新しい吸収性3Dプリントインプラントは、患者自身の心臓弁の再生を助ける可能性がある

南極クマの紹介:心臓弁疾患は一般的かつ深刻な健康問題であり、現在のところ、長期にわたる効果的な治療法が不足しています。既存の治療法には弁の置換や修復などがあるが、これらの方法には、繰り返しの手術が必要であること、費用が高いこと、リスクが高いこと、小児患者に対する解決策が非常に限られていることなど、多くの制限がある。

△組織再生を促進する3Dプリント生体吸収性心臓弁は、再手術の必要性をなくし、成人および小児の心臓病患者に革新的な解決策を提供する可能性がある。
2025年2月13日、アンタークティックベアは、米国のジョージア工科大学の研究者がバイオメディカルエンジニアリングの分野で大きな進歩を遂げ、革新的な3Dプリント心臓弁の開発に成功したことを知りました。この革新的な技術では生体吸収性材料が使用され、患者の独自の解剖学的構造に合わせてカスタマイズできます。弁は患者の体内に埋め込まれた後、徐々に体内に吸収され、新しい組織の成長を促進し、最終的に弁機能の自然な置き換えを実現します。

この技術は、ジョージア工科大学とエモリー大学のウォレス・H・コールター生体医工学部のラクシュミ・プラサド・ダシ教授とスコット・ホリスター教授の研究室で開発された。ダシ氏は心臓弁の機能と力学の分野における第一人者の研究者であり、ホリスター氏は組織工学と小児医療機器の 3D プリントにおける第一人者です。研究チームは、この革新が心臓弁治療の分野に根本的な変化をもたらすと考えています。

ダシ教授は「私たちの技術は、現在広く使用されている心臓弁装置とは根本的に異なり、耐久性がなく持続不可能な動物組織装置への現在の依存から脱却し、心臓弁が患者の体内で自然に再生できる全く新しい時代の到来を告げるだろう」と強調した。

ホリスター教授は次のように付け加えた。「小児科における最大の課題の 1 つは、子どもが成長し、心臓弁のサイズが時間とともに変化することです。その結果、子どもは成長に合わせて弁を修復するために複数回の手術を受けなければなりません。この新しい技術により、患者は将来何度も弁を交換しなければならないことを心配することなく、新しい弁組織を成長させることができます。」

△生体吸収性心臓弁（黄色）と組織再生を促進する3Dプリント心臓モデル
生分解性の3Dプリントインプラントが心臓に移植される

3Dプリント心臓弁技術はすでに存在し、インプラントにおける生体吸収性材料の使用は目新しいものではないが、この2つの技術を組み合わせて吸収性形状記憶材料を使用したデバイスを作成するのは史上初である。

「このプロジェクトの目的は、従来の万能型の心臓弁設計・製造アプローチを超え、患者に合わせてカスタマイズされた、より耐久性の高いインプラントを開発することです」とダシ研究室の研究科学者サンチタ・バット氏は説明した。

研究の予備段階では、適切な材料の探索とさまざまなプロトタイプのテストが行われました。研究者らの心臓弁は、ポリ（ドデカン酸グリセリド）と呼ばれる生体適合性材料を使用した3Dプリント技術で作られた。

△チームは特殊な3Dプリンターを使用して生体適合性材料で作られたデバイスを製造しています（左のオレンジ色のデバイス）
この弁には形状記憶機能があり、折り畳んでカテーテルで送ることができるため、開胸手術の必要がなくなります。移植後、3D プリントされた弁は体温の作用により元の形状に戻ります。その後、この材料は体内に信号を送り、デバイスを置き換える新しい組織を生成します。数か月後には元のデバイスは完全に吸収されます。

△心臓弁のプロトタイプは、心臓弁の耐久性をテストするために使用される心臓シミュレーション装置で観察できます。研究者のジョシ氏は、「インプラントのコンセプトが決まったら、設計、材料、製造パラメータが正しいことを確認するために、多くの微調整と最適化が必要です。これは反復的なプロセスです。私たちは、弁が適切に機能することを確認するために、システムでこれらの側面を常にテストしています。」と述べています。

バット氏とジョシ氏は現在、計算モデルとベンチトップ研究を使用して心臓弁の物理的耐久性をテストしています。 Dasi の研究室には、個々の患者の心臓の圧力と血流の状態に合わせて実際の心臓の生理学的状態をシミュレートする心臓シミュレータが装備されています。別の装置は、短時間に何百万回もの心拍を弁に与えることで弁の機械的耐久性をテストします。

△研究者は心臓シミュレーション装置を使用して心臓弁のプロトタイプをテストしています。このシステムは実際の心臓の生理機能と一致しており、患者一人の心臓の圧力と血流状態をシミュレートできます。
ゲームを変えるバイオテクノロジー

研究者らは、新しい組織の成長を促進し、最終的に元の機能を置き換えながら、心臓弁の厳しい機能要件を満たすことができる材料を開発することは、非常に大きな技術的課題であると指摘した。さらに、新しい医療機器は、実験室での研究から臨床応用まで長く複雑なプロセスを経て、一連の重要なマイルストーンを達成する必要があります。

研究チームのビジョンは、まずこの技術を小児患者、特に他の治療法が効かなかった患者に適用することだ。研究者らは、さらなる研究と臨床試験を通じて、この製造方法がすべての患者グループに等しく適用可能であることが実証され、心臓弁疾患の治療に総合的な変革をもたらし、患者により個別化された永続的な治療オプションを提供できることを期待している。

研究者らは、この技術が心臓弁疾患の治療方法に革命をもたらし、組織工学デバイスの開発に新たな一章を開くことを期待していると述べている。

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