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新しいバイオファブリケーション法、組織設計とバイオプリンティング促進

June, 23, 2025, New York--ストーニーブルック大学(Stony Brook University)ルネッサンス医学部のMichael Makが率いる生物医学研究者チームは、生理学的材料をバイオプリンティングする新しい方法を開発した。
TRACE(Tunable Rapid Assembly of Collagenous Elements)と呼ばれるこの方法は、身体の天然素材をバイオプリンティングする際の以前の問題を解決する。また、非常に汎用性の高いバイオファブリケーション技術であり、医薬品開発と疾患モデリングの進歩に役立ち、再生医療に影響を与える可能性がある。

この手法の詳細は、Nature Materials に掲載される論文で説明されている。

バイオプリンティングは、バイオエンジニアリングされた構造の生成のために、生化学品、生物学的材料、および生細胞を配置する。このプロセスでは、バイオインク(バイオインク)と生体材料を、コンピュータ制御の3Dプリンティング技術とともに使用して、医学研究で使用される生体組織モデルを構築する。3Dプリンティング技術は、医学や生物医学の研究にとって新しいものだが、その応用は自動車製造などの業界で顕著に見られる。

研究者は、バイオプリンティングの可能性にもかかわらず、従来のバイオプリント組織の生物学的細胞が体内で自然な活動を果たせないため、バイオプリントされた組織や臓器で機能を達成することは困難であり、したがってほとんどのバイオプリント組織は臨床目的や高度な医療用途に使用できないと指摘している。

Makのチームは、TRACEが将来の医学研究でこの問題を解決するのに役立つことを望んでいる。

「われわれの方法は、基本的に、幅広い種類の組織や臓器のプリントに使用できる新しいプラットフォーム技術である。TRACEでは、身体の天然の構成要素、特にコラーゲンをバイオインクとして使用して、生体適合性が高く、生細胞を直接取り込むことで、3Dパタニングとプリントにより、ユーザが設計可能な複雑な組織や臓器構造を作製・製造する方法を見つけ出した」と、薬理科学部の准教授Makは説明している。

コラーゲン(特にコラーゲンI型)は、人体で最も顕著で豊富なタンパク質である。これは、皮膚、筋肉、骨、腱、心臓などの重要な臓器などの組織の主要な構成要素である。コラーゲンは、多くの組織や臓器の「接着剤」として機能し、細胞や組織を所定の位置に保持するための体の天然の足場材料として重要。また、細胞が機能を果たすように指示するのにも役立つ。

Makによると、コラーゲンは生理学的プロセスにおけるこれらの特性のそれぞれから、バイオインク材料として使用される最有力候補である。

論文「Instant Assembly of Collagen for Tissue Engineering and Bioprinting」では、著者らは、TRACEを使用してコラーゲンのゲル化プロセスを急速に加速することにより、生理学的材料をバイオプリントする方法を説明している。その方法は、コラーゲン分子の集合反応をスピードアップするために不活性なクラウディング材料を使用するプロセスである高分子クラウディングによって媒介される。

これにより、体内に見られるものと同じ基本要素で構成される組織を作成できる。次に、TRACEを適用して、機能的な組織や心腔などの「ミニ臓器」を生成する。

Makおよび共著者は、この研究の全体的な結果を次のようにまとめている。「TRACEは、生理学的材料と生体組織の直接3Dプリンティングを可能にし、構造の複雑さと生体機能の両方を実現する、汎用性の高いバイオファブリケーションプラットフォームを提供する。この研究は、コラーゲンを主要成分として使用して、様々な臓器系にわたる組織の制御可能なマルチスケールバイオファブリケーションの範囲を広げる。」