Small Science Review: 抗菌ハイドロゲルの光アシスト 3D プリント

出典: EngineeringForLife

現在までに、世界中で毎年 1,300 万人の患者が危険な細菌感染症に罹患しています。特に注目すべきは、COVID-19パンデミックの際、肺炎関連死の約95%が二次的な肺炎球菌感染によるものであったことです。抗生物質は、1928年にフレミングがペニシリンを発見して以来、歴史的に細菌性疾患の治療に効果を発揮してきました。しかし、抗生物質の過剰使用や長期使用により、スーパーバグを含む多剤耐性菌の出現が促進されている。したがって、抗菌薬耐性に対する抗生物質を使用しない戦略を緊急に開発する必要があります。

光源を使用して光重合性プレポリマー溶液を硬化させる光支援 3D 印刷技術は、高解像度、特定の特徴、機能を備えた抗菌ハイドロゲルの開発に大きな可能性を示しています。さらに、カスタマイズされた構造と抗菌機能を備えた 3D プリントハイドロゲルは、組織工学、再生医療、創傷治癒、インプラントなどの分野で広く使用されており、疾患のモデル化と治療を促進しています。

これを踏まえ、クイーンズランド大学のトーマス・ポール・デイビス氏らは、光アシスト3Dプリント技術で製造された抗菌ハイドロゲルの包括的な分析と評価を実施しました。著者らは、抗菌ハイドロゲルの開発に使用される光アシスト3Dプリント技術の概要を説明し、抗菌効果を高めるために無機ナノ材料、抗生物質、機能性ポリマーを3Dプリントハイドロゲルに統合するための新しい戦略について議論し、人工知能と機械学習を使用した高度な設計の展望を提案しました。

要点:
（１）光支援３Ｄプリンティングシステム（ＤＬＰやＳＬＡなど）は、樹脂の局所的な光重合を精密に時空間的に制御することで、様々な幾何学的複雑さを持つ物体を製造することができ、エレクトロニクス、バイオエンジニアリング、薬物送達、抗菌療法などの様々な分野で応用されている。現在、抗菌ハイドロゲルの開発に使用されている光支援 3D 印刷技術には、主に光重合、光支援インクジェット印刷、光支援押し出し印刷、選択的レーザー焼結が含まれます。
（2）光アシスト3Dプリンティング技術は、複雑な構造を作り出す汎用性と優れた空間分解能を備えているため、組織工学や抗菌用途のハイドロゲル足場を製造するための革新的なツールとなります。さらに、3D プリントの光活性化メカニズムは、ミリメートルからサブマイクロメートルスケールまでのハイドロゲルの構造を制御するために使用されます。
（３）ハイドロゲル自体には通常、抗菌性がありません。ハイドロゲルに金属イオン／金属系無機ナノ材料、抗生物質、抗菌ポリマーを組み合わせたハイドロゲル複合材料を開発することで、抗菌効果を高めることができます。さらに、ポリマーやナノ粒子をハイドロゲルに組み込むと、強度や剛性などの機械的特性が向上するだけでなく、ハイドロゲルに刺激応答挙動を与える架橋剤としても機能します。

要約すると、著者らは、光アシスト 3D プリンティングによって製造された天然および合成ハイドロゲルの独自の特性、抗菌機能、および潜在的な用途をまとめ、強力な抗菌剤を組み合わせることで 3D プリントされたハイドロゲルの抗菌効果を改善し、持続させる現在の方法について説明しました。これは、研究者がハイドロゲルの光アシスト 3D プリンティングの最新の進歩を理解するのに役立ちます。

ソース：
https://doi.org/10.1002/smsc.202400097

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