複雑な組織再生のためのバイオ3Dプリント神経構造、上海チームが新たな進歩を遂げる

出典：ザ・ペーパー

Antarctic Bearは最近、中国科学院上海陶磁器研究所の研究員である呉成鉄氏が研究チームを率いて、複雑な組織再生のための生物学的3Dプリント神経構造の利用において新たな進歩を遂げたことを知りました。

研究チームは、「組織再生と機能化の神経制御」という重要な要素を目指して、ケイ酸塩バイオセラミックベースのバイオインクと神経幹細胞を組み合わせることを提案し、生物学的3D印刷技術を使用して神経化構造物を革新的に構築しました。

△神経構造物の生体内修復効果。 (a) 脊髄損傷の修復、(b) 頭蓋骨の再生、(c) 筋肉組織の再生。写真はインタビュー対象者提供。ケイ酸塩バイオセラミックスは、神経構造に優れた神経活動と多細胞調節機能を与え、さまざまな組織の修復、再生、機能回復を促進するための普遍的な神経化プラットフォームとなります。

人体の中枢神経系として、神経は他の組織や臓器の生理機能や代謝恒常性を調節し、制御する上で重要な役割を果たします。

さらに、組織の再生は、複数のシグナル、細胞、成長因子の協調的な作用を必要とする動的かつ複雑な生理学的プロセスです。損傷の初期段階では、神経が最初に損傷信号を感知して反応し、さまざまな神経伝達物質や神経ペプチドを分泌して再生微小環境を調節し、組織の再生に積極的に関与します。

したがって、神経調節機能を備えた生体活性足場を構築することは、組織の再生を促進し、その生理学的機能を回復するために特に重要です。

研究チームは、リチウム、カルシウム、シリコンの神経分化促進および神経保護効果に基づいて、Li-Ca-Si（LCS）バイオセラミックスに基づくバイオインクを開発し、それを神経幹細胞と組み合わせ、生物学的3D印刷技術を通じて機能的な神経構造物を準備しました。

この研究では、LCSベースのバイオインクから放出されるさまざまな活性イオンが、神経幹細胞のニューロンへの分化を促進し、PI3K-AKT経路を通じてニューロンの成熟を誘導し、優れた神経調節活性を示すことがわかりました。

さらに、LCS バイオインクに基づく神経構造は、優れた多細胞調節機能も示し、骨髄間葉系幹細胞の骨形成分化、内皮細胞の血管新生、および筋細胞との神経筋接合部の形成を効果的に促進します。完全切断脊髄損傷モデルでは、神経構造物は神経分化と血管新生を刺激し、脊髄損傷の再生を促進し、マウスの下肢の運動機能を回復することができます。頭蓋骨損傷モデルでは、神経構造物は新しい骨の形成、骨の統合、血管新生と神経支配を効果的に誘導し、神経/血管化骨の再生を実現します。容積筋損傷モデルでは、神経構造物は筋線維の形成と成熟、血管新生を誘導し、神経神経支配を強化し、神経/血管化筋肉の再生を実現します。

要約すると、本研究で「組織再生の神経制御」の観点から作成されたバイオセラミック/神経幹細胞ベースの神経構造は、複雑な組織再生を達成するための潜在的な戦略を提供し、また、新世代の複雑な組織工学生体材料の設計に新しいアイデアを提供します。この研究成果は最近、著名な学術誌「National Science Review」（Natl. Sci. Rev. 2024, 11 (4): nwae035）に「複数の組織再生と機能回復のための無機バイオマテリアル/神経幹細胞構造のバイオプリンティング」というタイトルで掲載され、同時に発明特許も申請されました。
論文の第一著者は、上海陶磁器研究所の2019年博士課程学生である張宏建氏であり、責任著者は研究員の呉成鉄氏である。関連研究は、国家重点研究開発計画、国家自然科学基金、中国科学院基礎研究若手チーム安定支援計画、上海市科学技術委員会/上海分局基本特区基金から資金提供を受けた。

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