研究者らが機能的なヒト組織の3Dプリントで画期的な成果を達成

この投稿は Bingdunxiong によって 2023-8-24 11:20 に最後に編集されました

2023年8月24日、アンタークティックベアは、シドニー大学と小児医療研究所（CMRI）の科学者チームが、3Dリソグラフィー印刷技術を使用して、臓器構造を正確にシミュレートできる機能的な人間の組織を作成したと主張していることを知りました。

△メカノケミカルフローリソグラフィー（MCFL）微細構造ニッチの3Dプリント技術研究者らは、バイオエンジニアリングと細胞培養技術を利用して、血液細胞や皮膚細胞から抽出した幹細胞を特定の種類の細胞に分化するように誘導しました。これらの特定の種類の細胞は臓器のような構造を形成することができます。

このプロジェクトは、シドニー大学生体医工学部のハラ・ズレイカット教授とピーター・ニューマン博士、およびCMRI発生学研究ユニットの責任者であるパトリック・タム教授が主導しています。「機械化学的に微細構造化された細胞ニッチを用いた多細胞パターン形成のプログラミング」と題されたチームの研究論文が、Advanced Science誌に掲載された。

△この研究はAdvanced Science誌（ポータル）に掲載されました
研究チームは今後も技術開発を続け、再生医療の分野を発展させ、さまざまな病気を治療する新たな方法を模索していきます。

ハラ・ズレイカット教授は次のようにコメントしています。「私たちの新しい方法は、細胞にガイドブックを与え、より組織化され、より自然な組織に近い組織を作ることを可能にします。これは、機能する組織や臓器を3Dプリントするという目標に向けた重要な一歩です。」

△ 3Dプリント工程図
セルの指示

細胞は、組織を構築するために、正確なタンパク質と機械的なトリガーを配置することによる詳細な指示を必要とします。ニューマン博士によると、こうした具体的な指示がなければ、細胞は予測不可能で不正確な方法で集合してしまう可能性が高いとのこと。

この研究を通じて、科学者たちは新しい 3D リソグラフィー印刷技術を使用して、細胞が正確で秩序だったオルガノイド構造を形成するように導く微視的な機械的および化学的信号を生成しました。

この技術により、骨の構造に似た骨顔面組織を作り出すことに成功しました。このアプローチは、哺乳類の初期発生に似た組織アセンブリを作成するためにも使用されています。

タム教授は次のようにコメントしています。「これまで、幹細胞培養は多くの細胞タイプを生成することができましたが、3D空間での分化と集合を制御することはできませんでした。このバイオエンジニアリング技術により、幹細胞を特定の細胞タイプに誘導し、これらの細胞を時間と空間内で正しく組織化して、臓器の実際の発達プロセスを再現できるようになりました。」

△研究者らが細胞の「取扱説明書」を開発
潜在的な医療用途

この研究により、臓器の発達と機能、そして遺伝子変異や発達異常が臓器疾患にどのような影響を与えるかについての理解が深まることが期待されます。

さらに、この研究は細胞治療や遺伝子治療の開発につながる可能性もあると言われている。実際、望ましい細胞タイプを生成できれば、治療目的の臨床的に重要な幹細胞の生産が容易になる可能性があります。

ハラ・ズレイカット教授は次のように説明しています。「この方法には大きな実用的意味があります。例えば、再生医療の分野では臓器移植が緊急に必要とされており、この方法を使用したさらなる研究は、実験室で機能的な組織を成長させるのに役立つ可能性があります。」

ピーター・ニューマン博士は次のように付け加えた。「この技術は、病気を研究し理解する方法に革命を起こす可能性を秘めています。病変組織の正確なモデルを作成することで、制御された環境で病気の進行と治療への反応を観察することができます。」

研究者たちは、この発見が、網膜の光受容細胞の喪失につながる黄斑変性症や遺伝性疾患による視力喪失の治療に役立つのではないかと特に期待している。

「細胞シートをバイオエンジニアリングし、システム全体がどのように機能するかを観察できれば、機能細胞を使用して病気で失われた目の細胞を置き換える治療法を研究することができます」とタム氏は語った。

同氏はさらに、「健康な細胞を眼球に送り込むことができれば、大きな効果が得られるだろう。黄斑（網膜の中心視力を司る部分）が遺伝病で失われても、外傷で失われても、治療法は同じだ」と付け加えた。

△BICOのBio X 3Dバイオプリンターは押し出しベースのシステムです
3Dプリント臓器の開発が進む

この研究結果は有望ではあるものの、移植可能な臓器を 3D プリントできるようになるまでには、まだしばらく時間がかかるだろう。しかし、この長期目標に向けて前進している企業もあります。

昨年、ニュージャージー州のスティーブンス工科大学の研究者らは、計算モデリングを使用してマイクロ流体ベースの3Dバイオプリンティングを進歩させ、これによって人間の臓器全体の3Dプリントが可能になると期待していると発表した。

さらに、ユトレヒト大学の研究チームは、超高速体積3Dバイオプリンティングを使用して機能する肝臓を作成することに成功しました。研究チームは、基準組織の特徴の一部を再現した幹細胞から作られた約1mmのミニユニットであるオルガノイドを3Dプリントすることで、20秒以内に1立方センチメートルを超える機能的な肝臓ユニットを作成することに成功した。これらの肝臓ユニットは、人間の肝臓の機能を模倣し、重要な毒素除去プロセスを正常に実行することができます。

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