肝臓移植を待っている患者は、わずか3年で、3Dプリントされた1ドルサイズの肝臓組織の断片を受け取って、寿命を延ばすことができるかもしれません。
サンディエゴのバイオプリント企業であるOrganovo社はすでに、3Dプリントした肝臓組織パッチがマウスに移植しても機能を継続することを示しました。 10年の歴史を持つこの企業は、マイクロスケールのヒト肝臓組織や、最近では腎臓組織など、さまざまな形式の組織を製造するために調整可能なバイオプリント・プロセスを開発しました。 従来の試験や開発では、動物やペトリ皿に入れたヒト細胞の小さなサンプルを使用し、平均12億ドルの費用がかかり、十数年かかることがあります。 このコストが高いのは、一つには、90%の薬が動物や人間の臨床試験に合格しないため、研究者は成功するまで何度も何度も振り出しに戻らなければならないからです。
2014年末に初めて商業利用されたバイオプリンティング技術は、生きた臓器をよりよく模倣するために、複数の細胞タイプで組織を作成します。
「肝細胞を採取してシャーレの上に置くと、それらは通常の文脈から取り出されてそのシャーレに入れられるため、通常の人間の肝臓生物学のすべての側面を持つことはありません…そして肝細胞はその環境ではほとんどの細胞よりもはるかに不幸です」と、Organovo CEO Keith Murphyは述べている。
組織の作成における大きな障害は、生命維持に関する酸素と栄養素を供給するために必要となる血管系の製造であると言われ続けている。 組織がプリンター台から離れる前に、生きている細胞が文字通り死んでしまうかもしれません。
Organovo のバイオプリント・プロセスは、薬物検査用の標準マルチウェル組織培養プレートに含まれるこれらのマイクロスケール・ヒト肝臓組織など、さまざまなフォーマットで組織を生産できるように調整することが可能です。
Organovo の ExVive 3D バイオプリント ヒト肝臓および腎臓組織は、薬剤の安全性と開発におけるブレークスルーとして注目されています。
バイオプリント技術では、組織と、生命を与える血液を輸送できる毛管血球の個別のネットワークが作成されます。 この血管は、3つの異なる種類の細胞が約20層、または約500ミクロンの厚さに積み重なってできています。
印刷された血管系がどれほど薄いかについては、1枚のプリンタ用紙が100ミクロンの厚さであることを考えてみてください。 つまり、Organovoがプリントした組織は、紙を5枚重ねた厚さです。
Organovoの3Dプリント組織は、すでに、Merck & Co.やSteelcaseなどの世界のトップ25製薬会社のうち11社によって使用されています。
メルクとアステラスの両社は今月、Society of Toxicology Conferenceで、3Dプリントされた組織が従来の薬剤検査方法と比較して優れていることを示すデータを発表しました。
同社の技術は現在、通常一度に1つか2つの薬剤開発プロジェクトにのみ取り組む、小規模でベンチャーキャピタルに支えられた製薬会社で採用が進んでいます。
最近では、この技術は、移植医療で使用されるより大きな治療用組織を「印刷」する可能性も示しています。
「現在、患者に直接移植するための肝臓パッチの臨床試験に向けて取り組んでいます」と、マーフィー氏は述べています。 これはまだ初期段階であり、完全な臓器ではありませんが、長期的には実現できると考えています」
「私たちは、最短期間で多くの人々を助けるにはどうしたらよいかと考えています。 私たちは皿の中でこの肝臓組織を作ることができるので、同じ技術を使って何かを作ろう、でも患者さんに入れられるようにできるだけ大きくしよう、と言ったのです」
オルガノボが作ったのは、肝臓移植を待っている患者さんに移植できる、1ドル札ほどの大きさと厚さの肝臓「パッチ」です。 「そのため、移植を待っている間、患者を病院から遠ざけておくことができます。
マウスでは、肝組織パッチは移植後早ければ7日目から、移植後少なくとも28日間は血液循環を始めることが示されている。
治療的肝パッチ移植は、まず急性、慢性肝不全患者および小児患者において、最もニーズが深刻である場合に使用されると思われる。 オルガノボ社は、治療用肝組織の「治験用新薬」の申請を米国食品医薬品局に提出する意向です。
治療用肝移植の市場機会は、米国で30億ドルを超えると予想されています。
昨年、サンディエゴ大学は、肝臓組織と血管系の両方の印刷に成功したことを示すレポートを発表しました。
MaRS Innovationsはトロント大学と共同で、プリントした組織をいくつかのチャンネルを通して押し出し、組織の薄い膜を作ることで皮膚細胞を複製するPrintAlive Bioprinterを作りました。
他の企業は、移植目的で患者自身の細胞を使って皮膚をプリントすることに成功しています。 たとえば、MaRS Innovationsは、トロント大学のInnovations and Partnerships Office（IPO）と共同でPrintAlive Bioprinterを作成し、ミニコンベアーから転がる皮膚を印刷する機械を作りました。
また、ハーバード大学のWyss Institute for Biologically Inspired Engineeringは、4種類の細胞を同時に敷設できる3Dプリンターを作成しました。 その研究のブレイクスルーは、生きた組織に栄養を供給できる血管を作ることができるようになったことです。