新方法、将来の人組織3Dプリンティングに向けた重要ステップ

September, 7, 2023, Sydney--シドニー大学(University of Sydney)とウェストミードの小児医学研究所(CMRI)のバイオエンジニアと生物医学科学者のチームは、3Dフォトリソグラフィプリンティングを使用して、臓器の構造を模倣した組織をアセンブリするための複雑な環境を作成した。
チームは、シドニー大学生物医学工学部のHala Zreiqat教授とDr Peter Newman、CMRIの発生学研究ユニットを率いる発生生物学者のPatrick Tam教授がリーダー。

この技術は、バイオエンジニアリングと細胞培養法を使用して、血液細胞または皮膚細胞に由来する幹細胞が、臓器のような構造に組み立てることができる特殊な細胞になるように指示する。

レコードプレーヤの針がビニール溝をナビゲートして音楽を再生するのと同様に、細胞は戦略的に配置されたタンパク質と機械的トリガーを使用して複雑な環境をナビゲートし、発生プロセスを再現する。 チームの最新の研究では、微視的な機械的および化学的信号を使用して、発生中の細胞活動を再現しました。

Hala Zreiqat教授は、「われわれの新しい方法は、細胞の取扱説明書として機能し、細胞がよりよく組織化され、天然の対応物により近い組織を生み出せるようにする。これは、作業組織や臓器を3Dプリントできるようにするための重要なステップである」とコメントしている。

Dr Newmanによると、細胞から組織を構築するには、多くの多様な部分から建物を構築するのと同様に、詳細な指示が必要である。

「細胞から臓器や組織を構築することについても同じことが言える。具体的な指示がなければ、細胞は誤った構造内で予測できないほどグループ化される可能性がある。われわれが効果的に行ったのは、各ビルディングブロックがどこに行くべきか、他のビルディングブロックとどのように接続すべきかを正確に導く段階的なプロセスを作成することだ」とDr Newmanは話している。

「このアプローチに沿って、最近発表されたわれわれの研究は、新しい3Dプリンティング方法を適用して、より組織化された正確な構造を形成するように細胞を導く細胞の指示を決める。これにより、骨の構造に似た骨脂肪アセンブリと、初期の哺乳類発生のプロセスに似た組織のアセンブリを作った」。

オルガノイドとして知られる複雑な組織や臓器のような構造の研究は、研究者が臓器がどのように発達し機能するか、さらに臓器に影響を与える病気が遺伝子変異や発生エラーによってどのように引き起こされるかを理解するのに役立つ。この研究から得られた知識により、疾患の細胞および遺伝子治療の開発も可能になる。所望の細胞型を生成する能力は、治療目的のために臨床的に関連する幹細胞を産生する能力となる。

Hala Zreiqat教授は、「人生の複雑な『取扱説明書』を理解することを超えて、この方法は計り知れない実用的な意味を持っている。たとえば、臓器移植が差し迫っている再生医療では、このアプローチを使用したさらなる研究により、実験室での機能組織の成長が促進される可能性がある。実験室で自然な対応物に十分似た、そのような組織を生成することができると、臓器移植の順番待ちリストが大幅に減る未来を想像することができる」。

Dr Newmanは、「さらに、この技術は、われわれが病気を研究し理解する方法に革命をもたらす可能性がある。病変組織の正確なモデルを作成することにより、制御された環境で疾患の進行と治療反応を観察することができる。いずれ、現在取り組むのが難しい病気のより効果的な治療法や治療法につながればよいと考えている」とコメントしている。

CMRのTam教授は、「これまで幹細胞は成長して多くの細胞種を生み出していたが、3Dでどのように分化して組み立てるかを制御することはできなかった」と語っている。

「このバイオエンジニアリング技術により、幹細胞に特定の細胞型を形成し、これらの細胞を時間と空間で適切に組織化するように指示し、それによって臓器の実際の発達を再現することができる」

研究者は、この研究が黄斑変性症や網膜視細胞の喪失を引き起こす遺伝性疾患などの状態によって引き起こされる視力喪失を治療する可能性があると期待している。

同教授は、「バイオエンジニアリングによって細胞のパッチを生成し、システム全体がどのように機能するかを見ることができれば、病気のために失われた目の細胞を機能細胞に置き換えて使用する治療法を研究できる」と話しているた。

「健康な細胞を目に供給できれば、大きな影響がある。黄斑(中心視力を担う網膜の領域)が遺伝性疾患または外傷のために失われたかどうかにかかわらず、治療は同じである」

「この方法で希少な遺伝病を治療し、生活の質を向上させるという考えは力をえている。この研究が、実践に移すことができる高度な治療法につながることを期待している」。

チームは次に、再生医療の分野を進歩させるための技術のさらなる進歩と、多くの疾患に対する潜在的に新しい治療アプローチに焦点を当てる。