ライス大学の研究者らが、生物構造の3Dプリントに新たな扉を開くカスタムエンジニアリングされた生体材料を開発

2025年2月6日、アンタークティックベアは、ライス大学の研究チームが、材料の構造と変形力（伸張や圧縮など）への反応をより正確に制御できる新しいカスタムエンジニアリングバイオマテリアル（ELM）の配列-構造-特性の関係を明らかにしたことを知りました。 ELM 材料は、3D 印刷技術を通じて複雑な生物学的構造を作成するために使用でき、さまざまな用途に適しているため、3D 印刷に最適な材料の選択肢となります。
△左から：キャロライン・アジョ・フランクリン、カールソン・グエン、エスター・ヒメネス。出典：ライス大学。
ACS Synthetic Biologyの特別号に掲載された「マクロ生体材料のタンパク質マトリックスを遺伝子組み換えしてその構造とレオロジー特性を制御する」と題するこの研究は、人工生体材料に構造を与えるタンパク質のネットワークであるタンパク質マトリックスの組み換えに焦点を当てています。研究チームは、わずかな遺伝子変化を導入することで、これらの材料の挙動を大幅に変えることができることを発見した。この発見は、組織工学、薬物送達、バイオデバイスの3Dプリントの進歩への新たな扉を開く可能性がある。
△論文リンク：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acssynbio.4c00336
「私たちは細胞を操作して、独自の特性を持つカスタマイズ可能な材料を創り出しています」と、ライス大学の生物科学教授でこの研究の主任著者であるキャロライン・アジョ・フランクリン氏は言う。「合成生物学はこれらの特性を調整するツールを与えてくれましたが、遺伝子配列、材料構造、挙動の関係はこれまでほとんど研究されていませんでした。」
研究チームは合成生物学の技術を用いて、カウロバクター・クレセンタスと呼ばれる細菌を研究した。研究室の以前のメンバーは、細胞同士がくっついて支持マトリックスを形成するのに役立つBUD（「ボトムアップ・デ・ノボ」の略）と呼ばれるタンパク質を生成するように細菌を操作していた。これにより、細菌はBUD-ELMと呼ばれるセンチメートルサイズの構造に成長することが可能になりました。

ライス大学の研究者らは、生体材料をカスタム設計し、生物学的デバイスの 3D プリントの進歩への扉を開きました。研究者たちはこの工学的アプローチを用いて、エラスチン様ポリペプチド（ELP）と呼ばれる特定のタンパク質セグメントの長さを変え、新しい材料を作り出した。研究チームは、元の中型サイズの BUD-ELM と 2 つの新しい変種を特徴づけ、それぞれが異なる特性を示すことを発見しました。最初の材料は BUD40 と呼ばれ、ELP が最も短く、より太い繊維を形成するため、より硬いバルク材料になります。 2 番目の材料である BUD60 は、中程度の長さの ELP を持ち、球状体と繊維の組み合わせを形成し、変形振動応力下で最も強力な材料を生み出します。最後に、ELP が最も長い BUD80 では、より細い繊維が生成され、変形応力によって簡単に破損する剛性の低い材料が生成されました。
高度な画像処理と機械試験により、違いは見た目だけの問題ではなく、圧力下での材料の取り扱いや流れにも影響することが明らかになりました。たとえば、BUD60 はより大きな力に耐え、環境の変化に適応できるため、3D プリントや薬物送達などの用途に最適です。
これら 3 つの材料には共通点が 2 つあります。それは、ずり減粘挙動を示し、多量の水 (重量の約 93%) を含むことです。そのため、組織工学における細胞の成長をサポートする足場や、制御された方法で薬剤を送達するシステムなど、生物医学的用途に最適です。
「この研究は、単に生物学的機能を追加するのではなく、カスタマイズされた機械的特性を持つ生体材料をゼロから構築することに焦点を当てた最初の研究の1つです」と、生物科学の大学院生でこの研究の第一著者であるエスター・ヒメネス氏は述べた。「タンパク質配列に微妙な調整を加えることで、特定の機械的特性を持つ材料を設計する方法についての貴重な洞察が得られました。」

ELM 材料の潜在的な用途はバイオメディカル分野に限定されません。これらの自己組織化材料は、生分解性構造物の構築や自然プロセスを利用したエネルギー生成など、環境浄化や再生可能エネルギー用途にも使用できます。
「この研究は、配列・構造・特性の関係を理解することの重要性を強調している」と、ライス大学の生物科学専攻の上級生で、この研究の第二著者であるカールソン・グエン氏は述べた。「特定の遺伝子組み換えが材料特性にどのような影響を与えるかを判断することで、次世代の生体材料を設計するための基礎を築いている。」
この研究は、国立科学財団大学院研究フェローシップ、テキサス州癌予防研究局、ウェルチ財団の支援を受けて行われた。

ライス大学の研究者らが、生物構造の3Dプリントに新たな扉を開くカスタムエンジニアリングされた生体材料を開発

複雑な構造の医療用ナイフの新しい製造方法 - 金属3Dプリント

3Dプリント技術を使用して部品の数を減らすと、次の61の利点が得られます。

ノルデアの主任アナリストは、3Dプリントは世界の石油消費を削減できると考えている。

生まれる前に赤ちゃんの姿を見る: 新しいスキャン技術により胎児の 3D 視覚化が実現

効率的な太陽熱蒸気生成のための表面構造を備えた二層ハイドロゲルの 3D プリント

スウェーデンの3つの機関が協力して国立金属3Dプリント研究施設を設立

3Dスキャンと人工知能が融合すると、どのような商業価値が生まれるのでしょうか？

ジャック・マー氏は、中国の製造業が受ける痛みは想像をはるかに超えるだろうと語った。3Dプリントなどの技術はそれを補うことができるだろうか？

Awexim がポーランドにおける Farsoon の積層造形ソリューションの独占販売代理店に

ペトロブラスが3DプリントラボLABi3Dを立ち上げ、石油・ガス産業に新たな時代を開く

推薦する

3D ELEMENTSがPCL 3Dプリントフィラメントを発売

「黒い止血鉗子」 - 3Dプリントで心臓の鼓動を維持

3Dプリントを徹底的に理解するには？この展示会にぜひお越しください！

シノレーザーの新本社は成都温江市に位置し、同社の発展は新たな時代に入った。

イベント登録: 独自の 3D プリンターを作成し、Kindle 特典とインターンシップの機会を獲得しましょう!

ポリマー3Dプリント自動車ヘッドライトの出荷開始、オートアディティブメンテナンス製品が発売

重慶では、3Dプリント業界に従事する人は警察に登録しなければなりません！

1時間あたり45kg：ROSOTICSが新型MANTIS大型高スループット金属3Dプリンターを発売

フィンエアーA320機内に3Dプリントの仕切りを設置

【事例】3D Systems 3Dプリンターを使用したグラファイト端子部品の製造

インスタントラーメン愛好家に朗報：Print2Tasteの食品3Dプリンターでおいしい食べ物を楽しめる

コンデンサエッジ効果を持つハイドロゲルの3Dプリント

隋建国教授がアリアンツ・アジア・パシフィックを訪問し、3Dプリント技術と現代アートの融合と革新について議論

3Dプリント後に模様を彫りますか？ Colorfabb、レーザーマーキング可能なPLAフィラメントを発売

ONULIS、業務自動化のためのWRAPCURE認証を開始