ソウルテック、高精度の多層自立構造を作成できるコンブチャバイオプリンティングインクを開発

2025年2月5日、アンタークティックベアは、ソウル科学技術大学（SEOULTECH）の研究者が、コンブチャ菌由来のナノセルロースでできた新しいタイプのバイオインクを開発したと主張していることを知りました。このバイオインクは、組織を修復するための細胞の成長をサポートする足場を提供します。手持ち式のバイオペンを使用して損傷部位に直接適用できるため、特に緊急時や応急処置の場面で、創傷や複雑な損傷の直接的な生体内組織工学に最適です。

組織工学では、3D プリントとバイオインクを使用して足場上で人間の細胞を増殖させ、皮膚、軟骨、臓器などの損傷した組織の代替品を作成します。韓国のソウル工科大学のノ・インソプ教授率いる研究チームは、コンブチャSCOBY（細菌と酵母の共生培養物）から抽出したナノセルロースを足場材料として使用したバイオインクを開発した。この生体材料は従来の選択肢に代わる持続可能な代替手段を提供し、同じチームによって開発された携帯型「バイオワーク」バイオペンに搭載することができます。デジタルバイオペンは、不規則な軟骨や大きな皮膚の傷などの損傷した欠損部分にバイオインクを正確に塗布できるため、より個別化された、より効果的な生体内組織修復への道が開かれ、生体外組織工学プロセスの必要性がなくなります。
「不規則で多層的な組織欠損の再生のための、コンブチャ培養された架橋済みナノセルロースバイオインクの手持ち式バイオミキシングとバイオライティングの同時処理」と題された関連論文が、International Journal of Biomacromolecules に掲載されました。

論文リンク: https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.136966
ノ教授は次のように語った。「細菌と酵母の共生培養によって私たちがあらかじめ作製したナノセルロースハイドロゲルネットワークは、あらゆる種類の生体分子と薬剤を搭載し、直接バイオプリンティングすることで、生体内組織工学のプラットフォームバイオインクとして機能します。」

コンブチャ SCOBY は、緑茶を発酵させるために使用される細菌と酵母の共生培養物です。微生物は、生分解性があり細胞と適合性のあるセルロースを生成します。しかし、コンブチャ SCOBY から抽出されたナノセルロースは絡み合った構造をしており、3D バイオプリンティングのために修正する必要があります。これには、レオロジー特性（流れ方）と機械的特性を調整して、押し出しを改善し、印刷後の構造的完全性を維持することが含まれます。
研究者らは、ナノセルロースを酢酸で部分的に加水分解し、グルコース結合を破壊してネットワークを解きほぐし、バイオプリント可能にすることでこれを達成した。しかし、この処理方法ではその特性を制御できず、構造強度が低下します。研究チームは、キトサン（正に帯電）とカオリン（負に帯電）のナノ粒子でナノセルロースを強化した。これらのキトサンとカオリン粒子は静電気力を介してセルロースと相互作用し、3D バイオプリンティングに適した安定したハイドロゲルを形成します。

バイオインクは、生きた細胞を含む成分をバイオペン内で混合することによって作られます。 BioPen 内の 2 つの逆回転スクリューは、成分を均一に混合するようにデジタル制御されており、その結果、針を通して損傷した組織に直接塗布できる均質なバイオインクが生成されます。 3D バイオプリンターに接続すると、バイオペンは、高さ 1 cm を超える分岐チューブやピラミッドなどの多層の自立構造を高解像度で作成できます。バイオペンは、不規則な形状の欠陥をその場で層ごとに直接印刷するためにも使用されます。これを活用して、ソウル工科大学の研究者らは、3Dプリントされた頭蓋骨と大腿骨頭のモデルで設計された欠損部を正確に埋めました。
バイオインクとデジタルバイオペンの組み合わせは、特に緊急時や応急処置の状況において、体外組織再生プロセスなしで大きく不規則な形状の傷を治療するための費用対効果の高いソリューションを提供します。ノウ教授は「この技術により、薬剤とハイドロゲルを混ぜて、さまざまな形状の損傷部位にすぐに塗布するという、迅速かつ簡単なワンステップのプロセスが可能になる」と述べた。

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