3Dプリント生体組織の5つの主な応用方向

この投稿は、Little Soft Bear によって 2016-11-4 12:05 に最後に編集されました。

3D プリントにより、カスタム義肢の製造が容易になりました。バイオエンジニアたちは、将来的には実際の細胞材料を作成できるようになることを期待しています。この技術は、組織工学による皮膚、軟骨、骨、さらには生理学的に機能する膀胱など、パーソナライズされたバイオメディカル機器の基礎となる可能性があります。 Antarctic Bear は、3D プリント技術の継続的な発展により、将来的には人間の臓器を実際にプリントすることが不可能ではないと考えています。

バイオテクノロジーのトレンドのバイオ製造に関する特別号では、研究者が 3D バイオプリンティングの進歩をレビューし、今後数年から数十年にわたる 3D プリンティングの進歩の可能性を予測しています。

1. オーダーメイドの臓器チップ臓器チップは、人体の組織の構造と機能を模倣した 3D マイクロエンジニアリング技術を使用して製造されるシステムです。臓器チップは、安価で効果的な個別化医療の開発競争において、非常に競争力がある。研究者らはチップ上でヒト幹細胞から肺、腸、膵臓の組織を培養することに成功し、異なる患者間の細胞生理学の違いを研究し、それを使って薬剤のスクリーニングを行うことができるようになった。
技術の急速な拡大は、製造上の課題にも直面しています。しかし、3Dプリント技術は、構築と組織培養に必要な人手とコストを削減し、チップのニーズを満たすことができます。

「マイクロ流体製造における3Dプリンティングと3D生体組織プリンティングの融合は、研究プロセスにおける柔軟性とスループットの向上を伴う、チップ臓器の単一ステップ製造の方向性に大きな可能性を示しています」と、マイクロ流体とチップ臓器における3Dプリンティングの新たな応用を研究しているコネチカット大学の助教授、サバス・タソグル氏は述べた。

「今後の研究では、さまざまな半流体材料を印刷できる、より高度な 3D バイオプリンターが登場するでしょう。これらの 3D バイオプリンターは、臓器や複雑な組織の内部にマイクロ流体プラットフォームを同時に印刷および製造できます。この閉鎖型統合システムにより、チップ臓器モデルの製造が大幅に簡素化され、チップ臓器設計の研究開発サイクルが短縮されます。」

2. スキンを作成する<br /> コラーゲンゲルに埋め込まれた細胞を印刷した皮膚は、10日間の培養後に細胞間のつながりと正常な細胞バイオマーカーを生み出しました。別の研究では、研究者たちはこの細胞層から血管を成長させることに成功した。皮膚のバイオプリンティングは現実に近づいているが、研究者たちは、このタイプの人工皮膚を、特に火傷や慢性の傷を負った患者の治療にどのように使用するかについて検討し始めたばかりである。

「複雑なロボット制御を使った組織工学が現実のものとなった」とシンガポールの南洋理工大学、シンガポール科学技術研究庁のウェイ・ロン・ン氏と協力者たちは語った。
「バイオプリンティング技術を使用して完全に機能する人工皮膚を作成するという最終目標はまだ達成されていませんが、バイオプリンティングは、色素や皮膚の老化モデルの構築、血管網や毛包の作成など、いくつかの重要な皮膚組織工学の側面で可能性を示しています。」

3. 顔面再建<br /> 研究者たちはすでに研究室で骨、軟骨、皮膚、筋肉、血管、神経を印刷できるが、患者に移植できるより複雑な構造を印刷することは、まだ目指している目標である。例えば、がんや顔面損傷の患者に利益をもたらす可能性のある頭蓋顔面再建は重要な方向性であり、研究者はこれらの細胞の研究に多大な労力を費やしてきました。近い将来、3D プリントされた足場は、患者の顎や顔の他の部分の局所的な欠陥を改善するために使用される可能性があります。

「スマートポリマーと最終製品の品質を実証する長期の（前）臨床研究とバイオプリンティング技術には、まだ長い道のりが残っている」とアムステルダム大学医療センターの外科医、ダフィッド・フィッシャー氏と同僚は語った。

「将来、外部頭蓋顔面組織を修復する可能性のある方法の 1 つは、携帯型バイオプリンティングデバイスを使用して、皮膚や軟骨などの組織に細胞を印刷することです」と、同氏は述べました。「しかし、現時点では、バイオプリンティング技術を最適化して頭蓋顔面組織の自己修復能力を高めることに重点を置くことが、医療用バイオプリンティングの合理的な第一歩です。」

4. 多臓器薬物スクリーニング
3D バイオプリンティングは、精密なモデルによって新薬の評価方法を改善できることを証明しています。たとえば、複数の種類の細胞から作られたオルガノイドや、遺伝子組み換え血管で作られた腫瘍モデルは、どちらも精密なモデルです。これらの方法により、複数の臓器における薬物反応をリアルタイムで迅速に監視できます。もちろん、これを実現するには複数回の研究開発サイクル（血管の追加や臓器モデルの接続など）が必要になります。

「新しいバイオプリンティング技術の開発により、生理学的に活性な組織モデルの製造は、今後10年間の医薬品開発の重要なツールとなるでしょう」と、ペンシルベニア州立大学のイブラヒム・オズボラト氏とウェイジエ・ペン氏、およびジャクソンゲノム医学研究所のデリヤ・ウヌトマズ氏は述べた。「バイオプリントされた臓器オンチップモデルをマイクロアレイやその他の3Dバイオファブリケーション技術やサポート技術と統合することで、前臨床試験での新治療薬の脱落率を大幅に削減し、医薬品開発のタイムラインを大幅に短縮することができます。」

5. 挿入血管<br /> バイオエンジニアリングされた組織における 3D 血管系の作成は、移植後の組織の生存と人体の解剖学的構造の正確な複製に不可欠です。この分野の研究では、従来、2D 細胞層の積み重ねや 3D ネットワークのバイオプリンティングに依存してきました。これらの方法は、空間内でより高度な制御を行えるためです。しかし、困難の一つは、患者の静脈や動脈に直接接続できる血管ネットワークを作成することです。

「血管新生は現在、組織工学の大規模な臨床応用に対する最大の障害の 1 つと考えられています」と、マサチューセッツ工科大学 (MIT) とハーバード大学のバイオエンジニアである Jeroen Rouwkema 氏と Ali Khademhosseini 氏は語ります。「明らかに、組織内の血管細胞の活発な凝集に焦点を当てたアプローチは、血管構造の初期形態を最もよく制御できます。」

近年、医療分野における 3D プリント技術の応用がますます注目されており、主な応用例としては、人体インプラント、手術ガイド、医療機器などが挙げられます。骨の形態は人それぞれ異なります。3Dプリント技術は、各人の本来の骨の特性に応じてカスタマイズし、本来の骨に完全に一致する製品を生産できるため、インプラント（または人工装具）が人体に与える影響を軽減し、人体の骨格の正常な機能を最大限に回復することができます。生物学における 3D プリントの応用についてさらに学びたい場合は、「Antarctic Bear 3D Printing」に注目してください。

Antarctic Bear は、3D プリントのプロフェッショナルメディアプラットフォームです。クリックしてウェブサイト http://www.nanjixiong.com/ にアクセスしてください。
出典: グローバルサイエンス

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