科学：光硬化型3Dプリント「心臓絆創膏」が損傷した心臓の修復に利用可能に

2024 年 8 月 3 日、Antarctic Bear は、コロラド大学ボルダー校 (CU Boulder) とペンシルバニア大学の研究チームが、弾力性、粘着性、回復力を兼ね備え、損傷した心臓組織を修復するための内包帯、軟骨パッチ、または針を使わない縫合糸の印刷に使用できるハイドロゲル材料の 3D 印刷プロセスを開発したことを知りました。

この研究は最近、トップジャーナル「サイエンス」に「高度に絡み合ったポリマーネットワークの付加製造」と題する論文として掲載された。

関連論文リンク: https://www.science.org/doi/10.1126/science.adn6925
「心臓と軟骨組織は、自己修復能力が非常に限られているという点で似ています」と、コロラド大学ボルダー校の化学生物工学教授で、この研究の主任著者であるジェイソン・バーディック氏は研究について語った。「一度損傷すると、回復は不可能です。修復プロセスを強化するために、より弾力性のある新しい材料を開発することで、患者に大きな影響を与えることができるかもしれません。」
興味深いことに、この革新的なプロジェクトのインスピレーションは、やや意外なところから生まれました。それは、ミミズの体が互いに結合して、固体と液体の両方の特性を持つ絡み合った塊になることができるという点です。科学界では、これを「ワームマス」と呼びます。このコンセプトは、絡み合った分子鎖、つまり架橋を 3D プリントされた材料に統合することによって機能します。
△画像出典: コロラド大学ボルダー校この伸縮性のあるバンドエイドのような素材は、研究チームが開発した特殊な 3D 印刷プロセスによって製造されました。 CLEAR（レドックス開始による照射後の連続硬化）と呼ばれるこのプロセスでは、印刷中に材料分子の架橋を制御できます。これは、ライトコンバージェンスとダークコンバージェンスの組み合わせを使用することで実現されます。研究者らは次のように書いている。「この汎用的なアプローチは、室温で高いモノマー変換率を達成し、印刷後に光や熱などの追加の刺激を必要とせず、従来のDLPと比較して4〜7倍の伸長エネルギーで積層造形により高度に絡み合ったハイドロゲルとエラストマーの製造を可能にします。 」
研究者らはこの技術の暫定特許を申請しており、この技術は標準的なDLPマシンで印刷される部品よりも柔軟で丈夫な素材を印刷することに成功しただけでなく、組織に貼り付くほどの粘着性も備えている。バーディック研究室の研究者マット・デイビッドソン氏は、この能力は前例がないと語り、「組織を支えるのに十分な強度を持つ接着材料を3Dプリントできるようになりました。これまでこのようなことは一度もできませんでした。」
CLEAR テクノロジーで印刷された複数の弾性形状の研究の次のステップは、これらの 3D 印刷された材料が有機組織とどのように相互作用するかを調査することです。研究者たちは、将来、革新的なソリューションが心臓欠陥患者の治療に役立ったり、臓器や軟骨に直接薬剤を送達して組織再生をサポートしたりするために利用されることを期待しています。
この 3D プリント技術の応用は、研究開発や製造などの他の分野でも使用できます。コロラド大学ボルダー校のチームによると、CLEAR プロセスは部品の硬化に追加のエネルギーを必要としないため、他の研究グループや産業エンドユーザーにとっても興味深いものとなる可能性があるとのことです。「これはシンプルな3D処理法であり、最終的には各大学の研究室や産業界で、さまざまな用途の材料の機械的特性を改善するために使用できるでしょう」と、バーディック研究室の研究者でペンシルバニア大学の博士課程の学生でもある筆頭著者のアビシェク・ダンド氏は説明する。「これは3Dプリンティングの大きな問題を解決します。」

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