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Oct 26, 2023

血管を模倣したプラットフォームを設計するための斬新で簡単な方法

26 giugno 2020

2020年6月26日

シンガポール工科デザイン大学による

血液循環系は、栄養素の大量輸送のための重要なインフラストラクチャとして機能し、人体の臓器からのガス状生成物と老廃物の交換を促進します。 これらの血管は、血流の流体力学的圧力と、周囲の組織によってもたらされる収縮および弛緩のリズムに常にさらされています。 これらの刺激への曝露は、血管内の血栓症や炎症などの有害な状態を引き起こす可能性のある一連の細胞反応を引き起こす可能性があります。

事象に対するこれらの細胞反応は、機械的伝達、つまり体内で機械的信号を化学的信号に変換するプロセスとして知られています。 研究者らは、血管のさまざまな障害を模倣する疾患モデルを開発することに成功しましたが、血流によるせん断応力と伸長応力を同時に組み込む能力は、依然として再現が難しいと考えられていました。

慶応義塾大学尾上研究グループの研究者らは、シンガポール工科デザイン大学（SUTD）のソフトフルイディクス研究室と共同で、灌流と伸長による機械的刺激を同時に提供できる細胞外マトリックス（ECM）ベースのマイクロチャネルを開発、作製した。 。 この簡単な方法により、研究者らは犠牲成形によって人間の組織に似た ECM 内にマイクロチャネルの複雑なネットワークを作成することができました。

このアプローチでは、まず金型に分岐と幅 0.2 mm のカスケード寸法をパターン化しました。 ポリビニル アルコール (PVA) で作られた犠牲モールドを印刷するために、市販され、広く普及している熱溶融堆積モデリング (FDM) 3D プリンターが使用されました。 3D 形状のマイクロチャネルを作成するには、組み立てと位置合わせの複数のステップが必要なレプリカ成形などの十分に確立された方法とは異なり、犠牲成形により、さまざまなマトリックスでマイクロチャネルを迅速に製造することができました。 型は完全に ECM (ゼラチン) に埋め込まれ、トランスグルタミナーゼで硬化されました。 血管および周囲の組織のプラットフォームを作成するときに、シール、位置合わせ、または積み重ねは必要ありません。

「PVA 型は水中で取り外し可能であるため、製造プロセスは完全に水のみを使用して完了しました。これは、製造されたマイクロチャネルの生体適合性を確保するために重要です」と、博士のジェイソン・ゴー氏は述べています。 SUTDの学者。

「融合堆積モデリングの3Dプリント金型の犠牲成形は、設計の自由度が広く、より生理学的に関連したプラットフォームの製造を可能にします」とSUTDの橋本道直助教授は付け加えた。

ヒト内皮細胞はマイクロチャネルの表面で容易に培養され、血管を模倣したチューブを形成しました。 脈動流などの血管の特徴的な挙動は、灌流と伸張の条件下で成功裏に達成されました。 この血管プラットフォームは、より生理学的に適切な方法で病理学的状態を調査するために、現在の血管 in vitro モデルの適用範囲を広げるのに役立ちました。

「私たちは、人体に存在する流体の圧力や伸びに耐えるのに十分な機械的強度を備えた血管の代替品を開発することに成功しました。このプラットフォームは、血管疾患のメカニズムを理解するのに役立ちます。」と筆頭著者の清水あずさ氏は述べています。修士課程の学生であり、慶応義塾大学の尾上宏明准教授です。

この研究成果は出版され、マイクロスケール以下の微細化に関連し、技術の進歩と影響力のあるアプリケーションの間の接点にある独自の研究をカバーするトップジャーナルである Lab on a Chip の表紙裏で大きく特集されています。 清水あずさ選手（慶応義塾大学）が、ジェイソン・ゴー選手（SUTD）、板井俊選手（慶応義塾大学）とコラボレーションしました。 プロジェクトの他の上級研究者には、東京大学の三浦茂徳博士が含まれます。

詳しくは：清水あずさら、灌流と伸張を同時に行うインビトロ血管組織培養のための ECM ベースのマイクロチャネル、Lab on a Chip (2020)。 DOI: 10.1039/D0LC00254B