翼状片のより良い理解と治療のための多層眼モデルの3Dプリント
－視力障害の原因となる翼状片と呼ばれる一般的な眼疾患の複雑な多層眼モデルを作成するために3Dプリントを使用。
研究者は、3Dプリンティングを使用して、翼状片と呼ばれる一般的な眼疾患の複雑な多層眼モデルを作成しました。さまざまな種類の細胞を含み、疾患環境を模倣したこのモデルは、疾患の理解を深めるのに役立ち、個別化治療や薬剤試験の新たな道を開く可能性があります。
本研究での機械的特性評価・圧縮ヤング率測定にはCellScale社のMicroTesterが使用されました。
多細胞の微小環境を再現し、高スループットの薬剤スクリーニングをサポートする能力を持つ3D人工モデルは、翼状片疾患モデリングの有望なソリューションとなっています。
論文要旨
翼状片は有病率が高く、視力障害の原因となる眼表面疾患である。翼状片は結膜の病的な成長として、新生血管と慢性炎症を伴う。ここでは、ヒト結膜幹細胞（hCjSCs）を用いて、DLP（Digital Light Processing）ベースの3Dバイオプリンティングプラットフォームを用いて、3D多細胞in vitro翼状片モデルを開発した。新規のフィーダーフリー培養システムを採用し、初代hCjSCsを均質性、幹細胞性、分化能で効率的に増殖させた。DLPベースの3Dバイオプリンティング法は、カプセル化されたhCjSCsの生存能力と生物学的完全性をサポートするハイドロゲル足場を作製することができた。バイオプリントされた3D翼状片モデルは、hCjSCs、免疫細胞、血管細胞で構成され、疾患の微小環境を再現した。RNAシークエンシング（RNA-seq）を用いたトランスクリプトーム解析により、バイオプリント3D翼状片モデルにおいて、炎症反応、血管新生、上皮間葉転換に相関する明確なプロファイルが同定された。さらに、バイオプリントモデルの翼状片シグネチャーと疾患関連性は、患者由来の翼状片組織から得られた公開RNA-seqデータで検証された。幹細胞技術と3Dバイオプリンティングを融合させることで、これは翼状片の3D in vitro疾患モデルとして初めて報告されたものであり、将来の個別化医療や薬剤スクリーニングに向けた研究に活用することができる。
使用装置：MicroTester／マイクロスケール圧縮試験機
スフェロイド、ゲル、ビーズなど圧縮試験に最適なメカニカルテスター
CellScale社の MicroTesterは、バイオメカニクス試験に最適です。繊細なフィラメントからハイドロゲルのスフェロイドなど、多様なサンプルの測定が可能です。
0.1μmの分解能と10nNの力感度を保証する精密アクチュエータを備え、その先に取り付けるビーム（カンチレバー）でサンプルを押し込み、高解像度のカメラでとらえたその変位、ビームのばね定数などから、サンプルへの力を算出します。
温度制御可能なバスも付属しますので、液中の測定も可能です。
参考用語
3Dバイオプリンティング
3Dバイオプリンティングは、細胞、成長因子、バイオマテリアルなどの生体材料を使用して、三次元の生体構造を作成する技術です。この技術は、3Dプリンターを使用して、層ごとにこれらの材料を積み重ねていくことで、臓器や組織のような複雑な生体構造を再現します。
3Dバイオプリンティングの特徴と利点
再生医療への応用：患者自身の細胞を使用して組織や臓器を作成し、移植手術の成功率を高めることが期待されています。
医薬品開発：新薬の開発において、動物実験に代わるリアルな人間組織モデルを提供し、薬の効果や副作用をより正確に評価できます。
組織工学：人工的に作成した組織を使用して、体内の損傷した組織の修復や再生を支援します。
研究用途：病気の進行や治療法を研究するためのモデルとして、実験室で使用されます。
3Dバイオプリンティングは、医療や生物学の分野で大きな可能性を秘めており、今後の発展が期待されています。
翼状片
翼状片（よくじょうへん、pterygium）は、眼の結膜が異常に増殖して角膜の表面に伸びてくる良性の疾患です。以下はその主な特徴です。
翼状片の特徴
発生部位: 通常、鼻側の結膜から始まり、角膜中央に向かって進行しますが、耳側からも発生することがあります。
外観: 肉眼で見える肉質の三角形状の組織が角膜に向かって広がっているのが特徴です。
原因: 紫外線曝露、乾燥、ほこり、風などの環境要因が関与していると考えられています。特に屋外での活動が多い人に多く見られます。
症状
軽度の刺激感や異物感
視力低下（翼状片が角膜の中心部まで進行した場合）
美容的な不快感
治療
軽度の場合: 人工涙液や軟膏で症状を緩和します。
進行した場合: 外科的切除が必要となることがあります。再発を防ぐために結膜移植や薬剤の使用が行われることがあります。
翼状片は視力に影響を与える可能性があるため、症状が進行する場合は眼科医による診察と適切な治療が推奨されます。
ハイドロゲル足場
ハイドロゲル足場（Hydrogel scaffold）は、組織工学や再生医療で使用される三次元構造体で、細胞の成長や組織の再生を支援するために設計されています。以下にその主な特徴を説明します。
ハイドロゲル足場の特徴
材料構成
高い含水率: ハイドロゲルは水を大量に含むゲル状物質で、細胞にとって自然な環境を模倣します。
生体適合性: 生体材料として安全で、免疫反応を引き起こしにくい。
分解性: 必要に応じて、体内で徐々に分解されるように設計されることがあります。
構造と機能
三次元構造: 細胞が自然な形で成長し、組織を再生できるように三次元の足場を提供します。
細胞の培養: ハイドロゲルは、細胞が接着し、増殖し、分化するための適切な環境を提供します。
薬物放出: 成長因子や薬物を含ませることで、局所的な治療効果を発揮することもできます。
用途
組織工学: 皮膚、軟骨、骨、血管などの再生に使用されます。
創傷治癒: 傷口を保護し、細胞の再生を促進するためのドレッシングとして使用されます。
薬物送達: 長期的な薬物放出システムとしても応用されます。
利点
細胞にとって自然な環境を提供するため、細胞の生存率や機能が向上します。
構造や機能をカスタマイズできるため、特定の組織や用途に応じた設計が可能です。
ハイドロゲル足場は、再生医療や組織工学の分野で非常に重要な役割を果たしており、将来の医療技術においても多くの可能性を秘めています。
高スループットの薬剤スクリーニング
高スループット薬剤スクリーニング（High-Throughput Screening, HTS）は、大量の化合物を迅速に評価し、特定の生物学的活性や標的に対する効果を検出するための技術です。このプロセスは、新薬開発の初期段階で広く利用されています。以下にその主な特徴を説明します。
特徴
大量の化合物評価
数千から数百万もの化合物を短期間でスクリーニングすることが可能です。
ロボット技術や自動化システムを使用して効率的に化合物を処理します。
標的分子や生物学的プロセスの評価:
ターゲットとなる酵素、受容体、細胞、または生物学的プロセスに対して化合物の効果を測定します。
アッセイ（実験系）は、蛍光、発光、吸光度、または細胞生存率などを利用して設計されます。
自動化とデータ解析:
高度に自動化されたシステムが化合物の分注、反応、測定を行います。
得られた膨大なデータを解析するために、専用のソフトウェアやアルゴリズムが使用されます。
利点
迅速性: 短期間で多数の化合物を評価できるため、新薬開発のスピードを大幅に向上させます。
コスト効率: 早期段階で有望な化合物を絞り込むことで、後続の研究費用を削減できます。
広範な応用: 様々な疾患モデルや生物学的ターゲットに応用可能です。
応用例
新薬開発: 新たな薬剤候補の探索。
毒性評価: 化合物の毒性や副作用の初期評価。
生物学的研究: 新しいバイオマーカーや治療標的の発見。
高スループットスクリーニングは、医薬品開発プロセスの効率化と新しい治療法の発見において、不可欠なツールとなっています。
その他の製品
UniVert／引張圧縮試験機
生体サンプルの試験に特化した引張圧縮試験機（液中測定も可能）
CellScale社の UniVertは一台で、引張、圧縮、3点曲げ（オプション）が可能な小型卓上試験機です。 ロードセルは着脱式で、0.5～200Nの測定が可能です。1kg以上のモデルもございます。
引張試験用のグリップ、圧縮試験用のプラテン、簡易カメラも付属しておりますので、すぐに様々な試験をお試し頂けます。
また、オプションのバスにより、液中での測定も可能です。
オレンジサイエンスでは、その他にも、様々な装置を取り扱っております。
