中国科学院の科学者らは骨腫瘍の治療に3Dバイオプリントセラミックス足場を開発した。

中国科学院の科学者らは骨腫瘍の治療に3Dバイオプリントセラミックス足場を開発した。
現在、骨腫瘍に対する最も一般的な臨床治療には、手術、放射線療法、化学療法が含まれます。従来の放射線療法と化学療法はどちらも重大な副作用があり、外科的治療では通常、骨腫瘍細胞が残留し、大きな骨欠損を引き起こします。骨腫瘍の治療と骨欠損の修復の両方が可能な生体材料をどのように準備するかは大きな課題です。

最近、中国科学院上海陶磁器研究所の研究者である呉成鉄氏と張江氏が率いる研究チームは、骨組織工学と光熱療法を組み合わせるというアイデアを初めて提案し、骨腫瘍欠損の治療と修復のための光熱機能化生体活性セラミックス足場の調製に関する研究で新たな進歩を遂げました。中国の専門的な3D印刷メディアプラットフォームであるAntarctic Bearによると、この研究では3D印刷技術を使用してバイオセラミックスと酸化グラフェンの複合足場を準備しました(図1を参照)。この方法は、超低出力の近赤外光下で急速に加熱することができ、光熱性能を制御可能です。

図 1. 3D プリントされた純粋なバイオセラミック スキャフォールド (左) とバイオアクティブ セラミック/グラフェン酸化物複合スキャフォールド (右)
体外での骨腫瘍細胞の殺傷率は 90% に達しました (図 2 参照)。機能化されたスキャフォールドをマウスに移植し、光を照射すると、ヌードマウスの皮下腫瘍の成長は効果的に抑制されましたが、対照群の腫瘍の体積は日を追うごとに増加し続けました(図 3 参照)。同時に、このスキャフォールドは骨間葉系幹細胞の増殖と骨形成分化を大幅に促進し、生体内で新しい骨組織の成長を誘発することができるため、3Dプリントされたバイオセラミックススキャフォールドは抗腫瘍と骨修復の二重の機能を備え、骨腫瘍の治療と修復に応用できる可能性があります。


図 2. 3D プリントされたバイオセラミック/グラフェン複合スキャフォールドは、近赤外光による光熱効果で腫瘍細胞を効果的に殺します (b、c、d、e、f、m)。近赤外光を照射せず、純粋なバイオセラミックス スキャフォールド上では、腫瘍細胞はそのまま成長します (a、f、g、h、j、k、l、n、o、p)。


図3. 近赤外光照射下におけるヌードマウスの光熱イメージング(a)と温度変化曲線(b)。腫瘍の生体内蛍光イメージング(c)、腫瘍体積変化曲線(d)、治療前後のヌードマウス写真の比較(e)
現在、この研究成果はAdvanced Functional Materialsに受理されています(論文の第一著者は博士課程の学生である馬宏士です)。審査員たちはこの研究を高く評価し、「これは、従来の生物学的足場が腫瘍治療と骨修復の両方を達成できないという問題を解決する、重要な革新を伴う、よく設計された研究である」と述べた。現在、この成果に対して特許が申請されている。

さらに、研究チームは3年間の研究を通じて、従来の3Dプリントバイオセラミックス足場におけるマクロポアのサイズと構造の制御性が低いという問題を解決することに成功しました。最近、研究チームは3Dプリント法を用いて、バイオセラミックスの中空管状積層の多孔質足場(図4参照)やマクロポーラスとメソポーラスの組み合わせの多孔質足場(図5参照)など、マルチスケールで複雑な構造のバイオセラミック足場を作製することにも成功しました。これらの新しい足場材料は、人間の組織の複雑な構造をより適切にシミュレートし、骨形成と血管新生の特性が大幅に改善されています。


図 4. 中空管状構造を持つ 3D プリントされたバイオセラミック スキャフォールドは、大きな骨組織欠損の修復と再生に使用されます。中空管状構造の形態とサイズは適切に制御できます。

図5. 織り込まれたマクロポーラス構造(a、b)と秩序だったメソポーラス構造(c)を含む階層的な細孔構造を持つ3Dプリントバイオセラミックス足場は、優れた骨形成活性を持っています。 関連する結果は最近、ACS Applied Materials & Interfaces、Nanoscale、Acta Biomaterialia などのジャーナルに掲載されました。 (Nanoscale. 2015; 7(45): 19207-21、ACS Applied Materials & Interfaces. 2015; 7:6541-6549。Acta Biomaterialia. 2014; 10(1): 463-476)。



さらに読む:
ピッツバーグ大学が3Dプリント金属骨足場技術を開発
気道ステント: 3D プリントの潜在的な医療用途
《最先端技術:3Dプリントされた足場は生体分子を正確に放出し、人体の組織再生を促進することができる》

中国科学院上海珪酸塩研究所経由
バイオ、陶芸、外科、臨床、南極のクマ

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