ウィーン工科大学、3Dプリントを使った人工軟骨製造の新手法を開発

この投稿は Bingdunxiong によって 2024-2-14 15:15 に最後に編集されました

南極クマの紹介:損傷した軟骨を置き換えるために、実験室で組織を成長させることは可能ですか?ウィーン工科大学は、世界の他の地域で使用されている方法とは大きく異なる技術を使用して、研究室で代替組織を作成するための重要な一歩を踏み出しました。

△生体適合性および分解性プラスチックで作られた小さな多孔質球を作成するための高解像度3D印刷プロセスこの技術では、高解像度の3D印刷プロセスを使用して、生体適合性および分解性プラスチックで作られた小さな多孔質球を作成します。次に、細胞をスフェロイド上に播種しました。これらの球体は任意の幾何学的形状に配置することができ、異なるユニットの細胞がシームレスに結合して統合された生体組織を形成します。このコンセプトは現在、ウィーン工科大学で軟骨組織を用いて検証されていますが、この点ではこれまで特に困難であると考えられていました。

△ スキャフォールドスフェロイド（S-SPH）は、多光子リソグラフィー（MPL）を使用して製造された多孔質PCLベースのマイクロスキャフォールド内にスフェロイドを形成することによって製造できます。
組織工学のためのマイクロスキャフォールドスフェロイドの3Dプリント

「幹細胞から軟骨細胞を成長させることは、最大の課題ではありません」とウィーン工科大学材料科学技術研究所のオリバー・コピンスキー＝グリュンヴァルト氏は言う。「主な問題は、通常、結果として生じる組織の形状を制御できないことです。これは、このような幹細胞の塊が時間の経過とともに形状を変え、しばしば縮小するという事実によるものです。」

これを回避するために、大学の研究チームは特別に開発されたレーザー高解像度3Dプリントシステムを使用して、直径わずか3分の1ミリメートルのミニフットボールのような小さなケージ構造を作成しています。これらは支持構造として機能し、コンパクトなビルディングブロックを形成し、任意の形状に組み立てることができます。

同大学の3Dプリンティングおよびバイオファブリケーション研究グループの責任者であるアレクサンドル・オブシアニコフ教授は次のように述べている。「幹細胞はまず、このフットボール型のマイクロケージに導入され、この小さな空間をすぐに満たします。このようにして、均一な細胞分布と極めて高い細胞密度を持つ組織成分を確実に製造することができます。これまでの方法では、このレベルは達成できませんでした。」

共に成長する

研究チームは、特定の種類の組織（この場合は軟骨）を形成するようにあらかじめ指示されている分化幹細胞を使用するアプローチを採用しました。このアプローチは医療用途に重要な意味を持ちますが、大きな軟骨組織の構築には課題があります。軟骨組織では、細胞が明確な細胞外マトリックスを形成します。この網目構造が、さまざまな細胞球の理想的な成長を妨げることがよくあります。

3D プリントで製造された多孔質球は、細胞にとって理想的なコロニー形成環境を提供し、それによって細胞をあらゆる理想的な形状に配置するという目的を達成できます。研究では、異なる球体の細胞が結合して均一で一貫した組織を形成できることが示されました。

△この研究は「ボトムアップ軟骨組織工学の構成要素としてのスキャフォールドスフェロイドは、バイオアセンブリダイナミクスの強化を示す」というタイトルでJournal of Biomaterialsに掲載されました（ポータル）
「これをはっきりと示すことができたのは今回が初めてです」とコピンスキー＝グリュンワルド氏は言う。顕微鏡下では、隣接する球状体間の細胞の移動がはっきりと観察できる。細胞は球状体から別の球状体へ移動し、継ぎ目のない閉じた構造を形成する。これは、隣接する細胞塊間の目に見える境界面が残る他の方法とはまったく対照的である。

マイクロ 3D プリントされた足場は、組織が成熟し続ける間、全体の構造に機械的な安定性を与えます。数か月後、プラスチック構造は分解され、希望の形状の完成した組織が残ります。

△ 軟骨形成S-SPHは、バイオアセンブリを通じて軟骨様組織を工学的に構築するための構成要素として使用できます。
医療用途

「当初の目標は、負傷後に既存の軟骨材料に移植できる、オーダーメイドの小さな軟骨組織片を作製することだった」とコピンスキー・グリュンヴァルト氏は指摘する。しかし、球状マイクロスキャフォールドを使用して軟骨組織を作製する方法は原理的には実現可能であり、他の技術に比べて決定的な利点があることを実証した。

原理的には、この新しい方法は軟骨組織に限定されず、骨組織などのさまざまな種類の大きな組織をカスタマイズするためにも使用できます。しかし、軟骨とは異なり、これらの組織には一定の大きさ以上の血管も含まれている必要があることを考慮すると、この段階に到達するにはまだ多くの作業が必要です。

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