3Dプリントは骨折を再生し、再生医療に革命をもたらす

3Dプリントは骨折を再生し、再生医療に革命をもたらす
出典: Xianji.com

医学はここ数十年で大きな進歩を遂げ、これまで治療が困難だった病気に革新的な解決策をもたらしました。ネイチャー誌に掲載された研究では、再生医療に革命を起こす可能性のある、3Dプリントを使用した骨組織の再生方法が実証された。

再生医療は、病気、欠陥、または傷害によって損傷した組織、臓器、細胞を置き換える治療法を開発する医学の一分野です。これは、これまで治療が困難だった病気や怪我の患者を助けることを約束する、医学のまったく新しい分野です。

ナノ構造の生体活性材料は、その再生能力によりこの分野で注目を集めています。天然組織の特性を再現し、その構造を模倣します。これらの先進的な医療材料は、3D プリントなどの技術を使用して加工し、適用することができます。

骨組織の再生:重要な医学的進歩

加齢により健康上の問題が進行します。骨粗しょう症などの病気は患者の年齢とともに発生し、個人の苦しみを引き起こし、医療負担を増大させます。従来の治療法には骨移植が含まれますが、他の方法では本来の組織の特性と構造を模倣することができません。このため、骨組織工学を含むいくつかの新しい研究分野が開発されました。

骨組織工学の分野では、骨の成長をサポートし、再生を誘発する生体模倣デバイスの開発が行われます。高度な生体活性材料が 3D プリントされ、骨組織工学用の機能的な足場が作られます。

これらは標的組織と相互作用し、治療反応を引き起こします。この複合材料は、骨組織の主成分である 1 型コラーゲンとハイドロキシアパタイト (歯科でもよく使用される) をベースにしています。

複合バイオニック材料は、骨病理反応を生み出し、成長、増殖、さらには分化を誘発します。これにより骨組織の再生が促進されます。骨組織工学の分野で材料製造に一般的に使用される 3D プリント技術は、押し出し成形です。これは、その汎用性と拡張性によるものです。しかし、骨再生用途向けの強力で耐久性のある生体模倣材料の製造には、いくつかの重要な課題が残っています。


△ 10℃におけるGEN-Coll/nanoHA(B)とGEN-Coll/MBG_Sr4%(C)の粘度(A)と粘弾性特性の変化

タイプ 1 ウシコラーゲンは、損傷した骨組織や病変のある骨組織の再生に有望な材料です。これらの生体活性材料には機能豊富なナノ粒子が含まれており、サポートバスを使用して簡単に 3D プリントできます。しかし、その使用にはいくつか問題があります。これらは印刷プロセス後に完全に除去するのが難しく、足場の構造的完全性を改善するために使用される架橋剤により、幾何学的明瞭性が失われ、印刷された構造が部分的に崩壊する可能性があります。

これらの生体材料の限界を克服するには、代替プロセスが必要です。

現在、研究チームは牛のコラーゲンをベースに、より強力で適切な生体活性材料を作成する方法を考案しており、これは人間の骨組織再生技術に革命をもたらす可能性がある。

この論文で報告されているプロセスは、牛のコラーゲン形成の特性を改善することを目的としています。架橋剤は、印刷配合物がサポート浴から除去される前に印刷配合物に追加されます。選択された架橋剤はゲニピンであり、これはその場での架橋を誘発することでコラーゲン 3D プリントされた足場構造の安定性を向上させました。

サポート浴に使用された溶液はアルギン酸であり、コラーゲン材料の 3D プリント構造を維持し、37 °C で簡単に除去できることがわかったため、高解像度の形状を持つ構造を安定して処理できました。この方法は、以前に確立されたプロトコルを使用して開発されました。


37°Cで3時間および24時間培養後のGEN-Col/nanoHAの振幅スイープテスト(A、C)および温度ランプ(B、D)

材料の印刷可能性を評価するために、ハニカムとグリッドの形状が選択されました。適切なレベルの制御を提供し、結果を理解できるように、さまざまなパラメータを使用していくつかの実験が実行されました。各パラメータが最終的なスキャフォールド構造の印刷忠実度と解像度に与える影響が、バリエーションの基礎となりました。

研究では、これらのパラメータは相互に関連しているため、望ましい結果を得るには微調整する必要があるという結論に達しました。

印刷されたスキャフォールドの視覚分析により、印刷プロセスによって幾何学的複製が正常に達成されたことが確認されました。これにより、明確な線と穴が生成されます。凍結乾燥後の形態を FE-SEM で分析したところ、ナノ粒子がマトリックス内にうまく分散していることが示されました。

これらの結果は、このプロセスを使用したコラーゲン材料の 3D プリントが骨組織の再生に良好な効果を示すことを示しています。

骨の再生

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