実用情報 | 神秘的な印刷: 生物学的 3D 印刷業界の包括的な理解

この投稿は Little Soft Bear によって 2016-8-31 09:41 に最後に編集されました。

3Dバイオプリンティングは、力学、材料、細胞など、さまざまな関連分野の技術を統合した高度に学際的かつ統合的な科目です。3D積層造形の原理と生体材料、成長因子、細胞などの活性材料を使用して、人間の組織や臓器を再構築する新しい学際的かつ分野横断的な再生医療工学技術です。

組織医学と再生医療の発展の歴史1980 年代の組織工学の台頭と幹細胞による再生医療技術の導入により、臓器の欠陥を解決する希望が人々に与えられました。 20 世紀以降、再生医療技術の開発を推進する科学者がますます増えてきました。 2010年までに、再生医療業界全体が徐々に再編され、健全な発展を遂げました。 2014年現在、世界には組織工学および再生医療関連企業が700社以上あり、市場には数百種類の医療製品が流通しています。主に皮膚、骨、心臓、心血管疾患の分野で利用されており、非常に有望な産業であると考えられています。

伝統的な組織工学<br /> 従来の組織工学には主に 2 つの方法があります。

1つは、生体適合性材料または動物由来の材料を使用することです。材料の機能や製造方法の限界により、修復や交換の効果に欠陥が生じることがよくあります。たとえば、牛のアキレス腱のコラーゲンを含む人工皮膚を無細胞法で構築する場合、異物組織であり、修復や交換のための有効成分が含まれていないため、有効性に大きな欠陥があります。
もう 1 つは、あらかじめ形成された足場上に細胞を播種することです。移植細胞技術の解像度と足場材料の内部構造の限界により、生体組織を形成する細胞の位置と分布を正確に制御できず、安定性とサイズに制限があり、組織工学の産業発展を著しく妨げています。

3Dバイオプリンティング<br /> 3Dバイオプリンティングは、材料や細胞の位置と分布を正確に制御でき、パーソナライズされた方法で組織工学製品を構築できるため、最大の生体模倣と最小の拒絶反応という特徴を備えながら、大規模生産の制限という問題を解決し、安定性、速度、コストの面で従来の組織工学方法よりも優れています。そのため、臨床現場での応用の見通しが広くなっています。

医療における 3D プリントの開発と応用は、おおまかに 4 つのレベルに分けられます。

1. 医療モデルや体外医療機器などの生体適合性のない材料。
2. 生体適合性の要件があり、人体に入る必要がありますが、セラミックのように分解されず、永久インプラントの概念に属します。
3. この物質は分解可能であり、身体自身の修復を刺激することができますが、自身の修復の限界を打ち破ることはできません。
4. 活性細胞と細胞外マトリックスを材料として使用し、細胞を介入ユニットとして使用するのが、真の現代的な意味での 3D バイオプリンティングです。

3Dバイオプリンティング技術の3つの要素3Dバイオプリンティングの典型的な手順は、まず医療画像（CTまたはMR）を使用してデータをインポートし、次にさまざまなコンピューターアルゴリズムを使用して患者データの分析を支援し、さまざまな印刷に必要なさまざまなデータを出力してプリンターに提示し、細胞、天然素材などを使用して印刷を完了することです。プロセス全体には、印刷後の成熟プロセスも含まれます。
3D バイオプリンティングの技術的要素は、材料、印刷システム (ソフトウェア)、成熟したシステムです。

3Dバイオプリンター:
3D バイオプリンターには 2 つの設計コンセプトがあります。1 つは、皮膚の火傷を治療するための in situ スキンプリンターなど、人体の使用部位に直接印刷する技術である in situ プリンター、もう 1 つは機器の製造に使用される ex situ プリンターです。 3D 印刷モード (ノズル) に応じて、プリンターは次の 3 つのカテゴリに分類されます。
1. インクジェットバイオプリンター：熱インクジェットまたは圧電パルスを使用して圧力を発生させるため、コストが低く、解像度が優れています。
2.マイクロ押し出しバイオプリンター：さまざまな形状があり、空気圧、ピストン、またはスクリュー押し出しを使用した連続押し出しで印刷できます。多くの材料と互換性があり、解像度の範囲が広く、細胞活動へのダメージが少なくなっています。幅広い細胞と互換性があり、比較的幅広い用途があります。解像度は他の2つのモードよりも低くなります。
3. レーザー支援バイオプリンター：レーザー支援により、吸収体に焦点を合わせたレーザーが印刷材料をコレクターに押し出して印刷を実現します。高解像度ですが、コストが高くなります。

印刷材料の要件:
印刷可能で、安定しており、架橋が容易で、体積変化が少なく、輸送、組み立て、操作が容易で、生体適合性および細胞適合性が良好であり、人体に全身的な害を及ぼしません。現在、臨床使用が承認されている材料は主に天然ポリマー（細胞ハイドロゲルの形成に使用）で、さらに一部の合成ポリマー、ポリマー分解性材料などもあります。

セル材料の要件:
セルは簡単にアクセスでき、大量に拡張できます。
免疫原性が全くないか、非常に低い。
より高い純度または単一の差別化方向。

バイオリアクター:
バイオリアクターは臨床的有用性の開発にとって非常に重要です。印刷された前駆体は、バイオリアクター内で成熟、増殖、培養のプロセスを経る必要があります。バイオリアクターは細胞培養とは異なります。印刷物の量が多い場合、酸素を放出できるナノ材料を発明するなど、酸素欠乏の問題を解決する必要があります。特定の組織の場合、細胞が成熟するには、心筋細胞の成熟を促進するための定期的な伸張など、特定の刺激が必要ですが、これもバイオリアクターが解決する必要がある問題です。

3Dバイオプリンティングインプラントの開発動向<br /> 統計分析によると、応用分野では組織工学の分野が最も多くの論文を発表しています。研究分野では、印刷方法の面では、マイクロ押し出し、マイクロ流体、レーザーアシストなどの技術も非常に人気があります。特許出願の面では、医療分野での3D印刷技術の応用は飛躍的に進歩しており、多くの大手国際企業がかなりの数の特許を保有しています。産業レイアウトは、主に細胞ハイドロゲル、印刷構築方法、機械設備、バイオリアクターなどの関連分野に集中しています。
3D バイオプリンティング技術の開発方向 3D バイオプリンティング技術の開発動向は、主に以下の側面にあります。

バイオプリンティング技術においては、材料の親和性や細胞との適合性、材料の架橋方法の統合、ソフトウェアとの組み合わせ、サイズや用途などの面でブレークスルーが必要です。
3つの要素、生体材料の最適化と細胞選択の観点から、
血管新生は複雑な臓器を印刷するために不可欠ですが、現在のバイオプリンティングは依然として単純な組織の研究に重点を置いています。

3D バイオプリンティングトリロジー<br /> 現在、科学者たちは血管、心臓弁、筋肉、神経、皮膚などの臓器や組織の印刷に成功しています。
3Dバイオプリンティング産業の発展は、グローバルな視点から考える必要があります。産業チェーンであれ、技術の分散であれ、3Dバイオプリンティング産業は広くグローバルです。
市場の需要であれ、製品開発であれ、臨床ニーズに密着し、臨床ニーズから始めて、より早い段階で製品開発やビジネスモデルの洗練に介入する必要があります。

3D バイオプリンティングの分野で最も古い商業企業の一つが Organovo です。同社は商業用バイオプリンターの開発と生物学的オルガノイドの印刷に注力する世界的に有名な企業です。 Organovo は多くの大企業と提携し、薬物の毒性評価や有効性スクリーニングに使用できるオルガノイドを印刷しています。この創造は、薬物開発において生体内条件をシミュレートできないというジレンマを大きく解決します。また、CollPlant、CYFUSIなど、独自の分野に取り組んでいる企業も多数あります。中国には、Nopu、Blueray Inno、Jienofei、Maipu Regenerationなど、最先端技術を持つ企業も数多くあります。皆様が協力してこの分野の発展を推進していただければ幸いです。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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