名人がエビの殻と海藻から人工骨格を作成

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ホーチミン市ヴー・タン・ビン師は、エビの殻から得たキトサンと海藻に含まれるアルギン酸塩を使用して、失われた骨を修復するための人工骨格を作成した。

ビン氏（34歳）は現在、国際大学（ホーチミン市国家大学）生物医学工学部組織工学・再生医学研究所に勤務しています。ビン氏と研究チームは、骨細胞の接着、増殖、石灰化を促進し、欠損した骨を修復する足場の開発に成功しました。

ビン博士によると、体内の天然骨組織には、コラーゲン繊維束とハイドロキシアパタイト（リン酸カルシウム）といったポリマー成分が含まれている。これらの成分が、荷重に耐え、支持機能を果たし、骨髄腔を形成する骨組織構造を形成する。…この知見に基づき、研究グループはエビやカニの殻に含まれるキトサン素材と海藻に含まれるアルギン酸素材を用いて天然ポリマーを作製した。

キトサンとアルギン酸は、関節液に含まれるヒアルロン酸と呼ばれるポリマーと組み合わせられ、弾力性を高め、関節末端へのダメージを軽減します。「人工骨スキャフォールドを形成するには、これら3つの材料を結合させる必要があります」とビン教授は述べています。研究室で作製された骨スキャフォールドは、天然の骨組織に最も近い構造を備えています。

同研究グループによると、原材料の接着には添加剤を使用することができる。しかし、この方法には、骨細胞に毒性を及ぼす可能性のある外因性架橋物質が残留するという欠点がある。そこで研究グループは、官能基を付加することで原材料の構造を変化させ、添加剤を使用せずに自己接着性を持たせる手法を開発した。

ヴー・タン・ビン師匠は、ゲルをインクとして人工骨格を作成するための3D生物プリンター装置を確認している。写真：ハ・アン — ヴー・タン・ビン師匠は、ゲルをインクとして人工骨格を作成するための3D生物プリンター装置を確認している。写真：*ハ・アン*

ゲル状の材料から固まった骨格は多孔質構造を形成し、天然の骨組織細胞が骨格に付着して増殖するのを助けます。この人工骨格は生分解性（ヒトの骨細胞が付着して成長すると消失する）です。この骨細胞は基質を分泌して独自の骨骨格を形成し、欠損した骨を補います。欠損した骨組織の特性と位置に基づき、研究チームは骨細胞が骨を分泌して骨格を形成する時間に合わせて生分解時間を調整します。

ビン博士によると、骨の種類と骨損失の量に応じて、骨細胞が新しい骨組みを再生し、失われた部分を完全に修復するには数か月から数年かかります。

研究チームが開発したゲル状の天然由来人工骨素材。写真：ハ・アン — 研究チームが開発したゲル状の天然由来人工骨素材。写真：*ハ・アン*

研究チームは、マウスに麻酔をかけ、脳に損傷を与えることなく頭蓋骨に穴を開けて骨欠損部を作成し、この技術をマウスで試験した。その後、マウスの骨欠損部にゲルを注入した。マウスが目覚めた後、体重、食事、運動量などのバイタルサインを1ヶ月間モニタリングした。

著者によると、この材料はゲル状であるため、頭蓋骨に入り込むと、欠損部の形状に関わらず充填できるという。ゲルは短時間で固化し、人工骨格の形成プロセスを開始する。研究チームは1ヶ月後、マウスを人道的に安楽死させ、脳手術を行い、生物組織染色法を用いて人工骨格に基づく骨組織の再生能力を評価した。その結果、マウスの頭蓋骨の欠損部の充填率は80～90%で、高い生体適合性を示した。

この結果は、研究グループがヒトに類似した病態を持つ大型動物を用いた試験を可能にする基礎となり、ヒトへの応用に向けた科学的根拠を強化するものです。しかし、ビン氏によると、動物モデルからヒトへの応用までには長い道のりがあり、製品の有効性と安全性を証明するには、多くのプロセス、手順、そして倫理委員会を経る必要があります。

研究チームは近い将来、このスキャフォールドゲルを商業的に実現可能なバイオインクへと開発したいと考えています。バイオプリントされたゲルは、高価な輸入品に代わる、生物医学研究や動物実験用の人工スキャフォールドを形成することができます。

3D生物プリンターで印刷された人工骨の形状。写真：ハ・アン — 3D生物プリンターで印刷された人工骨の形状。写真：*ハ・アン*

国際大学（ホーチミン市国家大学）生物医学工学科長のグエン・ティ・ヒエップ准教授によると、天然素材を用いた人工骨の研究は、世界中の科学者によって10年以上前から進められてきました。ベトナムでは、研究所や大学において、ヒトの骨損傷に対する個別化治療を目指した多くの研究が行われています。これは、既存の骨フレームを用いた治療の問題点を克服するもので、多くの場合、個々の患者に適さないという問題があります。研究グループは、骨欠損部に注入することで、誰にでも合うように形を整えることができるゲルを開発しました。

しかし、ヒエップ准教授は、この研究では、より大きな骨のサイズにおける安全性と実現可能性を評価するために、大型動物を用いた試験段階を経て、ヒトを対象とした臨床試験に進む必要があると述べた。「この研究を通して、私たちはより大規模な試験段階を実施するための資金源の確保、技術的解決策の完成、そして国内の精密医療分野への貢献に取り組んでいます」とヒエップ准教授は述べた。

ハアン

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