米国ネバダ大学の金一菲教授のチームがPNASに論文を発表しました。「マルチスケールの人間の組織と臓器モデルの没入型3Dプリント」

出典: EFL Bio3Dプリンティングとバイオ製造

バイオ 3D プリント技術は、機能的な複雑な人間の組織や臓器を構築するための最も有望な技術的ソリューションの 1 つです。近年提案されている浸漬インク書き込み（EIW）技術は、バイオ3Dプリンティングの重要なサブテクノロジーであると考えられています。人間の組織や臓器は、通常、複数のスケールの機能的特徴サイズを持っています。しかし、現在の EIW 方式で印刷できる組織/臓器の機能的特徴のサイズは、依然として数百ミクロンから 10 ミリメートル程度に制限されています。この技術的な難しさは、主に現在の降伏応力流体の固有の流動特性の悪さに起因しており、印刷プロセス中に必要に応じてサポートバス材料を追加することが困難であり、印刷後に残っているサポートバス材料を除去することが困難であるため、印刷された構造のスケール範囲が制限されます。

最近、ネバダ大学の機械工学部のYifei Jin教授の研究グループは、ダリアン工科大学の機械工学部のZhao Danyang教授のチームと協力して、Nebraska Medical CenterのBin Duan教授のチームと協力して、Yiliang Endulation and Chandurice Engineers of Ingruction of of Gruction and hiliang of of the pemance of bin duan中国医科大学は、マルチスケールの複雑な組織/臓器の正確なin vitro製造の問題に対処するためのマルチスケール埋め込み印刷（MSEP）戦略を提案しました。ミリメートルレベルの特性寸法とデシメーターレベルのフルサイズのヒト心モデルを備えた構造。マルチスケールのヒト組織/臓器の構築分野におけるMSEPテクノロジーの大きな可能性を効果的に検証します。博士課程の学生である張成さんと華維建さんがこの論文の第一著者です。関連研究「人工ヒト組織および臓器同等物のマルチスケール埋め込み印刷」が、米国科学アカデミーの公式学術誌である米国科学アカデミー紀要（PNAS）に掲載されました。

図1 MSEP法の概略図と今後の応用展望。
高精度角膜構造プリント<br /> 本論文では、押し出しベースの生物学的 3D 印刷中に層ごとに積み重ねることによって生じる表面段差現象を最適化し、高精度構造の印刷を実現するための動的層高さ制御戦略を提案します。層の高さを動的に調整することで、3D プリント構造の表面粗さをさまざまな角度で一定に保つことができます。同時に、この研究では、印刷フィラメントの重なり率も表面粗さに一定の影響を与えることがわかりました。重なり率の値を調整することで、印刷構造の表面粗さをさらに最適化できます。この論文では、この動的層高制御戦略を使用して、ミクロンレベルの表面粗さを持つ角膜構造を印刷することに成功しました。

図 2 動的層高さ制御戦略と印刷されたミクロンスケールの表面粗化角膜の概略図。
ミリメートルスケールの特徴サイズで眼球と大動脈弁を印刷する<br /> この研究では、MSEP 技術を使用して、眼球と大動脈弁構造の 3D プリントを成功させました。図 3 に示すように、異種眼球のさまざまな部分は、それぞれ PEGDA/NaAlg と GelMA の 2 種類のバイオインクで構成されています。大動脈弁は構造精度と機械的特性に優れています。使用されるサポートバス材料は温度感受性が優れているため、構造の精度と完全性に影響を与えることなく、低温での後処理によって、印刷された構造から残留サポートバスを完全に除去できます。

図3 眼球と心臓弁の印刷。
実物大の人間の心臓模型の印刷<br /> 最後に、この研究では、MSEP 技術により、実物大の心臓モデルを印刷することで、大規模な人間の組織や臓器を効果的に構築できることが検証されました。印刷プロセスでは、サポートバス材料の温度感受性特性を最大限に活用します。低温のサポートバス材料を徐々に追加することで、短い針を使用して段階的に大型の人体臓器を印刷することができ、長すぎる針によって引き起こされる細胞損傷を最小限に抑えます。一般的に、MSEP テクノロジーは、将来の細胞ベースの印刷に効果的な技術サポートを提供し、組織工学と臓器移植の発展に新たな可能性をもたらします。

図 4 人間の心臓モデルのフルサイズ印刷。
出典: https://doi.org/10.1073/pnas.2313464121

米国ネバダ大学の金一菲教授のチームがPNASに論文を発表しました。「マルチスケールの人間の組織と臓器モデルの没入型3Dプリント」

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