目録: 2016 年の 3D バイオプリンティングのブレークスルー

2016年、国内外で生物学的3Dプリント技術において多くの大きな進歩がありました。例えば、人間の腎臓の 3D プリントや生体血管のプリントは、生体内実験で成功しています。近年、3Dプリント技術のバイオメディカル分野への応用がますます注目され、人体の正常な機能を最大限に回復させています。生物 3D プリントと医療 3D プリントは方向性が異なります。実際、3D プリントは生物学の発展への道を切り開きましたが、これは 3D プリンターが人体の組織構造を再構築できる独自の能力によるものです。次に、Antarctic Bear は、2016 年の生物 3D プリント分野におけるトップ 10 の進歩を振り返り、今年の生物分野における 3D プリントの重要な出来事を振り返ります。

Blue-ray Inno 3D バイオプリント血管の生体内実験に成功 クマたちはびっくりしました。我が国のブルーレイ・イノ・バイオテクノロジー社は血管を3Dプリントし、30匹のサルに使用しました。

2016年12月11日、四川ブルーレイ・イノ・バイオテクノロジー株式会社は、国家「863」計画の下で同社チームが取り組んでいる人工血管内皮化を促進するための3Dバイオプリンティングの研究開発プロジェクトにおいて、3Dプリントされた生体血管をアカゲザルに移植し、血管再生を達成するという大きな進歩を世界に発表しました。
2016年12月1日現在、Blueray Innoは30匹のアカゲザルに3Dバイオプリント血管を移植する生体内実験を完了しており、手術後の実験動物の生存率は100%です。手術後、移植された血管は機能観察のために摘出された。2016年12月1日現在、実験動物に移植された血管の構造的・機能的一貫性は、1日以内の即時観察から最長104日間の継続観察までの範囲であった。実験期間中、すべての実験動物の脂肪由来間葉系幹細胞は、3Dバイオプリント血管の移植後、内皮細胞や平滑筋細胞などの血管組織に整然と分化していた。3Dバイオプリント血管の再生が完了した後、その構造と機能は実験動物自身の血管と一致し、実験動物の生理学的指標に異常は見られなかった。上記の実験結果は当初の実験予想と一致しており、印刷材料は実験動物自身の脂肪間葉系幹細胞から採取されており、体内の血管移植の安全性が確保されています。Blue Light Inno研究開発チームは、動物実験が成功したと判断しました。

ハーバード大学が3Dプリントの腎臓尿細管を開発 ハーバード大学は、新たなブラックテクノロジーを考案した。それは、「生きた」腎臓構造を3Dプリントするというものだ。

3D プリント技術の世界的リーダーであるハーバード大学は最近、新たな重要な進歩を遂げました。同大学は、生物学的 3D プリンターを使用して、人間の腎臓の機能の一部をシミュレートできる近位尿細管構造を作成したのです。この構造はサイズが小さいものの、腎臓全体とその濾過機能にとって非常に重要なため、この成果は間違いなく生物学的3Dプリントの分野におけるもう一つの大きな進歩であると言えるでしょう。

尿細管の 3D プリントを完了するには、まず 3D 組織グリッドを室温でヒト幹細胞を含むゲルでサポートする必要があることがわかっています。次に、冷却すると液体に変わる別のゲルをメッシュの上に注ぎ、成長できる血管を残します。この材料は細胞外マトリックスに囲まれており、中空のチャネルに成長因子が添加されて、幹細胞が特定の細胞タイプに分化するように促します。 3Dプリントされた腎尿細管は2か月以上生存し続けました。
英国の科学者が新たな幹細胞バイオインクを開発 新しい幹細胞生物学的3D印刷インク：骨や軟骨を印刷できる

英国ブリストル大学（UB）の科学者らは、新たなバイオインクを開発した。このインクは幹細胞と混合され、幹細胞の成長をうまくサポートできるため、軟骨や骨インプラントなどの人工構造物を3Dプリントするのに非常に適している。
この新しいインクは、UB細胞分子医学部のアダム・ペリマン博士が率いるチームによって開発された。幹細胞に加えて、海藻から抽出した天然ポリマーと、医療で一般的に使用される合成ポリマーの2つのポリマーも含まれています。前者の機能は幹細胞の成長のための栄養として機能し、後者の機能は一定の温度まで上昇した後にインクを固めることです。

アメリカの科学者らは、より強い人体組織を3Dプリントする新しい方法を発見した。アメリカの科学者らは、より強い人体組織を3Dプリントする新たな方法を発見した。

現在、生物学的 3D プリンティングでは、細胞が生存し成長できるようにする足場構造をどのように印刷するかという障害に遭遇することがよくあります。この問題の通常の解決策は、まずハイドロゲルで必要な構造を印刷し、次に細胞を注入することです。しかし現在、ペンシルベニア州立大学（PSU）の科学者たちは、細胞をアルギン酸と混ぜて直接印刷するという、より良い方法を発見した。この方法の最大の利点は、生成された組織が非常に理想的な機械的特性を持つことです。

プロジェクトのチームリーダーであるイブラヒム・T・オズボラト氏は、ハイドロゲルを使用するアプローチは一般的だが、依然として明らかな問題があると述べた。ポリマー鎖と水で構成されるこの物質は、細胞の活動を制限し、通常の組織のように細胞同士がコミュニケーションするのを妨げる可能性があるため、印刷された組織の機械的完全性に重大な影響を与える可能性がある。さらに、ハイドロゲルは分解後に細胞の成長に有害な物質を生成します。

しかし、海藻から抽出した天然物質であるアルギン酸を使用すれば、そのような問題はありません。南極クマによると、これは主に、直径 (0.76-1.27) mm のチューブを形成でき、細胞 (ここでは軟骨細胞を例として使用) がそのようなチューブに注入され、その後少なくとも 1 週間は生存するためです。この期間中、細胞は互いにスムーズに結合して、容易に移動できる軟骨細胞の紐を形成し、3D 印刷材料としてバイオインクの代替として十分に機能します。

米国のノースウェスタン大学は、骨の再生をより促進できる高靭性3Dプリントセラミックインクを開発しました。米国のノースウェスタン大学は、骨の再生をより促進できる高靭性3Dプリントセラミックインクを開発しました。 米国ノースウェスタン大学の材料科学者は骨再生の分野で進歩を遂げ、3Dプリントに適したハイドロキシアパタイト材料を開発した。この材料には一定の割合の乳酸グリコール酸が添加されており、成長因子を添加する必要なく3Dプリントされたスキャフォールドに優れた骨再生促進能力が備わり、靭性も向上している。

研究チームによると、再生を促進する生体材料は多くの注目と開発を受けているが、現在の材料は骨の再生を迅速に促進する能力と生産能力にまだ欠陥がある。彼らの目標は、この点で突破口を開き、材料を3Dプリントに適したものにし、将来、医師が病院の研究室で3Dプリンターを使って必要な骨の足場を迅速に製造できるようにすることだ。

科学者らが臓器、組織、骨を作れる3Dプリンターを開発

2016年2月15日、米国ノースカロライナ州ウェイクフォレスト大学再生医療研究所の科学者らは、臓器、組織、骨を製造できる3Dプリンターを開発しました。理論的には、印刷された臓器、組織、骨は人体に直接埋め込むことができます。この結果は同日、科学誌「ネイチャー・バイオテクノロジー」に掲載された。

今回開発された3Dプリンターは、コンピューター制御のノズルを使い、主にヒト細胞を含んだハイドロゲルを堆積した材料を非常に精密なパターンで層ごとに押し出す仕組みになっているとみられる。実際、3D プリンターには複数のノズルがあり、そのうちのいくつかはハイドロゲルを押し出し、他のノズルは生分解性材料を押し出して、印刷された組織に構造的および強度的なサポートを提供します。支持材料が溶解し、組織が機械内で培養を終えると、人体に移植できる可能性があります。

ウェイクフォレスト大学の 3D プリンターが実際に臓器を印刷できるかどうかはまだ不明ですが、近々実際の人間を対象にテストが行われる予定です。研究者らは論文の中で、印刷された臓器を実際に人体で試験できるようになるまでには、この技術には「さらなる開発」が必要だと述べた。

オルガノボ、3Dプリントのヒト腎臓を発売
オルガノボが3Dプリントのヒト腎臓を発売、株価は5%上昇

2015年、有名なバイオ3Dプリント会社であるOrganovoは、初のバイオ3Dプリント製品であるExViveヒト肝臓を発売しました。同社はついにこの分野で2番目の製品となるExViveヒト腎臓を発売し、まもなく商品化すると発表した。その結果、同社の株価は5.33%上昇し、最終的に4.15ドルで取引を終えた。

Antarctic Bear は、ExVive ヒト腎臓が近位尿細管モデルであり、科学者が医薬品や特定の治療法がヒト腎臓に及ぼす影響をより効果的に研究し、医薬品開発プロセスを加速するのに役立つと理解しています。これまでに多くの商業注文を受けています。現在、この人工臓器は機能検証に合格しており、臨床試験に非常に適していることが証明されています。たとえば、近位管の機能は4週間以上維持でき、複雑な組織は損傷と回復の検出に役立ち、翻訳機能は腎毒性と薬物相互作用の評価に役立ちます。

オルガノボ、直接移植用の3Dプリントヒト肝臓組織を開発へ 患者さんに朗報です！オルガノボ、直接移植用の3Dプリントヒト肝臓組織を開発へ動物に移植された3Dプリント肝臓組織がヒトタンパク質の生成に成功

3Dバイオプリンティング分野の大手企業の一つであるアメリカのOrganovo社は、人間の肝臓や腎臓のExViveシリーズなど、非常に価値の高い3Dバイオプリンティング製品を数多く発売しています。現在、アンタークティック・ベアは、同社が臓器移植市場に目を向け、人体に直接移植できる3Dプリント肝臓組織の開発を開始しようとしていることを知った。
現在、この3Dプリント肝臓組織はいくつかの動物臨床試験に合格しており、移植性、血管機能、持続性の面で良好な性能を示しているため、次は正式な前臨床開発段階に入る予定です。オルガノボの計画によれば、同社は主に2つの側面、すなわち慢性肝不全の急性増悪（ACLF）と小児代謝性肝疾患に重点を置く予定である。なぜなら、これら2つの疾患の患者数は膨大であり、潜在的な市場規模は30億米ドルにも上るからである。

米国の科学者が食道がん治療用の生分解性3Dプリントポリマーステントを開発
米国の科学者らは、食道がん治療用の分解可能な3Dプリントポリマーステントを開発中

フロリダ・アトランタ大学（FAU）の博士課程学生であるYunqing Kangさんは、生分解性の3Dプリントポリマー足場を開発するために、国立がん研究所（NCI）から14万ドルの資金提供を受けた。このステントは食道がんの治療中の合併症を軽減し、関連薬剤の送達装置として機能します。

アンタークティック・ベアによれば、この新しいタイプの組織工学スキャフォールドは、カン博士独自の生物学的3Dプリント技術に基づいており、生分解性の弾性ポリマー材料を使用した専用の3Dプリンターで製造される予定だという。この素材は、ステントが拡張して食道に接触するための要件を満たす硬度と弾力性のバランスを備えています。

前述の金属ステントと比較すると、新しいステントには2つの明らかな利点があります。1つ目は、分解性材料を使用しているため、患者の体内に埋め込まれた後、徐々に溶解して消えるため、治療が完了した後でも除去を考慮する必要がないことです。これにより、プロセス全体が簡単になるだけでなく、患者の不快感も軽減されます。第二に、抗がん剤パクリタキセル（PTX）を送達するために使用することができ、それによって食道がんの局所治療の達成に役立ちます。

CollPlant はバイオプリンティング用のヒトコラーゲンベースのバイオインクを開発しています イスラエルの企業はコラーゲンバイオ3Dプリントインクを開発しており、政府から数千万ドルの投資を受けている。

イスラエルの再生医療企業 CollPlant は、ヒトのコラーゲン (ヒトの組織や臓器の製造に使用可能) をベースにした 3D プリントバイオインクを開発しています。最近、同社は、イスラエル経済省の主任科学者基金（CSIME）から145万ドル（約954万人民元）の支援をプロジェクトに受けたと発表した。この資金はプロジェクトの総費用（311万4000米ドル）のほぼ半分にあたるため、これは間違いなく同社にとって素晴らしいニュースである。

アンタークティック・ベアによれば、RHCはタバコに5セットのヒト遺伝子を導入し、複数の工程を経てタバコ葉エキスと加工して作られる。同社は2015年に、CSIMEから122万ドルの資金援助を獲得した。この物質をベースにしたコラーゲン 3D プリントインクは、人体の組織の自然な成長を効果的に促進できるため、火傷などのさまざまな傷害を治療するための 3D プリントされた人体組織や臓器の開発に使用できます。

骨の修復のための 3D プリントされたバイオセラミックインプラントが間もなく市場に登場する可能性があります 骨修復用の吸収性の高いバイオセラミック 3D プリントインプラントが市場に登場します。

欧州の研究プロジェクト RESTORATION で開発された新しい吸収性バイオセラミック材料が、まもなく市場に登場します。この材料は、3Dプリント技術によってパーソナライズされた関節インプラントにすることができ、低侵襲手術を通じて患者の痛みを効果的に緩和することができます。下顎、脊椎、膝の 3 つの異なる用途に使用できます。最終テスト結果は非常に良好であるため、これらの製品は数年以内に市場に登場する可能性があります。
この4年間のプロジェクトは欧州連合の資金提供を受けており、その主な目的は形成外科や顎顔面外科で使用するための新しいセラミック複合材料を開発することであると理解されている。この材料は骨の構造を模倣することができ、インプラント部位の機械的要件に詳細に適合するインプラントを設計し、3D プリントするために使用できます。さらに、一部のセラミックは生体活性があり、人体に完全に吸収されます。

NanoDimension、高精度幹細胞3Dバイオプリンターを開発
ナノディメンションは幹細胞の3Dプリントの特許を申請し、人間の組織や臓器のプリントを計画している

エレクトロニクス 3D プリンティングのリーダーである Nano Dimension (ND) は、バイオテクノロジー企業 Accellta との提携を通じて、生物学 3D プリンティングの世界に正式に参入しました。それからわずか数日後、イスラエルの企業はこの点で新たな一歩を踏み出した。幹細胞とバイオインクを使用して人間の組織や臓器の3Dプリントを実現することを目指し、幹細胞の3Dプリントに関する米国特許を申請したのだ。
生体細胞3Dプリンティング技術は、医療研究において重要な役割を果たしてきたと認識されています。この技術の潜在能力を最大限に引き出し、この分野のさらなる発展を促進するために、NanoDimensionは自社の高速・高精度インクジェット機能とAccelltaの幹細胞懸濁技術および誘導分化機能を組み合わせ、高解像度・大容量の3Dプリンティングを実現します。」

このソリューションは、1バッチあたり数億個の幹細胞を生産できるAccelltaの懸濁ベース細胞培養システムを使用した実現可能性調査でテストされました。両社は、高品質の細胞を大量に使用することで、より大きく複雑な組織や臓器を印刷することができる。

日本の3Dバイオプリンティングによる血管再生 日本が3Dプリントの血管と神経の技術を開発、生命に希望

日本のいくつかの科学研究機関は、血管などの複雑な組織を生産するために3Dプリント技術の利用を研究しています。日本の佐賀大学は、iPS細胞（ヒト人工多能性幹細胞）から培養した細胞群を管状の構造に印刷し、血管を作った。京都大学は3Dプリンター技術を使って神経を包む管状の組織を作り、実験用のマウスに移植して神経の再生を実現した。政府は、ｉＰＳ細胞が２０２０年ごろには心臓病などの治療に使えるようになると予想し、人体組織に近い形状の人工三次元組織を移植する技術の習得に力を入れている。
iPS細胞は難治性の眼疾患の治療に使用されるだけでなく、将来的には心不全や脊髄損傷の治療にも使用される可能性があります。移植治療のために長い血管や立体的な内臓を成長させる場合、管状や袋状の組織構造には多くの細胞が必要になることがよくあります。研究チームは、3Dプリント技術の原理は樹脂材料を何層にも重ねて立体作品を印刷することであるため、樹脂の代わりに細胞を使用すれば立体組織も印刷できると考えている。
佐賀大学の森田茂樹教授らの研究チームは、ヒトiPS細胞から血管になる細胞集団を培養し、細い針を複数列に並べたマイクロベースに層状に張り付け、最終的に長さ2センチ、直径5ミリの管状の構造を印刷した。

細い針から管状構造細胞を取り除き、内部に培地を浸透させます。数日後、細胞は異なる種類に分化し、内壁に細胞層を形成し、最終的に血管を形成します。将来的には豚での血管移植実験も行われる予定だ。研究には、九州大学発のベンチャー企業サイフューズが渋谷産業と共同で開発した「バイオ3Dプリンター」が使用された。

科学者が軟骨の代わりとなる 3D プリント可能なバイオガラスを開発 新しいタイプのバイオガラス材料：インクの形で3Dプリントでき、自己修復も可能です。バイオガラスは、優れた靭性、生体適合性、生分解性を備えた魔法の人工材料です。天然の生物組織と結合できるため、天然組織を修復したり、置き換えたり、組織の再生を促進したりすることができます。これまでのところ、骨組織と結合し、軟組織と接続できる唯一の人工バイオマテリアルです。医療の分野で幅広い用途があります。

アンタークティック・ベアによれば、両研究所は新しいタイプのバイオガラス素材を開発したという。他のバイオガラスと同様に、天然の人間の軟骨に似た特性を持つだけでなく、インクの形で 3D プリントでき、自己修復も可能です。

この特性は人工軟骨の製造にとって非常に重要です。なぜなら、軟骨は壊れやすい構造で、損傷しやすく、修復が難しいからです。現在ではバイオエンジニアリングによって人工的に培養することが可能ですが、そのプロセスは非常に複雑で時間がかかります。しかし今では、この新しい素材によってこれらの問題が同時に解決されました。さらに、前述したように、この新素材には、強度、耐久性、高弾性、強力な回復力、優れた生体適合性、分解性など、他の多くの利点もあります。

概要 生物学的 3D 印刷技術は、3D 印刷技術と医療技術の深い組み合わせです。より精密な手術やより安全で効果的な薬剤の放出を可能にするだけでなく、移植や薬剤実験用の組織や臓器を作製することもできるため、再生医療の主要分野となっています。この記事では、生物学的 3D 印刷技術の過去、現在、および商業的応用について説明します。 3D プリント技術は、伝統的な生産方法を覆す革命的な技術であり、必然的に人間の生活、学習、仕事に大きな影響を与えると考えられています。

3D プリントの利点は、複雑な製品の設計と製造を実現し、小ロットのカスタマイズ製品のコストを削減できることです。私の国の医療業界は 1980 年代後半に 3D プリント技術を導入し始めました。 3Dプリント技術と医療技術の発展と深い融合により、3Dプリントはより精密な手術を実現し、個人のニーズにより適したさまざまな医療用インプラント、補聴器、義歯、義肢を製造し、より安全で効果的な薬物放出を可能にするだけでなく、移植や薬物実験用の組織や臓器を製造することも可能となり、再生医療の主要分野となっています。

2016 年を振り返ると、3D バイオプリンティング技術は一歩一歩進歩しているように見えますが、どんな小さな一歩も医学の発展にとっては大きな一歩となります。将来的には、生物学的 3D プリント技術がより成熟し、より多くの人々が病気の問題を克服できるようになることを期待しています。

最後の南極熊があなたを送る前に、 9つの海外生物3Dプリント企業を紹介し、技術トレンドをプレビューします

目録: 2016 年の 3D バイオプリンティングのブレークスルー

3Dプリントされた心臓弁モデルが弁置換手術の成功率を向上

MARSHA: 3Dプリントされた垂直火星居住地

Deepseek: Tuozhu は 3D プリンターの特許戦争にどう対処するか

国産LCD硬化3Dプリント白黒光機：鵬吉紫光透過率は8％に達し、コントラスト比は500に達する

上海電気（上海炭鎮）もCES 2017で金属3Dプリンターを発表した。

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プロトステティクス社が人工インプラント用ガリレオ3Dプリントシステムを発表、インタラクティブモードでプラグアンドプレイが可能に

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