新 3D プリント「バイオインク」角膜、ドナー不足解消へ — 10 分で造形達成

世界保健機関 (WHO) によると、世界で 1,000 万人以上がトラコーマによる角膜失明を防ぐ手術を必要とし、約 500 万人が角膜瘢痕による全盲状態にあります。

ドナー角膜の供給は限られており、需要は供給を大きく上回っています。このギャップを埋めるため、人工角膜代替物の開発が進められてきました。ニューカッスル大学の科学者たちが、このギャップを将来的に埋める可能性のある迅速な 3D プリント手法を実証しました。

角膜——眼の最外層・屈折層——は眼の焦点合わせ力の約 80% を担います。機能的代替物を設計するには、この光学機能を再現する精密な曲率が要求されます。

研究者たちは、健常ドナーから採取したヒト角膜実質細胞を、アルギン酸ナトリウムとメタクリル酸化型 I 型コラーゲンと混合し、「バイオインク」を作成しました。このゲルは細胞に優しく、押出し印刷に機械的に適しています。

手頃な 3D バイオプリンターを使用し、バイオインクを同心円状に堆積させて角膜形状の構造体を造形。プロセス全体がわずか 10 分で完了しました。

バイオインク

コラーゲン・アルギン酸混合物は、形状保持に十分な構造的完全性を提供しながら、室温で埋め込まれた細胞の生存率を維持します。粘度は調整され、細胞生存性を損なうことなく押出し可能です。

新 3D プリント「バイオインク」角膜、ドナー不足解消へ — 10 分で造形達成

バイオインクにより、患者の眼をスキャンし寸法をプリンター用 G コードに変換することで、組織形状を患者ごとにカスタマイズ可能。複雑な解剖学的特徴の精密な再現が可能になります。

最終構造体は生理環境でリモデリングを経て、適切な構造的、機能的、生体力学的成熟を促進します。

参照： ScienceDirect | Newcastle University

造形精度は周辺部と中心部の厚さ測定で評価され、封入角膜細胞の生存率は造形後 1 日目と 7 日目でモニタリングされました。

新 3D プリント「バイオインク」角膜、ドナー不足解消へ — 10 分で造形達成

人工角膜はまだ臨床使用の段階にはありませんが、研究者たちは長期的な安全性、実質細胞表現型、生体適合性、上皮細胞増殖サポートを評価するため、延長 in-vitro と in-vivo 研究を計画しています。

結論として、臨床医がドナー角膜を 3D プリント代替物で確信を持って置き換えられるようになるには、さらに数年かかる見込みです。

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