分解が速いハイドロゲルが新登場！マイクロティッシュ3Dバイオプリンティングをサポート

出典: EFL Bio3Dプリンティングとバイオ製造

近年、機能的な組織や臓器を設計するための生物学的構成要素として、スフェロイド、微小組織、オルガノイドを使用する研究が増えています。これらの微小組織は通常、細胞集合体の自己組織化とそれに続く組織特異的な細胞外マトリックス (ECM) の沈着によって形成されます。マイクロ組織を使用したバイオファブリケーションと 3D バイオプリンティング戦略では、生物学的構成要素を 3 次元で空間的に配置し、幾何学的に定義された組織工学を可能にするためのサポートハイドロゲルとバイオインクの開発が必要です。

最近、アイルランドのダブリン大学トリニティ・カレッジのダニエル・J・ケリー教授率いるチームが、軟骨マイクロ組織のバイオ製造と3Dバイオプリンティングをサポートするために、急速に分解するハイドロゲルの研究を実施しました。この研究結果は、9月6日にACS Biomaterials Science & Engineering誌に「軟骨微小組織を用いたバイオファブリケーションと3Dバイオプリンティングをサポートする急速分解ハイドロゲル」というタイトルで発表された。

要点:

（1）私たちのこれまでの研究では、ポリカプロラクトン（PCL）などの3Dプリントポリマースキャフォールドを使用して微小組織の融合とそれに続く細胞外マトリックス（ECM）の生成を誘導することで、機能的な軟骨を設計できることが実証されています。しかし、この戦略の欠点は、PCL が体内でゆっくりと分解し、移植によって線維症を引き起こす可能性があることです。酸化アルギン酸 (OA) ハイドロゲルは、体外で完全に分解する高速分解ハイドロゲルです。また、間葉系幹細胞 (MSC) の軟骨形成をサポートし、細胞懸濁液のインクジェット印刷用の一時的なサポートハイドロゲルとしても使用できます。したがって、本研究の目的は、急速に分解する酸化アルギン酸（OA）支持ハイドロゲルに複数の軟骨微小組織を組み込み、動的培養条件下で構成要素を維持することにより、幾何学的に定義された軟骨移植片のスケールを拡大することであった。

（２）本研究では、軟骨微小組織を独立して２日間または４日間培養し、その後、支持性OAハイドロゲルの有無にかかわらず組み合わせた。 6 週間の静置培養中、2 日間独立して培養された微小組織工学構築物は、4 日間培養された構築物よりも高いレベルのグリコサミノグリカン (GAG) を生成しました。組織学的分析では、支持性 OA ハイドロゲルを使用して生成された構造物において、GAG の高発現とカルシウム沈着の陰性染色が示されました。サポートジェルを使用すると、物理的な収縮が少なくなります。しかし、個々の微小組織は明らかに残っており、急速に分解するハイドロゲルが存在する場合でも、微小組織の融合と再構築が遅れる可能性があることを示唆しています。

（３）本論文では、OAベースのバイオインクで軟骨微小組織の3Dバイオプリンティングの実現可能性を評価した。微小組織は押し出しバイオプリンティング後も生存可能であり、特に高密度の微小組織を使用した場合には 48 時間後に融合できることが観察され、最終的に GAG が豊富でカルシウム沈着が陰性の軟骨組織が生成されました。したがって、この研究は、微小組織を生物学的構成要素として使用するさまざまなバイオファブリケーションおよび 3D バイオプリンティングプラットフォームにおける補助ハイドロゲル/バイオインクとしての OA の応用を支持しています。

ソース：
https://doi.org/10.1021/acsbiomaterials.4c00819

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