徐明根: 3D プリントと個別化医療

3D プリントと医療を組み合わせた私の取り組みについてお話ししたいと思います。

まず、医療の今後の発展についての私の認識についてお話ししたいと思います。精密医療は今年最もホットな話題です。精密医療と個別化医療は今後の発展の方向です。精密医療と個別化医療をどう実現するか？

これが精密医療についての私の理解です。まず、照準器が必要です。現在入手可能な照準器は何ですか? CT、MRI、B超音波などがあります。昨年以来、ターゲットを視覚化できる遺伝子配列解析という概念が非常に人気を集めています。

目標を持つだけで十分ですか?次のような質問もあります。弾丸が必要ですが、弾丸とは何でしょうか?精密でパーソナライズされた医薬品や医療機器を含め、ターゲットだけを見ても、正確で正確な攻撃方法がなければ、精密でパーソナライズされた医療を実現することはできません。最も重要なのは戦士を持つことです。精密医療の戦士とは誰ですか？主役はやはり医師、薬剤師、看護師です。私たちはテクノロジーとインターネットのサポートを担当しています。最前線で戦っているのは医師や医療従事者なので、彼らにもっとサポートを提供します。これが私の理解です。

私の理解に基づいて、3D プリントに関する知識についてお話ししたいと思います。

実際には、ほとんどの病院がすでに磁気共鳴画像などの医療データを収集する能力を備えており、病院は現在大量のデータを保有していますが、多くのモバイル医療企業もデータの保存、伝送、処理において多くの作業を行っていると考えています。しかし、これらのデータは、最終的には患者を治療できる医療機器や精密医療に再利用される必要があります。私たちは、以前にデジタル化されたデータを基に、3D プリント技術はチェーンのループを閉じるのに非常に優れた技術であると考えています。患者から収集されたデータは、最終的には患者を治療するための医療機器、精密医療、または遺伝子修復技術に変換できます。

なぜ 3D プリントでこれができるのでしょうか?患者は個人によって大きく異なり、構造も複雑です。3D プリント技術により、デジタルモデルに基づいて、パーソナライズされた複雑な構造を迅速に製造できます。これら2つを組み合わせることで、パーソナライズされた精密な医療の時代が到来します。 3D プリント技術は 2012 年から非常に人気があります。生物学的 3D プリントとは何でしょうか?

まず、生物学的 3D プリント用の機器は 2000 年代初頭から開発されており、最も初期の取り組みは米国とドイツ、そして清華大学によるものでした。これらのプラットフォームのほとんどは、学校の科学研究プラットフォームです。2012年末、国内外のトップクラスの科学者が私たちに連絡し、「徐教授、医師や生命科学の研究者向けに、操作がそれほど複雑ではなく、CADや機械の知識をそれほど必要としないデバイスを設計してもらえませんか？」と尋ねました。これは非常に良いアイデアだと思い、私たちは一連のデバイスを開発しました。

ワークステーション設備を含めた今年システム化された設備です。当社は、3Dプリント技術をベースに、医師が病院内で多機能拡張を行えるようにするための多機能かつ拡張可能な特別な制御システムを開発しました。

さらに、マルチノズルシステムでは、8 つの材料または 8 つのセルを同時に印刷できます。もう 1 つは温度制御システムで、最高 -55 度の温度に達することができるため、特殊な生物学的材料をデバイス内で印刷できるようになります。同時に、私たちは主に医師に非常に便利で使いやすい安定したシステムを提供することを目的として、機器用の一連の 3D プリントカートリッジとインテリジェントでクリーンな作業台を構築しました。
このようなシステムに基づいてどのような作業を行うことができますか?

まず第一段階は再物質化することです。現在、この装置で作れる材料には、胚性幹細胞、天然バイオ医薬品、有機高分子材料などがあり、細胞そのものから得られるものもあります。私たちは一連の商品化されたバイオマテリアルを持っています。

これは細胞のプリントです。この写真の円の中に私たちの研究室のベンチマークワークがあります。これらは2週間前にプリントした細胞です。黒い部分は設計された血管で、栄養素の流入を確保できます。構造は2週間以内であれば良好に維持できます。細胞は分化因子の影響を受け、必要な細胞を持っています。

以前のプラットフォームをベースに、組織や臓器の個別カスタマイズに初めて挑戦しました。これは市場で大きな需要がある、ヒト脊髄幹細胞を使用して印刷された耳軟骨です。私たちは臓器の機能不全という最も小さな部分だけに注目しています。毎年、世界で約600万人が生きていくために臓器移植や肝臓移植を必要としています。中国ではこの数は150万人です。しかし、昨年のデータによると、中国で臓器を移植できるのは15,000人以下です。臓器を提供しても、自身の免疫系に問題が残っています。

この需要に応えるため、私たちはさまざまな試みをしました。まず肝臓を試しました。中国人は特定の薬を長期間服用し、アルコールを飲み、B型肝炎ウイルスのキャリアであるため、肝臓再建が必要な人が多いのです。まず、肝臓の基本構造を理解する必要があります。肝臓ユニットを中心に一連の設計を行い、各ユニットの構造を研究しました。最終的に、次の要件を満たす印刷可能なユニット構造を設計しました。第一に、プロセス中に細胞が生き残ること、第二に、生物学的機能に解毒などが含まれることです。 3つ目は、将来的に統合して生産できるということです。

私たちは一連の調査を実施しましたが、具体的な数字については詳しく説明しません。例えば、肝臓はアルブミンの分泌など、非常に重要な機能を持っています。3Dプリントされた肝臓のアルブミンは、8週間の体外培養中も非常に安定しており、機能的であり、単位構造を維持できることが証明されています。今年10月9日には、肝臓ユニットの第一号機を商品化し、少量生産でも安定した制御が可能であることを証明しました。

骨欠損などの他の欠陥もあります。3D 印刷技術の助けを借りて、カスタマイズされたインプラントを構築できます。患者の CT スキャンに基づいてインプラントを再構築し、再構築データに基づいて生体適合性材料に基づいて必要な形状に印刷できます。マクロレベルでは欠陥のある部分を埋めることができ、ミクロレベルでは血管が均等に成長できるように多くの経路を作成することができます。

人間の組織や臓器を個別にカスタマイズする以外に、3D プリントで何ができるのでしょうか?正確かつ個別化された薬物スクリーニングを実行できます。製薬会社は毎年、研究開発に多額の投資を行っています。2014年を例にとると、研究開発への投資額は1,388億ドルでした。今年は約1,400億ドルになるでしょう。どのくらいの成果をもたらすのでしょうか？

アストラゼネカを例に挙げましょう。1997年から2011年までの研究開発費総額は590億ドルで、FDA承認薬を5つ開発し、新薬1つあたりのコストは118億ドルでした。これは記録的な数字です。昨年、アストラゼネカの研究開発担当者が書いた、過去20年間のアストラゼネカの医薬品開発プロセスをまとめた非常に有名な記事がありました。ここにデータがあります。このグラフの赤い部分は、動物レベルで検出された臓器に対する試験対象薬剤の毒性です。黄色の部分は、人体レベルで検出された薬物の毒性を表しています。中枢神経系を例にとると、動物レベルでは7（100点満点中）が検出されましたが、人体では34点にも上ります。他には腎臓や肝臓などがあります。これは何を示しているのでしょうか？これは、薬効試験を含む動物レベルでの毒性試験が、実際には人間では大きな違いがあることを示しています。薬が臨床試験で不採用になった場合、損失は莫大なものになります。ではどうすればいいでしょうか？これを分析し、動物モデルと人間の相関関係の 53% が無関係であり、14% が逆であり、残りの 33% が関連している理由を、動物と人間の間には遺伝的差異があるために示した別の記事があります。もう一つの技術は、20年以上前からあるハイスループットスクリーニングです。当時私たちはとても興奮し、新薬開発に革命的な変化をもたらすだろうと感じていました。しかし、それは役に立たないようです。ハイスループットスクリーニングの結果の99％以上は無関係です。私たちは、3Dプリントがこの問題を解決する新しい手段を提供すると信じています。私たちは人間の細胞を使って、人間の肝臓、腎臓、および対応する組織を印刷します。それを薬物スクリーニングに使用すると、薬物スクリーニングの精度を向上させることができるはずです。私たちはいくつかの作業を行いました。

まず、肥満や糖尿病などのメタボリックシンドロームは、体内において、脂肪酸代謝などの栄養代謝が脂肪組織と膵島によって調節されています。私たちが行ったのは、この調節システムを体外で再構築することでした。人間の脂肪組織を印刷して誘導しました。赤いのは脂肪ダムで、外側は内皮です。膵島を印刷してシステムを構築しました。対応するデータはこちらにあります。インスリン分泌、グルコース代謝、脂肪代謝、あるいは阻害因子の分泌など、これらのモデルは身体に近く、関連データも身体に近くなります。さらに、一連のデータを収集しました。たとえば、肝臓薬物に関連する3A4遺伝子（音）を検出しました。3Dシステムは2Dシステムよりもはるかに高く、薬物の感受性と毒性に対する反応がより正確です。現在、メルク社で使用されています。

腫瘍モデルもあります。1つ目は腫瘍の洗浄と転移、2つ目は腫瘍の血管新生です。私たちのモデルでは、たとえば、上の写真で印刷されたチャネルには腫瘍システムがありませんが、下の写真には腫瘍システムがあります。腫瘍システムはチャネルの表面に転移プロセスを示していることがわかりました。これはシステムのin vitro再構築であり、一連の遺伝子と酵素の発現もあります。例えば、Bcl-2 は腫瘍の進行に関係しており、その発現は高くなっています。これについては多くの説明は必要ありません。

また、正確でハイスループットなオンラインシステムを構築したいと考えています。肝臓と腫瘍の両方をカバーし、薬物の肝臓へのダメージと腫瘍への毒性を同時に検出できるシステムを構築しました。しかし、予想外の驚きがありました。薬物を検出するには、二次代謝物の存在が必要なのです。

3Dプリント臓器模型などの個別改善作業に関しては、従来は病院でCTやMRIを行った後にフィルムを撮影し、そのフィルムの画像データをもとに医師が判断していました。本物の骨格と全く同じ立体物を医師に提供すれば、医師にとって非常に助かります。さらに、手術計画のシミュレーション、臨床指導、医師と患者のコミュニケーションも非常に重要です。これは、中国本土と香港でのボストンサイエンティフィックの左心耳（健常者）手術で行ったことです。これにより、もともと40分以上かかっていた手術プロセスを、この方法によって30分未満に短縮できます。 3D プリントされた手足や 3D プリントされた手もあります。

要約すると、3D プリント技術は、正確でパーソナライズされた医療チェーンの閉ループを実現するのに役立ちます。
第二に、3D プリンティングには複数の分野が関係しており、当社は医師や科学研究者を含むさまざまな分野や業界に対して、機器から材料、ソフトウェアに至るまでの技術サポートを提供する用意があります。

これは弊社の紹介です。弊社は2013年1月に設立されました。3年足らずで、3億元と推定されるAラウンドの資金調達を完了しました。弊社の仕事が医療の発展を促進できることを願っています。弊社には重点実験室があり、ご興味のある方はどなたでも弊社と協力することができます。

出典: シェル

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