3Dバイオプリントされた鼻軟骨が癌治療に使えると信じますか？

2021年5月7日、アンタークティックベアは、カナダのアルバータ大学の研究者が、顔面変形のある癌患者の治療用にカスタマイズされた鼻軟骨を3Dバイオプリントする方法を開発したことを知りました。

アルバータ大学の科学者たちは、CELLINK 3Dバイオプリンターを使用して、患者の細胞とコラーゲンハイドロゲルの混合物を鼻腔の形状に正確に配置して、機能的な軟骨に成長させることに成功しました。通常の鼻インプラントは肺感染症や虚脱のリスクを伴うことが多いため、研究チームのインプラントは将来、がん患者の顔面腫瘍をより安全かつ迅速に治療する方法となる可能性がある。

「軟骨が人体で作られるには一生かかるが、この方法では4週間ほどしかかからない」とアルバータ大学医学部歯学部外科教授のアデトラ・アデシダ氏は言う。「したがって、特に体内に移植する場合には、ある程度成熟するまで待たなければならない。しかし機能的には、軟骨と同じ働きをする」

再建手術の最適化

北米では、毎年 300 万人以上が非黒色腫皮膚がんと診断され、平均 40% が骨切り術を必要とする鼻の病変を発症します。この手術は命を救うことができるため必要ですが、鼻軟骨を永久的に除去する必要があり、傷跡や顔の変形が残ることがよくあります。

さらに、鼻の細胞は血管が乏しいため、体の他の部分のように再生することができず、患者の肋骨から移植片を得ることが多く、合併症を引き起こす可能性があります。「外科医が鼻の形を調整すると、鼻はまっすぐになるが、新しい環境に適応するにつれて、鼻が歪む変形期間を経る」とアデシダ氏は説明した。「視覚的には、これが問題だ」

肋骨は人体構造上非常に敏感な部位でもあり、手術により肺虚脱の患者は感染症や死亡のリスクにさらされる可能性がある。移植のリスクを減らすため、米国の科学者らは、患者固有の細胞移植を正確に設計し、本物そっくりで丈夫な鼻組織を作り出すことができるのではないかと提案している。

研究チームは以前、ヒト中隔軟骨細胞（hNC）をコラーゲン足場に移植することに成功していたが、得られた細胞は形状と分布が限られていた。しかし、新たな研究では、バイオプリンティングは、生存可能な細胞構造を提供できるカスタマイズされたバイオインクを使用した場合にのみ、均一な組織を得るために必要な精度を提供することがわかった。

△アデトラ・アデシダ氏（写真）と米国の研究チームが共同で「リアルタイムモニタリング」バイオプリンティング技術を開発した。画像提供：アメリカン医科大学歯学部
「リアルタイムモニタリング」を備えた3Dバイオプリンティング法

I 型コラーゲンは、その自然な生体適合性と幅広い臨床的受容性から、軟骨組織の製造によく使用されますが、その低粘度により印刷への適用性が制限されます。この問題に対処するため、科学者らは自由形式の可逆的懸濁ハイドロゲルカプセル化と「リアルタイムモニタリング」アプローチを採用した。このアプローチでは、細胞をコラーゲンと事前に混合し、その後、ゼラチンキャリア内で印刷された成分を増殖させる。

時間が経つにつれて、サポートはゆっくりと溶けて複合構造が残り、そこに可溶性の軟骨形成因子を加えて成長を促進できるようになります。チームの体外工学アプローチは、軟骨の発達を綿密に監視できるという重要な要素であり、成長が完了すると「手術の準備が整う」ため効果的であることが証明されました。

科学者たちは、リアルタイムで更新されるモデルを使用して、最終的にわずか 6 週間で、本来の組織と区別がつかないほどに成長する多孔質の鼻のような構造を作り出すことに成功しました。走査型電子顕微鏡による画像では、この構造の細胞生存率が95パーセントであることも明らかになり、研究者らは、この構造が従来の人間の軟骨と「非常によく似た構造」を持っていることを観察した。

しかし、彼らのインプラントは新たな可能性を示しているものの、研究チームは、インプラント後の統合は依然として予測不可能であり、さらなる研究が必要であることを認めています。科学者たちは現在、研究室で生成された軟骨が動物に移植された後もその特性を維持するかどうかを評価しており、2〜3年後には人間に対する臨床試験に移行することを目標としている。

△細胞が詰まった鼻型の構造を含む、3Dバイオプリント標本のモデル。 FASEBジャーナルからの画像
がん治療のための3Dバイオプリンティング

過去 12 か月だけでも、数人の科学者が 3D バイオプリンティングを使用して、腫瘍の成長のさまざまな要素をターゲットにするようにそれぞれカスタマイズされたさまざまな細胞足場を製造しました。ワシントン州立大学（WSU）の研究者らは、がん細胞と戦うことができる3Dプリントされた大豆を注入した骨の足場を開発した。

WSU チームのアプローチにより、サンプルの炎症が軽減され、若い骨肉腫がん患者を助けるより穏やかな治療法となる可能性が生まれました。同様に、スペイン主導の研究チームは最近、アルファT細胞を生成するハイドロゲルを開発しました。このハイドロゲルは、癌性リンパ節の挙動を模倣する組織に3Dプリントすることができます。

一方、日本の名古屋市立大学の科学者たちは、魚ゼラチンベースのポリマーハイドロゲルを使用して薬物送達システムを3Dバイオプリントすることに成功した。移植可能なパッチには、がん治療用の PEG 化リポソームドキソルビシンを充填することができ、このアプローチは他の分野でのナノ薬物送達にも適している可能性があります。

研究者らの研究結果は、「軟骨組織工学のためのヒト鼻中隔軟骨細胞を含むコラーゲンハイドロゲルのバイオプリンティング」と題された論文に詳しく記載されている。

論文リンク: https://faseb.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1096/fj.202002081R

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