニズムの研究、さまざまな生体材料構造と印刷プロセスの研究が必要です。

出典: 3D Tribe 詳しい読み物:
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