最近の研究によれば、生体適合性のある構造や組織を体内で直接3Dプリントするin situバイオプリンティングが急速に進化しています。研究チームは新たなハンドヘルド型バイオプリンターを開発し、これまでの設計上の主な課題、すなわち複数の材料をプリントする能力とプリントした組織の物理化学的特性を制御する能力に対処しています。この革新的な装置は、再生医療、医薬品開発、試験、カスタムメイドの装具や義肢装具など、多岐にわたる応用分野において非常に有望です。これにより、さまざまな医療や健康関連の分野で革新的な進展が期待されます。この成果を発表した論文は、「Biofabrication」誌の2023年7月号に掲載されました。論文のタイトルは「A Handheld Bioprinter for Multi-Material Printing of Complex Constructs（複雑な構築物のマルチマテリアル印刷のためのハンドヘルド・バイオプリンター）」です。
再生医療の進展は、損傷した組織や臓器の置換、修復、再生によって、世界中の患者たちの生活に実質的な改善をもたらしています。再生医療は、臓器提供者不足や移植に伴うリスクといった課題に対する有望な解決策として注目されています。特に、3Dプリンティング技術の進歩により、in situバイオプリンティングという手法が登場しました。これは、人体内で組織や臓器を直接合成する方法を指し、欠陥のある組織や臓器の修復・再生を促進する可能性を秘めています。
しかし、この分野にはまだ課題も存在します。現在使用されているin situバイオプリンティング技術には制約があります。例えば、特定の種類のバイオインクにしか適合しない装置や、一度に小さな組織のパッチしか作れない装置も存在します。また、装置の設計は通常複雑であり、手が出しづらく応用が制限されている場合もあります。
これらの課題を克服し、より効果的で多様なバイオプリンティング技術を開発することが、再生医療の更なる進展につながると期待されています。今後も研究と技術革新が進み、患者たちにとってより良い医療ソリューションを提供できるようになることを願っています。
カナダのビクトリア大学のエリック・パガン氏（Erik Pagan）とモフセン・アクバリ准教授（Mohsen Akbari）を含む研究チームが、Biofabrication誌に掲載された画期的な研究において、便利なモジュール設計のハンドヘルドin situバイオプリンターを開発しました。この技術により、複雑な生体適合性構造の印刷が可能になります。
アクバリ教授は、この研究の動機について、「20年前、私の母は乳がんと診断され、最終的には乳房を切除することになりました。このことは母の健康に大きな影響を与えました。ハンドヘルド・バイオプリンティングのような技術があれば、患者の組織の形や大きさに合わせた乳房再建用の個別化インプラントの開発に役立つだけでなく、乳がんの生物学的研究のための腫瘍モデルの作成にも使えるということに気づかされました。このような応用は、罹患患者の治療成績を大幅に改善する可能性があります」と語っています。
このハンドヘルド装置の主な特徴は、複数のバイオインクカートリッジが存在し、それぞれが空気圧システムによって独立して制御されている点です。これにより、装置オペレーターは印刷混合物を十分に制御でき、要求される特性を持つ構造物の開発が容易になります。さらに、冷却モジュールと発光ダイオード光硬化モジュールが装備されており、より高度な制御が可能です。
この汎用性の高いin situバイオプリンターは、さまざまな応用が期待されます。大規模な組織構築物を必要とする外傷、手術、および癌による大きな欠陥の修復に適しています。将来的には、この技術によって臓器提供者の必要性を克服し、同時に移植に伴うリスクを低減できることで、患者たちはより長期的かつ健康的な生活を享受することができるでしょう。
このハンドヘルドin situバイオプリンターのもう一つの注目すべき応用の可能性は、薬物送達システムの製造です。オペレーターは正確な量の薬物や細胞を体内の特定の場所に放出するための足場や構造物を構築することができます。これによって、薬物の効率が向上し、薬物に伴う副作用が最小限に抑えられ、安全性が向上します。この革新的な技術によって、科学者はより正確な薬物試験モデルを開発し、新薬の発見を早めることができるでしょう。
さらに、この技術はカスタムメイドの人工装具や整形外科用インプラントを開発する可能性を秘めています。このハンドヘルドバイオプリンターの持ち運びが可能であるため、医師は患者の組織解剖学的構造をより正確かつ簡便に適合させることができます。その結果、バイオプリントされた構築物の機能性と審美性を向上させることができるでしょう。
この研究で得られた知見は、再生医療の範囲を拡大しようとする研究者や医師にとって大きな利益となるだけでなく、共同研究を促進してこの技術の更なる発展を加速させることができます。そのため、アクバリ教授と彼のチームは、IOP PublishingとCanadian Research Knowledge Networkとの間で締結された変革的な協定を通じて本研究を発表しました。この協定により、著者は70誌以上のIOP出版ジャーナルに無料で論文を発表することができます。これらの論文はすぐに入手でき、誰でも無料でアクセスすることができます。アクバリ教授は、「変革的な協定の下で出版することで、私たちは研究コミュニティ全体に利益をもたらす、より持続可能で公平な学術出版モデルを推進しています。これにより、学術出版におけるアクセスと価格という長年の課題に取り組むことができ、同時に科学的知識の発展を促進することができます」と述べています。このような取り組みによって、研究成果がより広く共有され、社会に貢献することが期待されます。
