研究者らは超リアルなバイオニック人間の皮膚を3Dプリントし、損傷した皮膚を治癒する新たな方法を開拓した。

この投稿は warrior bear によって 2024-3-20 17:29 に最後に編集されました。

2024年3月20日、アンタークティックベアは、オレゴン大学の科学者がロレアルと共同で、極めてリアルな合成人間の皮膚の製造において大きな進歩を遂げたことを知りました。研究者たちは3Dプリントを使ってわずか18日間で皮膚のような組織の複数の層を作成し、それを使って人体を保護および治癒する製品をテストしている。

過去 50 年間にわたり、in vitro 皮膚および毛髪モデルが開発され、創傷や火傷の治癒のための皮膚移植や皮膚生理学および病態生理学の研究など、さまざまな臨床および研究用途に使用されてきました。これらの in vitro 皮膚モデルの多くは、化粧品や医薬品の有効性と毒性をスクリーニングするための効果的な方法として認識されていますが、依然として限界があります。
動的な真皮を開発する必要性に対処し、既存の多孔質システムの固有の限界を認識するために、オレゴン大学の研究者は、溶液電界紡糸 (SES) と溶融電界書き込み (MEW) を組み合わせて、二重層 PCL スキャフォールド/膜構造を作成しました。関連する研究結果は、「電界紡糸と溶融電界書き込みによって製造された、カスタマイズされた皮膚組織工学のための初の先進的二層スキャフォールド」と題する論文として、Advanced Functional Materials 誌に掲載されました。

関連論文リンク: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202314757
二重層の足場/膜は、2 段階のプロセスを使用して製造されました。まず、溶液電界紡糸 PCL 繊維をガラス基板上に堆積し、次に MEW を使用して電界紡糸基板上にマイクロファイバーを 3D プリントしました。得られた足場/膜をエタノールでガラス基板から剥離した後、二重層材料は十分に融合した層を示しました。スキャフォールド/膜には以下が含まれます。

低多孔性の上層は、真皮表皮境界（DEJ）（厚さ 10～14 µm）を形成するために使用されます。この層では、SES を使用してナノファイバーがランダムに堆積されました (図 D)。この層は、角質細胞が真皮に浸透するのを防ぎ、真皮の ECM 量に関係なく表皮に播種するように設計されています (図 B)。しかし、SES 膜は依然として ECM 化合物と栄養素の通過を許可します。
MEW を使用して生成された真皮セクションを作成するために設計された多孔質の第 2 層 (厚さ 200 ～ 300 µm)。繊維構造（直線または波状）、繊維サイズ、および多孔性は慎重に制御されます（図 E、F）。

△ in vitro 皮膚モデル用の二重層スキャフォールド二重層 PCL スキャフォールド/膜構造では、SES 膜が真皮と表皮の界面に位置し、MEW スキャフォールドが真皮に最適な開放気孔環境を提供します。溶液電界紡糸 (SES) は、帯電ポリマー溶液から極細繊維 (通常はサブマイクロメートルの直径) を生成する電気流体力学的プロセスです。結果として生じる膜の多孔性により、細胞の浸透を制限しながらタンパク質と栄養素の交換が可能になります。これらの膜は多孔性が高く、孔径が小さいため、表面積が大きくなり、真皮と表皮の接合部の特定の特徴を模倣できる構造になります。研究により、SES 膜は細胞の接着、成長、分化を促進し、革新的な足場/膜構造の有望な構成要素となることが示されています。
△ 直線繊維モデルと波状繊維モデルはどちらも体外皮膚再建に適していますが、真皮 ECM 組織化への影響は異なります。研究者が構築した別のコンポーネントは、直径 50 ミクロンから 1 ミクロン未満のポリマー繊維を正確に堆積できる高解像度 3D 印刷技術である溶融電気融合書き込み (MEW) によって製造されました。注目すべきことに、これらの直径は真皮 ECM 繊維、特に I 型コラーゲン繊維の直径と似ており、乳頭層と網状層の直径はそれぞれ 1 ～ 10 µm です。 PCL を使用したこれらのスキャフォールドは、優れたカスタマイズ可能な機械的特性を備え、優れた生体適合性と長期的な生分解性を示します。 MEW 技術により、スキャフォールドの多孔性、細孔サイズ分布、繊維の直径と配向を詳細に制御できるようになり、特定の用途に合わせて調整できる定義済みの設計を持つ高多孔性のスキャフォールドが実現します。さらに、MEW によって生成された繊維は、地形的な手がかりを介して細胞の整列を誘導することが示されています。これらの特性により、MEW スキャフォールドはカスタマイズされたシミュレートされた真皮環境スキャフォールドの 2 番目に重要なコンポーネントになります。
△オレゴン大学の研究者ポール・ダルトン氏（左）とイェフゲニー・リアシェンコ氏が研究室で作業中。 (画像提供: クリス・ラーセン/オレゴン大学)
研究者のポール・ダルトン氏とイェフゲニー・リアシェンコ氏が率いる研究チームは、膜で区切られたさまざまな種類の細胞を組み込んで、皮膚組織全体を複製することに成功し、前例のない画期的な成果を上げた。彼らの革新的なアプローチにより、人間の皮膚の複雑さを模倣した 2 層の人工皮膚構造を作り出すことができます。
ロレアルは、当初は化粧品やスキンケア製品の配合に重点を置いて、人工皮膚を製品テストに積極的に使用しています。しかし、その潜在的な用途は化粧品だけにとどまりません。研究チームは、糖尿病性足潰瘍の治療や火傷患者への皮膚移植など、さまざまな医療目的でこの技術を利用することを構想している。
この研究は美容と医療の分野における大きな進歩であり、製品のテストに実行可能な代替手段を提供し、創傷治療と再建手術に革命を起こす可能性を秘めています。
オレゴン大学とロレアルの協力によりさらなる用途の模索が続く中、合成皮膚技術を活用して人間の健康と化粧品の革新を促進する未来は有望に思えます。