3Dプリント臓器は現実のものとなったが、なぜ病院はそれを患者に使用することを恐れるのだろうか？

体内の臓器や組織に何か異常が生じ、希少なドナー臓器が見つかるかどうか心配していると想像してください。このとき、病院は 3D プリンターを使用してまったく新しい臓器を印刷し、それを体内に移植します。機械の古い部品を交換するのと同じくらい簡単です...

テクノロジーの発展により、かつてはSF映画に登場していた多くのシーンが、もはやファンタジーではなくなりました。例えば、3Dプリンターの登場により、臓器の再生が可能になりました。

近年、国内外で3Dバイオプリンティング技術が急速に発展し、3Dプリンティング技術を使用して印刷された手術モデルが一部の病院で広く使用され始めています。また、人体に適合するインプラントを印刷するための 3D バイオプリンターの使用や、臓器を印刷するための「インク」としての細胞の使用においても、画期的な進歩が遂げられています。

2016年末、広州婦人児童医療センターは先天性の顎変形症が原因となる稀な病気「ピエール・ロバン症候群」の患者を受け入れた。この子供は授乳が困難な場合が多く、重症の場合は命に関わることもあるため、手術が差し迫っている。

この手術は、患者の骨を切り開き、正常な位置まで伸ばす必要があります。どこを切るか（骨切りの位置）と、どの程度（角度と距離）伸ばすかという厳密な条件があり、「少しのミスが大きなミスにつながる」とも言えます。そのため、医師は思い切って3Dプリントされた患者の顎模型を使って事前リハーサルを実施し、手術の効率と精度を効果的に向上させ、最終的により良い結果を達成しました。

研究によると、3Dバイオプリンティングの応用には主に3つの段階があります。体外手術モデル、人体に移植可能なオルガノイドと組織の印刷、細胞を使用して活性臓器と組織の印刷です。最初の 2 つの段階はすでに達成されており、最も広く使用されている段階ですが、細胞を使用して活性臓器や組織を印刷することは、現在のところ最も困難です。

なぜそんなことを言うのですか？生体臓器の 3D プリントは技術的な観点から最も困難なため、少なくとも次の 3 つの課題を克服する必要があります。

1. 印刷プロセス中に細胞が生存、発達、変異、さらには腫瘍化するかどうかという問題を解決する必要があります。
2. 3D バイオプリンターは、生体模倣製造の精度と正確さに関する極めて高い要件を満たす必要があります。
3. 組織や臓器は、複数の材料や細胞から構成される異質なシステムであり、製造には非常に高い要件が求められます。

現在、科学研究者たちは技術的な困難を克服するために懸命に取り組んでいます。ジェネンテックバイオテクノロジー株式会社の会長と杭州典子大学の徐明根氏のチームは、独自に生物学的3Dプリンター「Regenevo」を開発し、これを使用して小規模な人間の耳軟骨組織と肝臓ユニットの印刷に成功しました。印刷された細胞の生存率は90％を超え、生存期間は4か月以上です。

2016年末、四川大学華西病院の研究チームは、アカゲザルから採取した脂肪由来間葉系幹細胞を使って3Dバイオプリンティングインクを調製し、独自に開発した3D生物血管プリンティング装置を使用して生物学的に活性な人工血管を構築し、これをアカゲザルの腹部大動脈の一部と置き換えて血管再生を実現した。

海外では、3Dバイオプリンティング研究の主要な中心地である米国のウェイクフォレスト大学のチームが、2006年に細胞増殖技術を使用して体外で膀胱を培養することに成功しました。 2016年2月、同大学の研究チームは新たに開発された3Dバイオプリンティングシステムを使用して、動物に移植された後も機能を維持する人工の耳、骨、筋肉組織を印刷した。

徐涛氏のチームはまた、心筋細胞と生体材料を使用して動物の心臓の印刷をシミュレートし、印刷された心臓が依然としてリズミカルに鼓動することを発見した。これは、心臓に特定の機能があることを示唆している。また、羊水から抽出した幹細胞の3D印刷を使用し、骨分化因子を追加して活性骨組織を得た。

しかしながら、研究室での成功は必ずしも産業上の成功を意味するものではありません。医薬品は他のものと異なり、安全性と有効性を確保する必要があり、多くの実験検証が必要です。組織修復用の無細胞 3D プリント製品が研究開発から市場に出るまでには、約 5 ～ 6 年かかると推定されています。

3Dプリント臓器が直面しているもう一つの大きな課題は、現在、臓器のほとんどが「細胞＋接着剤」方式でプリントされており、細胞が長期間接着できないことです。したがって、これらが人体内で正常に機能するかどうかはまだ調査されていません。血管は臓器組織に比べて細く、長く、中が空洞です。また、栄養素や血液を輸送する役割も担っているため、印刷するのは非常に困難です。

現在、国内外で3Dプリントされた組織様構造は組織に類似しているが、組織の機能を備えていない。一見単純な組織であっても、人工的な再構築には大きな課題があるからだ。皮膚を例に挙げてみましょう。皮膚は薄い層のように見えますが、多くの機能を持っています。身体を保護するだけでなく、感覚、体温調節、発汗などの機能もあります。印刷された皮膚にこれらの機能がなければ、機能しません。

全体的に、3D プリントされた臓器の安全性は、考慮すべき最も重要な問題です。想像してみてください。3D プリントされた臓器組織が国家食品医薬品局 (CFDA) によって承認されていない場合、たとえ正常にプリントされたとしても、どの病院がそれを使用するでしょうか?

さらに読む：「3Dプリント臓器は動物の生体解剖を終わらせるか？」》

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出典:白家曉

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