科学者が3Dプリントした生きた肺組織を作成

UBCオカナガン校の研究者らは、自然の肺組織の複雑さを忠実に模倣した3Dバイオプリントモデルを開発した。これは、科学者が肺疾患を研究し、新たな治療法を開発する方法を一変させる可能性のある革新である。

アーヴィング・K・バーバー理学部准教授のエマニュエル・オセイ博士は、このモデルは人間の肺の複雑さに非常によく似た組織を生成するため、呼吸器疾患の検査や医薬品開発が改善される可能性があると述べている。

「複雑な肺疾患のメカニズムを研究し、最終的に新たな薬剤ターゲットを見つけるという私たちの研究と必要なテストを行うためには、人間の組織に匹敵するモデルを作成できる必要があります」と彼は言う。

研究チームは、感光性ポリマー改質ゼラチンとポリエチレングリコールジアクリレートと呼ばれるポリマーで作られたバイオインクを使用して、複数の細胞タイプとチャネルを含むハイドロゲルを3Dプリントし、人間の気道の血管構造を再現しました。

印刷されたハイドロゲルは肺組織の複雑な機械構造とほぼ同じように動作し、細胞が刺激にどのように反応するかを研究する方法が向上します。

「私たちの目標は、ヒトの気道のより生理学的に適切なin vitroモデルを作成することでした」と、UBCの心臓・肺イノベーションセンターにも所属するオセイ博士は述べています。「血管コンポーネントを統合することで、疾患の研究や薬剤の試験に不可欠な肺環境をより正確にモデル化できるようになります。」

オセイ博士は、肺がんと診断された場合、外科医は患者の同意を得て、患部と一部の正常な肺組織を切除し、そのサンプルを研究者に提供することができると説明した。

「しかし、研究者は受け取る組織の量をコントロールすることはできません」と彼は説明します。「時には、ごく少量の組織片を研究室に持ち込み、様々な化学物質で処理して検査することもあります。今では、3Dバイオプリンティングによって、これらのドナー組織から細胞を分離し、追加の組織や検査サンプルを再現することで、新たなドナーサンプルに頼ることなく、研究室で研究を行うことができます。」

オセイ博士は、「慢性閉塞性肺疾患（COPD）、喘息、特発性肺線維症、がんなど、多くの肺疾患は現在、治癒不可能です。試験用モデルを作成できるようになったことは、呼吸器疾患の研究と医薬品開発における大きな前進です」と述べました。

この研究は、ミタックス社と共同でプロビデンス・ヘルスケア社の支援を受けて「バイオテクノロジー・アンド・バイオエンジニアリング」誌に発表されたもので、瘢痕や炎症といった肺疾患の側面を理解するための一歩となり、将来的にはさまざまな疾患の治療法につながる可能性がある。

論文では、バイオプリントされた3Dモデルをタバコの煙の抽出物にさらすなどのテストについて説明されており、研究者らはこれによって、ニコチンに対する肺組織の炎症反応のマーカーである炎症誘発性サイトカインの増加を観察することができた。

「このモデルを作成し、タバコの煙などの特定の誘因を使用して、モデルが肺疾患の側面にどのように反応し、模倣するかを実証できたことは、肺疾患の複雑なメカニズムを理解する上で大きな前進であり、その治療法を理解するのに役立つでしょう」とオセイ博士は述べています。

「私たちのモデルは複雑ですが、バイオプリンティングの再現性と最適な性質により、追加の細胞タイプや特定の患者由来の細胞を追加することで適応することができ、個別化医療や疾患モデリングのための強力なツールとなります。」

オセイ博士は、この研究を継続することで、研究チームが、UBC の免疫生物学エミネンス研究エクセレンスクラスター、バイオテクノロジー企業、バイオ人工モデルの開発に関心を持つあらゆる組織の同僚と協力できるというユニークな立場に立つことになると指摘しています。