ルーヴェン・カトリック大学：3Dプリントで歯の再生が可能に

3Dプリントで歯の再生は可能か？はい、お聞きの通り、ベルギーのルーヴェン・カトリック大学の研究者チームがこのステップを踏みました。 2021年5月12日、南極クマたちは、3Dプリント技術を使って歯茎の根元から歯を生やすことで、歯の再生という奇跡に成功したことを知りました。

外傷や発育異常によって引き起こされる有害な歯の状態は、特に子供の場合、発育中の永久歯に影響を与えることが多く、歯の周囲の組織が抜け落ちたり、歯全体が抜け落ちたりすることもあります。この問題を解決するために、研究者らは組織バイオエンジニアリングを通じて新しい「歯根」を作り出しました。これにより、歯科組織エンジニアリングは歯の修復、再生、さらには歯の交換のための潜在的な医療方法にもなります。

最新の研究では、研究チームは動物や菌類の植物から得られたキトサンを使用して3Dプリントの足場を作製することを調査しました。これは将来、再生歯科に応用できる可能性があります。

△ステントの製造工程、写真はルーヴェン・カトリック大学より
3Dプリンティングと再生医療

再生医療における 3D プリンティングの役割はまだ初期段階ですが、この分野では最近いくつかの有望な進歩が遂げられています。

バッファロー大学の科学者たちは、人間の組織のバイオプリンティングにおける画期的な進歩を皮切りに、完全に印刷された人間の臓器を現実に近づけることを目指した、迅速な新しい 3D バイオプリンティング法を開発した。ルンド大学の研究者らは、海藻と肺から抽出した新しい3Dプリント「バイオインク」を開発した。これを使って人間の呼吸器の構造に似た組織を印刷し、細胞と血管の成長をサポートできる。

3D プリンターメーカーの OEM 3D Systems も最近、「プリント・トゥ・キャスト」バイオプリンティングプラットフォームの画期的な進歩を発表しました。このプラットフォームにより、本格的な血管付き肺のスキャフォールドを迅速に製造できるようになりました。さらに、同社は再生医療の活動に対する資金を増やす計画だ。

最近、ペンシルベニア州立大学の研究者らは、硬組織と軟組織の両方を同時に印刷し、皮膚と骨の両方の損傷を 1 つのステップで修復できる 3D バイオプリンティングプロセスを導入しました。

3D プリンティングは、カスタマイズされたアライナー、永久クラウン、歯科インプラントなどの歯科用途で大きな進歩を遂げてきましたが、歯科再生医療用途における開発はあまり注目されていません。興味深いことに、研究者たちは最近、損傷した歯や失われた歯の組織を置き換えるための組織工学と再生医療の研究を始めており、再生歯内療法などの有望な結果が得られています。

この処置は、炎症を起こしたり損傷した歯髄（生きた結合組織と細胞でできた歯の中心部分）を修復または置換して、歯を支える最大の構造要素である血管新生、免疫反応、神経接続、エナメル質の処理を回復するように設計されています。

△SEM画像は足場の微細構造を示しています。画像はルーヴェン・カトリック大学より提供
3Dプリントされたキトサン足場

研究者たちは、キトサンが、生体適合性、生分解性、ゲル形成能力に加えて、抗菌性および免疫調節性を有することから、歯科組織工学の用途で大きな注目を集めていると考えています。キトサンは、カニやエビなどの甲殻類、菌類、昆虫などの外骨格から部分的に抽出されます。

この研究の実験プロセスでは、動物由来のキトサンと、黒カビの原因となる一般的な菌類であるアスペルギルス・ニガーから抽出した真菌キトサンという 2 種類のキトサンが選択されました。ゼラチン粉末が追加のポリマーとして使用され、ゲニピンと 3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン (GPTMS) が架橋剤として使用されました。

キトサンベースの足場は、エマルジョン凍結乾燥技術を使用して準備されました。この技術では、CAD ソフトウェアを使用して適切なサイズの型を設計し、Polyjet 3D プリンターを使用して印刷します。次に、ポリマー溶液を調製し、金型に注入し、ドライアイスに入れて配向凍結し、放射状に配向した細孔構造を得ました。

型は 24 時間凍結乾燥され、その後型から外されて最終的な足場が得られました。今回は基本的な型のみを印刷しましたが、3Dプリントでは患者の歯に合わせた型の設計・製造が可能なので、ブラケットも設計・製造できます。
この研究のユニークな点は、真菌由来のキトサン足場を探索して変性反応のリスクを低減し、低分子量と強化された抗菌特性という理想的な特性を組み合わせた点にあります。未成熟歯の無細胞再生歯髄環境におけるスキャフォールドの成長を研究し、それによって感染を制御し、象牙質形成と歯根形成を誘導することは、非常に実用的で直接的な臨床応用意義があると一般に考えられています。

△足場の生物学的活性データは、カルシウムとリン酸の沈着レベルが高いことを示しています。画像はルーヴェン・カトリック大学より
研究者らはまた、カスタマイズされた足場に生体活性ガラスなどの無機成分を加えることで歯槽骨の再生を促進できると考えている。歯槽骨は、人間の顎にある歯槽を含む厚い骨の隆起です。
今後、研究チームは、幹細胞と免疫細胞がスキャフォールドにどのように反応するかについてさらに深く理解し、歯科組織工学への応用を最適化することに取り組んでいきます。

研究の詳細については、European Cells and Materials 誌に掲載された論文「3D プリントによる、さまざまなソースからのキトサンスキャフォールドと歯科組織工学用架橋剤の製造」をご覧ください。この論文は、M. EzEldeen、J. Loos、Z、Mousavi Nejad、M. Cristaldi、D. Murgia、A. Braem、R. Jacobs が共同執筆しました。

論文DOI: 10.22203/ECM.V041A31

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