バイオ3Dプリント新技術！柔らかい組織も細胞を生かしながらプリント

大阪大学大学院基礎工学研究科教授の境 慎司 氏、大学院生の粉谷 聖 氏（博士前期課程）は、広島大学学術・社会連携室オープンイノベーション本部教授の花之内 健仁 氏との共同研究で、動物細胞を含んだ柔らかなゼリー状の三次元構造物を、3Dプリンターを用い、その内部へのプリント補助剤の混入を抑えて精度よくバイオ3Dプリントする手法を開発した。バイオ3Dプリントは、細胞をインクとして使用し、デジタルデータに基づいて立体構造をプリントする技術で、医療分野での応用が期待されている。（上部画像はプリント補助剤を使用して鼻の設計図にもとづいて3Dプリントされた構造物。出典：大阪大学）

バイオ3Dプリント技術の課題

現状のバイオ3Dプリント技術では、細胞含有構造物をプリントする際に、基板上にインクを積層させながら造形する方法が行われてきたが、課題もあった。柔らかな構造物の造形に使用される粘度の低いインクが、基板上で固まる前に目的箇所から流出するケースや、印刷中に自重によって変形するケースがあったためだ。その結果、柔らかな構造物を精度よく造形することは困難だとされてきた。

対策としてゼリーを細かく砕いて作製されるプリント補助剤を満たした容器中に、細胞含有のインクを注入し固化させる方法も研究が進んでいる。しかしこの方法では、プリント補助剤が構造物中に多く取り込まれてしまうという問題もある。

新技術のメリットと手法

こうした課題を解決するために、研究グループは、細胞を含むインクとサポート剤を交互に積層する新手法を開発した。インクとして動物細胞、体内に存在するヒアルロン酸の誘導体、及び西洋わさびから抽出される酵素を含む溶液を用意。サポート材に微量の過酸化水素を含むエコー検査用ゼリーを使用する。インクがサポート材にふれると固化する仕組みとなっており、動物細胞を含む組織を精度高く任意の形状に造形することに成功した。

カルシウムと反応させると容易に除去できる点もメリットだ。この新技術により、動物細胞を含む柔らかな立体構造の精度よくの3Dプリントが実現可能となるという。

研究の意義と展望

本研究で従来の技術では困難であった、生きた動物細胞を含む柔らかな構造物の3Dプリントが新技術により可能であることが示された。今後、臓器や組織の代替や薬物開発の評価に利用される構造物のプリントに大きく寄与することが期待できる。

バイオ3Dプリントの関連記事

今回のニュースに関連するものとして、これまでShareLab NEWSが発表してきた記事の中から3つピックアップして紹介する。ぜひあわせてご覧いただきたい。

バイオ3Dプリンターでの軟骨再生への道が拓ける ― 京都大学

国際宇宙ステーション内でヒトの膝半月板の3Dバイオプリントに成功

がん手術で失った鼻の再建手術に3Dプリンターを使用。術後も良好！