科学者らは細胞構造をより正確に再現するマイクロ流体3Dバイオプリンティング技術を開発

この投稿は warrior bear によって 2022-4-28 20:36 に最後に編集されました。

2022年4月28日、アンタークティックベアは、米国のスティーブンス工科大学の研究チームが現在、マイクロ流体技術に基づいたバイオプリンティング法の開発に取り組んでいることを知りました。マイクロ流体バイオプリンティングは、ミクロンスケールの特徴を持つ液体を操作する技術です。このプロジェクトの興味深い点は、研究者がこれまでよりも小規模で研究できるようになり、あらゆる種類の人間の組織を作成できるようになることです。研究者は人間の細胞の生物学的特性を非常に正確に再現することができ、それによって臓器移植などの研究を進歩させることができます。

ロバート・チャン教授率いるチームは、マイクロ流体バイオプリンティングを加速し、臓器の発達を可能にする計算モデルを開発しました。米国保健福祉省保健資源サービス局移植部（DoT）によると、現在、全米で105,940人が移植を待っているという。移植に利用できる臓器の不足は国民にとって致命的であり、この問題は 3D プリントのおかげで解決できる可能性があります。ご存知のとおり、バイオプリンティングはカスタマイズされた細胞構造の複製を可能にし、皮膚や臓器などの作成を容易にします。 3Dプリントされた心臓や完全に機能する腎臓の実現にはまだ程遠いが、この最新の開発が明らかに示しているように、進歩は現実である。
△マイクロ流体工学は、マイクロメートルスケールの特性を持つ液体を操作する科学です。このアメリカのチームが行った研究は、特にマイクロ流体工学に基づいているため、バイオプリンティングの状況を変える可能性があります。市場に出回っている他の 3D バイオプリンターは主に押し出し技術に基づいており、約 200 ミクロンの厚さでインクを層ごとに押し出します。しかし、マイクロ流体バイオプリンティングのおかげで、それをわずか数十マイクロメートルまで縮小することが可能となり、細胞自体のスケールにかなり近づくようになります。
ロバート・チャン氏は説明した。「人間のドナーを必要とせずに新しい臓器を作り、命を救うことは、医療業界にとって大きな利益となるでしょう。しかし、この目標を達成するのは困難です。バイオインク（培養細胞を充填したハイドロゲル）を使用して臓器を印刷するには、印刷されたマイクロファイバーの形状とサイズを一定レベルで細かく制御する必要があり、現在の 3D プリンターでは到底実現できないからです。」
人間の細胞のスケールに可能な限り近づけることで、研究チームは各細胞のより詳細な生物学的特徴を再現できるようになります。チームは、流量や流体力学などのパラメータを制御するためのマイクロ流体プリントヘッドのコンピュータモデルを開発しました。このモデルにより、バイオプリント構造の形状と材料特性を変更することができます。最も重要なのは、複数のバイオインク、つまり複数の種類の細胞を混合して、より複雑な臓器を設計する可能性を提供することです。
△現在の 3D バイオプリンターは主に押し出しプロセスに基づいています (画像提供: Département06-Xavier Giraud)。
BICO の Bio X 3D バイオプリンターは、押し出しベースのシステムです。写真提供：BICO。

これまでのところ、研究者らは3Dプリントされた足場を使用して水袋を印刷したと述べている。しかし、複数のバイオインクを組み合わせることで、さらに前進できると期待しています。ロバート・チャン氏は次のように結論づけています。「バイオインクを正確に混合しながらこの規模で操作できることで、あらゆるタイプの組織を複製できる可能性があります。この技術はまだ非常に新しいため、何を達成できるかはわかりませんが、新しい構造と重要な新しい生物学的用途を生み出す扉を開くことは間違いありません。」
△マイクロ流体プリントヘッドモデリングの概略図と数値モデリングパラメータ、Stevens IoT からの画像。

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