戴克栄院士と王金武教授のチームによる生物学的 3D プリントの結果が Nature に掲載されました。

出典：第九病院3Dプリントセンターの王金武チーム

2021年9月23日、ネイチャーの公式サイトは、上海交通大学医学部付属第九人民病院の戴克栄院士と王金武教授のチームによる生物学的3Dプリントプロジェクトに関する独占インタビューを公開した。中国には関節疾患の患者が約1億4千万人いると報告されており、毎年約70万件の人工関節置換手術が行われています。従来の人工関節は10年以内に緩んだり、破損したり、感染したりする可能性があり、人工関節の故障や再手術につながります。

戴克栄院士と王金武教授のチームは長年にわたり、3Dプリントによる術前モデル、手術ガイド、インプラント、バイオプリントによる人工関節など、医療用3Dプリント研究に取り組んできました。「3Dバイオプリンティングは、生理学的構造機能と自己修復能力を備えた組織や臓器を作成する上で、臨床応用の大きな可能性を秘めたツールとなっている」と王金武教授は述べた。「しかし、現在大きな課題もある。高精度印刷の要件に加えて、優れた特性を持つバイオインクを準備し、生体活性マイクロ環境を構築する必要もある。」王金武教授が率いる科学技術部の国家重点研究開発計画-3Dバイオプリンティングプロジェクトには、血管付きバイオニック人工関節の研究が含まれており、バイオマテリアル、印刷装置、臨床医学などの研究分野で全国から専門家を集め、関連する臨床試験とトランスレーショナルアプリケーションをさらに実施する準備を進めている。

戴克栄院士のチームは2003年に中国初のパーソナライズ人工関節登録証を取得しました。それ以来、耐久性と生体活性の向上を目指して、パーソナライズされた新しい関節インプラントの反復研究が進められてきましたが、血管新生の問題に直面しています。血管の成長不足は細胞のアポトーシスを引き起こし、これは従来の組織工学生物学的関節プロテーゼの一般的な故障原因の1つです。王金武教授のチームは2021年に「Advanced Functional Materials」誌に研究論文を発表し、ポリ（N-イソプロピルアクリルアミド）（PNIPAM）とゼラチンメタクリレート（GelMA）を使用して熱応答性ハイドロゲル足場を作製したことを示した。この足場は体温で収縮し、複雑な操作手順なしでマイクロスケールの血管系の生成を効果的に引き起こすことができる。最小直径は50ミクロンに達し、酸素と栄養素の交換を確実に行うことができる。

同様の研究結果は、組織や臓器の再生をサポートするバイオリアクターのチームの継続的な開発によって裏付けられています。生体内バイオリアクターは、特に血管が発達した関節に関して、生体内の組織や臓器の環境をより広範囲にシミュレートできます。印刷技術の発展、材料科学の統合、細胞生物学の推進により、チームは理想的な生物学的 3D 印刷スキャフォールドの探求と、血管の成長を促進するための細胞微小環境の最適化に取り組んでいます。

医療改革と臨床応用の面では、上海第九人民病院が中国初の3Dプリント受付センターを設立しました。研究者らは、デジタルバイオニックモデルのモデリングソフトウェア、さまざまな組織に適した生物学的インク、バイオプリントされた骨と軟骨細胞の生存維持システムなど、多くの面で世界をリードする技術プラットフォームを独自に構築し、実装しました。 2018年、戴克栄院士と王金武教授が率いるチームは、3Dプリント医療機器の設計、製造、使用に関する専門家のコンセンサスを策定し、公表する主導権を握りました。しかし、臨床変革の最後の段階では、革新的な技術の適用にリスクが伴うだけでなく、医療機器登録規制が適時に更新されていないことでも妨げられています。 2019年、チームは登録者制度に基づき、上海交通大学傘下の科学研究企業として初の3Dプリント医療機器登録証を取得し、科学研究の変革に貢献する上海交通大学革新設備登録センターを設立しました。

政府、大学、病院、産業界の協力により、王金武教授のチームは、3Dプリントされた個人別医療データを利用したクラウドプラットフォームを構築しており、少なくとも25,000人の患者にサービスを提供できると期待されている。バイオプリンターやin situ印刷ロボットの開発に加え、チームはリアルタイム細胞活動モニタリング、細胞発達をサポートする細胞生存維持システム、in vitro薬物スクリーニング用のバイオプリント組織モデルの研究も行っています。これらの研究開発は、国家重点科学技術インフラストラクチャ（上海）によってサポートされています。大型ハイエンド医療機器のキーテクノロジーの変革のための総合研究機関として、センターは100の研究チームを同時に収容し、薬物と機器の研究開発を行うことができます。臨床トランスレーショナル科学研究はイノベーションによって推進されているが、倫理的および臨床的安全要件に準拠する必要がある。チームは、バイオプリント医療機器を含む医療用3Dプリントに関する数多くの関連標準の策定を主導しており、安全性と有効性の管理に関する国際的な基準となる可能性がある。さらに、標準設定は、急速な技術革新の要件を満たすために、将来を見据えたものでなければならない。

専門家の紹介

王金武主任医師

医学博士、主任医師、教授、博士課程指導者。彼は現在、上海ジアオトン大学医学部に所属する第9人病院の整形外科の主任医師です翻訳医学のための国家主要科学技術インフラストラクチャの革新的な医療機関（上海）、デジタル医学および生物学的3D印刷研究所の翻訳医学インフラストラクチャ（上海）、骨aおよび共同リハビリテーション医療のための骨aおよび共同リハビリテーション医療の主要な規律リーダー、 13回目の5年計画期間中、科学技術省の国家主要なR＆Dプログラムのチーフサイエンティスト、上海の優れた技術リーダー、および中国医師会の上海デジタル医学部の議長選挙。科学技術部の重点研究開発計画（バイオ3Dプリンティング）、科学技術部の「863」（高精度3Dプリンティング設備製造）と「973」（多層マイクロナノ骨修復バイオマテリアル）サブプロジェクト、国家自然科学基金など7つの国家プロジェクトと16の省・省レベルのプロジェクトを担当。また、民政部の3Dプリンティングリハビリ補助器具標準研究プロジェクトと上海市人民政府のリハビリ補助器具産業発展戦略研究プロジェクトを主導し、20のモノグラフ（編集長1名、副編集長5名）の編集に参加。上海交通大学にデジタル医学と3Dプリンティングの先端医学と工学の相互変換大学院課程を設立。筆頭著者として70本以上のSCI論文を発表（NatureとScienceのサブジャーナルの論文3本を含む）。

戴克栄院士の指導と支援の下、当社は主導的に国内初の3Dプリント医療機器登録証の申請を行いました。これは登録者制度のもとで科学研究機関が申請した国内初の医療機器登録証でもありました。

専門分野: 複雑な肩関節周囲骨折の低侵襲治療、肩関節鏡下における腱板損傷および肩不安定症の低侵襲治療、肩関節および肘関節置換術、3D プリントされたリハビリテーション補助具および 3D プリントされた骨および関節インプラントの臨床的変革、および顕微手術およびカスタマイズされた人工関節技術による肩腫瘍の四肢温存治療。

戴克栄院士と王金武教授のチームによる生物学的 3D プリントの結果が Nature に掲載されました。

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