How to 3D print human tissue - Taneka Jones

翻訳: Kazuyo Amano 校正: Tomoyuki Suzuki

There are currently hundreds of thousands of people on transplant lists,

現在 何十万もの人々が 臓器移植を待っています

waiting for critical organs like kidneys, hearts, and livers

腎臓や心臓 肝臓など 重要な臓器を移植することで

that could save their lives.

彼らの命を救える可能性があるのです

Unfortunately,

しかし残念ながら

there aren’t nearly enough donor organs available to fill that demand.

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

What if instead of waiting,

ドナーを待たずとも

we could create brand-new, customized organs from scratch?

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

That’s the idea behind bioprinting,

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

a branch of regenerative medicine currently under development.

現在 再生医療の一分野として 開発が進んでいます

We’re not able to print complex organs just yet,

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

but simpler tissues including blood vessels and tubes

栄養素と老廃物の交換を行う

responsible for nutrient and waste exchange

血管や管状器官などの より単純な組織は

are already in our grasp.

既に作ることができます

Bioprinting is a biological cousin of 3-D printing,

バイオプリンティングの技術は ３Dプリントの応用で

a technique that deposits layers of material on top of each other

材料を一層ずつ積層していくことで

to construct a three-dimensional object one slice at a time.

３次元の物を作製しています

Instead of starting with metal, plastic, or ceramic,

臓器を作製する ３Dプリンターでは

a 3-D printer for organs and tissues uses bioink:

金属やプラスチック セラミックスではなく

a printable material that contains living cells.

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

The bulk of many bioinks are water-rich molecules called hydrogels.

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

Mixed into those are millions of living cells

数百万の生細胞や

as well as various chemicals that encourage cells to communicate and grow.

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

Some bioinks include a single type of cell,

バイオインクには 単細胞を含有しているものや

while others combine several different kinds to produce more complex structures.

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

Let’s say you want to print a meniscus,

半月板を印刷するとしましょう

which is a piece of cartilage in the knee

半月板は膝の軟骨組織の一部分で

that keeps the shinbone and thighbone from grinding against each other.

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

It’s made up of cells called chondrocytes,

半月板は軟骨細胞と呼ばれる 細胞でできており

and you’ll need a healthy supply of them for your bioink.

バイオインクには 健康な軟骨細胞が必要です

These cells can come from donors whose cell lines are replicated in a lab.

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

Or they might originate from a patient’s own tissue

拒絶反応が起きにくい 個別の軟骨組織を作るため

to create a personalized meniscus less likely to be rejected by their body.

患者自身の組織を採取する場合があります

There are several printing techniques,

印刷技術は複数あり

and the most popular is extrusion-based bioprinting.

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

In this, bioink gets loaded into a printing chamber

プリンターのチャンバーを バイオインクで満たし

and pushed through a round nozzle attached to a printhead.

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

It emerges from a nozzle that’s rarely wider than 400 microns in diameter,

ノズルは たいてい直径400ミクロン以下で

and can produce a continuous filament

インクは そのノズルを通り

roughly the thickness of a human fingernail.

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

A computerized image or file guides the placement of the strands,

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

either onto a flat surface or into a liquid bath

平面上もしくは液体中に積層されていきます

that’ll help hold the structure in place until it stabilizes.

液体は所定の位置で 構造が安定するのを助けます

These printers are fast, producing the meniscus in about half an hour,

このようにして薄いストランドが １度に１枚 印刷され

one thin strand at a time.

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

After printing, some bioinks will stiffen immediately;

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

others need UV light or an additional chemical or physical process

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

to stabilize the structure.

If the printing process is successful,

印刷工程が成功すると

the cells in the synthetic tissue

人工組織内の細胞は

will begin to behave the same way cells do in real tissue:

本物の組織内の細胞と 同じように働き始めます

signaling to each other, exchanging nutrients, and multiplying.

お互いに信号を送り 栄養素を交換 増殖するのです

We can already print relatively simple structures like this meniscus.

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

Bioprinted bladders have also been successfully implanted,

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

and printed tissue has promoted facial nerve regeneration in rats.

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

Researchers have created lung tissue, skin, and cartilage,

研究者らはこれまでに肺組織や皮膚 軟骨

as well as miniature, semi-functional versions of kidneys, livers, and hearts.

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

However, replicating the complex biochemical environment

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

of a major organ is a steep challenge.

高い壁が立ちはだかっています

Extrusion-based bioprinting may destroy

材料押出法のバイオプリンティングでは

a significant percentage of cells in the ink if the nozzle is too small,

ノズルが小さすぎる あるいは印刷の圧力が高すぎると

or if the printing pressure is too high.

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

One of the most formidable challenges

最も難しい挑戦の１つは

is how to supply oxygen and nutrients to all the cells in a full-size organ.

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

That’s why the greatest successes so far

そのため現在 再現に成功している構造体は

have been with structures that are flat or hollow—

平ら もしくは内部が 空洞状のものに とどまっており

and why researchers are busy developing ways

現在 研究者らは 印刷して作製した組織に

to incorporate blood vessels into bioprinted tissue.

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

There’s tremendous potential to use bioprinting

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

to save lives and advance our understanding

命を救うことはもちろん

of how our organs function in the first place.

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

And the technology opens up a dizzying array of possibilities,

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

such as printing tissues with embedded electronics.

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

Could we one day engineer organs that exceed current human capability,

いつか 現在の人間の能力を超える臓器や

or give ourselves features like unburnable skin?

燃えない皮膚などを 享受する日が来るのでしょうか

How long might we extend human life by printing and replacing our organs?

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

And exactly who—and what—

そして 一体誰が そして何が

will have access to this technology and its incredible output?

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