研究者は3Dプリントされた皮膚を使って様々な傷を治療している

この投稿は Bingdunxiong によって 2024-3-4 11:57 に最後に編集されました

2024年3月4日、アンタークティックベアは、ペンシルベニア州立大学の研究者が、3Dプリント技術を使用して、臨床的に得られたヒト組織を使用して実験用マウスの頭蓋顎顔面（CMF）損傷を修復することに成功したと主張していることを知りました。従来の自家移植や皮弁手術には傷跡や美観の悪さなど多くの問題があり、新たな再建方法が早急に必要とされています。この研究は、組織工学による皮膚の応用に新たな選択肢を提供し、CMF による全層皮膚欠損の再建の分野に新たな希望をもたらします。

△ 3Dプリントされた皮膚を使って傷口を閉じる研究者のロードマップ。この技術は、精密な皮膚再建の臨床応用に大きな影響を与える可能性があります。今年2月、米国特許商標庁は、研究におけるバイオプリンティング技術の開発と使用に対してチームに特許を付与しました。「従来、怪我や病気による顔面や頭部の外傷を治すための再建手術は不完全であることが多く、瘢痕や永久的な脱毛につながります」とペンシルベニア州立大学の工学科学・力学、生体医工学および脳神経外科の教授であるイブラヒム・T・オズボラット氏は述べた。「この研究により、 3Dバイオプリントされた全層皮膚がマウスの毛を生やす可能性があることを実証しました。これは、より自然で、より美的に美しい人間の頭部と顔面の再建を実現することに一歩近づきました。」

△この研究結果は、Bioactive Materials誌に「頭蓋顎顔面皮膚全層再建術中に毛包様下方成長と脂肪組織形成を誘導するためのヒト脂肪由来幹細胞と細胞外マトリックスの術中バイオプリンティング」と題して掲載されました（ポータル）

3Dプリントはさまざまなタイプの傷をより効果的に治療できる

科学者らはこれまでにも皮膚の薄い層を3Dバイオプリントしてきたが、オズボラット氏と彼のチームは、最下層、つまり皮下組織を含む複数の皮膚層からなる完全な生体システムを手術中にプリントした初めての研究チームである。術中とは、手術中に組織を印刷する能力を指し、この方法を使用すると、損傷した皮膚をより迅速かつシームレスに修復できる可能性があることを意味します。最上層（目に見える皮膚として機能する表皮）は中間層のサポートによって自然に形成されるため、印刷は必要ありません。皮下組織は結合組織と脂肪で構成されており、頭蓋骨に構造と支持を提供します。

「皮下組織は幹細胞が脂肪になるプロセスに直接関わっています」とオズボラット氏は説明する。「このプロセスは傷の治癒など、いくつかの重要なプロセスに不可欠です。また、毛包サイクルにも役割を果たし、特に毛の成長を促進します。」

△ ペンシルベニア州立大学のポスドク研究員ミジ・イエオ氏は、手術中に皮膚層を印刷するために特別に開発された3Dプリンターのバイオインクカートリッジをチェックしている。研究者らはまず、ペンシルベニア州立大学ミルトン・ハーシー医療センターで手術を受ける患者から人間の脂肪組織を採取した。協力者であるペンシルベニア州立大学医学部形成外科准教授ディノ・J・ラヴニック氏と彼の研究室は、細胞外マトリックスの抽出に必要な脂肪を入手した。細胞外マトリックスは、細胞に構造と安定性を与える分子とタンパク質のネットワークです。組織はバイオインクを作るための材料の一つです。

ラヴニック氏のチームはまた、脂肪組織から幹細胞を抽出した。この幹細胞は、別のバイオインク成分を作るための適切な環境が整えば、いくつかの異なる細胞タイプに成熟する可能性を秘めている。各コンポーネントは、バイオプリンターの 3 つのコンパートメントのいずれかにロードされます。 3 番目の区画には凝固溶液が充填されており、他の成分が損傷部位に適切に結合するのに役立ちます。

「この 3 つの区画により、マトリックスフィブリノーゲン混合物と幹細胞を精密な制御下で同時に印刷できます」とオズボラット氏は言います。 「私たちは、創傷治癒、毛包生成、体温調節などに役立つ皮下組織を形成することを目的として、損傷部位に直接印刷します。 」

研究者らは皮下組織と真皮を採取し、2週間以内に表皮が自然に形成された。

「脂肪間質の役割をより深く理解するために、マウスで3回の研究を実施しました。皮下組織の形成には、間質と幹細胞の両方の同時送達が不可欠であることがわかりました」とオズボラット氏は述べた。「細胞だけ、または間質だけが有効というわけにはいきません。両方が有効でなければなりません。」

△全層皮膚再建のための術中バイオプリンティング（IOB）
毛包を下向きに成長させる

この研究では、皮下組織に毛包形成の初期段階である絨毛成長が含まれていることも判明した。研究者らは、脂肪細胞は毛包の細胞構造に直接関与しているわけではないが、毛包の調節と維持に関与していると述べている。

この研究では、脂肪細胞が細胞外マトリックスを変化させ、下向きの成長の形成に有利になるようにした可能性があるとオズボラット氏は述べた。私たちは、密度、方向性、成長をコントロールしながら毛包を成熟させることで、この目標の達成に取り組んでいます。 ”

毛髪の成長をサポートするように正確に設計されていない外傷や病変部は、自然な再建手術の有効性を制限する可能性があります。オズボラット氏は、この研究は、特に骨の印刷や肌の色調に応じて色素を一致させる方法の研究など、研究室の他のプロジェクトと組み合わせることで、将来に有望な道筋を示していると語る。

同氏は次のように強調した。「この技術は皮膚科、毛髪移植、形成外科、再建外科に応用でき、より美的に満足のいく結果が得られると考えています。完全に自動化されたバイオプリンティング機能と臨床グレードの適合材料により、この技術は皮膚の精密な再建の臨床応用に大きな影響を与える可能性があります。」

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