WSU の科学者が新しいカスタマイズ可能な 3D バイオプリンティング材料の開発に前進

この投稿は warrior bear によって 2021-5-19 21:02 に最後に編集されました。

2021年5月19日、Antarctic Bearは、ワシントン州立大学（WSU）機械材料工学部の研究チームが、自然組織の構造をよりよく模倣するように設計された、カスタマイズ可能な新しい3Dバイオプリンティング材料を開発したことを知りました。
この足場材料はカスタマイズ可能な機械的特性を備えており、さまざまな環境で自然な細胞の成長をより促進できるため、科学者はカスタマイズされた組織を作成するためのより信頼性の高い方法を得ることができます。研究を率いたアルダ・ゴゼン教授は、この材料は簡単に印刷できるバイオインクとして有望であると述べた。彼は、将来的には、医師がボタンを押すだけで、この材料を使って足場をバイオプリントし、必要に応じて患者の代わりの皮膚、軟骨、その他の生物学的構造を作成できるようになるかもしれないと考えています。
「機能組織を作るこのバイオプリンティング手法の成功は、作製した構造が天然組織をどれだけよく模倣しているかに大きく依存します」とゴゼン氏は説明する。「細胞を増殖させて機能組織に変えたい場合、天然組織の機械的環境に合わせる必要があります。」
△バイオプリンティング研究室のアルダ・ゴゼン教授。写真提供：WSU
3Dバイオプリンティングの芸術
3Dバイオプリンティングの究極の目標は、完全な代替臓器を作成することであり、これは移植に必要な待機時間を大幅に短縮し、世界中の医療システムへの大きな負担を軽減する画期的な出来事となるでしょう。現在、 3Dバイオプリンティング技術では、単純な組織サンプルしか作成できません。つまり、生物学的材料を層ごとに足場上に堆積させ、細胞の成長に適した環境を提供します。残念ながら、生物の進化は現在の高精度マイクロデポジションシステムよりもはるかに複雑であり、実際の生物細胞を人工の足場上で成長させることは難しい場合が多いのです。たとえば、皮膚細胞は本物の皮膚のような感触の足場上で成長することを好み、筋肉細胞は本物の筋肉のような感触の足場上で成長することを好みます。 3Dバイオプリンティングの技術は、これらの生物学的細胞を騙して、自分たちが本物に囲まれていると思わせることにあります。研究者が足場を微調整する方法の典型的な例は、支柱を追加または削除して、構造の剛性を増減させることです。このアプローチは比較的単純ですが、最終用途の組織工学に必要な柔軟性は十分には提供されません。「印刷中に方向転換できる方向は多くありませんが、構造を変えずに柔らかいものや硬いものを作るには、より多くの自由度が必要なのが現実です」とゴゼン氏は付け加えた。
△新素材を使用して3Dプリントされたブラケットセット。写真提供：WSU
互換性のある3Dバイオインク
生体適合性のニーズを満たすために、ワシントン大学のチームはカスタマイズ可能な機械的特性を備えた新しいバイオインクを開発しました。ゼラチン、アラビアゴム、アルギン酸ナトリウムから作られたバイオインクは、3つの化学プロセスを組み合わせて、まるで編みロープのように3つの成分を「結び付け」ます。個々の化学プロセスを調整することで、科学者は足場の形状設計を変更することなく、最終的な足場の剛性を微調整することができました。 Gozen 氏は、これによりブラケットの設計を変更せずにパフォーマンスを調整できるようになり、私たちが求めていたさらなる自由度が得られることに同意しています。
研究はまだ初期段階だが、ゴゼン氏のチームはこの材料を使って鼻軟骨の足場を3Dプリントした。自然組織の複雑さを模倣することは依然として課題ですが、印刷パラメータやコンポーネントの構成を変えることで、最終的にはより大規模な組織工学アプリケーションに使用できる足場構造を作成できると研究チームは考えています。
「ここではレゴブロックを組み立てているわけではありません。人体で機能する自然な組織構造を再現しようとしているのです」とゴゼン氏は結論づけた。「生きた構造を作ることはできますが、それは本来の組織とはまったく似ていません。単一の組織から特定の機械的特性を得ることはできないので、精度が鍵となります。」
△ 3Dプリントされたノーズブラケット。写真提供：WSU
同様に、ペンシルベニア州立大学の研究者らは以前、皮膚や骨の損傷を修復するために硬組織と軟組織の両方を同時に印刷できる 3D バイオプリンティングプロセスを開発しました。研究チームは、特別に設計された2つのバイオ受容体とバイオプリンティングプロセスを使用して、マウスモデルの頭蓋骨と皮膚の穴を1回の手術で数分以内に修復することができました。
さらに、キング・アブドラ科学技術大学の科学者らは最近、超短ペプチドをベースにしたハイドロゲル足場を3Dプリントする新しい方法を開発しました。研究チームは短いアミノ酸鎖を使用して、組織工学用のバイオインクを配合しました。
この研究のより具体的な詳細は、「3D プリントされた機械的に調整可能なアルギン酸ナトリウム、ゼラチン、アラビアゴム (SA-GEL-GA) 複合スキャフォールド」と題された論文に記載されています。
論文リンク: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405886621000063

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