Pankaj Karande 氏は、人体自身が作り出すものにはるかに近く、患者の体に統合されて受け入れられる可能性が高い皮膚移植片を作成するため、一歩ずつ着実に前進してきました。
Tissue Engineering誌の記事で取り上げられている最新の開発では、レンセラー工科大学の化学・生物工学准教授であるKarande氏と、レンセラーの研究室のチームが、イェール大学医学部と共同で、3Dプリントを使って血管を生成する生きた皮膚に組み込む方法を開発しました。 「それは大きなブレークスルーでした」と、Karande 氏は述べています。
Skin Bioprinting
血管はバイオプリントの皮膚が生き残るために不可欠である。 写真 Rensselaer Polytechnic Institute 過去10年の間に、3Dバイオプリンティングは実際に、皮膚工学の分野を発展させる主役の役割を果たしました。 Karande氏は、2種類の生きたヒト細胞からバイオインクを作り、3Dプリンターで皮膚のような構造を作ることができることを示した、この分野での最初の論文の1つを発表しました。 皮膚を作る従来の手順は、細胞を採取し、コラーゲンと混ぜ合わせ、薄い層に広げていくものでした。
「パンの上にジャムを層状に広げることに例えられるかもしれません」と彼は言い、正常な相互作用のために他の細胞に近づける必要がある数十～数百ミクロンの細胞を扱うため、手動で行うことは非常に困難であることを付け加えました。 3Dプリンターで作られた人工皮膚は、ロボットや人間の皮膚に応用できます。 「これは「大きな進歩」でしたが、数年前、研究チームは、移植片が患者の上で生き残るためには、血管が非常に重要であることに気づきました。 当時は、内皮細胞とその他の細胞を組み合わせて血管を形成しようとする研究が多く行われていましたが、利用可能な方法はうまくいきませんでした。
血管の組み込み
Karande氏のチームは、血管の形成を助ける細胞を「細胞が喜び、増殖し、血管の形成を開始する」環境に置いてみることにしました。 骨に乗せたとき、その血管は実際に宿主の血管とつながっているのか？ 「研究室では、移植片に栄養を与えることで生かすことができますが、いったん骨に置くと、宿主からの栄養を必要とします」と、Karandeは述べています。 研究者たちが皮膚に3Dプリントして画期的な用途に
レンセラーチームがプリントした皮膚は、イェール大学のチームによって特殊な種類のマウスに移植されました。 まもなく皮膚は、マウス自身の血管と通信し、つながり始めた。 「傷口との統合、血管の発達、宿主血管との接続、傷口の組織の成熟は、私たちにとって大きな前進でした」と、彼は短いビデオでそのプロセスを説明しながら言いました。 すべてが等しく重要だったのです。 患者から細胞を採取することから、細胞を分離し、生物学的特性を維持させ、新しい成分を作るために、これらすべての成分を適切な細胞数および細胞密度まで増殖させ、移植片を生かし、無菌であることを確認し、動物の傷口に縫合し、さらに多くのことを行います。
「これらの手順のそれぞれで、多くの試みが必要とされました。
CRISPR for a Better Skin Graft
次の大きなステップは、どんな患者の免疫システムにも拒絶されない、普遍的なプレハブ移植片を目指すことです。 研究者たちは、普遍的な移植片を作るために、CRISPRという高度な遺伝子編集技術を使って作業する準備を進めているのです。 彼らは、移植片が拒絶されるべき異物であることを身体に伝える、移植片の細胞内のそれらのマーカーをオフにします。
Editors’ Pick: 3D Bioprinter Prints Healthy Skin on Patients in Minutes
Additional, long-term testing still needs to take place. そして、時間とともに、体自身の細胞がその場所を引き継ぎ、自分の細胞で再増殖する。 典型的には、人間の皮膚は30日ごとに再生します。
生きた皮膚移植片を作るという最初のステップに成功した後、生物工学者はCRISPRを使って万能移植片を作る準備を進めています。 写真はこちら。 Rensselaer Polytechnic Institute 現在、あらゆる種類の皮膚損傷、特に褥瘡、糖尿病患者、銃の犠牲者など、皮膚の小さな部分が影響を受ける場合の治療介入には、身体の別の場所から皮膚を採取して移植することが必要です。 成長因子を含む臨床用製品がいくつか販売されていますが、それらは基本的にKarandeが「おしゃれなバンドエイド」と呼ぶもので、創傷が環境にさらされるのを防いでいるからです。
火傷患者については、失われた神経や血管の末端に対処するために、さらに多くの作業を行う必要があります。「生物学を再現しようとするエンジニアとして、私たちは常に、生物学は研究室で作る単純なシステムよりもはるかに複雑だという事実を理解し意識してきました」とKarande氏は述べています。 「
Nancy S. Gigesはニューヨークを拠点とするテクノロジーライターです。
Register Today for AM Medical: 2020年5月27日～28日、ミネソタ州ミネアポリスにて開催。