バイオプリンティング+凍結: 印刷された生物組織細胞は低温で長期間保存可能

出典：中国科学日報

3D 組織の広範な研究と臨床応用に対する大きな障害は、保存期間が数時間から数日と短いことです。臓器移植の場合、バイオプリントされた組織は必要な場所に迅速に届けられなければ、生き残ることができません。

2021年12月22日にMatter誌に掲載された研究で、米国のブリガム・アンド・ウィメンズ病院とハーバード大学医学部の研究者らは、3Dバイオプリンティング技術と凍結保存技術を組み合わせた研究について説明した。
この技術により、マイナス196度の冷凍庫で保存できる組織が作られる。組織は数分で解凍でき、すぐに使用できます。「従来のバイオプリンティングには、基本的に保存期間がありません。ほとんどの場合、文字通り印刷して使用するだけです」と、ブリガム・アンド・ウィメンズ病院の生物医学エンジニアで、論文の筆頭著者である Y. シュライク・チャン氏は言う。「クライオバイオプリンティングでは、印刷して冷凍状態で好きなだけ保存できます。」

3Dバイオプリンティングは20年前に初めて人工の人間の組織を作成するために使用されました。従来の 3D 印刷と同様に、この技術では、ノズルから層ごとに押し出されるインクを使用して、事前に決められた形状を形成します。バイオプリンティングの場合、このインクは通常、生きた細胞が埋め込まれたゼラチンのような足場で構成されています。クライオバイオプリンティングも同様に機能しますが、印刷が -20 ℃ の冷却プレート上で直接行われる点が異なります。組織は印刷された後、長期保存のために直ちに極低温環境に移されました。

クライオプリンティングには、従来のバイオプリンティング方法よりも複雑な形状を生成できるという利点もあります。「バイオインクのフィラメントは、冷却プレートに触れてから数ミリ秒以内に凍結するため、元の形状を変える時間がありません」と張氏は言う。「その後、層を重ねていき、自重を支えられる自立型の3D構造を作ることができます。」

低温の使用により、使用できるバイオインクの種類に対する制限もなくなります。従来のバイオプリンティング方法では、バイオインクは形状を維持するために粘性を持つ必要がありますが、低温ではほとんどの液体は自然に粘性が高くなります。

低温に耐えるために、細胞は浸透圧ショックを防ぎ、細胞膜を損傷する氷結晶の形成を制限する物質である凍結保存剤に頼らなければなりません。張氏のチームは、最も高い細胞生存率をもたらす凍結保存剤の組み合わせを見つけることに多くの努力を注いだ。彼らは、組織が再生するまで少なくとも3か月間は生存可能であることを実証した。「組織の回収はかなり簡単です」とチャン氏は言う。「あらゆる種類の冷凍保存された細胞を蘇らせるのと同じです。温かい培地に戻し、急速解凍プロセスを使用します。」

組織が本来の機能を維持できることを証明するために、彼と彼の同僚は一連の細胞生存能力テストを実施し、細胞が以前と同じように分化できることを示しました。

将来的には、3D バイオプリントされた組織は、新薬の試験や、怪我や病気の後に組織の置換を必要とする患者を助けるための現実的なモデルとして機能する可能性があります。バイオプリントされた組織を長期間凍結できるようになるため、研究者はこれらのアプリケーションでさらに協力し、前臨床および臨床環境でのストレージの使用を拡大することができます。

関連論文情報: https://doi.org/10.1016/j.matt.2021.11.020

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