生きた細胞の3Dプリントは、未来の医療と動物実験の代替への道を開く

南極熊の紹介: 1980 年代に 3D 印刷技術が登場して以来、製造業で重要な位置を占めるだけでなく、バイオプリンティングの分野にも拡大し、人間の臓器を印刷したり組織を再生したりできるようになりました。このような技術の進歩はどのような変化をもたらすのでしょうか?

2024年8月27日、アンタークティックベアは、イタリアのバイオエンジニアであるリカルド・レヴァート博士などの研究者がこの技術を刺激的な新しい方向に推し進めていることを知りました。

オランダのユトレヒト大学医療センターおよびユトレヒト大学のバイオファブリケーションおよび再生医療の准教授であるレヴァート博士は、ベルギー、イタリア、オランダ、スウェーデン、スイス出身のメンバーからなる多国籍研究チームを率いています。 2021年から2025年までのENLIGHT研究プログラムの一環として、彼らは人間の細胞から作られた小型の3Dプリント膵臓を開発しています。

このプロジェクトの目的は、糖尿病の新たな治療法の試験の信頼性と正確性を向上させ、将来的には実験室で人体移植用の臓器を培養することだ。この研究は医療分野に革命をもたらすだけでなく、動物実験を必要としない製品の開発への道を開く可能性もあります。

△レバトは、さまざまな生体組織向けのコスト効率の高い3Dプリント技術の開発を目指すPRISM-LTと呼ばれる多国籍研究プログラムを主導している（ポータル）
生きた青写真

この研究における重要な材料の一つは幹細胞です。これらの細胞は、適切な信号を受け取ると、筋肉細胞、血液細胞、脳細胞など、さまざまな種類の人体組織に分化することができます。

最初の実験は糖尿病患者を助けることを目的としており、幹細胞から培養されたインスリン産生細胞が使用された。しかし、これらの細胞を病気の膵臓に移植するだけでは、一時的な緩和しか得られません。それは細胞に必要なサポートが不足しているからだ、とレバト氏は言う。

△リカルド・レヴァート博士は次のように説明した。「これらの細胞を構造も血管もなく、保護物質もない環境に置くと、細胞は時間とともに死んでしまいます。この状況は通常数年しか続かず、その後は再度移植しなければなりません。」

レヴァト氏とENLIGHTチームは、細胞の長期生存をサポートするために血管を備えた3次元インプラントを作成することを目標に、3Dプリント技術を通じてこの問題に取り組もうとしています。従来の 3D 印刷プロセスでは生きた細胞が簡単に損傷してしまうため、このプロセスは困難です。

研究者たちは、水分を多く含むゲル、つまりバイオインクを使用することでこの問題を解決しました。このゲルは細胞を運び栄養を与えるだけでなく、印刷プロセス中に必要なサポートも提供します。次に、臓器が遺伝子の「設計図」に従って正常に発達するように、細胞の分化プロセスを誘導する必要があります。これを実現するために、研究者らは光技術を利用して細胞分化のプロセスを正確に制御しました。

△関連する生物学的3Dプリンティングの模式図（本研究とは関係ありません）
幹細胞の3Dプリント

ENLIGHT の研究者たちは、細胞を損傷する可能性がある従来の 3D プリンターのようにノズルから押し出すのではなく、光を使用して細胞を含むバイオインクを成形する新しい 3D 印刷技術を開発しました。

「私たちは、光ホログラフィーを使って、媒体内の物体の光学画像を作成します」とレバト氏は説明します。「光ホログラフィーは、光波の干渉パターンを記録して再構築することで、物体に関する 3 次元情報を取得する方法です。この 3D 光学構造では、培養媒体は一部の領域では固体になり、他の領域では液体のままなので、洗い流すことができます。細胞は、生体組織の細胞外マトリックスに似たゼラチンのような物質に包まれています。」

次に、研究者らは細胞を特定の波長の光にさらし、細胞がインスリン産生細胞へと成熟するよう促した。チームは現在、研究室でインプラントをテストしており、研究者たちは、10年後には3Dプリントされたオルガノイドが標準的な医薬品開発手順の一部になることを期待している。

3D プリント技術は、特に動物実験の削減と持続可能な食品の生産において、バイオメディカルや食品生産の分野で幅広い応用の見込みがあります。特に、研究者たちは、医療や食品産業で重要な役割を果たす可能性のある、生物組織の質感をリアルに模倣できる複雑な構造を作り出すことを目指して、生体組織用の費用対効果の高い 3D プリント技術の開発に取り組んでいます。

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