3Dバイオプリンターが人工の身体部位に血管を造る
アラン・ボイル著
研究者たちは、移植細胞に栄養と酸素を送るための既製の経路を備えた人工の身体部位を作成できる3Dバイオプリンターを開発したと発表した。この技術が完成すれば、3Dプリント臓器作製における最大の課題の一つである、大量の人工組織に栄養を与えるという課題を解決できる可能性がある。
「この技術は、あらゆる形状の安定した人体サイズの組織を作製できます」と、ノースカロライナ州ウェイクフォレスト再生医療研究所の所長、アンソニー・アタラ氏はニュースリリースで述べています。「さらに開発が進めば、この技術は、外科手術による移植のための生体組織や臓器構造の印刷にも活用できる可能性があります。」
アタラ氏とその同僚は、Nature Biotechnology 誌に本日発表された研究論文の中で、統合組織器官印刷システム (ITOP) として知られるバイオプリンターを使った実験について説明しています。
バイオプリンティングは、ドナーから細胞を採取し、培養した後、水性ゲルに入れ、生分解性ポリマー構造の周囲にゲルを堆積させて細胞を固定する技術です。アタラ氏らは、人工皮膚や膀胱をバイオプリントする方法を開発しました。しかし、限界があります。バイオプリントされた組織には血管がないため、人間の髪の毛の太さに相当する200マイクロメートルより厚くすることはできません。
ウェイクフォレスト大学のグループを含むいくつかの研究チームが、より厚い組織層を成長させる技術に取り組んできた。
アタラ社のITOPバイオプリンターは、インクジェットプリンターがインクを吐出するのと同様に、コンピューター制御のパターンで様々な種類のゲルを吐出することでこれを実現します。バイオプリンターは、製造する組織のポリマー足場にマイクロチャネルを構築します。成長初期段階では、マイクロチャネルは血管のような機能を果たし、液体栄養素と溶存酸素が内部のバイオプリント細胞に到達できるようにします。
「私たちの研究結果は、私たちが使用したバイオインクの組み合わせをマイクロチャネルと組み合わせることで、細胞を生かし続け、細胞と組織の成長をサポートするのに適した環境を提供できることを示しています」とアタラ氏は述べた。
移植後、血管新生と呼ばれるプロセスで血管がマイクロチャネルに置き換わります。
この技術の最新のテストでは、研究者らは人工の耳、筋繊維、顎骨片など、さまざまな構造物を作成した。
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人間サイズの耳を3Dプリントし、マウスの皮下に移植しました。2ヶ月後、バイオプリントされた組織に血管と軟骨組織が形成されました。人工筋繊維をラットに移植したところ、2週間後の試験で、筋肉が血管新生と神経形成を支えるのに十分な強度を持つことが示されました。また、ラットに顎骨を移植したところ、5ヶ月以内に血管新生した骨組織が形成されることが研究者によって確認されました。
ウェイクフォレスト大学のバイオプリンティング技術はまだ人間には適用されていないが、アタラ氏らはそれがうまくいかない理由はないと考えている。この技術の大きな利点の一つは、コンピューターによる3Dボディスキャンに基づいて、移植部位を移植対象者に合わせてカスタムプリントできることだ。
この技術は、戦場や爆撃による負傷の治癒に新たな手段を提供することを目指しています。そして将来的には、腎臓など、より複雑な臓器の作製への道を開く可能性があります。この研究は、陸軍再生医療研究所、米陸軍医療研究資材司令部遠隔医療・先端技術研究センター、そして国防脅威削減局からの助成金の一部によって支援されました。
アタラ氏に加え、ネイチャー・バイオテクノロジー誌に掲載された研究論文「構造的完全性を備えた人間規模の組織構造物を製造する3Dバイオプリンティングシステム」の共著者には、ヒョンウク・カン氏、サン・ジン・リー氏、カルロス・ケングラ氏、ジェームズ・ユウ氏が含まれています。
