由骨折治疗诞生的全新再生医疗技术:利用生物3D打印机制作血管

中山教授在2015年2月8日于神户市举行的“第五届神户医疗创新论坛”上发表演讲,介绍了利用细胞和三维数据来制作活构造体的系统的开发情况。

       日本佐贺大学研究生院工学系研究可尖端融合医工学专业的教授中山功一正在进行利用生物3D打印机来制作血管的研究。中山教授在2015年2月8日于神户市举行的“第五届神户医疗创新论坛”上发表演讲,介绍了利用细胞和三维数据来制作活构造体的系统的开发情况。


中山功一教授
 
       关于这项研发的最终目标,中山教授表示,“通过把用来代替脏器移植的自身细胞和多种材料结合在一起,制作出更加安全有效的新脏器”。
 
       这项技术的基本原理是,利用细胞之间相互自然粘附的现象,使细胞聚集起来形成2~3mm的“细胞团”,然后将其像积木一样叠起来,制作成构造体。但活细胞不耐干燥,干透后就会死亡,虽然可在培养液中进行这种操作,但轻微的振动就会导致构造体变形损坏。
 
       于是,中山教授想到了一种方法,“将细胞团穿成串叠加起来,等其粘附在一起之后再抽出钎子,最后就会形成完整的构造体”。有一种骨折治疗方法就是用骨针将骨头穿起来固定,等愈合之后再将骨针拔出。中山教授称,此次的技术构想就“来源于这种骨折治疗方法”。
 
       将制作出来的血管移植到动物身上
 
       要用细胞形成完整的构造体,需要像插花的剑山一样,在10mm见方的金属盘中放置26根极细的针,然后插上0.1~0.2mm的细胞团。为了完成这项工作,中山教授开发出了可根据三维数据叠放细胞团的生物3D打印机。
 
       中山最初利用日本科学技术振兴机构(JST)提供的研究资金,制作出了原型机,后来又通过与风险企业Cyfuse联合开发,使其实现了产品化。目前这种打印机已开始向研究机构销售,名称为“Regenova”。
 
       用生物3D打印机层叠到“剑山”上的细胞团会在几天内相互融合,成为完整的构造体,即便去掉剑山也能保持形状。用生物反应器培养一段时间后,会进行细胞的重新排列和自体组装,作为组织的功能和强度都会提高。中山教授表示,“制作出数mm左右的管状构造物并将其排列起来,可以制作出任何长度的血管。破坏试验结果显示,其强度可达到人类血压的两倍左右”。证明可以通过这种方法制作出实用性高且安全的人工血管。
 
       目前,中山教授正在与佐贺大学心脏外科的医生一同开展将制作出来的血管移植到动物身上的实验。中山教授强调了该技术可作为新再生医疗技术使用的巨大潜力,他表示,“将来可以用患者自己的细胞来制作抗感染性强、功能性高的血管。最近,我们还在进行一项研究,那就是利用iPS细胞来试制完整的关节,用其代替金属人工关节”。
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