3D バイオプリンターでその場で組織をプリント

バイオプリンティングは、3D プリンティング技術を使用して生体材料から組織を製造することです。 これは主に、研究や in vitro での薬物試験のためにヒト組織を作成するために使用されます。 患者への移植を目的とした身体部位の作成に使用する場合、その部位は最初にデスクトップバイオプリンターで印刷する必要があり、その後、それを配置するために大規模なオープンフィールド手術が通常必要となります。 感染のリスクと長い回復時間に加えて、印刷された部品とそれが取り付けられている内部の標的組織との間に不一致が生じる可能性があり、汚染や取り扱いによって問題が発生する可能性もあります。

これらの課題を克服するために、オーストラリアのニューサウスウェールズ大学シドニー校の研究者は、小型のソフトロボットアームとフレキシブルプリントヘッドを開発し、フレキシブルプリンタ本体を構成する長い管状カテーテルにそれらを統合しました。 アームとプリント ヘッドの両方に 3 つの自由度 (DoF) があります。

「F3DB と呼ばれる当社のフレキシブル 3D バイオプリンターは、低侵襲アプローチで標的組織や器官に生体材料を直接送達できます」と、UNSW 生物医工学大学院の上級講師である Thanh Nho Do 氏は述べています。 学生のマイ・タン・タイ氏が研究チームを率いました。

F3DB は体の損傷部分を直接再構築する可能性があるだけでなく、「ノズルがメスの役割を担うオールインワンの内視鏡手術ツールとしても使用できます」と Do 氏は付け加えました。 「これにより、腫瘍除去などのより長い処置で現在使用されている、洗浄、マーキング、切開に別のツールを使用する必要がなくなります。」

プロトタイプのフレキシブル 3D バイオプリンターは、多目的内視鏡手術ツールとしても機能します。 出典: UNSW シドニーyoutu.be

現場でのバイオプリンティングは過去10年間にわたって研究されてきたが、「内臓へのバイオプリンティングはさまざまな困難により制限されてきた」とペンシルバニア州立大学の工学科学および力学の教授であるイブラヒム・オズボラット氏は、2月の論文で発表された研究の詳細についてコメントしている。先端科学。 「このモバイル一体型内視鏡バイオプリンティング装置は斬新であり、リアルタイムの観察、切開、内臓へのバイオプリンティングを可能にすることで、既存の技術を進歩させる可能性がある」と彼は言う。

この装置の直径は内視鏡と同様（約 11 ～ 13 ミリメートル）、口や肛門から体内に挿入できるほど小さいです。 ソフト ロボット アームは、アクチュエータに水をポンプで送り込む DC モーター駆動のシリンジで構成される油圧システムによって制御される 3 つの柔らかい布製の蛇腹アクチュエータによって作動します。 柔らかい油圧人工筋肉で構成された柔軟な印刷ヘッドにより、従来のデスクトップ 3D プリンターと同様に印刷ノズルを 3 方向に動かすことができます。 全体的な制御は、市販のハプティック システムを使用してマスターによる手の動きを送信するマスター/スレーブ セットアップによって行われます。

ターゲットに到達すると、アームとプリント ヘッドは、生体材料を臓器や組織の表面に送達するために必要な動きを決定する数学的プロセスである逆運動学に基づく自動アルゴリズムによって制御されます。 印刷は、付属のフレキシブル小型カメラによって監視されます。

このデバイスをテストするために、研究者らはまず液体シリコーンやチョコレートなどのさまざまな非生体材料を使用して、実験室でさまざまな多層 3D パターンを印刷しました。 さらなる実験では、ブタの腎臓の表面に非生物材料を使ってさまざまな形状を印刷しました。 その後、研究者らは人工結腸内のガラス表面に生きた生体材料をその場で印刷した。

「細胞が毎日成長し、実験の最終日である 7 日目には 4 倍に増加することがわかりました」と Do 氏は言います。

この装置を内視鏡手術用の万能ツールとしてテストするために、研究者らはブタの腸の洗浄、マーキング、解剖などのさまざまな機能を実行しました。 「結果は、F3DB が内視鏡粘膜下層剥離術用のオールインワン内視鏡ツールとして開発される可能性が高いことを示しています」と Do 氏は言います。