研究者らが3Dプリント用の微細藻類から初のバイオインクを開発

2024年8月13日、アンタークティックベアは、ハイデルベルク大学分子システム工学・先端材料研究所（IMSEAM）の科学者であるエヴァ・ブラスコ教授が率いる国際研究チームが、微細藻類から抽出した原材料を使用して、複雑な生体適合性3D微細構造を印刷するためのインクを製造することに初めて成功したことを知りました。微細藻類ベースの材料は、将来的には 3D 細胞培養インプラントや足場の基盤として使用される可能性があります。
ハイデルベルク大学によれば、珪藻類のOdontella auritaや緑藻類のTetraselmis striataなどの微細藻類は、脂質や光活性色素の含有量が多いため、3Dレーザープリント用の持続可能な材料を生産するための「バイオファクトリー」として特に適しているという。

関連研究は、「プリンティング・グリーン：光による3Dプリンティングのための微細藻類ベースの材料」と題する論文として、Advanced Materials誌に掲載されました。

論文リンク: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202402786
付加製造技術の中でも、 2光子3Dレーザープリンティングは、マイクロスケールおよびナノスケールの製造において特別な利点を持っています。非常に高い解像度を備えているため、光学やフォトニクス、マイクロ流体工学、バイオメディカルなど、さまざまな分野で使用できます。
これまで、この高精度 3D レーザー印刷プロセスのインクとしては、主に石油化学ベースのポリマーが使用されてきました。しかし、これらのポリマーは化石燃料の消費や温室効果ガスの排出に寄与し、有毒成分を含んでいる可能性があります。微細藻類は、成長速度が速く、栽培中に二酸化炭素を固定し、生体適合性があるため、3D プリント用の持続可能な材料を生産するための「バイオファクトリー」として特に適しています。
「多くの利点があるにもかかわらず、微細藻類は光ベースの3Dプリンティングの原料としてはほとんど考慮されてこなかった」と、高分子化学、材料科学、3Dナノファブリケーションの交差点で研究する研究グループのブラスコ教授は言う。
△写真提供：クララ・バスケス・マルテル
研究チームは初めて、高解像度の3Dレーザープリント用に微細藻類から生体適合性材料を抽出することに成功した。研究者らは、トリグリセリドの形で脂質を特に多く含む珪藻類Odontella auritaと緑藻類Tetraselmis striataの2種類の藻類を実験に選んだ。研究チームはトリグリセリドを抽出し、光の下で素早く硬化するようにアクリレートで官能化した。微細藻類に含まれる光活性緑色色素は、光開始剤としての使用に適していることが示されています。光にさらされると化学反応が起こり、インクが立体構造に固まります。
「この方法により、従来のインクに使用されている光開始剤などの潜在的に有毒な添加物の使用を避けることができます」と、論文の筆頭著者であり、IMSEAMのエヴァ・ブラスコ研究グループの博士課程の学生であるクララ・バスケス・マーテル氏は言う。
研究者たちは、新しいインクシステムを使用することで、張り出した屋根や空洞などの複雑な特徴を示すさまざまな 3D 微細構造を高精度で生成することができました。研究者らは細胞培養実験を通じて、微細藻類ベースのインクの生体適合性も調査した。彼らは3Dマイクロスキャフォールドを準備し、その上で細胞を約24時間培養しました。生存率はほぼ100パーセントであることが観察されました。ブラスコ教授は次のように語っています。「私たちの研究結果は、より持続可能なフォト3Dプリンティングだけでなく、3D細胞培養から生体適合性インプラントまで、生命科学分野への応用にも新たな可能性をもたらします。」
この研究は、ハイデルベルク大学とカールスルーエ工科大学（KIT）の共同研究である「3D テーラードマター」クラスター内で実施されました。この研究には、ハイデルベルク、KIT、ラスパルマス・デ・グランカナリア大学（ULPGC、スペイン）のスペイン藻類銀行の研究者が参加しました。この研究は、ドイツ研究振興財団、カールツァイス財団、化学産業財団、および欧州地域協力計画に基づく欧州連合の資金提供を受けて行われた。

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