工学的に作られた人間の組織は、医学では小さいながらも成長する役割を果たしています。 人工皮膚は手術患者や火傷の犠牲者に使用でき、人工動脈は閉塞した血流を修復するために使用され、人工気管全体が気道に障害のある患者にさえ移植されています。 科学が進歩するにつれて、研究者は心臓や肝臓などの臓器全体を設計できるようになることを望んでいます。
しかし、組織工学は簡単ではありません。 組織を成長させるための「足場」を最初に作成する必要があります。 足場は通常、「電界紡糸」と呼ばれるプロセスで作成されます。このプロセスでは、静電界を使用して材料を結合します。 場合によっては、足場を組織とともに埋め込むことができ、時間の経過とともに体内で溶解します。 しかし、エレクトロスピニングは時間と費用のかかるプロセスである可能性があり、医療研究やアプリケーションに必要な大規模な組織の作成を困難にします。
足場を作るのが靴下を作るのと同じくらい簡単だと研究者が疑問に思ったらどうでしょうか？
ミズーリ大学工学部の学部長エリザベス・ロボアは、次のように述べています。
ロボアと彼女のチームは、テキスタイルと人間の組織がそれほど変わらないという理由で、ノースカロライナ大学とノースカロライナ州立大学テキスタイル大学の研究者と協力して、伝統的なテキスタイル製造プロセスの足場構築の可能性を調査しました。
研究者たちは、メルトブロー、スパンボンド、カーディングという3つの一般的な繊維製造方法を調査しました。 メルトブローでは、高圧空気を使用して高温のポリマー樹脂を細い繊維のウェブに吹き込みます。 スパンボンドも同様ですが、使用する熱が少なくなります。 カーディングはローラーを介して繊維を分離し、織物のウェブを作成します。
この染色画像は、足場を作るために使用されているさまざまな織物技術を示しています。 （ミズーリ大学） 「これらは繊維産業で非常に一般的に使用されるプロセスであるため、すでに業界標準の商業的に関連する製造プロセスです」とロボアは言います。
チームは、生分解性プラスチックの一種であるポリ乳酸を使用して足場を作成し、さまざまな繊維技術を使用してヒト幹細胞を播種しました。 その後、細胞がさまざまな種類の組織に分化し始めるかどうかを確認するのを待ちました。
結果は有望でした。 繊維技術は、エレクトロスピニングよりも効果的で手頃な価格でした。 チームは、2から5ドルの静電紡糸足場の1平方メートルを見積もったが、織物技術を使用して作られた同じサイズのサンプルは0.30ドルから3ドルしかかからなかった。 繊維技術は、エレクトロスピニングよりも大幅に高速に動作します。
チームの次の課題は、足場が実際にどのように機能するかを確認することです。これには動物実験が含まれます。 また、研究者は、人体の細胞外マトリックス、または細胞の成長をサポートする分子のネットワークによりよく似るように、織物で作られた足場の繊維サイズを小さくする必要があります。 エレクトロスピニングされた足場は、非常に小さな繊維を生成します。これは、このような一般的な方法の理由の1つです。 繊維の方法は、より大きな繊維を生産するようです。
将来的に、ロボアは、人間の皮膚、骨、脂肪などを成長させるために、より多くの足場を生産できるようになることを望んでいます。 これらの組織は、負傷した兵士の手足を修復するのに役立ち、特定の身体部分なしで生まれた赤ちゃんを助けることができるとロボアは言います。
「私たちは、これらを患者の中で成功させる方法を本当に考えなければなりません」と彼女は言います。
