繊維を注入したインクで3Dプリントされた心筋が鼓動する

この投稿は Bingdunxiong によって 2023-8-15 10:02 に最後に編集されました

はじめに:心臓病は世界中で主な死亡原因の一つです。米国疾病管理予防センター（CDC）によると、米国では心血管疾患の発症率が非常に高く、33秒ごとに1人が心血管疾患で亡くなっています。 2021年、心血管疾患による死亡者数は全体の約5分の1を占め、約69万5千人に達した。したがって、心臓病の治療に関する研究は特に緊急なものとなります。

△ 3Dプリント用の繊維注入インクを使用して、心筋の鼓動をシミュレートすることに成功
2023年8月14日、Antarctic Bearは、ハーバード大学の科学者がバイオプリンティングの分野で大きな進歩を遂げたことを知りました。研究チームは、特殊な繊維にインクを注入することで、人間の心臓の鼓動を模倣できる機能的な心室を3Dプリントすることに成功したと主張している。

この技術の核となるのは、ゼラチン繊維を注入したハイドロゲルです。回転ジェット紡糸技術を使用して紡糸繊維のシートを製造し、それをマイクロメートルサイズの繊維に切断してハイドロゲルに分散させました。望ましい構造（繊維の配置を考慮）を印刷した後、心筋細胞（心筋の収縮信号を伝達する役割を担う細胞）が配置されたパターンに沿って整列し、最終的に組織化された収縮が可能な心筋が形成されることがわかりました。

この技術に関する重要な情報●研究者らは、機能的な心室を 3D プリントするために使用できる新しいハイドロゲルインクを開発しました。
●ポイントは、印刷インクにゼラチン繊維を加えること。
●研究チームは、心筋細胞の印刷方向を制御することで、心筋細胞の配置も制御できることを発見しました。

△別のプロジェクトでは、ハーバード大学の研究者が3Dプリント技術を使用して人工心臓弁を開発した。
3Dプリンティングとバイオメディカル開発

バイオプリンティングが臓器の作成に利用されるのは今回が初めてではない。 2022年には42万件以上の臓器移植が行われたにもかかわらず、臓器提供の不足により、臓器移植を待つ間に毎日少なくとも17人が亡くなっています。この課題に対処するために、実際の細胞を使用して生きた臓器の一部を印刷できるバイオプリンティング技術が登場しました。研究はまだ進行中ですが、その実現可能性には依然としていくつかの課題が残っています。しかし、実際に拍動する機能を備えた心臓組織の作成に成功すれば、研究用の 3D プリント組織を製造できるだけでなく、機能的な心臓臓器全体を印刷できるようになる可能性もあります。

「人々は、薬物の安全性と有効性をテストし、臨床現場で何が起こるかを予測するために、臓器の構造と機能を再現しようとしてきました」と、SEAS の研究者で論文の第一著者である Suji Choi 氏は語ります。「この特殊なインクは印刷ノズルから流れ出ますが、構造が印刷されると、その 3D 形状が維持されます。これらの特性により、追加のサポート材料や足場を使用せずに、心室などの構造やその他の複雑な 3D 形状を印刷できることに気付きました。」

△研究のタイトルは「繊維注入ゲル足場が3Dプリントされた心室の心筋細胞の配置を誘導する」（ポータル）
実用的な3Dプリント心臓の開発

ハーバード大学ジョン・A・ポールソン工学応用科学大学院（SEAS）の研究者らは、ゼラチン繊維を注入した「ゲル内製造（FIB）インク」と呼ばれる新しいタイプのハイドロゲルインクの開発方法を実証した。

このインクは、実際の人間の心臓の鼓動を模倣することさえできる機能的な心室を 3D プリントするために使用されました。他のインクとは異なり、このインクはノズルを通して印刷され、繊維のおかげで、追加のサポート材料や足場を必要とせずに、構造は印刷後すぐに 3D 形状を保持できます。

さらに、研究チームは印刷方向を制御して心筋細胞の配置を制御することもできました。電気刺激を加えると、この構造はポンプ動作と同様に、繊維方向に沿った協調的な収縮波を引き起こします。このバージョンは比較的簡略化され小型化されているが、研究者らはより厚く、よりリアルな心臓組織の作成に取り組んでいる。現在、3D プリントされた心室は、従来の 3D プリントされた心臓よりも 5 ～ 210 倍多くの液体を送り出すことができ、心臓弁や二腔マイクロ心臓などを構築する新しい方法を切り開いています。

「FIB は、私たちが積層造形用に開発したツールの 1 つにすぎません」と、論文の主任著者であり、SEAS の Tull Family バイオエンジニアリングおよび応用物理学教授で、疾患生物物理学グループの責任者でもある Kevin “Kit” Parker 氏は語ります。「私たちは、再生療法用のヒト組織の構築を目指して、他のアプローチも開発しています。私たちの目標は、ツールに左右されることではなく、生物学を構築するためのより良い方法を見つけるための探求において、ツールを補完することです。」

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