ルースロ：X-Pureゼラチンはバイオプリンティングの一貫性を向上

人体の組織は細胞外マトリックス（ECM）によって支えられた細胞で構成されており、ECM 自体はコラーゲンで構成されています。これらのコラーゲンには、細胞をサポートするだけでなく、ある程度の引張強度を提供し、細胞接着、走化性、細胞移動、直接的な組織発達の調節を促進するなど、さまざまな機能があります。細胞をバイオプリントする場合、細胞を支え、体内のコラーゲンの役割を模倣する構造も必要です。この材料は、コラーゲンの加水分解から得られる有機成分であるゼラチンであり、組織工学とバイオプリントの可能性をもたらします。

Rousselot はコラーゲンソリューションのリーダーであり、組織工学やバイオプリンティングの用途で細胞の成長を促進するために使用できる X-Pure 改質ゼラチンを含む、ゼラチンベースのさまざまな製品を開発してきました。具体的には、これらの X-Pure ゼラチンは、細胞増殖を促進するための足場または細胞キャリアとして印刷できる熱可逆性ハイドロゲルの形成に使用したり、別の生体材料キャリアの細胞サポートを改善するためのコーティングとして使用したりできます。

ゼラチンからGelMAへ
Rousselot のゼラチン製品の利点について詳しく説明する前に、まず、再生バイオプリンティングアプリケーションで現在最も一般的に使用されているバイオマテリアルの 1 つであるメタクリル化ゼラチンバイオマテリアルである GelMA について理解することが重要です。 GelMA は、20 年以上前にゲント大学の An Van Den Bulcke 博士によって開発され、優れた生体適合性、調整可能な生分解性、および架橋機能を備えています。

この材料は純粋なゼラチンの代替品として開発されました。純粋なゼラチンは細胞の成長には適していますが、31.7～34.2℃の温度にさらされると溶けてしまうという特有の課題があります（細胞は体温の37℃で成長します）。ゼラチンにメタクリル酸無水物を添加すると、架橋能力によって体温での生体材料の安定性が向上するため、より安定した材料が生成されます。

しかし、GelMA は世界中の研究室で製造・合成できるため、材料の一貫性は十分ではありません。さらに、GelMA にはエンドトキシンや残留メタクリル酸などの不純物が含まれる傾向があり、研究結果に影響を与え、組織の炎症、アレルギー感受性、最悪の場合には致命的なショックなど、実際に体内で問題を引き起こす可能性があります。

△X-Pureゼラチンはバイオプリンティングの一貫性を向上させることができます

X-ピュアジェルMA
これらの矛盾に対処し、多機能バイオマテリアルの信頼性と安全性を向上させるために、Rousselot は改良メタクリル化ゼラチンである X-Pure GelMA を開発しました。この製品は、GMP 条件下で製造された世界初のメタクリロイルゼラチンであり、極めて低い不純物レベル、製品の一貫性、調整可能な機械的特性を特徴としています。これらの特性の組み合わせにより、 X-Pure GelMA は再生医療や組織工学を含む幅広い生物医学的用途に適しています。

バイオプリンティングのユーザーにとって、Rousselot の X-Pure GelMA は細胞の成長に必要な一貫性を提供します。また、研究者が使用している生体材料の正確な特性を理解できるようにすることで、バイオプリンティングプロセスが完全に合理化されます。つまり、通常の GelMA では研究者が新しいバッチごとにバイオプリンターの設定を微調整して最適化する必要があります (セットアップには数週間かかる場合があります)。一方、X-Pure GelMA の特定のバリアントでは、バッチ番号に関係なく同じ設定を使用できます。

X-Pure GelMA の物理化学的特性は、さまざまな用途に合わせて架橋によって調整することもできます。「GelMA は、特定の官能化度 (DoM) と分子量 (MW) で合成できるため、調整可能なハイドロゲル形成が可能になります」と Rousselot 氏は言います。つまり、高粘度と低粘度の両方のバイオインクに適用でき、架橋後のハイドロゲルの最終的な剛性は、材料特性、バイオインクの配合、架橋温度などの印刷条件によって制御されます。 X-Pure GelMA は、選択したインク配合と印刷条件に応じて、一貫した予測可能なハイドロゲル硬度を備えています。これは、各バッチで試行錯誤を繰り返して、望ましいハイドロゲル硬度を再現する方法を見つける必要があるラボで製造された GelMA とはまったく対照的です。

△ルセロ社のX-Pureゼラチン製品はバイオプリンティングの可能性を広げています。

X-ピュアジェルDAT
2021 年、Rousselot はバイオプリンティング用途に適した別の精製・改質ゼラチン製品、X-Pure GelDAT を発売しました。この生体材料は、GelMA の純度と人間の組織への優れた接着性を兼ね備えた超精製ゼラチンデスミノグリカンです。 X-Pure GelDAT は、X-Pure GelMA と同様に、他の生体材料と組み合わせて、薬物送達、組織工学、臓器オンチップ、創傷被覆材などの用途向けの複雑な構造を生成することもできます。

この材料の発売当時、ルーセロバイオメディカルのビジネス開発マネージャーであるジェフデールマン博士は、この製品が研究から臨床への進歩を加速させる能力について次のように説明しました。「ルーセロの X-Pure GelDAT 研究グレードは、GMP グレードの材料と機能的に同等であるため、研究者が臨床試験前にバイオマテリアルを再検証するリスクが少なくなります。初期段階の研究品質の低下は、スケールアップに関する重大な問題や臨床試験準備の遅延につながる可能性もあります。X-Pure GelDAT は、開発のあらゆる段階で使用できます。」

X-Pure GelMA と同様に、X-Pure GelDAT はさまざまな分子量で提供されており、さまざまな細胞タイプの特定のニーズに合わせて調整できます。言い換えれば、X-Pure ゼラチンの物理化学的特性は、さまざまな硬度レベルに合わせて調整でき、さまざまな種類の人間の組織の硬度をシミュレートできます。ゼラチンベースのハイドロゲルは、硬度が最大 200 kPa で、柔らかさは 500 Pa 以下になります。したがって、脳組織のように柔らかい組織から石灰化前の骨のように硬い組織（およびその中間のあらゆる組織）の硬さを再現する環境を作り出すことができます。

応用事例: In Situ バイオプリンティング
Rousselot 社の X-Pure GelDAT 生体材料は、損傷した組織を修復するために生体構造を体内に直接印刷できるバイオプリンターを開発する革新的な研究プロジェクトで重要な役割を果たしています。このバイオプリンターは、私たちが見慣れているデスクトップマシンとは大きく異なり、筋肉のようなソフトロボットを使用して生体材料構造を組織に直接押し出します。

オーストラリアのシドニーにあるニューサウスウェールズ大学が実施したこの研究プロジェクトは、in situ 3Dバイオプリンティングや内視鏡手術に使用できる可能性があり、表面の不一致や組織損傷、移植前の輸送による生物組織の汚染など、従来のバイオプリンティングの既存の課題を克服するのに役立ちます。

バイオプリンターは、プリントヘッドの制御に柔らかい人工筋肉を利用しており、最も正確な動きを実現するために機械学習ツールによって制御されています。この研究では、Rousselot の X-Pure GelDAT は、人工結腸を印刷し、豚の腎臓組織を修復するために使用された生体材料の 1 つでした。 GelDAT は、生体適合性だけでなく、優れた接着特性と組織との架橋能力も備えた理想的な材料です。

「この研究で GelDAT を使用することにしました。押し出しと光重合が容易で、この新しいデバイスをテストするための優れたバイオインクプラットフォームとなるからです」と、Scientia 大学院研究科准教授は述べています。「これまでのところ、この研究の結果は有望です。GelDAT バイオマテリアルに浮遊している細胞は印刷テストに耐えており、私たちの技術が組織の修復を改善することを期待しています。」

要約すると、Rousselot の X-Pure ゼラチンバイオマテリアルはバイオプリンティングの重要な成分であり、細胞が繁殖する環境を開発および構築するために科学者が必要とする一貫性、純度、および調整可能性を提供します。

ルースロ
ゼラチンとコラーゲンの分野で 130 年を超える専門知識を持つ Rousselot Biomedical は、組織工学、再生医療、薬物送達システム、細胞療法、外科手術および非経口アプリケーション、創傷治癒、臓器チップ向けの高品質の医薬品グレードの生体材料を提供しています。 Rousselot のバイオメディカル事業では、迅速で信頼性の高い製品開発のために、さまざまな仕様に合わせてカスタマイズおよび調整された、精製、改質、非改質の低エンドトキシンゼラチンとコラーゲンを開発しています。

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