新しい3Dバイオプリンティング技術は皮膚と骨の損傷を同時に修復できる

海外メディアの報道によると、ペンシルベニア州立大学の研究者らは、2種類の異なる「バイオインク」を使用して硬組織と軟組織を3Dプリントし、損傷を修復する方法を開発したという。研究チームがマウスを使って行ったテストでは、この技術によって数分以内にげっ歯類の頭蓋骨と皮膚の穴を修復できることが示された。

脳手術後、手術によるアクセスの修復が問題となる場合があります。頭蓋骨の穴には新たな骨が必要であり、患者の体の別の部分、または死亡したドナーから採取する必要がある。同時に、その上の皮膚も修復する必要があります。

3D プリント技術がこれに役立つかもしれません。近年、科学者たちは生きた細胞を「バイオプリント」して皮膚、臓器、骨などのさまざまな組織を作ろうと試みてきたが、複数の組織タイプを貫通する損傷は扱いが難しい場合がある。そこで、ペンシルベニア州立大学の研究チームは新たな研究でその疑問に取り組もうとした。

「硬組織と軟組織を同時に修復できる外科手術はない」と研究論文の責任著者であるイブラヒム・オズボラト氏は言う。「だからこそ、骨から皮膚まで、欠損部全体を一回で再建できる技術を実証することが私たちの目標だった」

この目標を達成するには、粘度が大きく異なるインクと 2 つの異なるバイオプリンティング方法を使用する必要がありました。硬組織は押し出し技術で印刷され、軟組織には液滴ベースの印刷が必要であると報告されています。

チームの硬組織インクはコラーゲン、キトサン、ナノハイドロキシアパタイトなどの化合物でできているが、最も重要な成分は間葉系幹細胞、つまり骨、軟骨、骨髄脂肪に分化できる細胞である。インクは常温で絞り出されますが、すぐに体温まで温まります。軟組織インクは、コラーゲンとフィブリノーゲン、そして架橋と成長を促進する化合物を交互に層状に印刷します。

初期の実験では、研究者らは各組織タイプの脆弱性を個別に修正しました。研究者たちは、これらを個別に習得した後、それらを組み合わせて使用​​し、生きたマウスの頭部の骨と皮膚の穴を1回の外科手術で修復することができた。研究チームは骨と皮膚の間にバリアを設置し、皮膚細胞が骨に入り込むのを防いだ。

「バイオプリンターは骨層と軟組織を5分以内に印刷しました」とオズボラット氏は語った。

チームは50回以上のテストを実施した。結果によると、軟部組織の傷は 4 週間以内に 100% 治癒し、骨組織は 6 週間以内に再生し、欠損領域の約 80% をカバーしました。しかし、軟部組織印刷と組み合わせると、後者は 6 週間以内に 50% のカバー率しか達成できませんでした。

研究チームによると、血管新生化合物の添加は骨への血流を改善し治癒を促進するのに非常に重要であり、次のステップはより大きな動物でこの手法をテストすることだという。