ミイイから朗報：3Dプリント人工血管の開発に成功

ドイツの科学者たちは最近、3Dプリント技術を使って人工血管の開発に成功した。研究結果は人体実験や薬物試験に利用されることが期待されている。

長年にわたる絶え間ない研究を経て、3Dプリント人工血管の問題は、ドイツのフラウホフ研究所の科学者によって解決されました。彼らは、拒絶反応に効果的に抵抗できる生物分子と組み合わせた化学ポリマー材料を使用して、特別な「印刷インク」を製造しました。印刷された材料は化学反応後に弾性固体を形成できるため、科学者は人間の血管の構造に基づいて3D人工血管を彫刻しやすくなります。

実際、3Dプリント技術の精度は驚くべきものです。最も類似した人工血管を作成するために、科学者たちは2光子重合技術も使用し、レーザー光を使用して人工血管材料分子の架橋を刺激し、形成された血管を細胞壁に移植しました。

バイオメディカル技術の急速な発展により、科学者は人工腸や人工気管などの小さな人間の臓器の作成に成功しました。しかし、大型人工臓器の製造は頻繁にボトルネックに遭遇しています。主な原因は、毛細血管を製造するための適切な技術が不足しており、大型人工臓器に必要な栄養を供給できず、正常な生存と動作を維持することができないことです。

この研究成果は、大型の人間の臓器の製造を大きく促進するだろうと報告されている。人工臓器移植の夢はまだ遠いですが、人間の臓器製造技術の急速な発展により、新薬開発時の実験に動物の代わりに人工臓器を使用するなど、より効果的で人道的な実験方法が人間の医療研究にもたらされる可能性があります。

心臓手術で使われる人工血管は、太い血管と細い血管に分かれていることがわかっています。直径が8mm以上のものが太い血管、それ以下のものが細い血管です。材質によりポリエステル人工血管とポリテトラクロロエチレン（PTFE）血管に分けられます。製造方法によって編み物、織物、積層物などがあります。目的に応じて、介入治療に使用されるものもあれば、手術に使用されるものもあります。

人工血管の開発過程に詳しい業界関係者は、人工血管の国内生産が難しい本当の理由は、人工血管製品自体のコストが高くないが、初期の研究開発技術コストが高すぎるためだと指摘した。人工血管は現在、主にポリエステル製で、衣服の製造に使用できるが、人工血管に使用するのは簡単ではない。織りの複雑さは衣服の工程よりもはるかに大きく、コーティングの抗原性を克服し、一定の生物学的強度を維持する必要があり、柔軟性、製造性、縫製のしやすさ、血液漏れがないことが求められる。

米国では成人に対して行われる心臓手術のうち、大血管手術が 20%、心臓手術が 80% を占めているとされています。アメリカではかつて、1年間に20万件もの大規模な血管手術が行われていた時期がありました。孫立中氏は、「現状では、米国で毎年行われる心臓手術約40万件のうち、約8万件が大血管手術であり、これは巨大な市場です。中国では現在、毎年20万件の心臓血管手術が行われており、そのうち約5,000件が大血管手術であり、その数はまだ増加していません。しかし、経済状況の改善、人々の生活水準の向上、人口の早期高齢化に伴い、大血管手術を受ける患者数は必然的に増加し、一定の市場規模が形成される傾向にあります。」と予測しました。

小口径人工血管の研究開発は過去10年間、国際的に話題となってきましたが、これまで正式な製品は発売されていません。その理由は、小口径人工血管の生体適合性と抗凝固性の要件が、通常の大口径人工血管の要件よりもはるかに高いためです。現在、世界中で毎年100万人近くの心臓病患者が心臓バイパス手術を受ける必要があります。現在使用されている移植血管は依然として患者自身の血管から採取されています。人体自身の血管は非常に限られており、外傷も非常に大きいです。緊急に解決する必要があるのは、バイパス手術の要件を満たす小口径の人工血管を製造する能力です。市場の見通しは非常に有望です。

近年、ポリウレタン（PU）材料が注目を集めています。ePTFEと比較して、この材料は生体適合性が優れています。PU材料で作られた人工血管は上記の問題を解決できると考える人もいます。そのため、これは多くの海外の学者の現在の研究方向です。我が国でもPU型小口径人工血管に関する研究報告は数多くあります。

ポリウレタン材料のミクロ相分離構造により、他のポリマー材料よりも優れた生体適合性（血液適合性、組織適合性を含む）を備えています。この構造は生物の血管の内壁に非常に似ています。マクロレベルでは非常に滑らかな表面ですが、ミクロレベルでは、中間にさまざまな糖タンパク質と糖脂質が埋め込まれた二重層の脂質液体マトリックス層です。この肉眼的には滑らかで、顕微鏡的には多相分離した構造により、血管壁に優れた抗凝固特性が与えられます。同時に、PU は優れた耐疲労性、耐摩耗性、高弾性、高強度を備えているため、人工心臓、人工肝臓、介入カテーテル、ポリマー制御放出薬剤などのバイオメディカル材料の分野で広く使用されています。

人工血管の場合、異なる血圧下での血管の拡張・収縮サイズと、壁の厚さが規定範囲内にあるかどうかが重要な指標となります。人工血管は柔らかい素材で作られているため、接触による測定方法は使用できません。同時に、検出には非常に高い精度が必要であり、通常はミクロンレベルに達します。人工血管の拡張サイズの検出は、業界で認識されている問題となっています。

ドイツの Mi-Iridium 社の光カーテンマイクロメータ製品 ODC2600 シリーズは、この測定問題を解決しました。ライトカーテンマイクロメータは、送信側と受信側の 2 つの部分に分かれています。送信側はレーザー光のカーテンを発し、人工血管によって遮られ、一定の大きさの影を形成します。受信側はこの影の正確な大きさを測定し、ミクロンレベルの非接触測定を実現します。南極熊3Dプリントネットワークにご注目ください。

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出典：匯相機械ネットワーク

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