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バイオプリンティング（3Dバイオプリンティングとも呼ばれます）は、3Dプリンティングと生体材料を組み合わせて、体内の自然な組織、骨、血管を模倣したパーツを複製します。主に薬物研究に関連して使用され、最近では損傷した靭帯や関節の修復を助ける細胞足場として使用されています。バイオプリンティングは2007年頃から医学で使用されており、体内のほぼすべての組織、軟骨、臓器の研究または再現を支援するために採用されています。バイオプリンティングの仕組み
3Dプリンターは、印刷するものに深みを与えることができます。バイオプリンターは、生細胞、合成接着剤、コラーゲン足場などの生体材料を層状に分配してオブジェクトを作成することでこれを実現します。このプロセスは積層造形と呼ばれます。プリンタに供給される材料は、3Dオブジェクトを作成するために出てくるときに固化されます。
しかし、3Dプリンターに素材を入れてボタンを押すだけでは簡単ではありません。アディティブマニュファクチャリングステージに入るには、プリンターは青写真（コンピューターが生成しようとしているもののコンピューター生成画像）を受け取る必要があります。次に、オブジェクトに使用する材料をプリンターに供給します。プリンターは、与えられたデジタルファイルを読み取り、与えられた材料をレイヤーに印刷して、目的のオブジェクトを再作成します。各層が冷えて互いにくっつき（コラーゲン、接着剤、または場合によっては細胞自体のおかげで）、1つの固体の安定したピースが作成されます。
生きている細胞（一般にbioinkと呼ばれます）をバイオプリンターに送り込むために、研究者が取ることのできるいくつかの経路があります。まず、バイオプリンティングを行っている患者から直接採取することができます。あるいは、研究目的で使用する場合や、患者自身の細胞を使用できない場合は、バイオプリンティングで組織を再作成するために必要な細胞の種類に合わせて操作できるため、成体幹細胞を使用できます。
バイオプリンターが使用する設計図は、多くの場合、患者のスキャンです。これにより、スキャンを参照し、組織を構築または印刷するために薄く正確な層を使用して、バイオプリンターで組織を再作成できます。
チップ上のバイオプリンティング
3Dバイオプリンティングが科学および医学界で現在使用されている方法の1つは、再生医療のテストです。ハーバード大学のWyss Instituteで、研究者達は、チップ上に印刷された生きている人間の細胞の血管組織を作り出すことができる3Dバイオプリンターを開発しました。彼らは、チップ上のこの組織を使用して、それを血管チャネルに接続します。これにより、研究者は組織の栄養素に成長と発達を監視することができます。
チップ上で組織を成長させる能力は、研究者が再生医療や薬物検査の新しい技術を検討するのに役立ちます。 3Dバイオプリンターを使用することで、研究者はチップを作成するさまざまな方法を検討することもできます。 1つの成果は、研究とデータ収集を目的としたセンサーを備えたチップ上にハートを作成することでした。これは以前に動物実験または他の手段を必要としたかもしれません。
バイオプリンティングと骨移植
医療の実践に関しては、人間のサイズに合わせたバイオプリントされた臓器を作成する際に、学ぶこととテストすることはまだたくさんあります。しかし、骨とその周囲の関節の問題を修正するための骨移植の分野など、かなりのステップが行われています。
最も顕著な進歩は、ウェールズのスウォンジー大学の研究者によるものです。チームのバイオプリンターは、再生可能な耐久性のある材料を使用して、必要な特定の形状の人工骨材料を作成できます。アイルランドのAMBER Science FoundationとアイルランドのダブリンにあるTrinity Collegeの研究者たちは、骨の3Dバイオプリンティングをサポートするプロセスを作成し、腫瘍の切除、外傷、感染、および遺伝子による骨の変形による欠陥を支援しました。
イギリスのノッティンガム大学もこの分野で成果を上げており、置換する骨のコピーをバイオプリントし、幹細胞でコーティングしています。足場は体内に配置されます。やがて、幹細胞の助けを借りて、それは新しい骨に完全に置き換わります。
バイオプリンティングおよび再生皮膚および組織
皮膚は、印刷する際に重ねることができる機械の能力により、バイオプリンティングにとって医学の成功分野です。皮膚は多層の臓器であり、各層内の異なる細胞で構成されているため、研究者は、時間の経過とともにバイオプリンティングが真皮や表皮などの皮膚の層の再現に役立つことを期待しています。
ノースカロライナ州のウェイクフォレスト医学部の研究者は、傷の治療や治癒に役立つほどの損傷のない皮膚を採取するのに十分な損傷のない被害者を火傷することに関して、これを詳しく調べています。この場合、バイオプリンターはスキャナーから患者の創傷情報（必要な深度と細胞タイプを含む）を取得して、患者に使用できる新しい皮膚の作成を支援します。
ペンシルベニア州立大学では、研究者は、軟骨を作成できる3Dバイオプリンティングに取り組んでおり、膝の組織や、身体の磨耗によって一般的にすり減ったその他の領域、および臓器の健康に不可欠な皮膚やその他の神経系組織の修復を支援しています。
血管のバイオプリンティング
バイオプリンターを使用して血管を再現する機能は、血管を患者に直接移植できる可能性だけでなく、薬物検査や個別化医療にも役立ちます。ブリガムアンドウィメンズホスピタルの研究者たちは、血管として機能するアガロース繊維を印刷することで、この医学分野で成果を上げています。研究者たちは、これらのバイオプリントされた血管は、既存の構造の周りを溶解するのではなく、移動してより大きなネットワークを形成するのに十分強いことを発見しました。
ベリーウェルからの一言
バイオプリンティングに由来する研究は魅力的であり、骨、皮膚、血管、軟骨、さらには臓器さえもバイオプリントする能力から得られた知識と利益は大幅に進歩しましたが、多くの人がまだ先に進んでいないこれらの実践の内、医学に採用されています。
しかし、いくつかは他より早く準備ができているかもしれません。バイオプリンティングと皮膚の研究者の場合、戦闘で大規模な火傷を経験した兵士のために5年以内に科学の準備を整えることを望んでいます。人間が使用する臓器を再作成するなど、バイオプリンティングの他の領域には、まだ開発の道があります。
身体のプロセスを模倣し、身体のより大きなシステム内の特定の薬物の相互作用を観察することになると、バイオプリンティングは、データ収集の扉を開くとともに、人体が特定の物質とどのように相互作用するかを確認する非侵襲的な方法をもたらしました。患者さんのためのより個別化された医療とより少ない副作用。