上海チームが3Dプリント臓器の抗菌や保湿などの問題を解決するハイドロゲルバイオインクを開発

出典：中国青年報

このほど、上海交通大学医学部付属の国立小児医療センター（上海）と上海小児医療センターの傅偉、王偉チーム、および東華大学の游正偉教授チームによる「3Dバイオプリンティング用本質的に凍結保存可能な抗菌性耐久性グリセロヒドロゲルインク」と題する研究成果が、権威ある学術誌「Matter（中国語名：Materials）」にオンライン掲載された。本論文では、グリセロールを使用して「自由水」状態を調節し、グリセロールハイドロゲルバイオインクを合成するという概念を初めて提案し、このバイオインクが抗菌性、形状忠実性、3Dバイオプリンティングへの適合性、細胞凍結保存保護などの一連の特性を備え、幅広い生物医学的応用の見通しがあることを確認しました。

3Dバイオプリンティングは、さまざまな形態や細胞成分を持つ3D組織モデルを作成できるため、バイオメディカルアプリケーションでますます重要な役割を果たしており、再生医療、疾患モデリング、薬物スクリーニングなどの分野で広く使用されています。

関連する実験手順と分析。写真提供：インタビュー対象者

しかし、3Dバイオプリンティングを実現するための鍵となるのは「バイオインク」です。ハイドロゲルは、優れた生体適合性と細胞外マトリックスをシミュレートする能力により、一般的に使用されるバイオインク材料の 1 つになりました。ハイドロゲルバイオインクに関するこれまでの研究は、主に 3D バイオプリンティング後の組織の細胞適合性と細胞生存率に焦点を当ててきました。しかし、一般的なハイドロゲルバイオインクは、細菌の繁殖に客観的に湿潤で閉鎖的な環境を提供し、含まれる水分も蒸発しやすいです。バイオインクの抗菌能力が低い、3D プリントされた組織の長期的な形状忠実性を維持するのが難しい、3D プリントされた組織の凍結保存が不十分であるなどの問題が、3D バイオプリンティング技術のさらなる発展を常に妨げてきました。

現在、世界的に見て、3Dプリンティング技術の実用化を促進するために、新たなバイオインクシステムを確立することが急務となっています。

上海小児医療センターと東華大学は協力して、上記の問題を一つずつ解決するために、バイオインクとして多機能グリセロールハイドロゲルを開発しました。重要なステップは、グリセロールを使用してバイオインク内の「水」の状態を調節することです。グリセロールハイドロゲル内の限られた「自由水」は細菌の繁殖を助長せず、大腸菌やカビの増殖を大幅に抑制することができます。 3Dプリントで作製されたグリセロールハイドロゲル足場は、「水」の蒸発を抑制することで形状の忠実性を維持することもでき、グリセロールハイドロゲル内の細胞は通常のハイドロゲル内の細胞よりも高い活性を示します。さらに、グリセロールハイドロゲル内の水分のほとんどは結合しており、結晶化が抑制されるため、印刷された組織は凍結保護剤を添加せずに直接凍結保存することができます。

上海小児医療センター小児トランスレーショナル医学研究所の主任研究者兼准研究員であるFu Wei氏は、このインクは将来、さまざまな組織や臓器のin vitroバイオプリンティングに使用できると語った。さらに、ハイドロゲルシステムは抗菌、形態維持、細胞保護の機能を備えているため、生体内細胞治療にも使用でき、細胞定着率を高め、治療効果をより高めることができます。伝えられるところによると、Fu Wei教授とWang Wei教授のチームは長年、心臓などのさまざまな組織の修復と再生におけるmRNA、生体材料、幹細胞の研究に取り組んできた。過去3年間で、彼らは「Matter」などのトップジャーナルに一連の論文を発表し、複数の国立自然科学基金プロジェクトから資金提供を受けた。（出典：中国青年報クライアント時間：2023-02-17 著者：王イェジエ）

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