3Dバイオプリンティングが再生医療を新たな高みへ

この投稿は Little Soft Bear によって 2017-4-15 16:18 に最後に編集されました。

従来の再生医療では、複雑な組織や臓器の3次元構造を再現することは非常に困難ですが、3Dバイオプリンティングでは生物組織のミクロおよびマクロ構造をほぼ完全に再現し、機能的な再生を実現できます。近い将来、バイオプリンティングによって人間の組織や臓器の構造、機能、形態のより優れたシミュレーションが実現され、再生医療が新たな高みへと押し上げられると信じています。 FutureMarketInsightsが発表したレポートによると、世界の3Dプリント医療機器市場は2016年に2億7,960万米ドルに達し、今後10年間で年平均成長率（CAGR）17.5%を記録する見込みです。市場調査会社IQ4I Research & Consultancyの最新の分析レポートでは、2022年までに世界の医療用3Dプリント市場は38億9,000万米ドル（約260億人民元）に達すると指摘されています。さらに、3D プリンティングは、医療の補助や一部の人間の臓器の製造に加えて、カスタマイズされパーソナライズされた医療機器を提供する上でも大きな可能性を秘めています。

3Dプリントは、模型や家屋、さまざまな小物の印刷に加え、鼻や軟骨などの生体臓器の印刷でも注目を集めています。最近、中国の科学者たちはバイオプリンティングのインクとして金を使用する新しい技術を発明し、印刷された心筋組織の機能を大幅に改善しました。
この新技術の主研究者である復旦大学中山病院の朱凱氏によると、いわゆる「金」は私たちが日常生活で目にする金ではなく、導電性の低い従来の生物学的インクに導電性金属の金ナノ粒子を加えたものである。このようにして、新しい材料はインクの生体伝導性を効果的に改善し、そこに埋め込まれた心筋細胞間の電気信号の伝達をより速く、より安定させ、それによって心筋組織全体の自発的かつ同期した拍動を実現します。

2003年には早くも、科学者たちはインクジェットプリンターのカートリッジのインクを細胞を含むハイドロゲルに置き換え、初めて生きた細胞パターンの印刷を実現しました。細胞を含むこれらのインクは比喩的に「バイオインク」と呼ばれます。印刷パターンと座標位置を調整することで、生きた細胞を含む特定の三次元構造を印刷できます。その後の 10 年間で、バイオプリンティング技術は大きな進歩を遂げ、印刷方法から印刷材料まで大幅に改善されました。

従来の再生医療では、複雑な組織や臓器の3次元構造を再現することは非常に困難ですが、バイオプリンティングでは生物組織の微視的および巨視的構造をほぼ完全に再現し、機能的な再生を実現できます。科学者は、印刷形式、バイオインク、細胞の選択などのバイオプリンティングパラメータを合理的に調整することで、肝臓、血管、さらには心臓を含むさまざまな人工組織や臓器を準備することができます。

心臓には特殊な伝導系があり、この系で刺激を発生させて心臓の各部に伝え、心筋細胞間の電気信号伝達によって心房筋と心室筋のリズミカルな収縮を促し、全身の血液循環を実現しています。そのため、バイオプリンティングなどの技術を用いた人工心筋組織の製造においては、心筋細胞間の電気信号の伝導をどのように高めるかが常に難しい問題となっていました。

バイオプリンティングはあらゆる形状の人工組織や臓器を作製できるため、人体組織の損傷部分を効果的に画像化してモデリングすることで、損傷部分の特定の形態を再構築し、傷口とシームレスに接続することができ、再生・修復効果が大幅に向上します。特に外傷性皮膚の修復の分野ではバイオプリンティングが応用されています。赤外線イメージング技術とバイオプリンティングノズルを組み合わせて傷の深さを測定し、スキャンプロセス中にリアルタイムで印刷することで、皮膚外傷の均一な修復を実現できることが報告されています。

現時点では、バイオプリンティングが臨床的に使用される前に解決する必要がある重要な問題がまだいくつか残っています。例えば、印刷中に発生するさまざまな温度変化、せん断力などの要因により、細胞の生存率が低下します。印刷装置をより精巧に改良し、印刷プロセス中のさまざまな悪影響を軽減し、印刷された組織の生存率と利用率を高める方法は、まだ克服する必要がある課題です。バイオインクに添加される金ナノ粒子などのさまざまな材料も、細胞の活動に影響を与えずに生体適合性を向上させるために、表面をさらに改質する必要があります。

10年前、バイオプリンティングは人々にとって神話だったかもしれませんが、今では一般的な治療法に発展しました。近い将来、バイオプリンティングによって人間の組織や臓器の構造、機能、形態のより優れたシミュレーションが実現され、再生医療が新たな高みへと押し上げられると信じています。

出典: 3D Intelligent Manufacturing Network 詳しい情報:
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