バイオプリンティングとは何ですか?

バイオプリンティングは、生きた細胞から作られたフィラメントから人工の身体部品を構築する積層造形プロセスです。 通常、これらの生体材料フィラメント (バイオインクと呼ばれる) は、3D プリンティングと同様に、層ごとに押し出され、合成生体医学部品が作成されます。 そのアイデアは、私たちの体内で自然に発生する構造を正確に再現する生体模倣構造を構築することです。 これまでのところ、バイオプリンティングは生きた組織、骨、血管を生成することができ、最終的には臓器全体をゼロから作製することを目指しています。

バイオプリンティングは、バイオインクから 3D の細胞構造を作成するプロセスです。 生体組織、骨、血管などの身体部分の機能的な生物学的レプリカを構築するために使用されます。

3D プリントでは、プリンターを使用して、金属、プラスチック、セラミックからハイテク アクセサリー、ジュエリー、おもちゃなどのツールや構造物を構築できます。

「バイオプリンティングは、これをさらに一歩進めたものです」と、バイオテクノロジーの新興企業で再生医療の経験を持つ認定医師アソシエイトであるライアン・クリーク氏は述べています。 「『印刷』は生物由来の材料を使用して行われ、体内の特定の組織の特性の一部を複製することができます。」

バイオプリンティングは再生医療の先駆者であると考えられており、損傷した組織や病気の組織を修復または修復するために使用される可能性があります。 現在、薬を治験し、治療法を探索するための研究室ベースの研究でテストが行​​われています。 ちょうど昨年、テキサス州サンアントニオの外科医が、3Dバイオプリント構造体（患者自身の細胞から成長させた耳）を人間に移植した最初のチームとなった。

関連記事医療における 6 つの 3D プリンティング アプリケーション

実際の印刷を開始する前に、臓器から生検を採取する必要があります。 特定の「望ましい」細胞が単離され、人工環境での増殖を促進する培養プロセスを通じて増殖されます。 プロジェクトに応じて、特定の細胞タイプが選択されます。 たとえば、研究者が半月板を作製したい場合、その作業には線維軟骨細胞が必要になります。

次に、これらの細胞をヒドロゲル溶液に混合し、細胞に酸素と栄養素を供給して細胞を生かし、カートリッジに装填します。

「バイオインク配合物は通常、細胞の成長と組織としての成熟を助ける[生体材料の組み合わせ]で作られています」とウェスト・ファーマシューティカル・サービス社の生体材料および組織工学科学者であるディダルル・ブイヤン氏は説明する。 これらの生体材料には通常、さまざまな生体高分子、タンパク質、成長因子が含まれます。 これらは一緒に、生きた細胞が住み着く足場を構築するのに役立ちます。

その間に、対象を薄い層につなぎ合わせたコンピューター支援設計 (CAD) ファイルを使用してデジタル青写真が作成されます。 これにより、オブジェクトをボトムアップで構築する一連の命令として 3 次元フレームワークが準備されます。

この時点で、プロジェクトは印刷の準備ができています。 ロボット アームに誘導されたノズルが XYZ 軸に沿って水平に移動し、CAD ファイルの設計図に従いながらフィラメントを押し出します。 バイオインクは層ごとに、足場トレイまたは液体ベース上に最終構造を構築します。

一部の生体材料はリアルタイムで硬化する可能性がありますが、完全な機能と全体的な細胞生存率を確保するために生体内でより多くの注意が必要な生体材料もあります。 生産後、組織の成熟、血管新生、安定性を最適化するために、バイオプリントされた構造をバイオリアクターに配置する場合があります。 生体医学部品の複雑さに応じて、この最終ステップには数週間、場合によっては数か月かかる場合があります。

上記では、材料押出と呼ばれる最も一般的なバイオプリンティング方法について説明しました。 他の方法には、液滴で部品を構築するインクジェット 3D バイオプリンティングや、樹脂の槽を通して紫外線を照射して物体を硬化する技術であるステレオリソグラフィーが含まれます。

機能的な臓器全体を作成することがバイオプリンティングの聖杯であることは周知の事実です。

これが、ブラジルのサンパウロ大学の研究者らが、わずか 90 日で生存可能な臓器を作り出す人間の肝臓の小型版を開発するために血球の使用を研究した理由です。 「肝臓オルガノイド」は、重要なタンパク質を生成し、ビタミンを貯蔵し、胆汁を分泌することができます。