現在 何十万もの人々が 臓器移植を待っています
腎臓や心臓 肝臓など 重要な臓器を移植することで
彼らの命を救える可能性があるのです
しかし残念ながら
移植を望む人々の需要に対し ドナーによる臓器は 全く足りていません
ドナーを待たずとも
カスタマイズした臓器を 新たに作れるとしたらどうでしょうか
この考えを背景に生まれたのが バイオプリンティングです
現在 再生医療の一分野として 開発が進んでいます
複雑な臓器を作れるようになるには まだ時間がかかりますが
栄養素と老廃物の交換を行う
血管や管状器官などの より単純な組織は
既に作ることができます
バイオプリンティングの技術は ３Dプリントの応用で
材料を一層ずつ積層していくことで
３次元の物を作製しています
臓器を作製する ３Dプリンターでは
金属やプラスチック セラミックスではなく
生細胞を含んだ印刷可能な材料である バイオインクを用います
多くのバイオインクは 水を多く含む分子 ハイドロゲルが大部分を占め
数百万の生細胞や
細胞が相互作用し育つのを促進する 様々な化学物質と混ざり合っています
バイオインクには 単細胞を含有しているものや
より複雑な構造を作るため 異なる種類の細胞を含むものがあります
半月板を印刷するとしましょう
半月板は膝の軟骨組織の一部分で
すねの骨と大たい骨が 互いに擦れ合うのを防いでいます
半月板は軟骨細胞と呼ばれる 細胞でできており
バイオインクには 健康な軟骨細胞が必要です
こうした細胞はドナーから提供を受け 研究室で細胞株が複製される場合と
拒絶反応が起きにくい 個別の軟骨組織を作るため
患者自身の組織を採取する場合があります
印刷技術は複数あり
中でも人気が高いのは 材料押出法のバイオプリンティングです
プリンターのチャンバーを バイオインクで満たし
プリントヘッドに取り付けられた 丸型ノズルを通しインクを押し出す方法です
ノズルは たいてい直径400ミクロン以下で
インクは そのノズルを通り
指の爪ほどの厚さで 切れ目のない 糸状のフィラメントとして射出されます
フィラメントを より合わせたストランドは 電子化された画像やデータに基づき
平面上もしくは液体中に積層されていきます
液体は所定の位置で 構造が安定するのを助けます
このようにして薄いストランドが １度に１枚 印刷され
半月板は 30分ほどで あっという間に作り出されるのです
バイオインクには 印刷後すぐに硬くなるものもありますが
構造を安定させるためにUVライトや
化学的もしくは物理的な 追加工程が必要なものもあります
印刷工程が成功すると
人工組織内の細胞は
本物の組織内の細胞と 同じように働き始めます
お互いに信号を送り 栄養素を交換 増殖するのです
半月板のような比較的簡単な構造体を 印刷する技術は既に完成しています
更にバイオプリンティングで作製した 膀胱(ぼうこう)の移植にも成功
ラットを使った実験では印刷した組織による 顔面神経の再生も促進させました
研究者らはこれまでに肺組織や皮膚 軟骨
機能の一部を担う縮小版の 腎臓や肝臓 心臓を作製しています
しかし主要な臓器の 複雑な生化学的環境を再現するには
高い壁が立ちはだかっています
材料押出法のバイオプリンティングでは
ノズルが小さすぎる あるいは印刷の圧力が高すぎると
インク内の細胞を かなりの割合で 破壊してしまう可能性があるのです
最も難しい挑戦の１つは
どのようにして実物大の臓器で 全ての細胞に酸素と栄養素を供給するかです
そのため現在 再現に成功している構造体は
平ら もしくは内部が 空洞状のものに とどまっており
現在 研究者らは 印刷して作製した組織に
血管を組み込む方法を開発しようと 奮闘しているのです
バイオプリンティングは 非常に多くの可能性を秘めています
命を救うことはもちろん
そもそも臓器がどう機能しているか 理解を深める機会にもなるでしょう
バイオプリンティング技術により 可能になることは計り知れず
電子部品を埋め込んだ組織の印刷も できるかもしれません
いつか 現在の人間の能力を超える臓器や
燃えない皮膚などを 享受する日が来るのでしょうか
臓器を印刷し移植することで 人間の寿命はどのくらい延びるでしょうか
そして 一体誰が そして何が
このような技術をもたらし 素晴らしい成果が得られるのでしょうか