人間の肝臓を 3D プリントするにはどのような技術が必要ですか?

この投稿は Little Soft Bear によって 2016-10-18 09:41 に最後に編集されました。

今年10月、生物学的3Dプリント企業オルガノボは、3Dプリントしたヒト肝臓組織をヒトに直接移植する取り組みを開始したと発表した。この取り組みは過小評価されるべきではない。なぜなら、この取り組みは、病気の肝臓に移植可能な「パッチ」を提供し、患者の健康回復を可能にし、肝不全に苦しむ人々に新たな人生への希望を与えるからだ。

これまでに、オルガノボは肝臓と腎臓の組織を3Dプリントする能力を実証している。移植可能な肝臓ユニット、あるいは臓器全体を印刷するにはどのような技術が必要ですか?

画像: Organovo で印刷された組織最初に市販されたバイオプリンターには、envisionTEC の産業グレードの 3D バイオプロッターが含まれます。 BioBotsやCELLINKなどの新興企業は、エントリーレベルのバイオプリンターを約1万ドルで提供しています。
画像: CELLINK のエントリーレベルのバイオプリンター Organovo は 2009 年に設立され、独自の生物学的 3D プリンターである NovoGen MMX を初めて発明しました。独自のプリンターを発明した後、同社はすぐにビジネスモデルをバイオプリンターから組織印刷サービスに転換し、2013 年に 3D 印刷されたヒト肝細胞組織ユニットを発売しました。

これらの肝臓組織プリントはどのように行われるのでしょうか?オルガノボ社の装置の場合、注射器の中に肝細胞（肝臓の容積の70～85％を占める）が入っている。もう一方の注射器には非実質性肝細胞（肝臓容積の 6.5%）が充填されていました。肝非実質細胞は、印刷の成功に重要な役割を果たします。肝非実質細胞は、肝臓の病理学的および生理学的プロセスのほとんどに関与しているほか、炎症、血液および免疫障害、ショック、敗血症などの病理学的プロセスにも関与しています。それらの数、構造、機能の変化は、肝機能に影響を与えます。

2 番目の注射器で最初にハニカム形状の型を印刷し、次に 1 番目の注射器からの肝実質細胞をその型に充填し、最終的な印刷物をインキュベーター内に配置します。ここで肝細胞は増殖して厚さ 20 個の細胞になり、直径は約 500 ミクロンになります。 3Dプリントされた多細胞肝臓ユニットは、実際にアルブミン、フィブリノーゲン、トランスフェリン、酵素活性を持つコレステロールを合成する能力など、主要な肝臓機能を備えています。

オルガノボは細胞を40日間生かし続けることができる。製薬会社ロシュとの協力により、ロシュは肝臓ユニットに対するアセトアミノフェンの毒性試験を実施し、オルガノボは肝臓ユニットの商品化に成功し、2015年にメルクとの協力関係を確立した。

2014 年までに、Organovo は薬物毒性試験での商業利用に向けて ExVive 肝臓組織ユニットを完全に商品化し、ExVive 肝臓組織ユニットはすでに大手製薬会社に大量に供給されていました。 Organovo は約 45 分で、直径約 3 mm、厚さ 0.5 mm の肝臓ユニットを 3D プリントできます。
画像: Organovo のバイオプリンター新薬の試験用にバイオプリントされたヒト肝臓ユニットを研究者に提供することは社会的価値があり、毒性や副作用をより深く理解するために動物臨床試験からヒト臨床試験に移行する際に、薬剤がより早く市場に参入できるようになる可能性があります。一方、毒性のある薬剤がすでに一般に発売された後に回収されることを回避するのに役立つ可能性がある。なぜなら、毒性のある薬剤はそもそも人間の肝臓ユニットでのテストに合格しない可能性があるからだ。オルガノボ社がバイオプリント肝臓ユニットの移植を試験したところ、移植された人工肝臓ユニットが天然の肝臓組織とうまく統合されることがわかった。その結果、オルガノボはビジネスモデルを移植分野に拡大し、3Dバイオプリント肝臓組織の治験薬（IND）の申請を3～5年以内にFDAに提出する予定です。

肝臓ユニットのバイオプリンティングに加え、Organovoは3Dプリント腎臓ユニット「ExViveヒト腎臓」でも画期的な成果を上げました。この腎臓ユニットは腎臓の機能を効果的に発揮でき、ExViveヒト腎臓組織の近位管機能は4週間以上維持できます。これらの腎臓ユニットは腎毒性の検査に使用できます。 Organovo は、世界トップ 25 の製薬会社にランクされる 2 つのパートナーを含む、複数の毒性学研究チームと協力してきました。

もちろん、より複雑な人工組織を作成する上で最大のハードルは、どのようにしてそれらを生かし続けるかということです。複数の細胞タイプで構成された組織は、栄養素と酸素を得ます。この目標を達成するには、血管組織の印刷が必要です。

多くの研究者が血液バイオプリンティングの問題を解決しようと試みてきたが、ハーバード大学ワイス生物学インスパイアードエンジニアリング研究所のジェニファー・ルイス教授率いるチームが最も大きな進歩を遂げた。ルイス氏のチームは現在、血管のネットワークが埋め込まれた厚い組織を作り出すことができる。彼女のチームは、3D プリントされたシリコン型の中に、ゼラチン、ヒトの血液細胞、フィブリノーゲンの共重合体で構成されたグリッドを印刷しました。血管は相互につながっています。研究者らは血管に内皮細胞を注入し、血管の内層に成長させるようにした。血管を印刷するために使用されるインクは非常に特殊な特性を持っています。冷却すると溶けて、内皮細胞によって成長した人工血管壁だけが残ります。

ハーバード大学によるこの画期的な成果は、オルガノボのような生物系3Dプリント企業がこれまで欠いていた欠点を補ったと言える。将来、豊富な血管を含むこれらの人工組織が人体に移植されれば、できるだけ早く人体と「接続」し、人体の中で生き続けることも可能になる。今後は、肝臓や腎臓の「パッチ」の入手が期待できるだけでなく、将来的には完全な 3D プリントされた人間の臓器が入手できる可能性も高くなります。Antarctic Bear 3D Printing Network にご注目ください。

出典: 3D Science Valley 詳しい情報:
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3Dプリントされた人間の肝臓により、Organovo の収益が 2 倍に！

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