3Dプリントされたインプラントは動物の骨の再生を促進できると、科学者たちは本日、 Science Translational Medicine誌に発表した。この超弾性「骨」と呼ばれる新しいバイオエンジニアリング素材は、安価で多用途であり、印刷も容易であるため、人間の骨の修復や再生にも利用できる可能性がある。
ラットとサルの骨損傷の修復に役立ったこの移植片は、骨や歯に含まれる鉱物であるハイドロキシアパタイトと生分解性ポリマーから作られています。「通常は非常に脆いセラミックが大部分を占めているにもかかわらず、非常にユニークな特性を持ち、高い弾性を発揮します」と、イリノイ州エバンストンにあるノースウェスタン大学の共著者であるラミール・シャー氏は火曜日の記者会見で述べました。「圧迫したり変形させたりしても、元の形状にすぐに戻りました。」
シャー氏らが骨髄から採取したヒト幹細胞を超弾性の「骨」サンプルに置いたところ、その存在だけで幹細胞は骨細胞へと成熟し始めた（この種の幹細胞は脂肪や軟骨も生成できる）。この「骨」の足場は、細胞が自ら天然物質を作り出すための材料として機能したと、同じくノースウェスタン大学のアダム・ジャクス氏は記者会見で述べた。
移植片が安全に移植できるかどうかを検証するため、研究チームは超弾性の「骨」をマウスの皮下に移植した。この生体材料は多孔質であるため、マウスの血管が移植片に素早く浸透し、免疫系の反応を引き起こすことなく体内に取り込まれる。
3Dプリントされた移植片をラットの脊椎に移植すると、脊椎の癒合と治癒を促す骨の生成が促進されました。骨移植に一般的に用いられる同腹のラットの組織と同等の効果が見られました。また、吸収性も高く、抗生物質や骨の成長を促進するタンパク質を混入させることも可能でした。
最終的に、研究チームは超弾性「骨」を用いて、アカゲザルの弱く不健康な頭蓋骨の一部を置換しました。外科医たちは損傷の程度が不明だったため、研究者たちは大きな移植片を印刷し、手術室でサイズに合わせて切り詰めることができました。これは、人間の場合も同様に、インプラントを最終段階で簡単に調整できることを意味します。4週間後、アカゲザルの頭蓋骨は修復し、移植片には血管が充満しました。
現在、骨の修復に使用されている他の材料は脆く、外科医が扱いにくい傾向があります。「一方、超弾性『骨』は、簡単に切断、丸め、折り畳み、組織に縫合することができます」とシャー氏は述べています。「また、弾力性があるため、押し付けたり、欠損部にフィットさせたり、拡張したりすることで、接着剤や縫合糸を使わずに機械的に空間に固定することができます。」この生体材料は頑丈でもあり、研究チームが人間の大腿骨の一部を印刷したところ、座屈するまでに最大150ポンド（約67kg）の荷重に耐えることができました。
なぜこの方法で印刷した材料がこれほど効果的なのかは明らかではありません。一つの可能性として、移植片は天然の骨を模倣しているものの、完全には模倣していないことが挙げられます。「細胞はそれを不完全な骨と認識しているのかもしれません」とジャクス氏は言います。「そのため、細胞はさらに骨を再構築し、天然の骨へと作り変えようとします。」
彼と彼の同僚たちは、この新しいインクが再建手術や形成外科手術に役立つことを期待している。この素材は、子どもたちが後になって、適合しない移植骨を置き換える手術を受ける必要性をなくす可能性もある。「このインクは分解され、自然な骨に再構築されるように設計されているため、患者の成長に合わせて成長することができます」とシャー氏は述べた。
インクは保管でき、室温で素早くスキャフォールドを印刷するのに使用できます。「理想的には、これらのプリンターを病院に設置し、超弾性『骨』インクを提供すれば、患者に合わせたインプラントをその日のうちに、つまり24時間以内に作成できれば素晴らしいと思います」とシャー氏は述べました。彼女とチームは、5年以内に臨床試験を開始することを望んでいます。
