中国科学院と清華大学が発表した研究によると、3Dプリントされた「心臓」は体外で6か月以上生存し、心筋組織は規則的に鼓動している。

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定期的に鼓動し、体外で最大6 か月間生存できる「血液」 （毛細血管網）と「肉」 （心筋細胞）を備えた心臓を 3D プリントする？

そうです、これは中国科学院などの最新の研究成果です。

研究者らは、6軸ロボットを改造した新しいタイプのバイオプリンターと特殊な細胞印刷法を使用して、従来の3D印刷の平坦層の限界を打ち破り、複雑な血管の足場上に正常な細胞周期と機能を備えた心筋組織を印刷しました。

この組織の細胞生存率は手動操作の場合と同じで、どちらも 98% です。

この成果により、複雑な臓器を人工的に作成することに一歩近づいた。

どうやって構築するのですか?

この心臓がどのように印刷されたかを理解する前に、人間が体外臓器製造を実現するのに役立つ可能性が高い生物学的 3D 印刷技術には、2 つの大きな制限があることを知っておく必要があります。

まず、層ごとにしか印刷できないため、細胞と血管網を統合できず、細胞が栄養不足になり、長期間生存できなくなります。

第二に、細胞を固定するためにインクに添加される物質も、細胞の機能と生存時間に影響を与えます。

この目的のために、本研究では、科学者らは従来の3Dプリンターを放棄し、6軸ロボットを使用して、360度自由に回転して細胞の全周印刷を実行できる新しいツールを改造しました。

従来のカルテシアンバイオプリンターや電磁細胞ジェットプリンターと比較して、このロボットプリンターは細胞に機械的な損傷を与えません。

これに加えて、科学者たちは、印刷された細胞が鉱油の疎水力によって重力の影響を受けないようにする油浴印刷法も設計しました。これにより、バイオスキャフォールドのどの表面にも安定して付着し、周囲の細胞としっかりと接続されます。

組織と臓器の発達の法則に従うために、ロボットは血管の足場の上に数層の細胞を印刷し、次にその2つを培養して細胞間のつながりと新しい毛細血管を形成してから、新しい細胞を印刷します。

この循環により、心臓内に体内の臓器と同様の血管網が形成され、組織の長期生存がサポートされます。

実際には、実験者は 2 台の 6 軸ロボットを使用して、血管ステント上に内皮細胞と心筋細胞を印刷しました。

インクの側面図と上面図は次のとおりです。

最後に、印刷された完全な内皮層は、血管新生因子の助けを借りて新しい血管と毛細血管網を成長させることができます。また、印刷された心筋細胞は、ギャップ結合を素早く形成し、6 か月間規則的な拍動を維持できます。

下の写真は、印刷後4 日でスキャフォールド表面に形成された、整然とした hEC-hCM 細胞層構造を示しています。

印刷された細胞分化後 30 日目と 180日目に検出された心筋細胞(α-アクチニン)と内皮細胞(VE-カドヘリン)の構造も同様です。

著者について

この研究結果は、3 つのチームによるものです。

• 中国科学院遺伝学・発生生物学研究所の研究員、王秀傑氏のチーム
• 英国マンチェスター大学の王長玲教授のチーム
• 清華大学の劉永進教授のチーム

共同筆頭著者は4名で、王秀傑氏の指導を受ける博士課程学生の張澤宇氏と石青青氏、王長玲氏のチームの戴成凱博士、劉勇氏のチームの呉晨明博士です。

この結果はBioactive Materialsに掲載されました。

もう一つ

3D プリントされた臓器は、術前計画や間接的な手術ナビゲーションに使用できます。下顎、頭蓋骨、脊椎、骨盤などのいくつかの単純な構造は臨床的に使用されています。

2019年、イスラエルのテルアビブ大学は患者自身の脂肪やその他の組織を使用して、細胞、血管、心室、心房を備えた完全な人間の心臓を初めて印刷しました。

しかし、それはウサギの心臓ほどの大きさのミニチュア版です。

心臓の細胞は収縮できますが、血液を送り出すことはできません。

2020年、米国のミネソタ大学は、血液を送り出すことができる3D心臓を印刷しました。

論文アドレス: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452199X22000743?via%3Dihub=