清華長庚と清華大学が3Dバイオプリンティング技術を用いた脊髄損傷治療の新戦略を共同発表

出典：北京清華長庚記念病院

脊髄損傷の修復は世界的な医療問題であり、脊髄損傷が引き起こす永続的な神経機能障害に対する理想的な治療法が現在不足しています。現在、生体材料に基づく再生医療戦略、特に生体材料と細胞の原位置組み立てによる生きたバイオニック微小組織の形成が広く注目を集めており、これにより、天然組織における細胞と細胞、細胞とマトリックス間の複雑な相互作用を再現することができます。バイオ3Dプリンティングは、組織工学と再生医療の分野における革命的な技術であり、ボトムアップアセンブリ方式でバイオニック組織を構築する上で大きな可能性を秘めています。これは、in vitro疾患モデルの構築や薬物スクリーニングに広く使用されています。組織の再生と修復のための移植としての大きな可能性はまだ開発されていません。

最近、清華大学北京長庚病院脳神経外科の王桂懐教授チームと、清華大学材料科学工学学院の王秀梅教授チームは、生物学的3Dプリント技術に基づいて、一種の生きた神経のような繊維を作製することに成功しました。この繊維は、天然の細胞外マトリックスに似たハイドロゲルに包まれた高密度の神経幹細胞で構成されています。繊維は方向性を持って配置され、脊髄損傷領域のサイズにぴったり合う微小組織に組み立てられ、修復治療のための移植として使用できます（図1）。

研究により、バイオハイドロゲルは神経幹細胞に優れた成長微小環境を提供し、神経幹細胞の原位置での定着と高い生存率を保証し、in vitro と in vivo の両方で機能的なニューロンに分化できることが示されています (図 2)。同時に、移植された神経様繊維は脊髄損傷後の抑制性微小環境を大幅に改善し、炎症細胞を炎症促進状態から再生促進状態に変換し、神経新生を促進し、シナプスを形成し、神経回路を再形成し、再生神経ネットワークを宿主神経ネットワークと効果的に統合し（図3）、それにより長距離脊髄切断後の運動機能の回復を大幅に促進します。この研究では、3Dバイオプリンティングを使用して神経のような繊維を構築し、非常に優れた神経再生能力を示しました。3Dバイオプリンティング技術のカスタマイズ性に基づくこの戦略は、脊髄損傷の個別修復に新たな視点を提供することができ、非常に意義深いものです。

図1. 「生きた」神経様繊維の製造と機能の模式図図2. 「生きた」神経様繊維がin vitro（a）とin vivo（b）でニューロンに分化する様子図3. 「生きた」神経様繊維のin vivo修復と再生の機能評価上記の研究は、「3Dバイオプリントされた生きた神経様繊維が長距離脊髄損傷再生の生態学的ニッチを改良」と題され、2月2日に「Bioactive Materials」（2022年インパクトファクター16.874）にオンライン掲載されました。清華大学材料科学工学部の2019年博士課程学生であるヤン・ジア氏が本論文の筆頭著者であり、清華長庚記念病院脳神経外科研修医のヤン・カイユアン氏が本論文の共同筆頭著者であり、清華長庚記念病院神経センター長のワン・グイホアイ教授と材料科学工学部のワン・シウメイ研究員が本論文の共同責任著者である。この研究は、国家重点研究開発計画、中国国家自然科学基金、清華精密医療基金の支援を受けて行われました。

論文リンク:

https://authors.elsevier.com/sd/article/S2452-199X(23)00035-X

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