オックスフォード大学、脳損傷修復に有望な3Dプリンティング法を開発

October, 17, 2023, Oxford--オックスフォード大学の研究者によって開発された画期的な技術は、いずれ脳損傷に苦しむ人々に合わせた修復を提供することができるようになる。
研究チームは、神経細胞が大脳皮質の構造を模倣するために3Dプリントできることを初めて実証した。これらの結果は、Nature Communications誌に掲載された。

外傷、脳卒中、脳腫瘍の手術によって引き起こされるものを含む脳損傷は、通常、大脳皮質(人間の脳の外層)に重大な損傷をもたらし、認知、運動、コミュニケーションの困難につながる。たとえば、毎年、世界中で約7000万人が外傷性脳損傷(TBI)に苦しんでおり、そのうち500万人が重度または致命的である。現在、重度の脳損傷に対する効果的な治療法はなく、生活の質に深刻な影響を及ぼしている。

組織再生療法、特に患者が自分の幹細胞に由来するインプラントを投与される治療は、将来の脳損傷を治療するための有望なルートになる可能性がある。しかし、これまで、移植された幹細胞が脳の構造を模倣することを保証する方法はなかった。

この新しい研究では、オックスフォード大学の研究チームは、ヒト神経幹細胞を3Dプリントすることにより、2層の脳組織を作製した。マウスの脳スライスに移植すると、細胞はホスト組織との確かな構造的および機能的統合を示した。

皮質構造は、ほとんどのヒト組織に見られる細胞型を産生する可能性のあるヒト人工多能性幹細胞(hiPSCs)から作られた。組織修復にhiPSCs細胞を使用する主な利点は、患者自身から採取した細胞から簡単に生じるため、免疫応答を引き起こさないことである。

hiPSCs細胞は、成長因子と化学物質の特定の組み合わせを使用して、大脳皮質の2つの異なる層の神経前駆細胞に分化した。次に、細胞を溶液に懸濁して2つの「バイオインク」を生成し、それらをプリントして2層構造を生成した。培養では、プリントされた組織は、層特異的バイオマーカーの発現によって示されるように、層状の細胞構造を数週間維持した。

プリントされた組織をマウスの脳スライスにインプラントすると、神経突起の投射とインプラントとホストの境界を越えたニューロンの移動によって実証されるように、それらは強力な統合を示した。インプラントされた細胞はまた、ホスト細胞の活性と相関するシグナル伝達活性を示した。これは、ヒト細胞とマウス細胞が互いに通信しており、機能的および構造的統合を示していることを示している。

研究チームは現在、液滴プリンティング技術をさらに洗練して、人間の脳構造をより現実的に模倣する複雑な多層大脳皮質組織の作成を予定している。これらの操作された組織は、脳損傷を修復する可能性に加えて、薬物評価、脳発達の研究、および認知の基礎の理解を深めるために使用される可能性がある。

この新しい進歩は、合成組織と培養細胞用の3Dプリンティング技術の発明と特許取得におけるチームの10年にわたる実績に基づいている。
(詳細は、https://www.ox.ac.uk)