研究室生育の皮膚に毛包を3Dプリント

November, 22, 2023, New York--レンセラー工科大学(Rensselaer Polytechnic Institute)の研究者主導のチームは、実験室で培養されたヒトの皮膚組織に毛包を3Dプリントした。これは、研究者が毛包を生成するためにこの技術を使用した初の事例である。毛包は、皮膚の治癒と機能に重要な役割を果たす。

Science Advances誌に掲載されたこの研究成果は、再生医療や薬物試験への応用が期待されているが、髪の毛を生やすエンジニアリング皮膚移植の開発はまだ数年先のことである。

「われわれの研究は、3Dバイオプリンティングを使用して、毛包構造を非常に正確で再現性の高い方法で作成できるという概念実証である。この種の自動化されたプロセスは、将来の皮膚バイオ製造を可能にするために必要である」と、化学と生物工学准教授、研究リーダー、レンセラーのShirley Ann Jackson Ph.D、バイオテクノロジー&学際的研究センタメンバーPankaj Karande, Ph.Dはコメントしている。

「ヒト由来の細胞を用いた毛包の再建は、歴史的な課題だった。研究の中には、これらの細胞を3D環境で培養すると、新しい毛包や毛幹を生みだす可能性があることを示すものもあり、われわれの研究はこの研究に基づいている」とKarandeは話している。

人間の皮膚のエンジニアリングとなると、髪の毛は一見余分に思えるかも知れない。しかし、毛包は汗を分泌して体温を調節し、皮膚の治癒を助ける幹細胞を含んでいる。

毛包は外用薬や化粧品の入り口でもあり、皮膚科検査の重要な部分となっている。しかし、今日では、毛包を欠いた人工皮膚組織に対して初期安全性試験が行われている。

「今のところ、現代の皮膚モデル(人間の皮膚を模倣した人工構造)は非常にシンプルである。毛包を追加して複雑さを増すことで、皮膚が外用薬とどのように相互作用するかについて、さらに多くの情報を得ることができる」と、Carolina Catarino、Ph.Dは話している。同氏は、この研究の筆頭著者、現在母国ブラジルの化粧品会社Grupo Boticárioで新しい皮膚検査方法を開発している。

「Dr. Karandeの研究室は、皮膚組織工学の最前線にある。このチームは、すでに血管が機能している皮膚のプリントに成功しており、この最新の研究は、火傷やその他の皮膚疾患に対するより良い治療法の開発とテストにおける刺激的な次のステップである」と、Deepak Vashishth Ph.Dは話している。

「Dr.Karandeの研究は、RPI研究者が工学と生命科学の接点で人間の健康に影響を与える進歩を遂げた素晴らしい例である。マルチチャンネル3Dプリンティングを生物学的領域に持ち込むことで、過去には想像もできなかったエキサイティングな可能性が開かれる」と、レンセラー大学工学部学部長、Shekhar Gardeはコメントしている。

研究チームは、細胞レベルでのプリンティングに適応した3Dプリンティング技術を用いて、毛包のある皮膚を作製した。

科学者たちは、皮膚細胞と卵胞細胞のサンプルを実験室で分裂させ、十分な数のプリント可能な細胞が得られるまで増殖させることから始める。次に、各種類の細胞をタンパク質やその他の材料と混合して、プリンタで使用する「バイオインク」を作る。極細針を使ってバイオインクを堆積させ、皮膚を層ごとに構築するとともに、有毛細胞を堆積させるためのチャネルを作る。時間が経つにつれて、皮膚細胞は有毛細胞を取り囲むこれらのチャネルに移動し、実際の皮膚に存在する卵胞構造を反映する。

現在、これらの組織の寿命は2〜3週間で、毛幹が発達するのに十分な時間ではない。研究チームの今後の研究は、その期間を延長し、毛包をさらに成熟させ、薬物検査や皮膚移植での使用への道を開くことを目指している。
(詳細は、https://news.rpi.edu)