科学者たちは、角膜移植を後押しすることができる3D印刷技術を使用して、初めて人間の角膜をバイオエンジニアリングしました。
角膜というのは、 トランスペアレント ドーム状の目の最外層。角膜は、光が目の奥の網膜に当たる前に通過する最初のレンズです。角膜は、屈折した光を透過させることにより、視覚の焦点を合わせる上で非常に重要な役割を果たします。また、私たちの目を保護する役割も果たしており、損傷や怪我は深刻な視力障害、さらには失明を引き起こす可能性があります。 WHO によると、世界中で約 10 万人が、トラコーマなどの病気によって引き起こされる角膜失明を防ぐために手術を必要としています。 目 障害。 500万人が火傷、擦り傷、またはその他の症状による角膜の瘢痕が原因の全失明に苦しんでいます。損傷した角膜の唯一の治療法は、 角膜移植しかし、角膜移植では需要が供給を上回っています。また、角膜移植には、眼の感染症、縫合糸の使用などを含む多くのリスク/合併症が伴います。最も重要かつ深刻な問題は、移植実施後にドナー組織（角膜）が拒絶される場合があることです。これは不安定な状況であり、まれではありますが、5 ～ 30 パーセントの確率で発生します。 患者.
最初の3Dプリントされた人間の角膜
に掲載された研究では 実験的アイリサーチ、英国のニューカッスル大学の科学者は、しばらくの間、3次元（3D）印刷技術を使用して、人間の目の角膜を生成または「製造」してきました。これは、移植用の角膜を取得するための恩恵となる可能性があります。 確立されたXNUMXDバイオプリンティング技術を使用して、研究者は幹細胞を使用しました 人間の角膜）健康なドナーの角膜から、それらをアルギン酸塩およびコラーゲンと混合して、印刷可能な溶液を作成しました。 バイオインクと呼ばれるこのソリューションは、3Dで何かを印刷するための最も重要な要件です。 バイオプリンティングは従来の3D印刷の拡張ですが、生物学的生体材料に適用されるため、代わりに「生体細胞構造」で構成されるバイオインクを使用する必要があります。 アルギン酸塩とコラーゲンで構成される独自のゲルは、幹細胞を生かし続けると同時に、形状を維持するのに十分な硬さでありながら、3Dプリンターから絞り出すことができるほど柔らかい材料を生成することができます。 研究者は、シンプルで安価な3Dバイオプリンターを使用しました。このプリンターでは、準備したバイオインクが同心円状に正常に編成され、ドーム型の 人工角膜。 角膜の特徴的な「湾曲した形状」が達成され、この研究は成功しました。 この印刷手順は10分未満で完了しました。 その後、幹細胞が成長しているのが見られました。
人気が出て以来、 3D バイオプリンティングの台頭により、研究者は角膜を実現可能かつ効率的に作製するのに最適な理想的なバイオインクを探し求めてきました。ニューカッスル大学のこのグループが先頭に立ち、それを達成しました。同じ研究者グループは、アルギン酸とコラーゲンの単純なゲル内で細胞を室温で数週間生存させたことを以前に示した。この研究により、細胞が83週間XNUMXパーセント生存した状態でこの使用可能な角膜を移植することができました。したがって、組織が成長するかどうか (つまり、生き続けるかどうか) を心配することなく、両方のことが同じ媒体で実現できるため、組織を印刷することができます。
患者固有の角膜を作る
研究者はまた、この研究で、各患者の固有の要件に一致するように角膜を構築できることを示しました。 まず、患者の目をスキャンして、「印刷角膜」を必要な正確な形状とサイズに一致させるデータを生成します。 寸法は実際の角膜自体から取られているため、印刷は非常に正確で実行可能です。 3D印刷技術は、製造においてテストされています 人工の 心臓および他のいくつかの組織。 平らな組織は過去に作成されましたが、著者によると、これは「形作られた」角膜が作成されたのは初めてです。 この方法は依然として健康なドナー角膜を必要としますが、幹細胞は人工角膜でより多くの細胞に成長するためにうまく使用されています。 50つの健康な角膜は損傷した角膜を「置き換える」だけではありませんが、XNUMX個の人工角膜を印刷するのに十分な細胞をXNUMXつの提供された角膜から成長させることができます。 これは、単一の移植を行うよりもはるかに有益なシナリオになります。
未来
この研究はまだ準備段階であり、3Dプリントされた角膜をさらに評価する必要があります。 研究者たちは、動物と人間の試験がまだ行われていないため、そのような人工角膜が移植に使用できるようになるまでに数年かかると述べています。 また、この材料が機能しているかどうかを確認する必要があり、多くの微調整が必要です。 研究者たちは、これらの人工角膜が今後5年以内に実用化されると確信しています。 3D印刷技術が安価になり、バイオプリンティングが順調に進んでおり、数年以内に標準的な手順が利用できるようになる可能性があるため、現在、XNUMXD印刷技術の利用可能性は問題ではありません。 現在、幹細胞を使用して損傷した組織を再構築または置換することに焦点が当てられていますが、この方法の印刷面はほとんど合理化されています。
この研究は、世界中に移植するための角膜を無制限に供給することができる解決策に向けた重要な一歩です。 さらに、イタリアの会社の研究者は、自然な目のセットに見られるものを置き換えるために必要な明らかな細胞を含む潜在的なバイオインクを使用して同様の方法で構築される「3Dプリントされた目」を最終的に作成する方向で考えています。 バイオインクは、特定の要件に応じてさまざまな組み合わせで変えることができます。 彼らは、2027年までにこれらの「人工眼」を市場に出すことを目指しています。この研究は、最先端の人工角膜を生み出し、臓器や組織の不足に対する潜在的な解決策としてバイオプリンティングを強調しています。
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ソース
Isaacson A etal。 2018.角膜実質相当物の3Dバイオプリンティング。 実験的アイリサーチ.
https://doi.org/10.1016/j.exer.2018.05.010
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