3Dプリンティングは、再生医療に革命をもたらす骨折した骨の再生を実現します

ここ数十年で、医学は大きな進歩を遂げ、以前は困難だった病気に革新的な解決策を提供してきました。 発表された研究では、3D印刷を使用して骨組織を再生する方法が、再生医療に革命をもたらす可能性があることが示されました。

再生医療は、病気、欠陥、または怪我によって損傷を受けた組織、臓器、細胞を置き換える治療法を開発する医学の一分野です。 これは、これまで治療が困難であった病気やけがの患者さんの治療に役立つと期待されている、まったく新しい医学分野です。

ナノ構造の生物活性材料は、その再生能力のためにこの分野で注目を集めています。 それらは自然組織の特徴を複製し、それらの構造を模倣します。 これらの高度な医療材料は、3D印刷やその他の技術を使用して処理および適用できます。

骨組織の再生：重要な医学的進歩

老化は進行性の健康問題につながる可能性があります。 骨粗鬆症などの病気は、患者さんが年をとるにつれて起こり、個人に痛みを与え、医療の負担を増大させます。 従来の治療法には、骨移植が含まれます。 さらに、他の方法では、自然組織の特性と構造を模倣することはできません。 このため、骨組織工学を含むいくつかの新しい研究分野が開発されました。

骨組織工学の分野には、骨の成長をサポートし、再生を誘導する生体模倣デバイスの開発が含まれます。 高度な生物活性材料は、骨組織工学技術で使用するために機能的な足場に3Dプリントされます。

これらは標的組織と相互作用し、治療反応を誘発します。 複合材料は、骨組織の主成分であるため、1型コラーゲンとヒドロキシアパタイト（歯科でも一般的に使用されている）をベースにしています。

複合生体模倣材料はオステオパシー反応を引き起こし、それが成長、増殖、さらには分化を誘発します。 これは骨組織の再生につながります。 骨組織工学の分野で材料製造で一般的に使用される3D印刷技術は、押出成形です。 これは、その汎用性とスケーラビリティによるものです。 ただし、骨再生用途向けの堅牢で耐久性のある生体工学材料の製造には、依然としていくつかの重要な課題があります。

10°CでのGEN-Coll / nanoHA（B）およびGEN-Coll / MBG_Sr4％（C）の粘度（A）および粘弾性特性の変化

1型ウシコラーゲンは、損傷または罹患した骨組織を再生するための有望な材料です。 これらの生物活性材料には機能的に豊富なナノ粒子が含まれており、サポートバスを使用して簡単に3Dプリントできます。 ただし、それらの使用にはいくつかの問題があります。 それらは、印刷プロセス後に完全に除去することは困難であり、ステントの構造的完全性を改善するために使用される架橋剤は、幾何学的透明度の喪失および印刷構造の部分的崩壊を引き起こす。

これらの生体材料の限界を克服するには、代替プロセスが必要です。

現在、研究チームは、ウシのコラーゲンに基づいて、より強力でより適切な生物活性物質を製造する方法を提案しました。これは、人間の骨組織再生の技術に革命をもたらすのに役立ちます。

この論文で報告されているプロセスは、ウシのコラーゲン形成の特性を改善することを目的としています。 印刷配合物に架橋剤を添加し、次にそれらを支持浴から除去する。 選択される架橋剤はゲニピンであり、その場での架橋を誘発することにより、コラーゲンの3Dプリントされた足場構造の安定性を向上させます。

サポートバスに使用される溶液はアルギン酸です。 研究によると、アルギン酸はコラーゲン材料の3D印刷構造を維持し、37°C​​で簡単に除去できるため、高解像度の幾何学的構造を持つ構造の安定した処理が可能になります。 この方法は、以前に確立されたプロトコルを使用して開発されました。

37°Cで3時間と24時間インキュベートした後、GEN-Col / nanoHAで振幅スキャンテスト（A、C）と温度ランプ（B、D）を実行します

ハニカムとグリッドの形状を選択して、材料の印刷適性を評価します。 良好なレベルの制御を提供し、結果の理解を提供するために、さまざまなパラメーターを使用していくつかの実験が実行されました。 印刷の忠実度と最終的な足場構造の解像度に対する各パラメーターの影響は、変更の基礎を構成します。

この研究では、これらのパラメーターは絡み合っているため、目的の結果を達成するにはこれらのパラメーターを微調整する必要があると結論付けました。

印刷ブラケットの視覚的分析により、印刷プロセスが幾何学的な再現を成功裏に実現したことが確認されました。 明確な線と穴が作成されます。 凍結乾燥後、形態をFE-SEMで分析したところ、ナノ粒子がマトリックス内に正常に分布していることがわかりました。

これらの結果は、コラーゲン材料の3D印刷にこのプロセスを使用すると、骨組織の再生に良好な結果が得られることを示しています。