KAIST、組織再生を加速させる人工臓器の3Dプリント用安全なバイオインクを開発

この投稿は Bingdunxiong によって 2023-4-16 10:17 に最後に編集されました

2023年4月16日、Antarctic Bearは、韓国科学技術院の研究チームが、3Dバイオプリンティングに使用でき、光硬化なしで組織の再生を誘発できるポリ（有機ホスファゼン）ハイドロゲルベースの感熱バイオインクを開発したことを知りました。

韓国科学技術研究院は、人工臓器を印刷するための安全なバイオインクを発表しました。研究結果は、材料分野の国際学術誌「スモール」の最新号に掲載され、表紙に掲載されています（ポータル）
技術的背景

事故による傷害や慢性疾患の増加、人口の高齢化の進行に伴い、人工臓器や組織の分野における生体材料の研究開発と応用がますます活発になっています。細胞や生体材料を利用して三次元の人工組織構造を構築する3Dバイオプリンティング技術が、最近注目を集めています。しかし、一般的に使用されるハイドロゲルバイオインクでは、通常、光硬化のために化学架橋剤と紫外線の使用が必要であり、細胞毒性を引き起こす可能性があります。

これは、TNC バイオインクシステムと骨組織工学におけるその応用の概略図です。 A) TNC バイオインクは熱応答性のゲル化挙動を示し、疎水性イオン相互作用を介して成長因子を保持します。ゲル化温度（T0 = 20〜24℃）以下では、単純な混合で簡単に組み込むことができます。 B) 25℃で印刷後、バイオインクは硬化して最適な特性を示し、体温（37℃）で最高の生体適合性を示します。 C) TNC バイオインクスキャフォールドをラットの頭蓋骨欠損モデルに移植し、細胞の移動と骨形成を刺激して、異常な骨形成を起こさずに骨の治癒を促進しました。ゆっくりとした足場の分解により、新しく形成された骨組織が形成されます。KAIST バイオマテリアルセンターの Song Xiuchang 博士が率いる研究チームは、ポリ(有機ホスファゼン) ハイドロゲルベースの熱感受性バイオインクを初めて開発しました。このインクは、温度制御により物理的構造を安定的に維持でき、光硬化を必要とせず、組織の再生を誘導でき、一定期間後に体内で生分解します。

TNC バイオインクは 25°C での印刷適応性が良好で、PBS 中で少なくとも 30 日間構造安定性を維持できます。結果は、TNC バイオインクの性能が TR バイオインクよりも優れていることを示しました。
結果と考察

研究チームは、現在一般的に使用されているハイドロゲルバイオインクは、印刷された3Dスキャフォールドの機械的特性を高めるために光硬化プロセスを経る必要があるが、このプロセスは人体に悪影響を及ぼす可能性があることを発見した。さらに、外部で培養された細胞をバイオインクに移植すると副作用が生じる可能性もあります。そこで、低温では液体で体温で硬いゲルになる温度感応性ポリ有機ホスファゼンハイドロゲルを使用した新しいバイオインク材料を開発し、化学架橋剤や紫外線照射を使用せずに温度制御のみで組織再生を実現しました。最終的に、研究チームは物理的に安定した構造を持つ 3D スキャフォールドの製造に成功しました。

開発されたバイオインクは、組織の再生を助けるタンパク質である成長因子と相互作用し、長期間にわたって細胞の成長、分化、免疫反応を継続的に制御できる分子構造を持っています。研究チームは、組織再生効果を最大化するために、バイオインクで印刷された3Dスキャフォールド内で細胞分化の自律制御を実現する環境を構築しました。

TNC-BTバイオインクは、生体内での骨組織の再生を促進することができる。研究チームは、細胞浸潤と骨再生に必要な形質転換成長因子β1（TGF-β1）と骨形成タンパク質-2（BMP-2）を含むバイオインクを使用し、3Dバイオプリンターで3Dスキャフォールドを作製し、ラットの損傷した骨に移植して実験した。結果は、周囲の組織の細胞が足場に移動し、欠陥のある骨が正常組織のレベルまで再生したことを示しました。埋め込まれた 3D スキャフォールドは、体内で 42 日間かけてゆっくりと生分解されました。

KISTのソン・スチャン博士は「私たちの研究チームは、2022年6月に熱感受性ポリホスファゼンハイドロゲル技術をネクスゲルバイオテック社に移転し、同社は骨移植材料や化粧品充填剤などの製品開発を進めている」とし、「開発したバイオインクは物理的特性が異なるため、骨組織以外の組織再生にも活用する予定であり、最終的には各組織や臓器に合わせたバイオインクを実用化したい」と述べた。

KIST は 1966 年に韓国初の政府出資研究機関として設立され、現在は最先端の革新的研究を通じて国家と社会が直面する課題に取り組み、経済成長を促進することに尽力しています。

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