TPU材料への新しいアプローチ、FDM技術を使用して組織培養スキャフォールドを作成する

熱可塑性ポリウレタン（TPU）といえば、この素材は靴製造業界と容易に結び付けられます。TPUは優れた耐荷重性、耐衝撃性、衝撃吸収性を備えているため、ソフトボールシューズ、野球シューズ、ゴルフシューズ、サッカーシューズの靴底や前足部の製造に非常に適しています。しかし、TPU に関する科学者の見解はこれに限定されません。ユニバーシティ・カレッジ・ロンドンのアチャラ・デ・メル博士と彼女の研究チームは、FMD溶融押し出し技術を使用して、体内で細胞組織を培養するために使用できるさまざまなプラスチック管状構造を3Dプリントしました。

このアプローチを通じて、UCL の研究者は、特に 3D プリントによる組織培養の手頃な方法を開発することで、研究と患者ケアの両方にとってコストが安く、手の届きやすいものにし、実験室での細胞培養に対する総合的なアプローチを概念化しました。 PLA ほど一般的には使用されていませんが、UCL プロジェクトは熱可塑性ポリウレタン (TPU) に焦点を当てました。 TPU は、その独特の可塑性と弾性により、科学者によって実用的な材料として考えられています。

3Dプリンターについては、科学者たちは市場で入手可能な2つの市販機、Sharebot Next GenerationとRokit 3Dison Multiを選択しました。価格は1,850ドルから1,990ドルです。科学者たちは、Blender、Slic3r、Makerbot スライシングソフトウェアを使用して培養足場の CAD モデルを作成しました。アチャラ・デ・メル博士の研究室の研究者たちは、特別に調整された TPU 材料を使用して、さまざまな管状スキャフォールドを迅速に製造できることを実証しました。これらの管状の足場は直径と厚さが異なり、その管状の弾性構造は多くの臓器に共通する構造的特徴です。

これらのチューブ内の充填物は、細胞の成長をサポートする足場として機能するように設計されています。スキャフォールドは、剛性、形状、表面粗さ、異方性の違いなどの物理的特性を細胞に与えるように設計できます。細胞はこれらの違いを感知し、増殖の変化で反応します。

アチャラ・デ・メル博士は、3D プリントによりスキャフォールド内で複数の組み合わせを作成できることを発見しました (従来の製造方法では、このような効率性と再現性を実現するのは困難です)。これにより、科学者は多数の実験を通じて、さまざまな 3D プリントスキャフォールド構造に対する細胞の反応に関する情報を得ることができます。このビッグデータにより、エンジニアは詳細な分析を実施して、より適切な 3D プリント設計を選択し、スキャフォールドを製造して、望ましい細胞反応を実現できます。研究者らは、3Dプリントされた管状スキャフォールドの各例において、さまざまなサイズと充填構造をテストし、骨の多孔性を回復して血管の成長を促進するのに最も適したものを見つけました。

図: I) さまざまな 3D プリントチューブ内の充填構造。 II) チューブの形状とサイズ。チューブベースの構造を素早く繰り返し開発するのは比較的簡単だったため、研究者たちは次に、人間の気管の構造を模倣したモデルの作成に着手しました。

図: 3D プリントされた気管モデルの構造これらの基本構造を念頭に置いて、TPU の細胞培養の可能性は、ヒトの皮膚細胞と組み合わせたサンプルと、気管支関連の幹細胞と組み合わせたサンプルの 2 つに分けることができます。培養3日後および14日後、細胞は活発な成長と増殖を示しました。

図: 3D プリントされた TPU 細胞足場上での陽性細胞増殖。アチャラ・デ・メル博士は、3D プリントされた細胞培養スキャフォールドの商業的見通しについて非常に楽観的です。彼女は、次のステップは規制資格と関連する倫理について議論することだと考えています。近い将来、3D プリントによる組織工学の影響が看護治療の分野に入り込み、その普遍性が今日の薬局のようになると考えられます。

市場調査によると、米国でもTPUを組織培養用足場に使用する研究事例がある。ケース・ウェスタン・リザーブ大学では、TPU材料とPLA材料、酸化グラフェン材料を混合することで、優れた機械的特性を持つ細胞培養用足場を印刷した。

出典: 3D Science Valley 詳しい情報:
3Dプリントランニングシューズが発売、シューズにおけるTPU素材の応用例を分析完璧な3Dプリント素材 - TPU

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