粘液ベースのバイオインクを使用して肺組織を3Dプリントし、慢性肺疾患を治療する

粘液ベースのバイオインクを使用して肺組織を3Dプリントし、慢性肺疾患を治療する
この投稿は Bingdunxiong によって 2024-8-1 12:00 に最後に編集されました

はじめに:毎年、世界中で何百万人もの人々が肺疾患で亡くなっていますが、これらの疾患は治療法が限られているだけでなく、効果的な動物モデルや実験薬も十分にありません。この研究のギャップを埋めるために、研究者らは複雑な肺組織構造を3Dプリントするのに使用できる粘液ベースのバイオインクの開発に成功しました。

△肺組織の3Dプリント用粘液ベースのバイオインクの概略図
2024年8月1日、アンタークティックベアは、ACS Applied Bio Materials誌に掲載された「可視光架橋ムチン-ヒアルロン酸複合バイオインクを用いたバイオ3Dプリンティングによる肺組織工学の実現」という研究結果について、研究者らは、この進歩が慢性肺疾患の研究と治療に新たな可能性をもたらすと指摘したことを知った。

△研究成果はACS Applied Bio Materials(ポータル)に掲載されました
3Dプリント肺組織技術研究開発の背景

肺疾患患者の中には移植を受ける者もいるが、臓器提供は依然として不足している。代替手段として、薬物療法やその他の治療法で症状を管理することもできますが、COPDや嚢胞性線維症などの病気には、現在のところ治療法がありません。研究者たちは、多くの場合げっ歯類を使った実験を通じて、より効果的な薬を絶えず探しています。しかし、これらの動物モデルは人間の肺疾患の複雑さを部分的にしか反映していない可能性があり、新薬の安全性と有効性を正確に予測することはできません。


一方、バイオエンジニアたちは、人間の肺のより正確なモデルや移植のための潜在的な選択肢として、研究室で肺組織を培養することを研究している。 1 つの技術では、人間の組織を模倣した構造を 3D プリントしますが、細胞の成長をサポートする適切なバイオインクを設計することが依然として課題となっています。そこで、研究者のアショク・ライチャー氏とその同僚たちは、この障害を克服しようと試みた。

△インクでテストパターンを印刷した後、研究者はそれを青色光にさらしてMuMA分子を結合させ、水を吸収して細胞の生存を助ける安定した多孔質ゲルを形成した。
粘液ベースのバイオインクの開発

研究チームは、バイオプリンティングでは広く使われていない粘液の成分であるムチンから着手した。この抗菌ポリマーの分子構造は、細胞の付着と成長を促進するタンパク質である表皮成長因子に似ています。ライチャー氏とその同僚は、ムチンをメタクリル酸無水物と反応させてメタクリル化ムチン(MuMA)を生成し、それを肺細胞と混合した。結合組織やその他の組織に含まれる天然ポリマーであるヒアルロン酸を添加すると、バイオインクの粘度が高まり、細胞の成長と MuMA への接着が促進されます。インクを円形や正方形のグリッドなどのテストパターンに印刷した後、青色光にさらして MuMA 分子を架橋しました。架橋により、印刷された構造が多孔質ゲルの形で安定化され、水を容易に吸収して細胞の生存をサポートしました。

△バイオインクで印刷された足場はリン酸緩衝生理食塩水中で良好な安定性を維持し、4週間後も質量の70%を保持しました(赤は死んだ細胞、緑は生きている細胞を表します)
研究者たちは、ゲル内の相互接続された細孔が栄養素と酸素の拡散を促進し、細胞の成長と肺組織の形成を促進することを発見した。印刷された構造は無毒で、生理学的条件下でゆっくりと生分解するため、印刷された足場が徐々に新しく成長した肺組織に置き換えられるインプラントとしての使用に適している可能性があります。このバイオインクは、肺の 3D モデルを作成して肺疾患の経過を研究し、潜在的な治療法を評価するためにも使用できます。




肺組織、肺疾患、バイオインク、材料

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