香港城市大学が骨修復用のスマートスキャフォールドを開発、3D/4Dバイオ圧電印刷の新たな可能性を実証

この投稿は warrior bear によって 2023-7-26 18:22 に最後に編集されました。

はじめに: 近年、バイオエンジニアリングと 3D プリントの組み合わせにより、医療分野で多くの進歩がもたらされており、これらの技術は骨再生の分野でも大きな応用の可能性を示しています。人間の骨には圧電性と呼ばれる独特の性質があり、圧縮または伸張されると電荷を発生させることができます。圧電現象は骨の修復に重要な役割を果たし、細胞の代謝と新しい骨の形成を促進します。しかし、現在積層造形されたスキャフォールドは、主に生体模倣位相構造と機械的微小環境の再構築に焦点を当てており、骨再生に極めて重要な電気的微小環境 (EM) は無視されています。

2023 年 7 月 26 日、Antarctic Bear は、International Journal of Extreme Manufacturing に最近発表された画期的な研究により、3D/4D プリントされたバイオ圧電スキャフォールドの展望が明らかになり、次世代の骨組織工学に革新的なアプローチが提供されることを知りました。関連する論文のタイトルは「次世代骨組織工学のための 3D/4D プリントバイオ圧電スマートスキャフォールド」で、香港城市大学の Annan Chen、Jian Lu らが共同執筆したものです。

関連論文リンク: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2631-7990/acd88f
人間の骨の圧電性は、骨再生のための確立されたメカニズムです。この発見により、研究者は加工性、生体適合性、多細胞誘導性に優れた鉛フリーのバイオ圧電材料を探索する新たな道が開かれました。これらの材料から得られるバイオ圧電スキャフォールドは、骨芽細胞の分化を誘導し、血管細胞の補充を促進し、さらには神経細胞の修復を助ける優れた能力を発揮します。このステントの最も印象的な特徴は、最小限または非侵襲性の再建戦略であり、プログラム可能な超音波または磁気療法を使用して、生体内電気刺激のタイムライン、期間、および強度を制御できます。
△この論文では、DIW、FDM、BJ、SLS、DLP、TPP などの 3D/4D 印刷方法によって作成されたスマートバイオ圧電スキャフォールドが骨組織工学の有望な代替手段として持つ可能性について概説しています。（写真提供：Annan Chen et al. 2023 Int. J. Extrem. Manuf.）
3D/4D 印刷技術の大きな進歩により、バイオ圧電スキャフォールドの可能性がさらに高まりました。この 4D プリンティングでは、外部刺激に応じて時間依存の機能転送動作を示す構造を作成します。したがって、4D 機能変換されたバイオ圧電スキャフォールドは、組織の再生を促進できるプログラム可能な電気生理学的微小環境を提供します。
この技術には大きな期待が寄せられていますが、現在の 3D/4D 印刷機能とバイオ圧電スキャフォールドの臨床要件の間には依然として大きなギャップが残っています。その開発には、材料科学、機械工学、バイオエンジニアリングなどの学際的な研究の共同の取り組みが必要です。これらのスマートなバイオ圧電スキャフォールドの潜在能力を最大限に引き出すために、整形外科、口腔医学、腫瘍学などのさまざまな医療分野の専門家が参加する共同研究がすでに進行中です。
△熱溶解積層法（FDM）とバイオ圧電スキャフォールド用のその他の潜在的な 4D 印刷戦略の概略図（写真提供：Annan Chen 他 2023 Int. J. Extrem. Manuf.）
「原理的には、これは組織の重要な電気的微小環境を模倣することで骨の修復を促進するスマートなバイオ圧電足場の設計と製造の新たな実証への道を開くものだ」と香港城市大学の博士研究員でこの研究の第一著者であるアンナン・チェン氏は述べた。
香港城市大学の著名な専門家である陸建教授も、この画期的な進歩がもたらす革命的な影響を認識しています。「多分野にわたる研究の共同作業を通じて、3D/4Dプリンティングは、次世代の組織工学のためのスマートなバイオ圧電スキャフォールドを作成する上で、その潜在能力をまもなく完全に実現すると期待されています。さらに、スマート製造、バイオニック医療、機械学習などの最先端技術からインスピレーションを得て、この技術の臨床応用をさらに促進することもできます。」
骨組織工学の新時代の到来<br /> 現在の能力と臨床ニーズとのギャップを効果的に埋めることで、骨の修復と回復を改善するためのより良い選択肢を患者に提供し、最終的に再生医療の展望を変えることができる新しい時代の医療を予見することができます。これらのスマートスキャフォールドにより、患者は個別化された効率的な骨修復ソリューションを期待でき、医療技術の変化の新たな時代が到来します。
バイオエンジニアリング、3D プリンティング、さまざまな医療専門家の連携により、骨再生がより効率的でアクセスしやすく、患者中心となり、明るい未来への道が開かれます。技術が進歩し、研究者が 3D/4D プリントされたバイオ圧電スキャフォールドの可能性を探求し続けるにつれて、骨組織工学における画期的な時代の始まりに近づくにつれて、未来はますます有望になりそうです。

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