Rheolutionのライフサイエンス分野におけるリソース

創傷治癒過程によって生じる瘢痕は、周囲の組織と比較して粘弾性に違いが見られます。皮膚の瘢痕は主に審美性に影響を与えるのに対し、内部組織や臓器の瘢痕はその機能に影響を及ぼす可能性があります。 例えば、心筋梗塞後の心筋における瘢痕形成は、筋力の低下や心不全を引き起こす可能性があります。粘弾性挙動は身体のあらゆる構成要素に固有のものであり、その生理機能において重要な役割を果たしていることに留意することが重要です。 細胞、組織、臓器は、機械的な力が加わると、粘性（流体のような）応答と弾性（固体のような）応答の両方を示します。この粘弾性応答により、力が加わると変形し、力が取り除かれると徐々に元の状態に戻ることが可能になります。

キトサンは、エビやカニなどの甲殻類の殻に含まれる構造成分であるキチンに由来する、天然の生分解性高分子です。脱アセチル化と呼ばれるプロセスを経て、キチンはキトサンへと変換されます。従来の形態のキトサンは、弱酸性の溶液に溶解し、適切な条件下でハイドロゲルを形成することができます。 生体適合性、調整可能な特性、および穏やかな処理条件を要する点から、キトサンは薬物送達、創傷治癒、および組織工学の分野で広く利用されています。

SFに出てくるような治療タンクを夢見たことはありませんか？ その背後にある中性浮力の原理が、液体のような柔らかいインクを用いた3Dプリントに向けた独自の解決策を生み出しました。「浮遊ハイドロゲルの自由形状可逆埋込法（FRESH）」と呼ばれるバイオプリンティング技術は、組織工学の応用において理想的なこれらの扱いにくい材料のプリントを可能にするために開発されました。 その秘密は、柔らかい構造体を保持しつつ、エクストルーダーの針の動きを妨げないよう巧妙に設計された支持液にあります。汎用性、高い細胞生存率、そして大規模な構造体のプリント可能性を兼ね備えたFRESHは、新たな可能性の世界を切り開き、解剖学的データに基づいた患者特異的な組織の3Dバイオプリンティング実現に、私たちを一歩近づけています。

4Dバイオプリンティングは、「時間」を第4の次元として導入し、プリントされた物体が時間の経過とともに変化することを可能にします。光、温度、磁気などの物理的刺激によって、その変化が引き起こされます。 また、このバイオプリンティングプロセスでは、温度やpHの変化を利用して、標的を絞った薬剤の放出を行うことも可能です。ナノハイドロゲルは薬剤の担体として機能し、磁場によって制御されるほか、酵素によって迅速に分解されます。さらに、ハイドロゲルは生物学的シグナルに反応し、薬剤を放出した後、時間の経過とともに生分解されることで、腫瘍治療に貢献します。

2022年1月、我々は組織工学および薬物送達におけるアルギン酸ハイドロゲルについて研究を行った。3Dバイオプリンティングにおいてバイオインクとしてよく使用されるアルギン酸は、特性を調整可能なハイドロゲルを形成する。 我々は、3Dプリントにおいて極めて重要なアルギン酸の架橋反応に対する、CaCl₂濃度の変化が及ぼす影響を調査した。アルギン酸は粘度が低いため、プリント方法としては、CaCl₂による事前架橋、同軸ニードルを用いた即時架橋、あるいはプリント性を向上させるためにアルギン酸を他の生体材料と混合する方法などが用いられる。