研究者は幹細胞を使って心臓を3Dプリントするが、この新技術は一般人の理解を超えている

出典：情報掲示板

世界心臓連盟の統計によると、世界中で死亡者の3人に1人が心血管疾患が原因です。毎年、心血管疾患による死亡は世界全体の死亡数の 29% を占めています。中国には 2 億 9,000 万人の心血管疾患患者がおり、死亡者の 5 人に 2 人が心血管疾患によるものです。

画期的な新しい研究で、ミネソタ大学の研究者らは幹細胞を使って実験室で機能するセンチメートル規模の人間の心臓ポンプを印刷した。心臓病の研究に大きな影響を与える可能性のあるこの研究結果は、アメリカ心臓協会の出版物「Circulation Research」に掲載されている。

短期的には、この研究は研究者が心臓の機能メカニズムをより深く理解し、心臓病の薬や手術法を見つけるのに役立ちます。長期的には、幹細胞再生医療が進歩するにつれて、研究者は幹細胞を使用して、損傷した心臓の代わりに適切な人間の心臓を印刷できるようになるかもしれません。

過去には、研究者らはヒト多能性幹細胞（多能性幹細胞とは、体内のあらゆるタイプの細胞に分化する可能性を秘めた細胞）を使用して心筋細胞を 3D プリントしようと試みたこともあります。研究者らはこれらの幹細胞を心筋細胞に再プログラムし、特殊な3Dプリンターを使用して細胞外マトリックスと呼ばれる3次元構造に印刷した。問題は、心筋細胞が実際に機能する臨界細胞密度に科学者が決して到達できないことだ。

人類は長い間、単純な人体組織を人工的に培養する技術を習得してきましたが、患者の免疫学的、細胞的、生化学的、解剖学的特徴に完全に一致する心臓を作り出すことは依然として極めて困難です。特に心臓では、心臓の正常な機能を確保するために、複雑な血管網とそれに付着する筋肉組織が正常な心臓の解剖学的構造に厳密に適合する必要があります。

この新しい研究では、ミネソタ大学の研究者がそのプロセスを変え、それが成果をあげました。

「当初、私たちは心筋細胞の3Dプリントを試みたが失敗した」と、ミネソタ大学理工学部生体医工学科長で本研究の主任研究者であるブレンダ・オグル氏は述べた。「そこで、私たちのチームの幹細胞と3Dプリントに関する専門知識を生かし、新しいアプローチを試してみることにした。」

私たちは細胞外マトリックスタンパク質でできた特殊な「インク」を最適化し、そのインクと幹細胞を組み合わせ、インク+幹細胞を3Dプリントに使用しました。まず幹細胞を構造内で高密度に増殖させ、その後心筋細胞に分化させました。

研究チームは、1か月も経たないうちに、細胞が人間の心臓のように鼓動するために必要な高い細胞密度を初めて達成できることを発見した。

「何年も研究した後、私たちは諦めようかと思っていましたが、私の2人の生物医学工学博士、モリー・クプファーとウェイハン・リンが、まず幹細胞を印刷してみることを提案しました」とミネソタ大学幹細胞研究所所長のオゲルは回想する。「私たちは最後にもう一度試してみることにしました。研究室で培養皿を見たとき、信じられませんでした。『印刷』全体が自発的に同期して収縮し、自由に動くのを見たのです。」

オゲル氏は、この新たな研究は、心筋細胞が組織化され連携して機能するような形で印刷する方法を示しているため、これは心臓研究における重要な進歩であると述べた。これらの細胞は互いに分化するため、体内で幹細胞が成長し、その後心筋細胞に正常に成長するのと似ています。

今回作製された心臓模型は長さ約1.5センチ。19年に世界で初めてプリントされた心臓とは異なり、マウスの腹腔に適した心臓模型で、今後の研究のために設計されたものである。

「心臓構造の細胞レベルと分子レベルで何が起こっているかを追跡、追跡できるモデルができました。このモデルは人間の心臓にますます近づきつつあります」とオゲル氏は言う。「病気や怪我をモデルに取り入れて、薬やその他の治療法の効果を研究することができます」

幹細胞を使って心臓を印刷するというのは、単純な概念のように思えますが、それを実現する方法は非常に複雑です。研究者たちはその可能性に気づいたので、次の研究では研究者たちはより大きな成果を得るだろうと私は信じています。

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