新しい3Dバイオプリンティング技術により、人間の組織が10倍速く構築される

新しい3Dバイオプリンティング技術により、人間の組織が10倍速く構築される
この投稿は Bingdunxiong によって 2024-12-5 15:50 に最後に編集されました

2024年12月5日、アンタークティックベアは、ペンシルベニア州立大学の研究者が傷口に直接組織を印刷できる新しい3D生物学的印刷技術を開発し、組織生成の速度と効率を大幅に向上させたことを知りました。研究結果は『ネイチャー・コミュニケーションズ』誌に掲載されており、組織バイオプリンティングを加速させる重要な要素である、スフェロイドと呼ばれる小さな細胞クラスターの使用を実証している。

△研究タイトルは「スケーラブルな組織製造のためのスフェロイドのハイスループットバイオプリンティング」(ポータル)
組織工学において、人体の組織構造を模倣するために各細胞を正確に配置することは、常に課題となってきました。さらに、従来の3Dバイオプリンティング技術では、印刷プロセス中に細胞が損傷することも問題です。しかし、研究者たちは、人体の細胞密度に近い小さな細胞塊である球状体を使用することで、これらの障害を克服した。

研究の共著者で、工学科学・機械工学、生体医工学、脳神経外科の教授であるイブラヒム・オズボラト氏は、この新しい技術を、細胞を「レンガ」、バイオインクを「モルタル」として使って壁を建てることに例えている。同氏は、この技術により、前例のないスピードで細胞生存率の高い組織バイオプリンティングを実現できると強調した。

「この技術は、組織バイオプリンティングの速度を大幅に向上させるだけでなく、既存の高スループットバイオプリンティング技術では前例のない高い細胞生存率も維持します」とオズボラト教授は声明で述べた。

△HITS-Bioは傷口に直接バイオプリンティングが可能
ハイスループットバイオプリンティング技術 HITS-Bio

以前、オズボラット氏とその同僚は、ピペットチップを使用して単一細胞球状体を持ち上げ、移動させ、配置して、細胞の自己集合と固形組織への成長を促す構造を形成する吸引支援バイオプリンティングシステムを発明しました。しかし、この段階的なプロセスにより、エンジニアはわずか 1 立方センチメートルの材料を作成するのに何日もかかります。

さらに研究と分析を進めた結果、オズボラット氏のチームはバイオプリンティング用の高スループット統合組織製造システム (HITS-Bio) と呼ばれるシステムを開発しました。 HITS-Bio は、手動で組み立てるのではなく、デジタル制御で 3 次元的に動く 4 x 4 のピペット ノズル配列を採用し、複数のスフェロイドを同時に処理できるようにします。マルチノズル ツールは、一度に最大 16 個のスフェロイドを処理し、バイオ インク マトリックス内の指定された場所に正確に移動できます。このようにして、HITS-Bio は細胞構造の 3D バイオプリンティングの速度を大幅に加速しました。

△ HITS-バイオプロセス図
「これにより、既存の技術よりも10倍速くスケーラブルな構造を迅速に構築し、90パーセント以上の細胞生存率を維持できるようになります」とオズボラット氏は説明した。

研究者らは、新しい技術の能力を実証するために2つの独立した実験を実施した。最初の実験では、研究チームはHITS-Bioを使用して、軟骨に分化できる約600個の細胞球から1立方センチメートルのブロックを作成しました。 HITS-Bio は、数日かかるのではなく、40 分以内に球状体のサンプルを作成しました。

別の実験では、オズボラット氏とその同僚は初めてHITS-Bioを使用して、球状体を含むバイオインクをマウスの頭蓋骨の傷口に直接注入した。研究者たちは、遺伝子発現を制御するマイクロRNA技術を使用して、球状体を実際の骨に分化するように誘導した。手術後約6週間で傷はほぼ完全に治りました。これは、この技術が将来的に実用化される大きな可能性を秘めていることの証明でもあります。

研究者たちは将来、おそらくノズルを追加することで、HITS-Bio 法を拡大し、より複雑な組織を処理できるようにしたいと考えています。臨床や外科手術の現場で移植組織を生存させるために極めて重要な血管の印刷を細胞に組み込む方法を解明できれば、この技術は将来、肝臓などの臓器全体の印刷にも役立つ可能性があると研究チームは考えている。



生物学、皮膚、組織工学、印刷技術

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