3D バイオプリンティングにより模倣マトリックスが現実化

生物工学的に作られた組織には仮想的なものは何もありません。だから、赤い錠剤と青い錠剤を服用してください

クリスティーン E. シュミット博士率いるフロリダ大学の研究室では、科学者たちはアポトーシスに基づく方法を使用してラットの肺を脱細胞化し、細胞外マトリックス (ECM) を保存しました。 研究者らは、ECMヒドロゲルを再細胞化して肺疾患のモデルを作成する予定である。 この 3D 投影図は、肺 ECM ハイドロゲルで培養されたラット肺上皮細胞を示しています (緑色: 生細胞、赤色: 死細胞)。

細胞外マトリックス (ECM) は、コラーゲン、酵素、糖タンパク質などの高分子の 3 次元 (3D) ネットワークであり、周囲の細胞間の空間配向、相互作用、およびシグナル伝達に不可欠です。 ECM を操作する場合、その目的は、自然の組織環境を模倣し、マトリックスによる細胞制御についての洞察を得て、さらに損傷した臓器の代替品を開発することです。

模造 ECM は 3D バイオプリンティングによって実現します。 従来の 3D プリンティングを拡張した 3D バイオプリンティングは、生体材料 (細胞、成長因子、架橋可能な足場コンポーネント) を組織様構造の形成に適した配置で堆積する積層造形技術です。 3D バイオプリンティングは、細胞接着、遊走増殖、分化に最適な物理的および生化学的特性を組み合わせることができるため、再生医療の強力なツールとして浮上しています。

3D バイオプリント モデルは、研究コミュニティ内で独自のニッチ市場を占めており、サポート マトリックスと関連する細胞型の厳密に制御された統合を提供します。 「人工血管を作成したい場合は、ゼラチン、フィブリン、アルギン酸塩、またはその他の天然素材に由来する、生体適合性の高いバイオインクの 1 つに内皮細胞を播種することになります」と、アソシエイトのアキレシュ K. ガハルワール博士は述べています。テキサスA&M大学の生物医工学教授。

ガハルワール氏の密接な協力者であるテキサス A&M の生体医工学助教授であるアビシェク・ジェイン博士は、この点を強調しています。「3D バイオプリンティングは、CT スキャンからの個別化された形状を含む、患者の血管の解剖学的構造を正確に再現できます。 ポリマーマトリックスと細胞コミュニティを層化することで、システムの複雑さが段階的に増加し、細胞が生理学的かつ適切な方法で整列、相互作用、反応するようになります。」

Gaharwar 氏と Jain 氏は、複雑な血管系をモデル化することで血管疾患のより良い治療につながる可能性があると考えています。 年間 1,700 万人以上が死亡している血管疾患は、近い将来、流行の規模に達すると予想されています。

複雑な血管系は細胞の多層構造で構成されているため、in vitro で再現するのは困難です。 この構造は、基本的な血管構造 (細胞の内層と外層で構成される血管) を維持しているだけでなく、血管細胞と周囲の微小環境の間で起こる複雑な相互作用もサポートしています。

「3D バイオプリンティングは、壁の弛緩や収縮などの機械的特性だけでなく、内皮の活性化、血栓形成、その他の疾患の重要な特徴などの生理学的特性も再現できるモデルを作製することができます」と Jain 氏は付け加えます。 「私たちの研究室は、押出後の高い形状忠実性と架橋後の機械的安定性を維持する新しいバイオインクファミリーの開発に取り組んでいます。」

架橋によりヒドロゲルが生成され、ヒドロゲルはディスク状のナノシリケート ナノ粒子と結合し、印刷された構造に強度が加わり、帯電したポリマーに静電気的に結合します。 ナノシリケートをヒドロゲルに組み込むと、印刷製品の前駆体溶液の流動特性が著しく改善されます。 その結果、印刷​​された前駆体を UV 光で架橋すると、グラフト手順に適した、独特の強力で弾性のあるマトリックスが生成されます。1

「私たちの目標は、初代ヒト血管細胞を使って完全に機能する血管を作成することで創薬を加速することです」とガハルワール氏は宣言する。 「病気の過程における細胞間コミュニケーションを前例のないレベルで研究したいと考えています。」