ミシガン州立大学は3Dプリント技術を使用してバイオフィルムを作成する新しい方法を開発しました

この投稿は Bingdunxiong によって 2022-7-13 12:51 に最後に編集されました

南極クマの紹介: バイオフィルムは人間にとって有害であると同時に有益でもある。これらは医療機器を含む材料や物体の表面を覆い、感染を引き起こす可能性があり、多くの薬剤や消毒剤に対して耐性があります。しかし、バイオフィルムは有毒化学物質や環境汚染物質を分解することができるため、治療用細菌や廃水処理などに役立ちます。

2022年7月12日、Antarctic Bearは、ミシガン州立大学（MSU）の研究者が生体膜科学を進歩させることができる新しい3Dプリント技術を発表したことを知りました。

△ミシガン州立大学微生物学博士キャサリン・ジムリッチ氏（左）と機械工学博士課程学生アイザック・ソーントン氏は、3Dプリンター機器を使用して微生物を堆積させ、バイオフィルムを作成している。研究チームによると、細菌やその他の微生物が表面に付着して粘着性のマット（バイオフィルムと呼ばれる）を形成すると、従来の消毒剤に耐性を持つ複雑なコミュニティが形成されるという。現在、同大学のバイオフィルム工学センターの科学者たちは、革新的な治療法を研究するために微生物群集を複製する新しい技術を開発している。

ソーントン氏とジムリッチ氏は、7月12日から14日までボーズマンで開催されるモンタナバイオフィルム年次会議で、人々や企業に最新の研究を発表します。この会議では、世界中の研究者と業界パートナーが集まり、最新のバイオフィルム科学について議論します。

過去2年間にわたり、ジムリッチ氏とソーントンは、透明なゼリー状の物質であるハイドロゲル内に個々の細菌のグリッドを正確に配置できる3Dプリント装置を設計し、テストしてきました。研究者たちは、3Dプリント技術の進歩を利用して、液体ハイドロゲル樹脂の液滴の中に微生物を描き、レーザーを使ってその材料を固め、基本的なバイオフィルムを構築することに成功した。

「細胞を空間的に正確に配置して、望む場所に封じ込めることができる」と、同大学のノーム・アスビョルンソン工学部化学生物工学科の准教授ジム・ウィルキング氏の研究室で研究を行っているソーントン氏は語った。

△ バイオフィルムは、微生物の三次元コミュニティです。一部のウイルスを除くすべての生物はバイオフィルムを持っています。これまで、ジムリッチとソーントンは単一の細菌種のみを使用していましたが、3Dプリンターを使用して複数回印刷し、そのたびに異なる種または株を使用することで、自然界に見られるより複雑で階層化されたバイオフィルムを作成し始めることができます。細菌に蛍光染料を加えることで、研究者は特殊な顕微鏡を使って微生物を簡単に観察し、細胞間で起こる相互作用を研究することができます。

「最も単純なバイオフィルムシステムでさえ複雑だ」とジムリッチ氏は言う。「それは森林のようなもので、多様性がある。その多様性がどのように発達し、持続するかを理解するためには、新しいツールが必要だ」

バイオフィルム内の動的環境が、従来の治療法に対する微生物の耐性に寄与していることはよく知られています。 MSU 理事会教授であり、長年バイオフィルムを研究しているフィル・スチュワート氏は、創傷感染を引き起こすスーパーバグの 1 つが抗生物質に耐性を持つのは、その下にあるバイオフィルム内の細胞が酸素やその他の化合物から遮断されて休眠状態になり、生物学的に変化して薬剤の効果を失わせるためであると示しました。

「既存のバイオフィルム研究から、強力な化学製品を使用するのではなく、相互作用するバイオフィルム環境を変更することでこれらの病原体を治療できる可能性があることが明らかになっています」とジムリッチ氏は述べた。たとえば、治療には、有害な微生物に打ち勝ち、保護バイオフィルムを破壊する無害なバクテリアを導入することが含まれる可能性がある。

△モンタナバイオフィルム科学技術会議は毎年7月にボーズマンで開催されます。 2022 年の会議では、バイオフィルム分野、CBE、その他の研究室からの最高の研究が集まります。これらの治療法を開発するには、管理された実験室環境での広範なテストが必要であり、ここで 3D プリントなどの新しいテクノロジーが登場します。「これらの病原菌によって自然に形成されるバイオフィルムの類似物を作り出すことが可能かもしれないと考えた」とジムリッチ氏は語った。

これはバイオフィルム会議の参加者にとって非常に興味深いものとなるかもしれません。同センターと産業界との関係を調整しているポール・スターマン氏によると、プロクター・アンド・ギャンブル、3M、エコラボなどの企業やNASAは、制御可能なバイオフィルムの作り方を熱心に学んでいるという。

30 年以上前に設立されて以来、生体膜工学センターは生体膜研究の世界的リーダーであり、工学、微生物学、その他の分野の複数の分野を組み合わせて現実世界の問題を解決する学際的なアプローチの先駆者となっています。それがソーントン氏をこのプロジェクトに惹きつけた理由だと彼は語った。

△バイオフィルム設計のための新しい3Dプリント技術ミシガン州立大学がこの分野の研究を行う最初の機関ではないことが分かっています。ロチェスター大学の生物学者も2021年に関連する学術研究を発表し、3Dプリント技術を使用してバイオフィルムを設計および研究する方法を開発しました。彼らは、この研究が表面に付着した微生物の悪影響を抑える薬の開発に役立つ可能性があると主張している。

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